Повышение жаропрочности

ряд свойственных ЭЙ механизмов пробоя и разрушения полиминеральных сред обеспечивает их высокоселективное разрушение с выраженным разделением минеральных компонентов. Высокая селективность ЭИ-дезинтеграции создает предпосылки для ее практического использования в рудоподготовительных операциях как процесса, обеспечивающего на последующих стадиях обогащения руд существенное повышение извлечения и улучшение качества концентратов. Это определяет значимое место ЭЙ в решении проблем комплексного использования минерального сырья и экологии.

Как следует из данных табл.5.26, электроразрядное разупрочнение руды обеспечило повышение извлечения минерала в концентрат на 10% и даже 12% в условиях, когда была сделана попытка оптимизировать процесс измельчения разупрочненной руды изменением стержневой нагрузки в мельнице. Изменение извлечения коррелирует с изменением выхода продуктивного класса -0.63+0.063 мм. Расчет ожидаемых потерь минерала в непрерывном режиме обогащения дает значения для исходной руды - 15.04%, разупрочненной - 9.31% и 11.68%. В целом, результаты укрупненных технологических испытаний, подтвердившие результаты лабораторных исследований, дают основание утверждать о высокой технологической эффективности электроразрядного разупрочнения руд. Удельные энергозатраты на разупрочнение не превышают 3-4 кВт-ч/т, и это дает возможность практической реализации способа на существующем электрооборудовании.

Повышение извлечения восста-

Сорбция из пульпы позволяет устранить из технологической схемы золотоизвлекательной фабрики громоздкую и дорогостоящую операцию фильтрации и промывки пульпы после цианирования, что является одним из важнейших достоинств этого метода. Другое достоинство состоит в том, что во многих случаях он обеспечивает значительно более высокое извлечение золота. Это связано с тем, что введение ионита в цианируемую пульпу резко снижает концентрацию золота в растворе и, следовательно, сорбцию его природными сорбентами (углистыми веществами, тончайшими частицами глинистых минералов), часто присутствующими в золотосодержащих рудах. В отдельных случаях повышение извлечения золота может достигать 10—20%.

Сорбционная активность глинистых веществ ниже, чем углистых, поэтому сорбционное выщелачивание глинистых руд проводят при умеренной концентрации ионита в пульпе (около 2 %). Повышение извлечения золота достигается не только подавлением сорбциопной активности глинистых веществ, но и в результате устранения несовершенной операции отмывки растворенного золота. Общий прирост извлечения золота может достигать 5 % и более. Это обстоятельство наряду с устранением малопроизводительной и энергоемкой операции фильтрования цианистых пульп делает сорбционную технологию наиболее эффективным методом переработки глинистых руд.

В последние годы предложен ряд усовершенствований процесса производства рафинированного ферромарганца. Известно получение рафинированного ферромарганца смешением в печи с магнезиальным сводом рудоизвесткового расплава и жидкого силикомарганца, что обеспечивает снижение расхода электроэнергии на 33%, повышение извлечения марганца на 1- — 8 % и повышение эффективности обезуглероживания на 10 % и десульфурации на 5 %. Также известен внепечной силикотермический процесс с использованием твердого или жидкого силикомарганца [103, с. 1 — 7]. Фирма «Union Carbide» («Юнион Карбайд») (США), разработала и внедрила на своих заводах новый процесс производства среднеуглеродистого ферромарганца, получивший название процесс MOR («Manganese Oxygen Refining»), который заключается в продувке высокоуглеродистого ферромарганца кислородом в ковше [103, с- 1 — 7]. Конечная температура процесса достигает 1750 °С, что обеспечивает получение необходимого содержания углерода (рис. 34). Тепло, необходимое для повышения температуры сплава с 1300 °С при выпуске его из печи до '750 °С, выделяется при окислении марганца и углерода.

Успешно опробована выплавка комплексных сплавов марок ФХМнС—500 (5,5% С; 46% Сг; 19% Мп; 11,7% Si), ФХМнСК, ФХМнСТ и ФХМиСКТ (с повышенным содержанием кремния и титана). Установлено, что применение комплексных ферросплавов обеспечивает повышение извлечения хрома, марганца и кремния при их выплавке и снижение расхода легирующих элементов (хрома на 32,3 %, марганца на 20,3 % и кремния на 21,8 % при обработке стали и дает экономию в размере 2,1 руб/т жидкой стали [116]. Известен сплав содержащий 8—20 % Si, 35—60 % Сг, 20—35 % Мп, 0,4—4 % А1, 0,2—4 % Са, 0,2—2 % Mg и остальное Fe. Для легирования отливок также успешно используют сплав, содержащий, %: Cr>55; Si 10—20; С 3—8; Са 0,1— 1; А1 0,1—1,0; N2<1,0. Особо чистый феррохром марки ФХ650 (>65 % Сг; <6,0 % С; <1,5 % Si; <0,05 % S; <0,03 % Р) производят на АЗФ Методом смешения жидкого высокоуглеродистого феррохрома и сред-неуглеродистого конвертерного феррохрома.

В последние годы предложен ряд усовершенствований процесса производства рафинированного ферромарганца. Известно получение рафинированного ферромарганца смешением в печи с магнезиальным сводом рудоизвесткового расплава и жидкого силикомарганца, что обеспечивает снижение расхода электроэнергии на 33%, повышение извлечения марганца на 7—8 % и повышение эффективности обезуглероживания на 10 % и десульфурации на 5 %. Также известен внепечной силикотермический процесс с использованием твердого или жидкого силикомарганца [103, с. 1—у]. Фирма «Union Carbide» («Юнион Карбайд») (США), разработала и внедрила на своих заводах новый процесс производства среднеуглеродистого ферромарганца, получивший название процесс MOR («Manganese Oxygen Refining»), который заключается в продувке высокоуглеродистого ферромарганца кислородом в ковше [103, с- 1—7]. Конечная температура процесса достигает 1750 °С, что обеспечивает получение необходимого содержания углерода (рис. 34). Тепло, необходимое для повышения температуры сплава с 1300 °С при выпуске его из печи до 1750°С, выделяется при окислении марганца и углерода.

Успешно опробована выплавка комплексных сплавов марок ФХМнС—500 (5,5% С; 46% Сг; 19% Мп; 11,7% Si), ФХМнСК, ФХМнСТ и ФХМиСКТ (с повышенным содержанием кремния и титана). Установлено, что применение комплексных ферросплавов обеспечивает повышение извлечения хрома, марганца и кремния при их выплавке и снижение расхода легирующих элементов (хрома на 32,3 %, марганца на 20,3 % и кремния на 21,8 % при обработке стали и дает экономию в размере 2,1 руб/т жидкой стали [116] Известен сплав содержащий 8—20 % Si, 35—60 % Сг, 20—35 % Мп, 0,4—4 % А1, 0,2—4 % Са, 0,2—2 % Mg и остальное Fe. Для легирования отливок также успешно используют сплав, содержащий, %: Cr>55; Si 10—20; С 3—8; Са 0,1— 1; А1 0,1—1,0; N2<1,0. Особо чистый феррохром марки ФХ650 (>65 % Сг; <б,0 % С; <1,5 % Si; <0,05 % S; <0,03 % Р) производят на АЗФ Методом смешения жидкого высокоуглеродистого феррохрома и сред-неуглеродистого конвертерного феррохрома.

Упрощение технологии, повышение извлечения никеля и кобальта н сокращение электрических затрат достигаются при плавке окисленных никелевых руд на ферроникель.

При плавке на ферроникель достигается значительное упрощение технологической схемы переработки окисленных никелевых руд, существенное повышение извлечения никеля и кобальта, улучшение использования вещественного состава руды, а также экономия топлива.

Не следует думать, что одно только изменение технологии само по себе приведет к повышению жаропрочности. Применение новых технологических процессов производства и обработки сплавов дает повышение жаропрочности лишь при одновременном изменении химического состава.

Конечно, цель такой термической обработки — повышение жаропрочности; аустенитные стали второй группы обладают жаропрочностью более высокой, чем гомогенные аустенитные стали, что объясняется тонким распределением второй фазы, однако это является преимуществом только при кратковременных сроках службы; при длительных сроках службы (т>100 ч) избыточная упрочняющая фаза скоагулирует, и тогда гомогенные сплавы превосходят по жаропрочности дисперсионно твердеющие.

Дальнейшее повышение жаропрочности достигается введением элементов, упрочняющих твердый раствор, — кобальта, молибдена, вольфрама (сплавы нимоник 90 и 100).

Повышение жаропрочности достигается легированием твердого раствора, приводящим к увеличению энергии связи между атомами, в результате чего процессы диффузии и самодиффузии задерживаются, а температура рекристаллизации возрастает; созданием у сплава специальной структуры, состоящей из вкрапленных в основной твердый раствор и по границам зерен дисперсных карбидных и особенно интерметаллидных фаз, когерентно связанных с матрицей длительное время. Такая структура получается в результате закалки с высоких температур и последующего старения. Наличие равномерно распределенных дисперсных избыточных фаз затрудняет пластическую деформацию при высоких температурах.

Совместное присутствие хрома и никеля обеспечивает также получение устойчивой аустенитной структуры, т.е. повышение жаропрочности.

На рис. 203 приведены многокомпонентные системы Ni - Ti, Ni - Cr - Ti, Ni - Cr - Т - W и Ni - Cr - W - Ti -,A1, показывающие повышение предела длительной прочности сплавов в зависимости от количества вводимых легирующих элементов при температуре 800°С. Кривые длительной прочности на диаграммах показывают последовательное повышение жаропрочности по мере увеличения числа компонентов в сплаве и увеличения концентрации легирующего элемента в твердом растворе.

Необходимо отметить, что в стали, подвергнутой МТО, даже после весьма длительных температурных выдержек не наблюдается признаков коагуляции выпадающей фазы. По-видимому, это объясняется образованием субструктуры, равномерно охватывающей весь объем металла. Следовательно, повышение жаропрочности после МТО вызывается не только способностью дислокационных -стенок сопротивляться пластической деформации три повышенных температурах, но и спецификой протекания диффузионных процессов при наличии разветвленной сетки дислокационных субграниц [68].

Таким образом, структурно-энергетический анализ упрочнения показывает, что повышение жаропрочности при МТО, в первую очередь, объясняется равномерным распределением дислокаций по всему объему упрочняемого материала, а не существенным увеличением плотности дислокаций.

Изучение закономерностей изменения электропроводности и других физических свойств после МТО имеет не только чисто прикладное значение. Оно также 'Представляет существенный интерес для исследования механизма упрочнения, вызывающего повышение жаропрочности.

При испытаниях в условиях ползучести в таком металле протекают интенсивные процессы миграции границ зерен и образования зародышей рекристаллизации. Интенсивно идет выделение вторичных фаз, в том числе сг-фазы. Упрочненная стабилизированной субструктурой матрица зерен и разупрочняющие процессы в приграничных зонах (миграция границ, образование и рост вторичных фаз) вызывают повышение жаропрочности при высоких нагрузках и малых долговечностях и существенное снижение жаропрочности при низких нагрузках и больших долговечностях.

Повышение жаропрочности сплавов связано с увеличением количества дисперсных фаз, выделяющихся в результате действия умеренных темп-р, и с их взаимодействием с твердым раствором. Состав ин-терметаллидных, карбидных, а также бо-ридных фаз меняется в зависимости от легирования и термич. обработки. В нек-рых случаях небольшие присадки углерода (0,1%) способствуют измельчению зерна при тех же режимах термич. обработки и повышению сопротивления усталости.