blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2021-7-471-476blackmet-2144Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESПерспективы использования бора в металлургии. Сообщение 1Prospects for using boron in metallurgy. Report 1ЖучковВ. И.ZhuchkovV. I.

Владимир Иванович Жучков, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории стали и ферросплавов 

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

 

Vladimir I. Zhuchkov, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Chief Researcher of the Laboratory of Steel and Ferroalloys

101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016

ЗаякинО. В.ZayakinO. V.

Олег Вадимович Заякин, доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией стали и ферросплавов

620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101

Oleg V. Zayakin, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher, Head of the Laboratory of Steel and Ferroalloys

101 Amundsena Str., Yekaterinburg 620016

zferro@mail.ruАкбердинA. А.AkberdinA. A.

Александр Абдуллович Акбердин, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией «Бор»

100009, Караганда, ул. Ермекова, 63

Aleksandr A. Akberdin, Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Laboratory “Boron”

63 Ermekova Str., Karaganda 100009

akberdin_38@mail.ruИнститут металлургии УрО РАНРоссияInstitute of Metallurgy, Ural Branch of the Russian Academy of ScienceRussian FederationХимико-металлургический институт им. Ж. АбишеваКазахстанAbishev Chemical-Metallurgical InstituteKazakhstan202126082021647471476Copyright © Жучков В.И., Заякин О.В., Акбердин A.А., 20212021Жучков В.И., Заякин О.В., Акбердин A.А.Zhuchkov V.I., Zayakin O.V., Akberdin A.A.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/2144

В серии статей, состоящей из двух сообщений, на основании литературных и собственных данных изучено влияние бора на характеристики процессов всех стадий металлургического передела: от агломерации, выплавки чугуна и ферросплавов, до производства стали, а также воздействие бора на свойства получаемого шлака и металла. Для интенсификации процесса упрочнения окатышей на стадии жидкофазного спекания и улучшения металлургических свойств достаточно наличия в них 0,20 ‒ 0,35 % оксида бора. По данным лабораторных исследований, наличие в окатышах оксида бора повышает их прочность на сжатие в 1,5 ‒ 1,7 раза, горячую прочность ‒ в 3 ‒ 4 раза. При изучении механизма и кинетики удаления серы показано, что присутствие борного ангидрида значительно ускоряет процессы десульфурации окатышей и смещает их интенсивное протекание в область более низких температур (1050 ‒ 1100 °С). Для повышения прочностных характеристик агломерата возможна добавка в шихту В2О3 . Исследования показали, что ввод 0,44 % В2О3 приводит к снижению содержания мелочи (0 ‒ 5 мм) в 1,5 раза по сравнению с базовым образцом и не влияет на истираемость агломерата. Использование борсодержащих окатышей в доменной плавке позволило без технологических осложнений увеличить основность конечного шлака с 1,10 до 1,16, в связи с чем коэффициент распределения серы возрос с 48 до 74. Благодаря этому произошло снижение содержания серы в чугуне на 0,005 %. На основании приведенных теоретических, лабораторно-экспериментальных и промышленных данных показана возможность за счет использования бора и его соединений в процессах подготовки и металлургической переработки рудных материалов повысить технико-экономические показатели производства и качество окатышей, агломератов и чугуна.

On the basis of literature and our own data, the effect of boron on characteristics of all stages of metallurgical processes (from sintering, smelting of cast iron and ferroalloys, to steel production) and on the properties of the resulting slag and metal was studied. To intensify the pellets hardening at the stage of liquid-phase sintering and to improve their metallurgical properties, it is sufficient to have 0.20 – 0.35 % of boron oxide in them. According to the laboratory studies, the presence of boron oxide in pellets increases their compressive strength by 1.5 – 1.7 times and hot strength by 3 – 4 times. While studying the mechanism and kinetics of sulfur removal, it was shown that the presence of boric anhydride significantly intensifies processes of pellets desulfurization. Their intensive progress goes to the zones of lower temperatures of 1050 – 1100 °С. To increase the sinter strength characteristics, it is possible to add B2O3 to the charge. The introduction of 0.44 % of B2O3 does not affect the sinter abrasion. The content of fines (0 – 5 mm) in comparison with the base sample is reduced by 1.5 times. The use of boron pellets in blast-furnace smelting makes it possible to increase the basicity of the final slag from 1.10 to 1.16. In this regard, the sulfur distribution coefficient increases from 48 to 74. The sulfur content in cast iron decreases by 0.005 %. The possibility of using boron and its compounds to improve the technical and economic indicators of production and the quality of pellets, sinter and cast iron is shown on the base of the presented theoretical, laboratory-experimental and industrial data.

металлургияборатовая рудаборный ангидридборнизкотемпературная эвтектикадесульфурацияфизико-химические свойствамеханические характеристикиmetallurgyborate oreboric anhydrideboronlow-temperature eutecticdesulfurizationphysicochemical propertiesmechanical characteristicsThe work was performed in accordance with the State Order of the IMET UB RAS within the framework of the Program of Fundamental Research of State Academies.ReferencesЕремин Н.И. Неметаллические полезные ископаемые. М.: Издательтво Московского Университета, 2004. 444 с.Eremin N.I. Non-Metallic Mineral Products. Moscow: izd. Moskovskogo Universiteta, 2004, 444 p. (In Russ.).Романюк Т.В., Ткачев А.В. Геодинамический сценарий формирования крупнейших мировых миоцен-четвертичных борлитиеносных провинций. М.: Светоч-Плюс, 2010. 304 с.Romanyuk T.V., Tkachev A.V. Geodynamic Case of Formation of the World’s Largest Miocene-Quaternary Boron-Lithium-Bearing Provinces. Moscow: Svetoch-Plyus, 2010, 304 p. (In Russ.).Flethcer J.G., Glasser F.P. Phase relations in system CaO–B2O3–SiO2 // Journal of Materials Science. 1993. Vol. 28. No. 10. P. 2677‒2686. https://doi.org/10.1007/BF00356203Flethcer J.G., Glasser F.P. Phase relations in system CaO–B2O3–SiO2. Journal of Materials Science. 1993, vol. 28, no. 10, pp. 2677–2686. https://doi.org/10.1007/BF00356203Ghose A., Chopra S., Young J.F. Microstructural characterization of doped dicalcium silicate polymorphs // Journal of Materials Science. 1983. Vol. 18. No. 10. P. 2905‒2914. https://doi.org/10.1007/BF00700771Ghose A., Chopra S., Young J.F. Microstructural characterization of doped dicalcium silicate polymorphs. Journal of Materials Science. 1983, vol. 18, no. 10, pp. 2905–2914. https://doi.org/10.1007/BF00700771Zayakin O.V., Kel’ I.N. Promising directions for the stabilization of ferroalloy production slags // Materials Science Forum. 2019. No. 946. Р. 401‒405. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.401Zayakin O.V., Kel’ I.N. Promising directions for the stabilization of ferroalloy production slags. Materials Science Forum. 2019, no. 946, pp. 401–405. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.946.401Заякин О.В., Статных Р.Н., Жучков В.И. Изучение возможности получения неразлагающегося шлака при производстве низкоуглеродистого феррохрома // Металлург. 2018. № 9. С. 25‒29.Zayakin O.V., Statnykh R.N., Zhuchkov V.I. Study of the possibility of obtaining non-decomposing slag during low-carbon ferrochrome production. Metallurgist. 2019, vol. 62, no. 9-10, pp. 875–881. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00744-8Murari F.D., da Costa e Silva A.L.V., de Avillez R.R. Cold-rolled multiphase boron steels: microstructure and mechanical properties // Journal of Materials Research and Technology. 2015. Vol. 4. No. 2. P. 191–196. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2014.12.001Murari F.D., da Costa e Silva A.L.V., de Avillez R.R. Cold-rolled multiphase boron steels: microstructure and mechanical properties. Journal of Materials Research and Technology. 2015, vol. 4, no. 2, pp.191–196. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2014.12.001Mejia I., Bedolla-Jacuinde A., Maldonado C., Cabrera J.M. Hot ductility behavior of a low carbon advanced high strength steel (AHSS) microalloyed with boron // Materials Science and Engineering: A. 2011. Vol. 528. No. 13‒14. P. 4468–4474. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.02.040Mejia I., Bedolla-Jacuinde A., Maldonado C., Cabrera J.M. Hot ductility behavior of a low carbon advanced high strength steel (AHSS) microalloyed with boron. Materials Science and Engineering: A. 2011, vol. 528, no. 13-14, pp. 4468–4474. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.02.040Chown L.H., Cornish L.A. Investigation of hot ductility in Al-killed boron steels // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 494. No. 1‒2. P. 263–275. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.04.026Chown L.H., Cornish L.A. Investigation of hot ductility in Al-killed boron steels. Materials Science and Engineering: A. 2008, vol. 494, no. 1-2, pp. 263–275. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.04.026Asahi H. Overview of development and commercialization of X120 ultra-high strength UOE linepipe // Int. Symp. on Microalloyed Steels for the Oil and Gas Industry. Japan, 2007. P. 281‒293.Asahi H. Overview of development and commercialization of X120 ultra-high strength UOE linepipe. In: Int. Symp. on Microalloyed Steels for the Oil and Gas Industry. Japan, 2007, pp. 281–293.Upadhyay N., Pujar M.G., Sakthivel T., Mallika C., Laha K., Mudali U.K. Effect of addition of boron and nitrogen on the corrosion resistance of modified 9Cr-1Mo ferritic steel // Procedia Engineering. 2014. Vol. 86. P. 606‒614. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.11.086Upadhyay N., Pujar M.G., Sakthivel T., Mallika C., Laha K., Mudali U.K. Effect of addition of boron and nitrogen on the corrosion resistance of modified 9Cr-1Mo ferritic steel. Procedia Engineering. 2014, vol. 86, pp. 606–614. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.11.086Fujishiro T., Hara T., Terada E. etc. Application of B-added low carbon bainiti steels to heavy wall X80 UOE line pipe ultralow temperature use // Dzairo to Prosesu CAMP ISIJ. 2009. No. 22. P. 640.Fujishiro T., Hara T., Terada E., etc. Application of B-added low carbon bainitic steels to heavy wall X80 UOE line pipe ultralow temperature use. Dzairo to Prosesu CAMP ISIJ. 2009, no. 22, p. 640.Аsahi H. Development of high grade OCTG and linepipe by utilizing boron addition // Dzairo to Prosesu CAMP ISIJ. 2009. No. 22. P. 639.Аsahi H. Development of high grade OCTG and linepipe by utilizing boron addition. Dzairo to Prosesu CAMP ISIJ. 2009, no. 22, p. 639.Ким А.С., Заякин О.В., Акбердин А.А., Концевой Ю.В. Получение и применение новых комплексных борсодержащих ферросплавов // Электрометаллургия. 2009. № 12. С. 21‒24.Kim A.S., Zayakin О.V., Akberdin A.A., Kontsevoi Yu.V. Production and application of new complex boron-containing ferroalloys. Russian Metallurgy (Metally). 2010, no. 12, pp. 1148–1150. https://doi.org/10.1134/S0036029510120165Жучков В.И., Акбердин А.А., Ватолин Н.А., Леонтьев Л.И., Заякин О.В., Ким А.С., Конуров У.К. Применение борсодержащих материалов в металлургии // Электрометаллургия. 2011. № 3. С. 25‒29.Zhuchkov V.I., Akberdin A.A., Vatolin N.A., Leont’ev L.I., Zayakin O.V., Kim A.S., Konurov U.K. Application of boron-containing materials in metallurgy. Russian Metallurgy (Metally). 2011, no 12, pp. 1134–1137. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S003602951112024XNaderi M., Ketabchi M., Abbasi M., Bleck W. Analysis of microstructure and mechanical properties of different hot stamped B-bearing steels // Steel Research International. 2010. Vol. 81. No. 3. P. 216–223. https://doi.org/10.1002/srin.200900125Naderi M., Ketabchi M., Abbasi M., Bleck W. Analysis of microstructure and mechanical properties of different hot stamped B-bearing steels. Steel Research International. 2010, vol. 81, no. 3, pp. 216–223. https://doi.org/10.1002/srin.200900125Fletcher J.G., Glasser F.P. Phase relations in the system CaO–B2O3–SiO2 // Journal of Material Science. 1993. Vol. 28. No. 10. P. 2677–2686. https://doi.org/10.1007/BF00356203Fletcher J.G., Glasser F.P. Phase relations in the system CaO––B2O3–SiO2 . Journal of Materials Science. 1993, vol. 28, no. 10, pp. 2677–2686. https://doi.org/10.1007/BF00356203Durinck D., Arnout S., Mertens G., Boydens E., Jones P.T., Elsen J., Blanpain B., Wollants P. Borate distribution in stabilized stainlesssteel slag // Journal of American Ceramic Society. 2008. Vol. 91 No. 2. P. 548–554. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2007.02147.xDurinck D., Arnout S., Mertens G., Boydens E., Jones P.T., Elsen J., Blanpain B., Wollants P. Borate distribution in stabilized stainlesssteel slag. Journal of the American Ceramic Society. 2008, vol. 91, no. 2, pp. 548–554. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2007.02147.xSeki A., Aso Y., Okubo M., Sudo F., Ishizaka K. Development of dusting prevention stabilizer for stainless steel slag // Kawasaki Steel Technical Report. 1986. Vol. 15. Р. 16‒21.Seki A., Aso Y., Okubo M., Sudo F., Ishizaka K. Development of dusting prevention stabilizer for stainless steel slag. Kawasaki Steel Technical Report. 1986, vol. 15, pp. 16–21.Pontikes Y., Jones P.T., Geysen D., Blanpain B. Options to prevent dicalcium silicate–driven disintegration of stainless steel slags // Archives of Metallurgy and Materials. 2010. Vol. 55. No. 4. P. 1169–1172. https://doi.org/10.2478/v10172-010-0020-6Pontikes Y., Jones P. T., Geysen D., Blanpain B. Options to prevent dicalcium silicate–driven disintegration of stainless steel slags. Archives of Metallurgy and Materials. 2010, vol. 55, no. 4, pp. 1169–1172. https://doi.org/10.2478/v10172-010-0020-6Ефименко Г.Г., Ковалев Д.А. Состояние, проблемы и перспективы подготовки железорудного сырья для металлургического передела // Труды Международной конференции «Теория и практика производства чугуна», 24 – 27 мая 2004 г., Кривой Рог. Кривой Рог: Издательство КГГМК «Криворожсталь», 2004. С. 27‒37.Efimenko G.G., Kovalev D.A. State, problems and prospects for the preparation of iron ore raw materials for metallurgical processing. In: Proceedings of the Int. Conf. “Theory and Practice of Iron Production”, May 24 – 27, 2004, Krivoi Rog. Krivoi Rog: KGGMK “Krivorozhstal’”, 2004, pp. 27–37. (In Russ).Утков В.А. Высокоосновной агломерат. М.: Металлургия, 1977. 156 с.Utkov V.A. Highly Basic Sinter. Moscow: Metallurgiya, 1977, 156 p. (In Russ).Есенжулов А.Б., Островский Я.И., Афанасьев В.И., Заякин О.В., Жучков В.И. Использование российского хроморудного сырья при выплавке высокоуглеродистого феррохрома в ОАО «СЗФ» // Сталь. 2008. № 4. С. 32‒36.Esenzhulov A.B, Ostrovskii Ya.I., Afanas’ev V.I., Zayakin O.V., Zhuchkov V.I. Russian chromium ore in smelting high-carbon ferrochrome at OAO SZF. Steel in Translation. 2008, vol. 38, no. 4, pp. 315–317. https://doi.org/10.3103/S096709120804013XТлегабулов Б.С. Влияние магнийсодержащих добавок на технико-экономические показатели аглодоменного производства // Тезисы доклада Всесоюзной конференции «Интенсификация металлургических процессов и повышение качества металлов и сплавов», 19 – 27 марта 1990 г., Тула. Тула, 1990. С. 25‒27.Tlegabulov B.S. Influence of magnesium-containing additives on technical and economic indicators of sinter-blast furnace production. In: Theses of the All-Union Conf. “Intensification of Metallurgical Processes and Improving the Quality of Metals and Alloys”, March 19 – 27, 1990, Tula. Tula, 1990, pp. 25–27. (In Russ).Акбердин А.А., Ким А.С. Резервы доменного процесса для производства высококачественного стального проката // Труды Международной конференции «Научно-технический прогресс в металлургии», 29 ‒ 30 сентября 2005 г., Темиртау. Темиртау, 2005. С. 148‒156.Akberdin A.A., Kim A.S. Reserves of blast-furnace process for production of high-quality rolled steel. In: Proceedings of the Int. Conf. “Scientific and Technical Progress in Metallurgy”, September 29 – 30, 2005, Temirtau. Temirtau, 2005, pp. 148–156. (In Russ).

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