Способ дегазации жидкого металла

 

СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА, включающий приложе«ие напряжения к электрохимической ячейке, состоящей из жидкого металла и твердого электролита, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повыпения качества металла путем удаления азота из жидкого металла, в качестве твердого электролита исполь зуют нитрид алюминия, а в расплав вводят 1,0-1,5% алюминия от массы металла, при этом анодом является жидкий металл. 5 :л Эд

09) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

0NIatн

РЕСПУБЛИК

3Ш С 21 С 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ св ф) с, )q)ygв

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И н ввтсвснсмт свндвтвсвствт

11 . н. с °,с

° сю

ФЮ аа (21) 3670165/22-02 (22) 08.12.83 (46).23.12.84. Бюл. Р 47 (72) В.Т.Бешкарев, Н).В.Тараканов, Т.В.Дубовик, Б.В.Линчевскнй, Л.Ф.Очкас-и А.Л.Соболевский (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени вечерний металлургический институт (53) 669.18.27(088.8) (56) 1. Линчевский Б.В ° Вакуумная индукционная плавка. М., "Металлургия", 1975, с. 239.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 846567, кл. С 21 С 5/52, 1979. (54) (57) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОГО

МЕТАЛЛА, включающий приложение напряжения к электрохимической ячейке, состоящей иэ жидкого металла и твердого электролита, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьипения качества металла путем удаления азота из жидкого металла, в ка" честве твердого электролита исполь эуют нитрид алюминия, а в расплав вводят 1,0-1,5Х алюминия от массы металла, при этом анодом является жидкий металл.

616

1 11ЗО

Изобретение относится к металлур-: гии, в частности к способам деазотации сталей и сплавов.

Азот всегда присутствует в техили иных количествах в сталях и 5 сплавах и оказывает значительное, в основном, вредное влияние на их технологические и механические свойства. В целом можно сказать, что обеспечение минимальных концентраций 10 азота в металле является одной из важ. нейших задач металлургического производства.

Известен способ деазотации при обработке металла вакуумом. Возмож- 15 ность снижения в условиях вакуумной плавки парциального давления азота приводит к снижению его концентрации в расплаве (2) .

Однако данный способ имеет значи- 20 тельные недостатки. Во-первых, он требует наличия сложного и дорогостоящего вакуумного оборудования, во-вторых, при производстве сложноле° гированных сталей и сплавов примене- 25 ние вакуума во многих случаях оказывается малоэффективным и не позволяет снизить содержание азота в металле ниже 0,01Х.

Наиболее близким,по технической сущности к предлагаемому является . способ электрохимической дегаэации жидкого металла, заключающийся в прикладывании напряжения к электрохимической яЧейке, состоящей из жидкого .металла и твердого электролита, вьг.35

° полненного из двуокиси циркония )2).

Однако известный способ не обеспечивает удаление азота из жидкого металла.

Цель изобретения — повышение качества металла путем удаления азота из жидкого металла.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу дегазации жидко-45 го металла, включающему приложение напряжения к электрохимической ячейке, состоящей из жидкого металла и твердого электролита, в качестве твердого электролита используют нитрид алюминия, а в расплав вводят 1,0-1,5Х алюминия от массы металла, при этом анодом является .жидкий металл.

На фиг. 1 представлена схема осуществления способа электрохнмическо- 55 го удаления азота из,металла, на фиг. 2 — график, иллюстрирующий предлагаемый споооб.

Металл расплавляется в тигле 1 из нитрида алюминия, выполняющем функцию твердого электролита. При подаче напряжения анодом служит расплавленный металл 2, а катодом — порошок тугоплавкого металла 3, обладающего сродством к азоту, например хром, Одним иэ электродов является молибденовая проволока 4. Электродом, через который осуществляется контакт с расплавом, служит металлокерамический стержень 5, не растворяющийся в жидком металле. Перед проведением плавок тигли из нитрида алюминия подвергаются высоковакуумной обработке при температуре 1900 К для снятия окисленного внешнего слоя. Для предотвращения окисления нитрида алюминия в процессе плавки ее ведут В.атмосфере инертного газа.

При подготовке плавки в шихту, загружаемую в печь, добавляется кусковой алюминий. Экспериментально установлено, что количество алюминия, обеспечивающее предотвращение разложения твердого электролита и, следовательно, максимальную эффективность деаэотации составляет 1,0-1,5Х от массы металла. При содержании алюминия мене 1,0Х невозможно получить конечные концентрации азота ниже

0,008Х. Содержание алюминия в жидком металле более 1,5Х не увеличивает эффективность деазотации металла и приводит к возрастанию стоимости плавки из-за повышенного расхода алюминия .

При плавке металла в тиглях иэ нитt рида алюминия происходит взаимодей4 ствие материала тигля с расплавом.

При этом происходит разложение нитрида алюминия по реакции (1) + (Nj ° (1) I

Вьделившийся в результате разложения алюминия азот переходит в металл.

При этом чем ниже содержание азота в расплаве, тем большее развитие будет получать процесс разложения твердого электролита. Это приводит к тому, что становится невозможным получить достаточно низкие концентрации азота при его электрохимическом удалении. Введенный в металл алюминий смещает равновесие реакции (1) в левую сторону, тем самым предотвращая днссоциацию твердого электролита, и способствует более эффективной деазотации расплава.

3 1130

Пример. Проводят опыт, используя в качестве шихты чистое железо. Исходное содержание азота в шихте составляет О,ОЗХ, кислорода—

0,0047. Плавки проводят в атмосфере аргона при температуре 1873 К. Масса пЛавки составляет 300 r. В шнхту добавляют алюминий, количество которого составляет: 0,5 I 0; 1,25 1,5 и 2,07 от массы металла. При прило- 10 женин напряжения к электродам ячейки через нее начинает протекать ток,. величина которого определяется потоком ионов азота через твердый электролит и составляет 4А. Результаты опытов представлены на фиг. 2.

Семейство кривых 1. и 3 показывает изменение содержания азота при выдержке в тиглях из нитрида алюминия соответственно жидкого железа и расплава Fe-Al. При выдержке жидкого . железа содержание азота в металле возрастает с 0,03 до 0,.0357. Это говорит о том, что происходит взаимодействие нитрида алюминия с металлом и выделившийся азот переходит в расплав. При плавке расплава Fe — 1,0X Al содержание азота остается на уровне исходного металла, что свидетельствует о том, что в этом случае нитрид алюминия не разлагается.

616 .4

Кривая 2 показывает изменение содержания азота.при электрохнмическом раскислении железа в тиглях из

ЕгО (СаО). В этом случае содержание азота не изменяется и остается на уровне О,ОЗХ.

Данные по электрохимическому удалению азота из жидкого железа соответствуют кривой 4. Конечную концентрацию азота в данном случае не удалось получить ниже 0,015Х.

Семейство кривых 5-9 представляет электрохимическое удаление азота из расплава Fe-AI при разном количест" ве алюминия. В случае введения 0,5Х алюминия (кривая 5) содержание азота не снижается ниже 0,008Х. При введении 1,0, 1,25, 1,5 и 2,0Х алюминия (кривые 6-9) полученные конечные концентрации азота находятся практически, на одном уровне и составляют порядка

О,ООЗХ.

Предлагаемый способ наиболее целе-. сообразно использовать при выплавке сложнолегированных сталей. Использование предлагаемого изобретения позволяет при минимальных затратах получать металл с гарантированно низким содержанием азота (0,002X).

1130616

0 д80

Редактор Н.Яцола

Заказ. 9583/23 Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППН "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

jHJ и

О, g40

Составитель Е.Ноткин

Техред А.Кикемезей Корректор С,йекмар