Спосіб одержання рідкісних металів і сплавів на їх основі

1 Спосіб одержання рідкісних металів і сплавів на їх основі, що включає нагрівання металувідновника зі сполукою металу, який потрібно відновити, струмом високої частоти в імпульсному режимі в індукційній печі з холодним тиглем, який відрізняється тим, що нагрівання здійснюють періодичним введенням тривалістю 0,2 - 1 хв ім пульсів енергії потужністю 80-130 кВт у розрахунку на 1м2 бічної поверхні шихти з інтервалом між імпульсами 3 - 5 хв , а в інтервалах між імпульсами енергію уводять з потужністю 10 - 40% від потужності імпульсу 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що як метал-відновник беруть металічний кальцій у вигляді стружки, а сполукою металу, який потрібно відновити, єтетрафторид цирконію або гафнію 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що нагрівання металу-відновника зі сполукою металу, який потрібно відновити, проводять до досягнення температури в центрі верхнього шару шихти 80 120°С Винахід належить до способів одержання тугоплавких рідкісних металів, зокрема одержання цирконію, гафнію і сплавів на їх основі, і може бути використаний у металургії рідкісних металів Відомий спосіб одержання цирконію або гафнію шляхом відновлення тетрафторидів цирконію або гафнію (патент Роси № 2072697, МІЖ6 С22В5/04, 34/14, 1995) Тетрафторид змішують з металічним нікелем і металічним кальцієм у вигляді стружки Нікель додають для того, щоб понизити температуру плавлення металу, що утворюється Шихту завантажують у графітовий тигель, що знаходиться в реторті Реторту герметично закривають, вакуумують, а потім заповнюють аргоном За допомогою запального пристрою, спіраль якого розміщена у верхній частині шихти, ІНІЦІЮЮТЬ реакцію відновлення Після охолодження продуктів реакції виймають з тигля злиток і шлак Злиток подрібнюють до частинок розміром 2 - 4мм і здійснюють йодидне рафінування Вихід металу 87,9 - 88,9% За прототип вибрано спосіб одержання рідкісних металів та їх сплавів (патент Роси № 2072697, МПК6 С22В5/04, 34/14, 1997) Цей спосіб за найбільшою КІЛЬКІСТЮ суттєвих ознак збігається з винаходом, що заявляється За прототипом відновлення рідкісних металів здійснюють в індукційній печі у мідному тиглі з водяним охолодженням Металвідновник і порошок сполуки металу, який потрібно відновити, завантажують шарами Металвідновник беруть у вигляді стружки, а пустоти між стружкоподібними шматочками заповнюють гранулами і/або порошком металу-відновника Нагрівання реакційної суміші ведуть струмами високої частоти, індукованими у шихті безпосередньо через тигель, в імпульсному режимі введення високочастотного струму, а ініціювання реакції здійснюють безперервним уведенням високочастотного струму в діапазоні 100 - 70000Гц Спільними ознаками з винаходом, що заявляється, є змішування тетрафторидів із металічним кальцієм у вигляді стружки і нагрівання суміші для ініціювання реакції металічного кальцію з тетрафторидом Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату, є багатостадійність процесу та велика енергоємність Спільними ознаками з винаходом, що заявляється, є нагрівання металу-відновника зі сполукою металу, який потрібно відновити, струмом високої частоти в імпульсному режимі в індукційній печі з холодним тиглем Причинами, що перешкоджають одержанню потрібного технічного результату, є тривалий час досягнення температури, потрібної для ініціювання реакції відновлення Це приводить до зростання часу циклу плавки і знижує продуктивність устаткування Особливо цей недолік проявився при (О (О 44626 одержанні гафнію та його сплавів, оскільки об'ємімпульсу, обумовлена тим, що подальше збільна частка металічної фази (стружки кальцію) у шишення потужності приводить до різкого зростання хті, яка містила фторид гафнію і стружки кальцію, імовірності перегріву шару шихти біля стінок тигля, значно менша, ніж у шихті для одержання циркоде виділяється енергія Це приводить до передчанію Зниження вмісту в шихті металічної фази присного ініціюванню реакції взаємодії металічного водить до зменшення її теплопровідності, тобто за кальцію з тетрафторидом цирконію чи гафнію при інших рівних умов потрібно збільшувати час пронедостатньо прогрітій шихті в центрі реакційного гріву об'єму У такому випадку реакція відновлення починається, коли шихта не прогрілась у цілому об'В основу винаходу поставлено задачу в споємі, компактний злиток металу при цьому не утвособі одержання рідкісних металів і сплавів на їх рюється основі шляхом зміни параметрів процесу забезпечити підвищення продуктивності устаткуванняза Далі винахід ілюструється такими прикладами рахунок скорочення часу проведення нагрівання конкретної реалізації Експерименти за пропоношихти ваним способом проводили в промисловій індукційній печі з холодним тиглем діаметром 650мм Поставлена задача вирішується тим, що в типу ИКВХ-0,3-4/2000-1П Як ВИХІДНІ сполуки викоспособі одержання рідкісних металів і сплавів на їх ристовували фториди цирконію або гафнію, віднооснові, який включає нагрівання металувником був металічний кальцій у вигляді стружки відновника зі сполукою металу, який потрібно відПри необхідності одержання сплавів у шихту ввоновити, струмом високої частоти в імпульсному дили ВІДПОВІДНІ легуючі компоненти (ніобій, залізо) режимі в індукційній печі з холодним тиглем, згідно У прикладах 1 - 4 таблиці наведено склад шихти, з винаходом, нагрівання ведуть періодичним вверівняння реакцій, параметри процесу в межах заденням тривалістю 0,2 — 1 хв імпульсів енергії явлених інтервалів, а також час досягнення задапотужністю 8 0 - 1 3 0 кВт у розрахунку на їм" бічної ної температури, яка потрібна для оптимального поверхні шихти з інтервалом між імпульсами 3 - 5 проведення процесу одержання рідкісних металів і хв , а в інтервалах між імпульсами енергію уводять сплавів на їх основі У випадку потужності основз потужністю 10 - 40% від потужності імпульсу них імпульсів більшої від верхньої межі заявленого Згідно З винаходом, як метал-відновник беруть інтервалу (приклади 5,6) відбувається лише надметалічний кальцій у вигляді стружок, а сполукою мірне витрачання енергії без істотного скорочення металу, який потрібно відновити, є тетрафторид часу досягнення заданої температури Якщо потуцирконію або гафнію жність в інтервалах між основними імпульсами Згідно З винаходом, нагрівання металувиходить за межі заявленого інтервалу то час довідновника зі сполукою металу, який потрібно відсягнення заданої температури практично такий, як новити, проводять, до досягнення температури в для прототипу, (приклад 7), або процес виходить центрі верхнього шару шихти 80 - 120°С з-під контролю (приклад 8), компактний злиток Експериментальні дослідження показали, що металу не утворюється За межами параметрів, оптимальними інтервалами потужності імпульсів є що заявляються, показники плавок значно погір2 80 - 130кВт у розрахунку на 1м бічної поверхні шуються шихти у тиглі, тривалість імпульсів 0,2 - 1 хв , а проміжок між імпульсами 3 - 5 хв Нижня межа поУ прикладі 9 наведено здійснення способу без тужності, що вводиться в інтервалах між імпульвведення енергії між основними імпульсами (за сами, становить 10% від потужності основного прототипом) Час досягнення потрібної темпераімпульсу й обумовлюється тим, що при подальтури істотно більший, ніж для прикладів 1 - 4 шому його зниженні не відбувається компенсація Як випливає з наведених у таблиці даних, теплових втрат біля стінок холодного тигля і пропропонований спосіб дозволяє скоротити час поцес прогріву не прискорюється Верхня межа попереднього нагрівання шихти, що дозволяє підвитужності, що вводиться в інтервалах між основнищити продуктивність устаткування ми імпульсами, 40% від потужності основного Таблиця Потужність в інтервалах № прикла Інтервал, хв Склад шихти та рівняння реакції ДУ 1 2 3 4 Потужність основних імпульсів у% МІЖ імпульсу ZrF4+2Ca 2CaF2+Zr ZrF4+2Ca+0 01Nb = 2CaF 2 +ZrNb 00 i ZrF4+2Ca+0 025Nb = 2CaF2+ZrNbo,o25 HfF4+2Ca+0 09Fe МІЖ ОСНОВНИМИ імпульсами основними імпульсами кВт/м2 ВІД °С Час досягнення заданої температури, хв Температура у верхній ЗОНІ ШИХТИ, осн ІМП 80 1,0 4,5 8 10 82 130 90 0,6 4,0 13,5 15 98 142 100 0,4 4,0 20 20 105 148 130 0,2 3,5 39 ЗО 115 188 44626 5 6 7 8 9 = 2CaF2+HflFeo,o9 HfF4+2Ca+0 08Fe = 2CaF2+HfFeo,o8 HfF4+2Ca 2CaF2+Hf HfF4+2Ca+0 09Fe = 2CaF2+HfFe009 ZrF4+2Ca+0 01Nb = 2CaF 2 +ZrNb 00 i HfF4+2Ca+0 09Fe = 2CaF2+HfFeo,o9 140 0,2 3,5 42 30 115 180 140 0,3 3,5 56 40 120 193 130 0,2 3,5 7,8 6 115 240 90 0,5 4,0 45 50 38 41 150 1,0 3,5 — — 115 245 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90