Способ дегазации жидкого металла

09) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХИСРРРСРНЕСАР ХРЕСПУБЛИК З 1) С 21 С 7/00 ГОСУДАРСТВЕННОЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ ф) ) Ц)РВРРОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И. . .4Н АВТСРСНСНУ СВНВВТВРВСТВУфйРА, С(21) 3670165/22-02(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени вечерний металлургический институт(56) 1. Линчевский Б.ВВакуумнаяиндукционная плавка. М., "Металлургия", 1975, с. 239,2. Авторское свидетельство СССРУ 846567, кл. С 21 С 5/52, 1979.(54) (57) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОГОМЕТАЛЛА, включающий приложение напряжения к электрохимической ячейке,состоящей иэ жидкого металла и твердого электролита, о т л и ч а ю-щ и й с я тем, что, с целью повьвения качества металла путем удаленияазота из жидкого металла, в ка"честве твердого электролита используют нитрид алюминия, а в расплаввводят 1,0-1,5 Х алюминия от массыметалла, при этом анодом являетсяжидкий металл.616 1 11 ЗОИзобретение относится к металлургии, в частности к способам деазотации сталей и сплавов,Азот всегда присутствует в техили иных количествах в сталях и 5сплавах и оказывает значительное, восновном, вредное влияние на их технологические и механические свойства. В целом можно сказать, что обеспечение минимальных концентраций 1 Оазота в металле является одной из важнейших задач металлургического производства.Известен способ деазотации приобработке металла вакуумом. Возможность снижения в условиях вакуумнойплавки парциального давления азотаприводит к снижению его концентрациив расплаве 2 .Однако данный способ имеет значительные недостатки. Во-первых, онтребует наличия сложного и дорогостоящего вакуумного оборудования,во-вторых, при производстве сложноле гированных сталей и сплавов применение вакуума во многих случаях оказывается малоэффективным и не позволяет снизить содержание азота в металле ниже 0,013.Наиболее близким.по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ электрохимической дегаэациижидкого металла, заключающийся в прикладывании напряжения к электрохимической ячейке, состоящей из жидкого.металла и твердого электролита, вы,35полненного из двуокиси циркония 2.Однако известный способ не обеспечивает удаление азота из жидкого металла. Цель изобретения - повышение качества металла путем удаления азота из жидкого металла.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу дегазации жидкого металла, включающему приложение напряжения к электрохимической ячейке,состоящей из жидкого металла и твердого электролита, в качестве твердого электролита используютнитрид алюминия, а в расплав вводят 1,0-1,53 алюминия от массы металла,при этом анодом является .жидкий металл.На фиг. 1 представлена схема осуществления способа электрохнмическо го удаления азота из,металлаф на фиг, 2 - график, иллюстрирующий предлагаемый споооб. Металл расплавляется в тигле 1 из нитрида алюминия, выполняющем функцию твердого электролита, При подаче напряжения анодом служит расплавленный металл 2, а катодом - порошок тугоплавкого металла 3, обладающего сродством к азоту, например хром, Одним иэ электродов является молибденовая проволока 4. Электродом, через который осуществляется контакт с расплавом, служит металлокерамический стержень 5, не растворяющийся в жидком металле. Перед проведением плавок тигли из нитрида алюминия подвергаются высоковакуумной обработке при температуре 1900 К для снятия окисленного внешнего слоя. Для предотвращения окисления нитрида алюминия в процессе плавки ее ведут В.атмосфере инертного газа.При подготовке плавки в шихту, загружаемую в печь, добавляется кусковой алюминий. Экспериментально установлено, что количество алюминия, обеспечивающее предотвращение разложения твердого электролита и, следовательно, максимальную эффективность деаэотации составляет 1,0-1,57 от массы металла. При содержании алюминия мене 1,07 невозможно получить конечные концентрации азота ниже 0,0087. Содержание алюминия вжидком металле более 1,57 не увеличивает эфФективность деазотации металла и приводит к возрастанию стоимости плавки из-за повышенного расхода алюминия.При плавке металла в тиглях иэ нитрида алюминия происходит взаимодействие материала тигля с расплавом. При этом происходит разложение нитрида алюминия по реакцииА 1 Итв . А 1 + И(1) 1Выделившийся в результате разложения алюминия азот переходит в металл. При этом чем ниже содержание азота в расплаве, тем большее развитие будет получать процесс разложения твердого электролита. Это приводит к тому, что становится невозможным получить достаточно низкие концентрации азота при его электрохимическом удалении, Введенный в металл алюминийсмещает равновесие реакции (1) в левую сторону, тем самым предотвращая днссоциацию твердого электролита, и способствует более эффективной деазотации расплава,3 . 1130П р и м е р. Проводят опыт, используя в качестве шихты чистое железо. Исходное содержание азота в шихте составляет 0,037, кислорода - 0,0047. Плавки проводят в атмосфере аргона при температуре 1873 К. Масса пЛавки составляет 300 г. В шнхту добавляют алюминий, количество которого составляет; 0,5 1,0; 1,25 1,5 и 2,07 от массы металла. При прило женин напряжения к электродам ячейки через нее начинает протекать ток величина которого определяется потоком ионов азота через твердый электролит и составляет 4 А. Результаты 15 опытов представлены на фиг. 2.Семейство кривых 1 и 3 показывает изменение содержания азота при выдержке в тиглях из нитрида алюминия соответственно жидкого железа и расплава Ге-А 1. При выдержке жидкого . железа содержание азота в металле возрастает с 0,03 до 0,.0357. Это говорит о том, что происходит взаимо- действие нитрида алюминия с металлом 25 и выделившийся азот переходит в расплав. При плавке расплава Ге - 1,03 А 1 содержание азота остается на уровне исходного металла, что свидетельствует о том, что в этом случае нитрид алюминия не разлагается. 616 .4Кривая 2 показывает изменение содержания азота при электрохнмическом раскислении железа в тиглях из ЕгО(СаО). В этом случае содержание азота не изменяется и остается на уровне О,ОЗХ.Данные по электрохимическому удалению азота из жидкого железа соответствуют кривой 4. Конечную концентрацию азота в данном случае не. удалось получить ниже 0,0153. Семейство кривых 5-9 представляет электрохимическое удаление азота из расплава Ре-А 1 при разном количест" ве алюминия. В случае введения 0,53 алюминия(кривая 5) содержание азота не снижается ниже 0,0083. При введении 1,0, 1,25, 1,5 и 2,0 Х алюминия (кривые 6-9) полученные конечные концентрации азота находятся практически, на одном уровне и составляют порядка О,ООЗХ. Предлагаемый способ наиболее целе-. сообразно использовать при выплавке сложнолегированных сталей. Использование предлагаемого изобретения позволяет при минимальных затратах получать металл с гарантированно низким содержанием азота (0,0023),1130616 Составитель Е.НоткинРедактор Н.Яцола Техред А.Кикемезей КорректорС,йекм 3 ПодписнСССР 3/23ВНИИПИ Государствпо делам изобре113035, Москва, Ж ир нн ен 35 ак о комите и открь я наб д. 4/5 Филиал Патент", г.Ужгород, ул.Проектна