This paper presents the results of thermodynamic and experimental studies of the ferroboron production process by the carbothermic method aimed at improving the properties of ferroalloys and expanding their application in various industrial sectors. Thermodynamic modeling of the process was carried out using the TERRA software package, which allowed for a detailed analysis of phase changes and chemical reactions occurring during the reduction process. This enabled the optimization of conditions for producing ferroboron with the required composition and properties. The physical modeling was conducted on a rudd-thermal furnace with a transformer power of 250 kV·A, providing the possibility of studying the process under real production conditions with precise control over the parameters. A feature of the conducted research was the use of coke from the low-ash coal of the Shubarkul deposit in Kazakhstan as a reducer, which reduced raw material costs and improved the economic efficiency of the process. In addition, various natural boron sources were used for the study, allowing the influence of different types of borate ores on the ferroboron production process to be examined. Experimental data showed that using coke from Shubarkul coal and borate ores, ferroalloy with boron content of 14-15% could be produced, which is highly effective for application in various industries. The ferroboron obtained during the experiments was tested as a modifier at a local machine-building enterprise engaged in the production of cast iron grinding balls. The test results showed that the use of ferroboron significantly improved the operational characteristics of the products: the hardness of the surface of the balls increased by 8%, and impact resistance doubled. These results confirm the high effectiveness of using ferroboron as a modifier to enhance the strength and wear resistance of materials, which is especially important in the machine-building industry. Additionally, the research confirmed the potential for using ferroboron in other industries where the improvement of mechanical properties of materials is required, such as steel and alloy production, as well as other metallic products. Overall, the conducted work demonstrated that the carbothermic process using local raw materials and borate ores is a promising and economically advantageous method for producing high-quality ferroboron, opening up new opportunities for its application in industry.
В работе представлены результаты термодинамического и экспериментального исследований процесса выплавки ферробора карботермическим способом, направленного на улучшение свойств ферросплавов и расширение их применения в различных отраслях промышленности. Термодинамическое моделирование процесса было выполнено с использованием программного комплекса TERRA, что позволило провести подробный анализ фазовых изменений и химических реакций, происходящих в процессе восстановления. Это позволило оптимизировать условия для получения ферробора с требуемым составом и свойствами. Физическое моделирование проводилось на рудно-термической печи мощностью 250 кВ∙А, что обеспечивало возможность исследования процесса в реальных производственных условиях с точным контролем параметров. Особенностью проведенных исследований стало использование кокса из малозольных углей Шубаркульского месторождения Казахстана в качестве восстановителя, что позволило снизить затраты на сырьевые материалы и повысить экономическую эффективность процесса. Дополнительно для исследования были использованы различные природные источники бора, что дало возможность изучить влияние разных видов боратовых руд на процесс получения ферробора. Экспериментальные данные показали, что с использованием кокса из углей Шубаркульского месторождения и боратовых руд можно получить ферросплав с содержанием бора в пределах 14–15%, что является высокоэффективным для применения в различных промышленных отраслях. Ферробор, полученный в ходе экспериментов, был испытан в качестве модификатора на местном машиностроительном предприятии, занимающемся производством чугунных мелющих шаров. Результаты испытаний показали, что применение ферробора значительно улучшает эксплуатационные характеристики продукции: твердость поверхности шаров увеличилась на 8%, а ударостойкость возросла в 2 раза. Эти результаты подтверждают высокую эффективность использования ферробора как модификатора для повышения прочности и износостойкости материалов, что особенно важно для производства в машиностроении. Также в ходе исследований был подтвержден потенциал использования ферробора в других отраслях промышленности, где требуется повышение механических свойств материалов, таких как производство сталей, сплавов и других металлических изделий. В целом проведенная работа продемонстрировала, что карботермический процесс с использованием местных сырьевых материалов и боратовых руд является перспективным и экономически выгодным методом для получения высококачественного ферробора, что открывает новые возможности для его применения в промышленности.