Сорбент для раскисления металлических расплавов и способ его получения

 

Изобретение может быть использовано в металлургии , конкретно, в процессах рафинирования металлических расплавов от растворенных примесей , в частности от кислород.) Сущность предложено использовать в качестве твердоэлектролитного материала дешевый и доступный оксид кальция Предложен способ изготовления сорбента на основе оксида кальция путем введения частиц углеродсодержащего материала в расплавленный оксид кальция Наиболее удобным способом введения углеродсодержащих частиц в расплав оксида является плавление смеси извести с порошком графита или угля 1 ил

а 1 I (51)5 СИС7 00

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . „ вмазав ", -7Хащь -

К ПАТЕНТУ 4"му,,, (21) 5048737/02 (22) 31 03.92 (46) 15.1093 Бюп ¹ 37-38 (71) Челябинский государственный технический университет (72) Рощин В.Е; Грибанов В.П.; Эпов АА; Лежнин К.В. (73) Челябинский государственный технический университет (54) СОРБЕНТ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в металпургии, конкретно. в процессах рафинирования металлических расплавов от растворенных примесей, в частности or кислорода. Сущность: предло>кено испольэовать в качестве твердоэлектролитного материала дешевый и доступный оксид кальция

Предложен способ изготовления сорбента на основе оксида кальция путем введения частиц углеродсодержащего материала в расплавленный оксид кальция. Наиболее удобным способом введения углеродсодержащих частиц в расплав оксида является плавление смеси извести с порошком графита или угля. 1 ил.

2001122

20

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к процессам рафинирования металлических расплавов от растворенных примесей, в частности от кислорода.

Известно устройство для раскисления металлов, в котором раскисляющий элемент помещен внутрь капсулы с кислородопроницаемыми стенками. При погружении капсул в металлический расплав кислород из расплавов диффундирует через кислородопроницаемые стенки капсул и связывается раскисляющим элементом внутри капсулы.

Введение раскислителей в расплав внутри нерастворимых в металле капсул позволяет устранить загрязнение металла элементом-раскислителем и продуктами раскисления. Однако скорость раскисления после погружения капсул в расплав быстро снижается вследствие отложения на внутренней поверхности стенок капсул продуктов раскисления, уменьшающих их проницаемость кислородом.

Известен фильтр для сорбционного раскисления 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 твердоэлектролитного проницаемого для кислорода материала, а в качестве активного вещества использован, в частности, графит. При проливе через фильтр металла кислород из расплава диффундирует через твердоэлектролитные стенки трубы и капсул и вступает в химическое взаимодействие с углеродом графита.

Использование в фильтре в качестве активного вещества графита обеспечивает выделение газообразных продуктов раскисления, не отлагающихся на стенках трубы и капсул и не препятствующих проникновению кислорода через твердоэлектролитные стенки. Однако относительно небольшая площадь контакта активного вещества с твердоэлектролитным материалом стенок трубы и капсул не обеспечивает большой скорости раскисления расплавов, Известен сорбент для рафинирования металлических расплавов от растворенных примесей, выполненный в виде прессованных гранул иэ смеси порошков неметаллической твердоэлектролитной матрицы, проницаемой для удаляемой примеси, в том числе кислорода, и активного вещества. связывающегр удаляемую примесь в нерастворимое в металлических расплавах вещество. в котором в качестве активного вещества используется металл, образующий с удаляемой примесью соединение, эквивэлентное твердоэлектролитному материалу матрицы. В частности, для рафинирования расплавов от кислорода предусмотрено использование раздельно циркония, магния, алюминия или титана, а в качестве материала матрицы соответственно оксидов циркония, магния, алюминия 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 рафинирования.

Сорбент в виде прессованных гранул из смеси порошков твердоэлектролитного материала и активного металла принят в качестве прототипа.

Недостатком сорбента для раскисления металлических расплавов. используемого в виде прессованных гранул из смеси порошков твердоэлектролитного материала и активного металла, является ограниченный набор твердоэлектррол итн ых материалов.

Недостатком способа изготовления сорбита в виде прессованных гранул является необходимость изготовления порошка из предварительно получаемого твердоэлектролитного материала. Поэтому процессу изготовления сорбента предшествует сложная технология получения твердоэлектролитного материала с кислородной проводимостью. Так как оксиды циркония, магния, титана в обычном состоянии не обладают необходимым для твердозлектролитного материала комплексом свойств, то их подвергают сложной и длительной обработке — их рафинируют, плавят. легируют, термообрабатывают, дробят, размалывают . в порошок. В результате оксиды, пригодные для использования в качестве твердоэлектролитного материала, являются дорогими и малодоступными для широкого использования, что определяет значительную величину затрат на раскисление при использовании сорбентов на их основе и ограничивает масштабы их использования.

В основу изобретения положена задача создания сорбента для раскисления на основе недефицитных и недорогих компонентов и упрощения технологической схемы производства твердоэлектролитного материала для сорбента, что в конечном итоге приводит к уменьшению затрат на раскисление при сохранении достигнутых ранее показателей рафинирования.

Эта задача решается тем, что в сорбенте для раскисления металлических расплавов, включающем неметаллическую матрицу из твердоэлектролитного материала с кисло2001122

Отличие предлагаемого сорбента для раскисления металлических расплавов от известного сорбента в виде. прессованных 4 гранул из смеси порошков активных металлов и их оксидов заключается в использовании в качестве твердоэлектролитного материала ранее не использовавшегося для этих целей оксида кальция. Отличие предла- 5 гаемого способа изготовления сорбента заключается во введении порошка активного вещества-углерода в расплав оксида кальция, т.е. в получении гранул сорбента литьем, а не п рессованием. Отличие. предлагаемого способа заключается также и в том, что введение частиц углерода в расплав оксида кальция осуществляют путем плавления извести в смеси с порошком графита или угля.

55 родной проводимостью и рассредоточенный в твердом электролите электрод поглощения в виде частиц углерода. согласно изобретению, в качестве твердоэлектролитного материала использован оксид кальция.

Авторами предложен способ получения сорбенда для раскисления металлических расплавов, включающий. рассредоточение частиц углерода в твердоэлектролитной

-матрице из оксида кальция, в котором согласно изобретению частицы углерода вводят в расплав оксида кальция, Для упрощения способа расплав оксида кальция получают плавлением извести в смеси с порошком графита или угля.

Предлагаемый сорбент рафинирования металлических расплавов от кислорода представляет собой неметаллическую матрицу из оксида кальция с рассредоточенными в ней частицами углерода, являющимися электродами поглощения, При погружении сорбента в рафинируемый расплав кислород диффундирует через твердоэлектролитную матрицу из оксида кальция к электроду поглощения, где вступает в химическое взаимодействие с углеродом. Продукты раскисления расплава в виде монооксида углерода удаляются в газовую фазу.

Согласно предлагаемому способу изготовления сорбента для получения рассредоточенного в твердоэлектролитной матрице из оксида кальция электрода поглощения в виде частиц углерода их вводят в расплав оксида кальция. Введение частиц углерода в расплав оксида кальция позволяет получать после его затвердевания литые куски сорбента, сразу готовые к использованию.

Введение частиц углерода в расплав оксида кальция осуществляется наиболее просто, когда плавят смесь извести с порошком графита или угля.

Преимуществом предлагаемого сорбента для раскисления металлических расплавов является использование в нем вместо специально производимых по сложной технологии твердоэлектролитных материалов получаемого непосредственно на металлургических заводах оксида кальция - материала недефицитного и недорогого. Это позволяет резко снизить затраты на сорбционное раскисление и сделать его экономически оправданным в массовом производстве металлов, Предлагаемый способ изготовления сорбеита путем введения частиц углерода в расплав оксида кальция позволяет организовать его массовое производство непосредственно в металлургических цехах. исключить необходимость в дефицитных твердоэлектролитных и связующих материалах, значительно упростить технологическую схему производства твердоэлектролитного материала и сорбента, исключив целый ряд операций (легирование, смешение, размол, дозировку, прессование, сушку, спекание и др.) и уменьшить затраты на раскисление. Кроме того, плавленный оксид кальция значительно медленнее взаимодействует с влагой, что позволяет хранить запас литых гранул на основе оксида кальция во много раз дольше по сравнению с прессованными из порошков. Преимущества предлагаемого способа получения сорбента реализуются наиболее полно. если в плавильную емкость сразу загру>кать известь в смеси с порошком графита или угля.

Предлагаемый сорбент для раскисления металлических расплавов может быть получен следующим образом. Дробленную известь смешивают с порошком графита и плавят "на блок" в дуговой электропечи с угольной или графитовой футеровкой угольным или графитовым электродом. Закристаллизовавшийся блок плавленного оксида кальция с вкраплениями частиц графита дробят на куски требуемого размера, которые используют в качестве сорбента кислорода.

Куски сорбента погружают в раскисляемый расплав металла. Кислород в виде ионов диффундируют через матрицу из оксида кальция к рассредоточенным в ее обьеме частицам графита и вступает с ними в химическое взаимодействие. Образующийся при этом оксид углерода выделяется в виде пузырьков и удаляется иэ металла.

П р и м e p, Смешали 1,5 кг дробленной до фракции менее 0,015 м металлур плоской извести и 0.03 кг серебристого гр 1ита.

Смесь расплавили в графитовом тигл луго2001122

Формула изобретения

СОРБЕНТ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

1, Сорбент для раскисления металлических расплавов, включающий неметэллическую матрицу иэ твердоэлектролитного матери,ала с кислородной проводимостью и рас средоточенный в твердом электролите, электрод поглощения в виде частиц углв- I 40 рода. отличающийся тем, что в качестве. твердоэлектролитного материала использован оксид кальция. вой печи с графитовым электродом. После расплавления извести печь отключили и в тигле образовался блок из плавленного оксида кальция с рассредоточенными в нем частицами графита, Блок раздробили на куски размером 0,03-0.05 м, которые использовали как сорбент кислорода.

Параллельно была предпринята попытка получить прессованные сорбенты из смеси порошков размолотой металлургической извести и серебристого графита, однако даже при использовании безводных связующих прессованные гранулы на воздухе рассыпались в течение нескольких минут, Поэтому для сравнения изготовили прессованные гранулы иэ смеси порошка плавленного оксида кальция или плавленного оксида магния, или твердоэлектролитного порошка на основе диоксида циркония (ZrOz + 12 (моль) У20з) производства экспериментального завода Восточного института огнеупо ров с порошком металлического циркония, Сорбенты одинаковой массы в виде кусков плавленного оксида кальция с графитом или в виде прессованных гранул с металлическим цирконием использовали в лабораторной печи для раскисления рас5

25 плава железа массой 1,6 кг. B процессе раскисления активометром записывали изменение активности кислорода в расплаве.

Результаты измерений приведены на чертеже. Они свидетельствуют о том, что сорбент на основе ролученното на месте плавленного оксида кальция обеспечивает такую же или даже более высокую скорость раскисления как и сорбент, изготовленный на основе одного из лучших и дорогих твердоэлектролитных материалов — легированного диоксида циркония.

Таким образом, предложенный сорбент для раскисления металлических расплавов на основе плавленного оксида кальция и способ его получения позволяет значительНо упростить технологию получения твердоэлектролитного материала и изготовления сорбента, уменьшить затраты на раскисление, и тем самым, сделать возможным применение сорбционного раскисления в массовом производстве металлов. (56) Авторское свидетельство СССР

N. 869340, кл, С 21 С 5/52, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N 1003546, кл. С 21 С 1/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 1230193, кл. С 21 С 7/00, 1986.

2. Способ получения сорбента для раскисления металлических расплавов, включающий рассредоточение в твердоэлектролитной матрице из оксида кальция частиц углерода, отличающийся тем, что частицы углерода вводят в расплав оксида кальция.

3. Способ по п,2, отличающийся тем, . что расплав оксида кальция получают плавлением извести в смеси с порошком графита или угля.

2001122

5 емя раскисгения, с

Редактор Н.Семенова

Заказ 3113

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101 е Ж ф е

М

:Ъ Ю

Составитель В.Рощин

Техред М.Моргентал Корректор А.Мотыль