כיצד לשפר את קצב ההתאוששות של ברזל-טיטניום בהתכה אלומינותרמית

פרוטיטניום מיוצר על ידי הפחתה אלונותרמית, כאשר החום המשתחרר מהתגובה עצמה ממיס את המטען ומפריד בין מתכת לסיגים. מכיוון שהתהליך פועל על תקציב תרמי משלו, שיעור ההחלמה, כלומר חלקן של יחידות הטיטניום הנגבות המדווחות למעשה לסגסוגת, שולט בכלכלה של הפעולה יותר מכל משתנה אחר. המנופים למטה הם אלו שמניעים אותו.

בחירת הזנה: תרכיז, רוטיל וסוג עפרה

הזנה בדרגה גבוהה יותר מתנהג טוב יותר. רוטיל מעל 90% טיטניום דו חמצני ותרכיז טיטניום מעל 50% טיטניום דו חמצני נותנים התאוששות גבוהה יותר באופן ניכר מחלופות בדרגה נמוכה יותר, מכיוון שיש להמיס ולהפריד פחות גנג.

סוג העפר משנה לא פחות מהציון. עפרות סחף בסגנון מיקום מגיבים בדרך כלל טוב יותר בשלב ההפחתה מאשר עפרות סלע קשיח- ראשוניות בדרגה דומה.

צורת תחמוצות הברזל בתרכיז משפיעה על תגובת הקלייה לפני ההפחתה. שיעור גבוה יותר של תחמוצת ברזל ביחס לתחמוצת ברזל משפר את ההכנה ומייצר מדדים טכניים וכלכליים טובים יותר.

יציבות התערובת חיונית. ההתאוששות נופלת כאשר הרכב ההזנה משתנה מאצווה לאצווה, מכיוון שלא ניתן לכוון את מטען האלומיניום למטרה נעה.

גודל החלקיקים של הזנה ומפחית

גודל חלקיקי האלומיניום ראוי לתשומת לב מיוחדת. גרגירים גסים מציגים שטח פנים קטן, כך שתגובת הממשק נמשכת זמן רב יותר, החום אינו נאסף ביעילות והסיגים והמתכת נפרדים בצורה גרועה, ומשאירים ברזל בסיג. יותר-גרגירים עדינים מתנפנפים ונשרפים לפני שהם יכולים להגיב, והאלומינה הנוספת שהם מייצרים צורכת אלומיניום שאמור היה להפחית את הטיטניום, ולמעשה יוצר מחסור באלומיניום בלב המטען.

יחס תערובת ומשטר צלייה

שמירה על יחס תרכיז טיטניום לרוטיל קרוב ל-3.5 ל-1 היא הדרך המעשית לאזן בין דרגת טיטניום, עומס גנגה ושחרור חום בתערובת אחת. התרחקות מיחס זה משנה הן את הסיגים והן את החום ההגיוני הזמין להפחתה, ולכן יש להתאים אותו בכוונה ולתעד אותו כנגד תוצאת ההתאוששות.

הצלייה היא החצי השני של הכנת המטען. חלון טמפרטורה של כ-750 עד 850 מעלות צלזיוס עם זמן שהייה של שלוש עד חמש שעות הוא טווח העבודה; צלייה קרירה מדי, או קצרה מדי, משאירה את הטעינה-לא מוכנה, מפחיתה את האפקט התרמי של היחידה ומונעת מתגובת ההפחתה לפעול עד סופה, כל אלו מפחיתים את ההתאוששות.

איזון חום יחידה: לולאת בקרת הליבה

להשפעה התרמית של המטען יש שני מרכיבים. חום התגובה הכימית מגיע מתרכיז הטיטניום, הרוטיל, האשלגן כלורט וגרגירי האלומיניום, והוא נשלט על פי דרגתם ומינון. חום פיזי נישא על ידי המטען הקלוי- מראש. חווית הייצור מראה שני מצבי כשל ברורים:

חום היחידה נמוך מדי: תגובת ההפחתה מתקדמת באיטיות, ניידות הסיגים גרועה, כדורי מתכת נושאי טיטניום נשארים כלואים בסיג, וסיג וברזל נפרדים בצורה גרועה, כך שחלק גדול יותר מהמטען הולך לאיבוד.

חום יחידה גבוה מדי: התגובה הופכת אלימה, סיגים מתפצלים ומתיזים, חומר נזרק מהכור היתוך, וההפסד וגם העלות עולים בזמן שערך המוצר יורד.

המטרה היא אפוא תגובה יציבה,-מבוקרת היטב, חמה מספיק כדי לשמור על נוזל הסיגים אך לא כל כך חם עד שהוא ניתז. טמפרטורת-הצלייה, מינון האלומיניום ותוספת כלורט הן שלוש הידיות המשמשות כדי לשמור על האיזון הזה.

כיצד תוספת פרוסיליקון משפרת את ההתאוששות

הוספת פרוסיליקון מכניסה סיליקון למטען, שמתחבר עם טיטניום ליצירת סיליצידי טיטניום כגון Ti5Si3. תרכובות אלו מגבילות את היווצרות תרכובות אלומיניום-טיטניום, כך שפחות אלומיניום ננעל בסגסוגת ויותר נשאר זמין כדי להפחית את תחמוצות הטיטניום הנותרות. התוצאה היא ניצול טוב יותר של אלומיניום והתאוששות גבוהה יותר של טיטניום, וזו הסיבה שתוספת נושאת סיליקון- מטופלת כאמצעי בקרת תהליך ולא כמקור סגסוג פשוט.

רשימת שיפור מעשי

סנן ודרג את כל התרכיז והרוטיל הנכנסים, ודחה חלקי{0}}מפרט לפני שהם מגיעים לתערובת.

החזק רוטיל ב-100 עד 160 mesh ורכז טיטניום ב-40 עד 100 mesh, ובדוק את ניתוח המסך בכל משמרת.

השתמש בגרגירי אלומיניום של 98% Al ומעלה, בגודל כך שמהירות התגובה ואובדן השריפה יישארו באיזון.

שמרו על יחס התרכיז לרוטיל קרוב ל-3.5 ל-1 ותעדו כל סטייה כנגד החלמה.

שלטו בצלייה ב-750 עד 850 מעלות צלזיוס למשך שלוש עד חמש שעות, ותעדו את הפרופיל בפועל ולא את נקודת ההגדרה.

עקוב אחר קלט החום של היחידה ורשום את מצב הסיגים, התזה והפרדת מתכת סיגים בכל חום כך שהמגמות יהיו גלויות לפני שההתאוששות יורדת.

שאלות נפוצות

ש: מה שולט בקצב ההתאוששות של ברז-טיטניום?
דרגת הזנה וסוג עפרה, גודל חלקיקי הזנה וחומר מפחית, יחס תערובת התרכיז לרוטיל, משטר הצלייה ומעל לכל, מאזן החום של המטען.

ש: איזה דרגת רוטיל מועדפת?
רוטיל מעל 90% דו תחמוצת טיטניום, יחד עם תרכיז טיטניום מעל 50% דו תחמוצת טיטניום, מועדף מכיוון שיש להמיס ולהפריד פחות גנוג.

ש: איזה גודל חלקיקים צריכים להיות רוטיל וריכוז?
רוטיל מוחזק בדרך כלל ב-100 עד 160 mesh ורכז טיטניום ב-40 עד 100 mesh; עדין מדי מגביר את הפסדי הטיסה וגס מדי משאיר את התגובה לא שלמה.

ש: באיזו טמפרטורת וזמן צלייה משתמשים?
בסביבות 750 עד 850 מעלות צלזיוס למשך שלוש עד חמש שעות, כך שהטעינה מוכנה במלואה והאפקט התרמי של היחידה גבוה מספיק כדי להניע את ההפחתה.

ש: למה להוסיף פרוסיליקון למטען פרוטיטניום?
הסיליקון נקשר עם טיטניום כסיליקידים כגון Ti5Si3, אשר מדכא היווצרות תרכובת טיטניום אלומיניום, משפר את ניצול האלומיניום ומעלה את התאוששות הטיטניום.

ש: מה קורה אם חום היחידה נמוך מדי?
התגובה נעשית איטית, נזילות הסיגים יורדת, כדורי מתכת נושאי טיטניום- נשארים כלואים בסיג והפרדת מתכות סיגים מתדרדרת, כך שההחלמה נופלת.

ש: כיצד ניתן להפחית את צריכת האלומיניום?
על ידי שימוש ב-98% Al או גרגירים טובים יותר בגודל הנכון, על ידי ייצוב יחס התערובת ועל ידי הוספת פרוסיליקון כך שפחות אלומיניום נצרך בהיווצרות בין-מתכתית.