СОРБЕНТ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ Советский патент 1995 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к процессам рафинирования металлических расплавов от растворенных неметаллических примесей, в частности от кислорода, серы и азота.

Цель изобретения повышение сорбционной емкости, эффективности удаления примесей и обеспечение возможности многократного использования.

В отличие от известного сорбента, представляющего собой смесь порошков активных металлов и неметаллической матрицы в соотношении по массе 1:(1-3), спрессованную в виде гранул, в предлагаемом сорбенте в качестве неметаллической матрицы используются соединения, образующиеся при химическом взаимодействии примеси в жидком металле с активным металлом, входящим в состав смеси.

Предусмотрено также, что для рафинирования металла от кислорода в качестве активного металла могут быть использованы раздельно цирконий, магний, алюминий, титан, а в качестве неметаллической матрицы соответственно оксиды этих металлов. Для удаления серы в качестве активных металлов предложены редкоземельные или щелочно-земельные металлы, а в качестве неметаллической матрицы соответственно их сульфиды. Для удаления азота в качестве активного металла предложен титан, алюминий, ниобий, бор, ванадий или цирконий, а в качестве неметаллической матрицы соответственно их нитриды.

Под действием разности химических потенциалов примеси из рафинируемого расплава диффундируют через проницаемую для них неметаллическую матрицу к активному веществу и вступают с ним в химическое взаимодействие, образуя эквивалентные неметаллической матрице тугоплавкие соединения. В результате в процессе эксплуатации сорбента количество активного вещества уменьшается, а количество неметаллической матрицы увели- чивается. Процесс сорбционного рафинирования прекращается после полного удаления примеси из расплава или полного использования активного вещества и превращения его в веществе неметаллической матрицы.

Рассредоточение активного вещества в веществе неметаллической матрицы, обеспечиваемое прессованием гранул из смеси порошков, исключает опасность заметного загрязнения им расплава и продуктами его взаимодействия с примесью при растрескивании и дроблении гранул. Прессованные гранулы обладают высокой термической стойкостью. Применение прессованных гранул и предложенный подбор состава активного вещества и неметаллической матрицы обеспечивают повышение надеж- ности работы сорбента, более высокую степень использования активного вещества и увеличивают срок эксплуатации.

Опробование предлагаемого сорбента.

Сорбент получали из указанных смесей путем их перемешивания и прессования в гранулы.

В опытах по рафинированию металла от кислорода использовали, в частности, гранулы из порошков диоксида циркония и циркония. В печи Таммана в корундовом тигле расплавили 500 г нераскисленного восстановленного водородом железа с содержанием кислорода 0,17% При температуре 1600^оС в расплавленный металл погрузили с помощью вольфрамового стержня гранулу из диоксида циркония с цирконием в соотношении 1:2 и выдержали некоторое время. Во время выдержки кислород из нераскисленного металла диффундировал через проницаемый для него диоксид циркония и реагировал с цирконием. Перед погружением гранул в расплав и при выдержке гранул в расплаве через каждые 5 мин, начиная с момента погружения гранул, кварцевыми пробницами отбирали пробы металла для химического анализа на содержание циркония и для определения кислорода методом вакуум-плавления на эксхалографе "Бальцерс". Установлено, что содержание кислорода в металле после выдержки 5 мин понизилось до 0,07% а через 20 мин до 0,01% Циркония в пробах металла не обнаружено.

Гранулы после эксперимента сохраняли прежние размеры и высокую прочность. Исследование микрошлифов гранул под микроскопом показало, что в процессе раскисления железа зерна металлического циркония покрылись оболочкой, образованной его диоксидом. Гранулы оказались вполне пригодными для многоразового раскисления, причем эффективность раскисления, характеризуемая скоростью погло- щения кислорода и его остаточным содержанием, на протяжении первых трех плавок осталась неизменной и лишь затем начала снижаться.

Аналогично вводили сорбенты для удаления из жидкого металла серы и азота. Результаты опробования представлены в табл. 1-3.

Они свидетельствуют о повышении сорбционной емкости и эффективности удаления примесей, увеличении срока службы предлагаемого сорбента (многоразовость использования) в сравнении с прототипом.

1. СОРБЕНТ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ, содержащий смесь порошков активных металлов и неметаллической матрицы в соотношении по массе 1 (3 1), спрессованную в виде гранул, отличающийся тем, что, с целью повышения сорбционной емкости, эффективности удаления примесей, многократного использования, в качестве неметаллической матрицы использовано соединение, образующееся при химическом взаимодействии примеси в жидком металле с активным металлом, входящим в состав смеси. 2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован цирконий, а в качестве неметаллической матрицы диоксид циркония. 3. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован магний, а в качестве неметаллической матрицы оксид магния. 4. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован алюминий, а в качестве неметаллической матрицы оксид алюминия. 5. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован титан, а в качестве неметаллической матрицы оксид титана. 6. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использованы редкоземельные металлы, а в качестве неметаллической матрицы - сульфиды редкоземельных металлов. 7. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использованы щелочно-земельные металлы, а в качестве неметаллической матрицы
сульфиды щелочно-земельных металлов. 8. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован титан, а в качестве неметаллической матрицы нитрид титана. 9. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован алюминий, а в качестве неметаллической матрицы нидрид алюминия. 10. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован ниобий, а в качестве металлической матрицы нитрид ниобия. 11. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве активного металла использован бор, а в качестве неметаллической матрицы нитрид бора.