Studying the physical-chemical properties of alloyed metallurgical waste as secondary resource-saving raw materials

Дослiджено особливостi фазового складу та мiкроструктури шлакiв алюмотермiчного виробництва лiгатур тугоплавких елементiв рiзних марок та окалини швидкорiжучої сталi Р6М5 щодо природи присутностi легуючих елементiв. Це необхiдно для забезпечення зменшення втрат Mo, W та iнших легуючих елементiв сублiмацiєю з пiдвищенням температури при переробцi техногенних вiдходiв. Фазовий склад визначали методом рентгенофазового аналiзу. Мiкроструктуру дослiджували на растровому електронному мiкроскопi в комплексi з рентгенiвським мiкроаналiзом використанням безеталоного методу розрахунку фундаментальних параметрiв. Визначено, що шлаки алюмотермiчного виробництва лiгатур АХМ-50 та АМВТ складаються з CaAl4O7 та з’єднань AlV2O4 i CrO2. Це може обумовлювати певний рiвень легованостi шлаку тугоплавкими елементами. У шлаку вiд виплавки лiгатури МФТА виявлено фази Al75Mo20W5 та Mo(Si, Al)3, що можуть бути представленi металевими вкрапленнями. Фази окалини сталi Р6М5 в основному представленi Fe3O4, Fe2O3 та FeO. Також виявлено FeWO4, MoO2, WC, Mo2C, що обумовлюється пiдвищеним ступенем легованостi W та Mo. Не виключено, що деяка частка атомiв легуючих елементiв, в тому числi Cr та V, може знаходитися в якостi атомiв замiщення в оксидах Fe. Мiкроструктура дослiджених шлакiв та окалини характеризувалася розупорядкованiстю часток рiзного розмiру та форми. Виявлено присутнiсть в окалинi часток з вiдносно високим вмiстом легуючих елементiв. В дослiджених матерiалах вiдсутнi з’єднання з пiдвищеною схильнiстю до сублiмацiї. Це зумовлює вiдносно високий ступiнь використання легуючих елементiв. В дослiджених матерiалах вiдсутнi з’єднання з пiдвищеною схильнiстю до сублiмацiї. Це зумовлює вiдносно високий ступiнь використання легуючих елементiв i зменшує певнi обмеження додавання дослiджених шлакiв у шлакоутворюючi сумiшi та температурнi обмеження режимiв плавлення. Використання шлакiв алюмотермiчгого виробництва та окалини швидкорiжучих сталей в шихтi для виплавки легуючого сплаву забезпечило вилучення тугоплавких елементiв та додаткову легованiсть кiнцевого продукт

Studying the physical-chemical transformations at resource-saving reduction melting of chrome-nickel-containing metallurgical waste

EN: Large volumes of industrial waste and secondary raw materials in practice are not very effective. Waste doped corrosion- resistant steels, the operation of which may be accompanied by the effects of hostile environments, temperature, and mechanical factors [1], contain high-value elements such as Ni and Cr. An essential part is oxide and fine dispersion (scale, grinding dust), which is difficult to process efficiently, which adversely affects the manufacturability of production and the cost of production. Therefore, the problem is to reduce the losses of Ni and Cr in the processing of waste corrosion resistant steels. For this purpose, it is necessary to study the peculiarities of the physical-chemical properties of the scale of corrosion-resistant steels and transformations in the reduction of oxide chromium-nickel-containing metallurgical waste. UK: Досліджено фізико-хімічні особливості хром-нікельвмісних відходів виробництва корозійностійких сталей та легуючого сплаву, отриманого за допомогою відновлювальної плавки. Це необхідно для визначення параметрів, що знижують втрати Ni та Cr при переробці оксидної легованої сировини та використанні отриманої легуючої добавки. Визначено, що в сплаві при співвідношенні O/C в шихті в межах 1,09–1,78 присутні фази γ-Fe та Fe3C з легуючими елементами в якості атомів заміщення. При O/C=1,78 фазовий склад переважно складався з γ-Fe при слабкому прояві Fe3C. Поетапна зміна O/C в шихті на 1,33 та 1,09 призводила до підвищення прояву Fe3C на дифрактограмах. Мікроструктура суміші окалини хром-нікельвмісних корозійностійких сталей розупорядкована з присутністю часток різного розміру та форми. Вміст легуючих елементів Ni та Cr складав 7,65 % мас. та 14,26 % мас. відповідно при вмісті кисню на рівні 29,70 % мас. Мікроструктура легуючого сплаву з різним співвідношенням O/C в шихті мала чіткий прояв декількох фаз, що характеризувалися різницею у вмісті основних легуючих елементів. Вміст Ni у досліджених ділянках різних фаз змінювався в межах 1,41–20,90 % мас., Cr – 1,27–32,90 % мас. Згідно досліджень найбільш прийнятним співвідношенням O/C в шихті є 1,78. В цьому випадку забезпечувалося відновлення з переважанням у фазовому складі γ-Fe з відносно слабким проявом залишкового вуглецю, як карбідної складової. Тобто визначено показники переробки хром-нікельвмісних техногенних відходів та отримання легованого продукту відновної плавки з відносно низьким вмістом вуглецю. Це розширює можливості ресурсозбереження з використанням отриманого сплаву з заміною деякої частики стандартних легуючих матеріалів при виплавці обмежених по вуглецю марок сталей

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ, СОСТАВА ШИХТЫ НА ПЛОТНОСТЬ МЕТАЛЛИЗОВАННОГО МОЛИБДЕНСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА

Phase and structural transformations in the process of carbothermic recoveries of molybdenum oxide are investigated. Studying of influence of some technological factors of process carbothermic recoveries of tablets based on oxide МоО3 on extent of their swelling, and also the reasons calling this phenomenon, for its purposeful regulating in industrial conditions is given. Исследованы фазовые и структурные превращения в процессе углеродотермического восстановления триоксида молибдена. Проведено изучение влияния некоторых технологических параметров процесса углеродотермического восстановления таблеток на основе MoO3 на степень их разбухания, а также причин, вызывающих это явление, для целенаправленного регулирования его в промышленных условиях.

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ОКАЛИНЫ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

Development and optimisation of multipurpose system dependences of technical-and-economic indexes of scale of fast-cutting steels metallization was made. Optimum areas of technical-and-economic indexes and account factors and therefore possibility of improvement in quality of the received raw materials with the most favourable contents of alloying elements in it and lowerings steel smelting cost price with its use was discovered and examined. Выполнена разработка и оптимизация многофункциональной системы зависимостей технико-экономических показателей металлизации окалины быстрорежущих сталей. Определены и исследованы оптимальные области технико-экономических показателей и расходных коэффициентов, в результате чего выявлена возможность повышения качества полученного материала с наиболее выгодным содержанием легирующих элементов в нем и снижение себестоимости выплавки стали с его использованием. 

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ Cо-O-C ПРИМЕНИТЕЛЬНО К МЕТАЛЛИЗАЦИИ КОБАЛЬТОСОДЕРЖАЩЕГО ОКСИДНОГО СЫРЬЯ

Thermodynamic equilibrium in system Co-O-C with reference to metallization of cobalt-contain oxide raw materialsТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ Cо-O-C ПРИМЕНИТЕЛЬНО К МЕТАЛЛИЗАЦИИ КОБАЛЬТОСОДЕРЖАЩЕГО ОКСИДНОГО СЫРЬ

Studying the Physical­chemical Transformations at Resource­saving Reduction Melting of Chrome–nickel­containing Metallurgical Waste

We have investigated the physicochemical characteristics of chromium-nickel-containing waste from the production of corrosion-resistant steels and a doped alloy obtained by reduction smelting. This is necessary to determine the parameters that reduce the losses of Ni and Cr during the processing of doped oxide raw materials and using the resulting dopant. It was determined that the alloy with the O/C ratio in the charge in the range of 1.09–1.78 had the γ-Fe and Fe3C phases with alloying elements as substitutional atoms. At O/C=1.78, the phase composition predominantly consisted of γ-Fe with a weak manifestation of Fe3C. A phased O/C change in charge of 1.33 and 1.09 resulted in an increase in the emergence of Fe3C on diffractograms. The microstructure of the chrome-nickel-containing corrosion-resistant steels scale mixture is disordered with the presence of particles of different sizes and shapes. The content of the alloying elements Ni and Cr was 7.65 % wt. and 14.26 % wt., respectively, at the oxygen content at the level of 29.70 % wt. The microstructure of the doped alloy with a different O/C ratio in the charge had a clear manifestation of several phases, characterized by differences in the content of the main alloying elements. The Ni content in the studied areas of different phases varied within 1.41–20.90 % wt., Cr ‒ 1.27–32.90 % wt. According to research, the most acceptable O/C ratio in the charge is 1.78. In this case, reduction was achieved with predominance in the phase composition of γ-Fe with a relatively weak manifestation of residual carbon as the carbide component. In other words, we have determined the indicators for the processing of chromium-nickel-containing industrial wastes and the production of a doped smelting product with a relatively low carbon content. This expands the possibilities of resource saving using the obtained alloy with the replacement of a certain proportion of standard alloying materials in the smelting of carbon-limited steel grades

Research Into Resource-saving Molybdenum-containing Alloying Additive, Obtained by the Metallization of Oxide Concentrate

We established that the phase composition of oxide molybdenum concentrate is re presented mainly by MoO3, as well as МоО2, WO3, Mo2C and associated ore impurities of Al2O3, CaO, SiO2 and MgO. We found non-uniform microstructure in the form of plates, granules of round shape, and thread-like formations. It was determined that phase composition of metallized molybdenum concentrate, obtained by carbon-thermal technique, is mostly composed of metal Mo with the presence of MoC and Mo2C. Unrestored component is represented by the oxy-carbide compound (Mo, O, C) and the lower molybdenum oxide MoO2. We noted fragmented presence of Mo8O23. Spongy microstructure revealed areas where the molybdenum oxide restoration products dominate. The presence of residual oxygen confirms the existence, along with metal Mo, of unrestored oxide or oxy-carbide compounds. The residual oxygen could also be contained in the oxide compounds of Si, Al, Ca, Mg, K, Na as associated ore impurities. This is confirmed by discovery of the specified elements in the examined areas. The detected phases and compounds do not display significant susceptibility to sublimation. High restorative ability, due to the excess of carbon in the form of carbides, provides the post-restoration of oxide component in the liquid metal in the process of alloying, as well as protection against secondary oxidatio

Research Into Recycling of Nickel­cobalt­containing Metallurgical Wastes by the Ecologically­safe Technique of Hydrogen Reduction

We studied kinetic patterns of hydrogen reduction of the scale of a nickel-cobalt containing precision alloy at a temperature of 673‒1573 K over a period from 0 to 180 minutes. The highest degree of reduction was achieved after thermal treatment at 1273 K – 99 %. This is predetermined by the intensification of reduction processes and a sufficient level of porosity, which ensures satisfactory gas exchange. It was discovered that the starting scale consists mainly of Fe3O4, Fe2O3 and FeO with atoms substituting their alloying elements. The target product of metallization had a sponge-like microstructure and consisted mainly of the solid solution of Co and Ni atoms in γ-Fe and the residual non-reduced Fe3O4 and FeO. The resulting phases had no noticeable susceptibility to sublimation.This has ensured a reduction in the losses of alloying elements while receiving and using the highly-alloyed metallized scale, which was confirmed by experimental- industrial tests. At the same time, recycling of industrial wastes contributes to a reduction in the technogenic intensity of industrial regions and improves ecological safety of the environmen

Principles of acousto-optical cells mathematical modeling

Конспективно викладено основні факти феномена дифракції світлових променів на ультразвукових пучках. Показано, що подальше вдосконалення параметрів і технічних показників дефлекторів і модуляторів світлових променів принципово неможливо без побудови та дослідження математичної моделі випромінювача ультразвукових хвиль. Запропоновано три версії побудови математичної моделі, що відрізняються точністю кількісних оцінок, тобто передавальної характеристики; ультразвукового перетворювача у вигляді електродної структури, розташованої на поверхні оптично прозорого п'єзоелектричного кристала.In article is shortly outlined basic facts of the light rays diffraction on the ultrasonic beam. It is shown that further improvement of parameters and technical characteristics deflectors and modulators of light rays is impossible without creating of mathematical model of the radiator of ultrasonic waves. Three version of constructing of mathematical model was offered that are different in accuracy of quantitative estimations. Also was offered model of ultrasonic transducer in form of electrode structure situated on the surface of an optically transparent piezoelectric crystal.Конспективно изложены основные факты феномена дифракции световых лучей на ультразвуковых пучках. Показано, что дальнейшее совершенствование параметров и технических показателей дефлекторов и модуляторов световых лучей принципиально невозможно без построения и исследования математической модели излучателя ультразвуковых волн. Предложены три, отличающиеся точностью количественных оценок, версии построения математической модели, т.е. передаточной характеристики, ультразвукового преобразователя в виде электродной структуры, расположенной на поверхности оптически прозрачного пьезоэлектрического кристалла

Study of the characteristics of force fields sources of elastic waves in optically transparent piezoelectric crystal

За допомогою інтегральних перетворень Ханкеля отримано і досліджено рішення граничної задачі про електричне поле, яке створюється в обсязі анізотропного за діелектричною проникністю п'єзоелектричного кристала кільцевим електродом, що знаходиться на його поверхні. Визначено та досліджено поверхневі та об'ємні щільності сил Кулона, які створюються електричним полем кільцевого електрода в Z – зрізі ніобата літію. Показано, сили Кулона, які деформують п'єзоелектричний кристал, існують в кінцевому обсязі обмеженому напівсферою, радіус якої не перевищує двох, максимум трьох, зовнішніх радіусів кільцевого електрода. Визначено скалярний і векторний потенціали поля сил Кулона, що дозволяє оцінити вклади об'ємних сил в енергетику збуджуваних поздовжніх і поперечних хвиль.With the help of Hankel integral transforms was received and investigated solution of the boundary problem of the electric field, which is created in the volume of anisotropic permittivity by a piezoelectric crystal in form of annular electrode located on the surface. It was identified and studied surface and bulk densities of Coulomb forces that are generated by the electric field of annular electrode in Z-cut of lithium niobate. It is shown that Coulomb forces deforming piezoelectric crystal exist in a final volume limited by hemisphere, the radius of which is not more than two-three outer radii of the annular electrode. Scalar and vector potentials of Coulomb force field was identified that allows to estimate the contributions of body forces in the energy of the excited longitudinal and transverse waves.С помощью интегральных преобразований Ханкеля получено и исследовано решение граничной задачи об электрическом поле, которое создается в объеме анизотропного по диэлектрической проницаемости пьезоэлектрического кристалла кольцевым электродом, находящимся на его поверхности. Определены и исследованы поверхностные и объемные плотности сил Кулона, которые создаются электрическим полем кольцевого электрода в Z – срезе ниобата лития. Показано, что деформирующие пьезоэлектрический кристалл силы Кулона существуют в конечном объеме ограниченном полусферой, радиус которой не превышает двух, максимум трех, наружных радиусов кольцевого электрода. Определены скалярный и векторный потенциалы поля сил Кулона, что позволяет оценить вклады объемных сил в энергетику возбуждаемых продольных и поперечных волн