Спосіб одержання електрокорунду

1 Спосіб одержання електрокорунду, який включає плавлення глиноземвмісного матеріалу, випускання розплаву до виливниці з одночасним продуванням окислювальним газом, де як окислю вальнии газ використовують стиснене повітря, яке подають знизу при тиску 0,2-1,5 атм під час випускання та 1,6-3,5 атм після початку твердіння розплаву, який відрізняється тим, що додатково здійснюють продування розплаву стисненим повітрям від бокової поверхні виливниці при тиску 1,2-2,0 атм, а виливницю оснащують боковими камерами, розташованими вздовж и твірної 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що як окислювальний газ використовують стиснений кисень Винахід відноситься до кольорової металургії та може бути використаний при виробництві електрокорунду Найбільш близьким по технічній суті та досягаемому результату до винаходу, що пропонується, є спосіб одержання електрокорунду (див а с СРСР № 792803 від 23 03 79, МКл З C01F7/30), який включає плавлення глиноземвмісного матеріалу, випускання розплаву до виливниці з одночасним продуванням окислювальним газом, де як окислювальний газ використовують стиснене повітря, яке подають знизу при тиску 0,2 - 1,5атм під час випускання, та 1,6 - 3,5атм після початку твердіння розплаву Розплав випускають у металічну водоохолоджувану виливницю, у яку знизу крізь пористу вогнетривку вставку та насипаний на неї шар електрокорунду фракції 3 - 15мм подають стиснене повітря при зазначеному тиску У відомому способі не забезпечується достатній ступінь усереднення розплаву, який випускають із печі, що обумовлює неможливість одержання гомогенного матеріалу, недостатню чистоту матеріалу та низький вихід монокристалів електрокорунду Це пояснюється тим, що при одержанні електрокорунду відомим способом окислювальна дія на електрокорундовий розплав повітря, яке під тиском подають до виливниці, обмежене , що не дає можливості у повній мірі регулювати фізико-хімічні умови кристалізації і не забезпечує повноту протікання процесів рафінування При заповненні во доохолоджуваної виливниці відбувається швидке охолодження та твердіння розплаву близь бокової поверхні виливниці У зоні швидкого охолодження та твердіння розплаву окислювальна дія повітря припиняється вже через 2 - 3 хвилини після випускання розплаву, внаслідок чого у цій зоні утворюється незначна КІЛЬКІСТЬ монокристалів електрокорунду Крім того, у розплаві завжди міститься оксид натрію, що обумовлює утворення сполуки AbCbNaCb -алюмінату натрію Питома вага цієї сполуки менша, ніж питома вага електрокорунду і при продуванні розплаву стисненим повітрям алюмінат натрію локалізується на поверхні розплаву, а після його твердіння легко ВІДДІЛЮЄТЬСЯ, завдяки чому забезпечується одержання гомогенного матеріалу, висока чистота розплаву та високий вихід монокристалів електрокорунду Але при одержанні електрокорунду відомим способом близь бокової поверхні виливниці , де відбувається швидке охолодження та твердіння розплаву, алюмінат натрію залишається у розплаві При цьому не досягається необхідний ступінь усереднення розплаву, знижається чистота розплаву і, як наслідок, зменшується вихід монокристалів електрокорунду В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу одержання електрокорунду, у якому шляхом уведення нових операцій та режимів їх виконання, а також нового виконання обладнання забезпечується необхідний ступінь усереднення розплаву, за рахунок чого зростає гомогенність матеріалу, підвищуються чистота 00 ю 44589 електрокорунду При тиску повітря нижче, ніж матеріалу та вихід монокристалів електрокорунду 1,2атм, перемішування буде менш інтенсивним, Поставлена задача, вирішується тим, що у що приведе до недостатнього усереднення розспособі одержання електрокорунду, який включає плаву, неповного його рафінування, зниження гоплавлення глиноземвмісного матеріалу, випусканмогенності матеріалу та виходу монокристалів ня розплаву до виливниці з одночасним продуванелектрокорунду При тиску повітря вище, ніж ням окислювальним газом, де як окислювальний 2,0атм, перемішування буде проходити занадто газ використовують стиснене повітря, яке подають інтенсивно, що приведе до випліскування розплазнизу при тиску 0,2 - 1,5атм під час випускання та ву із виливниці Для забезпечення продування 1,6 - 3,5атм після початку твердіння розплаву, ВІДрозплаву повітрям від бокової поверхні виливницю ПОВІДНО до винаходу, новим є те, що додатково споряджають боковими камерами, розташованими здійснюють продування розплаву стисненим повівздовж и твірної Бокові камери розміщують таким трям від бокової поверхні виливниці при тиску 1,2 чином, щоб дія повітря розповсюджувалась на 2,0атм, а виливницю оснащують боковими камевесь розплав, який знаходиться у зоні бокової порами, розташованими вздовж и твірної верхні ВИЛИВНИЦІ Новим є також те, що як окислювальний газ використовують стиснений кисень Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу, що заявляється, та технічним результатом, що досягається, полягає у тому, що уведення нових операцій та режимів їх виконання, а також нове виконання обладнання, а саме - додаткове продування розплаву стисненим повітрям від бокової поверхні виливниці, - подача стисненого повітря при тиску 1,2 2,0атм, - спорядження виливниці боковими камерами, розташованими вздовж и твірної, у сукупності з відомими ознаками забезпечують досягнення такого ступеня усереднення, при якому одержують гомогенний матеріал з високою чистотою та підвищується вихід монокристалів електрокорунду Технічний результат досягається також за рахунок того, що як окислювальний газ використовують стиснений кисень Це пояснюється тим, що стиснене повітря, яке подають від бокової поверхні виливниці, справляє окислювальну дію на розплав, що знаходиться у зоні бокової поверхні виливниці, за рахунок чого відбувається рафінування розплаву у цій зоні Оксид натрію утворює з глиноземвмісним матеріалом алюмінат натрію, який під тиском повітря підіймається на поверхню розплаву, завдяки тому, що має питому вагу меншу, ніж у електрокорунду Повітря, яке подають під тиском, уповільнює процес твердіння розплаву у зоні бокової поверхні виливниці і процес рафінування протікає достатньо повно При цьому суттєво зростає КІЛЬКІСТЬ монокристалів електрокорунду, що утворюється у цій зоні Локалізований на поверхні затверділого розплаву алюмінат натрію видаляють Злиток, який залишився у виливниці, складається практично повністю з монокристалів електрокорунду Це відбувається завдяки тому, що при інтенсивному перемішуванні розплаву повітрям, яке подають під тиском знизу та від бокової поверхні виливниці, регулюються фізико-хімічні умови для кристалізації, усереднення розплаву, утворюються практично однакові умови для зародження та росту монокристалів електрокорунду Стиснене повітря від бокової поверхні виливниці подають при тиску 1,2 - 2,0атм, що необхідно і достатньо для інтенсивного перемішування та усереднення розплаву, для повного протікання процесу рафінування, підвищення гомогенності матеріалу та виходу монокристалів Досягненню необхідного ступеня усереднення розплаву і, отже, зростанню гомогенності матеріалу, підвищенню чистоти матеріалу та виходу монокристалів електрокорунду сприяє те, що як окислювальний газ використовують стиснений кисень Кисень активізує процес рафінування розплаву за рахунок своєї високої окислювальної спроможності При цьому зростають швидкість та повнота протікання реакції утворення алюмінату натрію з його локалізацією на поверхні розплаву Крім того, складаються сприятливі умови для прискорення процесу зародження та росту монокристалів електрокорунду Спосіб за винаходом здійснюють таким чином Глиноземвмісний матеріал розплавлюють у електропечі Після досягнення розплавом температури 2150 - 2200°С його випускають до металічної водоохолоджуваної виливниці, яка споряджена боковими камерами, розташованими вздовж и твірної Виливницю установлюють на ПІДДОНІ З вогнетривкою кладкою, у яку вбудовують вогнетривку вставку з отворами діаметром до 4мм Вставку сполучають за допомогою металічної камери з магістраллю стисненого повітря чи кисню Поверхню вогнетривкої кладки і пористої вогнетривкої вставки засипають шаром електрокорунду фракції 3 - 15мм Бокові камери мають металевий корпус з вогнетривкими вставками з отворами діаметром до Змм Безпосередньо перед випусканням електрокорундового розплаву із печі до виливниці подають стиснене повітря або стиснений кисень для вільного виходу його у об'єм форми У момент надходження розплаву до виливниці тиск стисненого повітря знизу підвищують до 0,5, а потім до 1,5атм Від бокової поверхні виливниці повітря подають спочатку при тиску 1,2атм У наслідок проходження окислювальних процесів електрокорундовий розплав розігрівається з одночасним інтенсивним перемішуванням По мірі заповнення виливниці приблизно на третину висоти тиск стисненого повітря знизу зменшують до 1,0 - 1,2атм, а від бокової поверхні залишають на тому ж рівні, і при такому режимі здійснюють подачу повітря аж до появи ЗОВНІШНІХ ознак звуження зони розплаву Тоді тиск повітря поступово підвищують до 1,6 - 3,5атм, знизу і 2,0атм від бокової поверхні Продувку закінчують при повному затвердінні поверхні злитку Тривалість обробки розплаву повітрям становить 5 - 1 0 хвилин Через годину після випус 44589 кання розплаву виливницю знімають зі злитка і далі він остигає у навколишньому повітряному середовищі При виплавлянні легованих електрокорундів (ЕХ та ЕХТ) добавки уводять безпосередньо до печі (Т1О2) або до виливниці при випусканні розплаву (СГ2О3) Способом за винаходом було здійснено шість плавок з продуванням розплаву стисненим повітрям та стисненим киснем Від одержаних злитків відбирали проби, із яких за загальноприйнятою методикою готували шліфзерно № 40 (400 500мкм) У плавках №№ 1 - 3 одержували електрокорунд марок ЕБ (плавка № 1), ЕХ (плавка № 2), ЕХТ (плавка № 3), а повітря від бокової поверхні виливниці подавали спочатку при тиску 1,2атм і поступово, по мірі звужування зони розплаву, підвищували тиск до 2,0атм Так само (плавка № 4електрокорунд марки ЕБ, № 5 - марки ЕХ, № 6 марки ЕХТ) проводили плавки №№ 4 - 6, але від бокової поверхні і знизу виливниці подавали стис нений кисень У плавках №№ 7 - 9 при одержанні таких самих марок електрокорунду від бокової поверхні виливниці подавали повітря, у плавках №№ 10 - 12 - кисень при тиску 1,0атм, у плавках №№ 13 - 15 та №№ 16 - 18 - повітря та кисень, ВІДПОВІДНО, при тиску 2,2атм Для проведення порівняльних випробувань була проведена плавка електрокорунду марок ЕБ, ЕХ та ЕХТ (плавки №№ 19 - 21) способом, відомим із прототипу Дані про результати порівняльних випробувань наведені у таблиці Із таблиці видно, що при одержанні електрокорунду способом за винаходом (плавки №№ 1 6) КІЛЬКІСТЬ монокристалічної частини злитку значно зростає у порівнянні з цим показником при одержанні електрокорунду способом відомим із прототипу (плавки №№ 19 - 21) та при порушенні режимів, які заявляються (плавки №№ 7-18) Крім того, підвищуються такі показники, як відносна концентрація легуючого елемента у твердому розчині та МІЦНІСТЬ одиничного зерна електрокорунду Таблиця №№ плавок Марка електрокорунду Стиснений окислювальний газ 1 2 3 4 5 ЕБ ЕХ ЕХТ ЕБ ЕХ 6 ЕХТ 7 8 9 10 11 ЕБ ЕХ ЕХТ ЕБ ЕХ 12 ЕХТ 13 14 15 16 17 ЕБ ЕХ ЕХТ ЕБ ЕХ 18 ЕХТ 19 20 21 ЕБ ЕХ ЕХТ повітря повітря повітря кисень кисень кисень при тиску від бокової поверхні 1,0атм повітря повітря повітря кисень кисень кисень при тиску від бокової поверхні 2,2атм повітря повітря повітря кисень кисень кисень по прототипу повітря повітря повітря КІЛЬКІСТЬ моно кристалічної частини злитку, % 88,9 74,2 71,1 90,0 75,0і Відносна концентрація легуючого елемента у твердому розчині, % Сг 2 О 3 ТЮ2 92,0 93,0 88,0 94,0 МІЦНІСТЬ ОДИНИЧ НОГО зерна № 40, кгс/зерно 2,52 2,61 2,70 2,56 2,64 72,0 96,0 89,0 2,72 84,1 70,3 67,2 84,7 71,4 89,0 91,0 89,5 87,0 2,42 2,55 2,64 2,44 2,56 67,5 91,5 87,2 2,65 84,4 70,6 67,4 84,9 71,8 89,5 91,6 90,0 87,1 2,43 2,56 2,65 2,45 2,57 67,8 91,8 87,4 2,66 80,0 65,0 60,0 88,0 90,0 81,0 2,39 2,53 2,64 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90