SU707974A1 - Способ деазотации жидкого металла - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области металлургии стали, а именно к процессам деазотации стали и железа. Известен способ деазотации стали путем вакуумировани  в жидком состо  нии в ковше или вакуумной печи. Одна ко деаэотаци  путем наложени  вакуум требует значительного времени. Азот медленно удал етс  из расплава даже в том случае, когда фактические его концентрации во много раз превышают равновесие, т.е. когда давление в камере вакуумного агрегата снижено до 0,0015 атм и менее. Достаточно быстро деазотаци  протекает лишь в случае вакуумировани  стали в нераскисленном состо нии при содержании углерода свыше 0,05-0,10%, т.е. когда за счет высокого парциального давлени  окиси углерода (высокой упругости выделени  окиси углерода) расплав под вакуумом кипит.Азот,выде л  сь в готовые пузырьки окиси углерода , выноситс  ими из расплава 1. Деазотаци  металла вакуумирование в нераскисленном состо нии не всегда приемлема, так как. требует последующего рафинировани  металла от кислорода .. Кроме того, она неприменима дл сталей, в состав которых вход т повышенные количества элементов с высоким средством к кислороду (хром, марганец, алюминий, титан и т.п.), т.е. по своему основному химическому составу  вл ющихс  раскисленными. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению  вл етс  способ деазотации металла в раскисленном состо нии путем продувки или обдувки его в ходе вакуумировани  водородом или водородсодержащими газами при давлении 1-10 мм рт.ст. (или 0,0015-015 атм) 2. За счет этого отмечаетс  переход азота из металлической фазы в газовую и увели.чиваетс  поверхность раздела фаз газ-металл, на которой протекает деазотаци . Недостатком способа  вл етс  удаление азота лишь на оголенной поверхности металла в ковше или тигле печи (в случае обдувки расплава указанными газами сверху), или на поверхности пузырьков, продуваемого через расплав газа (в случае продувки снизу). Результат процесса сильно зависит от гидродинаи мческих условий продувки и эффективность способа уменьшаетс  при переходе от лабораторных масс металле к промьдиленным, Следствием этого  вл етс  недостаточ на  скорость деазотации промьошленных масс металла и нестабильность резуль татов. Целью изобретени   вл етс  интенсификаци  процесса вакуумной деаэота ции металла в раскисленном состо нии Поставленна  цель достигаетс  тем что деаэотацию вакуумированием ведут в услови х повышенных концентраций водорода в металле. Концентраци  водорода регулируетс  таким образом, что парциальное давление водорода, равновесное с его фактической концен трацией в металле, т.е. упругость выделени  водорода, должно быть боль ше барометрического давлени  в вакуумной камере. При таком парциальном давлении водорода в верхних гориэонтах металла возможно зарождение и рост пузырьков водорода на поверхнос ти футеровки емкости с металлом. Это приводит к сг1мопроизвольному кипению расплава. Азот из расплава диффундирует в пузырьки водорода,, удал  сь из расплава вместе с водородом. Механизм процесса становитс  подобным механизму .процесса деазотации нераскисленного расплава с повышенным содержанием углерода. Скорость деазота ции многократно (п ть-дес ть раз) возрастает, процесс протекает в режи ме кипени  расплава как при высоком, так и при низком содержании азота. Минимальное превышение упругости выделени  водорода над барометрическим давлением в вакуумной камере,при котором возможно водородное кипе ние расплава, составл ет 0,05-0,1 ат Оно необходимо дл , преодолени  сил .поверхностного нат жени  металла в момент зарождени  газовых пузырьков. Получить превышение упругости выделени  водорода более 1,2-1,5 атм в открытом агрегатё невозможно, дл  эт го требуетс  агрегат типа автоклава Превышение упругости выделени  водорода до 1,5 атм. можно получить в плазМе.нной печи, в которой плазмообразующим газом  вл етс  водород или смесь газов с содержанием водорода более 10-20%. Поскольку по закону Сивертса Н Кц. Р, , то в данном процессе вакуумна  деазотаци  проводитс  с соблюдением услови  t т, (to,o54,5X где Н - концентраци  водорода в металле, % или мл/100 г; Kj - растворимость водорода в металле при парциальном давлении водорода, равным 1 атм.,% или мл/100 г; Р| - барометрическое давление в вакуумной камере, атм, Металл водородом может насьдцатьс  до вакуумировани  или в ходе его.При этом могут использоватьс  следующие способы насыщени .продувка металла водородом или водородсодержащим газом , вод ным паром; обработка металта водородсодержащей плазмой;обработка металла водородсодержащими или нпагосодержащими твердыми добавка.ми. При насьвдений водородом металла, наход щегос  в ковше, наиболее тех-, нелогичным  вл етс  вдувание в металл водородсодержащих газов на значительной глубине, например через днище ковша, где за счет гидростатического давлени  столба металла даже под вакуумом общее, давление составл ет не менее 0,5-2,0 атм. Это способствует растворению водорода. При насьдцении металла водородом до вакуумировани  пригоден практически любой из перечисленных способов насыщени . При струйных методах вакуумировани  водород также интенсифицирует процесс деазотации. Водород, предварительно введенный в металл, способствует дроблению вакуумируемой струи, увеличива  поверхность деазотации. Избыточный водород по достижении заданной степени деазотации при необходимости удал етс  из металла за счет некоторого продолжени  вакууми- . ровани  или продувкой нейтральным газом . Отмечаетс  возможность эффективной деазотации при использовании сравнительно грубого вакуума, например возможность получени  низких концентраций азота при вакуумировании в камере с давлением до 0,15-0,2 атм.При этом необходимо лишь обеспечить достаточно высокий уровень концентрации водорода в металле. Повышение рабочего давлени  в процессе до 0,015- 0,15 атм. уменьшает необходимую мощность вакуумных насосов и удешевл ет вакуумную установку. Кроме того, в отдельных случа х процесс насыщени  металла водородом может вообще не проводитьс  как специальна  операци . Например, при использовании вод ного пара как окислител  при регулировании концентра- ции некоторых компонентов перед вакуумированием , или,при использовании водорода в качестве плазмообразующего газа, если деазотации подвергаетс  металл, выплавленный в плазменной печи. Насыщение металла водородом будет побочным эффектом, который используетс  дл  повышени  эффективности вакуумной деазотации. Пример. Испытание способа проведено в лабораторных услови х из 60 кг вакуумной индукционной печи . Вакуум в печи создают после расплавлени  шихты и насыщени  металла водородоЛ . Шихтой служит безуглеродистое железо типа Армкожелезо, насыщенное азотом. Водород вдувают в металл через пористую огнеупорную вставку в дне тигл , печи.

При вакуумировании насыщенного водородом металла после снижени  давлени  до 0,10 атм. и ниже наблюдаетс  кипение расплава, приводившее за 3-5 мин к снижению содержани  азота с 0,028-0,030 до 0,018-0,019%, после чего кипение прекращаетс . Повторное насыщение водородом и вакуумирование приводит к дальнейшему снижению содержани  азота. Без насыщени  металл водородом за это же врем  конечное содержание азота составл ет 0,024- 0,027%, а дальнейшее снижение содержани  азота до 0,018-0,019% требует выдержки металла под вакуумом 15- 30 мин.

Формула .изобретени 

Способ деазотации жидкого т егали включающий вакуум1-;рование и обработкуметалл а водородом или водородсодержащими газами отличающийс   тем, что, с целью интенсификации дегазации, дегазацию ведут при концентрации водорода в металле, обеспечивающей превышение упругости выделени  водорода над барометричес0 ким давлением в вакуумной камере на 0,05-1,5 атм.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Сб, под редакцией A.M. Самари5 на Вакуумна  металлурги  , М., Металлурги , 1962, Ci 46-53.

2.Линчевский Б.В. Вакуумна  индукционна  плавка, М., Металлурги , 1974, с. 34-134 - (прототип).

Claims (1)

1. Формула .изобретения

   Способ деазотации жидкого металлs включающий вакуумирование и обработку металла водородом или водородсодержащими газами., отличающийс я тем, что, с целью интенсификации дегазации, дегазацию ведут при концентрации водорода в металле, обеспечивающей превышение упругости выделения водорода над барометрическим давлением в вакуумной камере на 0,05-1,5 атм.