Identification of Patterns in the Structural and Phase Composition of the Doping Alloy Derived From Metallurgical Waste Processing

This paper reports a study into the structural-phase composition of the doping alloy made by processing metallurgical anthropogenic waste involving reduction smelting. This is required for determining the technological parameters that ensure an increase in the level of extraction of target elements during the processing of anthropogenic waste and for the further use of the doping alloy. It was revealed that the phase composition of the doping alloy manifested a solid solution of the doping elements and carbon in α-Fe. Cementite Fe3C and silicides Fe5Si3, FeSi, and FeSi2 were also identified. In this case, the doping elements were more likely to act as substitution atoms. It has been determined that the microstructure of the alloy consisted of several phases of different shapes and contents of the basic doping elements. Sites with an elevated iron level of up to 95.87 % by weight in the composition could be represented by the solid solution phase of the doping elements and carbon in α-Fe. The sites with a relatively high (% by weight) content of carbon (0.83‒2.17) and doping elements ‒ W, up to 39.41; Mo, up to 26.17; V, to 31.42; Cr, to 9.15 ‒ were apparently of a carbide nature. The sites with a silicon content of 0.43‒0.76 % by weight likely included silicide compounds. The alloy's characteristics make it possible to smelt steel grades without strict carbon restrictions, replacing some of the standard ferroalloys. Neither phases nor compounds with a relatively high propensity for sublimation were identified in the material produced. Therefore, there is no need to provide conditions to prevent evaporation and loss in the gas phase of the doping elements. That could increase the degree of extraction of the doping element

Defining the Features of Structural and Phase Transformations in the Recycling of Anthropogenic Metallurgical Waste Containing Refractory Elements

This paper reports a study into the features of the phase composition and microstructure of a master alloy obtained by using the reduction melting of oxide man-made waste. That was necessary to define those technological indicators that provide for an increase in the degree of extraction of alloying elements during the recycling of anthropogenic raw materials and the subsequent use of the alloying material. It has been determined that the phase composition of the alloy at a Si:C ratio in the charge of 0.11 mainly consisted of a solid solution of elements in α-Fe, as well as carbides Fe3C and Fe3W3C. At the Si:C ratios in the charge of 0.28 and 0.52, along with a solid solution of the elements in α-Fe, Fe8Si2C, Fe5Si3, and FeSiC, FeSi2 manifested themselves, respectively. The microstructure of the alloy demonstrated a clear manifestation of several phases with different content of alloying elements. Changing a Si:C ratio in the charge from 0.11 to 0.28 and 0.52 led to an increase in the residual silicon content (wt %) in the studied areas, from 0.00–0.25 to 0.12–1.79 and 0.20–2.11, respectively. At the same time, the carbon content (wt %) in the examined areas varied from 0.25–2.12 to 0.24–2.52 and 0.45–2.68, respectively. The content of alloying elements in the investigated areas varied within (wt %): W – 0.00–43.06, Mo – 0.00–32.72, V – 0.19–20.72, Cr – 0.69–33.94, Co – 0.00–3.96. Analysis of the study's results reveals that the most acceptable ratio of Si:C in the charge is 0.52. In this case, there is a certain content of residual silicon along with carbon in the form of carbosilicide and silicide compounds. Such indicators of the alloy provide sufficient reducing capacity of the alloy when used. The properties of the alloy make it possible, when smelting steels, to replace part of those standard ferroalloys that do not have strict carbon restrictions

Improving the Efficiency of a Sowing Technology Based on the Improved Structural Parameters for Colters

The paper reports results from research into improving the efficiency of the technological process of sowing agricultural crops based on the theoretical and experimental studies of functional dependences of operations in the course of the technological process on parameters for colters. Their variants have been substantiated, which, in the subsequent synthesis in various combinations, has made it possible to construct, depending on the requirements, a family of versatile, combined, and specialized colters.Based on the comparison of analysis and experimental research into the widely applied designs of colters, as well as the parameters for their operation, we have discovered flaws in operation and established their impact on reducing the yield of grain crops. In addition, we have theoretically substantiated the influence of the type and structure of colters on the interaction with soil and seeds during sowing under different conditions. That has made it possible to establish a correlation between the parameters for colters and operations within the technological process.The data obtained have become the basis for designing new structural elements and types of colters (a family of them) that meet the requirements of the agronomic science and consumers. They improve the technological processes of interaction between their structural parameters (frontal surface, tip, side cheeks) and soil. This improves the formation of furrow for seeds, arranging them evenly for area and depth of covering with moist soil. That improves the germination, development of cultural plants, and increases yields by up to 10 %.These working bodies are capable of row, narrow-row, scattered, anti-erosion planting, as well as sowing sparse shoots; they improve productivity and protect soil from erosion. Thus, the result of the current work is the created and improved family of colters for grain seeders:– with universal tips: a tip colter, an anchor colter, a tip colter with a combined tip, a colter with a combined tip, a colter with a combined tip with cutouts in cheeks and a soil compactor-separator, a tip colter with a guider and adjustable seed reflector; – for narrow rows: a tip colter; – combined: a combined tip colter with a right angle of soil penetration with a guider and a seed reflector; – anti-erosion: a tip colter, an anchor-disk colter with an attachment mechanism, a paw colter

Features of the Phase and Structural Transformations in the Processing of Industrial Waste From the Production of High­alloyed Steels

We have investigated the physical and chemical properties of the alloy obtained by reduction smelting using wastes from the production of highly-alloyed steels and alloys. This is necessary to determine the technological aspects that reduce the loss of doping components when obtaining and using a doping alloy. The study results indicate that at the charge's oxygen-to-carbon ratio of 2.25, the alloy consisted mainly of a solid solution of doping elements in γ-Fe. At the charge's oxygen-to-carbon ratio of 1.67, we also observed Fe3C, followed by an increase in the intensity of carbide manifestation at the oxygen-to-carbon ratio of 1.19. Photographs of the microstructure clearly showed several phases with a different ratio of doping elements. The Ni content in the examined sections of various phases changed within 1.38‒46.38 % by weight, Cr ‒ 3.45‒45.32 % by weight, W ‒ 1.51‒27.32 % by weight, Mo ‒ 0.48‒10.38 % by weight. Mo, W, Nb mostly concentrated in individual particles. The Nb content in some inclusions reached 47.62 % by weight. Analysis of the study results has shown that the most beneficial charge's oxygen-to-carbon ratio is 1.67. At the same time, the phase composition is dominated by a solid solution of doping elements in γ-Fe. The proportion of residual carbon, which was in the form of a carbide component, accepted values in the range of 0.52‒2.32 % by weight while providing the necessary reducing capacity when using the alloy. Our research has identified new technological aspects in the processing of highly-alloyed anthropogenic waste when obtaining an alloy with a relatively low residual carbon content. The resulting parameters of the resource-saving doping material ensure the possibility to replace some of the standard ferroalloys when smelting steels with certain carbon content restrictions

ДослідженнЯ структурно-фазовиХ перетворень, щО відбуваютьсЯ прИ ресурсозберігаючіЙ технологіЇ переробкИ металургійниХ ВідходіВ

Досліджено фізико-хімічні властивості легуючого сплаву, отриманого відновлювальною плавкою. 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 Si:C в шихті 0,14–0,50 (O:C=1,78) присутні фази: твердий розчин C та легуючих елементів в γ-Fe та Fe3Si. При Si:C=0,14 переважає твердий розчин C та легуючих елементів в γ-Fe при слабкому прояві Fe3Si. Поетапна зміна Si:C в шихті на 0,26, 0,38 та 0,50 дала підвищення прояву Fe3Si. Мікроструктура сплаву при різному Si:C в шихті мала чіткий прояв декількох фаз, з різним вмістом основних легуючих елементів. Вміст Ni – 2,97–14,10 % мас., Cr – 0,91–17,91 % мас. З підвищенням Si:C в шихті з 0,14 до 0,50 спостерігалося підвищення вмісту Si з 0,04 % мас. до 0,55 % мас. Вуглець в досліджених локальних ділянках поверхні сплаву, що підлягали рентгенівському мікроаналізу, мав значення від 0,51 до 1,48 % мас. Локальні ділянки мікроструктури з підвищеним Mo (до 9,10 % мас.), Si та C вказують на можливість присутності Mo у вигляді силіцидів або карбосиліцидів. З отриманих результатів дослідження витікає, що найбільш прийнятним Si:C в шихті є 0,26 (при O:C=1,78). В цьому випадку забезпечується відновлення з переважанням у фазовому складі твердого розчину C та легуючих елементів в γ-Fe та проявом залишкового Si у вигляді силіцидів. Тобто визначено показники отримання сплаву з відносно низьким вмістом Si та C, але достатнім для забезпечення необхідної відновної та розкиснюючої здатності сплаву. Це розширює можливості ресурсозбереження з використанням отриманого сплаву з заміною деякої частики стандартних легуючих матеріалів при виплавці обмежених по вуглецю та кремнію марок стале

ДослідженнЯ структурно-фазовиХ перетворень, щО відбуваютьсЯ прИ ресурсозберігаючіЙ технологіЇ переробкИ металургійниХ ВідходіВ

Досліджено фізико-хімічні властивості легуючого сплаву, отриманого відновлювальною плавкою. 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 Si:C в шихті 0,14–0,50 (O:C=1,78) присутні фази: твердий розчин C та легуючих елементів в γ-Fe та Fe3Si. При Si:C=0,14 переважає твердий розчин C та легуючих елементів в γ-Fe при слабкому прояві Fe3Si. Поетапна зміна Si:C в шихті на 0,26, 0,38 та 0,50 дала підвищення прояву Fe3Si. Мікроструктура сплаву при різному Si:C в шихті мала чіткий прояв декількох фаз, з різним вмістом основних легуючих елементів. Вміст Ni – 2,97–14,10 % мас., Cr – 0,91–17,91 % мас. З підвищенням Si:C в шихті з 0,14 до 0,50 спостерігалося підвищення вмісту Si з 0,04 % мас. до 0,55 % мас. Вуглець в досліджених локальних ділянках поверхні сплаву, що підлягали рентгенівському мікроаналізу, мав значення від 0,51 до 1,48 % мас. Локальні ділянки мікроструктури з підвищеним Mo (до 9,10 % мас.), Si та C вказують на можливість присутності Mo у вигляді силіцидів або карбосиліцидів. З отриманих результатів дослідження витікає, що найбільш прийнятним Si:C в шихті є 0,26 (при O:C=1,78). В цьому випадку забезпечується відновлення з переважанням у фазовому складі твердого розчину C та легуючих елементів в γ-Fe та проявом залишкового Si у вигляді силіцидів. Тобто визначено показники отримання сплаву з відносно низьким вмістом Si та C, але достатнім для забезпечення необхідної відновної та розкиснюючої здатності сплаву. Це розширює можливості ресурсозбереження з використанням отриманого сплаву з заміною деякої частики стандартних легуючих матеріалів при виплавці обмежених по вуглецю та кремнію марок стале