Теплоизолирующая терморасширяющаяся смесь



 


Владельцы патента RU 2464122:

ООО "ОгнеупорТрейдГрупп" (RU)

Заявленное изобретение относится к металлургии. Смесь содержит в вес.%: смесь оксидов SiO2 и Al2O3 при весовом соотношении между ними 0.4:0.6, что соответствует образованию соединения с эмпирической формулой Al2SiO5 - 65-75; дихромат аммония (NH4)2Cr2O7 - 20; карбонаты, или гидраты, или гидросиликаты щелочноземельных металлов - остальное. В результате протекания твердофазных реакций, приводящих к сильным экзотермическим и объемным эффектам, обеспечивается повышение стойкости смеси к спеканию и плавлению. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к теплоизолирующим материалам, применяемым при разливке металла в сталеразливочном ковше, промежуточном ковше и изложнице.

Известны смеси, содержащие минеральные ингредиенты и углеродсодержащие ингредиенты, см. описания изобретений к авторским свидетельствам №833367, SU №1477509 A1 и описание изобретения к авторскому свидетельству №379313. Концентрация углерода в указанных смесях весьма велика и достигает 50%, что является причиной образования в результате окисления большого количества вредной окиси углерода. Кроме того, применение данных смесей влечет за собой возможность науглероживания готового металла, что ограничивает область их использования, при разливке низкоуглеродистых марок стали. Известны смеси, в которых углерод входит в состав углеродсодержащих компонентов и органических компонентов, например лузги зерновых культур, см. описания изобретений к патентам RU 2308350 C2, RU 2317176 C2, в этом случае смесь является еще и источником вредных примесей, например серы, фосфора.

По сути дела, углеродсодержащие материалы являются необходимыми добавками для известных теплоизолирующих смесей, основная функция которых состоит в предотвращении спекания и быстрого плавления теплоизолирующей добавки. Теплоизолирующей добавкой в смесях наиболее часто применяют вспученный перлит, вермикулит, золы.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой смеси является теплоизолирующая смесь, см. описание изобретения к патенту RU 2044594 C1, содержащая (масс.%) возврат шихты печей графитации, состоящий из углерода и карбида кремния 60-75, вспучивающийся при нагревании углеродсодержащий материал, окисленный тот же возврат шихты 2-12 и неорганический огнеупорный материал, выбранный из группы силикатов, включающий доменный шлак, керамзит или диатомит - остальное.

Применение данной смеси весьма ограничено и не может быть осуществлено при утеплении, например, низкоуглеродистых и легированных марок стали из-за значительного содержания свободного и связанного углерода и неизбежного процесса науглероживания металла. Огнеупорный материал прототипа не обладает надлежащей стойкостью при высокой температуре и подвергается быстрому размягчению и плавлению, что приводит в конечном счете к потере теплоизолирующих свойств.

Кроме того, применение в смеси доменного шлака, обогащенного соединениями серы, является источником загрязнения металла. Применение керамзита приводит к образованию так называемой «крыши» на поверхности расплава, представляющей собой твердый спеченный конгломерат.

И, наконец, смесь обладает высокой теплоемкостью, и, по крайней мере, на начальном этапе применения сама является активным охладителем металлического расплава за счет плавления доменного шлака, керамзита и диатомита.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание теплоизолирующей смеси, не содержащей свободный и связанный углерод, включающей неорганические ингредиенты, которая сочетает высокую стойкость - способность сохранять твердое сыпучее состояние в течение периода применения смеси от момента нанесения на расплав, находящийся в металлургической емкости до момента окончания пребывания в ней жидкого металла, без снижения теплоизолирующих свойств и с минимальным охлаждающим эффектом.

Другое отличие состоит в том, что изобретение позволяет использовать природные тугоплавкие минеральные материалы, содержащие, например, карбонаты, гидраты или гидросиликаты щелочноземельных металлов.

Кроме того, при воздействии физического тепла расплава, при применении, в смеси протекают твердофазные реакции, сопровождающиеся значительным выделением тепла и увеличением объема, занимаемого смесью.

Для достижения данного технического результата в известную смесь, содержащую неорганический огнеупорный ингредиент, согласно изобретению дополнительно вводят неорганическую соль дихромат аммония, часть неорганического огнеупорного ингредиента содержит смесь оксидов SiO2 и Al2O3 при весовом соотношении между ними 0.4:0.6, что соответствует образованию соединения с эмпирической формулой Al2SiO5 (андалузит, кианит, силлиманит), а остальная часть неорганического огнеупорного ингредиента состоит из карбонатов, или гидратов, или гидросиликатов щелочноземельных металлов, при этом содержание ингредиентов должно быть следующим (массовый %):

Неорганический огнеупорный ингредиент, содержащий
SiO2+Al2O3 65-75
Неорганическая соль (NH4)2Cr2O7 10-20
Неорганический огнеупорный ингредиент, содержащий
карбонаты, гидраты или гидросиликаты
щелочноземельных металлов остальное

Все исходные материалы, составляющие ингредиенты смеси, при нормальных условиях твердые кристаллические вещества.

Для получения смеси используют различные неорганические огнеупорные материалы, в числе которых природные материалы кварцит, доломит, магнезит, брусит и тальк. В качестве алюмосодержащего материала используют глинозем алюминиевой промышленности. Исходные огнеупорные материалы, за исключением глинозема, подвергают естественной сушке на крытой площадке в течение установленного времени, затем загружают в шаровую мельницу и осуществляют помол. После указанной операции полученный порошок отправляют на рассев. В результате получают порошок фракции 0-5 мм. Далее производят соединение огнеупорного материала, содержащего SiO2, с глиноземом и далее с неорганической солью, характеризующейся достаточной дисперсностью 0-1 мм, в заданных весовых пропорциях. После этого осуществляют операцию смешения и гомогенизации в смесителях с ингредиентом, содержащим карбонаты, гидраты или гидросиликаты щелочноземельных металлов, в итоге получают готовую смесь.

Применение в смеси неорганической соли - дихромата аммония в оптимальных концентрациях, обусловлено важными свойствами данной соли, а именно при подаче смеси на металлический или оксидный расплав по мере нагрева теплоизолирующей смеси до температуры около 200°C происходит разложение данной соли в смеси со значительным выделением тепла и изменением объема продуктов разложения (схема реакции 1):

Применение в смеси SiO2 и Al2O3 в указанном весовом соотношении обеспечивает протекание твердофазной реакции синтеза (схема реакции 2), также сопровождающейся выделением тепла. Изменение данного соотношения приводит к снижению теплового и объемного эффектов:

И, кроме того, данные компоненты не спекаются и не образуют химических соединений с продуктом разложения реакции (1) - трехокисью хрома Cr2O3.

При температуре выше 1300°C образовавшийся Al2SiO5 диссоциирует с образованием муллита и диоксида кремния в форме кристобалита и существенным увеличением объема.

Экспериментально установлено, что при подаче смеси на поверхность расплава, находящегося в сталеразливочном ковше, промежуточном ковше или изложнице, ее объем увеличивается до 3 раз по сравнению с объемом, занимаемым смесью до подачи.

При этом на поверхности расплава формируется эффективный теплоизолирующий неспекающийся тугоплавкий слой, состоящий из механической смеси неорганического огнеупорного материала и твердого продукта разложения неорганической соли - трехокиси хрома, обладающий чрезвычайно низкой насыпной плотностью, сравнимой с насыпной плотностью вспученного перлита.

Сильный экзотермический эффект реакции (1), а также экзотермический эффект реакции (2) и экзотермические эффекты вторичных твердофазных реакций образования, например, хромитов кальция и магния позволяют компенсировать энергетические затраты на разложение карбонатов и гидратов неорганического огнеупорного материала, входящего в состав смеси, тем самым полностью исключить охлаждающий эффект от применения самой смеси и вовлечь в рецептуру и технологию изготовления смеси новые виды природных тугоплавких материалов.

Применение заявляемой смеси исключает загрязнение окружающей среды в месте ее использования вредными газообразными продуктами пиролиза углеродсодержащих ингредиентов известных смесей, а также СО и СO2.

Заявляемая теплоизолирующая терморасширяющаяся смесь компактна и при транспортировке занимает существенно меньший объем, по сравнению с известными смесями, содержащими предварительно вспученные минеральные ингредиенты, существенно снижает уровень запыленности при подаче на поверхность расплава.

Характеристики смеси иллюстрируют данные табл.1 и примеры ее применения. Расчеты насыпной плотности смеси и ее компонентов выполнены согласно требованиям ГОСТа 8735-88 (2001). Материалы. Щебень и песок.

Таблица 1
Состав смеси Насыпная плотность смеси, г/см3, до применения Насыпная плотность, смеси г/см3, после применения Расход тепла на разложение карбонатов и гидратов смеси, ккал/100 г Приход тепла от твердофазных реакций компонентов смеси, ккал/100 г
Пример 1 1.12 0.39 -4.2 7.86
Пример 2 1.11 0.44 -5.76 7.38
Пример 3 1.14 0.53 -5.78 6.01
Пример 4 1.07 0.36 -5.03 11.01
Пример 5 1.27 0,61 -1.36 3.84

Как видно из данных таблицы, при применении заявляемой смеси ее насыпная плотность уменьшается до 3 раз, а приход тепла значительно превосходит энергетические затраты на разложение карбонатов и гидратов, тем самым значительно снижается охлаждающий эффект.

Пример 1. Проводят утепление поверхности расплава металла в промежуточном ковше МНЛЗ. Смесь подают сверху на открытую поверхность расплава. Утепляющая терморасширяющаяся смесь содержит 20% бихромата аммония, 70% неорганического огнеупорного материала, включающего SiO2+Al2O3 в виде смеси кварцита и глинозема в количестве 28% и 42% соответственно, и 10% неорганического огнеупорного материала, содержащего карбонат кальция в виде известняка CaCO3. Химический состав кварцита, вес.%: SiO2 - не менее 92, Fe2O3 1-3, CaO 0.5-1.5, Al2O3 1-2.5. Химический состав глинозема, вес.%: Al2O3 - не менее 98%. Химический состав известняка, вес.%: CaO 54.6, MgO 0.58, SiO2 0.79, Fe2O3 0.21, П.П.П. 43.75. После применения смеси заметное спекание обнаружено только по границе раздела фаз смесь - расплав металла. Основная масса смеси находится в твердом сыпучем состоянии.

Пример 2. Проводят утепление поверхности расплава в промежуточном ковше МНЛЗ. Утепляющая терморасширяющаяся смесь содержит 15% неорганической соли - бихромата аммония, 70% неорганического огнеупорного материала, включающего SiO2+Al2O3 так же, как в примере 1, и 15% карбонатов кальция и магния в виде доломита CaCO3·MgCO3. Химический состав доломита, вес.%: CaO 31.05, MgO 22.71, SiO2 1.17, П.П.П. 46.08. Смесь остается в твердом сыпучем состоянии.

Пример 3. Проводят утепление поверхности расплава в сталеразливочном ковше. Утепляющая терморасширяющаяся смесь содержит 10% неорганической соли - бихромата аммония, 70% неорганического огнеупорного материала, включающего SiO2+Al2O3, как в примерах 1, 2, и 20% карбоната магния в виде магнезита MgCO3. Химический состав магнезита, вес.%: MgO 42, CaO 2.0, SiO2 0.5, Al2O3 0.5, Fe2O3 1-3, П.П.П. 47.6. Основная масса смеси в твердом сыпучем состоянии. Спеканию подверглась часть смеси, контактирующая с существующим оксидным расплавом на поверхности металла в ковше.

Пример 4. Проводят утепление поверхности оксидного расплава в сталеразливочном ковше. Утепляющая терморасширяющаяся смесь содержит 20% бихромата аммония, 65% неорганического огнеупорного материала, включающего SiO2+Al2O3, и 15% неорганического огнеупорного материала, содержащего гидрат окиси магния в виде брусита Mg(OH)2. Химический состав брусита, вес.%: MgO 96, CaO 2.5, SiO2 0.5, П.П.П. 31.5.

Пример 5. Проводят утепление расплава металла в прибыльной части изложницы. Утепляющая терморасширяющаяся смесь содержит 10% бихромата аммония, 75% неорганического огнеупорного материала, включающего SiO2+Al2O3, и 15% неорганического огнеупорного материала, содержащего гидросиликат магния в виде талька Mg3[Si4O10](OH)2. Химический состав талька, вес.%: MgO 31.7, CaO 1.0, SiO2 61.0, Al2O3 0.7, Fe2O3 1.2, П.П.П, 5.6. При этом термическое разложение талька протекает, например, по схеме:

Смесь практически не спекается.

Установлено, что неизбежные примеси, в концентрациях, указанных в описании, содержащиеся в применяемых природных материалах, не оказывают отрицательного влияния на свойства смеси.

Таким образом, заявляемая смесь позволяет вовлечь в использование недорогие и недефицитные, не подвергающиеся предварительной принудительной термообработке природные материалы кварцит, известняк, доломит, магнезит, брусит, тальк, что позволяет существенно удешевить затраты на производство смеси без ухудшения ее служебных свойств, исходя из главных критериев теплоизолирующей способности смеси - низкой насыпной плотности и высокой стойкости к спеканию и плавлению.

1. Теплоизолирующая терморасширяющаяся смесь, содержащая неорганический огнеупорный ингредиент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит неорганическую соль дихромат аммония (NH4)2Cr2O7, в качестве части неорганического огнеупорного ингредиента она содержит смесь оксидов SiO2 и Al2O3 при весовом соотношении между ними 0,4:0,6, что соответствует образованию соединения с эмпирической формулой Al2SiO5, а в качестве остальной части неорганического огнеупорного ингредиента содержит карбонаты, или гидраты, или гидросиликаты щелочноземельных металлов при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:

Смесь SiO2 и Al2O3 65-75
Неорганическая соль (NH4)2Cr2O7 20
Карбонаты, или гидраты, или
гидросиликаты щелочноземельных металлов остальное

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве SiO2 кварцит, в качестве Al2O3 - глинозем алюминиевой промышленности, в качестве карбонатов щелочноземельных металлов - известняк, или магнезит, или доломит, в качестве гидратов щелочноземельных металлов - брусит, а в качестве гидросиликатов щелочноземельных металлов - тальк.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к литейному производству, в частности к обогреву литейных прибылей. .

Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к области металлургического производства. .

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к конструкциям изложниц с прибыльными надставками. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при разливке стали в изложницы. .

Изобретение относится к литейному производству и касается изготовления элементов литниковой системы форм. .
Изобретение относится к литейному производству. В баке-мешалке приготавливают водный раствор клеящих веществ и силикатного клея. Добавляют в раствор компоненты экзотермической смеси и осуществляют суспендирование смеси путем перемешивания при 1500 об/мин в течение 10 мин. Водную суспензию заливают в форму, которую выполняют в виде наружного цилиндра, внутренней обечайки, имеющей сквозные отверстия диаметром 1,2-1,5 мм, и подвижной верхней части формы, прикрепленной к пуансону. После заливки в форму водную суспензию вибрируют, затем сжимают подвижной частью формы, при этом выжатая водная смесь откачивается вакуумом из внутренней полости нижней части формы. Вставку извлекают путем подачи сжатого воздуха в нижнюю часть формы под обечайку. Сырую или влажную вставку укладывают на поддон, сушат в печи и охлаждают. Экзотермическая смесь содержит, в % объемных: металлический Al 12-25, Al2O3 13-35, Fe2O3 8-30, SiO2 17-28, Na2O+K2O 5-7, CaO 8-15, MgO 0,2-4, керамическое волокно 8-15. В смесь добавляют осадитель на органической основе. Обеспечивается повышение качества вставок, снижение дефектов отливок, повышение экологичности процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.
Изобретение относится к черной металлургии. Смесь содержит, мас.%: шлакообразующий материал 50-65 и органическую добавку 35-50. В качестве шлакообразующего материала используют микрокремнезем, а в качестве органической добавки используют смесь, содержащую, мас.%: шелуху зерновых культур 40-60 и лузгу подсолнечника 40-60. Формирующийся в ковше шлак обладает повышенной ассимиляцией неметаллических включений. Обеспечивается снижение тепловых потерь при разливке стали, уменьшение брака, связанного с перепадами температур и затвердеванием стали в ковше, и уменьшение загрязненности стали неметаллическими включениями. 1 пр.
Изобретение относится к черной металлургии. Смесь содержит, мас.%: шлакообразующий материал 55-65 и органическую добавку 35-45. Шлакообразующий материал содержит, мас.%: микрокремнезем 37, пыль газоочистки производства алюминия 21 и пыль известкового производства 42. В качестве органической добавки используют смесь, содержащую, мас.%: шелуху зерновых культур 40-50 и лузгу подсолнечника 50-60. Формирующийся в ковше шлак обладает повышенной ассимиляцией неметаллических включений. Обеспечивается снижение тепловых потерь при разливке стали, уменьшение брака, связанного с перепадами температур и затвердеванием стали в ковше, и уменьшение загрязненности стали неметаллическими включениями. 1 пр.

Изобретение относится к области литейного производства. Способ заключается в изготовлении литейной формы с установленными вставками для прибылей. На поверхности и внутри вставок устанавливают термопары, подключенные к регистратору, осуществляющему замеры температуры с интервалом не более 1 сек. Согласно полученным данным строят график изменения температуры поверхности вставки и остывания металла внутри вставки. С помощью графиков определяют время и температуру начала и окончания экзотермической реакции, максимальную температуру поверхности вставки, время сохранения стабильной температуры металла внутри вставки, время остывания металла внутри вставки до температуры солидус. Обеспечивается повышение выхода годных отливок. 2 ил.
Наверх