Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения огнеупорного изделия при алюмотермитном восстановлении металла

Изобретение относится к изготовлению огнеупорных изделий из алюмотермитного шлака, образующегося в ходе экзотермической реакции при получении стали из термитной смеси.

Известен огнеупор высокоглиноземистого состава, описанный в а.с. СССР №1583392, изготовленный из шихты, содержащей корунд, глинозем и маложелезистый боксит, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 25-55 корунд, 25-30 глинозем, 20-45 маложелезистый боксит.

Огнеупор из данной шихты обладает высокой термостойкостью. Однако в данной шихте не используются материалы, являющиеся отходами металлургического производства, что повышает стоимость получаемого огнеупора. Кроме того, использование в шихте низкокачественного боксита с малым содержанием Al₂O₃ и переменным значением кремниевого модуля (Al₂O₃/SiO₂) не гарантирует использование данного огнеупора в тепловых агрегатах с расплавами металла и повышенными механическими воздействиями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ получения стали, сопровождающийся сопутствующим получением шлака, описанный в патенте РФ №2366721, принятый заявителем за прототип. В данном способе подготавливают алюмотермитную смесь, содержащую оксид железа и алюминий, которую помещают в огнеупорную емкость с летками для выпуска металла и шлака. Воспламеняют алюмотермитную смесь и запускается восстановительная реакция, в ходе которой образуется шлак, всплывающий к поверхности образующегося металла. Шлак непрерывно скачивают через летку для скачивания шлака, а жидкий металл скачивают через летку для скачивания металла. Таким образом осуществляют восстановление металла.

Недостатком данного способа является то, что образующийся при восстановлении металла шлак, преимущественно содержащий Al₂O₃, термостойкость которого достигает 2100 ^оС, выбрасывается как отход производства и сразу, с момента его образования, не используется.

Задачей изобретения является использование шлака, образующегося при алюмотермитном восстановлении металла, для получения огнеупорного изделия.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения огнеупорного изделия при алюмотермитном восстановлении металла, который включает подготовку алюмотермитной смеси, содержащей оксид железа и алюминий, загрузку ее в огнеупорную емкость с летками для выпуска металла и шлака, протекание восстановительной реакции с образованием жидкого металла и шлака, предусмотрены следующие отличия: используют алюмотермитную смесь, содержащую не менее 19 мас.% алюминия, остальное – оксид железа, скачиваемый шлак заливают при температуре не ниже 2100 ºС в углеродную литейную форму, предназначенную для получения огнеупорного изделия.

Новым в заявленном способе получения огнеупорного изделия при алюмотермитном восстановлении металла является то, что используют алюмотермитную смесь, содержащую не менее 19 мас.% алюминия, остальное – оксид железа; скачиваемый шлак заливают при температуре не ниже 2100 ºС в углеродную литейную форму, предназначенную для получения огнеупорного изделия.

Так как в заявленном способе используют алюмотермитную смесь, содержащую не менее 19 мас.% алюминия, а остальное – оксид железа, то в результате экзотермического процесса происходит разделение металла и шлака, позволяющее осуществить операцию скачивания шлака через соответствующую летку. Экспериментально установлено, что при меньшем содержании алюминия в алюмотермитной смеси экзотермическая реакция не распространяется на весь ее объем, что не позволяет получить разделение восстановленного металла и шлака.

Благодаря тому, что скачиваемый шлак заливают при температуре не ниже 2100 ºС в углеродную литейную форму, предназначенную для получения огнеупорного изделия, то возникает возможность формирования конечного огнеупорного изделия из расплава шлака, состоящего преимущественно из Al₂O₃, температура плавления которого около 2050 ^оС. Температура плавления материала углеродной литейной формы, составляющая около 3000 ^оС, позволяет использовать ее для разливки жидкого шлака.

Заявляемый способ позволяет использовать образующийся при алюмотермитном восстановлении металла шлак, являющийся отходом производства сразу с момента его появления, для получения огнеупорного изделия.

Заявленный способ осуществляется при помощи устройства, представленного на чертеже. Устройство содержит корпус 1, нижняя часть которого является реакционной зоной. На корпусе 1 установлена крышка 2, с выполненным в ней газоотводным патрубком. В корпусе 1 выполнена летка 3 для слива шлака и летка 4 для слива металла, выполненная ниже летки 3. Под леткой 3 установлена углеродная литейная форма 5, предназначенная для получения огнеупорного изделия.

Способ получения огнеупорного изделия при алюмотермитном восстановлении металла осуществляют следующим образом. Термитную смесь, содержащую, например 80 мас.% оксида железа и 20 мас.% алюминия, помещают в реакционную зону корпуса 1. Смесь воспламеняют, например электрической дугой, после чего в алюмотермитной смеси протекает экзотермический процесс, распространяющийся на весь объем смеси. Экзотермический процесс происходит по реакции:

3Fe₃O₄ + 8Al = 4Al₂O₃ +9Fe.

Образующийся при процессе газ выходит через патрубок в крышке 2. По завершении экзотермического процесса образуется шлак, который всплывает в полном объеме к поверхности образующегося металла. Шлак скачивается из реакционной зоны корпуса 1 через летку 3 в углеродную литейную форму 5, а оставшийся в реакционной зоне корпуса 1 расплав металла скачивают через летку 4.

Таким образом, в углеродной литейной форме 5 формируется конечное огнеупорное изделие из расплава шлака, являющегося отходом производства.