Технологические разработки для внедрения в производство:"Получение металлоуглеродистых композиций.», Запорожье

Получение синтетич. композиций; типа металл-углерод исп. в производстве металлических порошков методом восстановления, при выплавке синт. чугунов, сталей, спаво

Способ получения металлоуглеродистых композиций.

Изобретение относится к области получения синтетических композиций; типа металл-углерод и может быть использовано при произ¬водстве металлических порошков методом восстановления, при выплавке синтетических чугунов, сталей и сплавов.
В связи с возрастающим дефицитом бессернистых углеродистых материалов в последние годы особый интерес вызывают металлоуглеродистые композиции /МУК/, получаемые термокаталитическим разложением углеродсодержащих газов на поверхности металлосодержащих материалов. Используя различные по природе катализаторы, можно получить МУК типа железоуглерод, кобальт-углерод, железо-кобальт-никель-углерод и т. д. с различным соотношением ингредиентов. Наиболее изученной является композиция железо-углерод, именуемая «сажистым железом». Этот материал получают термокаталитическим разложением углеродсодержащих газов на поверхности железосодержа¬щих материалов при повышенных температурах.
Известный способ получения сажистого железа заключается в термокаталитическом разложении углеводородов на железных катализаторах при 850-800° и давлениях от 1 до 55 атмосфер /1/.
Недостатком этого способа является высокая рабочая температура и использование дефицитного сырья — природного газа.
Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности является способ получения сажистого железа, заключающийся в обработке железосодержащих материалов при 400-600°С отходящим газом закрытых ферросплавных печей, содержание водорода в котором поддерживается в пределах 2-15% при концентрации каталитических ядов не более 1мг/мм3 /2/.
Этот способ позволяет вести науглероживание при умеренных температурах и с более высокими скоростями. К недостаткам этого способа относится необходимость использования в газовой смеси дорогостоящего водорода, а также недостаточно высокие скорости науглероживания. Последний недостаток связан с кинетическими особенностями процесса науглероживания при распаде окиси углерода, в частности, со значительным торможением реакции 200 = С + СО2 продуктом реакции СО2.
Целью настоящего изобретения является интенсификация процес¬са науглероживания и удешевление производства.
Поставленная цель достигается тем, что исходные материалы обрабатывают увлажненным газом с содержанием водяного пара 2-6% при скорости фильтрации газа через слой материала 0,01-0,5 л/мин в расчете на 1 грамм катализатора в исходном материале.
Принципиальное отличие способа состоит в полной или частич¬ной замене дорогостоящего водорода более доступным водяным паром. Авторами установлено, что добавки водяного пара к СО — содержащему газу в количестве от 2 до 6% заметно интенсифицируют процесс науглероживания как в присутствии, так и в отсутствии водорода в исходном газе. Появление Н2О в системе С-СО-катализатор приводит к развитию побочных реакций, обеспечивающих появление в рабочем газе водорода в количествах, необходимых для растормаживания реакции расплава окиси углерода.
Другое отличие состоит в том, что обработку катализатор-содержащего материала газом ведут при скорости фильтрации газа через слой материала 0,01-0,5 л/мин в расчете на 1г металла катализатора в обрабатываемом материале. Повышение скорости фильтрации газа позволяет увеличить степень разбавления образующейся при распаде СО углекислоты свежим рабочим газом и тем самым уменьшить ее тормозящее влияние, т. е. увеличить скорость науглероживания.
Способ осуществляется следующим образом.
Исходные материалы в виде гранул или брикетов загружают на решетку печи с внешним обогревом и нагревают до температуры 400-600°С. В качестве исходных материалов применяют окислы или соли металлов, оказывающих каталитическое действие не реакции распада окиси углерода, например, окиси железа, кобальта, никеля, их двойные или тройные смеси, а также их смеси с окислами или солями других металлов.
Равномерно распределенный на решетке печи слоя катализатор-содержащих материалов обрабатывают рабочим СО — содержащим газом, увлажненным до содержания водяного пара 2-6%, при скорости фильтрации газа через слой 0,01-0,5 л/мин на каждый грамм ката¬лизатора в слое. Контроль за ходом процесса науглероживания ведут по содержанию СО2 в отходящем газе.
В установках непрерывного действия содержание углерода в продукте определяется скоростью перемещения слоя обрабатываемых материалов через рабочую зону печи, а в установках периодического действия — временем обработки.
Пример.
В кварцевом цилиндрическом реакторе диаметром 15мм проводили обработку брикетированной окиси железа газовыми смесями СО-N2-Н2-Н2О /пар/ при различном содержании Н2О /пар/ и различных скоростях фильтрации газа через слои окиси железа. Опыты проводили в сопоставимых условиях пои температуре 475°С и давлении 1 атм.
Вес навески в каждом опыте составлял 50 мг, содержание СО во всех опытах поддерживалось не уровне 80±2%. Скорость науглероживания определяли по объему разложившейся окиси углерода в расчете не один грамм металла катализатора в навеске…