Бор в металлургии
Бор и его соединения широко применяются в черной и цветной металлургии и металлообработке.
 
Черная металлургия и металлообработка
 
В черной металлургии бор и его соединения преимущественно используются в следующих процессах:
  • получение металла заданного качества и решение экологических проблем сталеплавильного процесса,
  • модифицирование поверхности с целью улучшения качественных характеристик,
  • металлообработке.
 
1. Получение стали заданных качественных характеристик
 
1.1 Легирование
 
Бор довольно широко используется как легирующая добавка. Если говорить о микролегировании, то бор чаще всего добавляют в чугун для станкостроения (0,05-0,08%) и в конструкционную сталь (0,001-0005%). Бор существенно повышает прокаливаемость стали, уменьшает остаривающее влияние свободного азота, увеличивает пластичность и деформируемость проката.
Интервал оптимальных концентраций бора в стали весьма узок и в основном находится в пределах 0,001-0,005%, для аустенитных сталей с карбидным и интерметаллоидным упрочнением для обеспечения высокой горячей пластичности легирование В проводят до концентрации 0,4-0,7%, а например в самой коррозионностойкой ферритной хромистой низкоуглеродной стали содержание В составляет около 2-х %.
Установлено, что в составе стали действие каждого 0,001 % В эквивалентно 1,9% Ni или 0,35% Cr или 0,25% Mo. Во многих случаях замена дефицитных легирующих элементов молибдена и никеля на бор позволяет не только улучшить качественные характеристики стали, но и снизить себестоимость производства.
 
1.2 Повышение степени десульфурации
 
С целью гарантированного получения сталей с низким (0,010-0,015%) и сверхнизким (0,004-0,005%) содержанием серы в состав рафинировочных шлаков на установке печь-ковш взамен мало технологичного плавикового шпата вводят оксид бора В2О3 в виде колеманита 2CaO.3B2O3.5H2O. Этот прием позволяет не только обеспечить требуемую степень десульфурации и исключить присадку экологически вредного плавикового шпата, но и проводить одновременное микролегирование исключив необходимость добавки в ковш ферробора и значительно сократить расход марганцевых ферросплавов.
 
1.3 Стабилизация высокоосновных шлаков
 
Высокоосновные шлаки металлургических и ферросплавных производств в своем большинстве подвержены быстрому силикатному распаду в процессе охлаждения с образованием мельчайшей пыли. Эта пыль оседает на оборудовании и территории производств вызывая технологические и экологические проблемы и загрязняя пригодный для переработки шлак.
Наиболее распространенным простым и эффективным способом устранения силикатного распада является боратная стабилизация, основанная на частичном замещении в структуре шлака ионов SiO44- ионами ВО33-, которые препятствуют трансформации силикатов в нестабильные формы. Боратная стабилизация позволяет не только улучшить экологическую ситуацию в рабочей зоне и прилегающих территориях, но и получать дополнительную прибыль за счет частичной замены извести на стабилизированный шлак и получения дополнительного товарного продукта - щебня для дорожного строительства.
 
1.4 Снижение температуры плавления и вязкости шлакообразующих смесей
 
Шлакообразующие смеси используются в кристаллизаторах в процессе непрерывной разливки стали с целью предотвращения потерь тепла через зеркало металла, защиты стали от вторичного окисления, снижения трения между заготовкой и стенками кристаллизатора и удаления неметаллических включений. В состав современных шлакообразующих смесей вводится до 5% В2О3 с целью снижения температуры плавления смесей и снижения вязкости расплавов ШОС.
 
1.5 Повышение прочности агломератов.
 
Ухудшение качественных характеристик железных руд и их способности образовывать прочные агломераты для дальнейшей переработки в доменной печи требуют применения специальных методов упрочнения. Одним из перспективных направлений является введение на стадию агломерации соединений бора, обладающих флюсующими свойствами. Введение оксидов бора, например, в виде колеманита позволяет повысить прочность готовых агломератов и снизить расход теплоресурсов.
 
2 Модифицирование поверхности
 
2.1 Борирование
 
Для повышения эксплуатационных свойств сталей различных марок применяется технология борирования или насыщения поверхностного слоя металла соединениями бора. Борирование проводят для повышения твердости и износостойкости, повышения коррозионной стойкости, окалиностойкости и теплостойкости. Процесс заключается в диффузном насыщении поверхностного слоя стали бором. При этом толщина слоя составляет 5 - 250 мкм.  Промышленностью используется несколько технологий борирования: газовое, электролизное и жидкостное. В случае необходимости получения заданных свойств только локальной части поверхности, то применяют борирование специальными пастами.
Борирование применяется для повышения износостойкости втулок подшипников и рабочих колес погружных центробежных насосов, различного вида штампов, деталей пресс-форм машин литья под давлением, распылительных форсунок и других изделий в случаях, когда требуется повышенная износостойкость.
 
2.2 Цинкование
 
Для защиты металла от коррозии широко применяется метод цинкования – нанесения на поверхность металла защитной плёнки цинка толщиной от 60 до 200 микрон. Данное покрытие относится к анодным т.е. защитные свойства заключаются не только в механической изоляции металла от коррозии, но и в электрохимическом воздействии (в случае повреждения металл выступает в качестве катода и не разрушается). В процессе гальванического покрытия металлов цинком в качестве буферной добавки, обеспечивающей оптимальную область рН около 4,5 используют борную кислоту.
Соединения бора используются и в процессах нанесения защитных покрытий с использованием других материалов.
 
3 Металлообработка
 
В металлообработке бор и его соединения применяются достаточно широко в различных технологических процессах:
  • благодаря своей исключительной твердости кубический нитрид бора нашел широкое применение при изготовлении твердосплавного режущего инструмента для обработки закаленных сталей, а карбид бора стал одним из основных материалов, используемых при шлифовании и абразивной обработки.
  • бура используется в качестве подсмазочного покрытия материала при калибровании волочением в процессе получения проволоки, в том числе и для изготовления метизов, обеспечивая требуемое скольжение и стойкость волочильного инструмента.
  • соединения бора применяются в качестве компонента смазочных составов так называемых стеклосмазок, обладающих деоксдантными свойствами с низкой точкой плавления для изготовления бесшовных труб, сплошных и полых профилей, колесных пар и.т.д.
  • Органические соединения бора, изготовленные из борной кислоты и буры, применяются в составе СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) различного назначения в качестве бактерицидного компонента с ингибирующими свойствами.
  • в качестве компонента защитного флюса, соединения бора используются в процессах сварки (в том числе и кузнечной сварки), обеспечивая защиту зоны сварки от атмосферного воздуха, формирования поверхности шва и получения заданных свойств сварного соединения.
 
 
Цветная металлургия и обработка цветных металлов
 
Применение соединений бора в цветной металлургии в основном аналогично применению в черной металлургии:
  • получение цветных металлов с заданными характеристиками,
  • обработка цветных металлов и сплавов.
 
1. Получение цветных металлов с заданными характеристиками
 
1.1 Бура и борная кислота широко используются в процессах очистки благородных металлов методом плавки в качестве компонента флюса. Например, бура в составе флюса при плавке золота из руд и радиотехнического лома обеспечивает высокую рафинировочную способность, удаление вредных примесей, защиту поверхности расплава от окисления, повышение выхода золота. При производстве меди и др. тяжелых металлов методом плавки соединения бора играют аналогичную роль.
1.2 В случае получения металлов процессом электролиза, например, алюминия соединения бора (борная кислота или бура) применяются для очистки от вредных примесей (ванадия, титана, хрома, марганца и циркония) через образование малоподвижных боридов тяжелых металлов AlB2, TiB2, VB2в ванне электоролизера. Соединения бора применяются и для очистки магния и цинка. Борная кислота применяется так же в качестве базового материала для защитного покрытия поверхности анода электролизера от окисления и разрушения.
 
2. В металлообработке
 
  • бура применяется в качестве подсмазочного покрытия материала при калибровании волочением в процессе получения медной проволоки заданного диаметра для снижения коэффициента трения.
  • бура широко используется для пайки золота, а также при пайке серебряным или латунным припоем. Бура в расплавленном виде достаточно успешно растворяет окислы самых разных металлов, а кроме этого, очищает поверхность от различных окислов. Широкое распространение буры пятиводной в процессах изготовления изделий из золота привело к тому, что одним из общеупотребимых названий этой марки буры является «ювелирная бура».
Поделиться
Поделиться
  |   Печать