Способ получения карбида хрома

) 1826311 2 Г 904 ЕТЕНИЯ идетельст К ЭВТОРСКОМ зл сОтОЗ сОВетскихСОНИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)(56) Авторское свидетельство СССР й 125602, кп, В 22 Г 9/00, 1978.Авторское свидетельство СССР й 171758, кл. В 22 Г 9/ОО, 1981.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ХРОМА (57) Сущность изобретения; смешивают порошок оксида хрома и углеродистого восстановителя, прессуют брикеты и загружают их в руднотермическую электропечь. При этом плавку ведут при отношении восстановителя к триоксиду дихрома в шихте 0,35 - 0,38 и корректировке глубины посадки электродов путем снижения токовой нагрузки на 5 - 20% загрузкой шихты с соотношением восстановителя к триоксиду дихрома 0,33-0,345. При этом загрузку шихты в электропечь осуществляют порционно. Измельчение полученного карбида хрома осуществляют до фракции минут 0,4 мм с последующей гравитационной очисткой при разрежении 20 - 300 мм водяного столба и удалением свободного углерода до концентрации 0,5%, а затем измельчают до минус 02 мм. Измельчение проводят путем мокрого помола с одновременной классификацией порошка при Т : Ж =1:- 1 : 10 с удалением свободного углевода до концентрации менее 0,3%, а после измельчения порошок при Т: Ж = 1: 1 - 1: 10 батывают 0,5-10%-ным раствором минеральной кислоты при Т: Ж =1: 1 - 1 . 10 дри т-ре 20-30 С, 4 .ф - пы, 6 табл.5 10 15 и карбида хрома с верхним сливом класси 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 Изобретение относится к металлургии, а частности к способам получения карбидов металлов в электропечи.Известны способы получения карбида хрома сплавлением металлического хрома с углеродом, науглероживанием хрома и оксида твердым углеродом или газами, содержащими углерод и др, Романова К,И. и др. Металлокерамические твердые сплавы. М,: Металлургия, 1970, с. 58-60, аат. саид. М 407966, кл, С 01 В 31/00, патенты США М 4008090, кл. 106-43, 3850583, кл. 29-182, патент Великобритании М 1465048, кл, С 7 О, патент Японии, М 49-10405, кл. 10 А 61). Промышленного применения эти способы практически не получили, кроме первых двух способов,Большое применение нашел способ получения карбидов металлов в электропечи аат. св. ЬЬ 125602, кл. В 22 Р 9/00, 1978, авт, са, М 171758, кл. В 22 Г 9/00, 1981),Известный способ осуществляют в дуговой электропечи плавкой карбида хрома на блок в две стадии: на первой стадии используют окомкованную шихту, а которой восстановителя на 3,0-10,07 з больше, чем требуется его по стехиометрии. а на второй - окомкованную шихту, в которой восстановителя на 0,1-2,5 больше, чем требуется его по стехиометрии. Однако имеются недостатки, связанные с тем, что посадку ведут а две стадии. Избыток углерода в шихте первой стадии приводит к тому, что низ блока содержит больше Сзяз, Ссзв серы и меньше хрома. Сера поступает в основном из технического углерода сажи), Верх блока имеет меньше Ссвяз., Свозов хрома и несколько ниже серы. Анализ блока показал, что низ содержит, М. Ссвяз. 12 7-13,34 Ссвоб, 1,0-2,0, при этом концентрация серы колеблется от 0,15 до 0,30;6. Верх блока имеет состав, . Ссаяз. 12 5 12,7, Ссвоб, 0,5-0,0 и серу 0,12-0,15. Высший карбид хрома Сгз 02 по стехиометрии содержит 13,34 Я, связанного углерода, а промежуточный карбид хрома СгтСз имеет только 9 связанного углерода.Таким образом, чем меньше Ссзяз в блоке, тем больше он содержит карбида хрома,Металлографические исследования и рентгеноструктурный анализ свидетельствуют о том, что низ содержит карбида хрома СгтСз 5-10, а верх до 407 ь, При усреднении общее содержание Ссяяз, получают не менее 12,8 Я, что соответствует ТУ,Однако Физическое усреднение приводит к нежелательным эффектам при дроблении и измельчении блока, изготовления наплавочной ленты (ПЛ-АН 111) и наплавТвердость СгзС 2 выше, а модуль упругости значительно меньше, чем у Сг 7 Сэ. Это явление способствует переизмельчению сплава, поскольку СгзС 2 измельчается легче, чем СгтСз. Поэтому при одновременном измельчении блока, состоящего из СгзС 2 и СгтСз до фракции минус 0,2 мм, высший карбид сильно переизмельчается,Классминус 0,05, как правило, состоит в основном иэ СгзС 2, а класс плюс 0,063 содержит больше СгтСз,При последующей гидравлической обработке порошка водой с целью удаления свободного углерода не исключены потери фикатора, Чем больше в блоке Сг 7 Сз, тем больше теряется при отмывке порошка высшего. карбида хрома (СгзС 2) Если Сг 7 Сз содержится до 10 ф 6, потери СгзС 2 со сливом достигают 15, если до 20 ф соответственно до 25, Расчеты показывают, что при потерях более 10, готовый продукт будет содержать связанного углерода менее 12,8;, т,е, меньше, чем требуют ТУ. Количество бракованных плавок по этой причине составляет более 20 Я. Карбид хрома Сг 7 Сз больше растворяет серы,По этой причине ограничивается сфера применения карбида хрома, Содержание серы, например, при производстве буровых долот должно быть не более 0,05 Я для композиционных материалов и специальных сплавов - не более 0,10 , Чем больше СгзСз а блоке, тем больше поступает железа из дробящихся тел (шаров) и футеровка (брони) мельницы, При увеличении СгтСз в блоке с 5 до 20 ф железо возрастает с 0,3 до 2,5, что недопустимо.При использовании двух вариантов шихты не достигается эффекта быстрой корректировки посадки электродов, т.е, стабильности токовой нагрузки и снимаемой мощности, а, следовательно, и высокой производительности. Производительность не превышает 70 кг/ч,Цель изобретения - повышение производительности и качества продукта.Сущность изобретения заключается в том, что процесс термической обработки ведут с порционным введением шихты, в которой отношение углерода к триоксиду дихрома составляет 0,35-0,38, корректировку глубины посадки электродов проводят при снижении токовой нагрузки (мощности) на 5-20 загрузкой в печь шихты, в которой отношение восстановителя к триоксиду дихрома составляет 0,33-0,345, а из измельченного порошка карбида хрома удаляют свободный углерод и примеси. При этом порошок измельчают до Фракции минус 0,4 мми осуществляют гравитационно-воздушную очистку при разрежении 20-300 мм водяного столба с удалением свободного углерода до концентрации 0,5 и затем измельчают его до фракции минус 0,2 мм.С целью повышения очистки карбида хрома от примесей осуществляют мокрый помол до фракции минус 0,2 мм с одновременной классификацией порошка при Т:Ж равном 1:1-1:10 с удалением свободноо углерода до концентрации менее 0,3, С целью удаления дисперсного железа и серы порошок обрабатывают 0,5-10 ф-ным раствором минеральной кислоты при Т:Ж равном 1:1-1:10 при температуре 20-30 С.Если использовать шихту, в которой отношение углерода к триоксиду дихрома (Сг 20 з) будет меньше 0,35, то не получим равновесный состав раствора С-С в жидкой бане блока, а следовательно, при кристаллизации карбида хрома содержание карбида хрома (Сг 7 СЗ) в блоке будет более 20, что недопустимо,Отношение углерода к триоксиду дихрома более 0,38 превышает предел того количества углерода, который необходим для получения равновесного раствора хром-углерод, Избыток углерода выше равновесного состава резко увеличит температуру плавления сплава, что приведет к перегреву колошника, выходу дуг на поверхность и прекращению формирования блока.Если для корректировок посадок электродов и регулирования постоянства токовой нагрузки (мощности) использовать шихту второго варианта с отношением углерода к триоксиду дихрома менее 0,33, то это приведет к получению прослоек в блоке с содеожанием карбида хрома Сг 7 СЗ более 205, что недопустимо. Если использовать шихту с отношением углерода к СВОЗ больше 0,345, то эффект регулирования будет замедленный, что резко повлияет на производительность. Если загрузку шихты для корректировки посадки электродов в шихту начинать при снижении нагрузки более, чем на 200. что приведет к получени 4 о в блоке прослоек, в которых количество второй фазы карбида хрома СГ 7 СЗ будет более 20. Начало корректировок при снижении нагрузки менее, чем на 50 Ь невозможно, поскольку это не входит в допустимый интервал ошибки прибора,Сухое удаление части свободного углерода из порошка минус 0,4 мм исключит переизмельчение и большой вынос мелких классов. Разрежение менее 20 мм вод, ст, неэффективно, т,к, процесс очистки не идет.Разрежение более 300 мм вод, ст приводит к выносу мелкого класса (-0,05) более 5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 чем на 204 ь, что привоцит к получению продукта с содержанием связанного углерода менее 12,87 ь, Для более тонкого разделения от свободного углерода и части общих примесей, которые разлага 4 отся в ваде (например, с примесями), используют гидравлическую классификаии 4 О, при этом порошок карбида доизмельчают до крупности в соответствии с ТУ минус 0,2 мм, Отношение твердого к жидкому (Т;Ж 1 менее 1:1 неэффективно в соответствии с тем, что такая пульпа будет сама работать как классификатор и одновременно со свободным уГлеродом будут ВьнОситься все мелкие классы, Отношение Т;Ж более 1:10 нежелательно вследствие резкого (в 2-3 Оаза) снижения производительности установк 44 иэ-за обводнения,Обработка раствором минеральной кислоты концентрацией менее О.,5, не позволяет практически удалить серу, а желеэо - только на 10-15. Кислотность раствора аолее 10 ф; неэффективна с точки зрения использования специального дорогостоящего кислотостойкого оборудования, Отношение твердого к жидкому менее 1;1 при этом недопустимо, поскольку эффект отмь 4 вки не достиГа 8 тся из-за пр 8 сыще 74 ия раствОра пРимесями Отноне 4 ис"А более 110 ф эффективно, поскольку кислота расходуется вхолостую.По техническим условиям карбид хрома ДОЛЖЕН СОДЕРжаТЬ СлецчЮШЧВ ЗЛЕМаНТЫ (см, табл, 1).Из тщательно перемешанных и дозированных пооошков Окиси хрома и сажи готовили брикеты, Брикеты проплавлялй В электропечи по выбранному прототипу(авт, св. М 171758). Затем Г 4 олучеикыв блок карбида по ввергали тонкому имельчению удаляли свободный углерод гидравлической классификацией,Химический состав продуктов и показателей процесса приведен а табл, 2,Т,очем выше содержание СГ 7 СЗ в блоке, тем меньше возможность при отмывке попасть в анализ по содер ан 4 ю Ссаит., за счег большеГО ВынОса СГ 7 2, Вьход орака пО С,э. Составляет 20-30,ь, Кол-:е"-во Фракции минус 0,05 колеблется О 10 до 50, В зависимости от изменения содержания СГТСЗ от 5 до 20 при измельчении продукта до минус 0,2 мм. При отмцвк:7 потери изменяются от 15 до 30 В зависимости от содержания сГ 7 СЗ, За счЗт потерь проиэводит 8 лькость ФО Годному снииаетс; на 20. Содержание серы В Готовом прсру 4 сге сатавляет 0 12-0 1 бо а Випесного желе -2-1 7 фО Маоки ЮИПа"4.Пполучить практически 448 возмо.х 4 а. Сумма при1826311 Таблица 1 Таблица 2 месей за счет Редиса, больше допустимогодаже в КХНР,Примеры выплавки карбида хрома по предлагаемому способу представлены в табл, .И,Металлографические исследования и 5рентгеноструктурный анализ показали, чтосодержание СгтСз было 5-7 и колебанияпо СгтСз и по Ссвяз, не превышали 4-10 и0,05-0,1 сооТветственно.Потери фракции минус 0,05 при отдувке 10материала Фракции минус 0,4 составляет3,5-5,5, что значительно меньше, чем приотдувке сразу же фракции -0,2 мм (до 25). По предлагаемому способу продукт получают высшего класса, причем общие потери мелкой фракции сокращаются на 10-15,При снижении температуры раствора ниже 20 С не достигается необходимого результата, а повышение ее выше 20 С приводит к резкому возрастанию растворимости хрома. Таким образом, производительность предлагаемого способа по сравнению с прототипом взят за базу сравнения) выше на 16-20,1826311Таблица 4Результаты измельчения до минус 0,4, отдувки (гравитационно-воздушная очистка) воздухом и измельчения до минус 0,2 мм Таблица 5Результаты гидравлической классификации фракции - минус 0,2 мм14 13 1826311 Таблица 6 Результаты обработки раствором соляной кислоты Составитель Л. РодинаТехред М.Моргентал Корректор Н. Король Редактор С, Кулакова Заказ 136 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ФоРмула изобретения 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДАХРОМА, включающий приготовлениешихты путем смешивания порошков ок 5сида хрома и углеродистого восстановителя, прессование, загрузку брикетированной шихты в руднотермичес куюэлектропечь, плавку их на блок, дробление и тонкое измельчение блока карбида с последующим отделением свободного углерода и примесей,отличающийся тем, что с целью повышения производительности и качества 15продукта, плавку ведут при отношениивосстановителя к триоксиду дихрома вшихте 0,35 - 0,38 и корректировке глубины посадки электродов путем снижения токовой нагрузки на 5 - 20 фзагруз ки шихты с соотношениемвосстановителя к триоксиду дихрома0,33 - 0,345,2. Способ по п.1, отличающийсятем, что загрузку шихты в электропечь 25осуществляют порционно,3. Способ по п.1, отличающийся тем, что с целью снижения потерь карбида хрома, измельчение осуществляют сначала до франкции минус 0,4 мм с последующей гравитационно-воздушной очисткой при разрежении 20 - 300 мм водяного столба и удалением свободного углерода до концентрации 0,5 фа затем измельчают до фракции минус 02 мм.4, Способ по п.1, отличающийся тем, что с целью повышения степени очистки карбида хрома от примесей, измельчение до фракции минус 0,2 мм осуществляют путем мокрого помола с одновременной классификацией порошка при Т: Ж = 1: 1 - 1; 10 с удалением свободного углерода до концентрации менее 0,3.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что с целью удаления дисперсного железа и серы, порошок после измельчения обрабатывают 0,5 - 10-ным раствором минеральной кислоты при Т: Ж1: 1-1: 10 при 20-30 С.