Курсовая работа: Технология получения никелесодержимых сплавов с использованием отработанных никелесовместимых катализаторов
В этом случае основным восстановительным агентом является твердый углерод, на поверхности которого и протекают реакции возобновления оксидов. Этот механизм выявлен как при низкотемпературном, так и при высокотемпературном возобновлении оксидов металлов углеродом. К особенностям вуглецевотермічних процессов получения металлов стоит также отнести возникновение реакций карбідоутворення, что получают подавляющее развитие при достаточно высоких температурах.
Как правило, в процессе карбідоутворення появляются промежуточные оксидокарбідні растворы, которые представляют собой фазы переменного состава с широкой областью гомогенности. Выполнить анализ реальных стадий процесса возобновления очень сложно, поскольку термодинамические характеристики большинства оксидокарбідних фаз доныне практически не изучены.
В работе приведенные обобщенные даны о термодинамике фаз переменного состава и предложена рациональная классификация фазовых рівноваг сложных оксидных растворов.
Как указывалось выше, возобновление оксидов металлов твердым углеродом может протекать, придерживаясь механизма переноса пары оксида на восстановитель. Для ряда оксидов металлов при определенных температурных условиях (выше 800.. 900 °С) также вероятный механизм возобновления при участии монооксида углерода и его регенерации по реакции СО2 С = 2СО[2].
Поэтому для рассмотрения процессов взаимодействия можно при соответствующих условиях привлекать адсорбційно-каталичну и диффузионно-кинетическую схемы. Достаточно полно и обстоятельно термодинамическая сторона этих механизмов изложена в работах[3].
Известно, что термодинамическая прочность оксидных соединений не одинакова, поскольку металлы имеют разное родство к кислороду. Например, алюминий, цирконий, титан, ниобий, хром и др. образуют термодинамически крепкие соединения, в то время как оксиды молибдена, вольфрама, меди, никеля и др.сравнительно невысокой термодинамической прочностью. Для монооксида углерода характерный рост термодинамической прочности с повышением температуры. Это значит, что при достаточно высоких температурах любой оксид металла может быть возобновлен монооксидом углерода.
В это время разработаны технологические процессы, в основу которых положенные принципы рідкофазного возобновления оксидов металлов углеродом в электропечах. Да, на основании термодинамического анализа предложенная технология выплавки легированной стали путем возобновления окисленной руды углеродом в жидкой фазе[3].
Другими исследователями на основе диаграммы состояния системы FеО - Fе203 предложен теоретический металлургический цикл всего процесса восстановительной плавки от нагревания гематита к возобновлению жидкого гомогенного оксида.
Теоретически досягаемые равновесия отбитые на изотермическом пересечении системы Fе -С-О для трех путей возобновления оксидной фазы : монооксидом углерода, твердым углеродом и углеродом, который удерживается в расплаве.
Предложен способ восстанавливаемой плавки, которая предусматривает рідкофазне возобновление оксидов металлов в дуговой печи постоянного тока.
Технология включает наведение шлаков на поверхности жидкой ванны и подачу кокса на поверхность шлаков. Углерод служит восстановителем оксидов, что разделу жидкий металл - шлаки.
Другое решение известного способа восстанавливаемой плавки основано на вдмухуванні твердых оксидов металла вместе с углем через специальные устройства в жидкий металл. С целью интенсификации процесса в слой шлаков вдмухують инертный газ.
Разработана технология получения паспортной заготовки на основе малонадкостничных отходов производства быстрорежущих сталей. Получение заданного содержимого молибдена и вольфрама достигается введением в состав шихты молибденового и шеелітового концентратов. Использование брикетов в качестве легированной заготовки шихты при выплавке быстрорежущей стали незагрязняющее расплав серой и фосфором. Усвоение молибдена и вольфрама расплавом представляет 93..97 %.
В разработанных технологических процессах особенное место занимает технология получения легированных сталей методом возобновления оксидов металлов в жидкой фазе. Следует отметить, что большинство предложенных способов основано на термодинамических расчетах и их эффективности не подтверждена экспериментальными даннями.
В Фізико-технологическом институте металлов и сплавов НАН Украины раньше были проведенные исследования вуглецевотермічного возобновления металлов из электролитного шлама в плазменної печи. Использовали электролитный шлам, который содержит оксиды титана, кремния, вольфрама, молибдена и гидрооксиды никеля, железа, хрома, марганца. Результаты опытов показали, что выход металлической основы из шлама представляет 23..25%, а ее химический состав следующий, %: Fe 20,5; Мn 0,05; Сг 14,9; Ni 61,2; Мо 1,42; Nb 0,87; W 0,55; Ti 0,43.
Выплавленный материал являет собой хромоникелевый сплав с высоким содержанием дефицитных легирующих элементов, которое может быть использовано в качестве лигатура при производстве высоколегированных сталей. Полученные экспериментальные данные послужили основой для проведения дальнейших исследований в этом направлении.
В литературе [7] описанная технология выплавки нержавеющей стали в плазменній печи, которая предусматривает использование в шихте хромовой руды и кокса, что подаются в жидкую ванну в процессе плавки. Степень возобновления хрома представляет 92-95 %. В процессе плавки в газовую фазу отдаляется почти 50 % серы, которая удерживается в руде и коксе, в результате перемешивания жидкого металла моно оксидом углерода.
Предложен способ выдержки железа, цинка, свинца, хрома, молибдена, никеля из металлургических переделов (ЖПШ), который получил название "Плазмадест" [9, 10].
Исследована возможность карботермічного возобновления V2O5 в плазменному агрегате "PLAZMAKAN" [4]. Технология предусматривает наведение жидкой ванны железоуглеродистого сплава со следующим инжектированием смеси порошков V205 и графиту в жидкую ванну. Экономически обоснованное возобновление металла из пыли электросталеплавильного и конвертерного производств. Технология включает смешивание пыли с антрацитом и подачу смеси в плазменну печь для карботермічного возобновления оксидов металла. Достигается высокая степень возобновления хрома, никеля и молибдена.
Фирма TRD осуществила промышленный вариант переработки пыли с использованием плазменного нагревания, что позволяет вытянуть из этих отходов Zn и Pb, а также получить шлаковый расплав, который не содержит ионов тяжелых металлов. Обычно пыль содержит, массовая часть %: Fe2O3 - 30-60; Zn - 10-35; РbО - 1-5; Сd - 0-0,01; (Сl F) - 1-4; Сr203 - 0,1-1,0. Пыль из расходного бункера самотеком подают через свод в ванну печи, а пары что содержат Zn и Рb, пропускают через холодильник для конденсации этих металлов.
Предложена технология получения феррохрому из хромовой руды, которая содержит 40 % Сr203. Для осуществления процесса используют плазменну шахтную печь, в которой плазменні горелки установлены в нижней части. Технология предусматривает использование кокса в качестве восстановителя. Смесь пилообразных хромовмістких материалов, восстановитель и флюсы вдмухують в печь через плазменные фурмы.
В следующих работах изучали возможность рідкофазного возобновления оксидов металлов в железоуглеродистом расплаве по схеме Fe - МеО - С. В этом случае процесс возобновления оксидов протекает по следующим реакциям:
МеО + С = Me + СО (1)
МеО + СО = Me + CО2 (2)
СО2 + С = СО2 (3)
В результате этих реакций возобновленный металл растворяется в жидком железе, а монооксид углерода удаляется из расплава в газовую фазу.
Одним из видов сырья для получения литейных сплавов есть отработанные катализаторы, которые содержат оксиды никеля, хрома, ванадия, молибдена и др. Эти материалы могут быть использованы в качестве легирующие компоненты для выплавки легированных чугуну и стали. Результаты исследований [11] показали, что использование отработанных никелевых катализаторов позволяет получать заготовку шихты с содержанием никеля 11 % и ванадию 3 % при одношлаковом режиме плавки.
1.2 Особенности редкофазной обновительной плавки.
Выполненный анализ имеющихся данных показал, что использование оксидовмістких материалов для выплавки сплавов достаточно эффективно. Плавка отмеченных материалов, каким бы методом она не осуществлялась, - это комплекс отдельных процессов. Среди них в случае переработки разных шламов, доменных и сталеплавильных шлаков, кузнечной и прокатной окалины, рудного сырья и другого важнейшее значение имеют: нагревание шихты и диссоциация химических соединений; взаимодействие восстановителей и оксидов металлов; розплавлювання составляющих шихты с образованием первичных расплавов; растворение более тугоплавких компонентов в первичных расплавах; разделение продуктов плавки; распределение ценных компонентов между продуктами плавки.