Способ очистки тугоплавких металлов и сплавов от примесей цветных металлов

(5)5, С 22 В 9/2 ЕН изд 1 Д щ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР СПИ АНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Запорожский машиностроительный институт им, В.Я. Чубаря. 2. - М.: Металлургия, 1976, с. 91-101,Изобретение относится к плазменной металлургии и может быть использовано при получении тугоплавких металлов (таких. как молибден, вольфрам и др.) и специальных прецизионных сплавовИзвестен вакуумно-дуговой способ очиения металлов и сплавов от примесей цветных металлов, включающий нагрев обрабатываемого материала плазмой дугового разряда в вакууме до температуры испарения примесей из зоны обработки. К недостаткам способа следует отнести относительно низкую производительность процесса (вакуумный способ не позволяет организовать непрерывное, крупнотоннажное производство). высокие энергетические затраты (10 Дж/кг), значительный унос очищэемого металлаЖ 10420(54) СПОСОБ ОЧИЩЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХМЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ОТ ПРИМЕСЕЙЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ(57) Использование; плазменная металлургия и получение тугоплавких металлов (таких, как фовольфрам, молибден и др.) и прецизионных сплавов. Сущность изобретения: при способе очистки тугоплавких металлов и сплавов от примесей цветных металлов обработку ведут по всей поверхности расплава обрабатываемого материала путем создания объемного разряда с использованием расплава в качестве отрицательного электрода и при пропускании через него тока с плотностью тока не менее 1 А/см . 1 ил 2 табл. Известен также плазменно-дуговои способ очищения металлов и сплавов от примесей цветных металлов, включающий разогрев плазмой дугового разряда шихты обрабатываемого материала до температуры испарения примесей, отвод последних из зоны обработки и последующее застывание обрабатываемого материала в керамическом или водоохлаждаемом кристаллизаторе, К недостать ам этого способа следует отнести высокие затраты энергии (10 Дж/кг), необходимость предварительной подготовки шахты, относительно невысокой степенью очистки исходного материала от примесей цветных металлов (таких как медь, цинк, свинец, сурьма, мышьяк и др) и неравномернос 1 ь распределения их в объеме кристализатора, 1770420Предложенный способ, реализуемый в данном примере, поясняется чертежом. Устройство" ,представленное на чертеже, состоит иэ коаксиальных цилиндрических катода (1) и анода (2), разделенных высоко- температурным изолятором (3) на основе А 20 з, В конусной части катода (1) накапливается расплав очищаемого металла (4). Отверстия (5) предназначены для слива чистого металла в высокотемпературный накопитель (6). В зоне накопителя (6) имеется окно (7), достаточное для прохода накопителя (6), Герметичность изолятора (3) обеспечивается засыпкой кварцевого песка (8), Теплоиэоляция устройства обеспечивается графитовой крошкой или пылью (9). На дне установки расположен высокотемпературный шамотный кирпич (10). Соленоид(11) предназначен для управления разрядом в коаксиальном зазоре. Теплоизоляционная дверца (12) обеспечивает герметичность установки.Работа устройства осуществлялась следующим образом,Подается плазмообразующий газ в зону обработки металла, в качестве которого используют смесь природного газа с воздухом в соотношении 1:5, что соответствует практически полному связыванию кислорода и углерода без образования сажи и паров воды, в количестве 6 нм /ч, Рабочая смесь поступает через тангенциальное отверстие в изоляторе (3), омывает внутреннюю поверхность конуса - катода(1) и выносится через внутреннее отверстие анода наружу, Между цилиндрическим анодом (2) и конусообразным торцом корпуса - катода (1) поджигался дуговой разряд. Под действием магнитного поля соленоида (11) разряд перемещался в зазоре,. нагревая теплоизоляционные графитовые камеры до температуры более 2000 С. При этом за счет увеличения плотности тока термоэмиссии с катода до величины, большей плотности рабочего тока в газовом зазоре разряд принимает объемную форму. Опуская анод (2), добиваются режима, когда основная часть тока разряда протекает между торцом анода и конусной частью катода (1), Загружаемый через отверстие анода исходный материал в виде брикетов по 250-300 г плавился и нагревался до температуры 3000 С. Разряд, контактирующий со всей поверхностью расплава, обеспечивал плотность тока через расплав около 1,1 А/см, что соответствует эффективному выносу примесеи к поверхности. При температуре 3000"С примеси свинца, висмута. мышьяка. цинка. сурьмы, кадмия, мЕди интенсивно испаряются с поверхности металла и отводятся плазмообразуюшим газом иэ455055 вов за счет снижения в них примесей цвет. ных металлов в 2 - 100 раз в зависимости отвида цветного металла. 2. Повышение производительности процесса примерно в 3-4 раза. обеспечивающее возможность выпуска продукции в промышленном масштабе,3, Снижение удельных энергозатрат в 2 раза.4, Повышение технологичности процесса за счет устранения вакуумных систем и снижения вследствие этого непроизводительных затрат. Как. следствие - снижение себестоимости конечного продукта.Формула изобретенияСпособ очистки тугоплавких металлов и сплавов от примесей цветных металлов. . включающий их обработку подачей плазме образующего газа. плавление и нагрев плазмой обрабатываемого материала до 5 10 1520 25 303540 зоны обработки. Падающие в расплав брикеты молибденового концентрата, как более холодные тонут, а на поверхности скапливается очищенный металл, который через отверстие(5) сливается в накопитель(6), После заполнения накопителя очищенным металлом накопитель через отверстие (7) и дверцу (12) извлекается из установки. Стенки графитового корпуса покрываются слоем карбида молибдена, относительно стойким к расплаву веществом. После выгрузки накопителя процесс повторяется снова.Удельные затраты энергии в эксперименте боставили 5 10 Дж/кг, производи 6тельность установки - 20 кг/ч.Аналогичный эксперимент проведен для сплава никеля с кобальтом,Для сравнения полученных результатов с прототипом в горизонтальном тигле, перемещающемсяя под пла змен ной струей (от струйного плазмотрона), состоящей из смеси природного газа с воздухом в соотношении 1:5, осуществлялось рафинирование молибденового концентрата и отдельно сплава никеля с кобальтом (15;). Мощность плазменных устройств во всех экспериментах была постоянной и составляла 110 кВт, Результаты эксперимента показаны в табл, 1 и 2,Из таблицы видно, что содержание примесей цветных металлов при использовании предлагаемого способа резко снижается, что приводит к повышению качества конечного продукта.Использование предлагаемого способаочистки металлов и сплавов от примесей цветных металлов обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:1. Улучшение качества металлов и спла1770420 Сравнительные данина ло составу лроцессв обработкиСсдерваина лрииасм,1 Уд.эиартоаатратн,Дм/мт Производителььностаа /мвсВе Вг АВ ит; Сравнительные данные по составу примеси цветных металлов в процессе обработки сплвтемпературы испарения примесей и после.дующий отвод плазмообразующего газа с парами примесей из зоны обработки, о тл ичающийся тем,что,сцелью улучшения качества металла и сплавов за 5 счет повышения степени их очистки от примесей цветных металлов, увеличения производительности процесса, снижения МсмодиЮ материал(молибденов илаомцантрат)Рафииироеамиеструей млааюатофнаонтвлайти тиглеЬрототннРафинированноло лрадлатаенощ снособу нрнллотиостн тонанерее рослова, ф,фюснв2. т, Мана удельных энергетических затрат, обработку ведут по всей поверхности расплава обрабатываемого материала путем создания обьемного разряда с использованием расплава в качестве отрицательного электрода и при пропускании через него тока с плотностью тока не менее 1 А/см,Т ал л и ц а лринесед цеетаа иетвлдоа е ": -- . - - Л1гч1770420 Составитель С.ЮхимчТехред М.Моргентал ектор Л,Лукач го едакт аказ 3716 Тираж ВНИИПИ Государственного комит 113035. Москв-35, Раушская Подписноем и открытиям при ГКНТ ССС г. Ужгород, ул,Гагарина, 101