СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО СИЛИКОКАЛЬЦИЯ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО СИЛИКОКАЛЬЦИЯ


RU (11) 2030971 (13) C1

(51) 6 B22F9/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5016662/02 
(22) Дата подачи заявки: 1991.07.24 
(45) Опубликовано: 1995.03.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Рябчиков И.В., Мизин В.Г., Мякишев Н.П. и др. Ферросплавы с РЗМ и ЩЗМ. М.: Металлургия, 1983, с.225-227. 2. Авторское свидетельство СССР N 1529557, кл. B 22F 9/02, 1990. 
(71) Заявитель(и): Соловьев Михаил Андреевич; Радугин Владимир Алексеевич; Селивонов Игорь Александрович 
(72) Автор(ы): Соловьев Михаил Андреевич; Радугин Владимир Алексеевич; Селивонов Игорь Александрович 
(73) Патентообладатель(и): Соловьев Михаил Андреевич; Радугин Владимир Алексеевич; Селивонов Игорь Александрович 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО СИЛИКОКАЛЬЦИЯ 

Использование: в производстве порошкообразных ферросплавов немеханическим способом. Сущность изобретения: в расплав силикокальция после его выпуска в ковш вводят фосфор в количестве 0,15-0,40 мас.% и алюминий в количестве 1,0-2,5 мас. %, разливают расплав в изложницы. Слитки выдерживают при температуре 900-1050°С в течение 6-12 ч, после чего охлаждают на воздухе. Остывшие слитки обрабатывают водой или паром до саморассыпания. Изотермическая выдержка слитков силикокальция обеспечивает полное равномерное распределение в нем примесей, благодаря чему слитки стабильно рассыпаются. Положительный эффект: повышается качество порошков сплава за счет снижения содержания в них фосфора в 1,5-3,0 раза и потерь кальция на 3-5 %, уменьшения их пожаро- и взрывоопасности. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству порошкообразных ферросплавов немеханическими способами.

Современные технологии выплавки качественных и высококачественных марок стали, высокопрочного чугуна предусматривают обязательное легирование и модифицирование металла ферросплавами со щелочноземельными элементами (кальций, магний, барий, стронций). Рациональные схемы введения этих ферросплавов (вдувание, в виде проволоки, в виде капсул) требуют приготовления их порошков.

Традиционным способом получения порошкообразных ферросплавов, в том числе высокопроцентного силикокальция, является дробление и помол слитков в дробилках и мельницах (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М.: Металлургия, 1975, с. 69-72).

Измельчение силикокальция, относящегося к активным ферросплавам, требует высоких энергетических затрат, трудоемко и чрезвычайно взрывоопасно, т. к. температура начала окисления, характеризующая пожаро- и взрывоопасность получаемых механическим способом порошков, составляет всего 400оС [1].

Наиболее близким к заявляемому является способ получения порошков марганцево-кремниевых сплавов, включающий выплавку сплава и выпуск его через копильник в ковш, где содержание марганца доводят до 20-60 мас.%, кремния - 25-60 мас. % , фосфора - 0,3-1,6 мас.%, введение в сплав щелочно-земельных металлов из расчета 1,1-2,4 весовых единицы на единицу содержащегося в расплаве фосфора, разливку сплава в изложницы и охлаждение в среде паров воды до саморассыпания [2]. В марганцево-кремниевых сплавах, а также в высокопроцентном силикокальции содержание лебоита (нестихеометрическая фаза FeSi2+n, способствующая рассыпанию ферросилиция) невелико или его нет совсем, поэтому саморассыпание тих ферросплавов происходит за счет взаимодействия фосфидов кальция с влагой по реакции:

Ca3P2+6H2O= 2PH3газ+3Са(ОН)2 (1) При этом часть кальция расходуется на образование Са(ОН)2 и расход этот тем больше, чем больше количество фосфора, вводимое в расплав.

При всех преимуществах вышеуказанного способа применительно к высокопроцентному силикокальцию марок СК30 и СК25 (ГОСТ 4762-71) он имеет следующие недостатки: высокая остаточная концентрация фосфора в сплаве более 0,12% препятствует использованию такого силикокальция; снижение содержания кальция в порошках на 1,5-2,5% (по сравнению с расплавом) при введении фосфора из расчета 0,9-1,3% за счет образования Са(ОН)2 по реакции (1) ухудшает качество порошков.

Получаемый известным способом порошкообразный силикокальций достаточно взрывоопасен (температура начала окисления tн.о.=550оС), поскольку резкое охлаждение слитков в среде паров воды вызывает сильные остаточные напряжения, активность порошка остается высокой.

Цель изобретения - повышение качества сплава за счет снижения содержания фосфора, потерь кальция, устранения пожаро- и взрывоопасности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения порошкообразного высокопроцентного силикокальция, включающем приготовление фосфорсодержащего расплава, разливку его в изложницы и обработку слитков водой или паром до саморассыпания, содержание фосфора в расплаве доводят до 0,15-0,40 мас.% и дополнительно вводят алюминий в количестве 1,0-2,5 мас.%, слитки перед обработкой водой или паром выдерживают при температуре 900-1050оС в течение 6-12 ч, после чего охлаждают на воздухе. Выдержка слитков силикокальция при температурах плавления легкоплавких примесных составляющих позволяет последним перераспределяться в объеме металла, выделяться по границам зерен и вызывать стабильное рассыпание, взаимодействуя с влагой.

В предлагаемом способе специальным режимом термообработки достигается равномерное распределение примесей по межзеренным границам и саморассыпание образцов, причем остаточный фосфор в порошках не превышает 0,06-0,08%, что в 1,5-2,5 раза ниже, чем в прототипе.

Влияние алюминия, дополнительно вводимого в расплав в количестве 1,0-2,5 мас. % , заключается в снижении температуры плавления примесной фазы и температуры изотермической выдержки. Так, например, нижний предел термообработки для образцов с заявляемым алюминием составляет 900оС, а без добавки алюминия - 1000оС.

С другой стороны, алюминий, подобно кальцию, активно взаимодействует с фосфором, способствуя рассыпанию силикокальция:

AlP+3H2O= PH3газ+3Н2О (2) Последнее особенно важно, т.к. алюминий, вводимый в высокопроцентный силикокальций в заявляемых пределах, предохраняет кальций, заменяя его, и тем самым повышает качество сплава.

Добавка алюминия в сочетании с режимом термообработки позволяет повысить температуру начала окисления получаемого порошка до 720-860оС, чем обеспечивается его пожаро- и взрывобезопасность. Температура изотермической выдержки менее 900оС не обеспечивает рассыпание образцов с заявляемым содержанием фосфора. Температура выдержки более 1050оС вызывает сплавление слитков, выход жидкого ликвата на поверхность, неоднородность получаемого порошка по высоте слитка, нестабильное рассыпание.

При концентрации фосфора в сплаве менее 0,15% не происходит его рассыпание, а добавка фосфора более 0,40% сопровождается ростом фосфора в готовых порошках, что снижает их качество.

Содержание алюминия в высокопроцентном силикокальции менее 1% практически не предохраняет кальций от расхода по реакции (1) и снижает температуру начала окисления порошков, повышая их пожаро- и взрывоопасность. Алюминий в сплаве в количестве более 2,5% ухудшает его качество, препятствует использованию такого силикокальция для легирования (ГОСТ 4762-71). Продолжительность термообработки менее 6 ч ухудшает стабильность рассыпания из-за недостаточно равномерного распределения примесей, более 12 ч - уже не улучшает показателей рассыпания и требует дополнительных затрат тепла на обогрев.

Нижний предел продолжительности выдержки целесообразен для более высоких температур (1000-1050оС), и наоборот.

Окончательное рассыпание сплава после термообработки в специальной камере с дожиганием выделяющегося фосфористого водорода (РН3) обеспечивает экологическую безопасность процесса.

Обработке водой или паром в заявляемом способе подвергаются термообработанные слитки, остывшие на воздухе до 40-60оС, поскольку с горячих слитков вода будет испаряться, не реагируя с фосфорсодержащими соединениями.

Поскольку операции, отличающие предлагаемый способ от известного, в научно-технической литературе не выявлены, считаем, что заявлемый способ удовлетворяет критерию изобретения "существенные отличия".

П р и м е р ы. Из высокопроцентных марок силикокальция СК 30 (56,50% Si; 30,70% Ca; 0,017% P; 0,76% Al) и СК 25 (61,52% Si; 28,01% Ca; 0,02% P; 0,82% Al) получали сплавы с концентрацией фосфора 0,10-1,0% и алюминия 0,75-3,5% , разливали их в изложницы, выдерживали в нагревательной печи при 800-1100оС в течение 4-14 ч. Далее образцы извлекали из печи, охлаждали на воздухе, обрабатывали водой или паром для саморассыпания. Выплавленные сплавы и получаемые порошки анализировали, а для последних с помощью дериватограмм определяли tн.о.oC и гранулометрический состав рассевом на ситах. Результаты опытов сведены в таблицу, из которой видно, что понижение температуры изотермической выдержки и концентрации фосфора в силикокальции (пример 1) не обеспечивают рассыпания образцов. Повышенная температура изотермической выдержки (пример 8) и увеличение ее продолжительности более заявленной (примеры 1,8) не сопровождаются улучшением рассыпания. Пониженная концентрация алюминия в силикокальции (пример 3) снижает температуру начала окисления порошков, делая их более пожаро- и взрывоопасными. Кроме того, растет расход кальция по реакции (1). Высокая концентрация алюминия в силикокальции, несмотря на высокую tн.о. готовых порошков, не позволяет их использовать для легирования (пример 7).

Использование предлагаемого способа для получения порошкообразного силикокальция (содержание фосфора и алюминия в сплаве 0,15-0,40 и 1,0-2,5 соответственно, выдержка при температуре 900-1050оС в течение 6-12 ч с последующим охлаждением и обработкой водой или паром) позволяет повысить качество порошков за счет уменьшения их пожаро- и взрывоопасности, снижения содержания фосфора в 1,5-3,0 раза и потерь кальция на 3-5%.

Заявляемый способ имеет существенные преимущества перед вариантом получения порошков высокопроцентного силикокальция без добавки алюминия (пример 3) посредством уменьшения потерь кальция на 1,5-2,0% и повышения температуры начала окисления. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО СИЛИКОКАЛЬЦИЯ, включающий приготовление фосфорсодержащего расплава, разливку его в изложницы и обработку слитков водой или паром до саморассыпания, отличающийся тем, что содержание фосфора в расплаве доводят до 0,15 - 0,40 мас.% и дополнительно вводят алюминий в количестве 1,0 - 2,5 мас.%, слитки перед обработкой водой или паром выдерживают при 900 - 1050oС в течение 6 - 12 ч, после чего охлаждают на воздухе.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru