RU2277456C1

RU2277456C1 - Method of producing dopediron alloy from industrial wastes

Info

Publication number: RU2277456C1
Application number: RU2004130785/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Трофимович Евтушенко (RU); Алексей Трофимович Евтушенко; Станислав Семенович Торбунов (RU); Станислав Семенович Торбунов
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-06-10
Also published as: RU2004130785A

Abstract

FIELD: powder metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to production of iron alloys from iron-containing wastes. Proposed method consists of preparation of mixture of powders and self propagating high-temperature synthesis. 20-25 mass % of aluminum powder is mixed with 75-80 mass % if iron scale to get thermit mix. In process of mixing, titanium carbide, 10-14 % of thermit mix mass, titanium boride, 3-5% of thermit mix mass and chromium, 4-5% of thermit mix mass are added into thermit mix.

EFFECT: production of alloy of preset content featuring high hardness, reduced time taken for process.

1 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения легированных сплавов железа из железосодержащих отходов производства.The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods for producing alloyed iron alloys from iron-containing production wastes.

Известен способ получения сплава железа в высокотемпературной индукционной печи путем загрузки передельного чугуна, стального и чугунного лома, возврата собственного производства, брикетов стружки, а также ферросилиция и ферромарганца в количестве 1,0-2,5 мас.%, последующего нагрева до температуры плавления и выдержки при этой температуре (Чугун. Справочное издание / Под.ред. Л.Д.Шермана, А.А.Жукова. - М.: Металлургия, 1991, с.143).A known method of producing an iron alloy in a high-temperature induction furnace by loading pig iron, steel and cast iron scrap, returning own production, briquettes of chips, as well as ferrosilicon and ferromanganese in an amount of 1.0-2.5 wt.%, Subsequent heating to the melting temperature and holding at this temperature (Cast iron. Reference publication / Under the editorship of L.D. Sherman, A.A. Zhukov. - M .: Metallurgy, 1991, p.143).

Описанный способ получения сплава железа в высокотемпературной индукционной печи имеет следующие недостатки: большой расход электроэнергии из-за применения высокотемпературной печи; низкую твердость - 10 HRC - получаемого сплава железа; высокую стоимость готовой продукции; неполную утилизацию отходов, так как в высокотемпературной печи не используют окалину; низкую защиту окружающей среды, так как при плавлении в печах выделяется большое количество дыма и продуктов сгорания в атмосферу. Кроме того, способ получения сплава железа длителен по времени из-за больших временных затрат на процесс плавления (длительность плавления несколько часов).The described method for producing an iron alloy in a high temperature induction furnace has the following disadvantages: high energy consumption due to the use of a high temperature furnace; low hardness - 10 HRC - obtained alloy of iron; high cost of finished products; incomplete disposal of waste, since no scale is used in a high-temperature furnace; low environmental protection, as during melting in furnaces a large amount of smoke and combustion products is released into the atmosphere. In addition, the method of producing an iron alloy is time-consuming due to the large time spent on the melting process (melting time of several hours).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ получения сплава железа из отходов производства, включающий смешивание железной окалины в количестве 70-80 мас.%, железосодержащего порошка в количестве 10-15 мас.% и алюминиевого порошка в количестве 15-20 мас.% с получением термитной смеси, загрузку этих компонентов в тигель и плавление сплава железа самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (патент RU 2192478, МПК 7 C 21 B 15/00, B 22 F 3/23).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention (prototype) is a method for producing an alloy of iron from industrial wastes, comprising mixing iron oxide in an amount of 70-80 wt.%, Iron-containing powder in an amount of 10-15 wt.% And aluminum powder in an amount of 15-20 wt.% to obtain a thermite mixture, loading these components into a crucible and melting the iron alloy with self-propagating high-temperature synthesis (patent RU 2192478, IPC 7 C 21 B 15/00, B 22 F 3/23).

Основным недостатком этого способа является узкая сфера использования, так как получаемый сплав железа можно применять только в качестве шихты для дальнейшего производства легированных сплавов с дополнительной термообработкой из-за его низкой твердости, составляющей 10 HRC.The main disadvantage of this method is the narrow scope, since the resulting iron alloy can only be used as a mixture for the further production of alloyed alloys with additional heat treatment due to its low hardness of 10 HRC.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения сферы использования путем обеспечения возможности получения легированных сплавов с заранее заданными составами и необходимыми свойствами, применяемых в качестве напайки для повышения стойкости ударного или режущего инструмента, и снижения затрат на производство этих сплавов.The present invention solves the problem of expanding the scope of use by providing the possibility of obtaining alloyed alloys with predetermined compositions and the necessary properties used as soldering to increase the resistance of a percussion or cutting tool, and reduce the cost of production of these alloys.

Для достижения этого технического результата в способе получения легированного сплава железа из отходов производства, включающем смешивание железной окалины в количестве 75-80 мас.% и алюминиевого порошка с получением термитной смеси, загрузку и плавление сплава железа самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, при смешивании вводят карбид титана в количестве, равном 10-14% массы термитной смеси, борид титана в количестве, равном 3-5% массы термитной смеси, хром в количестве, равном 4-5% массы термитной смеси.To achieve this technical result, in a method for producing a doped iron alloy from waste products, comprising mixing 75-80 wt% iron oxide and aluminum powder to obtain a thermite mixture, loading and melting the iron alloy with self-propagating high temperature synthesis, titanium carbide is introduced into the mixture an amount equal to 10-14% of the mass of the thermite mixture, titanium boride in an amount equal to 3-5% of the mass of the thermite mixture, chromium in an amount equal to 4-5% of the mass of the thermite mixture.

Получение легированных сплавов с заранее заданными составами и необходимыми свойствами обусловлено образованием в реакционной зоне при плавлении по заявляемому способу сплава интерметаллида с боридами и карбидами железа, титана и хрома и оксида алюминия с твердостью до 63-65 HRC, который используют как инструментальную сталь без дополнительной термообработки для обеспечения высокой твердости, что необходимо при реализации способа, выбранного в качестве прототипа. Кроме того, происходит приваривание сплава к подложке, что исключает припайку и дает возможность использовать этот сплав для ремонта инструмента.The preparation of alloyed alloys with predetermined compositions and necessary properties is due to the formation of an alloy of intermetallic with borides and carbides of iron, titanium and chromium and aluminum oxide with a hardness of up to 63-65 HRC in the reaction zone during melting according to the claimed method, which is used as tool steel without additional heat treatment to ensure high hardness, which is necessary when implementing the method selected as a prototype. In addition, the alloy is welded to the substrate, which eliminates soldering and makes it possible to use this alloy for tool repair.

Введение при смешивании заявляемых легирующих добавок повышает скорость горения и температуру реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, увеличивает количество тепла, жидкотекучесть, что позволяет получить отливки любых конфигураций с твердостью до 63-65 HRC и достаточно высокой вязкостью.Introduction when mixing the inventive alloying additives increases the burning rate and reaction temperature of self-propagating high-temperature synthesis, increases the amount of heat, fluidity, which allows to obtain castings of any configuration with a hardness of up to 63-65 HRC and a sufficiently high viscosity.

Количество карбида титана, равное 10-14% массы термитной смеси, является оптимальным, так как при содержании карбида титана в термитной смеси менее 10% реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза протекает без повышения скорости и температуры горения и количества выделяемого тепла, а при содержании карбида титана в термитной смеси более 14% реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза не возникает.The amount of titanium carbide equal to 10-14% of the mass of the thermite mixture is optimal, since when the titanium carbide content in the thermite mixture is less than 10%, the reaction of self-propagating high-temperature synthesis proceeds without increasing the combustion rate and temperature and the amount of heat generated, and when the titanium carbide content a thermite mixture of more than 14% does not occur in a reaction of self-propagating high-temperature synthesis.

Содержание в легированном сплаве борида титана, равное 3-5% массы термитной смеси, содержание хрома, равное 4-5% массы термитной смеси, являются оптимальными, так как выделяемое термитной смесью количество теплоты достаточно для их полного расплава. При меньшем содержании в сплаве каждого из этих легирующих элементов не достигается необходимая твердость, а при большем - шихта полностью не проплавляется.The content of titanium boride in the alloyed alloy equal to 3-5% of the mass of the thermite mixture, the chromium content of 4-5% of the mass of the thermite mixture are optimal, since the amount of heat released by the thermite mixture is sufficient for their complete melt. With a lower content of each of these alloying elements in the alloy, the required hardness is not achieved, and with a larger content, the charge is not completely melted.

Способ получения легированного сплава железа из отходов производства осуществляется следующим образом. Производят дозирование и смешивание в смесителе железной окалины в количестве 75-80 мас.%, и алюминиевого порошка в количестве 20-25 мас.% с получением термитной смеси. При смешивании в качестве легирующих добавок вводят карбид титана в количестве, равном 10-14% массы термитной смеси, борид титана в количестве, равном 3-5% массы термитной смеси, и хром в количестве, равном 4-5% массы термитной смеси.A method of producing a doped iron alloy from waste products is as follows. Dosing and mixing in the mixer of iron scale in an amount of 75-80 wt.%, And aluminum powder in an amount of 20-25 wt.% To produce a thermite mixture. When mixing as alloying additives, titanium carbide is introduced in an amount equal to 10-14% of the mass of the thermite mixture, titanium boride in an amount equal to 3-5% of the mass of the thermite mixture, and chromium in an amount equal to 4-5% of the mass of the thermite mixture.

Затем термитную смесь и легирующие добавки загружают в форму. Инициируют начало реакции горения и производят плавление термитной смеси с боридом и карбидом титана и хромом в режиме горения путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза за счет тепла химической реакции термосинтеза вышеуказанных компонентов. Образующийся в реакционной зоне легированный сплав скапливается на дне формы, а другие примеси переходят в шлак.Then the thermite mixture and alloying additives are loaded into the mold. The combustion reaction is initiated and the thermite mixture is melted with boride and titanium carbide and chromium in the combustion mode by means of self-propagating high-temperature synthesis due to the heat of the chemical reaction of thermosynthesis of the above components. The alloyed alloy formed in the reaction zone accumulates at the bottom of the mold, and other impurities pass into the slag.

Пример конкретного выполнения способа получения легированного сплава из отходов производства. Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения использовали молотую железную окалину, отходы кузнечного производства, дисперсность которых определяли проходом через сито 0,16 мм, порошок алюминия АСД-1, порошок карбида титана, хрома и борида титана с дисперсностью 0,063 мм. Порошки дозировались в заданном соотношении на аналитических весах с точностью до 0,001 г, механически смешивались всухую в атмосфере воздуха в смесителе типа «пьяная бочка» партиями по 200 г в течение 4 часов. Полученные образцы шихты загружали в сборные металлические формы и инициировали реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с помощью кратковременного теплового импульса. Под действием выделенного при горении термитной смеси тепла реакции, необходимого для плавления образцов шихты из смеси железной окалины, порошков алюминия и карбида титана, борида титана и хрома, происходило плавление шихты в режиме горения. Реакция горения протекала бурно с достаточными температурой и количеством тепла, чтобы вступили в реакцию легирующие добавки. Температура и скорость горения, количество выделяемой теплоты при реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза были достаточными для получения по заявляемой технологии легированного сплава. Жидкий металл опускался на дно формы. Оксид алюминия и другие примеси переходили в шлак. Получали комплексный металлический слиток сплава интермнталлида из железа, титана и хрома с их карбидами и боридами с твердостью до 63-65 HRC. Выход годного слитка составил 50%. Легированный сплав, изготовленный по заявляемой технологии, можно использовать без дополнительной термообработки в качестве напайки для получения ударного или режущего инструмента.An example of a specific implementation of the method for producing alloy alloy from industrial wastes. For experimental verification of the proposed technical solution, ground iron oxide, forging waste, the dispersion of which was determined by passing through a sieve of 0.16 mm, aluminum powder ASD-1, titanium carbide, chromium and titanium boride powder with a dispersion of 0.063 mm, were used. The powders were dosed in a predetermined ratio on an analytical balance with an accuracy of 0.001 g, mechanically mixed dry in an air atmosphere in a drunk barrel mixer in batches of 200 g for 4 hours. The obtained samples of the charge were loaded into prefabricated metal molds and initiated the reaction of self-propagating high-temperature synthesis using a short-term thermal pulse. Under the action of the reaction heat released during the combustion of the thermite mixture, necessary for melting the mixture samples from a mixture of iron oxide, aluminum and titanium carbide powders, titanium boride and chromium, the mixture was melted in the combustion mode. The combustion reaction proceeded vigorously with a sufficient temperature and amount of heat so that dopants would react. The temperature and burning rate, the amount of heat released during the reaction of self-propagating high-temperature synthesis were sufficient to obtain a doped alloy according to the claimed technology. Liquid metal sank to the bottom of the mold. Alumina and other impurities passed into the slag. A complex metal ingot of an interntallide alloy of iron, titanium and chromium with their carbides and borides with a hardness of up to 63-65 HRC was obtained. The yield of the ingot was 50%. Alloyed alloy made by the claimed technology can be used without additional heat treatment as a solder to obtain a percussion or cutting tool.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения легированного сплава железа из отходов производства обеспечивает получение сплава заданного состава с определенными свойствами при высокой твердости, полноту утилизации производственных отходов, улучшение экологической обстановки, достаточно низкий расход электроэнергии, сокращает длительность процесса и снижает стоимость готовой продукции вследствие отсутствия дополнительной термообработки для получения высокой твердости.Thus, the use of the proposed method for producing a doped alloy of iron from industrial wastes ensures the production of an alloy of a given composition with certain properties at high hardness, completeness of utilization of industrial wastes, improvement of the environmental situation, sufficiently low energy consumption, reduces the duration of the process and reduces the cost of the finished product due to the lack of additional heat treatment to obtain high hardness.

Claims

A method of producing a doped iron alloy from waste products, including obtaining a thermite mixture by mixing iron oxide and aluminum powder, loading and melting the mixture with self-propagating high-temperature synthesis, characterized in that when receiving the thermite mixture, aluminum powder is added in an amount of 20-25 wt.% And iron dross in the amount of 75-80 wt.%, and when mixed, titanium carbide in the amount of 10-14% of the mass of the thermite mixture, titanium boride in the amount of 3-5% of the mass of the thermite mixture is additionally introduced into it and rum in an amount of 4-5% by weight of thermite mixture.