Способ деазотации жидкого металла

 

нее, ючэо

t Ф баете,т 4В- t 44

М 1

ОПИСАН

ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 250577 (21) 2510898/ с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Союз Советскик

Социалистических республик

С 5/56

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК621. 365,91 (088.8) Опубликовано 050180 Бюллетень Н91

Дата олубликования описания 0501.80 (72) Авторы изобретения

Г,О. Найгебауэр, Б,Н. Моргалев, Г.Г. Завалин, В.Я. Белогуров, В.И. Дмитриенко и A.Â. Кутаков (71) 3алвитель Сибирский металлургический институт имени Серго Орджоникидзе (54) СПОСОБ ДЕАЗОТАЦИИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Изобретение относится к области металлургии стали, а именно к процессам деаэотации стали и железа.

Известен способ деазотации стали путем вакуумирования в жидком состоя" нии в ковше или вакуумной печи. Однако деаэотация путем наложения вакуума требует значительного времени. Азот медленно удаляется иэ расплава даже в том случае, когда фактические его концентрации во много раэ превышают равновесие, т.е. когда давление в камере вакуумного агрегата снижено до 0,0015 атм и менее, Достаточно быстро деаэотация протекает лишь в случае вакуумирования стали в нераскисленном состоянии при содержании углерода свыше 0,0.5-0,10%, т.е. когда за счет высокого парциального давления окиси углерода (высокой иупругости выделения окиси углерода)„

1t расплав под вакуумом кипит Азот,выделяясь в готовые пузырьки окиси углерода, выносится ими иэ расплава (1).

Деазотация металла вакуумированием в нераскисленном состоянии не всегда приемлема, так как требует последующего рафинирования металла от кислорода,. Кроме того, она неприменима для сталей, в состав которых входят повышенные количества элементов с высоким средством к кислороду (хром, марганец, алюминий, титан и т.п.), т.е. по своему основному химическому составу являющихся раскисленными.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому изобретению является способ деазотации металла в раскисленном состоянии путем продувки или обдувки его в ходе вакуумировання водородом или водородсодержащими газами при давлении 1-10 мм рт.ст, (или 0,0015-015 атм) (2). За счет этого отмечается переход азота из металлической фазы в газовую и увели-. чивается поверхность раздела фаэ газ-металл, на которой протекает деа- . эотация.

Недостатком способа является удаление азота лишь на оголенной поверхности металла в ковше или тигле печи (в случае обдувки расплава укаэанными газами сверху), или на поверхности пузырьков, продуваемого через расплав газа (в случае продувки снизу) ° Результат процесса сильно зависит от гидродинамических условий

707974 продувки и эффективность способа уменьшается при переходе от лабораторных масс металла к промышленньци, Следствием этого является недостаточная скорость деазотации промышленных масс металла и нестабильность результатов.

Целью изобретения является интенсификация процесса вакуумной деаэотации металла в раскисленном состоянии.

Поставленная цель достигается тем, что деаэотацию вакуумированием ведут в условиях повышенных концентраций водорода в металле. Концентрация водорода регулируется таким образом, что парциальное давление водорода, равновесное с его фактической концен- 15 трацией в металле, т,е, упругость выделения водорода, должно быть больше барометрического давления в вакуумной камере. При таком парциальном давлении водорода в верхних гориэон- 20 тах металла возможно зарождение и рост пузырьков водорода на поверхности футеровки емкости с металлом. Это приводит к самопроизвольному кипению расплава, Азот из расплава диффунди- д5 рует в пузырьки водорода,. удаляясь из расплава вместе с водородом, Механизм процесса становится подобным механизму .процесса деазотации нераскисленного расплава с повышенным содержанием углерода. Скорость деаэотации многократно (пять-десять раз) возрастает, процесс протекает в режиме кипения расплава как при высоком, так и при низком содержании азота.

Минимальное Превышение упругости выделения водорода над барометрическим давлением в вакуумной камере,при. котором возможно водородное кипение расплава, составляет 0,05 0 1 атм, Оно необходимо для преодоления сил .поверхностного натяжения металла в момент зарождения газовых пузырьков.

Получить превышение упругости выделения водорода более 1,2-1,5 атм в открытом агрегате невозможно, для это-45 го требуется агрегат типа автоклава.

Превышение упругости выделения водорода до 1,5 атм. можно получить в плазМенной печи, в которой плазмообраэующим газом является водород или смесь газов с содержанием водорода более 10-20%, Поскольку по закону

Сивертса (Н) = K> 9q, то в данном процессе вакуумная деазотация проводится с соблюдением условия

55 н) — = 7 + (o,os-:(, s 1, Кн где (Н) — концентрация водорода в металле, Ъ или мл/100 г;

К и — растворимость водорода 60 в металле при парциальном давлении водорода, равным

1 атм,,Ъ или мл/100 r, P< "- барометрическое давление в вакуумной камере, атм, Металл водородом может насыщаться до вакуумирования или в ходе его„При этом могут использоваться следующие способы насыщения, продувка металла водородом или водородсодержащим газом, водяным паром; обработка металча водородсодержащей плазмой;обработка металла водородсодержащими или влагосодержащими твердыми добавками.

При насыщений водородом металла, на- ходящегося в ковше, наиболее тех-. нологичным является вдувание в металл водородсодержащих газов на значительной глубине, например через днище ковша, где за счет гидростатического давления столба металла даже под вакуумом общее давление составляет не менее 0,5-2,0 атм, Это способствует растворению водорода.

При насыщении металла водородом до вакуумирования пригоден практически любой из перечисленных способов насыщения.

При струйных методах вакуумирования водород также интенсифицирует процесс деазотации. Водород, предварительно введенный в металл, способствует дроблению вакуумируемой струи, увеличивая поверхность деазотации.

Избыточный водород по достижении заданной степени деаэотации при необходимости удаляется иэ металла эа счет некоторого продолжения вакуумирования или продувкой нейтральным газом.

Отмечается возможность эффективной деаэотации при использовании сравнительно грубого вакуума, например возможность получения низких концентраций азота при вакуумировании в камере с давлением до 0,15-0,2 атм..

При этом необходимо лишь обеспечить достаточно высокий уровень концентра ции водорода в металле. Повышение рабочего давления в процессе до 0,0150,15 атм. уменьшает необходимую мощность вакуумных насосов и удешевляет вакуумную установку.

Кроме того, в отдельных случаях процесс насыщения металла водородом может вообще не проводиться как специальная операция, Например, при использовании водяного пара как окислителя при регулировании концентрации некоторых компонентов перед вакуумированием, или,при использовании водорода в качестве плаэмообразующего газа, если деаэотации подвергается металл, выплавленный в плазменной печи. Насыщение металла водородом будет побочным эффектом, который используется для повышения эффективности вакуумной деаэотации, Пример. Испытание способа проведено в лабораторных условиях из

60 кг вакуумной индукционной печи .

Вакуум в печи создают после расплавления шихты и насыщения металла водо707974

Формул а, и з о брет енн я

Составитель A. Щербаков

Редактор О. Филиппова Техреду О.Андрейко Корректор И- Горват

Тирая 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8439/24

Филиал ППП !Ïàòåíò1 Ð,г ужгород, ул Проектная/4 родом. Ши хт ой служит бе э углеродистое железо типа Армкожелезо, насыщенное азотом. Водород вдувают в металл через пористую огнеупорную вставку в дне тигля печи.

При вакуумировании насыщенного водородом металла после снижения давления до 0,10 атм. и ниже наблюдается кипение расплава, приводившее эа

3-5 мин к снижению содержания азота с 0,028-0,030 до 0,018-0,019%, после чего кипение прекращается. Повторное насыщение водородом и вакуумирование приводит к дальнейшему снижению содержания азота. Без насыщения металла водородом эа это же время конечное содержание азота составляет 0,0240,0273, а дальнейшее снижение содержания азота до 0,018-0,019% требует выдержки металла под вакуумом 1530 мин, Способ деаэотации жидкого метал .—. включающтй вакуумирование и обработку металла водородом или водородсодержащими газами о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью интенсификации дегаэации, дегазацию ведут при концентрации водорода в металле, обеспечивающей превышение упругости выделения водорода над барометрическим давлениЕм в вакуумной камере на

0,05-1,5 атм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сб. под редакцией A.M. Самарина Вакуумная металлургия, М,, Металлургия, 1962, с. 46 — 53.

2. Линчевский Б.В. Вакуумная индукционная плавка, М., Металлургия, 1974, с. 34-134 — (прототип) .