Сорбент для рафинирования металлических расплавов

 

Изобретение относится к металлургии черных и цветных металлов, а именно к рафинированию металлов и сплавов от растворенных примесей, и может быть использовано для получения особо чистых металлов и сплавов. Цель - повышение эффективности использования активного металла за счет повышения кислородопроницаемости твердого электролита. Сорбент для электрохимического раскисления металлических расплавов в виде гранулы из порошка твердого электролита и рассредоточенных в ней частиц активного металла заключен в оболочку, изготовленную из карбида металла, оксид которого входит в состав материала твердого электролита. В процессе предварительного подогрева сорбента на воздухе до начала контакта его с раскисляемым расплавом или в окисленном расплаве металла карбиды, образующие оболочку гранул, могут вступать в химическое взаимодействие с кислородом, не прореагировавшие - растворяются в металле. В результате этого взаимодействия карбиды превращаются в оксиды, входящие в состав твердых электролитов с анионной по кислороду проводимостью, т.е. в материал твердого электролита. 5 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к сорбентам для рафинирования металлических расплавов от растворенных примесей, в частности кислорода. Целью изобретения является повышение эффективности использования активного металла на раскисление за счет повышения кислородопроницаемости твердого электролита. На чертеже показан сорбент для рафинирования металлических расплавов, разрез. Сорбент представляет собой гранулы из порошка твердого электролита 1 с рассредоточенными в них частицами активного металла раскислителя 2. Гранула заключена в оболочку 3 из карбида металла, оксид которого входит в состав материала твердого электролита. В зависимости от состава твердого электролита в качестве материала оболочки могут быть использованы карбиды циркония, иттрия, тория, гафния, алюминия. В процессе предварительного подогрева сорбента на воздухе до начала контакта его с раскисляемым расплавом или в окисленном расплаве металла карбиды, образующие оболочку гранул, могут вступать в химическое взаимодействие с кислородом воздуха или с растворенным в металле кислородом, а также с материалом твердого электролита и превращаться в твердый электролит с высокой анионной (кислородной) проводимостью. Например, 2ZrC= 3O₂_→ 2ZrO₂+2CO (1) ZrC+3[O] _→ ZrO₂+CO (2) ZrC+ZrO₂_→ 2ZrO_2-x+CO (3) В результате этого взаимодействия карбиды циркония, гафния, тория, иттрия, алюминия превращаются в их оксиды, обладающие анионной по кислороду проводимостью, т.е. в материал твердого электролита. Поскольку указанные карбиды характеризуются высокой термодинамической прочностью их окисление при температуре предварительного подогрева (до 1200^оС) происходит с малой скоростью или не происходит вообще. По этой причине для эффективной защиты металла раскислителя от кислорода воздуха достаточно тонкой (доли миллиметров) оболочки карбидов. При контакте гранул сорбента с раскисляемым расплавом может продолжаться окисление карбидов оболочки кислородом, растворимым в металле, с образованием материала твердого электролита, растворение карбидов в металле и взаимодействие карбидов с твердым электролитом гранулы. В результате взаимодействия карбидов оболочки с твердым электролитом гранулы в последнем возрастает доля электронной составляющей проводимости, что равносильно образованию закорачивающих перемычек в короткозамкнутом гальваническом элементе и способствует повышению кислородопроницаемости твердого электролита. Устройство для электрохимического раскисления изготавливают прессованием порошка твердого электролита с частицами активного металла. После просушки на полученные гранулы методом напыления и погружения в шликер наносят пленку карбида активного металла. Из огнеупорных трубы, сеток, сливного стакана и воронки собирают известный фильтрующий узел. Внутрь трубы помещают гранулы сорбента. Узел нагревают до 1000-1200^оС и через него проливают расплав железа. При контакте с расплавом защитная оболочка гранул из карбида активного металла растворяется. Кислород из расплава диффундирует через твердый электролит сорбента и взаимодействует с активным металлом. Отрафинированный расплав через сливной стакан сливается в приемную емкость. П р и м е р. Использование сорбента для электрохимического раскисления расплавов. На базе печи Таммана собирают фильтр для сорбционного рафинирования металла. В качестве активного металла используют стружку и крупку металлического циркония, в качестве твердого электролита диоксид циркония, стабилизированный полуторной окисью иттрия, а в качестве защитной оболочки карбид циркония. В индукционной печи расплавляют 20 кг мягкого железа, нагревают до 1600^оС и проливают через фильтрующий узел, предварительно нагретый до 1000-1200^оС, в изложницу. При фильтровании отбирают пробы металла из приемной воронки и изложницы, в которых контролируют содержание кислорода, циркония и углерода. Результаты анализов представлены в таблице. Результаты определения содержания кислорода в металле до и после фильтра свидетельствуют о том, что применение защитной карбидной оболочки повышает степень раскисления, т. е. степень использования активного металла непосредственно на раскисление расплава. Рафинирование металлических расплавов от растворенного кислорода путем фильтрации их через фильтрующий узел целесообразно использовать при получении сталей и сплавов, в которых особенно нежелательны примеси элементов раскислителей и неметаллические включения.

Формула изобретения

1. СОРБЕНТ ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ по авт. св. N 1230193, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности использования активного металла на раскисление за счет повышения кислородопроницаемости твердого электролита, гранула заключена в оболочку из карбида металла, оксид которого входит в состав твердого электролита. 2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала оболочки использован карбид циркония. 3. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала оболочки использован карбид иттрия. 4. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала оболочки использован карбид тория. 5. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала оболочки использован карбид гафния. 6. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала оболочки использован карбид алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2