ООО «НТПФ «Эталон», Магнитогорск, Россия:

И. Р. Манашев, заместитель директора по развитию производства композиционных материалов, канд. техн. наук, эл. почта: mir@ntpf-etalon.ru

Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия:
Т. О. Гаврилова, аспирант, эл. почта: gavrilova_to@mail.ru

Актуальной проблемой отечественных ферросплавных заводов является эффективная переработка циклонных пылей и отсевов ферросплавов, образующихся в значительных количествах при измельчении и фракционировании товарных слитков. Показана возможность утилизации мелкодисперсных ферросплавов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) на примере производства азотированного феррохрома при переработке отсевов низкоуглеродистого феррохрома. Рассмотрен СВС товарного нитрида феррохрома двух марок (ФХН10 (спеченный) и ФХН4ПЛ (плавленый)) при азотировании в режиме горения FeCr-порошков с размером частиц 150–400 мкм. Определено, что обязательным условием для успешного протекания процесса азотирования таких порошков в режиме горения является их предварительный нагрев до температуры 300–600 ºC. В случае предварительного нагрева исходного материала до температуры 300–350 ºC продукт содержит максимальную концентрацию азота (10,0–10,5 %) и имеет спеченную структуру, основными составляющими которой являются нитриды CrN и Сr₂N (с преобладанием мононитрида) и железо с растворенным хромом и азотом. При увеличении температуры нагрева исходного материала до 400–450 ºC структура продукта становится неоднородной, с наличием спеченных и оплавленных участков, при этом общее содержание азота снижается, а его локальная концентрация в различных частях брикета может значительно изменяться. При повышении температуры нагрева исходного сплава до 500–600 ºC азотирование переходит в жидкофазный режим, такой продукт имеет литую высокоплотную структуру, состоящую из полунитрида хрома, железа, и полунитрида хрома–железа. Содержание азота в этом случае равномерно распределено по объему слитка и находится в пределах 3,5–4,5 % N. В результате проведенных промышленных испытаний синтезированного нитрида феррохрома показана целесообразность его применения для легирования коррозионностойкой азотсодержащей стали.

1. Павлов А. В., Островский Д. Я., Аксенова В. В., Бишенов С. А. Текущее состояние производства ферросплавов в России и странах СНГ // Известия вузов. Черная Металлургия. 2020. Т. 63. № 8. C. 600–605.
2. Жучков В. И., Романова О. А., Заякин О. В., Сиротин Д. В. Техногенные ресурсы ферросплавной отрасли промышленности // Фундаментальные исследования и прикладные разработки процессов переработки и утилизации техногенных образований: труды V Конгресса c международным участием и Конференции молодых ученых «ТЕХНОГЕН-2021». — Екатеринбург : УрО РАН, 2021. С. 36–40. DOI: 10.34923/technogen-ural.2021.20.31.001.
3. Павлов С. В., Снитко Ю. П., Плюхин С. Б. Отходы и выбросы при производстве ферросилиция // Электрометаллургия. 2001. № 4. С. 22–28.
4. Теслев С. А., Теслева Е. П. Способ переработки мелких фракций ферросилиция // Инновационные технологии и экономика в машиностроении: сборник трудов V Международной научно-практической конференции : в 2-х т. Юргинский технологический институт. — Томск : Изд-во Томского политехнического университета. 2014. Т. 1. С. 407–409.
5. Nabil Ghali S., Eissa M., El-Faramawy H., Ahmed A., Mattar T., Mishreky M. Production and application of advanced high nitrogen steel // International Conference on Science and Technology of Ironmaking and Steelmaking. Jamshedpur, India. 2013. Vol. 1.

6. Lei Wang, Yichen Li, Jialiang Ding, Qiang Xie et al. Problems in welding of high nitrogen steel: a review // Metals. 2022. Vol. 12, Iss. 8. 1273. DOI: 10.3390/met12081273.
7. Kaputkina L. M., Svyazhin A. G. High nitrogen steels with special functional properties // CIS Iron and Steel Review. 2014. Vol. 1. P. 19–25.
8. Гасик М. И., Лякишев Н. П., Емлин Б. И. Теория и технология производства ферросплавов. — М. : Металлургия. 1988. — 784 с.
9. Журавлев В. М., Пандурский М. В., Умаров К. и др. Совершенствование технологии производства азотированного феррохрома // Сталь. 1976. № 3. C. 232–234.
10. Pat. 105238989A CN. Production method for micro-carbon nitrogen containing ferrochromium / Huang Quinui, Jiang Rongkui, Hu Zi; Заявл. 10.10.2015; опубл. 13.01.2016.
11. Qingqing Hu, Donglai Ma, Yongjie Liu, Qingyun Huang et al. Preparation of ferrochromium nitride via reduction and nitridation of chromite spinel with ammonia gas // Powder Technology. 2021. Vol. 386. P. 449–456.
12. Мержанов А. Г., Мукасьян А. C. Твердопламенное горение. — М. : ТОРУС ПРЕСС, 2007. — 336 с.
13. Зиатдинов М. Х., Шатохин И. М. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез азотированного феррохрома // Сталь. 2009. № 9. С. 48–53.
14. Shatokhin I. M., Ziatdinov M. Kh., Manashev I. R., Shiryaev O. P., Kartunov A. D. Self-propogating high-temperature synthesis (SHS) of composite ferroalloys // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 18. P. 52–57. DOI: 10.17580/cisisr.2019.02.11.
15. Манашев И. Р., Гаврилова Т. О., Шатохин И. М., Зиатдинов М. Х. Технология производства азотированных ферросплавов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Теория и технология металлургического производства. 2019. № 4 (31). С. 4–11.
16. Верятин У. Д., Маширев Б. П., Рябцев И. Г. Термодинамические свойства неорганических веществ. — М. : Атомиздат, 1965. — 460 с.
17. ГОСТ 4757–91. Феррохром. Технические требования и условия поставки. — Введ. 01.01.1993.
18. Алдушин А. П. Теория фильтрационного горения : дис. … докт. физ-мат. наук. — Черноголовка, 1982. — 363 с.
19. Зиатдинов М. Х. Горение хрома в спутном потоке азота // Физика горения и взрыва. 2016. Т. 52. № 4. С. 51–60.
20. ГОСТ 5632–2014. Нержавеющие стали и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. — Введ. 01.01.2015.