Если говорить про карботермическое восстановление, многие сразу представляют лабораторные условия, но на деле в промышленности всё куда прозаичнее — тут и пережоги, и нестабильность фракции, и вечная борьба за чистоту шихты. Именно через это прошла наша линия в ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив, когда в 2015-м запускали первую очередь на 3000 тонн.
В теории всё просто: борная кислота + углерод → нагрев → готово. Но когда в Яане настраивали печи, выяснилось, что даже влажность воздуха влияет на скорость реакции. Помню, как в первые месяцы получали партии с включениями свободного бора — пришлось пересматривать не только температурный профиль, но и способ подачи шихты.
Ключевой момент — контроль восстановительной атмосферы. Если кислород проскакивает даже в микроколичествах, часть порошка окисляется, и потом эти включения выдают себя при спекании. Мы у себя в Шимань Босэн ушли от классических графитовых тиглей к комбинированным с керамической футеровкой — снизили риск загрязнений, но пришлось пожертвовать скоростью нагрева.
И да, не верьте тем, кто говорит, что карботермическое восстановление даёт сразу однородную фракцию. После дробилки идут часы классификации, и если на этом этапе сэкономить — получите разброс от 1 до 50 микрон, что для абразивов смерти подобно.
Наша первая печь в 2015-м была собрана по лекалам 90-х, и сразу вылезли проблемы с теплоотводом в зоне высоких температур. Пришлось своими силами дорабатывать систему охлаждения — добавили дополнительные термопары в зоне реакции, переложили огнеупоры.
Особенно сложно пришлось с системой подачи сырья. Борная кислота склонна к слёживанию, и если в начале смены не прогревать бункер — потом шихта идёт комками. Это приводило к локальным перегревам и, как следствие, к появлению крупных зёрен карбида бора с оплавленной поверхностью.
Сейчас на новой линии в 2000 тонн для глубокой переработки эти проблемы в основном решены, но до идеала ещё далеко. Например, до сих пор бьёмся с равномерностью нагрева по всему объёму тигля — в центре и у стенок разница до 50°C, а это уже влияет на фазовый состав.
Борную кислоту берём в основном китайскую, но были эксперименты с турецкой и российский. Вывод: даже при одинаковой чистоте по паспорту разница в скорости разложения ощутима. Видимо, дело в микропримесях, которые не показывают в стандартном анализе.
Углерод — отдельная история. Испытывали и нефтяной кокс, и древесный уголь, и даже специальные сажи. Остановились на коксе, но его пришлось дополнительно измельчать и просеивать — исходная фракция слишком грубая, не успевает реагировать полностью.
Самое неприятное — когда в сырье попадает сера. Всего 0.01% — и в готовом порошке появляются сульфидные включения, которые потом при спекании дают газовые пузыри. Пришлось вводить дополнительный контроль на серу для каждой партии борной кислоты.
Марка ?Хуангэн? стала узнаваемой не потому, что мы делаем что-то сверхъестественное, а потому что научились стабильно держать параметры. Основной показатель — содержание бора не менее 76.5% и свободного углерода не более 0.5%. Добиться этого при карботермическом восстановлении — уже достижение.
Но клиенты смотрят не только на химию. Например, для абразивных применений критична форма зёрен — острая, неокатанная. А это зависит от режима дробления. Перемучались немало, пока подобрали соотношение скорости ротора и зазора в дробилке.
Сейчас на сайте cn-boroncarbide.ru мы указывает основные характеристики, но за каждой цифрой — месяцы проб и ошибок. Тот же гранулометрический состав 80% в диапазоне 5-20 микрон — это не просто число, а результат настройки всей технологической цепочки.
Никто не пишет, но карботермическое восстановление даёт повышенное содержание аморфной фазы по сравнению с магниетермическим. Это не всегда плохо — для некоторых применений даже лучше, но клиенты часто требуют кристалличность не менее 85%. Пришлось разрабатывать режимы отжига, что удорожает процесс.
Ещё одна головная боль — пылеулавливание. Порошок карбида бора после дробления — очень лёгкий, и если система аспирации не сбалансирована, теряем до 5% продукта. Пришлось ставить многоступенчатые фильтры, что тоже ударило по себестоимости.
И да, оборудование изнашивается очень быстро. Футеровка печи выдерживает в лучшем случае 50 циклов, а замены — это простой на 2-3 дня. Считайте сами, сколько это в год при круглосуточной работе.
Карботермическое восстановление — не панацея, а компромисс между стоимостью и качеством. Для массовых абразивов — то что надо, но для ядерной промышленности или бронекерамики всё равно приходится дорабатывать.
В ООО Шимань Босэн Технолоджи Абразив мы этот путь прошли — от сырого порошка с включениями до стабильного продукта под маркой ?Хуангэн?. И продолжаем улучшать — сейчас экспериментируем с добавками, которые снижают температуру реакции без потери качества.
Если кому-то интересны детали — на cn-boroncarbide.ru есть технические спецификации, но самое ценное, как обычно, в нюансах, которые в паспорта не попадают.
