В.И. Гернер, Е.П.Роот, С.А.Никифоров, А.П.Никифоров (ЗАО «Урал ВИМ», Южно-Уральский ГУ, г. Челябинск)
В настоящее время в процессах брикетирования порошковых металлургических материалов широко применяются неорганические связующие: цементы разных марок, огнеупорная глина, жидкое стекло, алюмохромфосфатные связки. Однако, неорганические связующие в большинстве случаев являются балластом для брикетированных материалов. Поэтому эффективность от их применения в значительной мере снижается из-за более низкого удельного содержания в брикетах полезных для металлургических процессов элементов и снижения степени эффективного их усвоения металлическими расплавами.
Анализ показал, что наименьшее количество балласта в брикетируемый материал вносит жидкостекольное связующее (ЖС). Кроме этого ЖС является более технологичным связующим материалом. В отличие от цементов и огнеупорной глины оно обеспечивает высокую скорость упрочнения брикетов, не вносит в брикетируемый материал нежелательные примеси серу и фосфор и в зависимости от модуля и плотности обеспечивает сравнительно высокую степень усвоения металлическими расплавами полезных элементов хрома, марганца, углерода.
Вместе с тем при брикетировании порошкообразных ферросплавов на основе ферросилиция ЖС может оказать затруднение в усвоении ферросилиция металлическими расплавами.
Анализ показал, что при брикетировании ферросилиций активно взаимодействует с щелочным компонентом жидкого стекла. При этом кремний из ферросилиция взаимодействует с гидроксидом натрия жидкого стекла и переходит в диоксид кремния в результате протекания реакций в коллоидной связующей системе. Рассмотрим последовательность реакций.
При изготовлении ЖС из силикатной глыбы протекает реакция коллоидизации и гидролиза согласно данным [1, 2]:
нагрев до 1000С
Na2O·mSiO2 + nH2O = Na2O·mSiO2·xH2O + (n-x)H2O (1)
силикат-глыба растворитель коллоидная фаза избыточный растворитель
Na2O·mSiO2·xH2O + (n-x)H2O = mSiO2·xH2O + 2NaOH + yH2O, (2)
коллоидная фаза изб. раст-ль коллоидная фаза изб. раст-ль
где y= n-x-1
Si + mSiO2·xH2O + 2NaOH + yH2O =
= Na2O + (m+1)SiO2•хН2О+ (y-1)H2O + 2H2↑ (3)
В результате этих реакций в коллоидной системе образуется оксид натрия и кремнезем. Оксид натрия характеризуется высокой активностью к воде, поэтому он снова взаимодействует с водой, переходит в гидроксид натрия и снова взаимодействует с кремнием из ферросилиция. При этом выделяющийся кремнезем увеличивает модуль коллоидной связующей системы, повышая степень ее полимеризации. Указанная последовательность протекания реакций прекращается, как только вода в коллоидной связующей системе полностью израсходуется на разложение и образование кремнезема.
Как видно, в результате протекания указанных реакций часть полезного элемента кремния из ферросилиция переходит в диоксид кремния и не участвует в металлургических процессах при введении в расплавленный металл.
Результаты исследования эффективности усвоения брикетированного ферросилиция и практика применения его для раскисления стали показали, что в зависимости от свойств исходного жидкого стекла доля активного кремния в ферросилиции разных марок снижается от 3-х до 7%. Причем, чем меньше модуль используемого жидкого стекла, тем больше потери активного кремния в брикетируемом ферросилиции. Также установлено, что потери активного кремния больше при брикетировании высококремнистых марок ферросилиция, например ФС90, ФС75, ФС65. Потери активного кремния в ФС45, ФС35 и ФС25 не превышают 1,5-3,0%.
Установлено, что потери активного кремния значительно уменьшаются при использовании жидкого стекла с высокими значениями силикатного модуля от 2,8 ед. и выше. При этом повышение плотности исходного жидкого стекла и введение в технологию брикетирования теплового упрочнения брикетов значительно замедляют реакции окисления кремния и уменьшают потери активного кремния до минимума, около 1% для малокремнистых марок ферросилиция.
На основании результатов исследования на Челябинском производственном предприятии ЗАО «Урал ВИМ» разработан оптимальный состав композиционной смеси на основе ферросилиция и технология высокоскоростного брикетирования порошковых материалов с высоким содержанием активного кремния в высококремнистых брикетах марок ФС75, ФС65, ФС45.
