Способ получения сплавов тугоплавких металлов

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению сплавов тугоплавких металлов внепечным алюмотермическим восстановлением. Техническим результатом является повышение степени перехода металлов в сплав, снижение содержания примесей, в частности углерода, и снижение взрывоопасности процесса. Способ включает приготовление шихты из соединения тугоплавкого металла, алюминия и оксидов щелочноземельных металлов, размещение шихты в металлический тигель помещение на ее поверхности запальной смеси из пероксида щелочноземельного металла и алюминия, восстановление и плавку. При этом в шихту дополнительно вводят отходы от предыдущей плавки и соль хлорноватой кислоты, а соотношение порошка алюминия к пероксиду щелочноземельного металла в запальной смеси составляет 4:1.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения сплавов тугоплавких металлов.

Известен способ (1) получения ниобийсодержащего материала путем алюмотермического восстановления в присутствии металла из группы железа, хрома, никеля или их оксидов при использовании в качестве исходного продукта оксифторида ниобия. В шихту так же добавляются оксид щелочноземельного металла или лития.

Недостатком процесса является низкий выход ниобия в сплав 86,3-90,7%, что недостаточно для дорогостоящего металла. Кроме того, сильно удорожает процесс применения соединений лития, т.к. он в виде фторида безвозвратно теряется с отвальным шлаком.

Известен (2, стр. 389-391) способ получения ниобийтанталсодержащих сплавов путем алюмотермического восстановления ниобийтанталсодержащих материалов (колумбита, танталита, пирохлора или их смесей) в присутствии хлората калия.

Недостатком данного способа является то, что, несмотря на добавление в некоторых случаях магния в шихту, процесс нестабилен, что характеризуется разбросом степени извлечения ниобия и постоянно низким выходом тантала в сплав (60-70%). Сплавы загрязнены нежелательными примесями (оловом, кремнием) и, что наиболее важно, углеродом.

Известен (2, стр.458-460) способ получения вольфрамсодержащих сплавов путем алюмотермического восстановления вольфрамсодержащих материалов в присутствии извести.

Недостатком этого способа является низкий общий выход металла, т.к. часть его улетучивается в процессе плавки в виде трехокиси, а часть (до 10%) - из-за недостаточно полного взаимодействия слитка со шлаком - приходится удалять с поверхности слитка вследствие большой загрязненности его примесями.

Известен (2, стр.316-319) способ получения молибденсодержащих сплавов путем алюмотермического восстановления молибденсодержащих материалов в присутствии извести и плавикового шпата.

Недостатком данного способа является невысокое извлечение металла из сплава, т.к. часть материала летит в виде оксидов в процессе плавки, а часть (8-9%) отсортировывают при очистке слитка, в котором содержание углерода все равно превышает 0,1%. Кроме того, пытаясь максимально восстановить молибден, получают слиток с завышенным (более 1%) содержанием алюминия.

Прототипом нашему изобретению является способ (3) получения лигатур тугоплавких металлов внепечным изотермическим восстановлением их оксидов (МО3, ZrO2, Nb2O5) в присутствии пероксидов щелочных металлов (СаO2, MgO2).

Недостатком данного способа является потери металлов и повышенное содержание в них примесей, в частности, углерода, источником которого являются пероксиды щелочноземельных металлов (вследствие технологии своего получения они содержат углекислотные группы).

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение степени перехода металлов в сплав, снижение содержания примесей, в частности углерода, в конечном сплаве и снижение взрывоопасности процесса.

Задача решается способом получения сплавов тугоплавких металлов внепечным алюмотермическим восстановлением, включающим перемешивание сырья, содержащего оксиды тугоплавких металлов с оксидами щелочноземельных металлов, порошком алюминия и солью хлорноватой кислоты, размещение шихты в металлическом тигле, помещение на ее поверхности запальной смеси и плавку с получением слитка сплава, при этом в шихту вводят отходы от предыдущей плавки, а на поверхности шихты помещают запальную смесь, состоящую из пероксидов щелочноземельного металла и порошка алюминия, взятых в соотношении 4:1.

Скоротечность протекающих окислительно-восстановительных реакций (время плавки 1,0-1,5 мин), обеспеченное соотношением компонентов, участвующих в них, делает процесс взрывоопасным. Участие в качестве компонента отходов от предыдущей плавки, не изменяя необходимых соотношений и повышая степень извлечения металла в сплав, в то же время заставит часть выделяемого от экзотермических реакций тепла расходоваться на свое расплавление, что предотвращает перегрев шихты. Использование пероксидов только в запальной части предотвратит: во-первых, перегрев шихты, т.к. реакции с их участием наиболее экзотермичны, а во-вторых, снизит степень перехода примесей (главное, углерода) в сплав. После запалки шихты запальной смесью, содержащей пероксиды щелочноземельных металлов в соотношении с алюминием 4:1 (но в количествах, при которых содержащийся в них углерод удаляется в газовую фазу в начальный момент и не попадает в сплав) реакция идет с поверхности на дно тигля. Тем самым предотвращается угроза концентрации газов внутри шихтовой массы с дальнейшими взрывом или выбросом шихты. Энергетика достаточна для формирования слитка при максимальном выходе в него восстановленного металла достаточной степени чистоты.

Примеры осуществления.

Сырье, содержащее оксиды тугоплавких металлов, тщательно перемешивалось с оксидами щелочноземельных металлов, порошковым алюминием, хлоратом калия и отходами от предыдущей плавки. При необходимости разжижения шлака в процесс вводился плавиковый шпат. Шихта помещалась в металлический тигель. На ее поверхность помещалась запальная смесь, из тщательно перемешанных пероксидов щелочноземельных металлов и порошка алюминия, взятых в соотношении 4:1. Шихта через эту смесь запаливалась с помощью раскаленной нихромовой спирали. По окончании активной фазы и охлаждения, сплав отделялся от шлака.

Пример 1. Оксиды молибдена (МоO2), циркония (ZrO2) и кремния (SiO2) смешивались с порошком алюминия, хлоратом калия (КСlO3) и оксидом кальция (СаО) в присутствии фторида кальция (СаF2) и отходов от предыдущей плавки, взятых при соотношении:

Оксид молибдена (МоO2) 0,253

Оксид циркония (ZrO2) 0,166

Оксид кремния (SiO2) 0,036

Порошок алюминия 0,33

Оксид кальция (СаО) 0,020

Фторид кальция (CaF2) 0,004

Отходы от предыдущей плавки 0,125

Хлорат калия (КСlO3) 0,065

Запальная часть шихты состояла из пероксида кальция (СаO2) и порошка Аl марки ПА-4, взятых в соотношении 4:1. В результате плавки был получен сплав марки АЦМК, содержащий, вес.%: Мо - 39,0; Zr - 19,5; Si - 4,0; Al - 37,5, С-<0,01. Степень перехода молибдена в сплав составила 96,5%.

Пример 2. Оксиды молибдена (МоO2), вольфрама (WО3) и губчатый титан смешивались с порошком алюминия, хлоратом калия (КСlO3) и оксидом кальция (СаО) в присутствии фторида кальция (СаF2) и отходов от предыдущей плавки, взятых при соотношении:

Оксид молибдена (МоO2) 0,26

Оксид вольфрама (WO3) 0,09

Титановая губка 0,04

Порошок алюминия 0,35

Оксид кальция (СаО) 0,056

Фторид кальция (СаF2) 0,007

Отходы от предыдущей плавки 0,15

Хлорат калия (КСlO3) 0,058

Запальная часть шихты состояла из пероксида магния (МgO2) и порошка Аl марки ПА-4, взятых в соотношении 4:1. В результате плавки был получен сплав марки МФТА, содержащий, вес.%: Мо - 36,0; W - 17,5; Ti - 8,0; Al - остальное, С - <0,01. Степени перехода молибдена и вольфрама в сплав составили соответственно 96,2 и 95,7%.

Пример 3. Оксиды молибдена (МоO2), циркония (ZrO2) смешивались с порошком алюминия, хлоратом калия (КСlO3)и оксидом кальция (СаО) в присутствии фторида кальция (CaF2) и отходов от предыдущей плавки, взятых при соотношении:

Оксид молибдена (МоO2) 0,279

Оксид циркония (ZrO2) 0,208

Порошок алюминия 0,299

Оксид кальция (СаО) 0,03

Фторид кальция (CaF2) 0,004

Отходы от предыдущей плавки 0,125

Хлорат калия (КСlO3) 0,05

Запальная часть шихты состояла из пероксида бария (ВаO2) и порошка Аl марки ПА-4, взятых в соотношении 3,7:1. В результате плавки был получен сплав марки АЦМК, содержащий, вес.%: Мо - 43,0; Zr - 24,5; Al - 32,5, C - <0,01. Степень перехода молибдена в сплав составила 96,5%.

Пример 4. Оксиды молибдена (МоO2), хрома (Сr2O3) и кремния (SiO2) смешивались с порошком алюминия, хлоратом калия (КСlO3), железом и оксидом кальция (СаО) в присутствии фторида кальция (CaF2) и отходов от предыдущей плавки, взятых при соотношении:

Оксид молибдена (МоO2) 0,224

Оксид хрома (Сr2O3) 0,146

Оксид кремния (SiO2) 0,034

Оксид железа (Fe2O3) 0,027

Порошок алюминия 0,335

Оксид кальция (СаО) 0,027

Фторид кальция (CaF2) 0,015

Отходы от предыдущей плавки 0,170

Хлорат калия (KClO3) 0,021

Запальная часть шихты состояла из пероксида кальция (СаO2) и порошка Аl марки ПА-4, взятых в соотношении 4:1. В результате плавки был получен сплав марки АХМК, содержащий, вес.%: Мо - 33,5; Cr - 24,3; Si - 4,2; Al – 33,5; Fe – 5,2; C - <0,01. Степени перехода молибдена и хрома в сплав составили соответственно 95,5 и 95,0%.

Пример 5. Оксиды ниобия (Nb2O5) и кремния (SiO2)и отходы от предыдущей плавки смешивались с порошком алюминия, хлоратом калия (КСlO3) и оксидом кальция (СаО) в присутствии фторида кальция (СаF2), взятых в соотношении:

Оксид ниобия (Nb2O5) 0,410

Оксид кремния (SiO2) 0,001

Отходы от предыдущей плавки 0,144

Порошок алюминия 0,364

Оксид кальция (СаО) 0,042

Фторид кальция (CaF2) 0,005

Хлорат калия (КСlO3) 0,032

Запальная часть шихты состояла из пероксида кальция (СаO2) и порошка Аl марки ПА-4, взятых в соотношении 4:1. В результате плавки был получен сплав, содержащий, вес.%: Nb - 69,6; Si - 0,08; Al - 29,4, C - <0,01. Степень перехода ниобия в сплав составила 95,8%.

Таким образом, примеры осуществления изобретения демонстрируют положительный эффект от проведения процесса в присутствии солей хлорноватой кислоты: степени перехода ниобия, вольфрама, молибдена, хрома в сплав составили 95,0-96,8%, а тантала увеличился с 60-70 до 90,5%, содержания углерода в сплаве не превышали 0,01%. Процесс технологичен, быстротечен, экономически эффективен.

Список литературы

1. Патент США №10410378, С 22 В 34/24, “Способ получения ниобиевых сплавов”, заявитель Роберт А.Густисон, Кавеки Берилко Индастриз, опубл.27.04.79, заявка №272764201, з. 28.04.78, бюлл. №33 от 07.09.83.

2. Р.Дуррер, Г.Фолькерт, "Металлургия ферросплавов", М., Металлургия, 1976 г.

3. Авторское свидетельство №498345 "Способ получения лигатур тугоплавких металлов внепечным алюмотермическим восстановлением", класс C 22 D 7/06, авторы, Н.Дубровский и др., з-ль Пышминский опытный завод “Гиредмет”, заявлено 12.01.73 г., заявка №1871175/22-1, опубл.21.03.75 г.

Способ получения сплавов тугоплавких металлов внепечным алюмотермическим восстановлением, включающий перемешивание сырья, содержащего оксиды тугоплавких металлов, с оксидами щелочноземельных металлов, порошком алюминия и солью хлорноватой кислоты, размещение шихты в металлическом тигле, помещение на ее поверхности запальной смеси и плавку с получением слитка сплава, отличающийся тем, что в шихту вводят отходы от предыдущей плавки, а на поверхности шихты помещают запальную смесь, состоящую из пероксидов щелочноземельного металла и порошка алюминия, взятых в соотношении 4:1.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению ниобийсодержащих материалов, используемых для получения специальных сталей. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к молибденовым сплавам Mo-Si-B с повышенной стойкостью к окислению, легированных железом, никелем, кобальтом, медью или их смесью.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству лигатур тугоплавких металлов, используемых для легирования титановых сплавов, методом алюминотермической плавки.
Изобретение относится к порошковой металлургии. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к сверхпроводящим соединениям. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к сверхпроводящим соединениям. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в промышленности для изготовления штампового инструмента, используемого при деформации труднодеформируемых материалов, в частности жаропрочных сплавов на никелевой и интерметаллидной основах в изотермических условиях.

Изобретение относится к металлам, в частности к танталу, и изделиям, приготовленным из тантала, а также к способам получения и переработки тантала. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к сплавам, способам их получения и изделиям, выполненным из них. .

Изобретение относится к области металлургии, машиностроения и может быть использовано в металлообрабатывающей промышленности в качестве инструмента для высокотемпературной изотермической штамповки.
Изобретение относится к получению ниобийсодержащих материалов, используемых для получения специальных сталей. .
Изобретение относится к способу получения чистого ниобия, включающему восстановительную плавку пятиокиси ниобия с алюминием и кальцием с получением черновых слитков, их термическую обработку и последующий многократный электронно-лучевой рафинировочный переплав.
Изобретение относится к металлургии редких тугоплавких металлов, а именно к металлургии ванадия, и может быть использовано для получения ванадия высокой чистоты для производства специальных сплавов на основе ванадия.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению титана губчатого магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу удаления хрома и/или никеля из шлаков. .

Изобретение относится к способам переработки техногенных отходов, в частности шламов гальванического никелирования, меднения, хромирования и смешанных шламов. .

Изобретение относится к металлургии производства тантала для конструкционных изделий и танталовых конденсаторов. .

Изобретение относится к металлургии редких металлов, точнее к технологии сплавов алюминия с редкоземельными элементами - скандием, иттрием и лантанидами. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для получения губчатого титана магниетермическим восстановлением тетрахлорида титана. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам металлотермического получения сплавов переходных и редкоземельных элементов с легирующими добавками и может быть использовано для получения лигатур и специальных сплавов.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам алюминотермического получения феррониобия
Наверх