RU2001122C1 - Сорбент дл раскислени металлических расплавов и способ его получени - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в металлургии , конкретно, в процессах рафинировани  металлических расплавов от растворенных примесей , в частности от кислород.) Сущность предложено использовать в качестве твердоэлектролитно- го материала дешевый и доступный оксид кальци  Предложен способ изготовлени  сорбента на основе оксида кальци  путем введени  частиц углерод- содержащего материала в расплавленный оксид кальци  Наиболее удобным способом введени  углеродсодержащих частиц в расплав оксида  вл етс  плавление смеси извести с порошком графита или угл  1 ил

Description

Изобретение относитс  к металлургии, конкретнее к процессам рафинировани  металлических расплавов от растворенных примесей, в частности от кислорода.

Известно устройство дл  раскислени  металлов, в котором раскисл ющий элемент помещен внутрь капсулы с кислородопро- ницаемыми стенками. При погружении капсул в металлический расплав кислород из расплавов диффундирует через кислоро- допроницаемые стенки капсул и св зываетс  раскисл ющим элементом внутри капсулы.

Введение раскислителей в расплав внутри нерастворимых в металле капсул позвол ет устранить загр знение металла эле- ментом-раскислителем и продуктами раскислени . Однако скорость раскислени  после погружени  капсул в расплав быстро снижаетс  вследствие отложени  на внутренней поверхности стенок капсул продуктов раскислени , уменьшающих их проницаемость кислородом.

Известен фильтр дл  сорбционного раскислени  расплавленных металлов, выполненный в виде трубы и размещенных в ней капсул, наполненных активным по отношению к кислороду веществом. При этом труба и стенки капсул выполнены из твердоэлект- ролитного проницаемого дл  кислорода материала , а в качестве активного вещества использован, в частности, графит. При проливе через фильтр металла кислород из расплава диффундирует через твердоэлект- ролитные стенки трубы и капсул и вступает в химическое взаимодействие с углеродом графита.

Использование в фильтре в качестве активного вещества графита обеспечивает вы- деление газообразных продуктов раскислени , не отлагающихс  на стенках трубы и капсул и не преп тствующих проникновению кислорода через твердоэлект- ролитные стенки. Однако относительно небольша  площадь контакта активного вещества с твердоэлектролитным материалом стенок трубы и капсул не обеспечивает большой скорости раскислени  расплавов. Известен сорбент дл  рафинировани  металлических расплавов от растворенных примесей, выполненный в виде прессованных гранул из смеси порошков неметаллической твердоэлектролитной матрицы, проницаемой дл  удал емой примеси, в том числе кислорода, и активного вещества, св зывающего удал емую примесь в нерастворимое в металлических расплавах вещество, в котором в качестве активного вещества используетс  металл, образующий с удал емой примесью соединение, эквивалентное твердоэлектролитному материалу матрицы. В частности, дл  рафинировани  расплавов от кислорода предусмотрено использование раздельно

циркони , магни , алюмини  или титана, а в качестве материала матрицы соответственно оксидов циркони , магни , алюмини  или титана. Рассредоточение активного вещества в твердоэлектролитной матрице,

обеспечиваемое прессованием гранул из смеси порошков, увеличивает поверхность контакта твердого электролита с активным веществом и способствует повышению скорости рафинировани .

5Сорбент в виде прессованных гранул из

смеси порошков твердоэлектролитного материала и активного металла прин т в качестве прототипа.

Недостатком сорбента дл  раскислени 

0 металлических расплавов, используемого в виде прессованных гранул из смеси порошков твердоэлектролитного материала и активного металла,  вл етс  ограниченный набор твердоэлектрролитных материалов.

5 Недостатком способа изготовлени  сорбита в виде прессованных гранул  вл етс  необходимость изготовлени  порошка из пред- варительнополучаемого

твердоэлектролитного материала. Поэтому

0 процессу изготовлени  сорбента предшествует сложна  технологи  получени  твердо- электролитного материала с кислородной проводимостью. Так как оксиды циркони , магни , титана в обычном состо нии не об5 ладают необходимым дл  твердоэлектролитного материала комплексом свойств, то их подвергают сложной и длительной обработке - их рафинируют, плав т, легируют, термообрабатывают, дроб т, размалывают

0 в порошок. В результате оксиды, пригодные дл  использовани  в качестве твердоэлектролитного материала,  вл ютс  дорогими и малодоступными дл  широкого использовани , что определ ет значительную величину

5 затрат на раскисление при использовании сорбентов на их основе и ограничивает масштабы их использовани .

В основу изобретени  положена задача создани  сорбента дл  раскислени  на ос0 нове недефицитных и недорогих компонентов и упрощени  технологической схемы производства твердоэлектролитного материала дл  сорбента, что в конечном итоге приводит к уменьшению затрат на раскис5 ление при сохранении достигнутых ранее показателей рафинировани .

Эта задача решаетс  тем, что в сорбенте дл  раскислени  металлических расплавов, включающем неметаллическую матрицу из твердоэлектролитного материала с кислородной проводимостью и рассредоточенный в твердом электролите электрод поглощени  в виде частиц углерода, согласно изобретению, в качестве твердоэлектролит- ного материала использован оксид кальци .

Авторами предложен способ получени  сорбенда дл  раскислени  металлических расплавов, включающий, рассредоточение частиц углерода в твердоэлектролитной -матрице из оксида кальци , в котором со- гласно изобретению частицы углерода ввод т в расплав оксида кальци . Дл  упрощени  способа расплав оксида кальци  получают плавлением извести в смеси с порошком графита или угл .

Предлагаемый сорбент рафинировани  металлических расплавов от кислорода представл ет собой неметаллическую матрицу из оксида кальци  с рассредоточенными в ней частицами углерода,  вл ющимис  электродами поглощени . При погружении сорбента в рафинируемый расплав кислород диффундирует через твердоэлектролит- ную матрицу из оксида кальци  к электроду поглощени , где вступает в химическое вза- имодействие с углеродом. Продукты раскислени  расплава в виде монооксида углерода удал ютс  в газовую фазу.

Согласно предлагаемому способу изготовлени  сорбента дл  получени  рассредо- точенного в твердоэлектролитной матрице из оксида кальци  электрода поглощени  в виде частиц углерода их ввод т в расплав оксида кальци . Введение частиц углерода в расплав оксида кальци  позвол ет пол- учать после его затвердевани  литые куски сорбента, сразу готовые к использованию. Введение частиц углерода в расплав оксида кальци  осуществл етс  наиболее просто, когда плав т смесь извести с порошком гра- фита или угл 

Отличие предлагаемого сорбента дл  раскислени  металлических расплавов от известного сорбента в виде прессованных гранул из смеси порошков активных металлов и их оксидов заключаетс  в использовании в качестве твердоэлектролитного материала ранее не использовавшегос  дл  этих целей оксида кальци . Отличие предла- гаемого способа изготовлени  сорбента заключаетс  во введении порошка активного вещества-углерода в расплав оксида кальци , т.е. в получении гранул сорбента литьем , а не прессованием. Отличие предлагаемого способа заключаетс  также и в том, что введение ч стиц углерода в расплав оксида кальци  осуществл ют путем плавлени  изпести в смеси с порошком графита или угл 

Преимуществом предлагаемого сорбента дл  раскислени  металлических расплавов  вл етс  использование в нем вместо специально производимых по сложной технологии твердоэлектролитных материалов получаемого непосредственно на металлургических заводах оксида кальци  - материала недефицитного и недорогого. Это позвол ет резко снизить затраты на сорбци- онное раскисление и сделать его экономически оправданным в массовом производстве металлов.

Предлагаемый способ изготовлени  сорбента путем введени  частиц углерода в расплав оксида кальци  позвол ет организовать его массовое производство непосредственно в металлургических цехах, исключить необходимость в дефицитных твердоэлектролитных и св зующих материалах , значительно упростить технологическуюсхемупроизводства твердоэлектролитного материала и сорбента , исключив целый р д операций (легирова- ние, смешение, размол, дозировку, прессование, сушку, спекание и др.) и уменьшить затраты на раскисление. Кроме того, плавленный оксид кальци  значительно медленнее взаимодействует с влагой, что позвол ет хранить запас литых гранул на основе оксида кальци  во много раз дольше по сравнению с прессованными из порошков . Преимущества предлагаемого способа получени  сорбента реализуютс  наиболее полно, если в плавильную емкость сразу загружать известь в смеси с порошком графита или угл .

Предлагаемый сорбент дл  раскислени  металлических расплавов может быть получен следующим образом. Дробленную известь смешивают с порошком графита и плав т на блок в дуговой электропечи с угольной или графитовой футеровкой угольным или графитовым электродом. Закристаллизовавшийс  блок плавленного оксида кальци  с вкраплени ми частиц графита дроб т на куски требуемого размера, которые используют в качестве сорбента кислорода.

Куски сорбента погружают в раскисл емый расплав металла. Кислород Е виде ионов диффундируют чрез матрицу из оксида кальци  к рассредоточенным в ее объеме частицам графита и вступает с ними в химическое взаимодействие. Образующийс  при этом оксид углерода выдел етс  в виде пузырьков и удал етс  из металла.

Пример. Смешали 1,5 кг дробленной до фракции менее 0,015 м металлург извести и 0.03 кг серебристого грлФита. Смесь расплавили в графитовом тигло дуговой печи с графитовым электродом. После расплавлени  извести печь отключили и в тигле образовалс  блок из плавленного оксида кальци  с рассредоточенными в нем частицами графита. Блок раздробили на куски размером 0.03-0.05 м, которые использовали как сорбент кислорода

Параллельно была предприн та попытка получить прессованные сорбенты из смеси порошков размолотой металлургической извести и серебристого графита, однако даже при использовании безводных св зующих прессованные гранулы на воздухе рассыпались в течение нескольких минут. Поэтому дл  сравнени  изготовили прессованные гранулы из смеси порошка плавленного оксида кальци  или плавленного оксида магни , или твердоэлектролитного порошка на основе диоксида циркони  (ZrOa + 12% (моль) УаОз) производства экспериментального завода Восточного института огнеупоров с порошком металлического циркони 

Сорбенты одинаковой массы в виде кусков плавленного оксида кальци  с графитом или в виде прессованных гранул с металлическим цирконием использовали в лабораторной печи дл  раскислени  рас Формула изобретени 

СОРБЕНТ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Claims (3)

1. Сорбент дл  раскислени  металлических расплавов, включающий неметаллическую матрицу из твердоэлектролитного матери- , ала с кислородной проводимостью и рас- средоточенный в твердом электролите Электрод поглощени  в виде частиц углерода , отличающийс  тем, что в качестве твердоэлектролитного материала использован оксид кальци .

плава железа массой 1,6 кг. В процессе раскислени  активометром записывали изменение активности кислорода в расплаве. Результаты измерений приведены на чертеже . Они свидетельствуют о том, что сорбент на основе ролученнсгго на месте плавленного оксида кальци  обеспечивает такую же или даже более высокую скорость раскислени  как и сорбент, изготовленный на основе

одного из лучших и дорогих твердоэлектро- литных материалов - легированного диоксида циркони 

Таким образом, предложенный сорбент дл  раскислени  металлических расплавов

на основе плавленного оксида кальци  и способ его получени  позвол ет значительно упростить технологию получени  твердо- электролитного материала и изготовлени  сорбента, уменьшить затраты на раскисление , и тем самым, сделать возможным применение сорбционного раскислени  в массовом производстве металлов.

(56) Авторское свидетельство СССР № 869340, кл, С 21 С 5/52, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1003546,кл С 21 С 1/00, 1982

Авторское свидетельство СССР № 1230193,кл С 21 С 7/00,1986

2.Способ получени  сорбента дл  раскислени  металлических расплавов, включающий рассредоточение в твердоэ- лектролитной матрице из оксида кальци  частиц углерода, отличающийс  тем, что частицы углерода ввод т в расплав оксида кальци .

3.Способ по п.2, отличающийс  тем, что расплав оксида кальци  получают

плавлением извести в смеси с порошком графита или угл .

SO60SO120

гм  раскис/ени9 с