Technology of producing Mn-Si-Ba-Fe alloy by carbothermal method

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of theoretical and experimental studies of the technology for producing a complex barium-containing ferroalloy based on manganese for out-of-furnace processing of metal products are presented. Ferroalloys containing barium are of the greatest interest due to the unique complex of its physical and physicochemical properties (solubility in liquid iron is 1.22∙10−4at.% at T=1600K; relative modifyingcapacity 69.86∙105; Tm.p.Ba=983K; Tb.p.Ba=1910K; heat of interaction with iron is 212 kJ/mol;enthalpy of dissolution is 300 kJ/g-at at T=1700K). The diagrams of material ratios of the oxide BaO-SiO2-MnO-FeO and metallic Ba-Si-Mn-Fe systems were constructed to determine the rational ratio of the components of the charge and the composition of the alloy by the method of thermodynamic-diagram analysis. This is a simple method for studying phase patterns of complex systems taking into account the features of state diagrams. The values ​​of the change in Gibbs energy (∆G0T) are determined in a homogeneous liquid-phase state using the Gibbs software package developed by scientists of the Chemical and Metallurgical Institute named after Zh. Abishev. The tie lines of coexisting phases are drawn according to Hess’s rule. It was established that the rational composition of the batch for obtaining an alloy with a barium content of more than 1.5% is located in the quasi-system Fe2SiO4-Ba2Si3O8-Mn2SiO4-SiO2, and the composition of the alloy is in the region of the tetrahedron FeSi-BaSi2-MnSi-Si. The large-scale laboratory tests of the smelting of a complex barium-containing ferroalloy based on manganese in an ore-thermal furnace with a transformer capacity of 200 kV×A by a slag-free carbothermal method were carried out on the basis of the results of a thermodynamic-diagram analysis. Manganese ore from the Mynaral deposit (71.67% Mn2O3), barite ore from the Zhumanai deposit (74.35% BaSO4), and quartzite from the Tekturmas deposit (97.05% SiO2) were used as initial raw materials. Chinese coke (82.70% Csol.) was used as a reducing agent. It was established that the transition of barium into the alloy is determined by the accompanying process of silicon reduction. It was determined that to obtain an alloy with 1.5% Ba, the ratio Si/(Mn+Fe) should be at the level of 0.6; for an alloy with a content of 10% Ba – 1.1.

About the authors

V. A. Salina

Vatolin Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; Ural State Mining University

Email: valentina_salina@mail.ru

S. O. Baisanov

Chemical and Metallurgical Institute named after Zh. Abishev

Email: valentina_salina@mail.ru

V. V. Tolokonnikova

Chemical and Metallurgical Institute named after Zh. Abishev

Author for correspondence.
Email: valentina_salina@mail.ru

References

  1. Ryabchikov I.V., Mizin V.G., Andreev V.V. Kremnistye ferrosplavy i modifikatory novogo pokoleniya. Proizvodstvo i primenenie [Silicon ferroalloys and modifiers of new generation.Production and application]. – Chelyabinsk: Izd-vo Chelyab. gos. un-ta y, 2013. 295 P. [In Russian]
  2. Vatolin N.A., Lyakishev N.P., Zhuchkov V.I., Ryabchikov I.V., Lukin S.V. Proizvodstvo i primenenie barijsoderzhashchih ferrosplavov [Production and application of barium-containing ferroalloys] // Stal’.1984. № 8. P. 38–41. [In Russian]
  3. Ryabchikov I.V., Mizin V.G., Lyakishev N.P., Dubrovin A.S. Ferrosplavy s redkozemel’nymi i shchelochnozemel’nymi metallami [Ferroalloys with rare earth and alkaline earth metals]. – M.: Metallurgiya, 1983. 272 P. [In Russian]
  4. Grigorovich K.V., Demin K.Y., Arsenkin A.M., Garber A.K. Prospects of the application of barium-bearning master alloys for the deoxidation and modification of a railroad metal // Russian Metallurgy. 2011. № 9. P. 912–920.
  5. Bakin I.V., Mikhailov G.G., Golubtsov V.A., Ryabchikov I.V., Dresvyankina L.V. Methods for improving the efficiency of steel modifying // Materials Science Forum. 2019. 936. P. 215–222.
  6. Ageev Yu.A., Archugov S.A. Issledovanie rastvorimosti shchelochnozemel’nyh metallov v zhidkom zheleze i splavah na ego osnove [Study of the solubility of alkaline earth metals in liquid iron and alloys based on it] // ZhPhCh. 1985. LIX. № 4. P. 838–841. [In Russian]
  7. Chernov V.S., Busol F.I. O mekhanizme modificirovaniya metallov [On the mechanism of metal modification] // Izv. AN SSR. Ser. Metally. 1975. № 2. P. 71–75. [In Russian]
  8. Ryabchikov I.V., Ahmadeev A.YU., Rogozhina T.V., Golubcov V.A. Sravnitel’naya raskislitel’naya i modificiruyushchaya sposobnost’ magniya i shchelochno-zemel’nyh elementov pri vnepechnoj obrabotke stali [Comparative deoxidizing and modifying capacity of magnesium and alkaline earth elements in extra-furnace steel treatment] // Stal’. 2008. № 12. P. 51–54. [In Russian]
  9. Termodinamicheskie konstanty veshchestv [Thermodynamic constants of substances]. Spravochnik / Pod red. V.P. Glushko. – M.: Nauka, 1979. IX. 574 P. [In Russian]
  10. Deryabin A.A., Pavlov V.V., Mogil’nyj V.V., Godik L.A., Cepelev V.S., Konashkov V.V., Gorkavenko V.V., Berestov E.Yu. Effektivnost’ nanotekhnologij modificirovaniya rel’sovoj stali bariem [Efficiency of nanotechnology for modifying rail steel with barium] // Stal’. 2007. № 11. P. 134–141. [In Russian]
  11. Mihajlov G.G., Chernova L.A. Termodinamicheskij analiz processov raskisleniya korrozionnostojkoj stali X18H10T kal’ciem i bariem [Thermodynamic analysis of deoxidation processes of corrosion-resistant steel X18H10T by calcium and barium] // Izv. vuzov. Chernaya metallurgiya. 1991. № 12. P. 37–40. [In Russian]
  12. Dubrovin A.S. Metallotermiya special’nyh splavov [Metallothermy of special alloys]. – Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGU, 2002. 254 P. [In Russian]
  13. Pletneva E.D., Esin Yu.O., Litovskij V.V., Demin S.E. Ental’piya smesheniya shchelochno-zemel’nyh metallov s zhelezom i nikelem [Enthalpy of mixing of alkaline earth metals with iron and nickel] // Izv. Vuzov. Chernaya metallurgiya. 1985. № 8. P. 10–12. [In Russian]
  14. Belov B.F., Ryabchikov I.V., Babanin A.Ya., Bakin I.V., Mizin V.G. O prirode himicheskoj svyazi v splavah shchelochnozemel’nyh metallov [On the nature of chemical bonding in alkaline earth metal alloys] // Stal’. 2022. № 1. P. 7–11. [In Russian]
  15. Ryabchikov I.V., Mizin V.G., Lyakishev N.P., Dubrovin A.S. Ferrosplavy s redkozemel’nymi i shchelochnozemel’nymi metallami [Ferroalloys with rare earth and alkaline earth metals]. – M.: Metallurgiya, 1983. 272 P. [In Russian]
  16. Borodaenko L.N., Takenov T.D., Gabdullin T.G., Rozhkov A.S., Topil’skij P.V. Elektrotermiya s ispol’zovaniem domennyh shlakov alyumokremnistogo splava s kal’ciem i bariem dlya vnepechnoj obrabotki stali [Electrothermics using blast furnace slags of aluminum-silicon alloy with calcium and barium for out-of-furnace steel treatment] // Stal’. 1989. № 10. P. 42–45. [In Russian]
  17. Zhuchkov V.I., Lukin S.V. Tekhnologiya ferrosplavov so shchelochnozemel’nymi metallami[Technology of ferroalloys with alkaline earth metals]. – M.: Metallurgiya, 1990. 104 P. [In Russian]
  18. Privalov O.E. Issledovanie i osvoenie processa vyplavki ferrosilikobariya i ferrosiliciya s bariem v promyshlennyh usloviyah [Research and development of the process of smelting ferrosilicon barium and ferrosilicon with barium in industrial conditions]: avtoref. kand. tekhn. nauk: 24.08.2001. – Karaganda: ChMI im. Zh. Abisheva, 2001. 28 P. [In Russian]
  19. Salina V.A., Baisanov S.O., Tolymbekov M.Zh., Baisanov A.S. Sposob polucheniya silikomarganca s bariem [Method for obtaining silicomanganece with barium]. Innovacionnyj patent RK № 26279 ot 15.10.2012. Byul. № 10. [In Russian]
  20. Salina V.A., Baisanov S.O., Tolymbekov M.Zh., Baisanov A.S. Shihta dlya vyplavki silikomarganca s bariem [Charge for smelting silicomanganese with barium]. Innovacionnyj patent RK № 27916 ot 25.12.2013. Byul. № 12. [In Russian]
  21. Salina V.A., Baisanov S.O., Kasenov B.K., Tolokonnikova V.V. Razrabotka barijsoderzhashchego splava-modifikatora na osnove marganca [Development of a barium-containing manganese-based modifier alloy] // Stal’. 2014. № 9. P. 28–34. [In Russian]
  22. Salina V.A., Baisanov S.O., Tolymbekov M.Zh., Bajsanov A.S. Kompleksnyj splav [Complex alloy]. Innovacionnyj patent RK № 27056 ot 14.06.2013. Byul. № 6. [In Russian]
  23. Tokaeva Z.M., Baisanov S.O., Temirgaziev S.M., Salina V.A. Sravnitel’nyj analiz metodov opredeleniya bariya v splave novogo pokoleniya [Comparative alalysis of methods for determining barium in a new generation alloy] // Izv. NAN RK. Ser. himii i tekhnologii. 2011. № 5. P. 30–32. [In Russian]

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».