Алюмотермический способ получения металлов
Изобретение относится к области металлургии, к производству ферросплавов, в частности к выплавке феррованация. Шихтовую смесь загружают порционно со скоростью 40 - 100 кг/м2 мин, при восстановлении поддерживают соотношение пентоксида ванадия и извести 1: (0,42 - 0,5) и расходе извести 0,84 - 1,0 т/т сплава, а плавку проводят в наклоняющемся или стационарном агрегате с выпуском расплава. Предлагаемый способ позволяет повысить извлечение ванадия на 5,8%, существенно снизить остаточное содержание алюминия в сплаве, уменьшить потери ванадия в улет и в виде корольков металла, снизить расход огнеупоров. 1 табл.
Изобретение относится к металлургии, а именно к производству ферросплавов.
Известны два способа получения феррованадия: силикотермический и алюмотермический.
Силикотермический способ включает заправку печи, заливку рафинировочного шлака предыдущей плавки, загрузку металлоотсева, восстановительный и рафинировочный периоды и выпуск продуктов плавки.
По этому способу полученный сплав содержит 40-45 мас.% ванадия, 1,5 мас. % кремния, до 1 мас.% алюминия. Извлечение ванадия достигается 99,5 мас.%. Расход электроэнергии составляет 1350 кВт/ч/т. Расход магнезитовых огнеупоров доходит до 400 кг/т.
Недостатком способа является то, что процесс протекает при высоких температурах (1900-2000 o C), затрудняющих проведение восстановительных и рафинированных процессов, приводит к низкой стойкости футеровки и высокому расходу электроэнергии.
Алюмотермический способ достаточно широко распространен и осуществляется электропечной или внепечной плавкой [1].
При электропечном способе плавки пентоксид ванадия с избытком алюминия загружают в электропечь с магнезитовой футеровкой и проплавляют при поднятых электродов с нижним запалом. По окончании процесса включают печь и проплавляют шлак, что способствует осаждению корольков сплава. После слива отвального шлака, содержащего около 1,8 мас. % пентоксида ванадия, на зеркало расплава задают новую порцию пентоксида ванадия, которая рафинирует сплав от избытка алюминия. Образующийся шлак с высоким содержанием пентоксида ванадия используется в шихте последующей плавки.
По этому способу извлечения ванадия составляет 95-97 мас.%, а расход электроэнергии достигает 3500 кВт.ч/т сплава. Сплав содержит около 80 мас.% ванадия и до 0,25 мас.% углерода.
Недостатками способа являются безвозвратные потери ванадия с отвальными шлаками, большие затраты электроэнергии, повышенный расход дорогостоящего алюминия и снижение производительности процесса ввиду проведения дополнительной операции рафинирования, что значительно ухудшает технико-экономические показатели.
Целью изобретения является повышение извлечения ванадия, снижение расхода огнеупоров и трудозатрат.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения феррованадия, включающему загрузку, проплавление и восстановление шихтовой смеси, состоящей из пентоксида ванадия, алюминиевого порошка и флюса, и охлаждение сплава, отличающийся тем, что загрузку смеси ведут порционно со скоростью 40 - 100 кг/м 2 мин, при восстановлении поддерживают соотношение пентоксида ванадия и извести 1 : (0,42 o C 0,50) и расходе извести 0,84 - 1,0 т/т сплава, а плавку проводят в наклоняющемся или стационарном агрегате с выпуском расплава.
Количество извести и ее соотношение с пентоксидом ванадия, скорость процесса определены на основании экспериментальных данных и обусловлено получением наиболее оптимального температурного и шлакового режимов.
Указанные соотношения и количества в совокупности со скоростью проплавления шихты позволяют сформировать более легкоплавкий, активный и жидкоподвижный шлак, способствующий более полному осаждению корольков металла и, обеспечивают проведение процесса восстановления при 1700-1750 o C.
Такие температурные условия улучшают протекание экзотермической реакции.
2/5 V2O5 = 4/3 Al = 4/5 V + 2/3 Al2O3 G т = -119900+14,54T Смешивают равновесие реакции в сторону восстановления ванадия, снижают развитие процесса испарения, что в конечном счете приводит к повышению извлечения ванадия.
Проплавление и восстановление шихтовой смеси осуществляют в наклоняющемся или стационарном агрегате с несменяемой магнезитовой фетуровкой, обеспечивающие слив расплава, направление в электропечи, тигле с выпускным отверстием или другом аналогичном агрегате.
Применение таких агрегатов позволяет снизить расход огнеупоров и исключает большие трудозатраты в сравнении с перефутеровкой и разборкой тиглей. Оптимальные скорости и порционная загрузка шихты обеспечивают ровный ход плавки, исключающии выбросы расплава.
Пример. Испытание способа проводили в электропечи, футерованной магнезитовыми огнеупорами. На подину загружали небольшое количество реакционной смеси, состоящей из измельченных пентоксида ванадия, извести и алюминиевого порошка, и производили поджог смеси с помощью электрической дуги. После поджога смеси и образования расплава из печного бункера по поворотной трубочке по мере проплавления смеси небольшими порциями загружали остальную часть шихты. После завершения процесса плавка выпускалась. На все плавки задавалось 30 кг железных металлодобавок.
Результаты исследований приведены в таблице.
Как видно из табличных данных извлечение ванадия повышается в среднем на 5,8%, существенно снижается остаточное содержание алюминия в сплаве. Наилучшие результаты достигаются при содержании в шлаковом расплаве пентоксида ванадия в пределах 6,1 - 6,4 и оксида кальция 29,6 - 33,2 мас.%.
Более низкая температура шлакового расплава способствует лучшему осаждению корольков металла, потери в улет уменьшаются в среднем в 2 раза.
В сравнении с существующим способом существенно снижается расход магнезитовых материалов и исключаются затраты труда на разработку и подготовку тиглей.
Оптимальное количество задаваемой извести и ее соотношение с пентоксидом ванадия составляет 0,84 - 1,0 т/т и 1: (0,42 0,50).
При отношении извести более 0,5 от массы пентоксида ванадия и ее количестве более 1,0 т/т ухудшается кинетика процесса, образуются вязкие гетероденные шлаковые расплавы, что приводит к повышенным потерям ванадия в виде корольков и снижению извлечения ванадия (вариант 6).
При отношении извести менее 0,42 от массы пентоксида ванадия и ее расходе менее 0,84 т/т ухудшаются термодинамические условия восстановления и образуются высокотемпературные шлаковые расплавы, что приводит к увеличению потерь ванадия в улет и снижению извлечения ванадия (вариант 7). Ведение плавки со скоростью ниже 40 кг/м 2 мин вызывает холодный ход процесса из-за нарушения кинетики процесса, что приводит к снижению извлечения и выхода ванадия в сплав (вариант 6).
Ведение плавки со скоростью выше 100 кг/м 2 мин приводит к перегреву шлакового расплава, ухудшению термодинамики процесса и, как следствие, к повышенному улету ванадия (вариант 7).
Эффективность от использования изобретения складывается за счет увеличения извлечения ванадия, экономии огнеупоров и уменьшения трудозатрат.
Алюминотермический способ выплавки феррованадия, включающий загрузку в агрегат с магнезитовой футеровкой шихтовой смеси, состоящей из пентоксида ванадия, алюминиевого порошка и извести, проплавление и восстановление шихтовой смеси, выпуск расплава, отличающийся тем, что загрузку шихтовой смеси осуществляют порционно со скоростью 40 - 100 кг/м 2 мин, при восстановлении поддерживают соотношение пентоксида ванадия к извести 1 : (0,42 - 0,50) при расходе извести 0,84 - 1,0 т/т сплава.
Алюминотермия
Алюминотермия (алюмотермия; от лат. Aluminium и греч. therme — тепло, жар) — способ получения металлов, неметаллов (а также сплавов) восстановлением их оксидов металлическим алюминием:
При этой реакции выделяется большое количество теплоты, смесь нагревается до 1900—2400 °C.
История
Реакция открыта в 1859 г. русским химиком Н. Н. Бекетовым.
Алюминотермия (от алюминий и греч. thérme — теплота), алюминотермический процесс, получение металлов и сплавов восстановлением окислов металлов алюминием (см. Металлотермия). Шихта (из порошкообразных материалов) засыпается в плавильную шахту или тигель и поджигается с помощью запальной смеси. Если при восстановлении выделяется много теплоты, осуществляется внепечная алюминотермия, без подвода тепла извне, развивается высокая температура (1900—2400°С), процесс протекает с большой скоростью, образующиеся металл и шлак хорошо разделяются. Если теплоты выделяется недостаточно, в шихту вводят подогревающую добавку или проводят плавку в дуговых печах (электропечная алюминотермия). В Советском Союзе электропечная алюминотермия широко распространена. Алюминотермию применяют для получения низкоуглеродистых легирующих сплавов трудновосстановимых металлов — титана, ниобия, циркония, бора, хрома и др., для сварки рельсов и деталей стального литья; для получения огнеупора — термиткорунда. Алюминотермия открыта русским учёным Н. Н. Бекетовым (1859), в промышленности внепечной процесс освоен немецким химиком Г. Гольдшмидтом (1898).
Применение
Алюминотермия применяется для получения хрома, ванадия, марганца, вольфрама и других металлов и сплавов. Термит (смесь порошка алюминия с железной окалиной) используют при сварке рельсов, стальных труб, металлических конструкций.
См. также
- Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Алюминотермия" в других словарях:
алюминотермия — (алюминий + гр. therme теплота, жар) алюмотермия способ получения металлов восстановлением их окислов алюминием, процесс сопровождается повышением температуры до 2 400 °с; а. используется также для сварки рельсов, труб и в зажигательных снарядах … Словарь иностранных слов русского языка
алюминотермия — алюмотермия Словарь русских синонимов. алюминотермия сущ., кол во синонимов: 1 • алюмотермия (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин … Словарь синонимов
АЛЮМИНОТЕРМИЯ — (от алюминий и греч. therme жар теплота), получение металлов и сплавов восстановлением оксидов металлов алюминием, которое сопровождается выделением значительного количества теплоты (см. Металлотермия) … Большой Энциклопедический словарь
алюминотермия — Способ выплавки низкоуглерод. ферросплавов с использованием Аl в кач ве восстановителя. Осн. особенности алюминотермич. процессов (АТП): выделение значит. к ва тепла — возможность процесса без подвода электрич. (тепловой) энергии извне, т.е … Справочник технического переводчика
АЛЮМИНОТЕРМИЯ — (от алюминий и греч. thermё тепло, жар) процессы, осн. на восстановлении порошкообразным алюминием кислородных соединений металлов. При А. развивается высокая темп pa (до 3000 °С). Применяется для нагрева и расплавления кромок соединяемых… … Большой энциклопедический политехнический словарь
алюминотермия — (от алюминий и греч. thérmē жар, теплота), получение металлов и сплавов восстановлением оксидов металлов алюминием, которое сопровождается выделением значительного количества теплоты (см. Металлотермия). * * * АЛЮМИНОТЕРМИЯ АЛЮМИНОТЕРМИЯ (от… … Энциклопедический словарь
алюминотермия — aliuminotermija statusas T sritis chemija apibrėžtis Metalų gavimo būdas, jų oksidus redukuojant aliuminiu. atitikmenys: angl. aluminothermic process; thermite process rus. алюминотермия; алюмотермия … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Алюминотермия — (от Алюминий и греч. thérme теплота) а люминотермический процесс, получение металлов и сплавов восстановлением окислов металлов алюминием (см. Металлотермия). Шихта (из порошкообразных материалов) засыпается в плавильную шахту или тигель… … Большая советская энциклопедия
алюминотермия — алюминотермия, алюминотермии, алюминотермии, алюминотермий, алюминотермии, алюминотермиям, алюминотермию, алюминотермии, алюминотермией, алюминотермиею, алюминотермиями, алюминотермии, алюминотермиях (Источник: «Полная акцентуированная парадигма… … Формы слов
алюминотермия — алюминотерм ия, и … Русский орфографический словарь
Алюминотермия [aluminothermy] — способ выплавки низкоуглеродистых ферросплавов с использованием Al в качестве восстановителя. Процесс в общем виде может быть описан экзотермической реакцией:
2/уМе х О у + 4/ЗAl = 2х/уМе + 2/3Al2O3-Δ H Al.
Основные особенности алюминотермических процессов (АТП): выделение значительного количества тепла — возможность процесса без подвода электрической (тепловой) энергии извне, т.е. внепечного способа выплавки ферросплавов; достижения высоких (tпл) температур металла и шлака; хорошее разделение металлических и шлаковых фаз.
Алюминотермический (внепечной) процесс можно вести в горне (шахте, ковше) с верхним или нижним запасом шихты. Для экономии Al алюминотермические процессы получения ферросплавов, как правило, ведут в ваннах электропечей с дуговым подогревом.
Недостатки алюминотермических процессов: высокая стоимость и дефицитность алюминия, необходимость присаживания извести для повышения активности атомов восстанавливаемого металла и образования высокотемпературных глиноземистых шлаков, приводящих к некоторой потере металла.
Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .
Алюминотермия — (алюмотермия; от лат. Aluminium и греч. therme тепло, жар) способ получения металлов, неметаллов (а также сплавов) восстановлением их оксидов металлическим алюминием: 2Al + Cr2О3 = Al2О3 + 2Cr При этой реакции выделяется большое… … Википедия
Алюминотермия (алюминотермические реакции)
АЛЮМИНОТЕРМИЯ, в технике - совокупность производственных процессов, в которых применяется изобретенный в 1894 г. германским профессором Гольдшмидтом способ восстановления металлов из их окислов, основанный на том, что металлический алюминий при высоких температурах способен окисляться за счет кислорода металлических окислов. Реакция эта м. б. объяснена правилом Вертело, являющимся, однако, только некоторым приближением; согласно правилу, из нескольких возможных химических реакций имеет место та реакция, при которой выделяется наибольшее количество теплоты. Теплота, выделяющаяся при сгорании алюминия в Аl2О3, равна 7140 cal и превосходит теплоту сгорания (окисления) других металлов. На практике для протекания реакции восстановления окислов алюминием требуется наличность некоторых других факторов; так, например, часто для получения удовлетворительного результата необходимо прибавить вещества, вызывающие усиление реакции, или прибавить флюсы (например, плавиковый шпат CaF2), или сплавлять восстановляемые окислы с энергично действующими металлами, или, как при восстановлении хрома, прибавлять хромовокислые соли.
Для ускорения реакции прибавляют также бертолетовую соль КСlO3 (при получении В, Ве, Cr, Se, Ti, Th). Большое значение для правильного протекания реакции имеет выбор соответствующего металлического окисла и его количество: МnO2, например, реагирует с алюминием очень энергично, МnО - слишком слабо; наилучшим образом реакция восстановления марганца из его окислов протекает при смеси обоих окислов.
Алюминотермические реакции протекают с выделением большого количества тепла (температура реакций достигает 3000°С), причем восстановленный расплавленный металл нагревается до белого каления, расплавленные же глиноземистые шлаки всплывают наверх. Смесь окисла металла с алюминием в пропорции, необходимой для протекания реакции восстановления, называется термитом. В зависимости от наименования окисла металла, входящего в смесь, различают термиты железные, хромовые, марганцевые и другие. Чтобы вызвать реакцию, необходимо термитовую смесь предварительно зажечь; довольно высокую температуру воспламенения термита получают сжиганием небольшого количества легко воспламеняющейся зажигательной смеси из алюминиевого порошка с перекисью бария.
Алюминотермия дает возможность получить трудно-восстанавливаемые металлы и металлоиды, как, например, хром, марганец, бериллий, бор, в значительных количествах и в исключительно чистом виде. Особое значение алюминотермия получила в производстве высококачественных металлических сплавов различных специальных сталей. Застывшие шлаки по твердости превосходят корунд и в пульверизированном виде представляют очень хороший шлифовальный материал корубин, или искусственный корунд. Из железного термита, т. е. смеси окиси железа с алюминием, получают по способу Гольдшмидта малоуглеродистое ковкое железо - термитовое железо, - обладающее приблизительно следующими механическими свойствами: временное сопротивление на разрыв - 38,7 кг/мм 2 , удлинение - 19%, при химическом составе в %: С - 0,1; Мn - 0,8; Si - 0,09; S - 0,03; Р - 0,04; Сu - 0,09; Аl - 0,07; остаток - Fе. Реакция термита производится в особых железных тиглях с магнезитовой футеровкой. Расплавленное железо собирается на дне тигля, а сверху плавают состоящие почти из чистого глинозема шлаки, занимающие в тигле в три раза больший объем, чем железо, между тем как вес шлаков составляет половину веса употребленного термита; из 1 кг железного термита получают около 1/2 кг железа.
Различают два способа производства литья термитового железа из тиглей: 1) опрокидыванием специальных тиглей вместимостью от 1 до 25 кг термита, доведенного уже до состояния реакции; при этом способе литья необходимо предварительно слить верхний плавающий слой шлаков, занимающий около 3/4 всего объема массы, - эта работа, во избежание утечки железа, требует некоторой сноровки и м. б. исполнена лишь опытными литейщиками; для загрузки тигля на дно его сперва насыпают небольшое количество термита, который воспламеняют зажигательной смесью; когда реакция сгорания началась, наполняют весь тигель термитом и затем постепенно, по мере опускания реагирующей массы, добавляют остальное количество термита; 2) непосредственным спуском расплавленной массы из т. н. автоматического тигля через отверстие в магнезитовом камне, заделанном в дно такого тигля, при чем сперва вытекает расплавленное железо, а за ним шлак; автоматические тигли делают воронкообразной формы из листового железа с магнезитовой футеровкой вместимостью от одного до нескольких сот кг термита; диаметр спускного отверстия, например, у тигля на 50 кг, колеблется в пределах 10-15 мм; загружают эти тигли сразу всей массой термита, которую воспламеняют упомянутой зажигательной смесью.
Реакция железного термита, помимо производства ферросплавов и специальных сталей, находит также весьма широкое применение в металлообрабатывающей промышленности для сварки железных и стальных изделий. В целом ряде сварочных работ, например, для сварки железных труб, валов, станин, стержней и прочих, используют только высокую температуру реакции термита, получающееся же во время этого процесса термитовое железо в самой сварке никакого участия не принимает. В этом случае свариваемые концы очищают, притягивают друг к другу впритык при помощи особого зажимного аппарата (фиг. 1), окружают стык формой из огнеупорного материала, в которую затем выливают из специального тигля расплавленную массу термита. Последняя в продолжение точно известного промежутка времени успевает нагреть стык до необходимой для сварки температуры, после чего достаточно несколько подтянуть гайки зажимного аппарата, чтобы вызвать необходимое для надежной сварки давление свариваемых концов друг на друга. По окончании сварки аппарат разбирают, а наварившуюся вокруг стыка термитовую массу удаляют легкими ударами молотка (фиг. 2).
Другой способ сварки при помощи железного термита основан на использовании не одной только высокой температуры реакции сгорания Аl, но и восстановленного этой реакцией сильно нагретого, мягкого, малоуглеродистого железа, при чем применяемые при этом приемы сварки отличаются от таковых при сварке нагревом с давлением.
Расплавленную термитовую массу либо льют из специальных тиглей по удалении шлаков, либо спускают из воронкообразных, т. н. автоматических, тиглей при помощи примитивного спускового приспособления (фиг. 3) в расположенную непосредственно под тиглем форму из огнеупорной массы, при чем сперва вытекает находящееся на дне тигля расплавленное железо, а за ним шлаки, для отвода которых в верхней части формы имеется специальное отверстие. Для литья восходящим током форму обычно снабжают соответствующим литником. Этот способ применяют для сварки железнодорожных рельсов, при чем одновременно со сваркой стыка получаются прочно сваренные с рельсами стыковые накладки из мягкого термитового железа; такая сварка дает спокойный ход подвижного состава, а на ж. д. с электрической тягой, кроме того, уменьшает сопротивление обратному току, проводником которого служат рельсы. Этот способ сварки находит широкое применение во флоте, на верфях, на заводах и т. д. для сварки гребных и трансмиссионных валов, для исправления поломок этих валов и пороков в стальном фасонном литье и поковках, для наварки изношенных деталей машин и т. д. Даже поломки чугунных изделий при тщательном ведении процесса поддаются исправлению этим способом сварки, при чем термитовая реакция в этих случаях служит главным образом для подогрева поверхностей излома, а соединение частей достигается струей расплавленного чугуна; для подогрева достаточно 0,25-0,35 кг термита на см 2 поверхности излома. Наконец, термит дает возможность в случае внезапных поломок деталей машин при отсутствии запасных частей быстро получить расплавленную сталь соответствующего состава для новых отливок. Кроме того, алюминотермическими реакциями пользуются в производстве искусственного корунда, ферротитана, феррованадия и ферромолибдена.
Алюминотермический способ получения металлов и плавильный горн для его осуществления
Изобретение относится к внепечному производству чистых металлов и сплавов в оксидных металлотермических процессах, в частности алюминотермических, протекающих за счет выделения тепла в химических реакциях восстановления металлов из оксидов или концентратов. В способе экзотермическую шихту загружают в тонкостенный цилиндр, который предварительно устанавливают в шахте плавильного горна коаксиально его перфорированным стенкам. Пространство между тонкостенным цилиндром и перфорированными стенками шахты засыпают зернистым газопроницаемым огнеупорным материалом, затем тонкостенный цилиндр удаляют, а шихту засыпают сверху также зернистым газопроницаемым огнеупорным материалом. После этого инициируют начало экзотермической реакции, во время которой из реакционной зоны через зернистый газопроницаемый огнеупорный материал и перфорированные стенки шахты плавильного горна происходит отвод газов, а после окончания реакции и выпуска шлака осуществляют разборку горна и отделяют слиток от остатков шлака. На внутренней поверхности корпуса плавильного горна закреплена металлическая сетка, а диаметр тонкостенного цилиндра из жести равен 0,6-0,8 диаметра корпуса. Изобретение позволяет уменьшить потери металла со шлаком, создать оптимальные условия восстановления металла путем повышения скорости перемещения реакционной зоны и отделения основных процессов восстановления металла от перехода примесей из шлака в металл. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Изобретение относится к внепечному производству чистых металлов и сплавов в оксидных металлотермических процессах, в частности алюминотермических, протекающих за счет выделения тепла в химических реакциях восстановления металлов из оксидов или концентратов.
Известны способы внепечного получения металлов или сплавов в алюминотермических процессах, осуществляемые в плавильных горнах, футерованных огнеупорным кирпичом. Например, в способе выплавки ферротитана перед началом плавки на подину горна насыпают часть шихты и зажигают магниевым порошком, электрической дугой и т.д. Через 30-40 секунд после зажигания начинают равномерно загружать шихту с таким расчетом, чтобы она закрывала тонким слоем поверхность колошника в течение всей плавки (1. Алюминотермическое производство ферросплавов и лигатур / Ю.Л.Плинер, С.И.Сучильников, Е.А.Рубинштейн. - М.: Научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1968. - С.94-95).
Известен способ внепечной выплавки феррониобия в наклоняющемся плавильном агрегате, при котором из бункера смешанная шихта поступает по желобу в наклоняющийся плавильный горн, установленный на вагонетке. Слив металла и шлака осуществляют в чугунную нефутерованную изложницу, на дне которой укладывают слиток металлического хрома. Сначала сливают часть шлака так, чтобы слой шлака несколько превышал толщину слитка феррониобия, с целью образования гарниссажа на внутренней поверхности сборной изложницы, затем сливают остальной шлак и металл. Расплав охлаждают в изложнице в течение 2,5 ч, затем ее разбирают и после дополнительной выдержки металл и шлак отправляют на разделку (2. Алюминотермия / Н.П.Лякишев, Ю.Л.Плинер, Г.Ф.Игнатенко, С.И.Лаппо. - М.: Металлургия, 1978. - С.293-295).
Один из основных недостатков внепечной алюминотермической плавки - высокие температуры кристаллизации шлака в связи с невозможностью применения больших количеств флюсующих добавок вследствие напряженности теплового баланса плавки. В процессе плавки в результате начавшейся экзотермической реакции восстановления образуются продукты реакции - металл и шлак. Выделяющиеся в реакционной зоне газы (продукты разложения гидратов и карбонатов, присутствующих в компонентах шихты, или другие газы, выделяющиеся из металлических компонентов шихты, а также заполняющий поровое пространство воздух) при температуре процесса многократно увеличиваются в объеме и должны быть выведены из зоны реакции.
Известен плавильный футерованный горн для выплавки металла (например, ферротитана или феррониобия, или др.), состоящий из разборной чугунной шахты цилиндрической формы, установленной на передвижной вагонетке. Шахта цилиндрической формы с некоторым утолщением в нижней части выполняется в виде разъемных половин. Площадка тележки, на которой установлена шахта, футерована шамотным кирпичом. Швы шахты тщательно заделывают листовым асбестом и промазывают огнеупорной глиной (1. С.95, рис.55).
Однако производственные технологии и современные конструкции горна не предусматривают отвод газов из зоны реакции, что приводит к выбросу газов через расплав металла и шлака. При этом металл и шлак перемешиваются, что препятствует их разделению, а при интенсивном течении реакции плавка сопровождается выбросами металла и шлака из горна. Течение процесса регулируют термичностью шихты, ее брикетированием, изменением соотношения высоты горна к его диаметру и другими приемами. Основная причина потерь металла - это проплавление шихты, сопровождаемое перемешиванием расплава выделяющимися в зоне реакции газами, что является недостатком указанных выше способа и плавильного горна. Кроме того, недостатком является сложность организации непрерывных технологических процессов.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в уменьшении потерь металла со шлаком, создании оптимальных условий восстановления металла путем повышения скорости перемещения реакционной зоны и отделения основных процессов восстановления металла от перехода примесей из шлака в металл.
Указанная задача решается тем, что алюминотермический способ получения сплавов, включающий заполнение футерованного горна экзотермической шихтой, инициирование протекания экзотермической реакции, выпуск шлака и отделение металла от шлака, характеризуется тем, что экзотермическую шихту загружают в тонкостенный цилиндр, который предварительно устанавливают в шахте плавильного горна коаксиально его перфорированным стенкам, пространство между тонкостенным цилиндром и стенками шахты засыпают зернистым газопроницаемым огнеупорным материалом, затем тонкостенный цилиндр, разделяющий экзотермическую шихту и зернистый газопроницаемый огнеупорный материал, удаляют, шихту засыпают сверху также зернистым газопроницаемым огнеупорным материалом, инициируют начало экзотермической реакции, во время которой происходит дренажный отвод газов через газопроницаемый огнеупорный материал и перфорированные стенки горна, а после окончания реакции и выпуска шлака осуществляют разборку горна и отделение слитка от остатков шлака.
Для осуществления указанного способа и решения поставленной задачи предложен плавильный горн для алюминотермического способа получения металлов, содержащий шахту, корпус цилиндрической формы и огнеупорное основание, характеризующийся тем, что в стенках корпуса шахты выполнены отверстия, на внутренней поверхности корпуса закреплена металлическая сетка, а горн снабжен тонкостенным цилиндром из жести, диаметр которого равен 0,6-0,8 диаметра корпуса шахты и который установлен в огнеупорном основании коаксиально стенкам корпуса с возможностью свободного продольного передвижения относительно корпуса шахты.
Особенностью изобретения является то, что заявляемый алюминотермический способ получения металлов или сплавов осуществляется с организованным дренажным отводом газов из зоны проплавления шихты через газопроницаемую засыпку и перфорированный корпус горна. В результате экзотермической реакции в верхнем слое шихты образуется подвижный слой металла и шлака, перемещающийся сверху вниз следом за реакционным фронтом. По мере развития экзотермической реакции слой металла и шлака увеличивается, газы из реакционного слоя удаляются через поровое пространство шихты и изолирующей засыпки через сетку и отверстия в корпусе горна. В процессе плавки опускающийся слой металла и шлака выполняет роль жидкого поршня, сжимающего газы в поровом пространстве горна под реакционным слоем шихты, сформированным с помощью предварительно устанавливаемого, а затем удаляемого тонкостенного цилиндра, в цилиндрический «брикет». Газопроницаемость зернистого огнеупорного материала и отверстия в стенках корпуса обеспечивают отвод газов в процессе плавки из шихты ниже реакционной зоны. При такой организации газового потока из зоны реакции происходит нагрев нижележащих слоев шихты теплом отходящих газов. Известно, что нагрев экзотермической шихты на 100°C эквивалентен повышению термичности шихты на 32 ккал/кг (134 кДж/кг) (1. С.24). Плавка протекает в большом диапазоне линейных скоростей перемещения реакционной зоны без выброса газов через слой металла и шлака.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид горна (после заполнения шихтой и огнеупорной засыпкой); на фиг.2 - общий вид горна в сборе на момент начала осуществления способа; на фиг.3 изображено протекание процесса плавки с отводом газов из зоны проплавления шихты; на фиг.4 изображен момент способа в конце плавки после образования слитка металла под шлаком.
Плавильный горн для алюминотермического способа получения металлов (фиг.1) содержит шахту, состоящую из корпуса 1, который выполнен цилиндрической формы и на внутренней поверхности которого закреплена металлическая сетка 2. Горн снабжен тонкостенным цилиндром 3 из жести, диаметр d которого равен 0,6-0,8 D диаметра корпуса шахты. В стенках корпуса 1 шахты выполнены отверстия 4. Корпус 1 шахты закреплен на стационарном огнеупорном основании 5 с углублением для формирования слитка (или передвижной тележке, на чертеже не показано), а тонкостенный цилиндр 3 установлен в основании коаксиально стенкам корпуса с возможностью свободного продольного передвижения относительно корпуса шахты.
Способ осуществляют следующим образом.
Тонкостенный цилиндр 3, предварительно установленный в основании горна коаксиально стенкам корпуса 1, заполняют экзотермической шихтой 6 (фиг.1). Затем пространство между временно установленным цилиндром 3 и внутренней поверхностью корпуса 1 с закрепленной на ней металлической сеткой 2 заполняют огнеупорным материалом 7. Сетка 2, закрепленная на внутренней поверхности корпуса, предохраняет от высыпания огнеупорного материала 7. После заполнения шихтой цилиндра 3 и создания огнеупорного газопроницаемого слоя цилиндр 3 удаляют из горна (фиг.2), а верхнюю часть горна засыпают теплоизолирующим слоем 8 огнеупорного материала, через который вводят запал 9 для инициирования экзотермического процесса.
На фиг.3 изображено протекание процесса плавки с организованным дренажным отводом газов из зоны проплавления шихты: верхний слой А - шлак с огнеупорным газопроницаемым слоем 8, под ним - слой Б жидкого металла, ниже - реакционный слой В. Стрелками показан выход газов через металлотермическую шихту, огнеупорный газопроницаемый слой и перфорированные стенки корпуса.
На фиг.4 изображен момент способа в конце плавки после образования слитка металла 10 под шлаком 11. К концу плавки в горне на границе металлотермической шихты и огнеупорного газопроницаемого слоя образуется прошлакованный слой 12 огнеупорного газопроницаемого материала. По окончании плавки шлак 11 выпускают через летку 13 в шлаковню 14.
Пример конкретного осуществления способа.
Для производства 200-250 кг ферровольфрама ФВ-75 (ГОСТ 17293-93) из вольфрамита (WO3 51,8%, FeO 2,83%, MnO 13,34%, CaO 2,32%, SiO2 26,18%, Al2O3 2,09%) используется футерованный огнеупорным кирпичом горн следующих размеров (применяемый в настоящее время способ):
H - высота 1000 мм; D - диаметр корпуса 700 мм; d - диаметр тонкостенного цилиндра - 500 мм. Горн устанавливают на основание из дробленного кварца с приямком глубиной 200 мм.
Состав шихты, кг:
| 1 | Концентрат | 362 |
| 2 | Окалина | 70 |
| 3 | Селитра калиевая | 10 |
| 4 | Ферросилиций ФС 75 | 3 |
| 5 | Известь | 17 |
| 6 | Плавиковый шпат | 10 |
| 7 | Al порошок | 75 |
| Общая масса шихты | 547 |
Термичность шихты 504 ккал/кг (2109 кДж/кг).
После перемешивания в смесителе, шихта засыпается в горн без утрамбовки. Горн закрывают технологической крышкой с отверстием в центре для поджигания шихты и отвода газов.
Для сравнения приводятся результаты плавки (предлагаемый способ), выполненной в перфорированном горне аналогичных размеров, с таким же составом, массой и термичностью шихты. Для плавки применялся перфорированный горн с огнеупорным газопроницаемым материалом вышеуказанных размеров.
Диаметр плавильного пространства определяется диаметром тонкостенного удаляемого перед плавкой цилиндра (d=500 мм).
| Параметр плавки | Футерованный горн | Перфорированный горн | |
| 1 | Время горения шихты, мин. | 14 | 10 |
| 2 | Линейная скорость перемещения фронта горения шихты, мм/с | 1,43 | 2,00 |
| 3 | Скорость проплавления шихты, кг/(м 2 ·мин) | 199 | 280 |
| 4 | Содержание вольфрама в сплаве, % | 71,6 | 73,4 |
| 5 | Степень извлечения ведущего элемента (W), % | 93,5 | 95,4 |
Предлагаемый металлотермический способ получения металла и плавильный горн для его осуществления обеспечивает уменьшение потерь металла со шлаком за счет создания оптимальных условий восстановления металла: организация дренажного отвода газов из зоны проплавления шихты исключает выброс металла в верхнюю часть горна; повышение скорости перемещения реакционной зоны способствует отделению основного процесса восстановления металла от процесса перехода примесей шлака в металл.
Конструкция горна позволяет также организовать конвейерное производство металла. После выпуска шлака горн откатывают (убирают), и под вытяжной зонт устанавливают следующий горн, подготовленный к плавке. Горн предыдущей плавки разбирают, огнеупорный газопроницаемый материал остывает на поддоне, при этом убирают слиток и остатки шлака. Все операции с горном на выплавку 200-250 кг металла от момента зажигания шихты до извлечения слитка занимают около 30 минут.
1. Способ алюминотермического получения металлов и сплавов, включающий заполнение футерованного металлического корпуса шахты плавильного горна экзотермической шихтой, инициирование протекания экзотермической реакции, выпуск шлака и отделение металла от шлака, отличающийся тем, что экзотермическую шихту загружают в тонкостенный цилиндр, который предварительно устанавливают в шахте плавильного горна коаксиально его перфорированным стенкам, пространство между тонкостенным цилиндром и перфорированными стенками корпуса шахты засыпают зернистым газопроницаемым огнеупорным материалом, затем тонкостенный цилиндр удаляют, шихту засыпают сверху также зернистым газопроницаемым огнеупорным материалом, инициируют начало экзотермической реакции, во время которой из реакционной зоны через зернистый газопроницаемый огнеупорный материал и перфорированные стенки корпуса шахты плавильного горна происходит отвод газов, а после окончания реакции и выпуска шлака осуществляют разборку горна и отделяют слиток от остатков шлака.
2. Плавильный горн для алюминотермического получения металлов и сплавов, содержащий шахту, корпус которой выполнен цилиндрической формы, и огнеупорное основание, отличающийся тем, что в стенках корпуса шахты выполнены отверстия, на внутренней поверхности корпуса закреплена металлическая сетка, а горн снабжен тонкостенным цилиндром из жести, диаметр которого равен 0,6-0,8 диаметра корпуса шахты, установленным в огнеупорном основании коаксиально стенкам корпуса шахты с возможностью свободного продольного передвижения относительно корпуса шахты.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве азотированной ванадийсодержащей лигатуры, применяемой при выплавке различных марок сталей, например конструкционных, инструментальных и сталей с особыми свойствами.
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца. .
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству марганецсодержащих сплавов из богатых марганцевых концентратов. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения ферромарганца со сверхнизким содержанием фосфора и углерода, содержащего 0,1% вес. .
Изобретение относится к способу пирометаллургической переработки окисленных никелевых руд с получением ферроникеля. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению нержавеющей аустенитной литой стали. .
Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при выплавке ферросилиция в рудотермической печи (РТП). .
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к переработке марганцевого сырья для выплавки ферросиликомарганца в дуговых печах с содержанием фосфора менее 0,35%.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к литым и порошковым наноструктурированным высокопрочным метастабильным сплавам на основе железа со структурой гексагонального -мартенсита и изделиям из них.
Изобретение относится к получению алюминотермитной реакционной смеси для сварки железнодорожных рельсов методом промежуточного литья. .
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам выплавки стали, легированной азотом. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения легированных сплавов железа из железосодержащих отходов производства. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве металлов и сплавов металлотермическим способом, в частности плавкой «на блок». .
Читайте также: