Способ деазотации жидкого металла

О А иЕТЕ Союз Советскик Социалистических республик(22) Заявлен 5,05,77 (21) 251089 С 5/56 с присоединением заяв Мо дарственный комитет СССР делам изобретений н открытий(23) Приори Бюллетень 891 Опублик Дата опу ано 05018 ликования 621.365.91нсания 05.01.8 2) Авторы изобретен и Б,Н, Моргалев, Г.Г, Завалин, .И. Дмитриенко и А.В. Кутако О, Найгебауэр я, Белогуров,Сибирский металл 1) Заявите ски титут име го Орджоникидэ 54) СПОСОБ ДЕАЗОТАЦИИ ЖИДКОГО МЕТАЛ м Ц а о- дл Изобретение относится к области еталлургии стали, а именно к проессам деаэотации стали и железа,Известен способ,цеазотации 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 упругости выделения окиси углерода)н расплав под вакуумом кипит Азот,выделяясь в готовые пузырьки окиси углерода, выносится ими из расплава 1.Деазотация металла вакуумированием в нераскисленном состоянии не всегда приемлема, так как требует последующего рафинирования металла от кисл рода,. Кроме того, она неприменима я 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 раскис- ленном 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 уд - ление 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 условийпродувки и эффективность способауменьшается при переходе от лабораторных масс металла к промышленнью,Следствием этого является недостаточная скорость деазотации промьццленныхмасс металла и нестабильность результатов.Целью изобретения является интенсификация процесса вакуумной деаэотации металла в раскисленном состоянии.Поставленная цель достигается тем,что деаэотацию вакуумированием ведутв условиях повышенных концентрацийводорода в металле. Концентрация водорода регулируется таким образом,что парциальное давление водорода,равновесное с его фактической концентрацией в металле, т,е, упругостьвыделения водорода, должно быть больше барометрического давления в вакуумной камере, При таком парциальномдавлении водорода в верхних гориэонтах металла возможно зарождение ирост пузырьков водорода на поверхности футеровки емкости с металлом. Этоприводит к самопроизвольному кипениюрасплава, Азот из расплава диффунди- д 5рует в пузырьки водорода, удаляясьиз расплава вместе с водородом, Механизм процесса становится подобныммеханизму .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 упругостивыделения 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 вмомент зарождения газовых пузырьков.Получить превышение упругости выделения водорода более 1,2-1,5 атм воткрытом агрегате невозможно, для это го требуется агрегат типа автоклава.Превышение упругости выделения водорода до 1,5 атм, можно получить вплазйенной печи, в которой плазмообраэующим газом является водород или 5 Осмесь газов с содержанием водородаболее 10-20, Поскольку по законуСивертса Н) = Кн ГРН, то в данномпроцессе вакуумная деазотация проводится с соблюдением условия55М=Р Ф 0,05-:,5,где Н - концентрация водорода вметалле, Ъ или мл/100 г;Ки - растворимость водорода 60в металле при парциальномдавлении водорода, равным1 атмЪ или мл/100 г,Р "- барометрическое давлениев вакуумной камере, атм, у Металл водородом может насыщатьсядо вакуумирования или в ходе его.Приэтом могут использоваться следующиеспособы насьпцения:продувка металлаводородом или водородсодержащим газом, водяным паром; обработка металча водородсодержащей плазмой;обработка металла водородсодержащими иливлагосодержащими твердыми добавками.При насыщений водородом металла, на-ходящегося в ковше, наиболее тех-.нологичным является вдувание в металл водородсодержащих газов назначительной глубине, например через днище ковша, где за счет гидростатического давления столба металладаже под вакуумом общее давление составляет не менее 0,5-2,0 атм, Этоспособствует растворению водорода.При насыщении металла водородом довакуумирования пригоден практическилюбой из перечисленных способов насыщения.При струйных методах вакуумирования водород также интенсифицируетпроцесс деазотации, Водород, предварительно введенный в металл, способствует дроблению вакуумируемой струи,увеличивая поверхность деазотации.Избыточный водород по достижениизаданной степени деаэотации при необходимости Удаляется иэ металла эасчет некоторого продолжения вакуумирования или продувкой нейтральным газом.Отмечается возможность эффективнойдеаэотации при использовании сравнительно грубого вакуума, напримервозможность получения низких концентраций азота при вакуумировании вкамере с давлением до 0,15-0,2 атм,При этом необходимо лишь обеспечитьдостаточно высокий уровень концентрации водорода в металле. Повышение рабочего давления в процессе до 0,0150,15 атм. уменьшает необходимую мощность вакуумных насосов и удешевляетвакуумную установку.Кроме того, в отдельных случаяхпроцесс насьццения металла водородомможет вообще не проводиться как специальная операция, Например, при использовании водяного пара как окислителя при регулировании концентрации некоторых компонентов перед вакуумированием, или,при использованииводорода в качестве плаэмообразующего газа, если деаэотации подвергаетсяметалл, выплавленный в плазменнойпечи, Йасыщение металла водородомбудет побочным эффектом, который используется для повышения эффективностивакуумной деаэотации,П р и м е р, Испытание способа проведено в лабораторных условиях из 60 кг вакуумной индукционной печи .Вакуум в печи создают после расплавления шихты и насыщения металла водо707974 формула, изобретенн я Составитель А, ЩербаковРедактор О. Филиппова Техреду О.Андрейко Корректор Н. ГорватТираж 608 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо. делам изобретений и открытий113035 Москва, ЖРаушская наб. д, 4/5 Заказ 8439/24 Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная,4 родом. Шихтой служит беэуглеродистое 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 0,024- 0,027, а дальнейшее снижение содержания азота до 0,018-0,019 требует выдержки металла под вакуумом 15- 30 мин,Способ деаэотации жидкого металл. - .включающй вакуумирование и обработкуметалла водородом или водородсодержащими газами о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью интенсификации дегаэации, дегазацию ведут приконцентрации водорода в металле,обеспечивающей превышение упругостивыделения водорода над барометрическим давлениЕм в вакуумной камере на0,05-1,5 атм.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Сб. под редакцией А,М. Самарина Вакуумная металлургия, ММеталлургияф, 1962, с. 46 - э 3.2. Линчевский Б.В, Вакуумнаяиндукционная плавка, М., Металлургия, 1974, с. 34-134 - (прототип) .