- PII
- 10.31857/S0235010625040065-1
- DOI
- 10.31857/S0235010625040065
- Publication type
- Article
- Status
- Published
- Authors
- Volume/ Edition
- Volume / Issue number 4
- Pages
- 341-350
- Abstract
- This paper presents the results of thermodynamic and experimental studies of the ferroboron production process by the carbothermic method aimed at improving the properties of ferroalloys and expanding their application in various industrial sectors. Thermodynamic modeling of the process was carried out using the TERRA software package, which allowed for a detailed analysis of phase changes and chemical reactions occurring during the reduction process. This enabled the optimization of conditions for producing ferroboron with the required composition and properties. The physical modeling was conducted on a rudd-thermal furnace with a transformer power of 250 kVA, providing the possibility of studying the process under real production conditions with precise control over the parameters. A feature of the conducted research was the use of coke from the low-ash coal of the Shubarkul deposit in Kazakhstan as a reducer, which reduced raw material costs and improved the economic efficiency of the process. In addition, various natural boron sources were used for the study, allowing the influence of different types of borate ores on the ferroboron production process to be examined. Experimental data showed that using coke from Shubarkul coal and borate ores, ferroalloy with boron content of 14-15% could be produced, which is highly effective for application in various industries. The ferroboron obtained during the experiments was tested as a modifier at a local machine-building enterprise engaged in the production of cast iron grinding balls. The test results showed that the use of ferroboron significantly improved the operational characteristics of the products: the hardness of the surface of the balls increased by 8%, and impact resistance doubled. These results confirm the high effectiveness of using ferroboron as a modifier to enhance the strength and wear resistance of materials, which is especially important in the machine-building industry. Additionally, the research confirmed the potential for using ferroboron in other industries where the improvement of mechanical properties of materials is required, such as steel and alloy production, as well as other metallic products. Overall, the conducted work demonstrated that the carbothermic process using local raw materials and borate ores is a promising and economically advantageous method for producing high-quality ferroboron, opening up new opportunities for its application in industry.
- Keywords
- шихта ферробор термодинамическое моделирование фазовый состав промышленный эксперимент
- Date of publication
- 14.05.2025
- Year of publication
- 2025
- Number of purchasers
- 0
- Views
- 14
References
- 1. Гасик М.И., Порада А.Н., Кисельгоф О.Л., Чиркин Г.В., Руденко В.К., Петрунов В.С. Разработка и промышленное освоение технологии выплавки высокопроцентного ферробора карботермическим процессом // Сталь. 1995. № 3. С. 31–34.
- 2. Виклещук В.А., Поляков В.А., Омесь Н.М., Порада А.Н., Кисельгоф О.Л., Гасик М.И. Промышленное освоение технологии микролегирования конвертерной стали высокопроцентным ферробором карботермического способа выплавки. Бюллетень ЦНИИИИТЭП ЧМ. 1995. № 5. С. 16–19.
- 3. http://www.outokumpu.fi/hsc/
- 4. Трусов Б.Г. Программная система ТЕРРА для моделирования фазовых и химических равновесий при высоких температурах. В кн.: III межд. симпозиум «Горение и плазмохимия». 24–26 августа 2005. Алматы, Казахстан. Алматы: Казак. университет, 2005. С. 52–57.
- 5. Белов Г.В., Трусов Б.Г. Термодинамическое моделирование химически реагирующих систем. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2013. 96 с.
- 6. Пупышев А.А. Термодинамическое моделирование термохимических процессов в спектральных источниках. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2007.
- 7. Моисеев Г.К., Ватолин Н.А., Маршук Л.А., Ильиных Н.И., Температурные зависимости приведенной энергии Гиббса некоторых неорганических веществ (альтернативный банк данных АСТРА. OWN). Екатеринбург: УРО РАН, 1997. 230 с.
- 8. Удалов Ю.П. Применение программных комплексов вычислительной и геометрической термодинамики в проектировании технологических процессов неорганических веществ: учеб. пособие. СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2012.
- 9. Bobylev M.V., Borisov V.T., Petrovski V.A. et al. Quality Control for Boros Bearing Steels Based on Modeling of Nitride Formation During Crystallization. Proceeding of 4 lst Mechnical working and steel processing. Baltimore, MD, USA, 1999. P. 851–860.
- 10. Ким А.С., Акбердин А.А., Исагулов А.З., Султангазиев Р.Б. Выплавка борсодержащих марок стали и оценка качества литых заготовок // Вестник КазНИТУ. 2017. № 2 (120). С. 553–557.
- 11. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. М.: Машиностроение, 1976. 559 с.
- 12. Охрименко Я.М., Тюрин В.А. Теория процессов ковки. М.: Высшая школа, 1977. 295 с.
- 13. Сурворов И.К. Обработка металлов давлением. М.: Высшая школа, 1989. 364 с.
- 14. Дзугутов М.Я. Напряжения и разрывы при пластической деформации. М.: Металлургия, 1979. 325 с.
- 15. Громов Н.П. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1978. 360 с.
- 16. Марочник сталей и сплавов / Под ред. А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.
- 17. Семенов А.А., Гук В.О. Выбор материала для изготовления высокопрочных крепежных изделий. М.: Машиностроение, 2000. 325 с.
- 18. Жукова Е.Н., А.А. Ефимов и др. Влияние легирующих элементов и режимов термической обработки на структуру и механические свойства низколегированных двухфазных сталей. Кузнечно-штамповочное производство. 1985. № 9. С. 34–36.
- 19. Филиппов А.А., Пачурин Г.В. Основные направления развития производства высокопрочного крепежа. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 8. С. 30–35.
- 20. Новиков И.И. Теория термической обработки. М.: Металлургия, 1990. 400 с.
- 21. Бобылев М.В., Ламухин А.М., Кувшинников О.А., Пешев А.Д., Столяров В.И. Оптимизация прокаливаемости и состава термоулучшаемой борсодержащей стали // Сталь. 2002. № 7. С. 68–71.
- 22. Бобылев М.В., Гонтарук Е.И. и др. Качество сортового проката из термоулучшаемой стали 20Г2Р производства ОАО ОЭМК // Сталь. 2002. № 11. С. 63–66.
