BG64771B1 - Method for the preparation of highly meltable and solid carbides - Google Patents

Abstract

Carbides are used as a raw material for the manufacture of hard alloys, disperse reinforced alloys, wear-resistant coatings, and other. They are produced at lower temperatures, for a shorter period of time of isothermal retention and wherein using-explosive-proof atmosphere. According to the method AC current of industrial frequency is allowed through a revolving layer of pre-prepared disperse material containing metals or oxides and graphite in the required ratios. The current parameters are adjusted within the required boundaries to effect a heating process up to the temperature of isothermal retention. In the process are used active reagents in gas microdischarges between the particles of the disperse medium, being in continuous movement, in the furnace space, wherein inert atmosphere is maintained by letting of argon gas with a pressure of 0.01-0.02 MPa.

Description

Изобретението се отнася до метод за получаването на високотопими и твърди карбиди, които се използват като суровина за производството на твърди сплави, като дисперсна фаза в дисперсионно уякчените сплави, покрития на метали и други.The invention relates to a method for the preparation of high-melting and solid carbides, which are used as a raw material for the production of solid alloys, such as the dispersed phase in dispersion-hardened alloys, metal coatings and the like.

Предшестващи състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Известен е метод за получаване на карбиди с промишлено значение в твърдофазно състояние, при който предварително подготвената шихта от третирания труднотопим метал (Ti, W и Сг) или съответните оксиди с определена фракция се смесва механически на сухо или мокро със съответното количество въглерод (графит или сажди). След това се поставя в ладийки или се пресоват брикети, които се зареждат в графитова тръбна пещ с различни конструкции. Нагряването се осъществява с електросъпротивителни елементи, ток с висока честота или горелки, нагряващи индиректно обработваната шихта. Атмосферата е водород или инертен газ, а в някои случаи се използва вакуум. Температурата, до която се нагрява сместа за карбидизация, е 1600-2100°С /1 /, а времето на задържане при тази температура 1-2 h и повече /2/. Процесът е стационарен и след завършването му продуктът се подлага на смилане до необходимата едрина и пресяване.A method is known for the preparation of solid-state industrial carbides in which the pre-prepared batch of treated low-melting metal (Ti, W and C 2) or the corresponding oxides of a particular fraction is mechanically mixed dry or wet with the appropriate amount of carbon (graphite or soot). Then it is placed in the boats or pressed briquettes, which are loaded into a graphite tube furnace with different structures. The heating is carried out with electrical resistors, high frequency current or burners heating the indirectly treated charge. The atmosphere is hydrogen or inert gas, and in some cases a vacuum is used. The temperature at which the carbidisation mixture is heated is 1600-2100 ° C (1) and the retention time at this temperature is 1-2 hours or more (2). The process is stationary and after completion the product is milled to the required bulk and sifted.

Известен е и друг метод /3/ за получаване на карбиди, при които определените метали или техни оксиди или хидриди се смесват с въглерод и сместа се гранулира до определена едрина на гранулите. Гранулите реагират при преминаването им през въртяща се пещ при температури от 1400 до 2100°С и инертна атмосфера (азот или водород).Another method (3) is known for the preparation of carbides in which certain metals or their oxides or hydrides are mixed with carbon and the mixture is granulated to a certain granule size. The granules react by passing them through a rotary oven at temperatures from 1400 to 2100 ° C and an inert atmosphere (nitrogen or hydrogen).

Основни недостатъци на тези методи са високата температура на нагряване - от порядъка на 2000°С, дългото време на изотермично задържане и използването на взривоопасна защитна атмосфера, например водород.The main disadvantages of these methods are the high heating temperature - in the order of 2000 ° C, the long isothermal residence time and the use of explosive protective atmosphere, such as hydrogen.

Техническа същност и предимства на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Тези проблеми се решават с метод за получаване на карбиди, при който през въртящ се слой от предварително подготвен материал се пропуска променлив електрически ток с промишлена честота. Напрежението и силата на тока в системата се регулират в граници, необходими за осъществяването на желания нагревателен процес до температурата на изотермично задържане. Процесът се осъществява в инертна атмосфера осигурена чрез пропускането на аргон през пещното пространство, при под държане на налягане 0,01-0,02 МРа.These problems are solved by a method of producing carbides in which an alternating current of industrial frequency is passed through a rotating layer of pre-prepared material. The voltage and current in the system are adjusted to the extent necessary to carry out the desired heating process up to the temperature of isothermal holding. The process is carried out in an inert atmosphere provided by the passage of argon through the furnace, at a pressure of 0.01-0.02 MPa.

Методът съгласно изобретението, се осъществява по следния начин.The method according to the invention is as follows.

Предварително подготвените дисперсни метали в това число и стружки или окиси се смесват с необходимото количество въглерод, под формата на графит. Добре смесена цшхтата се насипва в тръбна въртяща се пещ, в която се създава атмосфера от аргон с налягане 0,0ΙΟ,02 МРа над атмосферното. Пещта се привежда във въртеливо движение с определена скорост. С помощта на електроди в пещното пространство се подава променлив ток с промишлена честота. Параметрите на електрическия ток се подбират така, че на базата на съпротивлението на слоя да се осъществява нагревателен процес с определена скорост. Нагряването се извършва за сметка на отделената джаулова топлина при протичането на електрически ток през сместа и от топлината, отделена в газовите микроразряди при разкъсване на контакта между частиците във въртящия се слой. Газовите микроразряди, освен че са генератор на топлина, са и носители на активни реагенти, при което процесите се ускоряват и температурата за получаване на съответните карбиди може да бъде понижена. След достигане на температурата на изотермично задържане и провеждане на същото, пещта се охлажда контролируемо или не с помощта на параметрите на тока и потока аргон.Pre-prepared dispersed metals, including chips or oxides, are mixed with the required amount of carbon in the form of graphite. A well-mixed mixture is poured into a tubular rotary kiln, which creates an atmosphere of argon at a pressure of 0.0ΙΟ, 02 MPa above the atmospheric pressure. The furnace is rotated at a certain speed. With the help of electrodes, an alternating current of industrial frequency is supplied to the furnace. The parameters of the electric current are chosen so that, on the basis of the resistance of the layer, a heating process is carried out at a certain speed. The heating is carried out at the expense of the Joule heat released by the electric current flowing through the mixture and by the heat released in the gas micro-discharges by breaking the contact between the particles in the rotating layer. In addition to being a heat generator, gas micro-discharges are also carriers of active reagents, whereby the processes are accelerated and the temperature to produce the corresponding carbides can be lowered. After reaching the temperature of isothermal holding and conducting the same, the furnace is cooled controllably or not by the parameters of current and argon flow.

Предимствата на метода съгласно изобретението, са: понижаване на температурата за протичане на процеса на карбидизация, намаляване на времето за синтез на карбиди и използване на невзривоопасна атмосфера.The advantages of the process according to the invention are: lowering the temperature for the carbidisation process, reducing the time for synthesis of carbides and using a non-explosive atmosphere.

Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of carrying out the invention

Изобретението се пояснява със следните примери.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Получаване на титанов карбид. Във въртяща се тръбна пещ се насипва смес от титан с едрина на частиците под 1 ппп и графит фракция под 0,2 mm в стехиометрично количество. След привеждане на пещта във въртеливо движение със скорост 45-60 min^-1 се продухва с химически чист аргон, след което се установява свръхналягане 0,01 МРа. През въртящия се слой от частици в пещта се подава променлив ток с промишлена честота и започва нагряване със скорост от 900-1200°C/h до температурата на изотермично задържане - 1700°С. Следва задържане 60 min, след което токоподаването се прекратява и пещта се охлажда в поток от аргон до 250-300°С. Продуктът е TiC.Example 1. Preparation of titanium carbide. A mixture of titanium with a particle size of less than 1 ppm and a graphite fraction of less than 0.2 mm in stoichiometric quantity is poured into a rotary tube furnace. After the furnace was brought into rotational motion at a speed of 45-60 min ^{-1, it} was purged with chemically pure argon, after which an excess pressure of 0.01 MPa was established. An alternating current of industrial frequency is fed into the rotating particle layer in the furnace and heating begins at a rate of 900-1200 ° C / h to an isothermal holding temperature of 1700 ° C. The reaction was held for 60 minutes, after which the power supply was stopped and the furnace was cooled in argon stream to 250-300 ° C. The product is TiC.

Пример 2. Получаване на волфрамов карбид. В пещта се насипва смес от необходимия за процеса волфрам с едрина под 0,1 mm и графит фракция под 0,1 mm. Нагряването, оборотите и времето на изотермично задържане са аналогични на пример 1, като температурата на задържане е 1600°С. Крайният продукт съдържа WC; W₂С.Example 2. Preparation of tungsten carbide. A mixture of the tungsten required for the process with a particle size below 0.1 mm and a graphite fraction below 0.1 mm is poured into the furnace. The heating, rpm and isothermal retention times are analogous to Example 1, with the retention temperature being 1600 ° C. The final product contains a toilet; W ₂ C.

Пример 3. Получаване на хромови карбиди. В пещта се насипва смес от необходимия за процеса хром с едрина на частиците под 0,5 mm и графит фракция под 0,1 mm, като предварително се провежда смесване. Пещта се привеж10 да във въртеливо движение със скорост 45 minи се продухва с химически чист аргон, след което се поддържа 0,01 МРа свръхналягане. Подава се променлив електрически ток с промиш5 лена честота. Нагряването на сместа се регулира с подаваната мощност в граници, описани в пример 1. Температурата на задържане е 1600°С, а времето на изотермично задържане 60 min. Следва охлаждане на пещта с прекратяване на токоподаването в поток от аргон до температури около 300°С. Полученият продукт съдържа Сг₇С₃ и Сг₃С₂.Example 3. Preparation of chromium carbides. A mixture of the required chromium with a particle size of less than 0.5 mm and a graphite fraction of less than 0.1 mm is poured into the furnace and mixing is carried out in advance. The furnace was forced to rotate at 45 min and purged with chemically pure argon, then maintained at 0.01 MPa overpressure. An alternating current is supplied with an industrial frequency. The heating of the mixture was adjusted with the power supplied within the limits described in Example 1. The holding temperature was 1600 ° C and the isothermal holding time was 60 min. This is followed by cooling the furnace with discontinuation of the flow in argon flow to temperatures of about 300 ° C. The product obtained contains Cr ₇ C ₃ and Cr ₃ C ₂ .

Патентни претенцииClaims

Claims (1)

1. Метод за получаване на високотопими и твърди карбиди чрез електронагряване във въртяща се пещ на шихта, съставена от съответните метали или оксиди и графит в инертна атмосфера, характеризиращ се с това, че се осъществява директно електронагряване с променлив ток с промишлена честота на шихтата в атмосфера на аргон с налягане 0,01-0,02 МРа, при скорост на нагряване 900-1200°C/h, задържане при 15001700°С за 60 min и охлаждане до 250-300°С в поток на аргон.1. A method for producing high melts and solid carbides by electrically heating in a rotary furnace of a mixture composed of the corresponding metals or oxides and graphite in an inert atmosphere, characterized in that direct electric alternating current is produced at an industrial frequency of the charge in argon atmosphere at a pressure of 0.01-0.02 MPa, at a heating rate of 900-1200 ° C / h, held at 15001700 ° C for 60 minutes and cooled to 250-300 ° C in an argon stream.