Search

This paper reports a study into the phase composition and microstructure of tungsten ore concentrate after carbon-thermal reduction at different O:C ratios in the charge. This is required for determining those indicators that reduce tungsten loss through the sublimation of oxide compounds when processing ore concentrates, as well as when using reduced tungsten-containing doping additives. The study results have established that the reduced tungsten concentrate at the O:C ratio in the charge within the interval of 1.33‒2.30 contained the phases of W, W2C C, C, WO2. The microstructure demonstrated a spongy and disordered character. Together with W, the Mo, Si, Ca, Al impurities were present in the reduced products. The main elements identified at the sites studied had the following limiting content, % by weight: O – 5.01–17.32; C – 0.84–4.23; W – 61.21–86.78; Mo – 1.57–7.51; Si – 2.07–9.06; Ca – 1.34–11.30; Al – 0.27–0.40. The micro-inclusions at the examined surface areas acquired different complex shapes. There were traces of the process of caking between the particles. The analysis of the resulting data has shown that the most preferred ratio of O:C in the charge was 1.65. In this case, there is no lack of carbon and there is a predominance of W in the phase composition with a relatively little manifestation of the W2C phases, carbon, as well as the residual part of WO2. The post-reduction of the oxide component would occur during the doping process. The sponge structure contributes to a higher dissolution rate compared to standard tungsten ferroalloys. Lack of compounds with a relatively high propensity for sublimation does not require any special conditions to prevent the loss of tungsten in the gas phase, which increases the degree of assimilation of the target element, Исследованы фазовый состав и микроструктура вольфрамового рудного концентрата после углеродотермического восстановления при различном соотношении O:C в шихте. Это необходимо, чтобы определить показатели, снижающие потери вольфрама сублимацией оксидных соединений при переработке рудных концентратов, а также при использовании восстановленных вольфрамсодержащих легирующих добавок. По результатам исследований определено, что в восстановленном вольфрамовом концентрате при соотношении O:C в шихте в интервале 1,33–2,30 проявлялись фазы W, W2C, C, WO2. Микроструктура имела губчатое и разупорядоченное строение. Вместе с W в продуктах восстановления присутствовали примеси Mo, Si, Ca, Al. Выявленные в исследованных участках основные элементы имели следующие пределы содержания, % мас.: O – 5,01–17,32; C – 0,84–4,23; W – 61,21–86,78; Mo – 1,57–7,51; Si – 2,07–9,06; Ca – 1,34–11,30; Al – 0,27–0,40. Микровключения изученных участков поверхности имели различную сложную форму. Наблюдались следы протекания процессов спекания между частицами. Анализ результатов полученных данных показал, что наиболее предпочтительным соотношением O:C в шихте является 1,65. В этом случае не прослеживается недостаток углерода и обеспечивается преобладание в фазовом составе W с относительно небольшим проявлением фаз W2C, углерода, а также остаточной частью WO2. Довосстановление оксидной составляющей будет проходить в процессе легирования. Губчатая структура способствует более высокой скорости растворения по сравнению с использованием стандартных ферросплавов вольфрама. Отсутствие соединений с относительно высокой склонностью к сублимации не требует создания специальных условий, для препятствия потерь вольфрама в газовую фазу, что повышает степень усвоения целевого элемента, Досліджено фазовий склад і мікроструктуру вольфрамового рудного концентрату після вуглецевотермічного відновлення при різному співвідношенні O:C в шихті. Це необхідно, щоб визначити показники, що знижують втрати вольфраму сублімацією оксидних сполук при переробці рудних концентратів, а також при використанні відновлених вольфрамвмісних легуючих добавок. За результатами досліджень визначено, що у відновленому вольфрамовому концентраті при співвідношенні O:C в шихті в інтервалі 1,33–2,30 проявлялися фази W, W2C, C, WO2. Мікроструктура мала губчасту і розупорядковану будову. Разом із W в продуктах відновлення були присутні домішки Mo, Si, Ca, Al. Виявлені в досліджених ділянках основні елементи мали наступні межі вмісту, % мас.: O – 5,01–17,32; C – 0,84–4,23; W – 61,21–86,78; Mo – 1,57–7,51; Si – 2,07–9,06; Ca – 1,34–11,30; Al – 0,27–0,40. Мікровключення вивчених ділянок поверхні мали різну складну форму. Спостерігалися сліди протікання процесів спікання між частинками. Аналіз результатів отриманих даних показав, що найкращим співвідношенням O:C в шихті є 1,65. В цьому випадку не простежується недолік вуглецю і забезпечується переважання в фазовому складі вольфраму з відносно невеликим проявом фаз W2C, вуглецю, а також залишковою частиною діоксиду вольфраму. Довідновлення оксидної складової буде проходити в процесі легування. Губчаста структура сприяє більш високій швидкості розчинення в порівнянні з використанням стандартних феросплавів вольфраму. Відсутність з’єднань з відносно високою схильністю до сублімації не створює необхідності забезпечення спеціальних умов, для перешкоди втрат вольфраму в газову фазу, що підвищує ступінь засвоєння цільового елемента

X-ray diffraction phase analysis of samples performed on a DRON-6 diffractometer has shown that the processes of CaWO4 transition to WC and W2C had the highest probability in the temperature range of 1,173–1,473 K. The end-product CaWO4, thermally treated with carbon, was represented by carbon in oxycarbide and carbide phases. The processes of tungsten reduction from its oxides through the phases of formation of tungsten carbide and oxygen compounds (higher and lower) and finally tungsten metal were shown. Basic chemical and phase transformations occurred within the temperature range of 300–1,800 K. This opens the prospect of producing tungsten as an alloying material without formation of liquid phases in a heterogeneous system and enables production of tungsten based alloying material at relatively low temperatures which significantly reduces power consumption. Qualitative and quantitative composition of charge materials for laboratory studies and industrial tests in a form of briquettes for metallization of tungsten-containing compounds in a furnace with induction heating was presented. The mechanism of phase and structural transformations occurring in reduction of tungsten from scheelite concentrates in the temperature range of 1,273–1,473 K and microanalysis of samples of chemical transformations were studied. A furnace unit with induction heating in which industrial tests were performed in stages was schematically shown.The tests have shown that a 1.3 times sample weight reduction and a 23 % specific density reduction occurred in the process of heat treatment of the samples based on scheelite concentrate.Several batches of spongy tungsten instead of standard ferrotungsten were produced and tested in smelting high speed steels. Advantages of the new technology of tungsten metallization from a scheelite concentrate and positive efficiency of using the new material in special metallurgy were shown., Виконаний рентгеноструктурний фазовий аналіз зразків на дифрактометрі «ДРОН-6» показав, що найбільшу ймовірність в інтервалі температур 1173–1473 K мають процеси переходу CaWO4 в WC і W2С. Кінцевий продукт вуглеродотерміі CaWO4 представлений вуглецем в оксикарбідних і карбідних фазах. Показані процеси відновлення вольфраму з його оксидів через фази утворення карбідних сполук вольфраму, кисневих сполук (вищих і нижчих), і тільки потім вольфраму металевого. Основні хімічні та фазові перетворення протікають в межах температурного інтервалу 300–1800 K. Це відкриває перспективу виробництва вольфраму як легуючого матеріалу без утворення рідких фаз в гетерогенній системі та дає можливість виробляти легуючий матеріал на основі вольфраму при відносно невисоких температурах, що значно скорочує енерговитрати. Наведено якісний й кількісний склад шихтових матеріалів для лабораторних досліджень та промислових випробувань брикетів для металізації вольфрамовмісних сполук у шахтній печі з індукційним нагрівом. Досліджено механізм фазових структурних перетворень за відновлення W із шеєлітового концентрату в діапазоні температур 1273–1473 K і мікроаналіз зразків хімічних перетворень. Схематично показаний пічний агрегат із індукційним нагрівом, у якому поетапно виконані промислові випробування.Проведені випробування показали, що в процесі теплової обробки зразків на основі шеєлітового концентрату їх маса зменшується в 1,3 рази, а питома щільність знижується на 23 %.Було вироблено партії губчастого вольфраму, який було випробувано під час виплавки швидкорізальних сталей взамін стандартного феровольфраму. Показані переваги нової технології металізації W із шеєлітового концентрату та позитивна ефективність використання нового матеріалу в спеціальній металургії, Выполненный рентгеноструктурный фазовый анализ образцов на дифрактометре «ДРОН-6», показал, что наибольшую вероятность в интервале температур 1173–1473 K имеют процессы перехода CaWO4 в WC и W2С. Конечный продукт углеродотермии CaWO4 представлен углеродом в оксикарбидных и карбидных фазах. Показаны процессы восстановления вольфрама из его оксидов через фазы образования карбидных соединений вольфрама, кислородных соединений (высших и низших), и только потом вольфрама металлического. Основные химические и фазовые преобразования протекают в пределах температурного интервала 300–1800 K. Это открывает перспективу применения вольфрама как легирующего материала без образования жидких фаз в гетерогенной системе и дает возможность производить легирующий материал на основе вольфрама при относительно невысоких температурах, что значительно сокращает энергозатраты.Приведены качественный и количественный состав шихтовых материалов для лабораторных исследований и промышленных испытаний брикетов для металлизации вольфрамосодержащих соединений шахтной печи с индукционным нагревом. Исследован механизм фазовых структурных преобразований при восстановлении W с шеелитового концентрата в диапазоне температур 1273–1473 K и микроанализ образцов химических превращений. Схематично показан печной агрегат непрерывного действия с индукционным нагревом, в котором поэтапно выполнены промышленные испытания.Проведенные испытания показали, что в процессе тепловой обработки образцов на основе шеелитового концентрата их масса уменьшается в 1,3 раза, а удельная плотность снижается на 23 %.Для определения технико-экономических показателей произведены партии губчатого вольфрама, которые испытаны при выплавке быстрорежущих сталей взамен стандартного ферровольфрама. Показаны преимущества новой технологии металлизации W с шеелитового концентрата и положительная эффективность использования нового материала в специальной металлургии

We have studied patterns in the influence of O/C in the charge on the content of C, O2, and Mo in metallized molybdenum concentrate after different temperatures of thermal treatment. it was determined that O/C at 1.75‒2.00 in the charge after treatment at 1,223–1,423 K provides for the content of Mo in metallized molybdenum concentrate at 74.6–78.0 % by weight. The content of C and O2 was 0.5–2.0 % by weight, and 0.6–5.5 % by weight, respectively. At O/C in the charge at 2.50, the products of reduction after heat treatment at 1,323 K consisted of Mo and MoO2. The residual molybdenum-containing oxide component is due to the insufficient amount of a reducing agent. The presence in the phase composition of carbide Mo2C together with Mo was found at O/C in the charge at 1.33, indicating a certain excess of the carbon reducing agent. The most favorable conditions for reduction were ensured at O/C in the charge at the level of 1.83 with a transition of most of the oxides to the metal phase of Mo. We have obtained a spongy structure of the metallized product, which ensures an increased rate of dissolving the obtained molybdenum-containing additive in a liquid metal at alloying. We did not identify in the phase composition any compounds susceptible to sublimation, which predetermines a reduction in the losses of Mo when using an alloying additive., Визначено вплив O/C шихти на склад металізованого молібденового концентрату після обробки при 1223–1423 K. Найбільш вигідним є O/C в межах 1,75–2,00, забезпечуючи відносно низькі залишкові C, O2 і переважання Mo у фазовому складі. Структура неоднорідна із спечених мікрочасток. Не виявлено з’єднань, схильних до сублімації. Це обумовлює зниження втрат Mo при використанні легуючої добавки, що підтверджено в дослідно-промислових умовах, Определено влияние O/C шихты на состав металлизованного молибденового концентрата после обработки при 1223–1423 K. Наиболее выгодным является O/C в пределах 1,75–2,00, обеспечивая относительно низкие остаточные C, O2 и преобладание Mo в фазовом составе. Структура неоднородная из спеченных микрочастиц. Не выявлено соединений, склонных к сублимации. Это обуславливает снижение потерь Mo при использовании легирующей добавки, что подтверждено в опытно-промышленных условиях

We determined that scale of the high-speed steel R18 is composed of the phases of Fe3O4, Fe2O3, FeO, with the presence of alloying elements as the replacement atoms. The microstructure is disordered and non-uniform. In the examined area, in addition to Fe, we revealed the presence of, % by weight: W – 16.34, Cr – 2.68, V – 1.82, and others. The content of O was 15.32 %. It was established that the reduction of scale at 1,523 K proceeds with the formation of α-Fe and carbides Fe3W3C, (Fe, Cr)7C3, W2C, V2C, Fe3C, Fe2C. Manifestation of carbides of alloying elements decreased with an increase in the degree of reduction. The microstructure of reduction products is heterogeneous, containing particles with a different content of alloying elements and has a spongy structure. The conditions are provided for the absence of phases subject to sublimation. We conducted experimental-industrial tests of using the metallized scale while smelting high-speed steel with a degree of disposal of alloying elements at the level of 92‒94 %. Improvement of environmental safety was implemented by the replacement of reduction melting with the newest methods of powder metallurgy employing the solid-phase reduction., Визначено фізико-хімічні перетворення при вуглецевотермічному відновленні техногенних оксидних відходів виробництва швидкоріжучої сталі Р18. Виявлено протікання хімічних реакцій відновлення та карбідоутворення за участю заліза та легуючих елементів. Відсутність фаз схильних до сублімації, підвищена відновна здатність, губчаста мікроструктура забезпечують відносно високий ступінь вилучення тугоплавких елементів при використанні отриманного матеріалу як легуючої добавки, Определены физико-химические превращения при углеродотермическом восстановлении техногенных оксидных отходов производства быстрорежущей стали Р18. Обнаружено протекание химических реакций восстановления и карбидообразования при участии железа и легирующих элементов. Отсутствие фаз склонных к сублимации, повышенная восстановительная способность, губчатая микроструктура обеспечивают относительно высокую степень извлечения тугоплавких элементов при использовании полученного материала в качестве легирующей добавки

It was determined that the oxidic tungsten concentrate is represented basically by CaWO4. Other phases have a fragmentary manifestation with a low intensity of the corresponding diffraction peaks. Microstructure is heterogeneous, disordered. Particles with presence of the accompanying ore impurities (molybdenum, calcium, silicon, iron, aluminum, fluorine and carbon) were found. The metallized tungsten concentrate after heat treatment at 1,250 K had a reduction degree of 21 % with a prevalence of CaWO4 in the phase composition. An increase in temperature to 1,350 K and 1,450 K provided a reduction degree of 69 % and 87 %, respectively. Under these conditions, a significant predominance of WC and W2C carbides was found in the phase composition. The presence of CaWO4 was of a residual nature with a relatively low intensity of manifestation. The microstructure of metallized tungsten concentrate was inhomogeneous with the presence of particles of various sizes and chemical compositions. As the reduction temperature increased, manifestation of the processes of sintering of particles was observed, especially clearly after treatment at 1,350 K and 1,450 K, Визначено, що оксидний вольфрамовий концентрат представлений в основному CaWO4. Мікроструктура розупорядкована. Проведення металізації вольфрамового концентрату при температурі теплової обробки 1350 K та 1450 K забезпечило ступінь відновлення 69 % та 87 % відповідно. Фазовий склад переважно представлений WC та W2C з деякою часткою CaWO4. Мікроструктура неоднорідна з проявом процесів спікання. Відсутність фаз схильних до сублімації забезпечує зменшення втрат W під час легування, Определено, что оксидный вольфрамовый концентрат представлен в основном CaWO4. Микроструктура разупорядоченная. Проведение металлизации вольфрамового концентрата при температуре тепловой обработки 1350 K и 1450 K обеспечило степень восстановления 69 % и 87 % соответственно. Фазовый состав преимущественно представлен WC и W2C с некоторой долей CaWO4. Микроструктура неоднородная с проявлением процессов спекания. Отсутствие фаз склонных к сублимации обеспечивает снижение потерь W во время легирования

The study has revealed the regularities of the effect produced by increasing the content of scale of steel 12Cr18Ni10Ti in the charge from 5 to 75 mass % on the contents of the products of carbon thermal reduction of oxide waste of corrosion-resistant steels. The concentration of Ni is increased from 0.8 to 7.0 mass % when the Cr content ranges from 15.9 to 17.1 mass %. The concentration of Cr in the extraction products within the range of 16.1–17.1 mass% is provided with the content of scale of 95Cr18 steel in the charge in the range from 5 to 55 mass %. It has been found that metallization products mainly consist of a solid solution of alloying elements in α-Fe. Fe3O4, Fe3C, and Fe2C were also identified. The microstructure of the extraction products is spongy and disordered. The particles are sintered, with varying Cr and Ni contents in the ranges of 7.47 to 18.03 mass % and 2.97–10.40 mass %, respectively. The study has helped achieve environmentally safe conditions for solid-phase extraction of chrome and nickel containing industrial wastes from the production of corrosion-resistant steels with the return of the alloyed product to the welding industry, Определены закономерности влияния параметров шихты на содержание Cr и Ni в продуктах восстановления. Достигнуты пределы содержания соответствующих элементов: 15,1–17,1 % мас. и 0,2–7,0 % мас. Установлено, что продукты металлизации в основном состояли из твердого раствора легирующих элементов в α-Fe. Также выявлены оксид Fe3O4 и карбиды – Fe3C, Fe2C. Микроструктура губчатая разупрядоченная. Микрочастицы спеченные, с различным содержанием Cr и Ni, Визначено закономірності впливу параметрів шихти на вміст Cr та Ni в продуктах відновлення. Досягнуто межі вмісту відповідних елементів: 15,1–17,1 % мас. та 0,2–7,0 % мас. Встановлено, що продукти металізації в основному складалися з твердого розчину легуючих елементів в α-Fe. Також виявлено оксид Fe3O4 і карбіди – Fe3C, Fe2C. Мікроструктура губчаста розупорядкована. Мікрочастки спечені, з різним вмістом Cr та Ni

The study has determined an increase of the degree of thermal carbon extraction of the molybdenum oxide concentrate from 11 % to 97 % with an increase in the processing temperature from 873 K to 1373 K, respectively. A further rise in temperature to 1473 K led to a reduction in the degree of recovery to 89 %. The recovery products after treatment at 873–1073 K mostly consisted of MoO2 with some Mo and Mo2C manifestations. Treatment at 1223–1473 K provided a predominance of Mo and Mo2C as to the oxide component. The microstructure of the recovery products was spongy and disordered with varying degrees of sintering, depending on the processing temperature. The alloying of R6M5 steel with the new molybdenum material in experimental industrial conditions provided an increase in the Mo uptake rate from 88.9 % to 95.0 % compared with the standard technology. Improvement of environmental safety is achieved by replacing carbon monoxide and aluminothermic melting of ferroalloy production of Mo with the latest methods of powder metallurgy., Визначено кінетичні закономірності вуглецевотермічного відновлення оксидного молібденового концентрату в інтервалі 873–1473 K. Найвищий ступінь відновлення 97 % досягнуто після обробки при 1373 K із переважанням у фазовому складі Mo. Мікроструктура – губчаста розупорядкована. Поліпшення екологічної безпеки досягається заміною вуглецевосиліко- та алюмотермічної плавок феросплавного виробництва Mo на новітні методи порошкової металургії, Определены кинетические закономерности углеродотермического восстановления оксидного молибденового концентрата в интервале 873–1473 K. Наибольшая степень восстановления 97 % достигнута после обработки при 1373 K с преобладанием в фазовом составе Mo. Микроструктура – губчатая разупорядоченная. Улучшение экологической безопасности достигается заменой углеродосилико- и алюмотермической плавок ферросплавного производства Mo на новейшие методы порошковой металлургии

We established that the phase composition of oxide molybdenum concentrate is re presented mainly by MoO3, as well as МоО2, WO3, Mo2C and associated ore impurities of Al2O3, CaO, SiO2 and MgO. We found non-uniform microstructure in the form of plates, granules of round shape, and thread-like formations. It was determined that phase composition of metallized molybdenum concentrate, obtained by carbon-thermal technique, is mostly composed of metal Mo with the presence of MoC and Mo2C. Unrestored component is represented by the oxy-carbide compound (Mo, O, C) and the lower molybdenum oxide MoO2. We noted fragmented presence of Mo8O23. Spongy microstructure revealed areas where the molybdenum oxide restoration products dominate. The presence of residual oxygen confirms the existence, along with metal Mo, of unrestored oxide or oxy-carbide compounds. The residual oxygen could also be contained in the oxide compounds of Si, Al, Ca, Mg, K, Na as associated ore impurities. This is confirmed by discovery of the specified elements in the examined areas. The detected phases and compounds do not display significant susceptibility to sublimation. High restorative ability, due to the excess of carbon in the form of carbides, provides the post-restoration of oxide component in the liquid metal in the process of alloying, as well as protection against secondary oxidation, Исследованы фазовый состав, микроструктура оксидного молибденового концентрата и продуктов металлизации, которые получены опытно-промышленным путем. Выявлена губчатая структура металлизованного концентрата и избыток углерода в виде карбидов. Это обеспечивает уменьшение времени растворения в жидком металле и высокую восстановительную способность при легировании, что привело к снижению потерь молибдена от вторичного окисления и сублимации, Досліджено фазовий склад, мікроструктуру оксидного молібденового концентрату і продуктів металізації, які отримані дослідно-промисловим шляхом. Виявлено губчасту структуру металізованого концентрату і надлишок вуглецю у вигляді карбідів. Це забезпечує зниження часу розчинення в рідкому металі, високу відновну здатність при легуванні, що призвело до зниження втрат молібдену від вторинного окиснення та сублімації

Досліджено фазові і структурні перетворення в процесі вуглецевотермічного відновлення пентаксиду ванадію. Проведено вивчення впливу деяких технологічних параметрів процесу вуглецевотермічного відновлення таблеток на основі оксиду V2O5 на ступінь їх розбухання, а також причин, що викликають це явище, для ціле- спрямованого регулювання його в промислових умовах, Исследованы фазовые и структурные превращения в процессе углеродотермического восстановления пентаксида ванадия. Проведено изучение влияния некоторых технологических параметров процесса углеродотермического восстановления таблеток на основе оксида V2O5 на степень их разбухания, а также причин, вызывающих это явление, для целенаправленного регулирования его в промышленных условиях, Phase and structural transformations in the process of carbothermic recoveries of vanadium pentaoxide were investigated. Studying of the influence of some technological factors of process carbothermic recoveries of tablets on the basis V2O5 oxide on the extent of their swelling, and also the reasons causing this phenomenon, for its purposeful regulating in industrial conditions was carried out