Próiseas Sábháilte Nuálaíoch chun Cóimhiotal MgFeSi a Tháirgeadh ina bhfuil Cailciam agus Eilimintí Uathúla Talún

Tabhair isteach

Úsáidtear maignéisiam-iarann-cóimhiotal sileacain (MgFeSi) go coitianta sa tionscal réitigh iarainn mar bhreiseán riachtanach i dtáirgeadh iarann ​​insínte chun scaipeadh agus foirmiú graifít sféarúil, nó nodules graifíte, laistigh den mhaitrís a chur chun cinn. Tugann an cruth graifíte seo insínteacht den scoth don ábhar, rud a fhágann go bhfuil ábhar ann a chomhcheanglaíonn dea-insínteacht le neart ard, machinability maith, agus bailchríoch dromchla réidh.

Le fionnachtain struchtúir graifíte sféaróideach, beartaíodh agus tástáladh úsáid maignéisiam chun graifít sféaróideach a fhoirmiú laistigh de mhaitrís iarainn in ionad graifít flake traidisiúnta. Cé go bhfuil maignéisiam an-éifeachtach mar ghníomhaire nodularizing, tá a dlús íseal (1.74 gm cm⁻³), fiuchphointe íseal (1107 céim), intuaslagthacht teoranta in iarann ​​​​teilgthe, agus brú ard gaile ag teocht insínte táirgthe iarainn go bhfuil sé deacair maignéisiam íon a úsáid. Mar thoradh ar chur leis maignéisiam freisin imoibriú foréigneach, is cúis le corrú dian ar an iarann ​​leáite agus giniúint múch ocsaíd mhaignéisiam bán, a eascraíonn i caillteanas maignéisiam agus aisghabháil maignéisiam laghdaithe.

Tá sé faighte amach ag taighde go dtuaslagann maignéisiam i gcóimhiotail ferrosilicon leáite chun silicíd mhaignéisiam cobhsaí a fhoirmiú. Tá dlús níos airde ag an gcóimhiotal MgFeSi mar thoradh air ná miotail íon maignéisiam agus meastar gur cóimhiotal den scoth é chun maignéisiam a thabhairt isteach in iarann ​​teilgthe leáite. Chun silicíd mhaignéisiam a fhoirmiú agus déine an imoibrithe a laghdú, is é an cion sileacain is fearr i gcóimhiotail maignéisiam ferrosilicon ná 40% go 50%, agus is gnách go mbíonn an cion maignéisiam idir 5% agus 10%.

Léirigh taighde níos déanaí gur féidir le cailciam graifít sféarúil a fhoirmiú agus caillteanas maignéisiam a laghdú. Má chuirtear cailciam le cóimhiotail ferrosilicon-maignéisiam, tugtar an dara céim maignéisiam, CaMgSi2, isteach sa struchtúr_,ag laghdú an ráta imoibrithe agus mar sin tionchar dearfach a ghnóthú maignéisiam. Léirigh gnéithe tearc-chré freisin an cumas struchtúir sféarúla a fhoirmiú, agus tugadh cerium (Ce) agus lanthanum (La) isteach ina dhiaidh sin i dtáirgeadh cóimhiotail mhaignéisiam ferrosilicon-.

Is féidir maignéisiam-ina bhfuil cóimhiotail fearasilicon a tháirgeadh trí mhaignéisiam a laghdú-ina bhfuil mianta (amhail dolaimít) le carbón, sileacan, nó alúmanam. Mar sin féin, tá dúshláin shuntasacha ag baint le carbóin a úsáid mar oibreán laghdaitheora i bhfoirnéis stua leictreach chun maignéisiam a tháirgeadh ina bhfuil cóimhiotail ferrosilicon mar gheall ar an teocht oibriúcháin ard agus brú gaile maignéisiam. Ina theannta sin, mar gheall ar an gcostas ard a bhaineann le húsáid alúmanaim sa phróiseas táirgthe agus an t-ábhar ard alúmanaim sa chóimhiotail mar thoradh air sin, tá an próiseas seo níos lú ná idéalach. Ina theannta sin, ní sháraíonn rátaí aisghabhála maignéisiam 13.8% nuair a dhéantar laghdú ar mhianach dolaimíte cailcínithe le sileacain nó le sileacain-laghdú alúmanaim.

Chomh maith leis an bpróiseas laghdaithe, is féidir cóimhiotail mhaignéisiam iarainn sileacain a bhfuil cion maignéisiam de thart ar 5.5% iontu a tháirgeadh freisin trí thinní maignéisiam a thumadh i ferrosilicon leáite. Tá an modh tumoideachais níos eacnamaí ná an modh laghdaithe, ach tá dúshláin theicniúla aige. Imoibríonn maignéisiam le ferrosilicon leáite, gineann teas ard, Sparks, deataigh agus múch. Tá ábhar maignéisiam agus ráta aisghabhála maignéisiam an chóimhiotail íseal freisin. I staidéar eile, rinne taighdeoirí turgnaimh saotharlainne chun maignéisiam a thumadh i leá ferrosilicon chun déine an imoibrithe a laghdú agus an cion sileacain a mhéadú chomh hard le 75%. Mar sin féin, ní raibh an ráta aisghabhála uasta maignéisiam ach 71%, agus níor sháraigh an t-ábhar maignéisiam sa chóimhiotal deiridh 9.5%. Ina theannta sin, tá cion ard sileacain de 65-75% sa chóimhiotal MgFeSi a tháirgtear. , nach bhfuil oiriúnach chun teilgin iarainn insínte a tháirgeadh. Teicníc eile is ea silicíd mhaignéisiam agus fearasilicon a leá le chéile chun cóimhiotal ferrosilicon maignéisiam a tháirgeadh. Rinneadh turgnaimh sa tsaotharlann. Éilíonn an modh seo leá faoi atmaisféar támh gáis agus úsáid a bhaint as brúnna os cionn brú an atmaisféir chun ocsaídiú maignéisiam a laghdú. Modh eile chun cóimhiotal ferrosilicon maignéisiam a tháirgeadh ná an maignéisiam a leá agus é a chosaint ó ocsaídiú le slaig. Cuirtear ferrosilicon soladach leis an leá go mall de réir mar a mhéadaíonn an teocht de réir a chéile. Leanann an próiseas seo an léaráid choibhneasta maignéisiam sileacain chun sreabhach a choinneáil agus an miotail a choinneáil i staid leachtach. Tá an modh seo casta agus éilíonn sé cothromaíocht chúramach idir an méid ferrosilicon a chuirtear leis agus an méadú teochta. Toisc go gcaithfear suimeanna móra ferrosilicon a chur leis go mall, tá an t-am teasa fada, rud a fhágann táirgiúlacht íseal.

Go hachomair, tá dúshláin le sárú ag gach modh éagsúil chun cóimhiotail shileacain maignéisiam a tháirgeadh, go háirithe rátaí íseal aisghabhála maignéisiam. Is é maignéisiam an t-amhábhar is costasaí sa phróiseas, rud a fhágann go dtiocfaidh méadú ar chostais táirgthe agus go mbíonn tionchar diúltach aige ar eacnamaíocht an phróisis táirgthe. Dá bhrí sin, tá gá le tuilleadh taighde chun modh níos sábháilte a aimsiú chun cóimhiotail mhaignéisiam a tháirgeadh le rátaí aisghabhála maignéisiam níos airde.

Tá sé mar aidhm ag an staidéar seo iniúchadh a dhéanamh ar mhodh chun cóimhiotail iarainn a tháirgeadh go sábháilte ina bhfuil eilimintí tearc-chré agus a bhfuil ard-aisghabháil maignéisiam acu.

Turgnamh

Chun na coinníollacha is fearr a chinneadh chun cóimhiotail mhaignéisiam a tháirgeadh ina bhfuil ard-ábhar maignéisiam agus uas-aisghabháil maignéisiam, dearadh agus rinneadh trialacha foirnéise píolótacha ag Saoráid Phíolótach Iarainn agus Cruach agus Ferroalloy Institiúid Taighde agus Deartha na Síne. Bhain na trialacha úsáid as foirnéis stua leictreach agus próisis réitigh éagsúla. Aithníodh na hamhábhair a bhí riachtanach do na trialacha píolótacha agus chuimsigh siad cóimhiotal ferrosilicon, fuíoll cruach, tinní maignéisiam, cóimhiotal sileacain chailciam, eilimintí tearcchré, flosc, agus ábhair bhrataithe (púdar fearrosilicon, dolaimít, talc agus aigéad bórach). Rinneadh X-ghathanna agus anailís cheimiceach fhliuch ar na hamhábhair éagsúla.

Tá 99% Mg san tinne maignéisiam a úsáidtear agus tá 99.9 san aigéad bórach_{% H3BO3}

Bunaithe ar anailís cheimiceach ar na hamhábhair éagsúla, rinneadh cothromaíocht ábhair chun cóimhiotal MgFeSi a tháirgeadh ina bhfuil 40-46% Si, 9-11% Mg, 1-1.5% Ca, agus 1.25-1.5% REEs (Ce agus La). Cinneadh méideanna riachtanacha na n-amhábhar éagsúla bunaithe ar an iarmhéid ábhair. 5.1–Cuireadh 5.65 kg de thinne maignéisiam leis chun cóimhiotal MgFeSi a tháirgeadh ina bhfuil 9–11% Mg. Bhí méid na gcáithníní níos lú ná 3 mm ag na hamhábhair a úsáideadh chun an tinne maignéisiam a chóta (púdar ferrosilicon, dolaimít, talc agus aigéad bórach). Rinneadh na comhpháirteanna éagsúla den sciath dromchla maignéisiam a mheascadh go críochnúil i cumascóir, agus ansin cuireadh sciath simplí i bhfeidhm ar 90% den dromchla ingot ag baint úsáide as sileacáit sóidiam mar ceanglóra.

Rinneadh seacht dturgnamh píolótach chun cóimhiotail mhaignéisiam a tháirgeadh ina bhfuil cailciam agus eilimintí tearcchré. Táirgeadh ferrosilicon leáite ag baint úsáide as foirnéis stua leictreach 100 kVA. Sna turgnaimh seo, bhí an muirear comhdhéanta de 40 kg de chóimhiotail ferrosilicon agus 15 kg de dramh-chruach nó 41.5 kg de chóimhiotail ferrosilicon agus 13.5 kg de dhramh-chruach chun an t-ábhar sileacain a laghdú agus an t-ábhar iarainn a mhéadú, agus ar an gcaoi sin leá ferrosilicon a fháil leis an ábhar sileacain atá ag teastáil. Is é an cion sileacain is fearr le haghaidh cóimhiotail mhaignéisiam ferrosilicon ná 40% go 50% chun foirmiú silicídí maignéisiam a éascú agus déine an imoibrithe a laghdú. Tar éis leá iomlán ag 1600 céim, doirteadh an miotal leáite isteach i liach te ina raibh sileacain cailciam, eilimintí tearc-chré, agus dtinní maignéisiam. Taispeánann Fíor 1 léaráid scéimreach den phróiseas réitigh chun cóimhiotal MgFeSi a tháirgeadh. Cuireadh tinní maignéisiam brataithe le sciath flux nó neamhbhrataithe le miotail tearc-chré ag bun an liach te, clúdaithe le sileacan cailciam, agus ansin iad a dhoirteadh le FeSi leáite, mar a thaispeántar i bhFíor 1. I dturgnamh amháin (Grúpa 1), baineadh úsáid as tinní maignéisiam neamhbhrataithe. Sna turgnaimh eile, 90% Bhí dromchla na dtinní maignéisiam brataithe le púdar fíneáil FeSi nó meascán de shruthanna agus ábhair bhrataithe éagsúla le sileacáit sóidiam mar ceanglóra chun staidéar a dhéanamh ar éifeacht an phróisis sciath ar aisghabháil maignéisiam. Roghnaíodh breiseáin chun imoibrithe inteirmeacha a chur chun cinn sa leá, rud a laghdódh an teocht.

Tar éis cnagadh, tá leá na gcomhpháirteanna éagsúla agus a n-imoibriú leis an ferrosilicon leáite críochnaithe laistigh de 2-3 nóiméad. Déantar an miotal mar thoradh air a mheá, agus tógtar sampla cóimhiotal ionadaíoch le haghaidh anailíse ceimiceach XRF. Déantar anailís XRD freisin ar an sampla cóimhiotail a eascraíonn as.

Fíor 1

 ​

​

Léiríonn na torthaí aisghabhála maignéisiam éifeachtacht an phróisis nuálaíoch chun téarnamh maignéisiam a fheabhsú i dtáirgeadh cóimhiotal sileacain maignéisiam. Nuair a dhoirteadh ferrosilicon leáite isteach i liach ina raibh sileacain chailciam, eilimintí tearc-chré, agus tinní maignéisiam neamhbhrataithe, bhí aisghabháil maignéisiam íseal ag 69.49%. Trí 90% den dromchla tinne maignéisiam a bhratú le púdar ferrosilicon comhionann le 44% den mheáchan tinne, méadaíodh aisghabháil maignéisiam go 84.96%. Trí 90% den dromchla tinne maignéisiam a bhratú le ciseal cosanta comhdhéanta de mheascán de dolaimít, talc, agus aigéad bórach, nó dolaimít, talc, aigéad bórach, agus púdar ferrosilicon, méadaíodh aisghabháil maignéisiam go 85.11% go 87.35%. Baineadh an t-aisghabháil maignéisiam is airde (87.35%) amach trí 90% den dromchla tinne maignéisiam a chumhdach le ciseal cosanta comhdhéanta d'ábhar flux measctha a chuimsíonn 29% den mheáchan tinne, lena n-áirítear 36.5% dolaimít, 36.5% púdar ferrosilicon, 24% talc, agus 3% Chomh maith le héifeacht neartú na ciseal cosanta, is cosúil go bhfeabhsaítear an cóimhiotail cailciam{{20} freisin. Bhí an ráta aisghabhála maignéisiam don dara teas (84.00%), gan cóimhiotal sileacain chailciam a chur leis, níos ísle ná an ráta aisghabhála maignéisiam don seachtú teas (87.35%), a tháirgtear faoi na coinníollacha céanna ach le cailciam-sileacain curtha leis. Mar thoradh ar an aisghabháil maignéisiam níos airde seo bhí cion maignéisiam níos airde sa chóimhiotal MgFeSi a tháirgtear, idir 9.04% agus 10.89%.

Ina theannta sin, trí 90% den dromchla tinne maignéisiam a bhratú le ciseal cosanta, mhéadaigh aisghabháil iomlán na n-eilimintí tearc-chré (Ce+La) ó 88.7% nuair a úsáideadh tinní maignéisiam neamhbhrataithe go luachanna níos airde de 95.26-99.59%.

I gcomparáid leis na rátaí aisghabhála maignéisiam i bhfad níos ísle (gan níos mó ná 13.8%) a baineadh amach nuair a laghdaíodh dolaimít Cabernet le sileacain nó alúmana, nó an t-uasghabháil maignéisiam de 71% a baineadh amach nuair a láisteadh maignéisiam i leá ferrosilicon, is féidir an ráta aisghabhála maignéisiam i bhfad níos airde sa staidéar seo (87.35%) a chur i leith roinnt fachtóirí. Nuair a bhíonn ferrosilicon leáite á dhoirteadh ar thinne maignéisiam neamhbhrataithe, imoibríonn maignéisiam go bríomhar mar gheall ar a dhlús íseal, fiuchphointe íseal, agus brú ard gaile ag teochtaí ferrosilicon leáite, rud a fhágann galú suntasach maignéisiam. Ina theannta sin, gan slaig a chlúdaíonn an dromchla miotail leáite, ocsaídíonn maignéisiam, rud a fhágann go dtiocfaidh aisghabháil íseal maignéisiam.

Le sciath 90% de dhromchla an tinne maignéisiam, tosaíonn an maignéisiam neamhbhrataithe atá fágtha ag imoibriú, agus tá ról mór ag an sciath chun caillteanas maignéisiam a laghdú. Má tá púdar ferrosilicon brataithe ar dhromchla an tinne maignéisiam, is próiseas inteirmeach é a leá, ag ionsú teasa agus mar sin ag ísliú an teocht linn leáite, ag moilliú an imoibrithe maignéisiam agus ag íoslaghdú caillteanas maignéisiam de bharr galú.

Chomh maith lena éifeacht dhearfach ar chomhpháirteanna eile an mheascáin (dolomite, talc, agus aigéad bórach), tá éifeachtaí eile ag an gciseal cosanta de phúdar ferrosilicon. Is imoibriú inteirmeach é dianscaoileadh dolaimíte agus méine talc a laghdaíonn teocht na linne leáite. Cailleann aigéad bórach an t-uisce ar fad os cionn 150 céim agus déantar é a thiontú ina ocsaíd bhóróin (B2O3₎, a fheidhmíonn mar fhlosc agus a íslíonn pointe leá na n-ocsaídí éagsúla_detalc agus dolaimít, rud a mhéadaíonn sreabhántacht an slaig a chruthaítear leis na hocsaídí seo. Tá dlús níos ísle ag an slaig sreabhán mar thoradh air ná an miotal leáite agus snámhann sé ar dhromchla an mhiotail leáite, rud a chruthaíonn ciseal cosanta éifeachtach a chuireann cosc ​​ar ocsaigine an atmaisféir ó dhul isteach sa mhiotail leáite agus a laghdaíonn ocsaídiú maignéisiam. Cuireann an ciseal slaig seo cosc ​​freisin ar aon ghal mhaignéisiam a d'fhéadfadh teacht ar éalú isteach san aer. Mar thoradh air sin, tá am ag aon ghal maignéisiam a d'fhéadfadh a bheith ann imoibriú le sileacain agus cailciam chun silicíd mhaignéisiam agus silicíd mhaignéisiam cailciam a fhoirmiú. Nocht anailís XRD ar an gcóimhiotal iarainn maignéisiam a tháinig as seo foirmiú silicíde maignéisiam (_Mg2Laghdaíonn na céimeanna idirmhiotalacha silicíde maignéisiam foirmithe agus silicíde maignéisiam cailciam an brú páirteach maignéisiam sa mhiotal leáite.

Ina theannta sin, féadfar an méid beag ocsaíd mhaignéisiam i talc agus dolaimít a laghdú go páirteach go Mg, nó féadfaidh silicíd mhaignéisiam dul isteach sa chéim cóimhiotail mar thoradh air, rud a fheabhsóidh an ráta aisghabhála maignéisiam. Toisc láithreacht CaO is fusa do MgO a laghdú go Mg2Si_,agus is féidir leis an teocht a laghdú 1650-1750 céim a bhaint amach.

Mar fhocal scoir

Chun cóimhiotail iarainn maignéisiam a tháirgeadh ina bhfuil cailciam agus eilimintí tearc-chré, féadann sciath flosc cosanta ar dhromchla an tinne maignéisiam an ráta aisghabhála maignéisiam a fheabhsú go héifeachtach.

Trí 90% den dromchla tinne maignéisiam a bhratú le púdar fíneáil ferrosilicon comhionann le 44% den mheáchan tinne, mhéadaigh an ráta aisghabhála maignéisiam ó 69.49% go 84.96%.

Baineadh amach aisghabhálacha maignéisiam níos airde de 85.11-87.35% trí 90% den dromchla tinne maignéisiam a bhratú le ciseal cosanta comhdhéanta de mheascán de dolaimít, talc, agus aigéad bórach nó dolaimít, talc, aigéad bórach, agus púdar ferrosilicon.

Chomh maith leis an gciseal cosanta a fheabhsú, is cosúil go gcuidíonn an cóimhiotal sileacain cailciam le feabhas a chur ar aisghabháil maignéisiam.

Baineadh an t-aisghabháil maignéisiam is airde (87.35%) amach trí 90% den dromchla tinne maignéisiam a bhratú le ciseal cosanta d'ábhar flux measctha. Is éard atá sa chiseal cosanta seo, arb ionann é agus 29% den mheáchan ingot, 36.5% dolaimít, 36.5% púdar ferrosilicon, 24% talc, agus 3% d'aigéad bórach.

Chomh maith le haisghabháil maignéisiam níos airde, méadaíodh ráta aisghabhála iomlán na ndúl neamhchoitianta cré (Ce+La) ó 88.7% go 95.26-99.59% trí úsáid a bhaint as tinní maignéisiam neamhbhrataithe (trí bhratú cosanta a chur i bhfeidhm ar 90% den dromchla tinne maignéisiam).

Mar thoradh ar an ráta aisghabhála maignéisiam ard tá cion ard maignéisiam sa chóimhiotal MgFeSi a tháirgtear, idir 9.04% agus 10.89%. Faoi na coinníollacha cosanta is fearr, is féidir cóimhiotal maignéisiam ferrosilicon ina bhfuil 9.58% maignéisiam, 1.26% eilimintí tearc-chré, agus 1.52% cailciam a fháil go sábháilte.