Завод по производству наномодификаторов для металлургии (стр. 1 )

Конкурс Русских Инноваций

ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ

ЗАВОД ПО ПРОИЗВОДСТВУ НАНОМОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИИ

Организация-заявитель: Общество с ограниченной ответственностью научный центр по теплофизике и энергетике»

Руководитель проекта: Член-корреспондент РАН , директор Международного научного центра по теплофизике и энергетике

2009
АННОТАЦИЯ

В настоящее время резервы повышения механических характеристик сталей различных структурных классов на основе использования легирующих элементов считаются практически исчерпанными. Это особенно видно на примере высокопрочных сталей, когда многократное увеличение прочности вызывает снижение пластичности. Одним из наиболее эффективных способов изменения свойств металлов и сплавов, заменяющих легирование, является метод модифицирования металлов и сплавов частицами нанодисперсных тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, карбонитридов и др.). Введенные в расплав в количестве сотых долей процента они равномерно распределяются по всему объему и служат активными центрами кристаллизации, что ведет к значительному измельчению зерна и изменению морфологии структуры слитка. В результате этого формируется мелкодисперсная равноосная кристаллическая структура. Измельчаются также и неметаллические включения (карбиды, интерметаллы и др.), вследствие чего повышаются механические и служебные свойства металлов и сплавов.

Для промышленной реализации технологии наномодифицирования необходимо наладить производство нанопорошковых модификаторов (НПМ) в промышленных масштабах. Причём, для того, чтобы технология была экономически привлекательна, себестоимость производимых нанопоршков должны быть такой, чтобы затраты на модифицирование сплавов нанодисперсными соединениями были значительно ниже расходов на легирование. Уникальная технология, разработанная инициатором проекта, позволяет, используя новый плазмохимический реактор с жидкометаллическими электродами, получать нанопорошки тугоплавких металлов, себестоимость которых на порядок ниже расходов на их изготовление альтернативными способами, что объясняется низкой энергоёмкостью производства и дешевизной исходного сырья (соединения хлора).

Основные элементы концепции бизнеса проекта:

·  Продукция: нанодисперсные порошки нитрида титана.

·  Клиенты: металлургические предприятия, использующие при производстве сплавов технологию наномодифицирования.

·  Преимущества: низкая себестоимость, улучшенные механические характеристики.

·  Распространение: прямые продажи.

В рамках модели бизнеса, предполагающей создание нового предприятия, можно определить, что бизнес создаваемой компании – это производство наномодификаторов для металлургии. Для реализации такой бизнес-модели необходимо решить следующие задачи:

·  привлечь инвестиции, необходимые для строительства завода по производству нанопорошков, и наладить их производство;

·  сформировать рынок нанопорошков тугоплавких металлов, внедрив технологию наномодифицирования в производство.

ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЯВИТЕЛЕ

Название организации: Общество с ограниченной ответственностью научный центр по теплофизике и энергетике».

Адрес юридический: 630559, Новосибирская обл., Новосибирский район, Р. п. Кольцово, д. 14

Адрес фактический: 630128,

Адрес электронной почты

Страницы в сети Интернет: www. toxicwastes. ru , www. microspheres. ru

Директор: , член-корреспондент РАН, телефон/факс: [phone].

Некоторые реализованные инновационные проекты:

•  Создано два завода по производству алюмосиликатных микросфер. Объем производства – 30 тыс. тонн в год (собственное производство).

•  Создан озонатор на основе барьерного разряда (Заказчик – «Air Products and Chemicals»).

•  Налажено производство гуминовых препаратов для сельского хозяйства (собственное производство).

•  Создана промышленная установка по плазменно-химической переработке угольных шламов (заказчик – ).

•  Разработана технология и создана установка для уничтожения высокотоксичных отходов. Совместно с город» на полигоне «Серебристый» (Красноярск) начаты подготовительные работы для монтажа технологического комплекса по плазменной утилизации пестицидов, полихлорбифенилов и других видов высокотоксичных отходов.

Проекты в стадии реализации:

·  Топливные элементы на угле.

·  Электрохимические топливные элементы на твердооксидных элементах

·  Электролизер для получения водорода на основе твердооксидных электролитов.

·  Получение жидкого топлива из угля в энергетическом цикле.

·  Производство наномодификаторов для металлургии.

·  Производство силумина и алюминия из минералов группы силлиманита.

·  Производство кремния для солнечной энергетики.

·  Производство пеностекла.

·  Извлечение платины из автомобильных катализаторов.

Персонал. В настоящее время в МНЦТЭ постоянно работает более 40 человек, среди них 3 доктора и 3 кандидата физико-математических наук.

Объём реализации: в 2005 г. – $ 1840 тыс.; 2006 - $ 2980 тыс.; 2007 - $ 3570 тыс., 2008 - $ 2887.

Продукция: плазмохимические реакторы и технологические комплексы на их основе, алюмосиликатные микросферы, гуминовые препараты, услуги в области НИОКР по созданию новых промышленных технологий.

Стоимость основных фондов и их краткая характеристика: $ 1430 тыс. – здания, сооружения, промышленное оборудование, технологические линии, исследовательские стенды, научно-техническое оборудование и пр.

Права на объекты интеллектуально-промышленной собственности: 11 российских и международных патентов.

Знаки общественного признания: Диплом “Best paper of Session IMAPS”, Chicago, USA. Диплом победителя и премия Конкурса русских инноваций (2002); Диплом Первой степени Конкурса Администрации Новосибирской области (2003); Диплом Лауреата Национальной Премии Российской Академии Бизнеса и Предпринимательства в номинации «Бизнес-инновация» (2003), Диплом Второй Сибирской венчурной ярмарки (2008) и др.

СОВЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА. НОВИЗНА ПРЕДЛАГАЕМОГО ПОДХОДА ПО СРАВНЕНИЮ С ИЗВЕСТНЫМИ ПОДХОДАМИ

Повышение механических и служебных свойств стали и сплавов является одной из важнейших задач металлургического производства. Использование для этих целей легирующих элементов не всегда обеспечивает получение нужных свойств. Это особенно видно на примере высокопрочных сталей, когда многократное увеличение прочности вызывает снижение пластичности.

В качестве альтернативы дорогостоящему легированию, может быть использован метод модифицирования металлов и сплавов частицами нанодисперсных тугоплавких соединений (нитридов, карбидов и карбонитридов). Введённые в расплав в количестве сотых долей процента они равномерно распределяются по всему объёму и служат активными центрами кристаллизации, что ведет к значительному измельчению зерна и изменению морфологии структуры слитка. В результате этого формируется мелкодисперсная равноосная кристаллическая структура. Измельчаются также и неметаллические включения (карбиды, интерметаллы и др.), вследствие чего повышаются механические и служебные свойства металлов и сплавов [1].

Инициатором проекта предложен метод модифицирования металлов и сплавов нанодисперсными частицами нитрида титана.

Основными задачами, решаемые при реализации этого метода, являются синтез нанодисперсных частиц нитрида титана и подготовка их к введению в расплав. Известно, что из-за плохой смачиваемости расплавом металла наночастицы нитрида титана практически не растворяются в нем. Для решения этой проблемы используют технологию плакирования – покрытия поверхности наночастиц металлическими плёнками. Так, в работе [2] наномодификатор получали совместной обработкой тугоплавких нанодисперсных частиц (TiN) с металлом - протектором (Cr, Ni) в центробежной планетарной мельнице в инертной атмосфере. Металл–протектор, взаимодействуя с тугоплавкими частицами, плакирует их, препятствуя коагуляции и обеспечивая хорошую смачиваемость расплавом.

С точки зрения синтеза нанодисперсных порошков нитрида титана наибольшее развитие получили плазмохимические методы, связанные либо с прямым взаимодействием титана, испаряемым в потоке низкотемпературной плазмы, либо с восстановлением тетрахлорида титана, вводимого в плазмохимический реактор с последующим осаждением нанодисперсных порошков.

Достоинством первого метода является отсутствие агрессивных веществ, что значительно упрощает аппаратурное оформление процесса. Однако энергозатраты на его проведение значительно выше, чем для хлоридного, поскольку большая часть энергии тратится на испарение исходного сырья - титана. Этот факт делает хлоридный процесс предпочтительным для реализации на его основе промышленной технологии синтеза нанопорошка нитрида титана.

В настоящее время известно достаточно много работ, посвящённых получению нитрида титана плазмохимическим методом. Изучение хлоридного процесса синтеза нитрида титана связано главным образом с электродуговой и СВЧ плазмой. Использование дуговой плазмы позволяет достичь наибольшей производительности.

На рис. 1 а-д представлены характерные схемы восстановления тетрахлорида титана в потоке плазмы электродугового разряда. Полагая, что наличие титана и азота в ионизированном состоянии не требует восстановителя в [3] сделана попытка получить нанопорошок нитрида титана путём термической диссоциации смеси TiCl4 и N2 непосредственно в дуге (рис. 1, а). Для этого азот, содержащий пары TiCl4, вводился в разрядный канал, где горела электрическая дуга. Расход хлорида на получение 1 г TiN составлял 40 г, т. е. выход нитрида не привысил 7 %.

Использование водородного восстановления TiCl4 повышает выход TiN до 40—60 %. При введении смеси ТiCl4 и Н2 в азотную плазменную струю под срез сопла плазмотрона мощностью 10 кВт (рис. 1, б) [4] был синтезирован однофазный кристаллический нитрид титана. Наибольший выход его достигал 42 %. Энер­гозатраты на получение 1 кг нитрида титана превышали 36 ГДж.