Патент на изобретение №2310000

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2310000 (13) C1
(51) МПК

C22B26/22 (2006.01)
C22B9/10 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 18.11.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2006107500/02, 10.03.2006

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

10.03.2006

(46) Опубликовано: 10.11.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
ЧУХРОВ М.В. и др. Цветные металлы. 1971, №11, с.83-84. SU 886509 A1, 27.01.2000. DE 10128335 С, 21.11.2002. ЕР 1582601 A1, 05.10.2005. WO 00/58527 A1, 05.10.2000. US 2005/029718 A1, 10.02.2005. WO 99/27144 A1, 03.06.1999. US 5908488 A, 01.06.1999.

Адрес для переписки:

427620, Удмуртская Республика, г. Глазов, ул. Белова, 7, ОАО ЧМЗ, патентно-информационный отдел

(72) Автор(ы):

Батаев Сергей Викторович (RU),
Богдяж Андрей Васильевич (RU),
Васильев Николай Анатольевич (RU),
Гулякин Александр Илларионович (RU),
Дорохов Игорь Тимофеевич (RU),
Кунев Анатолий Иванович (RU),
Котрехов Владимир Андреевич (RU),
Науман Валерий Анатольевич (RU),
Овчинников Вячеслав Николаевич (RU),
Путин Анатолий Агафонович (RU),
Путина Ольга Алексеевна (RU),
Черемных Геннадий Сергеевич (RU),
Чинейкин Сергей Владимирович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество “Чепецкий механический завод” (ОАО ЧМЗ) (RU)

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАФИНИРОВАНИЯ МАГНИЯ

(57) Реферат:

Группа изобретений относится к цветной металлургии, в частности к очистке магния от примесей. Способ рафинирования магния включает расплавление магния в емкости, нагрев до температуры рафинирования магния, подачу тетрахлорида циркония и отстой примесей. Перед расплавлением магния в емкость загружают хлорид магния. Рафинирование проводят в атмосфере аргона при температуре 750-800°С парами тетрахлорида циркония, подаваемыми со скоростью 20-40 кг/ч, с последующим отстоем примесей в расплавленный хлорид магния. Кроме того, через расплавленный магний барботируют аргон в течение 15-30 мин. Устройство для рафинирования магния включает емкость для рафинирования магния и шахтную электропечь. В емкость для рафинирования установлен стакан, закрытый экраном, через который проходят патрубки для подачи паров тетрахлорида циркония и для перекачки рафинированного магния в приемник, при этом емкость герметично закрыта крышкой с патрубком для подачи паров тетрахлорида циркония, патрубком для подачи аргона и патрубком с трубой для выборки рафинированного магния. Трубу для выборки рафинированного магния используют для барботажа аргона. Кроме того, устройство снабжено пульсатором. Техническим результатом является повышение производительности способа и устройства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к процессам очистки магния от примесей, к получению магния высокой чистоты для магниетермического производства губчатого циркония.

Известны способы очистки магния от металлических примесей цирконийсодержащими добавками (Н.А.Байтенев, А.И.Папин, В.В. Родякин и др. «Очистка магния от примесей цирконийсодержащими добавками». «Комплексное использование минерального сырья», № 4, 1979, с. 17-21). Способ рафинирования магния заключался в добавлении к нему отходов губчатого циркония в количестве 1,7-2,5% от массы магния или тетрахлорида циркония 0,1-0,8% (пересчет на металлический цирконий) от массы магния при 700-720°С. Рафинирование производили в открытом тигле под флюсом при перемешивании магния механической мешалкой. Тигель был установлен в шахтную электропечь. Рафинировали одновременно 50 кг магния. Длительность перемешивания составила 60 мин, отстоя – 60 мин. Недостатком данного способа и устройства является низкая производительность, так как рафинирование производили в открытом тигле и при пониженной температуре 700-720°С, что замедляет процесс очистки. Циркониевые добавки пирофорны, пирофорен и сам магний. При перемешивании в течение 60 мин имеет место весьма высокая окисляемость магния, следовательно, снижается масса рафинированного магния, т.е. понижается производительность способа и устройства.

Наиболее близким по технической сущности являются способ и устройство, описанные в статье журнала «Цветные металлы», № 11, 1971, с.83-84 «О кинетике очистки магния от железа тетрахлоридом циркония», авторов: М.В.Чухров, В.А.Кечин, И.П.Вяткин. Исследования проводили также в открытом тигле на 5 кг магния с защитой его флюсом ВИ-2. Тигель был установлен в шахтную электропечь. Температура магния была 700°С. Магний перемешивали мешалкой и вводили тетрахлорид циркония в количестве 0,08-0,32% по цирконию к массе магния. Длительность отстаивания магния – 20 мин. Тетрахлорид циркония в магний подавали в порошкообразном состоянии.

К недостаткам способа следует отнести низкую температуру взаимодействия добавки циркония с магнием вследствие того, что очистку проводили в открытом тигле. При 700°С при перемешивании и подаче в расплав тетрахлорида циркония будет наблюдаться повышенное окисление магния и низкий выход рафинированного магния, т.е. пониженная производительность данного способа и устройства.

Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении производительности способа и устройства рафинирования магния.

Технический результат достигается тем, что в способе рафинирования магния, включающем расплавление магния, нагрев до температуры рафинирования магния, подачу тетрахлорида циркония и отстой примесей, новым является то, что перед расплавлением магния в емкость загружают хлорид магния, рафинирование ведут в атмосфере аргона при температуре 750-800°С при подаче тетрахлорида циркония на поверхность расплава в виде паров со скоростью 20-40 кг/ч с последующим отстоем примесей в расплавленный хлорид магния.

Кроме того, после окончания подачи тетрахлорида циркония через расплав барботируют аргон в течение 15-30 мин.

В устройстве для рафинирования магния, включающем емкость для рафинирования магния, шахтную электропечь, новым является то, что емкость герметично закрыта крышкой с патрубком для подачи паров тетрахлорида циркония, патрубком для подачи аргона и патрубком с трубой для выборки рафинированного магния, в емкости для рафинирования магния установлен стакан, закрытый экраном, через который проходят патрубки для подачи паров тетрахлорида циркония и для выборки рафинированного магния в приемник.

Кроме того, трубу для выборки рафинированного магния используют в качестве барботера аргона.

Кроме того, устройство для рафинирования магния снабжено пульсатором.

Отличительные признаки способа и устройства для рафинирования магния позволяют повысить производительность процесса очистки магния.

Загрузка в емкость перед расплавлением магния хлорида магния способствует сорбции в нем в процессе рафинирования отстаиваемых примесей. Хлористый магний хорошо смачивает окись, нитрид магния и интерметаллиды, что ускоряет процесс отстаивания магния от примесей, т.е. повышает производительность способа.

Проведение процесса рафинирования магния под атмосферой аргона исключает потери магния с оксидами и нитридами, повышает массу (количество) рафинированного магния, т.е. повышает производительность способа.

Повышение температуры магния при его рафинировании до 750-800°С ускоряет процесс взаимодействия тетрахлорида циркония с магнием, т.е. повышает производительность способа.

Подача тетрахлорида циркония в парообразном состоянии на рафинирование магния также ускоряет процесс взаимодействия его с магнием.

В известном способе и устройстве на рафинирование магния подавали тетрахлорид циркония в твердом виде, что требовало время для перевода его в парообразное состояние.

Подача тетрахлорида циркония со скоростью 20-40 кг/ч позволяет провести процесс его взаимодействия с магнием в спокойном режиме без остановок, без резких повышений давления в устройстве и без остановок процесса рафинирования, что способствует повышению производительности способа.

Барботаж аргона в течение 15-30 мин позволяет произвести перемешивание расплавленного магния с кристаллами циркония после подачи тетрахлорида циркония, а также с помощью барботируемого аргона расплавленный магний дегазируется от водорода, который удерживает мелкие примеси окиси и нитрида магния в расплаве во взвешенном состоянии, что способствует ускорению очистки магния от примесей, т.е. повышает производительность способа.

Герметизация устройства крышкой с патрубком для аргона позволяет вести процесс рафинирования магния в атмосфере инертного газа (аргон), что исключает образование оксидов и нитридов магния, тем самым повышает производительность устройства за счет получения повышенного выхода массы рафинированного магния.

Использование в устройстве стакана с экраном и патрубками для подачи паров тетрахлорида циркония и выборки рафинированного магния из стакана способствует локализации процесса взаимодействия расплавленного магния с парами тетрахлорида циркония, что ускоряет указанный процесс взаимодействия, т.е. повышает производительность устройства.

Выборка рафинированного магния из стакана в приемник путем создания повышенного давления аргона в устройстве способствует также повышению его производительности.

Использование трубы для выборки рафинированного магния в качестве барботера аргона исключает дополнительную операцию установки барботера в устройство для рафинирования магния. Следовательно, повышает производительность способа и устройства для рафинирования магния.

Использование в устройстве для рафинирования магния пульсатора обеспечивает интенсивное перемешивание расплавленного магния, что способствует ускорению процесса его рафинирования в герметичном устройстве, т.е. повышает производительность заявляемых способа и устройства.

Использование аргона после подачи паров тетрахлорида циркония на магний также ускоряет процесс рафинирования магния, способствует перемешиванию магния с кристаллами циркония и дегазации магния от водорода, что ускоряет процесс очистки магния и его отстой от примесей. Следовательно, повышается производительность устройства.

На основании вышеизложенного все признаки способа и устройства для рафинирования магния способствуют повышению производительности способа и устройства.

Устройство для рафинирования магния показано на фиг.1. Устройство состоит из герметичной емкости 1 для рафинирования магния, в которую установлен стакан 2, закрытый экраном 3 с патрубками для подачи паров тетрахлорида циркония 4 и для выборки рафинированного магния 5. Емкость 1 герметично закрыта крышкой 6 с трубой 7 для подачи паров тетрахлорида циркония, с патрубком 8 для подачи в устройство аргона, с патрубком 9 для установки трубы 10 для барботажа аргона в расплавленный магний и для выборки рафинированного магния из устройства в приемник. К патрубку 7 крышки 6 подсоединяется труба 11с вентилем, через которую подают пары тетрахлорида циркония. Герметичная емкость 1 установлена в шахтную электропечь 12. Стакан 2 установлен в герметичной емкости на ложное дно 13.

Устройство для рафинирования магния монтируется следующим образом. В стакан 2 помещают твердый хлорид магния (куски) в количестве 300 кг и твердый магний в количестве 1000 кг. После чего стакан 2 закрывают экраном 3 с патрубками 4 и 5 и устанавливают в емкость 1 на ложное дно 13. Емкость 1 герметизируют крышкой 6. Смонтированную емкость 1 устанавливают в шахтную электропечь 12.

Способ и устройство для рафинирования магния работают следующим образом. В герметичную емкость 1 задают аргон через патрубок 8, включают электропечь 12 и расплавляют магний и хлористый магний. Затем прогревают расплавленные продукты до 780°С. После чего через трубу 11 подают пары тетрахлорида циркония в стакан 2 со скоростью 30 кг/ч на зеркало расплавленного магния с расходом 20 кг паров тетрахлорида циркония на 1 т магния. При взаимодействии паров тетрахлорида циркония с магнием образуется мелкокристаллический цирконий, который, проходя через расплав, взаимодействует с железом, кремнием, медью, марганцем, цинком и образует интерметаллиды, оседающие в расплавленный хлорид магния. Хлорид магния хорошо смачивает оксиды, нитриды магния и интерметаллиды и они выводятся из граничного слоя магния в его хлорид. При этом ускоряется процесс отстоя примесей и наиболее полного вывода их из магния, что способствует повышению производительности способа.

После окончания подачи терахлорида циркония на зеркало расплавленного магния через трубу 11, в патрубок 9 устанавливают трубу 10 (труба с заглушенным нижним отверстием и с перфорацией нижней части).

Через трубу 10 в расплавленный магний подают аргон в течение 20 мин. При этом происходит перемешивание расплавленного магния с кристаллическим цирконием, что ускоряет его очистку, а также происходит процесс дегазации магния от водорода. Это способствует более быстрой очистке магния от мелких частиц оксида и нитрида магния, которые удерживаются в магнии сорбированным водородом. Таким образом, барботаж аргона способствует ускорению очистки магния, т.е. повышает производительность способа и устройства.

После барботажа аргона следует отстой магния от примесей в течение 20 мин. Примеси опускаются на дно стакана в расплавленный хлорид магния и удерживаются в нем, что способствует более ускоренной и глубокой очистке магния, повышает производительность способа и устройства для рафинирования магния.

После отстоя примесей расплавленный рафинированный магний через трубу 10 переливают в приемник, например, с помощью создания давления аргона в герметичной емкости 1 для рафинирования магния.

Таким образом, все отличительные признаки способа и устройства способствуют ускорению процесса рафинирования магния, т.е. повышают производительность способа и устройства для рафинирования магния в 10 раз.

Устройство для рафинирования магния, снабженное пульсатором, показано на фиг.2. Устройство состоит из герметичной емкости 1 для рафинирования магния, в которую установлен стакан 2, закрытый экраном 3 с патрубками для подачи паров тетрахлорида циркония 4 и для выборки рафинированного магния 5. Емкость 1 герметично закрыта крышкой 6 с патрубком 7 для подачи паров тетрахлорида циркония, с патрубком 8 для подачи в устройство аргона, с патрубком 9 для установки трубы 10 для барботажа аргона в расплавленный магний и для выборки рафинированного магния из устройства в приемник. К патрубку 7 крышки 6 подсоединяется труба 11с вентилем, через которую подают пары тетрахлорида циркония. Герметичная емкость 1 установлена в шахтную электропечь 12. Стакан 2 установлен в герметичной емкости на ложное дно 13. Дополнительно в устройство для рафинирования магния установлена труба 14 пульсатора 15 через патрубок 16 крышки 6 и патрубок 17 экрана 3.

Устройство для рафинирования магния монтируется следующим образом. В стакан 2 помещают твердый хлорид магния (куски) в количестве 500 кг и твердый магний в количестве 2000 кг. После чего стакан 2 закрывают экраном 3 с патрубками 4, 5 и 17 и устанавливают в емкость 1 на ложное дно 13. Емкость 1 герметизируют крышкой 6 с патрубками 8, 7, 9 и 15. Смонтированную емкость 1 устанавливают в шахтную электропечь 12.

Способ и устройство для рафинирования магния работают следующим образом. В герметичную емкость 1 задают аргон через патрубок 8, включают электропечь 12 и расплавляют магний и хлористый магний. Затем перегревают расплавленные продукты до 780°С. После чего через трубу 11 подают пары тетрахлорида циркония в стакан 2 со скоростью 40 кг/ч на зеркало расплавленного магния с расходом 10 кг паров тетрахлорида циркония на 1 т магния. При взаимодействии паров ZrCl4 с магнием образуется мелкокристаллический цирконий, который, проходя через расплав, взаимодействует с примесями магния железом, кремнием, медью, марганцем, цинком и образует интерметаллиды, оседающие в расплавленный хлорид магния. Хлорид магния хорошо смачивает оксиды, нитриды магния и интерметаллиды и они выводятся из граничного слоя магния в его хлорид. При этом ускоряется процесс отстоя примесей и наиболее полного вывода их из магния, что способствует повышению производительности способа.

После окончания подачи тетрахлорида циркония в патрубок 9 устанавливают трубу 10 (труба с заглушенным нижним отверстием и с перфорацией нижней части).

Через трубу 10 в расплавленный магний подают аргон в течение 15 мин. При этом происходит процесс дегазации магния от водорода. Это способствует наиболее быстрой очистке магния от мелких частиц оксида и нитрида магния, которые удерживаются в магнии сорбированным водородом. Таким образом, барботаж аргона способствует ускорению очистки магния, т.е. повышает производительность способа и устройства.

После барботажа аргона в устройство через патрубок 16 крышки 6 и патрубок 17 экрана 3 стакана 2 устанавливают в расплавленный магний трубу 7 пульсационного пневматического устройства 15 (ППУ), который работает при использовании аргона. В трубе 14 пульсатора 15 периодически создается повышенное давление аргона, который частично выталкивает расплавленный магний из трубы 7. При этом возникает интенсивное перемешивание расплавленного магния в стакане, которое ускоряет процесс очистки магния от примесей, т.е. повышает производительность способа и устройства рафинирования магния. После 20 мин перемешивание магния заканчивается. Затем следует отстой в течение 20 мин. Примеси опускаются на дно стакана 2 в хлорид магния и сорбируются им, что повышает производительность способа и устройства для рафинирования магния.

После отстоя примесей расплавленный магний через трубу 10 переливают в приемник, например, за счет создания избыточного давления аргона в герметичной емкости 1.

Таким образом, все отличительные признаки способа и устройства способствуют ускорению процесса рафинирования магния, т.е. повышают производительность способа и устройства для рафинирования магния в данном случае в 15 раз.

Формула изобретения

1. Способ рафинирования магния, включающий расплавление магния в емкости, нагрев до температуры рафинирования, подачу тетрахлорида циркония и отстой примесей, отличающийся тем, что перед расплавлением магния в емкость загружают хлорид магния, рафинирование ведут в атмосфере аргона при температуре 750-800°С при подаче тетрахлорида циркония на поверхность расплава в виде паров со скоростью 20-40 кг/ч, с последующим отстоем примесей в расплавленный хлорид магния.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончания подачи тетрахлорида циркония через расплав барботируют аргон в течение 15-30 мин.

3. Устройство для рафинирования магния, включающее емкость для рафинирования магния, шахтную электропечь, отличающееся тем, что емкость герметично закрыта крышкой с патрубком для подачи паров тетрахлорида циркония, патрубком для подачи аргона и патрубком с трубой для выборки рафинированного магния, в емкость для рафинирования магния установлен стакан, закрытый экраном, через который проходят патрубки для подачи паров тетрахлорида циркония и для выборки рафинированного магния в приемник.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что трубу для выборки рафинированного магния используют в качестве барботера аргона.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено пульсатором.

РИСУНКИ

Categories: BD_2310000-2310999