способ получения двухкомпонентных тугоплавких оксидных сплавов

Формула изобретения

Способ получения двухкомпонентных тугоплавких оксидных сплавов заданного состава, включающий дозированную загрузку в электропечь исходных оксидов, плавку и слив, отличающийся тем, что отдозированный более тугоплавкий оксид плавят под слоем избыточного количества менее тугоплавкого оксида, обеспечивая заданное соотношение оксидов в расплаве на момент слива по рассчитанному расходу электроэнергии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области плавки тугоплавких двухкомпонентных оксидных сплавов и может найти применение при плавке алюминиевой шпинели, электрокорунда циркониевого и других тугоплавких двухкомпонентных оксидных сплавов.

Известен способ плавки электрокорунда циркониевого в дуговой электроплавильной печи, рабочее пространство которой образовано гарнисажем из электрокорунда циркониевого того же состава, включающий загрузку в электропечь отдозированных весовым способом исходных оксидов алюминия и циркония, плавку и слив полученного расплава ("Единый технологический процесс по производству циркониевого электрокорунда", 0221841, 02100.00024, ЧАЗ, 1989, прототип).

Согласно известному техническому решению загруженная порция шихты полностью расплавляется и производится выпуск полученного расплава. Первые (ниже расположенные) слои шихты плавятся под слоем выше расположенных слоев шихты с минимальными тепловыми потерями, так как нерасплавленные слои шихты предохраняют поверхность расплава от тепловых потерь. Последние порции шихты плавятся при постепенно обнажающейся поверхности расплава, высокая температура которого (1800-2500^oC) обуславливает большие тепловые потери печи и тяжелые условия работы водоохлаждаемого свода. В реальном процессе невозможно обеспечить одинаковую толщину слоя шихты по поверхности ванны печи. Наиболее массивные (толстые) участки слоя шихты проплавляются позднее, на их расплавление расходуется повышенное количество электрической энергии. При этом проплавленные участки ванны (без слоя шихты) перегреваются, вызывая частичное подплавление гарнисажа. Для восстановления подплавленного гарнисажа при последующей плавке загружают шихту с повышенным содержанием более тугоплавкого оксида оксида циркония, что приводит к отклонению соотношения оксидов в расплаве относительно заданного. Кроме того, на соотношение оксидов в расплаве оказывают большое влияние различные равновесные давления над расплавом паров оксидов циркония и алюминия и, следовательно, различная скорость испарения оксидов в районе плавящих электрических дуг. Перегрев расплава на участках ванны, где шихта расплавилась, приводит к значительному возгону (улету) оксида циркония. Все это приводит к нестабильности состава расплава, доходящей до 10% В целом процесс плавки неустойчив и требует больших энергетических и трудовых затрат. Аналогичные явления имеют место при плавке алюмомагниевой шпинели, электрокорунда хромистого и т.д.

Целью изобретения является получение двухкомпонентных тугоплавких оксидных сплавов заданного состава с минимальным разбросом количественного соотношения оксидов в сплаве от плавки к плавке.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения двухкомпонентных тугоплавких оксидных сплавов заданного состава, включающем дозированную загрузку в электропечь исходных оксидов, плавку и слив, отдозированный более тугоплавкий оксид плавят под слоем избыточного количества менее тугоплавкого оксида, обеспечивая заданное соотношение оксидов в расплаве на момент слива по рассчитанному расходу электрической энергии.

В связи с тем, что тугоплавкий оксид находится в нижнем слое шихты, то он плавится полностью. Менее тугоплавкий оксид загружают в печь в таком количестве, чтобы в процессе плавки постоянно над всей поверхностью расплава находился его нерасплавленный слой. Загрузку менее тугоплавкого оксида можно производить в один прием или в несколько приемов, не прерывая процесса плавки и обязательно обеспечивая при этом нахождение над поверхностью расплава нерасплавленного оксида. Эмпирически или методом расчета определяют количество электрической энергии, необходимое для получения двухкомпонентного расплава заданного состава и в заданном количестве.

Поскольку плавка ведется под слоем шихты, то тепловые потери с колошника минимальны и стабильны, практически все тепло, вносимое в ванну печи, расходуется на расплавление шихты. Строго и с необходимой точностью фиксируя количество нерасходованной электрической энергии, получаем строго определенное количество расплава заданного химического состава.

Так как в ванне расплава имеет место тепловая конвекция, расплав перемешивается до однородного состава.

Точность химического состава расплава определяется степенью точности учета расхода электрической энергии и требует применение высокоточных электросчетчиков.

Пример 1. В электропечи мощностью 4500 кВА произвели 10 плавок электрокорунда циркониевого состава 25 мас. ZrO₂ и 75 мас. Al₂O₃. Первым загружали в печь на каждую плавку по 1000 кг двуокиси циркония. Затем загружали в электропечь избыточное количество (4000 кг) глинозема (оксида алюминия) (расчетное количество 3000 кг) и производили плавление загруженных оксидов. Для расплавления загруженной в печь двуокиси циркония требуется 4000 кВтч электроэнергии (удельная норма составляет 4000 кВтч/т). Потребность электроэнергии на плавление расчетного количества глинозема составляет 3900 кВтч (удельная норма расхода электроэнергии для плавки 1 т глинозема равна 1300 кВтч/т). Общая потребность в электроэнергии на нагрев и плавление расчетного состава оксидов составляет 7000 кВтч, по расходу которого производили слив расплава. Не расплавленный (избыточный) глинозем остается на колошнике и ограничивает тепловые потери. Соотношение оксидов алюминия и циркония в готовом сплаве каждой плавки занесено в таблицу.

Пример 2. В электропечи мощностью 4500 кВА произвели 10 плавок алюмомагниевой шпинели состава 65 мас. Al₂O₃ и 35 мас. MgO. Первым загружали в электропечь на каждую плавку по 1600 кг оксида магния. Затем загружали в электропечь избыточное количество (4000 кг) глинозема (расчетное количество глинозема 3000 кг) и производили плавление загруженных оксидов. Для расплавления оксида магния требуется 2400 кВтч электроэнергии (удельная норма 1500 кВтч/т). Для расплавления расчетного количества глинозема требуется 3900 кВтч (удельная норма - 1300 кВтч/т). Слив расплава производили по расходу электроэнергии 6300 кВтч. Не расплавленный (избыточный) глинозем оставался на колошнике. Соотношение оксидов алюминия и магния в готовом сплаве каждой плавки занесено в таблицу.

Пример 3 (прототип). В электропечи мощностью 4500 кВА произвели 10 плавок электрокорунда циркониевого состава 25 мас. ZrO₂ и 75 мас. Al₂O₃. В печь загружали на каждую плавку по 1000 кг двуокиси циркония и по 3000 кг глинозема. Плавки проводили до полного расплавления загруженной в печь шихты. Соотношение оксидов в готовом сплаве каждой плавки занесено в таблицу.

Как видно из таблицы, сплавы, полученные способом согласно изобретению (пример 1 и 2) по сравнению с прототипом (пример 3) имеют более стабильный состав, удовлетворяющий техническим требованиям огнеупорной и абразивной отраслей.

Получение двухкомпонентных тугоплавких оксидных сплавов согласно изобретению планируется внедрить на АООТ "ЧАЗ" при производстве циркониевого электрокорунда и алюмомагниевой шпинели. В настоящее время проводится техническая подготовка производства.