СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК C21C1/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам раскисления металлов.

Известен способ раскисления металлов, при котором раскислители вводят в металлический расплав внутри емкости с кислородопроницаемыми стенками. Под действием разности химических потенциалов кислород диффундирует через проницаемую для него стенку, изготовленную из твердоэлектролитной керамики, внутрь емкости и связывается там элементом-раскислителем.

Введение элементов-раскислителей в металлический расплав внутри емкости с кислородопроницаемыми стенками позволяет раскислять металлы без загрязнения их и раскислителями и продуктами реакции раскисления. Однако раскисление раскислителями, заключенными в емкость с кислородопроницаемыми стенками, идет медленно, что уменьшает эффективность этого способа раскисления.

Известен фильтр для сорбционного раскисления расплавленных металлов, выполненный в виде вертикальной кислородопроницаемой трубы, внутри которой между ограничивающими сверху и снизу керамическими сетками засыпаны капсулы, наполненные раскислителями и выполненные из кислородопроницаемой керамики. Труба фильтра снаружи контактирует с графитовой засыпкой. При проливе нераскисленного металлического расплава через трубу растворенный в металле кислород диффундирует внутрь гранул и на наружную поверхность трубы, где связывается элементами-раскислителями, в том числе углеродом графитовой засыпки.

Обработка потока металлического расплава в фильтре благодаря увеличению контакта поверхности расплава с поверхностью кислородопроницаемой керамики и перемешиванию металла в потоке создает благоприятные кинетические условия раскисления. Однако невысокая раскислительная способность углерода графитовой засыпки не обеспечивает глубокого рафинирования расплавов от кислорода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ раскисления металлических расплавов углеродом в вакууме. Так как продуктом реакции раскисления металлов углеродом является газ (СО), то уменьшение давления в газовой фазе приводит к пропорциональному увеличению раскислительной способности углерода, что позволяет глубоко раскислить металл без применения сильных металлических раскислителей.

Недостатком раскисления металлических расплавов углеродом в вакууме является высокая стоимость оборудования и большие затраты на обработку расплава, обусловленные необходимостью создания специальных вакуумных емкостей, в которые можно было бы поместить обрабатываемый металлический расплав, и необходимостью создавать и поддерживать в объеме этих больших емкостей низкое давление вакуум.

Целью изобретения является уменьшение затрат на раскисление.

Это достигается тем, что согласно предлагаемому техническому решению при введении углерода в расплав внутри емкости с кислородопроницаемыми стенками внутри емкости создают разрежение.

Устройство для раскисления выполнено в виде емкости из газопроницаемого углеродсодержащего материала, на наружную поверхность которой нанесена кислородопроницаемая керамика, и снабжено каналом для создания в ней разрежения.

Кроме того, раскисление расплавов проводят в защитной атмосфере. При погружении в кислород, содержащий металлический расплав, устройства в виде емкости из газопроницаемого углеродсодержащего материала с нанесенной на ней оболочкой из кислородопроницаемой керамики, кислород под действием разности химических потенциалов диффундирует из расплава через кислородопроницаемую керамику к углеродсодержащему материалу и вступает во взаимодействие с углеродом. Образующийся газ монооксида углерода через газопроницаемый материал отводится внутрь емкости, связанной с вакуумной системой. Создание разрежения внутри емкости, изготовленной из газопроницаемого углеродсодержащего материала и покрытой кислородопроницаемой керамикой, сопровождается пропорциональным увеличением раскислительной способности углерода, что позволяет глубоко раскислить металл.

Отличием предложенного способа раскисления является создание разрежения внутри емкости из газопроницаемого углеродсодержащего материала, покрытого кислородопроницаемой керамикой. Создание разрежения внутри небольшой емкости позволяет легко получить вакуум самыми простыми вакуумными насосами очень малой производительности и сильно влиять на раскислительную способность углерода. При этом отпадает необходимость строительства громоздких вакуумных установок и мощных вакуумных систем.

Отличием предложенного устройства для раскисления металлических расплавов углеродом является изготовление емкости из газопроницаемого углеродсодержащего материала, внутренняя емкость которой сообщается с вакуумной системой, а на наружную поверхность нанесена кислородо- проницаемая керамика. Благодаря такой конструкции благоприятные термодинамические условия для раскисления расплавов углеродом создаются не за счет понижения давления газовой фазы над металлическим расплавов, а внутри несопоставимо меньшей по объему полости емкости.

Отличием предложенного способа раскисления металлических расплавов углеродом также является и то, что раскисление проводят в защитной атмосфере. Без создания защитной атмосферы над раскисляемыми расплавами кислород воздуха взаимодействует с расплавами, уменьшая эффективность раскисления. Создание защитной атмосферы препятствует поступлению кислорода из атмосферы в расплавы и повышает эффективность раскисления.

Затраты на создание, эксплуатацию и обслуживание предлагаемого устройства для раскисления и реализацию предлагаемого способа на несколько порядков меньше по сравнению с затратами на строительство, эксплуатацию и обслуживание вакуумных установок, используемых для раскисления металлов углеродом в вакууме.

На чертеже дано устройство для раскисления металлических расплавов.

Устройство содержит газопроницаемый углеродсодержащий материал 1, кислородопроницаемую керамику 2, патрубок 3 для соединения с вакуумным насосом.

Из газопроницаемого углеродсодержащего материала, например графита, изготовляют емкость требуемых размеров и формы, например в форме пробирки. На поверхность емкости методами напыления, осаждения, шликерного литья и другими наносят кислородопроницаемую керамику 2, например, из диоксида циркония. Открытым концом емкость соединяют с вакуумным насосом. Устройство опускают в раскисляемый расплав и включают вакуумный насос. Кислород из расплава диффундирует через слой кислородопроницаемой керамики и вступает в химическое взаимодействие с углеродом стенок емкости, а образующийся газ (СО) удаляется из емкости вакуумным насосом.

Для предотвращения насыщения расплава кислородом воздуха раскисление целесообразно вести при создании над расплавом защитной атмосферы восстановительной или нейтральной. Защитную атмосферу можно создать обдувом поверхности расплава аргоном, азотом, монооксидом углерода и другими газами или путем наполнения защитными газами объема над расплавом плавильной печи, герметизированного ковша и т.д. Спустя некоторое время концентрация кислорода в расплаве понижается, что сопровождается и уменьшением газовыделения из емкости. При достижении требуемого содержания кислорода в расплаве прекращают эвакуацию газов из емкости, устройство извлекают из расплава.

Благодаря использованию предлагаемых способа и устройства для раскисления металлических расплавов углеродом появляется возможность глубоко раскислять металл, в том числе особонизкоуглеродистый, без загрязнения его углеродом. При этом раскисление можно проводить и на воздухе, например в сталеразливочном ковше, под слоем шлака, обрабатывая любую массу металла, выплавленного в любом сталеплавильном агрегате. Затраты на раскисление металлических расплавов углеродом предлагаемым способом на несколько порядков меньше, чем при обработке вакуумом на существующих установках.

П р и м е р. Изготовили устройство для раскисления металлических расплавов в виде графитовой пробирки. На пробирку нанесли слой диоксида циркония. С открытого конца в пробирку вклеили корундовую трубку, которую шлангом соединили с вакуумным насосом.

В индукционной печи емкостью 20 кг расплавили мягкое железо, нагрели его до 1600^оС. После отбора пробы в металл опустили пробирку. Поверхность металла обдували аргоном, раскисляли металл в течение 10 мин. Образующийся газ СО удаляли из пробирки вакуумным насосом. По истечение 10 мин взяли вторую пробу металла и извлекли пробирку. Пробы до и после раскисления подвергли анализу на содержание кислорода в металле.

До раскисления содержание кислорода в металле 0,131% после раскисления 0,008%
Таким образом, в результате испытаний установлено, что данные способ и устройство для раскисления металлических расплавов позволяют за короткий промежуток времени достичь высокой степени раскисления металла. Кроме того, раскисление осуществляется в открытой ванне и с вакуумным насосом малой мощности, в результате этого отпадает необходимость использования громоздких и дорогостоящих вакуумных установок.

Осуществляют обработку металлического расплава углеродом, помещенным внутрь емкости с кислородопроницаемыми стенками, которая связана с вакуумной системой. При погружении устройства в металлический расплав кислород диффундирует из расплава через кислородопроницаемую стенку и вступает во взаимодействие с углеродом. Образующийся газ СО отводится вакуумной системой. Создание вакуума внутри небольшой емкости позволяет легко получать вакуум вакуумными насосами малой производительности и сильно влиять на раскислительную способность углерода. При этом отпадает необходимость строительства громоздких вакуумных установок и мощных вакуумных систем. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ раскисления металлических расплавов, включающий введение в расплав углерода, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат на раскисление, углерод вводят с помощью замкнутой емкости с кислородопроницаемыми стенками, внутри которой создают разрежение. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раскисление проводят в защитной атмосфере. 3. Устройство для раскисления металлических расплавов, содержащее керамическую емкость с кислородопроницаемыми стенками, отличающееся тем, что, с целью снижения затрат на раскисление, емкость выполнена из газопроницаемого углеродсодержащего материала, а кислородопроницаемая керамика расположена на наружной поверхности емкости, при этом емкость снабжена патрубком для подсоединения вакуумной системы.