УДК 669.168 Байсанов А. С. (Караганда, ХМИ им. Ж Абишева)
(Караганда, ХМИ им. Ж Абишева) (Караганда, КарГТУ)
(Караганда, ХМИ им. Ж Абишева) (Караганда, ХМИ им. Ж Абишева)
ПЕРСПЕКТИВЫ ВЫПЛАВКИ ВАНАДИЕВЫХ ЛИГАТУР В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
В октябре 2015 года на Актюбинском рельсобалочном заводе (АРБЗ) состоялся первый прокат отечественной рельсовой продукции. Это уникальное производство было организовано по поручению Г лавы государства и не имеет аналогов в СНГ. Проектная мощность АРБЗ, составляет 430 тысяч тонн металлопродукции в год. Прежде всего, это термоупрочнённые рельсы марки Р65 длиной 120 метров, предназначенные для высокоскоростных магистралей. Также на АРБЗ будут производиться до 230 тысяч тонн прокатной продукции - уголки, балки и швеллеры. Это позволит удовлетворить потребность Казахстана, а также соседних стран в рельсобалочной продукции. Реализация данного проекта потребует развития попутных производств, в частности получение ферросплавов необходимых при легировании и раскислении рельсовой стали. Так для достижения планируемых объемов производства (200 тыс. т. рельс типа Р65 с химическим составом, приведенным в таблице 1) только для легирования при 100% усвоении понадобиться порядка от 60 до 300т ванадия в виде различных ванадиевых ферросплавов и лигатур.
Таблица 1 - Химический состав рельсовой стали
Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||
С | Мn | Si | V | Р | S | |
не более | ||||||
М76Ф | 0,71- 0,82 | 0,75- 1,05 | 0,25- 0,45 | 0,03-0,15 | 0,035 | 0,04 |
Э76Ф | 0,025 | 0,03 | ||||
Э76 | - |
В черной металлургии ванадий является незаменимым легирующим элементом с практически неограниченной сферой применения в сталях и сплавах самых разнообразных классов и назначений. Ванадий связывает азот и снижает чувствительность стали к старению, повышает твёрдость, износостойкость и теплостойкость сплава. Для легирования стали ванадием используют феррованадий, а также специальные лигатуры, содержащие ванадий. Еще советскими учеными было разработано большое количество марок низколегированных сталей с ванадием для строительства, машиностроения, производства нефтяных и газопроводных труб, железнодорожных рельсов, колес, бандажей, автомобильного листа.
Для повышения эксплуатационных показателей железнодорожных рельсов в мировой практике осваивается выпуск их из стали, изготовленной с применением комплексных раскислителей, включающих в себя кремний, кальций, ванадий или кремний, магний и титан. Применение раскислителей позволяет повысить качество рельсовой стали в результате сокращения в ней неметаллических включений, приводящих к преждевременному выходу рельсов из строя, увеличить срок службы рельсов дополнительно на 25-30%. В настоящее время в общем объеме поставки железнодорожному транспорту доля рельсов с комплексными раскислителями составляет около 80%.
Поэтому основным направлением работ (которые предстоят по мере запуска производства рельс в Казахстане) по повышению износоустойчивости и долговечности рельсов, а, следовательно, и их конкурентоспособности является увеличение объемов применения ванадиевых лигатур. Необходимо отметить, что ванадий в металлическом виде не производиться в Казахстане. В Республике Казахстан ванадий производится в виде пентаоксида ванадия (АО «Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат») и метаванадата аммония (ТОО «Фирма Балауса») и экспортируется в непереработанном виде. В тоже время промышленность Казахстана потребляет и импортирует огромное количество металлургической продукции, содержащей ванадий, в виде железнодорожных рельс и трубной продукции для газо - и нефтепроводов. Поэтому возникает потребность в разработке технологий по первичной переработке казахстанского ванадиевого сырья и получение продукции с более высокой добавленной стоимостью. Например, на первом этапе: разработка технологий выплавки ванадиевых лигатур, которые в последующем можно было бы использовать при выплавке высококачественных марок сталей.
Таким образом, имеется потребность в разработке технологии и все необходимое для организации производства ванадиевых лигатур в Республике Казахстан: спрос на продукцию, ванадиевое сырье и кремнеалюминиевые восстановители - ферросиликоалюминий, выплавляемый на отечественных предприятиях компания ТОО «KSPSteel» и ТОО «АиК» по казахстанской технологии.
Известно, что в промышленных масштабах феррованадий и ванадиевые лигатуры получают восстановлением технического пентаоксида ванадия кремнием ферросилиция или алюминием в дуговой электропечи. Выбор способа выплавки феррованадия определяется в зависимости от содержания ванадия в исходном сырье. Наряду с феррованадием выпускаются силикованадий, выплавляемый в электропечах, а также металлический ванадий и безуглеродистый высокопроцентный феррованадий (до 80% V), получаемый алюминотермическими методами (электропечной или внепечной плавкой).
С целью изучения возможности организации производства феррованадиевой продукции из казахстанского сырья в Химико - металлургическом институте им Ж. Абишева была проведена серия предварительных лабораторных экспериментов по выплавке ванадиевой лигатуры. В качестве восстановителя использовался ферросиликоалюминий и алюмосиликомарганец, получаемые одностадийным карботермическим способом из высокозольных углей. В результате были определены принципиальная возможность получения ванадиевой лигатуры. Химический состав полученной ванадиевой лигатуры приведен в таблице 2.
Таблица 2 - Химический состав полученной ванадиевой лигатуры
Ванадиевая лигатура | Химический состав, % | ||||||||
V | Fe | Si | At | S | P | С | Ti | Mn | |
Опыт №1 | 14,39 | 59,28 | 23,42 | 0,073 | 0,005 | 0,019 | 0,82 | 0,42 | 0,28 |
Опыт №2 | 13,97 | 53,72 | 19,96 | 0,034 | 0,004 | 0,037 | 0,07 | 0,69 | 3,27 |
Таким образом, согласно проведенному анализу общих тенденций в производстве и потреблении ванадиевой продукции, а также согласно полученным лабораторным результатам можно заключить, что:
- отработаны предварительные параметры технологии выплавки ванадиевой лигатуры марки ФВд12С20 в лабораторных условиях; выявлена необходимость отработки мероприятий по разжижению конечного шлака; организация производства ванадиевых лигатур, не только расширит сортамент производимых в Казахстане ферросплавов (марганцевые, хромовые, кремниевые, ферросилиций и ферросиликоалюминий), но и создает предпосылки для развития производства специальных марок стали, которое практически отсутствует в Казахстане.
- имеются необходимые компоненты для организации производства ванадиевых лигатур: ванадиевое сырье и восстановители (ферросиликоалюминий и алюмосиликомарганец).
В завершении необходимо отметить, что проводимые исследования направлены на организацию производства продукции с более высокой добавленной стоимостью из отечественного сырья.
Данная работа выполнена в рамках программы «Грантовое финансирование научных исследований» на 2015-2017 г. г. КН МОН РК.
