способ получения сплавов тугоплавких металлов

Формула изобретения

Способ получения сплавов тугоплавких металлов, включающий смешивание шихты из материалов, содержащих соединения тугоплавких металлов, шлакообразующих компонентов и алюминиевого порошка, и алюмотермическое восстановление соединений тугоплавких металлов, отличающийся тем, что в шихту вводят соединения металлов с разной степенью окисленности, смешивание шихтовых материалов ведут с их истиранием до достижения следующего фракционного состава: частиц с размером 0,6-1,2 мм - не менее 75%; с размером более 1,2 мм - не более 5%; менее 0,6 мм - не более 20%.

Описание изобретения к патенту

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

Известен (1, стр.435-436) способ получения ванадийсодержащих сплавов путем алюмотермического восстановления ванадийсодержащих материалов.

Недостатком этого способа является то, что восстановлению подвергают материал, содержащий основной металл в его высшей валентности (в данном случае V₂O₅ - V +5). Данное обстоятельство предопределяет низкую технологичность процесса: он идет настолько интенсивно, что не исключается возможность локальных тепловых взрывов. Поэтому из-за резких температурных скачков нарушается гомогенность слитка, понижается извлечение металла в сплав, т.к. часть материала улетает с пылью; применяемые для снижения температуры инертные добавки являются источником примесей, а также увеличивают количество шлака, с которым теряется металл.

В качестве прототипа выбран способ получения сплавов тугоплавких (в данном случае молибденсодержащих) металлов путем алюмотермического восстановления материалов, содержащих тугоплавкие металлы (в данном случае молибден), в присутствии флюсов (извести и плавикового шпата) [1, стр.316-319].

Недостатком данного способа является то, что восстановлению подвергают материал, содержащий основной металл в его высшей валентности (в данном случае МоО₃ - Мо +6). Данное обстоятельство предопределяет нестабильный температурный режим процесса, нередко приводящий к взрыву, а локальные микровзрывы из-за резких температурных скачков нарушают гомогенность слитка; понижается извлечение металла в сплав, т.к. часть МоО₃ испаряется в процессе плавки, а часть слитка (8-9%) отсортировывают.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата: оптимизация температурного режима плавки и повышение извлечения металла в сплав.

Задача решается тем, что в способе получения сплавов тугоплавких металлов, включающем смешивание шихты из материалов, содержащих соединения тугоплавких металлов, шлакообразующих компонентов и алюминиевого порошка и алюмотермическое восстановление соединений тугоплавких металлов, в шихту вводят соединения металлов с разной степенью окисленности, смешивание шихтовых материалов ведут с их истиранием до достижения следующего фракционного состава: частиц с размером 0,6-1,2 мм - не менее 75%; с размером более 1.2 мм - не более 5%; менее 0,6 мм - не более 20% от массы шихты.

При фракционном составе, когда в смеси частицы с размером 0,6-1,2 мм составляют не менее 75%, частиц с размером более 1,2 мм - не более 5%, а с размером менее 0,6 мм - не более 20% от массы шихты, наблюдается необходимая однородность и тесный контакт компонентов смеси. Наличие в шихте металлов с разной степенью окисленности, находящихся в результате истирания и перемешивания частиц с вышеприведенным фракционным составом в тесном контакте друг с другом, восстановителем (алюминием), шлакообразующими и компонентами, обеспечивающими заданный состав сплава, а также при необходимости - отходами от предыдущих плавок, содействует электронным переходам и потому обеспечивает полноту протекания окислительно-восстановительных реакций без спонтанного возрастания температуры, способного вызвать взрыв. Энергетика достаточна для образования жидкотекучих шлаковой и металлической фаз, что и обуславливает формирование гомогенного слитка при максимальном переходе в него восстановленных металлов достаточной степени чистоты. Процесс характеризуется отсутствием даже локальных микровзрывов; стабильным температурным режимом, а потому не требует дополнительного введения ни охладителей в виде инертных оксидов, флюсов и пр. добавок, ни экзотермических реагентов, что чревато повышением вероятности загрязненения конечных сплавов примесями и увеличением выхода побочных продуктов. Процесс протекает в прогнозируемые отрезки времени; характеризуется хорошим отделением сплава и шлака и минимальными потерями за счет улета или уноса.

Диапазоны фракционного состава объясняются следующим образом:

При содержании фракции менее 0,6 мм в количестве 20 и более % от массы шихты - на процесс шлакообразования потребуется меньше энергии, поэтому избыток последней приведет к перегреву шихты, вследствие чего возрастут вероятность взрывов и унос мелкого материала, что естественно снизит извлечение металла в сплав.

При содержании фракции более 1,2 мм в количестве 5 и более % от массы шихты температуры не хватит для равномерного прогрева шихты: часть ее может оказаться непроплавленной, что приведет к снижению степени восстановления основных компонентов, ухудшению формирования шлаковой и металлической фаз.

Примеры осуществления.

Материалы, содержащие оксиды тугоплавких металлов с различной степенью окисленности, перемешивались и истирались друг с другом алюминиевым порошком, шлакообразующими компонентами и компонентами, обеспечивающими заданный состав сплава, а также при необходимости - отходами от предыдущих плавок - до достижения фракционного состава: частиц с размером 0,6-1,2 мм - 75%, более 1,2 мм - 5%, менее 0,6% до 20%, что было достаточно для достижения необходимой однородности смеси и необходимой степени контакта. Время перемешивания зависело от характеристики исходного сырья, но в основном не превышало 10-15 мин. Шихта помещалась в металлический тигель. На ее поверхность помещалась запальная смесь, состоящая из тщательно перемешанных порошка алюминия с перманганатом калия. Шихта запаливалась с помощью раскаленной нихромовой спирали. По окончании активной фазы и охлаждения сплав отделялся от шлака.

Пример 1.

Оксиды молибдена (MoO₂), (МоО₃) и порошок алюминия, губчатый титан, оксид кальция (СаО), фторид кальция (CaF₂) и отходы от предыдущей плавки, взятые при соотношении:

Оксид молибдена Мо+4(MoO2 )	0,183
Оксид молибдена Мо+6(МоО3)	0,244
Титан губчатый	0,044
Порошок алюминия	0,389
Оксид кальция (СаО)	0,022
Фторид кальция (CaF 2)	0,007
Отходы от предыдущей плавки	0,111

истирались и в течение 10 мин перемешивались. Фракционный состав составлял: частиц с размером 0,6-1,2 мм - 75%, более 1,2 мм - 5%, менее 0,6 мм - 20%.

Запальная часть шихты состояла из перманганата калия и порошка Al марки ПА-4. В результате плавки был получен сплав марки АМТ, содержащий, вес: Мо - 50,3; Ti - 7,1; Si - 0,5; Fe - 0,3; C <0,1; Al - ост. Степень перехода молибдена в сплав составила 96,5%. Плавка проходила спокойно. Перегревов и выбросов шихты не наблюдалось.

Пример 2.

Оксиды молибдена (MoO₂), (МоО₃) и порошок алюминия, губчатый титан, оксид кальция (СаО), фторид кальция (CaF₂) и отходы от предыдущей плавки, взятые при соотношении:

Оксид молибдена Мо+4(MoO2 )	0,183
Оксид молибдена Мо+6(МоО3)	0,244
Титан губчатый	0,044
Порошок алюминия	0,389
Оксид кальция (СаО)	0,022
Фторид кальция (CaF 2)	0,007
Отходы от предыдущей плавки	0,111

истирались и в течение 12 мин перемешивались. Фракционный состав смеси составлял: частиц с размером 0,7-1,2-98,5%, более 1,2 мм - 0,5,%, менее 0,7%-1,0%.

Запальная часть шихты состояла из перманганата калия и порошка Al марки ПА-4,-В результате плавки был получен сплав марки АМТ, содержащий, вес: Мо - 50,5; Ti - 7,0; Si - 0,5; Fe - 0,27; C <0,1; Al - ост. Степень перехода молибдена в сплав составила 96,7. Плавка проходила спокойно. В процессе плавки перегревов и выбросов шихты не наблюдалось.

Пример 3.

Оксиды молибдена (MoO₂), (МоО ₃) ванадия (V₂O₅), порошок алюминия, губчатый титан, оксид кальция (СаО) фторид кальция (CaF₂ ) и отходы от предыдущей плавки, взятые при соотношении:

Оксид молибдена Мо+4(MoO2 )	0,052
Оксид молибдена Мо+6(МоО3)	0,052
Оксид ванадия V+5 (V 2O5)	0,334
Титановая губка	0,097
Порошок алюминия	0,156
Оксид кальция (СаО)	0,097
Фторид кальция (CaF 2)	0,052

истирались и перемешивались в течение 12 мин. Фракционный состав смеси составил: в % от массы шихты: частиц с размером 0,7-1,2 - 87,5%, более 1,2 мм - 2,5,%, менее 0,7% - 10,0%.

Запальная часть шихты состояла из перманганата калия и порошка Al марки ПА-4. В результате плавки был получен сплав марки АМВТ, содержащий, вес.%: Мо - 30,5, V - 32,1; Ti - 19,4; Al - остальное, С <0,01. Степени перехода молибдена и ванадия в сплав составили соответственно 96,2 и 95,7%. Плавка протекала спокойно. В процессе перегревов и выбросов шихты не наблюдалось.

Таким образом, примеры осуществления изобретения демонстрируют достижение следующих технических результатов от проведения процесса, по которому в шихту вводятся соединения металлов в различной степени окисленности, истирание и смешивание шихтовых материалов ведут до достижения следующего фракционного состава: частиц с размером 0,6-1,2 мм - не менее 75%; с размером более 1,2 мм - не более 5%; менее 0,6 мм - не более 20% от массы шихты: степени перехода ванадия и молибдена в сплав составили 96,0-96,8%. Процесс стабилен по температуре, а потому технологичен, быстротечен. При спокойном проведении плавок не наблюдается микровзрывов и выбросов шихты. Снижается степень улета и уноса шихты, что естественно повышает степень перехода тугоплавких металлов в сплав и как следствие экономическую эффективность процесса.

Источники информации

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