Способ получения карбида металла и печь для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК C01B31/30 F27B9/06 

Изобретение относится к порошково металлургии, в частности к способам получения карбидов из трудновосстанавЛиваемый окислов металлов, и может быть использовано для получения карбида алюминия, являющегося . промежуточным продуктом для получения алюминия в металлургии.

Известен способ получения карбидо из зысокоэнтальпийных оксидов путем гранулирования- оксид -металла, окружения его углеродсодержащим матери,алом и нагрева до температуры воестановления в печах сопротивления L UНедостатком этого способа является невозможность организации непрерывного процесса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущностиявляется способ получения карбида металла, включающий агломерирование nopoiuKoo6 разной смеси,оксида карбидообразующе го материала с сажей или графитом, обжиг и восстановление агломератов до 1500-21ОО С при косвенном нагреве и непрерьшном движении их при введении нереакционноспосрбного (газа в поток агломератов и охлаждение про,« дукта до температуры ниже 400С 2.

Недостатком известного способа является большой расход электроэнергии, связанный с тем, что, при кос венном нагреве при восстан овлении карбида имеет место рассеяние тепла из-за теплопроводности и нежелательное тепловое излучение,

.Наиболее близкЪй к предлагаемой печи является печь для термообработки углеродсодержсцдих материалов, содержащая вертикалюную огнеупорную шахту с последовательно размещенными в ней камерой предварительного нагре ва и обжига и высокотемпературной камерой с вертикальными электродами, установленными в верхней части камеры 13 .

Недостатками устройства являются неравномерность нагрева реакционной шихты, приводящая к неполному восстановлению, а также больиюй расход электроэнергии, связанный с верти.. кальным положение электродов, обеспб чивакхцим нагрев в камере предвари тельного нагрева.

. Цель изобретения - сокращение энергозатрат и обеспечение равномерности нагрева. . .

Поставленная цель достигается тем, 4fo смесь оксида алюминия и . углеродсодержащего материала агяомерируют, на агломераты наносят слой углеродсодержащего материала, подвергают обжигу при косвенном нагреве и затем термообработке при 1950-: пропусканием электрического тока через непрерывно движущиеся агломераты. .

Отличие предло кенного способа заключается в том, что предварительн на агломераты наносят слой углеродсодержащего материала и термообработку проводят при 1950-20. путем пропускания электрического тока через агломераты.

Печь дЛя получения карбида металла содержит вертикальную огнеупор ную шахту с последовательно размещеннымы в ней камерой для обжига, в стенках которой выполнены каналы для подачи газового теплоносителя, и высокотемпературной камерой, выполненной расширяющейся книзу с электродами, один.из которых установлен в поду по центру, а другие в боковых стенках высокотемпературной камеры.

.Отличие предлагаемой печи состоит в том, что в стенках камеры для обжига выполнены каналы для подачи газового теплоносителя, а высокотемпературная камера выполнена расширяиицейся книзу, один из электродов установлен в поду по центру, и другие - в боковых стенках высокотемпературной камеры, ,

Нанесение на агломераты слоя углеродсодержащего материала позволяет ос вдествить Непосредственный нагрев агломератов путем пропускания электрического тока червз углеродсодержащее покрытие, при этом не происходит рассеивания и излучения тепла, что,позволяет сократить энергетические затраты на 20-30%. Другая функция слоя - служить компактной прочной оболочкой, внутри которой происходит процесс восстановления с обрат зованием карбида. Этот процесс восстановления связан с существенными изменениями объема и массы, однако благодаря прочности обожженной родной оболочки нагрев путем пропускания тока не нарушается, обеспечивает равномерность нагрева всей ре.акционной шихты с одной стороны и позволяет вести процесс строго при 1950-2050 с, когда потери алюминия на испарение и образование газообразных субокислов алюминия минимальны

Расположение электродов в высокотемпературной камере печи позволяет осуществить непресо шиость способа и равномерный нагрев агломератов. Осущедтйление предварительного нагрева за счет отходящих газов из высокотемпературной камеры, для чего в стенках камеры косвенного нагрева, выполнены каналы для подачи газового теплоносителя, позволяет сократить расходы электроэнергии.

На чертеже представлена печь-для получения карбщ1а метгшла, продольный разрез.

Печь содержит вертикальную огнеупорную шахту 1 с последовательно размещенными камерой 2 предваритель ного нагрева и высокотемпературной камерой 3. В верхней части камеры 2 размещена воронка 4 с коническим за вором 5 для подачи агломератов и наклонные окна 6 для вывода рёакцио ного газа, в камере 2 установлены патрубки 7 для подачи нагретого воздуха в нагревательный канал 8, выполненный в стенке 9 камеры 2. В стенке 9 выполнен канал 10 для удаления отходящих газов;из нагрева тельного канала 8. Распределитель газового потока с регулирующим клапаном 11 размещен в наклонных окнах 6 камеры 2. Высокотемпературная камера 3 выполнена расширяющейся книзу, причем один электрод 12, изготовленный из электрографита ,и навин ченный на водоохлаждаемый стержень 13, расположен по центру камеры в ее поду. Боковые электроды 14 на водоохлаждаемых стержнях 15 размеце ны в боковых стенках высокотемпературной камеры 3. Камера 3 изнутри футерована слоем 16 каменного угля и теплоизолирующим слоем 17 из керамического огнестойкого материала, а снаружи снабжена охлаждаемой водо оболочкой 18, В нижней части высоко температурной камеры 3 выполнены каналы 19 для выгрузки продукта, вылЬженные изнутри огнеупорным мате риалом 20. Канал 19 сообщается с вибролотком 21. Предлагаемое устройство работает следующшл образом. , Смесь оксида алюминия с углеродсодержащим материалом в виде агломератов , заключенных в.углеродсодержа- щую оболочку, поступает через воронку 4 и затвор 5 и подается в камеРУ 2.. В камере 2 агломераты обжиггиотся коксуются, что сопровождается вьщеле нием газообразных продуктов.Вместе с восстановительным газом из высокотемпературной камеры 3, который, cocтоит в основном из моноокиси углерода, газообразные продукты покидают камеру 2 через наклонные окна 6 и магистраль 22. Часть смеси газов направляют в нагревательный канал 8. в стенках камеры 2, который служит средством косвенного нагрева этой камеры. По патрубкам 7 подают наг- ретый воздух в канал 8, где восстановительные газы сжигаютс за счет чего и осуществляется косвенный нагрев, температура в нижней части камеры 2 достигает ДЗООс. -Горячие отходящие газы оставляют канал 8 через канал 10 и направляются в теплообменник для подогрева воздуха (не показан). Распределение газового потока в нагревательный канал 8 и магистраль 22 регулируется клапаном 11. Из камеры 2 обо сженные твердые агломераты попадают ,во внутреннюю полость высокотемпературной камеры 3, Электрический ток для нагрева (восстановления) , переменный или постоянный, регулируется таким образом, чтобы обеспечить температуру 19502050 0. При этом в смеси порошков оксида алюминия с углеродсодержащим материалом под углеродной оболочкой образуется карбид алюминия. Образовавшийся карбид алюминия, заключенный в оболочку из углеродсодержащего материала, выгружают по каналам 19 и вибролотку 21. Температура выхода составляет около 1500leoo c. Вместо вибролотков могут применяться дисковыеустройства или шнековые транспортеры.. Выгрузка карбида алюминия происходит при изоляции от воздуха. П. р и м е р. 100 ч.порошкообразной окиси алюминия с максимальным размером частиц 10Омм перемещают с 24 ч. размельченного в порошок «еф яного кокса и. 46 ч. электродното пека с температурой размягчения .ТЗ/с. Смешивание производят в обогреваемом -смесителе пературе примерно 180 С. графита или порошка нефтяного кокса и пека на штамповочном прессе штам|Пуют-. короткие цилиндрические гильзы, служащие угЛеродсодержащим слоем для реакционной смеси. Запрессовку реакционной смеси в углеродсодержащую гильзу осуществляют при удельном давлении 5 Н/мкг . Наружный диаметр гильз составляет 50 мм, толщина стенок - 4 мм., длина гильз - 100 мм. В одной гильзе содержится примерно 110 см свежей реакци-i онной смеси, что соответствует примерно количеству 200 г. Графитовые или углеродсодержащие оболочки/ наполненные смесью из окиси алюминия, порошка нефтяного- кокса и пека загружают в камеру обжига, которая имеет внутренний диаметр -1,5 м и высоту 8 м и обогревается газом снаружи, агломераты медленно перемещаются вниз и нагреваются до температуры примерно ЮООс, замеренной у нижнего выхода камеры обжига. В ходе процесса косвенного нагрева пековое св.язугацее коксуется с образованием в остатке примерно 65% кокса. В смеси остаются 30 вес. ч. кокса из первоначальных 46 ч. пека. Таким образом, в результате коксования смесь содержит 65 вес. ч. окиси алюминия и 35 вес. ч. углерода. В нижней части высокотемпературной V камеры агломераты нагревают до температу1 л порядка 1950-2000С. Электрит ческий ток 50 КА с напряжением 60 В пропускают непосредственно через графитовые гильзы, служа1цие материа

It Способ получения карбида металла, преимушеств аино карбида алюминия, включающий агломерирование смеси порошков оксида и углеродсодержащего материгша, обжиг при косвенном нагреве и последующую термообработку при нерперывном движении агломератов, отличающ и и с я тем, что с целью сокращения энергозатрат и обеспечения равномерности нагрева, на агломераты предва рительно наносят слой углеродсодержащего материгша и термообработку ведут при 1950-2050 С пропусканием электрического тока через агломераты. 2. Печь для получения карбида металла, содержащая ёертикгшьную огнеупорную шахту с последовательно размещенными в ней камерой для обжига и высокотемпературной камерой с электродами, отличающаяiC я тем, что, с целью сокращения энергозатрат и обеспечения равномерности нагрева, в стенкак камеры для обжига выполнены каналы для подачи газового теплоносителя 1 высокотемпературная камера в ыполнена . расширяющейся книзу, один из электродов установлен в поду по центру и другие - в боковых стенках высокотемпературной . 4 эо ;о эо