AP13268863 – «Жартылай тыныш және тыныш болат маркаларын балқыту кезінде жаңа кешенді оттексіздендіргіштердің оттексіздендіру қабілетін зерттеу»

Болаттың сапасына жалпы әлемдік стандарттар жыл сайын артып келеді, оның аясында бәсекелестіктегі өндірушілер сапаны жоғалтпай энергия ресурстары мен қолданылатын материалдарды үнемдеу арқылы металл өнімдерінің құнын төмендетуге тырысуды. Металл емес қоспалардың аз мөлшері бар болат өндірісіне көп көңіл бөлінуде. Болатты өңдеу кезінде металл емес оксидті қосындылардың концентрациясының орталығы ретінде өткір қырлары болады. Осы фактордың әсерін мүмкіндігінше азайту керек. Болаттағы оттегінің концентрациясын төмендету үшін әртүрлі оттексіздендіру әдістері қолданылады. Оттексіздендіру болаттың сапасын жақсартудың негізгі кезеңі болып табылады.

Кешенді қорытпалар өндірісі шикізат пен материалдардың жаңа түрлерін қолдануды талап етеді, ал оның барлық компоненттерін барынша пайдалану техногендік емес шикізат материалдарын қайта өңдеуге және ферроқорытпаларды алудың аз және қалдықсыз технологияларын жасауға мүмкіндік береді.

Fe-Si-Mn-Al негізіндегі жаңа қорытпаларды алудың ұсынылған технологиясы энергетикада қолданылмайтын жоғары күлді көмірді және марганец ферроқорытпаларының стандартты сорттарын алуға жарамсыз жоғары кремнийлі және темір-марганец кендерді пайдалануға негізделген.

Fe-Si-Mn-Al негізіндегі кешенді қорытпалар стандартты ферроқорытпаларға қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие. Кешенді оттексіздендіргіштердің артықшылықтары әсіресе оттексіздендіру процесінің кинетикасында және металды оттексіздендіру өнімдерінен тазартуда айқын көрінеді. Өңделген металда металл емес қоспалардың ең аз мөлшері болады.

Құрамында марганец бар кендерді кешенді қорытпаларға пайдалану марганец ферроқорытпаларын балқыту үшін марганец шикізатын байытуға және өңдеуге қарағанда үнемді болып табылады.

Ұсынылған шешім оны тиімді оттексіздендіру және кешенді лигатурамен металл емес қоспаларды барынша жою арқылы сапалы болаттарды алуға, сондай-ақ дәстүрлі ферроқорытпалар мен чушка алюминийін айтарлықтай азайтуға және сапаны жоғалтпай энергия ресурстарын үнемдеу арқылы өнімнің өзіндік құнын төмендетуге мүмкіндік береді.

1) Жүнісқалиев Талғат Тоқашұлы – философия докторы (PhD), Ғылым, инновация және халықаралық ынтымақтастық департаментінің аға ғылыми қызметкері, жоба жетекшісі.

Scopus ID: 57218196497  

Researcher ID: AAG-6131-2021  

https://orcid.org/0000-0001-9757-0605

2) Нурумгалиев Асылбек Хабадашевич – техника ғылымының докторы, «Металлургия және материалтану» кафедрасының профессоры, отандық ғылыми кеңес беруші.

Scopus ID: 10042501900 

Researcher ID: AAF-9195-2021 

https://orcid.org/0000-0002-8782-9975

3) Заякин Олег Вадимович – техника ғылымдарының докторы, Ресей ғылым академиясының Орал бөлімінің Металлургия институтының болат және ферроқорытпа зертханасының меңгерушісі, шетелдік ғылыми кеңес беруші (г. Екатеринбург, РФ).

Scopus ID: 6603292402  

https://orcid.org/0009-0009-9831-1993

Ғылыми және (немесе) ғылыми-техникалық жобаны іске асыру қорытындылары бойынша зерттеу тобы мүшелерінің кемінде 50%-ының қатысуымен жобаның ғылыми бағыты бойынша Web of Science базасының Science Citation Index Expanded индекстелетін және (немесе) Citescore бойынша процентилі Scopus базасында кемінде 35 (отыз бес) жоғары 3 (үш) және

БжҒСБК ұсынған металлургия саласындағы отандық басылымда немесе оларға теңестірілген басылымдарда 1 (бір) мақала жарияланатын болады.

Ғылыми зерттеулердің нәтижелері бойынша кешенді лигатураларды алу теориясы мен технологиясы бойынша монография жарияланады.

Алынған нәтижелерді шетелдік, Қазақстандық немесе Еуразиялық патенттік бюрода патенттеу мүмкіндіктері қаралмайды.

Ғылыми зерттеулердің нәтижелері бойынша жоғары күлді көмір мен марганец кенінен кешенді лигатура алудың технологиялық нұсқаулығы және жартылай тыныш және тыныш болаттардың кешенді лигатурасымен оттексіздендірудің технологиялық регламенті әзірленетін болады.

Ғылыми зерттеулердің нәтижелері халықаралық конференцияларда, симпозиумдарда, технологияның түрлі халықаралық көрмелерінде, жобаның ғылыми бағыты бойынша рецензияланатын ғылыми басылымдарда және БжҒСБК ұсынған металлургия саласындағы отандық басылымдарда немесе оларға теңестірілген басылымдарда мақалалар жариялаумен таратылатын болады.

Жаңа кешенді қорытпаның мақсатты тұтынушылары «Qarmet» АҚ-ның конвертер цехы, «ҚұрылысМет» ЖШС-нің фасонды-құю цехы, «Qaz Carbon» ЖШС, «KSP-Steel» ЖШС және Қазақстанның, жақын және алыс шетелдердің басқа да болат балқыту зауыттары болады.

Зерттеу болаттарды оттексіздендірудің технологиялық процесін жақсарту тұрғысынан тамаша жаңалық пен перспективаға ие. Бұл ретте құрамында марганец бар кендер мен жоғары күлді көмірден кешенді лигатуралар алуға бағытталған өндірістің технологиялық тізбегінде жеке кезең болуы мүмкін. Жобаны іске асыру нәтижесінде ірі және орта марганец кендері ғана емес, сондай-ақ кондициялық емес марганец, темір-марганец және жоғары кремнийлі кендердің шағын кен орындары мен энергетикалық мақсатта пайдаланылмайтын жоғары күлді көмірлер де тартылатын болады.

Сынақ нәтижелері актіленеді, құжаттар пакеті (кешенді лигатураны алудың технологиялық нұсқаулығы және жартылай тыныш және тыныш болаттардың кешенді лигатурасымен оттексіздендірудің технологиялық регламенті) тікелей өндірістік ұйымдарға, оның ішінде қаржыландырушымен бірге беріледі және Fe-Si-Mn-Al кешенді лигатураларымен оттексіздендіру технологиясын енгізу бойынша ұсыныстар беріледі.

Жобаны іске асырудың әлеуметтік және экономикалық әсері жұмысы Fe-Si-Mn-Al кешенді лигатураларын өндіруге, сондай-ақ марганец кендерінің шағын кен орындарын игеруге және бұрын халық шаруашылығы саласында ғана пайдаланылатын жоғары күлді көмірге сұранысты арттыруға бағытталған жаңа кәсіпорындарды ашу кезінде елеулі болады. Жобаның экологиялық әсері кондициялық емес марганец кендерін, бұрын үйінділерде жиналған марганец байыту өндірісінің қалдықтары және барлық элементтер кешенді лигатура өндірісіне тартуды жоғары күлді көмірін пайдаланудан күтіледі. Жобаның ғылыми-техникалық тиімділігі «Цифрландыру, ғылым және инновациялар есебінен технологиялық серпіліс» ұлттық жобасына сәйкес келеді және Қазақстан Республикасының металлургия және машина жасау өнеркәсібінде сапалы болат өндірісін дамытуға бағытталған.

Жобаны іске асыруда HSC Chemistry және Thermo-Calc сияқты заманауи бағдарламалық кешендер пайдаланылады, бұл болаттың жаңа кешенді қорытпасы мен тотықсыздандыруын әзірлеу және қолдану үшін қажетті эксперименттер санын айтарлықтай азайтады. HSC Chemistry қосымша энергия шығындарынсыз оңтайлы жағдайларда кешенді лигатураны алу процесін модельдеуге мүмкіндік береді және материалды қажет ететін эксперименттік зерттеулерді азайтады, ал Thermo-Calc қажетті деректерді алу үшін эксперименттерді жақсырақ бағыттауға мүмкіндік беретін сынақ шарттарын алдын ала таңдауға көмектесе алады.

1) Стандартты оттексіздендіргіштердің болаттың тыныш және жартылай тыныш маркаларының қасиеттеріне және металл емес қосындыларының құрамына әсері зерттелді. Металл емес қосындылардың құрамы кешенді құрамды силикаттар (кремний, алюминий негізінде), қарапайым құрамды алюминий (корунд) (алюминий негізінде) және қарапайым құрамды силикаттардан (кремний негізінде) тұратындығы энергия дисперсиясын талдау арқылы анықталды. Болаттардың тыныш және жартылай тыныш маркаларының микроқұрылымын анықтау ГОСТ 5639-82 сәйкес жүргізілді және де оттексіздендіруге дейін және кейін сәйкесінше феррит пен видманштеттен тұратындығы анықталды. Термодинамикалық мәліметтерге сәйкес, металл балқымасын кешенді оттексіздендіру әр түрлі оттексіздендіргіштермен оттексіздендіру процесі нәтижесінде пайда болатын оксидтердің белсенділігі 1-ден төмен екендігі анықталды, яғни оттексіздендіру элементінің бірдей құрамымен оттегінің концентрациясы төмен металды алуға болады. Кешенді оттексіздендіру кезінде оттексіздендіру өнімдері таза оксидтерге қарағанда төмен температурада ериді, бұл оларды коагуляциялауға және болат балқымасынан толығымен алып тастауға мүмкіндік береді.

2) «АрселорМиттал Теміртау» АҚ-дан алынған тәжірибелік үлгілер келесі құрамға ие: 3сп – оттексіздендіруге дейін 0,04 С; 0,03 Mn; 0,010 P; 0,019 S; 0,01 Cr; 0,02 Ni; 0,04 Cu, оттексіздендіруден кейін 0,015 C; 0,041 Mn; 0,022 S; 0,012 P; 0,020 Si; 0,013 Al. 08пс – оттексіздендіруге дейін 0,05 C; 0,05 Mn; 0,007 P; 0,018 S; 0,01 Cr; 0,02 Ni; 0,03 Cu, оттексіздендіруден кейін 0,04 C; 0,34 Mn; 0,023 S; 0,009 P; 0,098 Si; 0,025 Al. Оттексіздендіруге дейінгі №1 және 3 үлгілерде металл емес қосындылары силикаттар мен алюминаттар тұрады, деформацияланбаған, нүктелік 5 (бесінші) баллға ие, ал оттексіздендіруден кейінгі №2 және 4 үлгілерде бойынша 2 (екінші) баллдан төмен екендігі ГОСТ 1778-70 бойынша анықталды. №1 және 3 үлгідегі металл емес қосындылардың мөлшері 6,1 мкм – ден төмен, ал №2 және 4 үлгілер 1,9 мкм-ден төмен.

3) Кентермиялық пештерде марганец кендері мен жоғары күлді көмірді қолдана отырып, , сондай-ақ ферромарганецтен, ферросилицийден және чушка алюминийінен балқыту әдісімен оттексіздендіргіштердің тәжірибелік үлгілері алынды. Марганец, кремний және алюминийдің әртүрлі арақатынасына негізделген әртүрлі химиялық құрамы бар қорытпаның прототиптерін әзірлеу материалтану мен металлургиядағы инновациялық тәсіл болып табылады. Әрбір элементтің (Mn, Si, Al) қаттылық, тығыздық, балқу температурасы және коррозияға төзімділік сияқты қорытпаның физикалық және металлургиялық қасиеттеріне әсерін терең талдау айтарлықтай ғылыми қызығушылық тудырады. Жұмыс материалдың негізгі қасиеттерін оңтайландыру үшін химиялық құрамды дәл басқаруды қалай қолдануға болатынын көрсетеді, бұл әртүрлі салаларда қорытпаларды өндіру және қолдану үшін маңызды практикалық маңызы бар.болатты тотықсыздандыру.

4) Марганец кендері мен жоғары күлді көмірді, сондай-ақ ферромарганец, ферросилиций және чушка алюминийін қолдану арқылы балқыту әдісімен тәжірибелік үлгілер алынды. Үлгі №1-1: Mn – 48,80%; Si – 31,15%; Al – 10,30% и ост. Fe, P, S, C. Үлгі №1-2: Mn – 20,30%; Si – 37,79%; Al – 12,85% и ост. Fe, P, S, C. Үлгі №2-1: Mn – 33,97%; Si – 35,70%; Al – 11,67% и ост. Fe, S, C. Үлгі №2-2: Mn – 41,02%; Si – 30,56%; Al – 10,24% и ост. Fe, S, C. Үлгі №2-3: Mn – 47,12%; Si – 29,15%; Al – 7,93% и ост. Fe, S, C. Үлгі №2-4: Mn – 48,06%; Si – 27,09%; Al – 11,24% и ост. Fe, S, C. Үлгі №2-5: Mn – 35,95%; Si – 33,87%; Al – 7,93% и ост. Fe, S, C.