RU2021079C1

RU2021079C1 - Chromium carboboride production process

Info

Publication number: RU2021079C1
Authority: RU
Inventors: Г.К. Тарабрин; А.Г. Ситнов; Г.В. Винокуров; Ю.А. Данилович; В.С. Белкин; В.П. Тарабрина; Е.Н. Чиженков
Original assignee: Научно-производственное объединение "Тулачермет"
Priority date: 1987-08-17
Filing date: 1987-08-17
Publication date: 1994-10-15

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: briquets are made of dosed powders of boric anhydride, chromium sequioxide and black stirred thoroughly. The briquets are melted in electric oven. Then the obtained carbide block is crushed, and free carbon is removed by means of a gravitational-air method. Then further crushing is performed to a fraction of -0.5 to -0.2, and the obtained material is used to manufacture fused bands of general purpose. EFFECT: high-quality fusing material. 4 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения карбидов металлов в руднотермической электропечи. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for producing metal carbides in an ore-thermal electric furnace.

Известны способы получения карбидов металлов, например карбида хрома сплавлением металлического хрома с углеродом, науглероживание хрома или оксида твердым углеродом или газами, содержащими углерод и др. Known methods for producing metal carbides, for example chromium carbide by alloying metallic chromium with carbon, carburizing chromium or oxide with solid carbon or gases containing carbon, etc.

Большое применение нашел способ получения карбидов металлов в электропечи. The method for producing metal carbides in an electric furnace has found great application.

Способ осуществляют в дуговой электропечи плавкой на блок в две стадии: на первой стадии используют окомкованную шихту с отношением углерода к оксиду в пределах 0,35-0,375, учитывая избыток восстановителя в 3,0-10,0%. Корректировку посадки электродов осуществляют шихтой в отношении углерода к триоксиду дихрома, равном 0,34-0,348, с учетом избытка углерода на 0,1-2,5% . Этот прием обеспечивает получение карбида хрома, близкого по стехиометрии к продукту со структурной формулой Cr₃C₂ (13,34% С-связь). Карбид хрома обладает целым рядом положительных свойств при использовании его в качестве наплавочного материала. Однако поверхность стали, упрочненная наплавочным материалом изготовленным на основе карбида хрома (наплавочная лента ПЛ-АН 111) имеет и существенные недостатки. Имея низкий модуль упругости (30000-36000 кгс/мм²), карбид хрома плохо выдерживает ударные нагрузки. Износостойкость в этих условиях снижается в 2-3 раза (около 400 ч). Имеет большую склонность к образованию микротрещин при формировании наплавочной поверхности при охлаждении. Время полного истирания покрытия толщиной 2 мм воздействием струи речного песка не превышает 250-300 ч. Указанные недостатки могут быть устранены при использовании для этих целей твердых растворов хром-бор-углерод. Практический опыт свидетельствует, что твердые растворы хром-бор-углерод соответствуют составу: Cr - 65-70%. B 12-17% и остальное - углерод. Микротвердость этого материала составляет 1850-2350 кг/мм², модуль упругости повышается до 40000-42000 кгс/мм², количество микротрещин при формировании наплавленной поверхности сокращается на порядок. Износостойкость возрастает в 1,5-2,0 раза. Известными методами в промышленном масштабе получить твердые растворы хром-бор-углерод практически невозможно. Например, при получении продукта по твердофазной технологии не обеспечивается равномерность состава однофазного продукта. Получают практически две фазы: Cr₃C₂ и Сr-B-C. При использовании прототипа также не обеспечивается заданный состав, так как получают две фазы, поскольку отношение восстановителя к оксиду в шихте мало.The method is carried out in an electric arc furnace melting into a block in two stages: in the first stage, a pelletized charge with a carbon to oxide ratio in the range of 0.35-0.375 is used, taking into account an excess of reducing agent of 3.0-10.0%. Correction of the electrode landing is carried out by the charge in the ratio of carbon to dichromium trioxide equal to 0.34-0.348, taking into account the excess of carbon by 0.1-2.5%. This technique provides the production of chromium carbide close in stoichiometry to a product with the structural formula Cr ₃ C ₂ (13.34% C-bond). Chromium carbide has a number of positive properties when used as a surfacing material. However, the steel surface hardened by a surfacing material made on the basis of chromium carbide (surfacing tape PL-AN 111) also has significant drawbacks. Having a low modulus of elasticity (30000-36000 kgf / mm ² ), chromium carbide does not withstand shock loads. Wear resistance under these conditions is reduced by 2-3 times (about 400 hours). It has a great tendency to the formation of microcracks during the formation of the surfacing surface during cooling. The time of complete abrasion of a coating with a thickness of 2 mm by the action of a stream of river sand does not exceed 250-300 hours. These disadvantages can be eliminated by using chromium-boron-carbon solid solutions for these purposes. Practical experience indicates that solid solutions of chromium-boron-carbon correspond to the composition: Cr - 65-70%. B 12-17% and the rest is carbon. The microhardness of this material is 1850-2350 kg / mm ² , the elastic modulus increases to 40,000-42,000 kgf / mm ² , the number of microcracks during the formation of the deposited surface is reduced by an order of magnitude. Wear resistance increases by 1.5-2.0 times. Known methods on an industrial scale to obtain solid solutions of chromium-boron-carbon is almost impossible. For example, upon receipt of a product using solid-phase technology, the uniformity of the composition of a single-phase product is not ensured. Almost two phases are obtained: Cr ₃ C ₂ and Cr-BC. When using the prototype, the specified composition is also not provided, since two phases are obtained, since the ratio of reducing agent to oxide in the charge is small.

Целью изобретения является получение однофазных твердых растворов хром-бор-углерод. The aim of the invention is to obtain single-phase solid solutions of chromium-boron-carbon.

Эта цель достигается тем, что процесс выплавки продукта в руднотермической электропечи на блок ведут с порционным введением шихты, в которой отношение борного ангидрида (В₂О₃) к хрома сесквиоксиду (Сr₂О₃) составляет 0,4-0,6, а отношение углерода к сумме оксидов бора и хрома равно 0,50-0,55, корректировку глубины посадки электродов проводят загрузкой шихты, в которой изменяют только отношение углерода к сумме оксидов хрома и бора в пределах 0,45-0,49, а из измельченного порошка карбоборида хрома удаляют свободный углерод и примеси. С целью снижения потерь мелких фракций годного порошка, полупродукт сначала измельчают до фракций минус 1,0 - минут 0,5 мм и осуществляют гравитационно-воздушную очистку с удалением свободного углерода до концентраций 0,6-1,0%, затем диспергируют его до фракции минус 0,2 мм и удаляют свободный углерод до концентрации 0,5-3,0 гидравлической классификацией.This object is achieved in that the product of smelting ore-smelting process in a furnace at a lead block batchwise introduction of the charge, wherein the ratio of boric anhydride (B ₂ O ₃₎ to chromium sesquioxide (Cr ₂ O ₃₎ is 0.4-0.6, and the ratio of carbon to the sum of boron and chromium oxides is 0.50-0.55, adjustment of the electrode landing depth is carried out by loading a charge in which only the ratio of carbon to the sum of chromium and boron oxides is changed within 0.45-0.49, and from the crushed Chromium carboboride powder removes free carbon and impurities. In order to reduce the loss of fine fractions of suitable powder, the intermediate is first crushed to fractions minus 1.0 - minutes 0.5 mm and air-gravity cleaning is carried out with the removal of free carbon to concentrations of 0.6-1.0%, then it is dispersed to a fraction minus 0.2 mm and free carbon is removed to a concentration of 0.5-3.0 by hydraulic classification.

Если использовать шихту, в которой отношение борного ангидрида к хрома сесквиоксиду будет меньше 0,4, то не будет обеспечено условие получения твердого раствора хром-бор-углерод из-за низкого содержания бора. Отношение борного ангидрида к хрома сесквидиоксиду более 0,6 не обеспечивает условие получения однофазного твердого раствора из-за низкого содержания хрома. If you use a mixture in which the ratio of boric anhydride to chromium sesquioxide is less than 0.4, then the condition for obtaining a solid solution of chromium-boron-carbon will not be provided due to the low content of boron. The ratio of boric anhydride to chromium sesquioxide more than 0.6 does not provide the condition for obtaining a single-phase solid solution due to the low chromium content.

Если отношение углерода к сумме оксидов хрома и бора будет меньше 0,5, то не будет обеспечено условие получения однофазного твердого раствора из-за низкого содержания углерода и образования карбида хрома Cr₇С₃.If the ratio of carbon to the sum of chromium and boron oxides is less than 0.5, then the condition for obtaining a single-phase solid solution will not be ensured due to the low carbon content and the formation of chromium carbide Cr ₇ C ₃ .

Отношение углерода к сумме оксидов хрома и бора более 0,55 недопустимо из-за высокого избытка углерода в шихте, повышения ее проводимости, снижения посадки электродов и низких технико-экономических показателей, а также излишне высокого содержания свободного углерода в продукте и связанных с этим неизбежных потерь при его удалении. The ratio of carbon to the sum of chromium and boron oxides of more than 0.55 is unacceptable due to the high excess of carbon in the mixture, increasing its conductivity, reducing electrode seating and low technical and economic indicators, as well as excessively high content of free carbon in the product and the associated unavoidable losses during its removal.

Если для корректировки посадки электродов и регулирования постоянства токовой нагрузки (мощности) использовать шихту второго варианта с отношением углерода к сумме оксидов менее 0,45, то это приведет к получению прослоек в блоке, содержащих карбид хрома (Cr₇С₃), что недопустимо. Если использовать шихту с отношением углерода к сумме оксидов хрома и бора более 0,49, то эффект корректировки будет весьма замедленный, что резко повлияет на качество и производительность. Две стадии очистки обеспечивают оптимальные условия удаления свободного углерода и других примесей, при незначительных потерях годного продукта мелких фракций. Если для гравитационно-воздушной очистки использовать продукт крупностью более 1,0 мм, то не обеспечивается необходимая глубина очистки от свободного углерода (будет более 1,0% своб. ). Измельчение материала для гравитационно-воздушной очистки до крупности менее минус 0,5 мм недопустимо из-за большого переизмельчения продукта и значительного выноса мелких фракций. Гравитационно-воздушная очистка порошка до концентраций свободного углерода менее 0,6% невозможна и приведет к большим потерям мелких фракций. Очистка от свободного углерода до концентрации более 1,0% неэффективна для последующего передела.If, to correct the electrode seating and control the constancy of the current load (power), we use a charge of the second variant with a carbon to total oxide ratio of less than 0.45, this will lead to interlayers in the block containing chromium carbide (Cr ₇ C ₃ ), which is unacceptable. If you use a mixture with a ratio of carbon to the sum of chromium and boron oxides of more than 0.49, then the adjustment effect will be very slow, which will dramatically affect the quality and performance. Two stages of purification provide optimal conditions for the removal of free carbon and other impurities, with insignificant losses of the usable product of fine fractions. If a product with a particle size of more than 1.0 mm is used for gravitational-air cleaning, the required depth of cleaning from free carbon is not ensured (it will be more than 1.0% free). Grinding the material for gravity-air cleaning to a particle size of less than minus 0.5 mm is unacceptable due to the large over-grinding of the product and the significant removal of fine fractions. Gravity-air cleaning of the powder to concentrations of free carbon less than 0.6% is impossible and will lead to large losses of fine fractions. Purification from free carbon to a concentration of more than 1.0% is ineffective for subsequent redistribution.

Последующее измельчение продукта для гидравлической очистки от свободного углерода до фракции минус 0,4 - минус 0,2 обеспечивает оптимальный вариант снижения С своб. до концентраций 0,5-0,1%. Subsequent grinding of the product for hydraulic cleaning from free carbon to a fraction of minus 0.4 - minus 0.2 provides the best option for reducing C fre. to concentrations of 0.5-0.1%.

Из тщательно перемешанных и дозированных порошков борного ангидрида, хрома сесквиоксида и сажи готовили брикеты. Брикеты проплавляли в электропечи по выбранному прототипу. Затем полученный блок карбида подвергали измельчению и удаляли свободный углерод гравитационно-воздушным способом (установка типа "ЗИГ-ЗАГ"), а затем доизмельчали до фракции минус 0,5 - минус 0,2 и использовали для изготовления наплавочных лент массового назначения или доизмельчения до фракции минус 0,5 - минус 0,2 и подвергали гравитационной классификации. Такой продукт использовали для производства наплавочных материалов повышенного качества и особого назначения. Briquettes were prepared from carefully mixed and metered powders of boric anhydride, chromium sesquioxide and soot. Briquettes were smelted in an electric furnace according to the selected prototype. Then, the carbide block obtained was subjected to grinding and free carbon was removed by gravity-air method (ZIG-ZAG type plant), and then crushed to a fraction of minus 0.5 - minus 0.2 and used for the manufacture of surfacing ribbons of mass designation or regrinding to a fraction minus 0.5 - minus 0.2 and subjected to gravity classification. Such a product was used for the production of surfacing materials of high quality and special purpose.

По техническим условиям карбоборид хрома должен содержать элементы, представленные в табл.1. According to the technical conditions, chromium carboboride should contain the elements shown in table 1.

В табл. 2 представлен химический состав полупродукта и показатели выплавки. In the table. 2 presents the chemical composition of the intermediate and indicators of smelting.

Состав полупродукта плавок 2 и 3 соответствует требованиям. The composition of the intermediate product of heats 2 and 3 meets the requirements.

В табл. 3 представлен состав продукта КХВ-2 после дробления до фракции минус 1,0 - минус 0,5 и гравитационно-воздушной очистки от свободного углерода и примесей. In the table. 3 shows the composition of the product KHV-2 after crushing to a fraction of minus 1.0 - minus 0.5 and gravity-air cleaning of free carbon and impurities.

Таким образом, выбранные пределы по крупности измельчения обеспечивают необходимое качество продукта при минимальных потерях годного. Thus, the selected limits on the size of grinding provide the necessary quality of the product with minimal loss of good.

Переизмельчение приводит к большим потерям продукта. Измельчение до крупности больше, чем минус 1,0,не обеспечивает требуемого содержания свободного углерода. Over-grinding leads to large product losses. Grinding to a particle size greater than minus 1.0 does not provide the required free carbon content.

В табл. 4 представлен состав продукта после диспергирования до фракций минус 0,4 - минус 0,2 и гидрообработки. In the table. 4 shows the composition of the product after dispersion to fractions minus 0.4 - minus 0.2 and hydrotreatment.

Помол крупнее минус 0,4 недопустим, поскольку получают брак по С своб. Переизмельчение нежелательно в связи с резким возрастанием потерь. Выбранный интервал измельчения для гидрообработки оптимален. Grinding larger than minus 0.4 is unacceptable, since they get a marriage of C freedom. Re-grinding is undesirable due to a sharp increase in losses. The selected grinding interval for hydroprocessing is optimal.

Изучение микроструктуры, локальный и рентгеновский анализы показали, что предложенный способ обеспечивает получение однофазных твердых растворов хром-бор-углерод. Микротвердость составляет 1800-2400 кгс/мм², модуль упругости 40000-42000 кгс/мм². Износостойкость направленного слоя увеличивается до 600-800 ч (в 1,5-2,0 раза в зависимости от содержания бора).The study of the microstructure, local and x-ray analyzes showed that the proposed method provides single-phase solid solutions of chromium-boron-carbon. The microhardness is 1800-2400 kgf / mm ² , the modulus of elasticity is 40000-42000 kgf / mm ² . The wear resistance of the directional layer increases to 600-800 hours (1.5-2.0 times depending on the content of boron).

Claims

1. METHOD FOR PRODUCING CHROMIUM CARBORIDE Border, including the preparation of a differential charge by mixing powders of metal oxides and a carbon reducing agent, followed by pelletizing, its batch loading into an ore-thermal furnace, heat treatment, grinding of the intermediate and separation of free carbon and impurities, characterized in that, in order to increase for producing single-phase solid solutions of chromium - boron - carbon and increasing the wear resistance of coatings on parts, heat treatment is carried out with a ratio of boric anhydri and for chromium sesquioxide and carbon in the charge to the sum of boron and chromium oxides, 0.4 - 0.6 and 0.5 - 0.555, respectively, adjustment of the electrode seating is carried out by loading the charge with the ratio of carbon to the sum of boron and chromium oxides on the growing block of the intermediate 0.45 - 0.49.

2. The method according to claim 1, characterized in that, in order to reduce losses, grinding the intermediate is carried out to a particle size of 1.0 to 1.5, and the separation of free carbon to a concentration of 0.6 to 1.0% is carried out by gravity-air cleaning .

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that, in order to increase the degree of purification of the product from impurities, grinding is carried out to a fraction of minus 0.4 - minus 0.2, and the removal of free carbon to a concentration of 0.5 - 0, 3% are gravitationally.