Влияние дисперсности порошка титана и модификации углерода на синтез композита на основе железа и карбида титана

3. Гецелев, З.Н. О температурно-деформированном состоянии крупногабаритных слитков / З.Н.Гецелев, В.А.Калашников, Б.Ф.Трахтенберг и др.// Цветные металлы, №4,1974. - с.54 - 55.

4. Якубович Е.А. Деформация донной части слитка при непрерывном литье в электромагнитный кристаллизатор / Актуальные вопросы образования и науки: сб.научн.трудов. Часть 1. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. с. 162 - 163.

Yakubovich Efim Abramovich, Cand.Tech.Sci., associate professor Samara State Technical University, Samara, Russia

FEATURES OF TOOLING INSTRUMENT FOR CONTINUOUS CASTING IN ELECTROMAGNETIC MOLD

Absract: Problems associated with studying the features of forming the bot tom zone of a flat ingot during continuous casting in an electromagnetic crys tallizer are analyzed. The influence of the shaping elements of the tooling "electromagnetic crystallizer-primer" on the deformation of the bottom part at the initial stage of casting is shown. A meaningful interpretation of the re sults obtained is used to predict the technological casting regimes and the de sign features of the tooling, which ensure a tendency to reduce losses to the bottom trimming due to a reduction in the deformation of the ingot's end. Keywords: electromagnetic mold, tray, continuous casting, ingot, deforma tion

УДК 662.1

ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ПОРОШКА ТИТАНА И МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДА НА СИНТЕЗ КОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА И КАРБИДА ТИТАНА Яценко Игорь Владимирович, аспирант Самборук Анатолий Романович, д.т.н., профессор (e-mail: samboruk55@mail.ru) Кузнец Елена Анатольевна, к.т.н.

Чувак Ксения Александровна, студент

Самарский государственный технический университет, Самара, Россия

Рассмотрено влияние дисперсности и марки порошка титана и различных модификаций углерода на синтез композита на основе железа и карбида титана. При этом восстановление железа из его оксида твердым углеродом протекает в режиме сопряжения с СВС-процессом синтеза карбида титана.

Ключевые слова: горение, композит, режим сопряжения, дисперсность, титан, модификация, углерод

СВС-процессы часто используют в сочетании с термитным процессом, что позволяет использовать в качестве исходных веществ оксиды металлов вместо чистых порошков элементов. Возможно управление процессами

СВС с помощью термически-сопряженных реакций, сочетая друг с другом эндотермические (или низкоэкзотермические) и высокоэкзотермические процессы [1].

При получении композиционных материалов на основе железа и карбида титана применение сопряженных реакций открывает перспективы использования в качестве восстановителей железа неметаллов путем реализации таких эндотермических реакций за счет тепла образования карбида титана. При этом можно ожидать получения целевого продукта в виде лег-коразрушаемого спека без гранулирования исходной шихты [2].

Для получения композита на основе железа и карбида титана с восстановлением железа из его оксида углеродом предлагается способ сжигания порошковой шихты состава Т1+С+Ре20з. При этом углерод взаимодействует как с титаном, так и с оксидом железа по реакциям:

Т + С = ТЮ + о Бе20з + 3С = 2Бе + 3С0| - О

Восстановление железа из его оксида твердым углеродом протекает в режиме сопряжения с СВС-процессом синтеза карбида титана с образованием композита Бе-Т1С.

Для оценки влияния типа исходных компонентов на процесс горения продукты реакции были проведены эксперименты с использованием различных марок титана и модификаций углерода. В качестве порошка титана были использованы порошки марок ТПП-7, ПТС, ПТМ. В качестве углерода - сажа П-701 и графит С-3. При использовании любых порошков в качестве исходных горение протекает спокойно, выбросы отсутствуют. Зависимости скорости горения от содержания в реакционной шихте (Fe203+С) при использовании различных исходных компонентов приведены на рисунке 1.

а) б)

Рисунок 1 - Зависимости скорости горения от содержания в реакционной шихте (Fe203+С) при использовании в качестве источника углерода: а) сажи, б) графита

Видно, что при использовании титана марки ТПП-7 наблюдаются наиболее низкие скорости горения; при использовании титана марок ПТС и

ПТМ скорости горения близки по значениям; при использовании графита скорости горения в целом выше, чем при использовании сажи; при использовании сажи максимальные скорости процесса наблюдаются в случае взаимодействия с титаном марки ПТС; при использовании графита максимальные скорости процесса наблюдаются в случае взаимодействия с титаном марки ПТМ; при использовании сажи предел горения составляет 35 % (Бе2О3+С) вне зависимости от марки титана; при использовании графита предел горения составляет 35-45 % (Бе2О3+С) в зависимости от марки титана.

Таким образом, результаты горения шихты с применением графита более закономерны и логичны, что может быть связано, прежде всего, с его более упорядоченной структурой по сравнению с техническим углеродом, обладающим разупорядоченной аморфной структурой.

Результаты измерения температур горения различных составов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Температуры горения шихты различных составов

"емпература горения, К

Сажа Графит

25%

ТПП-7 1990 1950 -

ПТС 1760 1940 1650

ПТМ 1510 1530 -

Расчет (ТЬегшо) 2158,98 1922,53

По результатам анализа температур горения отмечается общая тенденция к снижению температуры при уменьшении размера порошка исходного титана. Такая закономерность, вероятно, связана с тем, что с увеличением дисперсности порошка титана возрастает площадь его поверхности и соответственно увеличивается выделение примесных газов, отводящих тепло из реакционной смеси. Сравнивая максимальные измеренные температуры с расчетными значениями, следует признать удовлетворительную сходимость результатов.

При использовании сажи в качестве восстановителя железа вне зависимости от марки титана, при содержании (Бе2О3+С) в шихте не более 25 % основная масса продукта состоит из серых гранул. При дальнейшем увеличении содержания (Бе2О3+С) продукты становятся заметно более темными с присутствием красных включений Бе2О3. При этом худшее качество продуктов отмечено при использовании титана ПТС (рисунок 2).

Т1 - ПТС, ю(Ре203+С)=25 % П - ПТС, ю(Ре203+С)=30 %

Т1 - ПТМ, ю(Ре203+С)=25 % И - ПТМ, ю(Ре203+С)=30 %

Рисунок 2 Продукты реакции при использовании

Рисунок 3 Продукт реакции при использовании в качестве исходных веществ титана

ПТМ и графита С-3 при 20 % ^е203+С)

При использовании графита максимальное содержание ^е203+С) в шихте, при котором основная масса продукта состоит из серых гранул, составляет также 25 %, а при увеличении содержания (Ре203+С) продукт приобретает темный цвет, встречаются включения красного цвета ^е203). Худшее качество продуктов отмечается при использовании титана марки

ПТМ. Даже при 20 % (Бе2О3+С) в случае использования титана марки ПТМ в продукте заметны красные включения (рисунок 3).

На рисунке 4 показаны продукты реакции при использовании в качестве источника углерода графита С-3 для различных марок порошка титана и при содержании в исходной шихте (Ре20з+С) в количестве 25 % и 30 %.

П - ТПП-7, ю(Ре20з+С)=25 %

Т - ПТС, ю(Бе2О3+С)=25 %

Т - ТПП-7, ю(Бе2О3+С)=30 %

П - ПТС, ю(Ре203+С)=30 %

Л - ПТМ, ю(Ре203+С)=25 % Л - ПТМ, ю(Ре203+С)=30 %

Рисунок 4 - Продукты реакции при использовании в качестве источника

углерода графита С-3

Сопоставляя скорости горения и качество продуктов реакции можно сделать вывод о прямой связи этих показателей. При использовании сажи в качестве восстановителя наибольшие скорости горения отмечаются в случае с титаном ПТС и в этом же случае качество продуктов наихудшее. То же самое можно сказать и о случае применения пары графит-титан ПТМ.

На рисунках 5 и 6 приведены продукты реакции, полученные при использовании различных исходных компонентов.

Рисунок 5 Продукты реакции при использовании в качестве источника углерода сажи и при использовании различных марок титана: а) ТПП-7; б) ПТС; в) ПТМ

Рисунок 6 - Продукты реакции при использовании в качестве источника углерода графита и при использовании различных марок титана: а) ТПП-7;

б) ПТС; в) ПТМ

Исходя из представленных данных, размеры гранул порошков продуктов реакции сведены в таблицу 2. Гранулы композита по своим размерам близки к исходному порошку титана.

Таблица 2 - Размеры частиц порошков продуктов реакции

Размер порошка композита, мкм

ТПП-7 ПТС ПТМ

Сажа 300-500 100-300 50-100

Графит 300-500 30-100 30-100

Размер порошка титана, мкм

300-500 0-280 0-100

Таким образом, удалось получить порошок композита на основе железа и карбида титана с восстановлением железа из его оксида углеродом с размером частиц близким к исходному порошку титана.

Список литературы

1. Студеникин, И.А. Термически сопряженные процессы СВС в слоевых системах: экспериментальная диагностика [Текст] / И. А. Студеникин, А.В. Линде, А. А. Кондаков // Тезисы докладов ежегодной научной конференции ИСМАН, 2016.

2.Самборук, А. А. Технология получения карбида титана из гранулированной шихты методом СВС [Текст] / А. А. Самборук, Е.А. Кузнец, А.Г. Макаренко, А.Р. Самборук // Вестник Самарского государственного технического университета, Самара: СамГТУ, 2008.- С. 124-129.

Yatcenko Igor Vladimirovich, graduate student

Samboruk Anatoliy Romanovich, Ph.D., professor

Kuznets Elena AnatoVevna, Ph.D.

Chuvak Kseniya Aleksandrvna, undergraduate

THE EFFECT OF TITANIUM POWDER DISPERSION AND CARBON MODIFICATION TO SYNTHESIS OF FERRUM-TITANIUM CARBIDE COMPOSITE

Samara State Technical University, Samara, Russia

Abstract: The effect of titanium dispersion and titanium powder model and several carbon modifications to synthesis of Fe-TiC composite are studied. In this case ferrum recovery from its oxide by carbon occurs in combine with SHS-process of TiC synthesis.

Key words: combustion, composite, combine mode, dispersion, titanium, modification, carbon.