Экзотермическая смесь для утепления головной части слитка

 

),.,т l ч: т но°,сбйбппо l :tt

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп 550236

Союв Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.06.75 (21) 2149683/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.03.77. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 27.04.77 (51) N. Кл. В 22D 27/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 669.18:621.746. .589(088.8) (72) Авторы изобретения Р. П. Коновалов, Я. А. Шнееров, В. Ф. Поляков и В. И. Негода (71) Заявитель

Институт черной металлургии (54) Э КЗОТЕРМ И Ч ЕС КАЯ СМЕСЪ

ДЛЯ УТЕПЛЕНИЯ ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ СЛИТКА

Изобретение относится к металлургии черных металлов, в частности к составам экзотермических смесей для обогрева головной части стальных слитков.

Экзотермические порошкообразные засыпки широко используются для утепления головной части слитков спокойной стали и снижения протяженности усадочных дефектов, т. е. для увеличения выхода годного из слитков.

Такие экзотермические смеси включают горячие компоненты, твердый окислитель, инертные (огнеупорные) добавки, иногда изоляционные компоненты и вещества-катализаторы, регулирующие скорость горения экзотермических смесей.

Наиболее близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является экзотермическая смесь, содержащая горючий ингредиент в виде термообработанных отходов алюминиевой фольги, алюминиевого порошка, кокса и древесных опилок, твердый окислитель в виде натриевой селитры и прокатной окалины, наполнитель в виде перлита, вермикулита и других материалов, связующее-катализатор в виде сульфатного щелока и плавикового шпата (1).

Указанная смесь имеет ряд недостатков, снижающих ее эффективность с точки зрения протяженности усадочных дефектов в слитке и качества металла, Недостаточная полнота сгорания горючих компонентов, в основном алюминия, приводит к уменьшению количества выделяемого при этом тепла, необходимого для поддержания металла в прибыльной части слитка в жидком состоянии. Это происходит потому, что в составе смеси содержится только минимальное количество твердых окислителей (1% ХаМОз и 1% прокатной окалины) и нет

10 эффективного катализатора, обеспечивающего окисление алюминия за счет кислорода воздуха. Наличие большого количества углеродсодержащих материалов в виде кокса, угля, бумаги, фольги, древесных опилок вызывает науглероживание объемов металла в головной части слитка. Такой процесс связан с неполным сгоранием углеродсодержащих материалов, обусловленным также наличием в составе смеси медленно горящих (тлеющих) дре20 весных опилок.

Целью изобретения является снижение протяженности усадочных дефектов в головной части слитка. Это достигается тем, что смесь содержит в качестве древесного продукта дре25 весную муку и дополнительно — речной песок или кварц, технический глинозем или корунд при следующем соотношении ингредиентов, вес. %:

Алюминий 15,0 — 35,0

30 Древесная мука 5 0 — 15,0

550236

3

Нитрат натрия или калия, или бария 1,0 — 10,0

Вспученный перлит 15,0 — 35,0

Речной песок или кварц 1,0 — 5,0

Г1лавиковый шпат 1,0 — 5,0 1 схнический глинозем или корунд Остальное

Введение в состав смеси древесной муки— тонкоизмельченного продукта переработки древесины, содержащего, в основном, частицы менее 180 мкм и являющегося эффективным горючим материалом, который с большой скоростью сгорает на воздухе в начальный период горения смеси, инициирует начало горения основного горючего ингредиента — алюминия.

При горении древесной муки образуются газообразные продукты горения, которые способствуют разрыхлению смеси и образующегося огарка, что обеспечивает их более высокие теплоизоляционные свойства. Появление пор способствует проникновению кислорода атмосферы внутрь смеси и участию его в реакции окисления горючих компонентов. Это позволяет ограничиться в составе смеси минимальным содержанием твердого окислителя — нитрата Na или К, или Ва (не более 10 /о) увеличить удельное к лпчество выделяющего тепла.

Значительное увеличение удельного количества тепла, выделяющегося при полном сгорании смеси, и хорошие теплоизоляционные свойства образующегося пористого твердого огарка обеспечивают значительно большую эффективность тепловой работы экзотермической смеси и снижение глубины проникновения в слиток усадочных дефектов.

Высокие теплоизоляционные свойства смеси и образующегося -.огарка обеспечиваются также наличием в ее составе вспученного перлита. Однако хорошим изолятором вспученный перлит является только до момента его расплавления (верхний предел температурного интервала плавления перлита 1150 †13""С).

Чтобы сохранить вспученный перлит при высоких температурах горения смеси в твердом виде, необходимо защищать его другим инертным огнеупорным материалом. В качестве такого материала смесь содержит материал на основе окиси алюминия — технический глинозем или корунд, который удовлетворительно смешивается с вспученным перлитом.

При этом высокие теплоизоляционные свойства смеси и огарка обеспечиваются только при использовании вспученного перлита определенного объемного веса и фракционного состава. Наилучшие результаты получают при использовании вспученного перлита с объемным весом 150 — 180 кг/м и размером частиц

0,2 — 1,2 мм. Использование же более легкого перлита, особенно с объемным весом 50—

70 кг/м" и большим количеством мелких фракции ((0,2 мм), менее эффективно, так как такой перлит быстро расплавляется, и при этом образуется плотный тестообразный огарок с высокой теплопроводностью. В указан5

2д

30 1 ьд

«д

4 ном случае значительно увеличиваются потери тепла в прибыльной части слитка.

Наличие в составе смеси небольших количеств (не более 5 ) речного песка или кварца и плавикового шпата обеспечивает связыванпе отдельных зерен перлита в цельный карк!с пористого огарка. Плавиковый шпат либо фториды других металлов (NaF, Na AIF< и др.) являются также с нитратом Na I(или Ва катализаторами, необходимыми для устойчивого горения алюминия. Гак как углеродсодержащий материал в предлагаемой экзотермической смеси (древесная мука) сгорает практически полностью, не происходит науглероживания металла в головной части слитка.

Содержание компонентов в смеси определяется ее назначением и связанным с этим количеством алюминия в смеси. Так при отливке слитков небольшого развеса (до 2 — 3 т), кристаллизирующихся в течение короткого промежутка времени и имеющих относительно ббльшие потери тепла в прибыльной части, чем у слитков крупного развеса, для обеспечения эффективной работы экзотермической смеси в ес состав необходимо вводить до 28—

35 /о основного горючего компонента — алюминия, 12 — 15О/о древесной муки, около 10 /о нитрата Na или К, или Ва, по 3 — 5 /о речного песка и плавикового шпата, остальное — вспученный перлит и глинозем.

При отливке слитков крупного развеса (свыше 15 т), кристаллизующихся в течение длительного промежутка времени, необходимо иметь экзотермическую смесь, которая обеспечивала бы в течение всего промежутка времени питание образующейся усадочной раковины жидким металлом. Б эгом случае в составе смеси можно име1ь значительно меньшее количество (15 — 18 /о) самой дорогой составляющей — алюминия и, соответственно, меньшее количество древесной муки (5 — 7 /о ) нитрата

Na или К, или Ва (1 — 5 /о), причем в составе смеси возрастает доля инертных материалов— вспученного перлита (до 30 — 35 /о) и технического глинозема или корунда (до 35 — 40О/о).

Между этими крайними случаями, в зависимости от развсса слитка, выбираются промежуточные составы смесей.

Предлагаемая экзотермическая смесь является эффективным утеплителем стальных слитков и имеет объемный вес в пределах 500— б00 кг/м""; расход смеси, в зависимости от ее состава и развеса слитка, 1,0 — 1,5 кг/т стали.

Пример 1. При отливке сортовых слитков весом 8 — 10 т в уширяющиеся книзу изложницы с теплоизоляционнымп вкладышами используется экзотермическая смесь следующего состава, вес. /о. алюминий в виде порошка, измельченной стружки, отходов алюминиевых сплавов 22; древесная мука 10; нитрат бария

5; вспученный перлит 24; технический глинозем или корунд 33; речной песок или кварц 3j плавиковый шпат 3.

Расход смеси 1,3 — 1,5 кг/т стали.

550236

24,0

32,0

3,0

3,0

35,0

16,0

8,0

10,0

1,0

1,0

Таблица 1

Састав, вес.

Al „., С A10, SIO, PeО, СаО IlgO

МвО R(I Г ВаО (4() U l ! !

18 3 (),() 3,4, 2,8 3,2 !

27,8

11редлаг .емаа смесь.18 9

7,1

11звестная смесь

3,5

5-(, 1

12,9

0,14

3,3 l,о

Пример 2. При отливке листовых слитков углеродистой и низколегирован;(ой стали весом 16 — 20 т используется экзотермическая смесь следующего состава, вес. %: алюминий

16; древссная мука 6; нитрат бария 3; вспученный перлит 28; технический глинозем 38; речной песок 4; плавиковый шпат 3.

Расход смеси 1,0 — 1,3 кг/т стали.

Пример 3. При отливке слитков небольшого развеса (2 — 3 т) используется смесь следующего сОстава, вес. %: алюм иний 35; древесная мука 15; нитрат бария 10; вспученный перлнт 1О; техн; ческий гл1гнозем 20; речной песок

i; нлавнковый шпат 4.

Расход смеси 1,4 — 1,5 кг/т стали.

П р и м ер 4. При отливке слитков 22 — 25 т используется смесь следующего состава, вес. %: алюминий 15; древесная мука 5; нитрат бария 1; вспуче((ный перлит 35; технический глинозем 40; речной песок 3; плавиковый шпат 1.

Расход смеси 1,0 — 1,2 кг/т стали.

Пример 5. При отливке слитков весом

4 — 5 т используется смесь следующего состава, вес. %: алюминий 30; древесная мука 12; нитрат бария 8; вспученный перлит 18; технический глинозем 22; речной песок 5; плавиковый шпат 5.

Расход смеси 1,3 — 1,4 кг/т стали.

При разливке стали сверху экзотермическая смесь присаживается на зеркало металла в головную часть слитка сразу после его наполнения, а при разливке стали сифоном смесь на зеркало металла присаживается еще до окончаши наполнения (оловной (прибыльной) части сл тка.

ОГИ(сына еь1а,".1 экзотерми iac."(ate(c iccb можст

Оыть нриготдвле (а п,.тем механнчсскОГО смешива(шя се исхоiabix компонснтоз, степень измель:,сни,i которых долакна быть, в основном, меньше 1 мм. Прн этом сначала смешиВа!отся Вспученный Герлит и технический Глинозем или корунд, IIoc;Ic чего В смесь дооавл;- 1отся остальные компонс;-иы.

При испытании предлагаемой и известной экзотермических смесей было установлено, что описываемая смесь более эффективна с точки зрения тепловой работы: смесь сгорает за 2—

3 мин после засыпки, образующийся при сгорании смеси огарок быстро темнеет, содержание А1 (металлического) в огарке только

4%, Для испытания были взяты экзотермические смеси следующего состава, вес. %:

Предлагаемая смесь

Алюминиевый порошок 1 1,0

Алюминиевая стружка 12,0

Древесная мука 10,0

Нитрат бария 5,0

Вспученный перлит (объемный вес 170 кг/мм )

Технический глинозем

Рсчной песок

Плавиковый шпат

Известная смесь

Термообработанные измельченные отходы А1 (фольга)

Алюминиевый порошок

23 Древесные опилки

Молотый каменный уголь

Натриевая селитра

Прокатная окалина

Кальцинированный карбонат

30 магния 13,0

Вспученный перлит 13,0

Плавиковый шпат 1,0

Сульфатный щелок 2,0

Зкзотермические смеси указанных составов

3> были испытаны при разливке стали марки 30 с oT;1I. 1Il

Bccoiil --.Π— 50 кг. 1смпература метаII:a перед заливкой в формы 1640 — 1650 С. Расход смеси на утеплегп(е головной части одного слитка на

40 каждой плавке 200 г.

; имический состав огарков описываемой и извест юн экзотермнческих смесей приведен в табл. i, a свойства смесей и образующихся огарков — в табл. 2.

550235

Таблица 2

Известная смесь

Предлагаемая смесь

Физико-химические характеристики экзотермических смесей

Коэффициент теплопроводности огарка, ккал/м ч С, при Т, С:

500

890

1000

0,85

0,195

0,310

0,470

780 †8

0,87

0,196

0,260

0,390

780 †8

0,10 — 0,12

480 †5

670 †7

Теплотворная способность, ккал/кг

Скорость горения, кг/мин

Температура воспламенения смеси, С

Объемный вес смеси, кг/м

0,007 вЂ,1

480 †5

550 †6

Составитель И. Куницкая

Техред И. Карандашова

Корректоры; Е. Хмелева и И. Позияковская

Редактор И. Корчеико

Заказ 773/3 Изд. _#_o 343 Тираж 1054 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, 7К-35, Раушская иаб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Как показывает порезка слитков, протяженность концентрированной усадочной раковины и подусадочной пористости и рыхлости при утеплении слитков описываемой экзотермической смесью составляет 32,8 и 31,1% длины слитка, а при утеплении известной экзотермической смесью — 40,7 и 37,0% длины слитка.

Таким образом, предлагаемая экзотермическая смесь более эффективна с точки зрения тепловой работы, позволяет уменьшить протяженность усадочных дефектов в слитке и увеличить выход годного из слитка.

Формула изобретения

1. Экзотермическая смесь для утепления головной части слитка, включающая алюминий, древесный продукт, нитрат натрия или калия, или бария, вспученный перлит, плавиковый шпат, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения протяженности усадочных дефектов в головной части слитка, в качестве древесного продукта смесь содержит древесную муку и дополнительно — речной песок или кварц, технический глинозем или корунд при следующем соотношении ингредиентов, вес. %.

Алюминий 15,0 — 35,0

Древесная мука 5,0 — 15,0

Нитрат натрия или калия, или бария 1,0 — 10,0

Вспученный перлит 15,0 — 35,0

Речной песок или кварц 1,0 — 5,0

Плавиковый шпат 1,0 — 5,0

Технический глинозем или

15 корунд Остальное

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Патент Великобритании № 1280768, кл, С 5G (В 22D 27/06), 1972,