Способ получения карбидов металлов

 

Использование: получение карбидов металлов в электропередачах. Сущность изобретения: получают карбид ванадия из пентаоксида, диванадия и восстановителя прессованием с последующей загрузкой в электропечь, плавкой карбида на блок, дроблением, тонким измельчением и отделением свободного углерода и примесей. Отличием изобретения является дополнительное введение известняка до соотношений углерода к диванадию (0,48-0,55):1 и (0,45-0,47):1, загрузку осуществляют чередованием слоев с термообработкой, и тонкоизмельченный продукт классифицируют водой при Т:Ж = 1:(-5) или 2-10,1-ным раствором минеральных кислот при Т:Ж = 1:(1-10) и нагреве до 40°С. 4 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения карбидов металлов в электропечах. Цель изобретения создание высокопроизводительного процесса получения карбида ванадия, близкого по составу к стехиометрии, и повышение его качества. Вначале загружают шихту, в которой отношение углерода к пентаоксиду диванадия выбрано равным 0,48-0,55, что больше чем требуется по стехиометрии для реакции V₂O₅ + 7C 2VC + 5CO на 0,02-0,09. При отношении, меньшем 0,48, содержание связанного углерода будет не более 16,0% т.е. блок карбида ванадия будет состоять из двух фаз VC и V₂C, при этом микротвердость низшего карбида значительно ниже, чем высшего (1500 против 2800 кгс/мм²), что резко снижает износостойкость наплавленного слоя. Если на первой стадии поддерживать отношение углерода к пентаоксиду диванадия более 0,55, то резко увеличивается проводимость шихты, что приводит к резкому уменьшению посадки электродов, выходу дуг на поверхность, выбросу шихты и прекращению процесса формирования блока. Использование шихты с отношением углерода к пентаоксиду диванадия, равным 0,45-0,47, необходимо для обеспечения стабильно глубокой посадки электродов, хорошего схода шихты и высокой производительности. Если использовать шихту с отношением углерода к пентаоксиду диванадия меньшим 0,45 или большим чем 0,47, то это не позволит обеспечить необходимый технологический процесс. Посадка электродов будет не стабильной, будут наблюдаться выбросы. Введение в шихту известняка в количестве, обеспечивающем отношение CaO/V₂O₅, равном 0,02-0,1, позволит при формировании блока, одновременно с карбидом ванадия получать и карбид кальция (СаС₂) в количестве 1-10 мас. Карбид кальция не растворим в карбиде ванадия, но хорошо растворяет вредные примеси (Mn, Ti, P, S и др.). Это позволит использовать в шихте более дешевый технический пентаоксид диванадия (90-92% V₂O₅), вместо дорогостоящего и дефицитного исходного высшего оксида ванадия марки "Ч" или "ХЧ". Обработка тонкоизмельченного порошка карбида ванадия водой при Т:Ж, равном 1:1-5:5 или слабым раствором минеральной кислоты с концентрацией 2-10% при Т:Ж 1:1-1:10 при температуре 20-40^оС позволит удалить не только свободный углерод до содержания менее 0,5% но и в результате разложения в воде СаС₂ на гидроокись и ацетилен выделить нежелательные примеси. Отношение твердого к жидкому при обработке водой, равное 1:1-1:5, обеспечивает необходимую степень чистоты карбида ванадия при наименьшем выносе годного продукта с нижним сливом при классификации. Концентрация кислоты менее 2% недостаточна для удаления примесей, более 10% требует решения вопросов технологической оснастки и заметно растворяет карбид ванадия. Отношение Т:Ж 1:1-1:10 обеспечивает наименьшие потери со сливом и необходимую степень очистки. Неоднократное чередование подачи дифференцированной шихты через 20-150 мин позволит стабильно поддерживать необходимый энергетический и технологический режим плавки и обеспечит получение блока в печах мощностью от 200 до 2000 кВА с однофазной структурой, с содержанием свободного углерода не более 1,5% и связанного не менее 16% Опытно-промышленные испытания способа получения карбида ванадия показали, что по предлагаемому методу в электропечи получают карбид ванадия с содержанием связанного углерода не менее 16,0% свободного не более 1,5% при этом содержание общих примесей с учетом Са составляет 10-14% Изучение структуры и определение состава фаз на "Камскан" показало, что карбид кальция располагается по границам зерен карбида ванадия и в нем сосредоточены в основном все примеси. Отмывка в воде или минеральной кислоте позволяет получать продукт с содержанием связанного углерода 18,0-19,0% С_своб. не более 0,5% общие примеси 1,0-3,5% П р и м е р 1. Выплавка карбида ванадия в электропечи с использованием дифференцированной шихты по известному способу (прототипу) с использованием технического пентаоксида диванадия (V₂O₅ 92%) представлена в табл. 1. Состав продукта после гидрообработки представлен в табл. 2. Таким образом, по известному способу невозможно получить карбид ванадия с содержанием связанного углерода более 17,5% Кроме этого, известный метод не позволяет использовать технический пентаоксид диванадия с содержанием основного элемента 90-92% поскольку метод не обеспечивает удаление примесей из карбида. Производительность при этом составляет всего около 30 кг/ч при низком извлечении ванадия. П р и м е р 2. Выплавка карбида ванадия с использованием технического пентаоксида диванадия (90% V₂O₅), известняка и сажи. Брикеты изготавливали по известной методике. Компоненты шихты взяты в следующем количестве (см. табл. 3). Варианты шихты N 1 и N 2 на плавку чередовали через 80-120 мин. В табл. 4 представлен состав полупродукта до отмывки (числитель) и продукт после отмывки (знаменатель). Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать карбид ванадия высокого качества при использовании технического пентаоксида диванадия. Недефицитность технического пентаоксида диванадия открывает широкие возможности для использования в народном хозяйстве.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДОВ МЕТАЛЛОВ, преимущественно карбида ванадия, включающий приготовление шихты двух типов из пентаоксида, диванадия и восстановителя, прессование, загрузку в электропечь, плавку карбида на блок, дробление, тонкое измельчение, отделение свободного углерода и примесей, отличающийся тем, что, с целью повышения качества продукта, производительности процесса и степени извлечения ванадия, приготовление шихты осуществляют с дополнительным введением известняка до соотношений CaO V₂O₅ (0,02 0,10) 1 и C V₂O₅ (0,45 0,47) 1 во втором типе шихты, загрузку начинают с первого типа нагретой шихты и чередуют ее с шихтой второго типа через 20 150 мин, проводят термообработку в течение этого времени следующей порции шихты, тонкоизмельченный продукт подвергают классификации водой при Т Ж 1 (1 5) или 2 10%-ным раствором минеральных кислот при Т Ж 1 (1 10) при нагреве до 40^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2