PL33736B1 - - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu wytwa¬ rzania metali albo stopów metalowych o bardzo malej zawartosci wegla lub calkowicie wolnych od tej zawartosci. Dotyczy on zwlaszcza sposo¬ bu odweglania metali i stopów, np. zelaza i sto¬ pów zelaznych. Zasadnicza cecha wynalazku jest oddzialywanie na odweglany material wyjscio¬ wy, np. metal albo stop metalowy tlenkiem mag¬ nezu, który w warunkach reakcji staje sie lot¬ nym. Tlen, zawarty w tlenku magnezu, reaguje z weglem odweglanego metalu i uchodzi jako tle¬ nek wegla wraz z parami magnezu. Tlenek mag¬ nezu mozna stosowac np. w postaci dolomitu su¬ rowego lub wypalanego, magnezytu niewypala- nego itp. Dalsze cechy wynalazku zostaly przed¬ stawione w dalszej czesci opisu.Sposób wedlug wynalazku nadaje sie szcze¬ gólnie do odweglania zelazochromu, którego od- weglanie wedlug dotychczasowych sposobów na¬ streczalo szczególne trudnosci.W celu lepszego objasnienia wynalazku poda¬ no nizej kilka przykladów odweglania zelazo¬ chromu. * Przypuszcza sie, ze na zelazochrom, zawiera¬ jacy duzo wegla np. w ilosci 7%, dziala sie tlen¬ kiem magnezu. Nastepnie przypuszcza sie, ze cal¬ kowita ilosc weglików chromu i zelaza posiada w przyblizeniu takie samo cieplo reakcji jak ce^ mentyt (FezC). W takim przypadku reakcja przebiega wedlug nastepujacego wzoru: MgO + FesC = Mg+ 3 Fe-\- CO — 122 300 kal.Zatem ilosc ciepla, potrzebnego do utlenienia lkg wegla przy odweglaniu zelaza wynosi 122 300:12=10 200 kal4g. W przeliczeniu zas na tone zelazochromu o zawartosci wegla 7%, wynosi 10 200x70=714 000 kal/kg, co równa sie 714 000x0,001163=830 kwh na tone zelazochro¬ mu. Odpowiada to teoretycznie ilosci zuzycia energii elektrycznej. ReaHcja przebiega gwaltow¬ nie w temperaturze okolo 1600°" C, przy czym parujacy wolny magnez spala sie w powietrzu na tlenek magnezu, który moze byc uzyty ponów-nie. Teoretycznie wiec biorac, nie nastepuje zu¬ zycie materialów odweglajacych, co <}aje duze oszczednosci. Nalezy jedynie uzupelniac straty tego materialu.Doswiadczenie przeprowadzono w tyglu z wy¬ palonego magnezu, wstawionego do pieca ele- krytycznego* wysokiej czestotliwosci. W tyglu znajdowala sie mieszanina 75 wagowych czesci 7% zelazochromu o 7 czesci wagowych niewypalonego tlenku magnezu.Poczatek reakcji nastapil w temperaturze okolo 1500« C,a w temperaturze 1600» C mozna bylo zaobserwowac silne wydzielanie sie par magne¬ zu, które spalaly sie nad roztopionym metalem.Po uplywie mniej wiecej pól godziny odwegla- nie zostalo przerwane. Na dnie tygla znajdowal sie kawalek zelazochromu o zawartosci 0,56% wegla.Poniewaz zarówno pary magnezu, jak i tlenek wegla znajduja sie podczas odweglania w stanie' gazowym i gromadza sie nad metalem, przeto mozna przyjac, ze reakcja odweglajaca przebie¬ ga, praktycznie biorac, we wlasciwej temperatu¬ rze. Podczas reakcji nie nastepuje utlenianie* ani zelaza ani chromu;. nalezy to przypisac temu, ze wydzielajace sie pary magnezu zapobiegaja oddzialywaniu powietrza na te metale.W praktyce sposób ten powinien byc prze¬ prowadzany w elektrycznych piecach lukowych o wylozeniu z wypalonego magnezytu. Piec za¬ sila sie od góry drobno- sproszkowanym zelazo¬ chromem i tlenkiem magnezu. Reakcja przebiega wtedy w przerabianej mieszaninie w górnej czes¬ ci pieca. Nalezy przypuszczac, ze splywajacy na dól zelazochrom bedzie zawieral nieco wegla, któ¬ ry jednak zostanie zwiazany przez wylozenie pie¬ ca. Poniewaz powoduje to naderwanie wylozenia pieca, przeto niezbedne jest czeste uzupelnienie wylozenia pieca. W ten sposób mozna wytwarzac w jednym procesie zelazochrom nie zawierajacy wegla stosujac jako material wyjsciowy zela¬ zochrom bogaty w wegiel.Podczas gdy w wysokich temperaturach i za¬ stosowaniu wypalonego magnezytu albo zwyczaj¬ nego tlenku magnezu w polaczeniu z wyzej wspomnianymi weglikami reakcja przebiega gwaltownie, to przy uzyciu spiekanego magne¬ zytu, który stosuje sie do wylozenia scianek pie¬ ca elektrycznego wysokiej czestotliwosci, prze¬ bieg reakcji jest bardzo powolny. Dlatego w przy¬ padku stosowania sposobu wedlug wynalazku w piecu elektrycznym wysokiej czestotliwosci nale¬ zy zastosowac wylozenie pieca, wykonane w zna¬ ny sposób ze spiekanego^ magnezytu, wylozone¬ go warstwa zwyklego palonego magnezytu albo tlenku magnezu. Ta warstwa wylozenia bierze udzial w reakcji oddajac swój tlen, chroniac wy¬ murowanie pieca ze spieczonego magnezytu przed uszkodzeniem.Przy odweglaniu zelazochromu o duzej za¬ wartosci wegla zastosowano 122 g mieszaniny, skladajacej sie z 150 g FeCr o zawartosci 6—8% C i 2o/0. Si, i 50 gr surowej magnezji. Material wyjsciowy zawieral: 25(»/o magnezji = 30,5 g i 75% FeCr =91,5 g Mieszanine roztopiono w tyglu Degussa, wy¬ konanym z spiekanego magnezytu, który zostal umieszczony w tyglu grafitowym. Reakcja roz¬ poczela sie w temperaturze okolo 1600°^ C i gwal¬ townosc jej zwiekszala sie wraz ze wzrostem tem¬ peratury, o czym swiadczylo szybkie zwiekszenie sie gestosci wydzielajacych sie par magnezu.Ogrzewano mieszanine az do temperatury 1600» w ciagu okolo godzinyyH nastepnie proces przerwano, zanim cala zawartosc tygla *wziela udzial w reakcji. Po rozbiciu nieuszkodzonego tygla z tlenku magnezu znaleziono na dnie blysz¬ czaca brylke. Cala zas masa posiadala drobne kropelki, które jeszcze nie wziely udzialu w reakcji, przy czym ani brylka, ani poszczególne kropelki nie byly utlenione. Waga brylki wyno¬ sila okolo 48 g.Sposób ten mozna równiez korzystnie zasto* sowac do odweglania roztopionej stówki, a wy¬ dzielajace sie pary magnezu najlepiej jest prze¬ prowadzic przez roztopione zeliwo, przez co uzys¬ kuje sie równoczesne odweglenie i odtlenienie zeliwa. Ponadto w ten sposób prawdopodobnie mozna usuwac z zeliwa równiez fosfor i siarke.Dalsze badania wykazaly, ze sposób wedlug wynalazku .moze byc równiez korzystnie zasto¬ sowany do wytwarzania metali albo stopów me¬ talowych wolnych od zawartosci wegla lub za¬ wierajacych go tylko w nieznacznej ilosci. Me¬ tale lub stopy takie wytwarza sie bezposrednio z odpowiednich rud albo mieszanin rud, jak np. rud chromowych itp. Przez zastosowanie odpo¬ wiedniej ilosci tlenku magnezu lub materialu, za¬ wierajacego albo wytwarzajacego tlenek magne¬ zu, mozna równoczesnie przeprowadzic redukcje i odweglenie. Do materialów wyjsciowych doda¬ je -sie razem z zwykle stosowanymi czynnikami redukcyjnymi taka ilosc tlenku magnezu i (lub) materialów zawierajacych lub wytwarzajacych tlenek magnezu, surowego dolomitu lub palone¬ go surowego magnezytu itp., aby caly ladunek pieca, a nawet i zuzle zawieraly nadmiar tlenku magnezu. Dzialanie tlenku magnezu mozna sobie wyobrazic w ten sposób, ze wpierw ruda ulega — 2 —w znany sposób redukcji, a nastepnie badz rów¬ noczesnie z redukcja nastepuje w tym samym pie¬ cu odweglenie. Mozrfa wiec uzyskac bezposrednio w piecu redukcyjnym- metale albo stopy meta¬ lowe calkowicie wolnjs lub zawierajace tylko niez¬ naczna ilosc wegla, co dotychczas trudno bylo osiagnac. Przebieg reakcji mozna schematycznie przedstawic w nastepujacy sposób: FeO. CraOs + 5C = FeCnC + U CO.FeCr2C + krzemiany = MgO + FeCr-i + Mg + CO +'zuzle.Mozna sobie równiez wyobrazic,^ze'obydwie, te reakcje przebiegaja równoczesnie. W celu zredukowania zelazochromu (FeCr) calkowicie lub prawie calkowicie nalezy stosowac nadmiar wegla w ilosci powyzej lub równej w przyblize¬ niu wartosci cieplnej. Poniewaz redukcja rudj chromowej nastepuje w temperaturze 1500 — 1800* C, w której przebiega równiez reakcja po¬ miedzy weglem a tlenkiem magnezu, mozliwe jest, ze przebiega ona wedlug wzoru: FeOCrzOs + K = FeCr- + U CO. ' ' Zuzle zawieraja tlenek magnezu i nadmiar wegla.Poniewaz w tym przypadku nadmiar wegla nie moze laczyc sie z metalem, przeto uzyskuje sie metal calkowicie pozbawiony wegla albo tez zawierajacy go bardzo malo. Ponadto redukcje i odweglanie metalu przeprowadza sie jednoczes¬ nie w tym samym piecu, uzyskujac zwyczajne zuzle.Proces przebiega analogicznie, jaK przy prze¬ tapianiu rudy zelaznej z czynnikami redukcyj¬ nymi i z materialem zawierajacym magnez.Reakcja moze przebiegac równiez przy zastoso¬ waniu trudno topliwych zuzli, zawierajacych MgSiOa, np; przy dodatku tlenku magnezu albo mineralów bogatych w ten zwiazek, np. oliwinów.Sposób wedlug wynalazku moze znalezc rów¬ niez korzystne zastosowanie przy redukcji in¬ nych rud, gdy jest wymagane albo pozadane równoczesne odweglanie. Mozna równiez postepo¬ wac w ten sposób, ze rude albo mieszanine rudy spieka sie wraz z tlenkiem magnezu i (lub) ma¬ terialami, zawierajacymi badz wytwarzajacymi tlenek magnezu. Uzyskany w ten sposób spieczo¬ ny material laduje sie do pieca i przetapia wraz z czynnikami redukcyjnymi, np. weglem, przez co uzyskuje sie bezposrednio metal calkowicie odweglony badz zawierajacy bardzo malo wegla.Przez spiekanie np. wzbogaconej rudy zelaznej z tlenkiem magnezu uzyskuje sie zwiazek zelazo-. magnezowy o wzorze MgO.FeJJz lub podobnym.Produkt ten laduje sie najkorzystniej po roz-' drobnieniu go w znany sposób do pieca i przeta¬ pia wraz z weglem, przez co otrzymuje sie zelazo calkowicie wolne od zawartosci wegla albo za¬ wierajace tylko nieznaczna^ jego ilosc.Przy zabiegu odweglania magnez w postaci par uchodzi wraz z wytworzonym tlenkiem weg¬ la. Metaliczny magnez spala sie na tlenek magne- zu, który zostaje odzyskany -ponownie i dopro¬ wadzony do procesu w celu odweglania dalszych ilosci metalu albo stopów metalowych.Jasne jest, ze sposób wedlug wynalazku • nie ogranicza sie tylko do wyzej podanych przykla¬ dów, lecz moze byc równiez zastosowany do re¬ dukcji innych rud, mogacych zawierac inne me¬ tale niz wyzej -wspomniane zelazo i. chrom, jak np. wolfram, wanad itp. Sposób ten mozna rów¬ niez zastosowac przy wytwarzaniu stali nierdzew¬ nej, ewentualnie zawierajacej nikiel.Przy wykonywaniu sposobu korzystnie jest stosowac rude i material zawierajacy tlenek mag¬ nezu w stanie jak najbardziej rozdrobnionym.Mozna równiez osiagnac dobre wyniki stosujac materialy wyjsciowe w postaci brylek albo bry¬ kietów. W razie potrzeby znane materialy,'two¬ rzace zuzle, mozna dodawac w znany sposób.Odweglanie mozna równiez dobrze przepro¬ wadzac w temperaturach wyzszych, siegajacych okolo 2000* C. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania metali lub stopów me- ' talowych wolnych od zawartosci wegla albo zawierajacych go w malej ilosci, zwlaszcza przy odweglaniu metali lub stopów, np. - ze¬ laza lub jego stopów, znamienny tym, ze do materialów wyjsciowych dodaje sie tlenku magnezu, i (lub) materialów,b zawierajacych badz wytwarzajacych taki tlenek, w których magnez zostaje zredukowany przez wegiel, za¬ warty w odweglanych -materialach wyjscio¬ wych, przy czym proces ten przeprowadza sie w temperaturze okolo 1500 — 2000^ C, najlepiej w temperaturze 1600 — 1800* C lub 1600 — 1700* C.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze uwolniony magnez po spaleniu go doprowa¬ dza sie ponownie do procesu.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze odweglanie przeprowadza sie w elektrycz¬ nym piecu . lukowym o wylozeniu magnety- zowym, najlepiej z palonego magnezytu, ma^ terialy zas wyjsciowe, np. zawierajace duzo wegla, zelazochromu i tlenku magnezu, -do¬ prowadza sie do pieca najlepiej w stanie sproszkowanym.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze odweglanie przeprowadza sie -w piecu in¬ dukcyjnym o wysokiej czestotliwosci, zaopa-trzonym w znane wymurowanie ze spieczone¬ go magnezytu, pokryte od wewnatrz pieca warstwa palonego magnezytu albo tlenku magnezu, zdolnego do oddania tlenu przy równoczesnym wywiazywaniu sie par magne¬ zu i tlenku wegla. Sposób wedlug zastrz. 1 — 4, w zastosowaniu do wytapiania rud, znamienny tym, ze do materialów wyjsciowych dodaje sie tlenku magnezu i (lub) materialów posiadajacych albo wytwarzajacych taki tlenek w takiej ilos¬ ci, aby uzyskany metal albo stop metalowy zostal jednoczesnie odweglony i zredukowa¬ ny. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze do materialów wyjsciowych dodaje sie tlenku magnezu w postaci surowego lub palonego dolomitu lub magnezytu niewypalonego w ta¬ kiej ilosci, aby zarówno ladunek, jak i wy¬ tworzone zuzle zostaly wzbogacone w tlenek magnezu, powodujacy odweglenie wytwarza¬ nego metalu lub stopu metalowego. Sposób wedlug zastrz. 5 i 6, znamienny tym, ze materialy wyjsciowe w postaci rudy badz mieszaniny rud uprzednio spieka sie z tlen¬ kiem magnezu i (albo) materialami, zawie¬ rajacymi lub wytwarzajacymi tlenek magne¬ zu, które tworza zwiazek podwójny tlenku magnezu i tlenku metali, np. zelazan magne¬ zu (MgO.Fe203), po czym uzyskany w ten sposób spieczony material, najlepiej po roz¬ drobnieniu go, przetapia sie w obecnosci weg¬ la otrzymujac w wyniku metal, np. zelazo wolne od zawartosci wegla lub zawierajace go w bardzo malej ilosci. Gustaf Newton Kirsebom Zastepca: inz. W. Zakrzewski rzecznik patentowy P.O.Z.G./13 0ddz. wB-stoku - T 06019— 150 zam. 149/1805 — 29.VI[-49—17.1-50 r. PL