Экзотермическая утепляющая смесь
Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к экзотермическим смесям для утепления головной части стальных слитков. Смесь содержит в качестве экзотермического компонента полидисперсный алюмосодержащий материал в соотношении к вермикулярному графиту (4 - 7):1, при этом полидисперсный алюмосодержащий материал - сплав металлического алюминия с оксидами алюминия и кремния, в котором отношение металлического алюминия к суммарному количеству оксидов (1 - 3): 1 и в котором массовая доля крупной фракции 1 - 5 мм составляет 20 - 40 % от общей массы алюмосодержащего материала, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: полидисперсный алюминийсодержащий материал 45 - 70, вермикулярный графит 8 - 16; древесная мука 10 - 20; натриэвая селитра 2,5 - 5; фторсодержащий материал 0.5- 1,5; глинозем 6 - 20. 1 табл СО С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ j43 ос , 4 jQl 15.0 — 40,0 7. 0-3:>,0 5,0 — 30,0 1,0 — 5Я К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4735600/02 (22) 04.07.89 (46) 30.05.92, Бюл, N 20 (71) Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии (72) Ю.В.Климов. Е.Н.Черкаев, Л.И.Крупман, Н.Ф,Анищенко, В,П.Терещенко, 6,П.Крикунов, Г.С.Легостаев, С.Н,Носач, Р,П.Олекса, С.М,Грищенкова и И.В,Домарев (53) 621.745.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N 547287, кл. В 22 0 27/04, 1975, Патент Великобритании ¹ 1298702, кл, В 22 D 27/04, 1972, (54) ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ УТЕПЛЯЮЩАЯ СМЕСЬ (57) Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к экзотермиИзобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к экзотермическим смесям, применяемым для утепления головной части стальных слитков, Известна экзотермическая смесь для утепления головной части слитка следующего состава, мас,%: Алюминий 12,0 — 35,0 Древесная мука 3.0 — 18.0 Нитраты натрия или калия, или бария 1.0 — 1",0 Технический глинозем или корунд Вспученный перлит Необоженный перлит Плавиковый шпат „, Ы„„1736675 А1 ческим смесям для утепления головной части стальных слитков. Смесь содержит в качестве экзотермического компонента полидисперсный алюмосодержащий материал в соотношении к вермикулярному графиту (4 — 7):1, при этом полидисперсный алюмосодержащий материал — сплав металлического алюминия с оксидами алюминия и кремния, в котором отношение металлического алюминия к суммарному количеству оксидов (1 — 3): 1 и в котором массовая доля крупной фракции 1 - 5 мм составляет 20— 40 % от общей массы алюмосодержащего материала. при следующем соотношении ингредиентов, мас. %; полидисперсный алюминийсодержащий материал 45 — 70, вермикулярный графит 8 — 16; древесная мука 10 — 20; натри .вая селитра 2,5 — 5; фторсодержащий материал 0.5 — 1,5; глинозем 6 — 20. 1 табл Смесь содержит необожженный перлит в качестве вспучивающейся добавки. Однако указ; нная смесь недостаточно эффективна, так как при малом содержании необожженного перлита вспучивание ее при сгорании незна ительно, а при более высоком содержании на его расширение затрачивается много тепла, что может привести к образован ю корки на поверхности металла. Наиболее близкой к изобретению является экзотермическаг смесь, содержащая в качестве вспучивпющейся добавки обработанный кислотой (вермикулярный) графит. тонкоизмельченный огнеупорный материал. экзотермический компонент, при следующем содержании компонентов. мас.% 1736675 Алюминий 30 Вермикулярный графит 12 Древесная мука 6 Вспученный перлит 4. Фтористый натрий 2 Глинозем 46 Недостатками этой смеси являются малая длительность тепловыделения и уменьшение объема огарка с течением времени вследствие окисления вермикулярного графита, что снижает надежность теплоизоляции поверхности металла в прибыли. Цель изобретения — улучшение теплоизолирующих свойств огарка и снижение себестоимости, Поставленная цель достигается тем, что смесь в качестве экзотермического компонента содержит полидисперсный алюмосодержащий материал в соотношении к вермикулярному графиту (4,0 — 7,0): 1, при этом полидисперсный алюминийсодержащий материал — сплав металлического алюминия с оксидами алюминия и кремния, в котором отношение металлического алюминия к суммарному количеству оксидов (1,0— 3,0): 1 и в котором массовая доля крупной фракции 1,0 — 5,0 мм составляет 20 — 40 от общей массы алюмосодержащего материала, при следующем соотношении ингредиентов, мас. : Полидисперсный алюминийсодержащий материал 45 — 70 Вгрмикулярный графит 8 — 16 Древесная мука 10 — 20 Натриевая селитра 2,5 — 5 Фторсодержащий материал 0,5 — 1,5 Глинозем 6 — 20 Применение полидисперсного алюминийсодержащего материала в виде сплава алюминия с оксидами позволяет, не увеличивая интенсивности горения, существенно продлить период активного тепловыделения за счет большего содержания металлического алюминия, что позволяет аккумулировать большой запас тепла в прибыли слитка, и тем самым повысить эффективность использования смеси, Причем после окончания периода активного горения в огарке смеси остается часть непрореагировавшего алюминия, который при нарушении сплошности огарка (например. при выводе состава со слитками) вступает в контакт с кислородом воздуха, загорается и способствует устранению трещин и разломовогарка, В результатеулучшается надежность теплоизоляции зеркала металла. Избыток металлического алюминия, кроме того, предохраняет от окисления вермикулярный графит и, таким образом, способствует сохранению толщины теплоизолирующего слоя, Этому способствует также наличие крупных частиц в огарке, которые образуют достаточно прочный каркас, препятствующий оседанию огарка. Соотношение массовых долей алюминийсодержащего материала и вермикулярного графита определяет формирование 10 теплоизолирующего слоя в процессе горе15 55 ния смеси, Если это соотношение меньше, чем 4:1, то процесс горения смеси замедляется, поскольку расширяющийся графит разъединяет частицы горючего и затрудняет распространение фронта горения, При значении соотношения массовых долей алюминийсодержащего материала и вермикулярного графита больше, чем 7:1, скорость горения резко возрастает вследствие высокой концентрации частиц горючего. В результате развивается черезмерно высокая температура на фронте горения, обуславливающая подплавление и спекание огарка и ухудшение его теплоизолирующих свойств. Соотношение массовых долей металлического алюминия и оксидов алюминия и кремния в экзотермическом материале в значительной степени определяет характер горения смеси и теплопроводность огарка. При значении этого соотношения меньше 1;1 экзотермично:ть смеси является недостаточной для удовлетворительного расширения вермикулярного графита. Если указанное соотношение превосходит значение 3:1, то в огарке остается значительное количество непрореагированного алюминия, который ввиду высокой теплопроводности ухудшает теплоизолирующие свойства огарка. Наличие в составе экзотермического материала крупной фракции способствует образованию в огарке жесткого каркаса из несгоревших частиц, который препятствует уплотнению огарка и, таким образом, сохраняет его теплоизолирующие свойства, Причем частицы менее 1 мм сгорают полностью и каркаса не образуют, Частицы размером более 5 мм склон чы к значительной сепарации и не образуют с остальными компонентами однородн(й смеси. В результате свойства смеси ь пределах одной партии могут значительно отличаться, При содержании крупной фракции в составе алюминийсодержащего материала менее 20 жесткий каркас в огарке не образуется, в результате чего он быстро уплотняется и становится более теплопроводным, Увеличение содержания крупной фракции более 40 приводит к снижению скорости горения низкой экзотермичности 1736675 55 смеси и слабому расширению вермикулярного графита. Нижний предел массовой доли алюминийсодержащего материала в составе смеси (45 о) определяется концентрацией его частиц, необходимой для нормального протекания процесса горения. При меньшем его содержании горение становится вялым и неравномерным. Верхний предел (70 ) ограничен по условиям компоновки смеси. Нижний предел (8%) содержания вермикулярного графита обусловлен тем, что при меньшем его содержании не обеспечивается достаточное расширение смеси при сгорании. Верхний предел (16о ) обусловлен ограничением его соотношения с алюминийсодержащим материалом. Древесная мука служит для поджигания алюминия. При содержании ее менее 10о выделяемого тепла недостаточно для воспламенения алюминия. При содержании более 20 снижается тепловой эффект горения смеси вследствие недостатка кислорода для окисления алюминия. Натриевая селитра служит для снижения температуры воспламенения алюминия. При содержании селитры менее 2,5 воспламенение смеси происходит со значительной задержкой, что может привести к образованию корки на поверхности металла. При содержании селитры более 5 снижается эффективность смеси вследствие более низкого экзотермического эффекта окисления алюминия селитрой по сравнению с окислением кислородом воздуха. Фторсодержащий материал необходим для растворения окисной пленки на поверхности частиц алюминия и облегчения протекания процесса горения, При массовой доле этого материала менее 0,5 горение смеси затруднено, что снижает экзотермический эффект и ухудшает условия для расширения вермикулярного графита. При увеличении массовой доли фторсодержащего материала более 1,5 улушения горения не происходит. Поскольку при этом возрастает вероятность загрязнения атмосферы разливочного пролета фторидами, вводить в состав смеси фторсодержащий материал выше указанного предела нецелесообразно. Глинозем в составе смеси служит для улучшения текучести смеси, При содержании глинозема менее б растек:.емость смеси недостаточна, что приводит к неравномерности распределения смеси на зеркале металла. Увеличение содержания глинозема более 20 приводит к увеличению плотности и теплопроводности огарка, 5 50 а с другой стороны дальнейшего улучшения текучести смеси не происходит. Полидисперсным алюминийсодержащим материалом, пригодным для производства экзотермической смеси, могут служит отсевы алюминиевой стружки, образующиеся при производстве вторичногоалюминия и являющиеся отходом производства, Использование такого материала взамен алюминиевого порошка и части глинозема позволяет существенно снизить стоимость смеси. Смеси приготавливают следующим образом. В работающий смеситель загружают в первую очередь инертные компоненты— глинозем, вермикулярный графит, фторсодержащий материал, затем окислитель (натриевую селитру) и в последнюю очередь горючие компоненты (алюминийсодержащий материал и древесную муку). Все загружаемые компоненты предварительно дозируют на участках подготовки материалов в соответствии с их массовыми долями в композиции. Дозированная смесь перемешивается в течение 15 — 20 мин, после загрузки последнего компонента расфасовывается в полиэтиленовые пакеты в соответствии с требуемым расходом и отправляется потребителю. При разливке смеси вводят в изложницы при входе металла в прибыльную часть слитка (при сифонной разливке) или после наполнения изложницы (разливка сверху). Расход смеси составляет 0;75 — 1,5 кг/т стали. Примеры, иллюстрирующие изобретение. Испытание смесей производили в лабораторных условиях на приборе "Амитек" фирмы "Фосеко Трейдинг АГ", в индукционной печи ИСТ 006 с графитовыми нагревателями и в промышленных условиях при разливке подшипниковой стали в электросталеплавильном цехе. Составы смесей и результаты испытаний представлены в таблице, При испытании на приборе "Амитек" определяли толщину огарка смеси непосредственно после сгорания и в конце опыта и показатель конечной теплоизоляции, а также содержание металлического алюминия в огарке. На индукционной печи определяли коэффициент эффективности утепления, равный отношению падения температуры графитового нагревателя в течение фиксированного периода (20 мин) при утеплении смесью прототипом к аналогичному показателю при утеплении предлагаемой смесью. В лабораторных условиях определяли также угол естественного откоса, характеризую1736675 0,5 — 1,5 6-20 0,5 — 1,5 6,0-20 45 55 щий способность смеси к равномерному распределению по поверхности расплава. Глубину усадки определяли на раскатах слитков массой 5,6 т, которые разливали сифоном с изоляцией зеркала металла зольнографитовой смесью в количестве 1,4 кг/т стали. Экзотермическую смесь вводили в прибыльную надставку в количестве 1,07 кг/т стали. Результаты испытаний, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что улучшенными по сравнению с прототипом свойствами, обеспечивающими повышение эффективности экзотермической смеси и уменьшение глубины усадки, обладают смеси ¹ 2 — 4, 7, 12 — 14, 17 — 19, 22 — 24, 27 — 29, 32 — 34, 37 — 39, 42 — 44, 47 — 49. В этих вариантах смесей соотношение массовых долей полидисперсного алюмосодержащего материала и вермикулярного графита составляет (4,0 — 7,0): 1, а отношение металлического алюминия к суммарному количеству оксидов в ПАМ находится в пределах (1,0 — 3,0); 1 и массовая доля крупной 1,0 — 5,0 мм фракции составляет 20 — 40% от общей массы ПАМ при следующем соотношении ингредиентов, мас,%: Алюминийсодержащий материал 45-70 Вермикулярный графит 8 — 16 Древесная мука 10 — 20 Натриевая селитра 2,5 — 5 Фторосодержащий материал Глинозем Эти смеси позволяют уменьшить величину головной обрези за счет сокращения глубины усадки на 0,2 — 0,6% и имеют стоимость на 80 — 100 руб/т смеси меньше, чем 5 смесь-прототип. Формула изобретения Экзотермическая утепляющая смесь, включающая огнеупорный материал, экзотермический компонент, вермикулярный 10 графит, древесную муку, натриевую селитру и фторсодержащий материал, глинозем, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения теплоизолирующих свойств огарка и снижения себестоимости смеси, в качестве 15 экзотермического компонента она содержит полидисперсный алюминийсодержащий материал в соотношении к вермикулярному графиту (4 — 7): 1, при этом полидисперсный алюминийсодержащий мате20 риал — сплав металлического алюминия с оксидами алюминия и кремния, в котором отношение металлического алюминия к суммарному количеству оксидов (1 — 3); 1 и в котором массовая доля крупной фракции (1— 25 5) мм составляет 20 — 40% от общей массы алюминийсодержащего материала при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Полидисперсный алюминий 30 содержащий материал 45 — 70 Вермикулярный графит 8,0 — 1,6 Древесная мука 10 — 20 Натриевая селитра 2,5 — 5,0 Фторсодержащий 35 материал Глинозем 1736675 Показа- )Коэффицив смеси, мас.2 Na>.coca» доля компонентов 1fIf пп Соотноюение металлического алюминия и окси дов в flAN Максимальлассовая Угол естественного откоса, град Глубина распространения усадки, Относительная усалка огарка, Кассовая доля алюминия в огарке, 2 ный размер частиц ПДН, ент эффективности утепления доля ча" стиц Фракции 1, мм ПДП тель коДре-(Натри" вес-(еевя Полидисперсный алюминийсодерчаВермикулярный графит (ВГ) Фторсодеряаеий материал (Фп) Технический глинозем нечной теплоселитра иая нука изоля ции, квл/сиа - " териал ((ПйИ (ТГ) 4 4 15,2 4 7 5 7 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 н5 1I I1 ll l0 В 13 16 ! 13 19 1S l3 >с 13 l 4 >9 14,0 14,4 15, I 15,8 14,1 13,9 14,7 15,5 15,3 14,2 ! 3,8 14 3 15,2 15, 3 14,О 2,5 4 3 4 4 2 2,5 5 5,5 19 i6 13 12 6 13 13 21 13! 13 14 13,8 l3 13 ! 3 ! 13 l3 13 13 Iч 14 14 4 15,1 1 5, 4 l 4,9 13,9 14,2 15,1 15 14,4! 14,0 14 13 12 13 12 13 12 13 14,2 14,8 15,3 15,3 13,9 13,5 14,4 15,4 15,4 14,4 3 6 В 4 8 11 5 13 15 13 15 13 15 13 15 13,6 14,2 1.5, 2 13 13 13 I3 13 ГЗ 13 13 13 l3 8,5 I5 0,5 15,6 1,0 3,0 5,0 6,0 14,9 13,6 I5 13,5 14,6 15,4 I5 14,4 13,9 14,3 15 3 15,3 15,0 45 Составитель И.Куницкая Техред М,Моргентал Корректор И.Муска M,Келемеш Редактор Заказ 1854 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 1 44 2 45 3 56 4 >ц 5 71 7 56 О 60 9 64 10 64 11 60 1/ 60 13 60 14 57 15 56 16 60 17 60 18 60 19 60 20 60 21 60 22 60 23 60 24 60 25 60 26 60 27 60 28 55 29 50 30 50 3i 58 Ç2 60 33 63 ,. 70 35 /1 36 60 37 60 38 60 39 60 40 60 4! 60 42 60 43 60 44 60 45 60 46 60 47 60 48 60 49 60 50 60 51 25,5 (ЛПП) (про тотип) 1 ! 1 ! 0,5 1 1 0,5 1 1 1 1 I 0,3 0,5 1,5 2,0 1 1 ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,7 8,5 В 7,5 7.7 7,5 е 7,5 5 13 21 7 6 7 7 7 7 7 7 7 7 ч5,3 4,011 2,0:1 4,lil 2,П! 1 5>lf 1 2>0:I 7,1 2,0>I 7,141 2>0>1 7:1 2,0;I 7>1 2>011 4,611 2,0ьl 4ю! 2,0i! 3,8!! 2,0>1 4,6:1 2,0:1 4,6:1 2,0:1 4,6f1 2,0;1 4,8>1 2>0:l 4,7;1 2,0;1 4,6>1 Z 0:I 4,6;1 2,0:! 4,6;! 2.0:1 4,6;I 2,0:! 4,6:1 2,0:1 4,6:1 2,0:1 4,6:1 2 0:1 4,6;1 2,0:1 4,6:1 2,0>1 4,6:1 2,0:1 4,0;1 2>0:i 4,3:1 2,0:1 4,2:1 2>0!1 4,2:1 2>0:1 4,2:1 2,0:1 3,9:1 2,0:1 4,0:1 2,0;1 4,8:1 2,0;1 7,0:1 2>0:1 7,9:1 2,0:1 4,6:1 0,9;1 4,6:1 lfl 4,6:1 2 0;1 4,6:1 3,0:1 4,6:1 3,1:1 4 6!1 2,0:1 4,6:1 2,0;1 4,6:1. 2,0:1 4,6>1 2,0:1 4,6: 1 2,0; I 4,6! 1 2,0:1 4,6:1 2,0;1 4,6:1 2,0;1 4,6:1 2,0:1 4,6:! 2,0:1 ЗО Ç0 ЗО Зо ЗО ЗО Ç0 19 0,26 0,23 0 18 0,23 0,24 0,24 0>23 0,17 0,22 0,24 0,23 0,22 0>17 0>21 0,22 0,23 0,22 0,17 0,21 0,22 0,24 0,22 О>!7 0,17 0,17 0>17 0,17 0,21 0,23 0,24 0,23 0,22 0,19 0,22 0,23 0,24 0,23 О, 19 0,22 0 24 0,25 0,23 0,19 0,18 0,20 0,24 0,22 0,19 0,22 0 23 0,23 0,98 1>02 l>l0 1,05 о 99 0,92 1,03 I, Г! 1,04 0,94 0,97 I 08 1,!3 1,07 0,98 0,97 1,10 1,12 1,06 0,99 0,95 1,02 l,12 1,08 0,99 1,05 1,10 1,08 1,03 0,96 0,97 1,11 1,17 1,05 0,95 0,96 1,05 1,13 1,08 0,98 0,95 1,01 1, 17 1,18 1,10 0,96 l,О6 I,!2 1,07 0,97 1,00 46,! 46,! 46,6 47 4 47,4 46,2 46,4 46,7 47>4 47,4 46,3 46,3, 47,3 47,4 47,4 46,7 46,7 46,8 46,8 47,0 46,9 47,0 ч6,8 47,0 47,1 49,2 47,4 46,4 46,1 46,1.. 47,3 47,3 47,3 47,4 47,4 47,3 47,3 47,3 47,3 47,3 47,0 47,0 47,2 47,3 48,0 47,3 47,3 47,3 47,3 47,3 45,5 О О О 2 О О О О О 2 О О О О О О О О О О 4. 1 О О О О О О О О О О О О О О О О О О 
