Способ получения электрокорунда

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >975574 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.05.80 (2! ) 2922422/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М Кл з

С 01 F 7/30

Гееудерстееиимй кемитет

СССР

Опубликовано 23.11.82. Бюллетень №43

Дата опубликования описания 28.!1.82 (53) УДК 669.712, .04 (088.8) пе Мелем изееретеиий и еткрмтий

А. К. Титов, В. К. Руденко, А.Н. Пореда и Г. И. Ливерант

А.

1 А::

Днепропетровский ордена Трудовог Красного Знамени / металлургический инсччшу

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОКОРУНДА

Изобретение относится к получению искусственных абразивных материалов, широко применяемых во многих отраслях промышленности, в частности машиностроении.

В современном промышленном производстве, йапример металлообработке, применяются мелкокристаллические абразивные материалы на основе альфа-окиси алюминия.

Известей способ получения мелкокристаллического абразива, заключающийся в том, что расплавленную массу его выливают в формы, заполненные металлическими изделиями правильной формы, например шарами, и оставляют до затвердевания (1).

Такой споЧоб позволяет применять изделия, температура плавления которых йиже температуры абразива, однако яе обеспечивает кристаллохимическую однородность материала и требует наличия значительного количества охлаждающих тел-более 2700 кг/т расплава.

Известен также способ получения электрокоруйда, предусматривающий электроплавку, разливку и охлаждение расплава в формах, заполненных кусками материала того же состава крупностью 3,5 — 6,0 см. Разливка электрокорунда в формы, заполненные кусками, способствует быстрому затвердеванию расплава в промежутках между ними и обеспечивает получение материала с размерами кристаллов-300 мкм (2) .

Однако получение электрокорунда по данному способу с использованием кусков, фактически, готовой продукции — соотношение массы заливаемого расплава и кусков колеблется от 0,35 до 2,5 — сопряжено с постепенным ухудшением его качества вследствие йакапливания примесей в оборотном материале. Получаемый абразив характеризуется нестабильностью минералогического состава и физико-механических свойств из-за имеющихся различий в скорости затвердевания зон слитков — верх, центр, низ. Разность между содержанием алюминатов кальция в зонах слитка достигает 4 — T/ц, механическая прочность шлифзерна зернистостью 40, полученного из электрокорунда с центральной зоны, составляет 67, T/0, а с верхней — 70,3%.

Наиболее близким к предложенному по достигаемому эффекту является способ получения электрокорунда, включающий электро9?5574 плавку, выпуск расплава, введение в него затравки в виде зерен электропродукта и

его охлаждение. Способ позволяет улучшить качество электрокорунда за счет получения его в виде изометрических монокристальных зерен размером 500 — 160 мкм с повышенной прочностью (3J.

Однако качественные показатели электрокорунда, предназначенного для производства синтетических шлаков, изготовления огнеупоров и противопригарных покрытий сталеразливочных изложниц определяются не формой, размером и прочйостью его зерен а однородностью содержания фи":лческого корунда и распределения примесей — окислов титана, железа, кремния, карбидов TiC, Al C, SiC, нитридов TiN, A1N, газов, т. е. стабильностью минералогического состава.

Кроме того, качество электрокорунда зависит также от термической и химической стойкости, плотности, величины аномального расширения, хрупкости,: поверхностных свойств, механической прочности и т. д., т. е. характеризуется целым комплексом физико-механических свойств.

Целью изобретения является повышение качества электрокорунда путем стабилизации минералогического состава и физикомеханических свойств электрокорунда.

Указанная цель достигается тем, что при получении электрокорунда способом, включающим его электроплавку, выпуск расплава, введение в него затравки в виде зерен и охлаждения, расплав охлаждают со скоростью 140 — 170 С/мин, а затравки кристаллизации вводят в количестве 5 — 10 < от массы расплава при крупности зерен затравки 3 — 5 мм

В качестве затравок вводят вещество, выбранное из ряда, содержащего окислы, карбиды, нитриды, бориды или силициды металлов, или их смеси, или керметы на их основе.

Вводимые затравки имеют относительную магнитную проницаемость, по крайней мере на 0,5 ед. превышающую магнитную проницаемость электрокорунда.

Охлаждение электрокорундового расплава со скоростью 140 — 170 С/мин обусловлено необходимостью получения материала с размерами кристаллов минералов не более

50 мкм, ограничения во времени процессов взаимодействия, выделяющегося при кристаллизации первым корунда с примесными окислами — окисью кальция, окисью натрия двуокисью кремния, а также максимальной локализацией перераспределения примесей в слитке.

Отвод тепла от расплава со скоростями менее 140 С/мин не обеспечивает, в первую очередь, идейтичности кристаллического строения материала в центральных и периферийных областях слитка, что отрицательно сказывается на стабильности физикомеханических свойств продукции.

Охлаждение жидкого электрокорунда со скоростью более 170 С/мин (например, 190 — 210 С/мин) позволяет в большей степени стабилизировать минеральный состав и структуру материала, однако прирост

5 физико-механических свойств (3 — 4%) в сопоставлении с энергозатратами незначителен.

Указанные скорости охлаждения электрокорунда обеспечиваются только в начальный момент заливки расплава в форму, и в дальнейшем резко падают. Теплопоглотительную способность охлаждающей формы, на уровне близком к начальйому, поддерживают отводом от нее тепла с помощью охладителя.

Температура максимального нагрева формы 100 †!10 С основывается на необходимости поддержания наибольшего перепада температур между охлаждаемым электрого

25 зо

4О

Ж

5S корундом и формой. При охлаждении формы до температуры менее 100 С, с помощью наиболее распространенных охладителей, не исключается возможность контакта расплава с последними, попавшими внутрь формы, что может стать причиной выброса жидкого электрокорунда. Повышение температуры форм, например до 115 С, снижает скорость охлаждения электрокорунда до 136—

138 С/мин и ухудшает стабильность физикомеханических свойств продукции.

Интенсивный отвод тепла от расплава и имеющиеся в нем различные твердые включения — карбиды, нитриды металлов обеспечивают получение электрокорунда с мелкокристаллической структурой только в тех частях слитка, которые непосредственно контактируют с формой; центральная зона слитка имеет более крупяозерйистую структуру. Для выравнивания длительности затвердевания зон слитка и получения кристаллохимически однородного продукта яа струю электрокорунда в формы задают извне частицы материала — затравки кристаллизации крупностью 3 — 5 мм в количестве

5 — 10 / от массы расплава.

Анализ кинетических и температурных особенностей процесса затвердевания электрокорундового расплава позволяет предположить, что в связи с узостью температурного интервала кристаллизации последнего (1950 †19 С) в качестве затравок возможно использование частиц крупностью

2 — 3 мм с удельной теплотой плавления яе ниже, чем у электрокорунда. Наличие во вводимом материале -ферромагнитных включений и легко сплавляющихся микровыступов (10 — 100 мкм) приводит к необходимости увеличить размеры затравок до 3 — 5 мм.

Экспериментальное опробываяие показывает что введенные в расплав электрокоруяда (Т=2200 С) массой 15 — 25 кг частицы примерно того же состава, крупйостью 3 — 5 мм, полностью не расплавляются и являются. дополнительными центрами затвердевания.

Если в каждый кубический сантиметр жид975574

5 кого электрокорунда массой 15 — 25 кг и плотностью 2,90 — 2,92 г/см вводить частицу крупностью 3 — 5 мм и массой соответственно 0,15 — 0,29 г, то расход затравок составляет 5 — 1Оо/о от массы расплава.

Предлагаемый способ получения электрокорунда предполагает использование затравочных материалов, имеющих не меньшую, чем электрокорунд, термическую прочность и не менее, чем на 0,50 ед. большую относительную магнитную проницаемость. Использование материала с меньшей, чем у электро- 10 корунда, термической прочностью позволяет снизить теплосодержание расплава. Образование поверхностей раздела, на которых смогли бы расти кристаллы корунда и примесных минералов, в этом случае отсутствует.

Введение затравок из материалов, относительная магнитная проницаемость которых лишь незначительно (на-0,17 ед) превосходит относительную магнитную проницаемость готовой продукции, йе обеспечивает полного выделения введенных частиц в процессе магнитного обогащения измельченного электрокорунда.

Совокупность отличительных признаков предлагаемого способа — охлаждение расплава электрокорунда со скоростью 140—

170 С/мин поддержанием температуры форм, равной 100 †1 С и одновременным вводом в струю электрокорунда в количестве

5 — 19/р от массы расплава, затравок кристаллизации крупностью 3 — 5 мм, обладающих не менее чем на 0,50 ед. большей, по сравНению с готовой продукцией, относитель- 30 ной магнитной проницаемостью, обеспечивает надежное выделение затравочных материалов в процессе магнитного обогащения продуктов, получение материала с равномерно распределенными примесями и механической прочностью не менее 71,7 /О.

ЗФ

Пример. Выплавленный в электропечном агрегате электрокорунд, например нормальный, следующего состава, о/<..

А1гОз 94,49;

FegO 1,25; 40

SiOz 0,53

TiOg 2,0;

СаО 0,95;

MgO 0,48 при — 010 С из ленточного отверстия по футерованному графитом носку

45 поступает в наклоняющуюся емкость, обеспечивающую регулировайие потока в формы.

Из наклоняющейся емкости, по футерованному графитом желобу, электрокорунд самотеком поступает в чугуННые формы массой 50

129 кг и емкостью 15 — 25 кг расплава, установленные на напольный конвейер, типа применяющихся в литейном производстве.

С поступлением первых порций расплава на конвейер на внешнюю поверхность форм подают охладитель — воду, в количестве, 55 определенном следующим расчетом, 1 кг электрокорундового расплава, охлаждаемого от 2200 до 105 С, с учетом скрытой теплоты кристаллизации, равной 260 ккал/кг, выделяет 930 ккал тепла. Тогда слиток массой

15 — 25 кг выделит 13950 — 23250 ккал (58406 — 97343 кДж) тепла. Форма массой

129 кг и теплоемкостью 0,14 — 0,15 ккал/г С, в интервале температур 25 — 200 С, при охлаждении в ней электрокорунда до 105 С, способна поглотить 1445 ккал (6050 кДж) тепла. Если принять, что все тепло, выделяемое слитком, передается форме, тогда избыток его составляет 12505 — 21805 ккал (52356

91293 кДж).

На струю электрокорунда в формы, с помощью сжатого воздуха, задают затравки кристаллизации, содержащие, о/о..

А120з 59 4

ГегОз 10,59;

FeO 7,72;

Гец т 4 63

%02 8 20;

TiOg 7,63;

С 0,76 и состоящие из смеси частиц крупностью

3 мм (40о/о), 4 мм (35о/о) и 5 мм (25о/о).

При этом расход затравок (процента от массы расплава) и их относительная магнитная проницаемость (свыше относительной магнитной проницаемости электрокорунда) характеризовались следующими средними данными (см. табл. 1).

Охлажденные в течение 2,5 — 3,5 мин до 1700 С слитки извлекаются из форм и подвергаются окончательному охлаждению на горизонтальных охладителях. Температура форм в этом случае составляет 106 С.

Представленные партии слитков из плавок 2 — 77, 2 — 78, 2 — 79, полученных предлагаемым способом и известным (2) по действующей технологии перерабатывают на продукт крупностью 5 — 0 мм. Магнитная сепарация измельченных продуктов, выполненная в барабанном сепараторе типа

206 — СЭ при напряженности магнитного поля 1090 эрстед (86,76 кА/м и верхней подачей материалов), позволяет выделить из каждого вида материалов сильномагнитные фракции. Средний сверхнормативный выход сильномагнитной фракции (затравок) крупностью 3 — 5 мм из электрокорунда, полученного предлагаемым способом приведен в табл. 2.

Таким образом, введенные в расплав затравки выделяются полностью из измельченного электрокорунда только в том случае (плавка 2 — 79), когда их относительная магнитная проницаемость не менее, чем на

0,50 ед. превосходит относительную магнитную проницаемость электрокорунда.

Предлагаемый способ получения электрокорунда обеспечивает равномерное распределение примесей в материале и стабильные физико-механические свойства продукции, полученной из различных зон слитков — вверх, центр, низ (см. табл. 3). В электрокорунде, полученном по предлагае975574

При этом существует возможность механизации и автоматизации процесса разливки электрокоруйда.

Внедрение предложенного способа йа одном из заводов отрасли, например производящем нормальный электрокоруйд по технологии «йа выпуск», позволяет упразйить операции по выпуску 18 — 22 т расплава из электропечи в футерованйую хромо-магйезитовым кирпичем изложницу объемом 8,0мз, по охлаждению электрокоруйда в изложйице и на участке водяного орощейия в течение (всего) 46 ч, по разбивке слитков йа специальных копрах до размеров кусков, йе более 300 мм, и по сортировке кусков.

Предложенный способ позволяет сократить затраты рабочей силы; увеличить выход шлифматериалов; улучшить эксплуатациойные свойства шлнфинструмента — производительность, стойкость. Годовой экономический эффект(увеличение выхода шлифматериалов) составляет 86,5 тыс. руб.

Таблица1

Относительная магнитная проницаемость, ед.

Плавка Расход затравок

0,17

0,4) 2-77

2-78

7,5

0,50

2-79

Таблица 2

Выход сильномагнитной фракции, о

Плавка

3,8 б,З

0,71

О,б9

2-77

2-78

1,00

10,2

2-79 таблица3

Плавка

Средняя масса слитка, Средний

Механическая прочность злектрокорунда, полученного из различных зон слитков, о, Средняя скорость охлаждения расплава, С/мин

Размер кристаллов корунда, мкм расход затравок, о

4 от маскг сы распла ва

Центр Низ

Верх

15,1

2-77 5,0

2-78 7,5

2-79 10,0

75,0 73.0

74,1 71,9

72,9 71,7

169,2

73,1

30-44

30-50

30-52

19,3

72,3

71 9

159,0

140, 1

24,8 мой технологии, примеси расположены равномерно по границам зерен корунда, à в полученном известным способом — по границам и в зернах корунда, что снижает механическую прочность материала.

Абразивный ийструмейт, изготовленный йа базе электрокорунда, полученного по предлагаемой технологии, обеспечивает более высокую удельную производительность шлифования трудйообрабатываемых сплавов.

Использование предлагаемого способа 10 получения электрокорунда обеспечивает по сравнению с известными способами возможность получения мелкокристаллического электрокорунда с равномерным минералогическим составом и стабильными физикомеханическими свойствами; использовайие отвальных отходов электрокорундового производства; возможность изготовления отечественного шлифинструмента, пригодного для силового шлифования.

Фактическая относительная магнитная проницаемость, ед.

975574

Формула изобретения

Составитель Н. Петров

Редактор П. Коссей Техред И. Верес Корректор В. Прохненко

Заказ 8268/32 Тираж 509 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретении и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

l. Способ получения электрокорунда, включающий его электроплавку, выпуск расплава, введение в Hего затравки в виде, зерен и его охлаждение, отличающийся тем, что, с.целью повышения качества электрокорунда путем стабилизации его минералогического состава и физико-механических свойств, расплав охлаждают со скоростью

140 — 170 С мин, а затравки кристаллизации вводят в количестве 5 — 10% от массы расплава при крупности зерен затравки

3 — 5 мм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве затравки вводят вещество, выбранное из ряда, содержащего окислы, 10 карбиды, нитриды, бориды или солициды металлов, или их смеси, или керметы на их основе.

3. Способ по пп. 1 и 2, отлич,сиощийся тем, что вводимые затравки имеют относительную магнитную проницаемость, по крайней мере на 0,5 ед. превышающую магнитную проницаемость электрокорунда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2127231, кл. кл. С 09 К 3/00, 1974.

2. Патент США № 3781172, кл. С 09 С 1 68, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР № 526596, кл. С 01 F 7/30, 1974.