СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2005 года по МПК C22C27/00 C22B5/04 

Описание патента на изобретение RU2257421C1

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.

Похожие патенты RU2257421C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ 2004
  • Дубровский А.Я.
RU2266344C1
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУР НА ОСНОВЕ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ 2003
  • Альтман П.С.
  • Дубровский А.Я.
  • Паздников И.П.
RU2246551C1
ШИХТА ДЛЯ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУР С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПРИМЕСЕЙ 2006
  • Альтман Петр Семенович
  • Дубровский Аркадий Яковлевич
  • Паздников Игорь Павлович
  • Зелянский Андрей Владимирович
RU2331676C2
Способ получения полуфабриката из сплава на основе ниобия 2018
  • Сёмин Александр Анатольевич
RU2680321C1
МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ИХ ФТОРИДОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ И ШИХТА ДЛЯ ЭТОГО 2001
  • Верклов М.М.
  • Васильев А.А.
  • Зоц Н.В.
RU2181784C1
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИОБИЙСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ЕЕ ПОДГОТОВКИ 2004
RU2250270C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА С СОДЕРЖАНИЕМ ЦИРКОНИЯ БОЛЕЕ 30% ИЗ ОКСИДНОГО ЦИРКОНИЙСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ) 2013
  • Красиков Сергей Анатольевич
  • Агафонов Сергей Николаевич
  • Пономаренко Артём Александрович
  • Тимофеев Александр Иванович
  • Надольский Александр Львович
RU2560391C2
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТАНТАЛОВЫХ СПЛАВОВ И НИОБИЕВЫХ СПЛАВОВ 2017
  • Фэджардо, Арнел, М.
  • Фолц, Джон, У.
RU2697122C1
СПОСОБ ВОЛКОВА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Волков Анатолий Евгеньевич
RU2401874C2
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ЛИГАТУР НА ОСНОВЕ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ 2001
  • Альтман П.С.
  • Дубровский А.Я.
RU2206628C2

Реферат патента 2005 года 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.

Формула изобретения RU 2 257 421 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2257421C1

US 4164417 А, 14.08.1979
Способ получения лигатур тугоплавких металлов 1973
  • Дубровский Аркадий Яковлевич
  • Паздников Игорь Павлович
  • Елютин Александр Вячеславович
  • Ривкин Михаил Наумович
  • Козлов Флегонт Николаевич
SU498345A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ НИОБИЯ 1992
  • Детков П.Г.
  • Чуб А.В.
  • Мельников Л.В.
  • Путин А.А.
  • Путина О.А.
RU2022043C1
GB 1294293 A, 25.10.1972
Гербицидная композиция 1975
  • Алан В.Джонсон
  • Джеральд Роузбери
SU612607A3
Экструзионная щелевая головка дляполива кинофотопленок 1974
  • Залесов Альберт Капитонович
  • Кириенко Александр Михайлович
  • Орлов Николай Федорович
  • Тютюник Леонтий Николаевич
  • Сомов Николай Никитович
  • Шевченко Александр Васильевич
SU509447A1

RU 2 257 421 C1

Даты

2005-07-27Публикация

2004-04-02Подача