blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-8-591-599blackmet-1951Research ArticleПо итогам Международной научной конференции «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ» им. академика А.М. САМАРИНА, Москва, 25 – 28 ноября 2019 г.Futher to the International Scientific Conference “PHYSICO-CHEMICAL BASES OF METALLURGICAL PROCESSES” named after Academician A.M. SAMARIN, Moscow, November 25 – 28, 2019Утилизация дисперсных отходов ферросплавного производства на базе металлургического СВС-процессаUtilization of dispersed waste of ferroalloy production on the basis of metallurgical SHS-processМанашевИ. Р.ManashevI. R.

к.т.н., заместитель директора по развитию производства композиционных материалов

455030, Челябинская обл., Магнитогорск, Западное шоссе, 15

Cand. Sci. (Eng.), Deputy Development Director of composite materials production

Magnitogorsk, Chelyabinsk Region

mir@ntpf-etalon.ruГавриловаТ. О.GavrilovaT. O.

заместитель генерального директора

455030, Челябинская обл., Магнитогорск, Западное шоссе, 15

Cand. Sci. (Eng.), Deputy General Director

Magnitogorsk, Chelyabinsk Region

ШатохинИ. М.ShatokhinI. M.

д.т.н., генеральный директор

455030, Челябинская обл., Магнитогорск, Западное шоссе, 15

Dr. Sci. (Eng.), General Director

Magnitogorsk, Chelyabinsk Region

ЗиатдиновМ. Х.ZiatdinovM. Kh.

д.т.н., старший научный сотрудник

634050, Томск, пр. Ленина, 36

Dr. Sci. (Eng.), Senior Researcher

Tomsk

ЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

академик РАН, советник, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101119049, Москва, Ленинский пр., 4119071, Москва, Ленинский пр., 14 

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Academician, Adviser of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher

EkaterinburgMoscow 

ООО "НТПФ "Эталон"РоссияLLC “STPF “Etalon”Russian FederationНациональный исследовательский Томский государственный университетРоссияNational Research Tomsk State UniversityRussian FederationИнститут металлургии УрО РАН; Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Президиум РАНРоссияInstitute of Metallurgy UB RAS; National University of Science and Technology “MISIS” (MISIS); Scientific Council on Metallurgy and Metal Science of Russian Academy of Sciences (Department of Chemistry and Material Sciences)Russian Federation202008102020638591599Copyright © Манашев И.Р., Гаврилова Т.О., Шатохин И.М., Зиатдинов М.Х., Леонтьев Л.И., 20202020Манашев И.Р., Гаврилова Т.О., Шатохин И.М., Зиатдинов М.Х., Леонтьев Л.И.Manashev I.R., Gavrilova T.O., Shatokhin I.M., Ziatdinov M.K., Leont’ev L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1951

Выполнен обзор способов переработки дисперсных отходов ферросплавного производства. Рассмотрена проблема образования и накопления на ферросплавных заводах циклонной пыли (продукта улавливания от дробления и фракционирования – ПУД), образующейся при измельчении ферросплавов. Показаны недостатки известных методов по утилизации такой пыли. Исследована возможность получения товарных азотированных лигатур из ПУД и некондиционной мелочи ферросплавов с использованием технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). На базе предложенного металлургического СВС метода разработана технология и показана возможность крупнотоннажного производства азотированных сплавов ферросилиция, феррованадия, феррохрома и других композиционных материалов, востребованных на рынке. Синтезированные СВС материалы превосходят по качеству азотированные ферросплавы, получаемые обычным печным методом, в частности имеют меньшее содержание кислорода, водорода и других примесей. Они отличаются лучшими физико-механическими свойствами: плотностью, пористостью, прочностью и др. На основе метода металлургического СВС в Магнитогорске на производственной базе научно-технической производственной фирмы «Эталон» создано производство азотированных ферросплавов и композиционных лигатур с возможностью переработки до 5000 т в год циклонной пыли ферросилиция и других сплавов. Разработан новый подход к практической реализации СВС метода и показана возможность использования продуктов синтеза в металлургии. Основное применение получаемых продуктов – использование в качестве легирующих добавок при выплавке сталей и сплавов широкой номенклатуры: трансформаторной, рельсовой, нержавеющей, высокопрочной конструкционной и др. Другим востребованным потребителем композиционных металлургических СВС материалов является огнеупорное производство. Модифицирование традиционных огнеупоров, используемых при выплавке чугуна, стали и цветных металлов новыми композиционными СВС материалами на основе нитридов, боридов, карбидов и других тугоплавких соединений способно значительно повысить срок службы и сократить затраты на огнеупоры.

A review of methods for processing dispersed waste from f loy production was performed. In ferroalloy plants there is a problem of formation and accumulation of cyclone dust (the catch product from crushing – CPC), formed during the grinding and fractionation of ferroalloys. The drawbacks of the known methods for the disposal of such dust are shown. The authors have investigated the possibility of obtaining commercial nitrided ligatures from CPC’s and substandard ferroalloy fines using the technology of self-propagating high-temperature synthesis (SHS). On the basis of the proposed “metallurgical” SHS method, a technology has been developed and the possibility of largescale production of nitrided ferrosilicon, ferrovanadium, ferrochrome and other materials has been shown, which has demand on the world market. Synthesized SHS materials are superior in quality to nitrided ferroalloys obtained by conventional furnace method, in particular, they have a lower content of oxygen, hydrogen and other impurities, and differ in better physical and mechanical properties: density, porosity, strength, and others. Based on the method of metallurgical SHS, the production of nitrided ferroalloys and composite ligatures with the possibility of processing up to 5000 ton per year of cyclone dust of ferrosilicon and other alloys was established in Russia, Magnitogorsk on the production base of scientific and technical production company LLC “STPF “Etalon”. A new approach to the practical implementation of the SHS method is developed and the possibility of using synthesis products in metallurgy is shown. The main application of these products is the use of alloying additives in smelting of a wide range of steels and alloys: transformer, rail, stainless, high-strength structural, and others. Another popular consumer of composite “metallurgical” SHS materials is the refractory production. Modification of traditional refractories used in smelting of cast iron, steel and non-ferrous metals with new composite SHS materials based on nitrides, borides, carbides and other refractory compounds can significantly increase the service life and reduce the expenses for refractories.

утилизация дисперсных отходовциклонная пыль ферросилициясамораспространяющийся высокотемпературный синтезнизкоуглеродистый феррохромпродукт улавливания от дробления (ПУД)феррованадийметаллургический СВСазотированные ферросплавыкомпозиционные легирующие материалыutilization of dispersed wasteferrosilicon cyclone dustself-propagating high-temperature synthesis (SHS)ferrochromecatch product from crushing (CPC)ferrovanadiummetallurgical SHSnitrided ferroalloyscomposite alloying materialsАвторский коллектив благодарит д-ра техн. наук, профессора МГТУ им. Г.И. Носова Бигеева В.А. за помощь в проведении работы и подготовке публикации.The authors are thankful to V.A. Bigeev, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Nosov Moscow State Technical University for help in carrying out the work and preparing the publication.ReferencesГасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. – М.: Металлургия, 1988. – 784 с.Gasik M.I., Lyakishev N.P., Emlin B.I. Teoriya i tekhnologiya proizvodstva ferrosplavov [Theory and technology of ferroalloy production]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 784 p. (In Russ.).Павлов С.В., Снитко Ю.П., Плюхин С.Б. Отходы и выбросы при производстве ферросилиция // Электрометаллургия. 2001. № 4. С. 22 – 28.Pavlov S.V., Snitko Yu.P., Plyukhin S.B. Waste and emissions from the production of ferrosilicon. Elektrometallurgiya. 2001, no. 4, pp. 22–28. (In Russ.).Канаев Ю.П., Бондарев А.А., Брыляков В.И. и др. Освоение переплава ферросилициевой мелочи с получением чистых марок ферросилиция и комплексных модификаторов // Сталь. 2000. № 10. С. 67 – 70.Kanaev Yu.P., Bondarev A.A., Brylyakov V.I., Molchanov N.E., Shul’gin Yu.F., Lubyanoi D.A. Mastering remelting of ferrosilicon fines to produce pure grades of ferrosilicon and complex inoculants. Steel in Translation. 2000, vol. 30, no. 10, pp. 32–36.Зиатдинов М.Х., Шатохин И.М., Леонтьев Л.И. CВС технология композиционных ферросплавов. Часть I. Металлургический СВС процесс. Синтез нитридов феррованадия и феррохрома // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 5. С. 339 – 346.Ziatdinov M.Kh., Shatokhin I.M., Leont’ev L.I. SHS Technology of composition ferroalloys. Part I. Metallurgical SHS process. Synthesis of ferrovanadium and ferrochromium nitrides. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2018, vol. 61, no. 5, pp. 339–346. (In Russ.).Мержанов А.Г., Мукасьян А.C. Твердопламенное горение. – М.: ТОРУС ПРЕСС, 2007. – 336 с.Merzhanov A.G., Mukas’yan A.C. Tverdoplamennoe gorenie [Solid-flame combustion]. Moscow: TORUS PRESS, 2007, 336 p. (In Russ.).Мержанов А.Г. Научные основы, достижения и перспективы развития процессов твердопламенного горения // Известия РАН. Серия химическая. 1997. Т. 46. № 1. С. 7 – 31.Merzhanov A.G. Fundamentals, achievements, and perspectives for development of solid-flame combustion. Russian Chemical Bulletin. 1997, vol. 46, no. 1, pp. 1–27.Мизин В.Г., Чирков Н.А., Игнатьев В.С. и др. Ферросплавы: Справочное издание. – М.: Металлургия, 1992. – 415 с.Mizin V.G., Chirkov N.A., Ignat’ev V.S. etc. Ferrosplavy: Spravochnoe izdanie [Ferroalloys: Reference book]. Moscow: Metallurgiya, 1992, 415 p. (In Russ.).Pat. 1461119, GB. Int. Cl. C01B21/06. Method for Treatment of Ferrosilicon Nitride / Iwamoto S., Denki Kagaku Kogyo. Publ. 13.01.1977.Iwamoto S., Denki Kagaku Kogyo. Method for Treatment of Ferrosilicon Nitride. Patent no. 1461119, GB. Int. Cl. C01B21/06. Publ. 13.01.1977.Lopes A.B. The influence of ferrosilicon nitride on the performance of the modern taphole mud for blast furnace // Refractories Applications and News. 2002. Vol. 7. No. 5. P. 26 – 30.Lopes A.B. The influence of ferrosilicon nitride on the performance of the modern taphole mud for blast furnace. Refractories Applications and News. 2002, vol. 7, no. 5, pp. 26–30.Pant P., Dahlmann P., Schlump W., Stein G. A new nitrogen alloying technique – a way to distinctly improve the properties of austenitic steel // Steel Research. 1987. Vol. 58. No. 1. P. 18 – 25.Pant P., Dahlmann P., Schlump W., Stein G. A new nitrogen alloying technique – a way to distinctly improve the properties of austenitic steel. Steel Research. 1987, vol. 58, no. 1, pp. 18–25.Zakorzhevskii V.V., Borovinskaya I.P. Some regularities of α-Si3 N4 synthesis in a commercial SHS reactor // Int. Journal of SelfPropagating High-Temperature Synthesis. 2000. Vol. 9. No. 2. P. 171 – 191.Zakorzhevskii V.V., Borovinskaya I.P. Some regularities of α-Si 3 N 4 synthesis in a commercial SHS reactor. Int. Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2000, vol. 9, no. 2, pp. 171–191.Мукасьян А.С., Мержанов А.Г., Мартыненко В.М. и др. О механизме и закономерностях горения кремния в азоте // Физика горения и взрыва. 1986. № 5. С. 43 – 49.Mukas’yan A.S., Merzhanov A.G., Martynenko V.M., Borovinskaya I.P., Blinov M.Yu. Mechanism and principles of silicon combustion in nitrogen. Combustion, Explosion, and Shock Waves. 1986, vol. 22, no. 5, pp. 534–540.Boyer S.M., Moulson A.J. A mechanism for the nitridation of Fecontaminated silicon // Journal of Materials Science. 1978. Vol. 13. No. 8. P. 1637 – 1646.Boyer S.M., Moulson A.J. A mechanism for the nitridation of Fecontaminated silicon. Journal of Materials Science. 1978, vol. 13, no. 8, pp. 1637–1646.Vlasova M.V., Lavrenko V.A., Dyubova L.Yu. etc. Nitriding of ferrosilicon powders // Journal of Materials Synthesis and Processing. 2001. Vol. 9. No. 3. P. 111 – 117.Vlasova M.V., Lavrenko V.A., Dyubova L.Yu., Gonzalez-Rodriguez J.G., Kakasey M.G. Nitriding of ferrosilicon powders. Journal of Materials Synthesis and Processing. 2001, vol. 9, no. 3, pp. 111–117.Andrievski R.A. Melting point and dissociation of silicon nitride // Int. Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 1995. Vol. 4. No. 3. P. 237 – 244.Andrievski R.A. Melting point and dissociation of silicon nitride. Int. Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 1995, vol. 4, no. 3, pp. 237–244.Messier D.R., Riley F.L., Brook R.J. The α/β silicon nitride phase transformation // Journal of Material Science. 1978. Vol. 13. No. 6. P. 1199 – 1205.Messier D.R., Riley F.L., Brook R.J. The α/β silicon nitride phase transformation. Journal of Material Science. 1978, vol. 13, no. 6, pp. 1199–1205.Shatokhin I.M., Ziatdinov M.Kh., Manashev I.R. etc. Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of composite ferroalloys // CIS Iron and Steel Review. 2019. Vol. 18. P. 52 – 57.Shatokhin I.M., Ziatdinov M.Kh., Manashev I.R. etc. Self-propagating high-temperature synthesis (SHS) of composite ferroalloys. CIS Iron and Steel Review. 2019, vol. 18, pp. 52–57.Зиатдинов М.Х., Шатохин И.М., Леонтьев Л.И. CВС технология композиционных ферросплавов. Часть II. Синтез нитрида ферросилиция и борида ферротитана // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 7. С. 527 – 534.Ziatdinov M.Kh., Shatokhin I.M., Leont’ev L.I. SHS Technology of composite ferroalloys. Part II. Synthesis of ferrosilicon nitride and ferrotitanium boride. Izvestiya. Ferrous Metallurgy, 2018. vol. 61, no. 7, pp. 527–534. (In Russ.).Зиатдинов М.Х. Горение хрома в спутном потоке азота // Физика горения и взрыва. 2016. Т. 52. № 4. С. 51 – 60.Ziatdinov M.Kh. Chromium combustion in a nitrogen coflow. Combustion, Explosion and Shock Waves. 2016, vol. 52, no. 4, pp. 418–426.Колокольцев В.М., Вдовин К.Н., Чернов В.П. и др. Исследование механических и эксплуатационных свойств высокомарганцевой стали, легированной азотированным феррохромом // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2016. № 3. С. 46 – 54.Kolokol’tsev V.M., Vdovin K.N., Chernov V.P. etc. Investigation of mechanical and operational properties of high-manganese steel alloyed with nitrided ferrochrome. Vestnik MGTU im. G.I. Nosova. 2016, no. 3, pp. 46–54. (In Russ.).Крылов С.А., Макаров А.А., Тонышева О.А., Мосолов А.Н. Исследование влияния качества расходуемого электрода на технологический процесс электрошлакового переплава под давлением высокоазотистых сталей // Электронный научный журнал «Труды ВИАМ». 2018. № 9 (69). С. 3 – 10.Krylov S.A., Makarov A.A., Tonysheva O.A., Mosolov A.N. Influence of consumable electrode quality on technological process of electroslag remelting under pressure of high-nitrogen steels. Elektronnyi nauchnyi zhurnal “Trudy VIAM”. 2018, no. 9 (69), pp. 3–10. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.