Институт металлургии УрО РАН, Екатеринбург, Россия:

С. А. Вохменцев, аспирант
А. В. Ларионов, научный сотрудник, эл. почта: a.v.larionov@ya.ru
Р. И. Гуляева, старший научный сотрудник
В. М. Чумарев, главный научный сотрудник

В выполнении работы участвовали: от ИМЕТ УрО РАН — ст. науч. сотр., канд. хим. наук А. Н. Мансурова и С. В. Жидовинова; от ПАО «Уралредмет» — начальник ПТО М. В. Трубачев.

Приведены результаты исследований методами рентгенофазового и дифференциально-термического анализов фазового состава и термических свойств быстроохлажденных высокоглиноземистых шлаков, образующихся при алюминотермической выплавке в медных изложницах лигатурных сплавов марок АВТУ (Al – V – Ti – C), АХМК (Al – Cr – Mo – Si) и АЦМО (Al – Zr – Mo – Sn). Основные фазы шлаков АВТУ и АХМК: Al₂O₃, CaAl₁₂O₁₉ (CA₆), CaOAl₄O₆ (CA₂). В соот - ветствии с данными химического анализа, во всех образцах шлаков обнаружен СaF₂, а в шлаке от выплавки лигатуры АВТУ — небольшое количество KCl, который был введен в шихту для выплавки лигатуры в форме галлита. В шлаке от выплавки лигатуры АЦМО обнаружены алюминат СaAl₂O₄ (CA) орторомбической и моно-клинной сингоний, цирконаты кальция CaZrO₃, CaZr₄O₉ и свободный оксид алюминия в форме α-Al₂O₃. Присутствие в шлаке двух модификаций алюмината CaAl₂O₄ объяснено метаста биль ностью. Судя по результатам рентгенофазового анализа, высокая скорость охлаждения шлака и присутствие в нем небольших количеств фторида кальция и оксидов редких металлов не существенно отразились на фазообразовании. На основании данных дифрактометрии сделано заключение, что основные фазы быстроохлажденных шлаков внепечной алюминотермической выплавки лигатур на основе редких тугоплавких металлов идентичны образующимся в условиях равновесной кристаллизации лигатур на основе расплавов системы Al₂O₃ – CaO. Аморфность изученных образцов шлаков незначительна. При термическом анализе образцов шлаков АВТУ, АХМК и АЦМО зафиксированы эффекты расстекловывания и «холодной» кристаллизации, подтверждающие присутствие в шлаках аморфных фаз, а также эндоэффекты, относящиеся к плавлению их фазовых составляющих. Судя по термограммам нагрева, полное расплавление шлака от выплавки лигатуры АВТУ происходит при 1879 ^oC, от выплавки АХМК — при 1881 ^oC, от выплавки АЦМО — 1773 ^oC. Более низкие (в сравнении со шлаками АВТУ и АХМК) температуры кристаллизации шлака АЦМО, по-видимому, связаны с меньшим содержанием в нем оксида алюминия.
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы УрО РАН, проект № 15-6-3-30.

1. Чумарев В. М., Марьевич В. П., Ченцов В. П., Паздников И. П., Паньков М. Н., Бакланов М. Н. Фазовый состав и температуры плавления алюминотермических лигатур редких тугоплавких металлов // Расплавы. 2009. № 3. С. 29–35.
2. Трубачев М. В., Рылов А. Н., Чумарев В. М., Ларионов А. В. Испытание внепечного и вакуум-индукционного способов выплавки лигатуры Al – Zr – Mo – Sn // Титан. 2015. № 2 (48). С. 4–10.
3. Вохменцев С. А., Рылов А. Н., Трубачев М. В., Таранов Д. В., Чумарев В. М., Ларионов А. В. Выплавка лигатуры алюминий-ванадий-титан-углерод (АВТУ) дуплекс-процессом // Титан. 2016. № 3 (53). С. 43–46.
4. Ferreirós P. A., Alonso P. R., Gargano P. H., Bozzano P. B., Troiani H. E., Baruj A., Rubiolo G. H. Characterization of microstructures and age hardening of Fe_{1 – 2x}Al_xV_x alloys // Intermetallics. 2014. Vol. 50. P. 65–78.
5. Okamoto H. Al – V (Aluminium-Vanadium) // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2012. Vol. 33, No. 6. P. 491.

6. Атлас шлаков : справочник : пер. с нем. / под ред. И. С. Куликова. — М. : Металлургия, 1985. — 208 с.
7. Yanwu Dong, Zhouhua Jiang, Ang Ya. Dissolution Behavior of Alumina-Based Inclusions in CaF₂ – Al₂O₃ – CaO – MgO – SiO₂ Slag Used for the Electroslag Metallurgy Process // Metals. 2016. Vol. 6 (11). P. 273–281.
8. Удоева Л. Ю., Паньков И. А., Сельменских Н. И., Чумарев В. М. Формирование структуры сплавов ниобийалюминий в условиях неравновесной кристаллизации // Труды 11-го Международного симпозиума «Упорядочение в минералах и сплавах». 2008. Т. II. С. 210–212.
9. Кравченко И. В. Глиноземистый цемент. — М. : Госстройиздат, 1961. — 250 с.
10. Торопов Н. А., Астреева О. М. Фазовый анализ некоторых глиноземистых шлаков и клинкеров // Труды НИИцемент. 1960. № 2. С. 52–55.
11. International Centre for Diffraction Data. — ICDD PDF (США. 2012). URL : http: // www.icdd.com
12. Jerebtson D. A., Mikhailov G. G. Phase diagram of CaO – Al₂O₃ system // Ceramies International. 2001. Vol. 27. P. 25–28.
13. Ito S., Ikai K., Suzuki K., Inagaki M. Metastable Orthorhombic CaO·Al₂O₃ // J. Amer. Ceram. Soc. 1975. Vol. 58, No. 1. P. 79, 80.
14. Мазурин О. В. Стеклование. — Л. : Наука, 1986. — 158 с.
15. Селиванов Е. Н., Гуляева Р. И., Зелютин Д. И., Беляев В. В., Сельменских Н. И. Влияние скорости охлаждения на структуру шлака от плавки медно-цинковых концентратов в печи Ванюкова // Цветные металлы. 2009. № 12. С. 27–31.
16. Гуляева Р. И., Зарипов Р. З., Селиванов Е. Н., Сельменских Н. И. Влияние оксида кальция на термические свойства гранулированных высокожелезистых шлаков // Труды ХIV Российской конференции «Строение и свойства металлических шлаковых расплавов». — Екатеринбург, 2015. С. 143–195.
17. Karamanov A., Pelino M. Vitrification of copper flotation waste // J. Non-Crystalline Solids. 2001. Vol. 281, No. 1/2. P. 333–339.
18. Zaitsev A. I., Korolyov N. V., Mogutnov B. M. Phase equilibria in the CaF₂ – Al₂O₃ – CaO system // Journal of Materials Science. 1991. Vol. 26. P. 1588–1600.
19. Fabrichnaya O., Arnout S. Calcium – Oxygen – Zirconium // Landolt-Börnstein. SpringerMaterials – Group IV Physical Chemistry. 2010. Vol. 11E3 (Refractory metal systems) / ed. G. Effenberg, S. Ilyenko. URL : http://materials.springer.com/lb/docs/sm_lbs_978-3-642-00771-2_6.
20. Murakami T., Fukuyama H., Kishida T., Susa M., Nagata K. Phase Diagram for the System CaO – Al2O3 – ZrO2 // Metallurgical and Materials Transactions B. 2000. Vol. 31, No. 1. P. 25–33.