CC BY
49
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 175 1971
исследование технологии подготовки шихты для производства карбида бора
В. М. ВИТЮГИН, В. А. ЛОТОВ, В. А. ТРОФИМОВ
(Представлена научной итоговой конференцией химико-технологического
факультета)
В настоящее время технология производства карбида бора заключается в следующем: чистая борная кислота в порошкообразном состоянии (крупность—1 мм) смешивается с сухим нефтяным коксом (крупность 1—0 мм) в отношении соответственно 76—78 : 22—24.
Шихта перемешивается механическим путем и во избежание пыле-ния и сегрегации увлажняется до 2—3% водой. Увлажненная шихта совместно с возвратным спеком загружается непосредственно в электродуговую печь в зоны с температурой до 1500°С. Внутренние зоны печи имеют температуру 2600—2800°С. При плавке карбида бора в электродуговых печах теряется борсодержащее сырье вследствие улетучивания борной кислоты с парами воды при ее дегидратации, а также вследствие механического уноса паров бора. Значительно способствует парообразованию и механически примешанная вода.
Так как борная кислота наиболее интенсивно разлагается в температурном интервале 149—176°С, то естественно, что при температурах порядка 1000—1500°С процесс разложения борной кислоты будет происходить очень бурно и в сравнительно короткие сроки. Все это отрицательно сказывается на выходе карбида бора, количество же возврата увеличивается.
Исходя из технико-экономических соображений, из вышеуказанного напрашивается предварительная дегидратация борной кислоты при небольших температурах, на что уже ранее указывалось в литературе [1].
Несомненно, предварительная дегидратация борной кислоты положительно скажется на процессе плавки карбида бора. Но процесс предварительной дегидратации связан с некоторыми нежелательными операциями, как то: последующее дробление и размол спека (губки) в шаровых мельницах, просеивание через сита, подшихтовка. Дегидратированная борная кислота не устраняет сегрегации шихты и связанного с этим ухудшением процесса плавки карбида бора.
Необходим более действенный способ подготовки шихты. Таким способом явится, по-видимому, грануляция шихты с последующей сушкой при определенных температурных режимах, так чтобы при сушке гранул происходила дегидратация борной кислоты.
Для проверки данного предположения были проведены лабораторные исследования дегидратации порошкообразной и гранулированной борной кислоты, причем применительно к современному процессу подго-
товки шихты порошкообразная борная кислота дополнительно увлажнялась определенным количеством воды, гранулированная же борная кислота предварительно подвергалась сушке при температуре 105°С.
Далее и порошкообразная и гранулированная борная кислота подвергались нагреву от 20 до 1000°С при внешнем давлении 740 мм. рт. ст. Результаты опытов (см. графики) указывают на преимущества высушенной гранулированной борной кислоты. Как видно из графиков, потери веса при нагревании увлажненной порошкообразной борной кислоты и сухой гранулированной различны.
У сухой гранулированной борной кислоты потеря веса составляет лишь 0,27 г. В обоих случаях изменение веса практически прекращается при температуре 850—900°С.
Следует указать на то, что потеря веса у порошкообразной борной кислоты происходит более бурно, чем у гранулированной, что в дальнейшем, вероятно, позволит осуществлять сушку и дегидратацию соответствующей шихты для плавки карбида бора при более жестком 'температурном режиме.
Анализируя современное состояние подготовки шихты и учитывая результаты исследования, можно предложить следующую технологическую схему подготовки шихты: борная кислота и углеродистый материал в определенном соотношении вводятся в бегуны, где тщательно перемешиваются; в смесь в процессе перемешивания добавляется определенное количество воды для получения формовочной массы определенной консистенции. Эта масса далее подается в экструдер, где происходит значительное уплотнение и предварительная грануляция массы и затем во избежание слипания между собой гранулы поступают на окатывание в наклонную чашу, куда подается сухая шихта. Из чаши сырые гранулы поступают на ленточную радиационную сушилку и далее в приемник. Применение радиационной сушки обусловливается тем, что гранулированная шихта должна подвергаться сушке в монослое, где можно достичь высокой эффективности сушки.
Гранулированная шихта несомненно имеет ряд преимуществ по сравнению с обычной, а именно: обладает равномерным гранулометрическим составом, способствует лучшей газопроницаемости, отсутствует сегрегация компонентов шихты и обладает лучшим контактом углеродистого и борсодержащего материалов, что делает ее более реакцион-носпособной.
В настоящее время проводятся исследования по выбору рациональной технологии грануляции шихты и оптимального режима сушки. Применение гранулированой шихты в производстве карбида бора, несомненно, даст значительный экономический эффект, улучшит условия
труда.
ЛИТЕРАТУРА
к
!. С. (3. К п II а р и с о в, Б. Д. Г у р е в и ч. Современное состояние производства карбида бора и его применение, 1965.
Рис. 1. График зависимости потери веса борной кислоты от температуры. Исходная навеска—I г; 1— №=10%; 2 — 3 — гранулированная Н3ВО3
