Экзотермическая смесь

 

ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ для обогрева прибылей сдитков., включаю . щая восстановитель на основе алюминия , марганцевую РУДУ углероДсодержащий материал, кальцинированную соду и пшакообразующий материал, о.тличающаяся тем, что, с целью снижения пожаровзрывоопасностн смеси и попьппения эффективности тепловой р.аботы прибыли, она s качестве восстановителя на основе алюминия содержит алюминиевомедномагниевую стружку при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Алюминиевомедномагни10-30 евая стружка 20-40 Марганцевая руда Углеродсрдержащий 6-23 материал 1-5 Кальцинированная сода Шлакообраэующий Остальное материал . 2. Смесь rio п. 1, о т л и ч а юо . щ а я с я тем, что алюминйевомед-номагниевая стружка имеет следующий состав, мас.%; Медь0,5-5,0 Нагний0,5-3,0 АлюминийОстальное S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН

„Г, 1

6-23

1-5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3311376/22-02 (22) 03. 07 . 81 (46} 30.08.86. Бюл, У 32 (72) М.М.Клюев, ВЯ .Жучин, Л.К.Косырев, Ю.К.Воробьев, С.B.Áàãäàíîâ, .A.E... Каэьмин, А.П.Сисев, Б.Е.Зайцев и А.И.Батурин (53) 621.745.57(088.8) (56} Авторское свидетельство СССР

У 814563, кл. В 22 D 27/06, 1981.

)Курнал " Сталь", 1974, И 7, с. 602.

Авторское свидетельство СССР

У 789211, кл.. В 22 D 7/00, 1978. (54)(57) ЭКЗОТВРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ для обогрева прибылей слитков, включаю. щая восстановитель на основе алюминия, марганцевую руду, углеродсодержащий материал, кальцинированную соду и шлакообраэующий материал, отличающаяся тем, что, с ,целью снижения пожаровзрывоопасности (д1) С 2! С 5/54; В 22 D 7/10 смеси и повышения эффективности тепловой работы прибыли, она и качестве восстановителя на основе алюминия содержит алюминиевомедномагниевую стружку при следующем соотношении ингредиентов, мас.7.:.

Алюминиевомедномагниевая стружка 10-30

Марганцевая руда 20-40

Углеродсодержащий материал

Кальцинированная сода

Шлакообразующий материал Остальное

2. Смесь rio и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что алюминйевомед-. Q номагниевая стружка имеет следующий состав, мас,X:

Иедь 0,5-5,0

Магний О, 5-3,0 %

Алюминий Остальное р

1026445

13" 15

20-25

Остальное

Изобретение относится к металлургии, а именно к отливке слитков из стали и сплавов в изложницы и может быть использовано для обработки прибыльной части слитка.

Известна порошкообразная экзотермическая смесь, содержащая следующие компоненты, мас. :

Алюминий и алюминиево-магниевый порошок 15

Углерод (графит) 5

Натриевая селитра 10

Марганцевая руда 15

Шлакообразующие компоненты Остальное

Недостатком этой смеси является ее вэрывоопаспость, обусловленная наличием в ней активных горючих компонентов — порошков алюминия и магния, а также активных окислителей — натриевой селитры; поэтому при изготовлении и использовании данной смеси следует соблюдать те же меры предосторожности, что и для взрывчатых веществ. Это является опасным при работе обслуживающего .персонала сталеплавильнoro hexa и исключает приготовление и использование названной смеси в цехе, не приспособленном для работы со взрывчатыми веществами.

Известна порошкообразная экзотермическая смесь, содержащая компоненты, мас. :

Алюминий и алюминиевомагниевый порошок 15

Углерод (графит) 5

Натриевая селитра 10

Марганцевая руда 15

Шлакообразующие компоненты

Указанная экзотермическая смесь позволяет наводить синтетический шлак в изложнице при разливке стали, что улучшает поверхность отливаемого слитка, его макроструктуру и дает значительный экономический эффект эа счет зкономии металла при последующем переделе слитков.

Однако эта смесь является взрывоопасной в связи с наличием в ней активных горючих компонентов — порошков алюминия и магния, а также активных окислителей — натриевой селитры и марганцевой руды, поэтому при изготовлении и применении данной смеси следует соблюдать те же меры предос-. торожности, что и для взрывчатых

2 веществ. Это является опасным для работы обслуживающего персонала сталеплавильного цеха и исключает приготовление и использование названной

5 экэотермической смеси в цехе, не. приспособленном для работы со взрывчатыми веществами.

Кроме того, при разливе в изложницы сталей типа ШХ15 с использованием твердой смеси с указанным соотношением углерода и окислителя происходит неконтролируемое окисление углерода в жидкой стали, что приводит к получению брака по химическому составу, 15 Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является экзотермическая смесь, содержащая следующие компоненты, мас.%:

20 Сплав редкоземельных металлов 12-15

Алюминиевый порошок. 2-3

Марганцевая руда 24-30

Кальцинированная сода, Силикатная глыба

Каменноугольная эола 20-25

Каменноугольная зола является углеродсодержащим материалом.

Использование указанной экэотермическои смеси при разливке стали способствовало улучшению качества поверхности и увеличению выхода год35 ного металла. Однако эта смесь является пожаровзрывоопасной, поскольку содержит порошкообразный алюминий, нижний концентрационный предел взры" ваемости которого менее 65 г(м, а

40 температура воспламенения полидисперсного порошка алюминия в слое о и взвеси соответственно равны 770 С о и 795 С. В соответствии с правилами техники безопасности все работы с

45 полидиснерсными порошками алюминия относятся к взрыво- и пожароопасным, - a помещения в которых проводятся работы с этими материалами, относятся по вэрывоопасности к классам В-П

50 или В-Па и к пожароопасным клас- . сам П-П.

Ф

Правила техники безопасности sanрещают работу с порошкообразным алюминием в цехах, не удовлетворяющих соответствующим правйлам. Это исключает воэможность приготовления и использования данной экзотермической смеси в условиях сталеплавильного

1026445

4 цеха, в котором отсутствует помещение отвечающее требованиям техники безопасности прн работе со взрывчатыми веществами.

Целью изобретения является снижение пожаровэрывоопасности смеси и повышение эффективности тепловой работы прибыли.

Для достижения поставленной цели экзотермическая смесь для обогрева прибылей слитков, включающая восстановитель на основе алюминия, марганцевую руду. углеродсодержащий материал, кальцинированную соду и »плакообразуюшнй материал, в качестве восстановителя на основе алюминия содержит алюминиевомедномагниевую струж ку при следующем соотношении ингредиентов, мас.Х: Алюминиевомедномагниевая стружка 10-30

Марганцевая руда 20-40

Углеродсодержащий материал 6-2 3

Кальцинированная сода 1-5

Шлакооб-)азующий материал Остальное

Причем алюминиевомедномагниевая стружка имеет следующий состав., мас.%:

Медь 0,5-5,О

Магний 0,5-3,0

Алюминий Остальное

15: 92еЗз От5 0ю,08 мм — 4в9; От4 0 5 мм

- 1,0; 0,3-0,4 мм — 0,9, 0,2-0,3мм0,5; О.;1-0,2 мм — 0,3: менее 0,05-0,1, равна 900 К, что на 100 К больповерхностями.

Восстановитель может содержать примеси, мас.Х:

Марганец Ие. более О,б .Кремний Не более 0,4

Титан Не бопее 0,1.

Никель Не более 0,1

Железо Не более 0,5

При содержании в смеси алюминиевомедномагниевой стружки менее 10% термохимические реакции не протекают или протекают очень медленно, что не обеспечивает необходимьп»: нагрев металла в прибыльной части слитка, При увеличении содержания стружки более

30% реакция протекает бурно и выделившееся тепло теряется непроизводительно.

Повышение содержания в смеси кокса или другого углеродсодержащего материала способствует создашпо вос» становительной атмосФеры над поверхностью жидкого металла в изложнице и исключению образования заворотов ,и плен в прибыльной части слитка. При уменьшении содержания кокса ниже

5

25 заявляемого предела недопустимо снижа»отся теплоизолирующие свойства сме- = си более 23% возрастает науглероживание жидкого металла и замедляются термохимические реакции между компонентами смеси.

Введение в смесь кальцинированной соды в указанных пределах предотвращает образование твердой шлаковой корки из продуктов термохимических реакций и способствует наведени»о легкоплавкого шлака в изложнице за счет получения в шлаке окиси натрия и перемешивания шлака пузырьками СО, которые образуются при разложении соды. Снижение содержания соды менее

1Х повышает температуру плавления шлаковой смеси и ухудшает условия ее барботажа, что приводит к образованию твердых шлаковых корок и загрязнению ими прибыльной части слитка.

Увеличение содержания соды в смеси более 5% приводит к разбрызгиванжо шлака и металла из изложницы и получению некачественной прибыли в слитке.

Содержание шлакообразующих компонентов в смеси в укаэанных пределах обеспечивает наиболее рациональную тепловую работу прибыли. Увеличение содержания их затормаживает расплавление смеси; а снижение — уменьшает температуру плавления смеси и ускоряет протекание термохимических реакций между компонентами смеси. В качестве шлакообраэующего материала в смеси целесообразно использовать шамот.

В отношении техники безопасности использование в качестве восстановителя алюминиевомедиомагниевой струж- ки является безопасным по сравнению с.алюминиевым порошком. Температура самовоспламенения в слое алюминиевомедномагниевой стружки дисперсного состава,.мас.Х: фракция более 0,8 ммше температуры самовоспламенения алюминиевого порошка аналогичного фракционного состава (сл». табл. 1).

Лэровзвесь алюминиевомедномагниевой стружки предлагаемого состава даже в полидисперсном состоянии не взрывается до концентрации 1000 г/л» от электрической .искры и при контакте о с нагретыми до температуры 1270 К

1026445

Для определения теплоизолирующих свойств смеси по изобретению были приготовлены три состава, соответствующих нижнему, среднему и верхнему пределам по содержанию ингредиентов, причем для каждого состава смеси использовали алюминиевомедномагниевую стружку с содержанием меди, магния и алюминия, равными нижнему, 50

Таким образом, алюминиевый порошок относится к пожаровзрывоопасным веществам, а алюминиевомедномагниевую стружку следует отнести к категории безопасных веществ. 5

Положительный эффект от использования в смеси в качестве восстановителя алюминиевомедномагниевой стружки с регламентированным содержанием меди и магния заключается также в 10 стабильном протекании термохимических реакций между окислителем и восста новителем смеси, засыпанной на поверхность жидкого металла в изложнице. Вп время контакта твердой сме-. 15 си жидким металлом при заполнении им прибыльной надставки при средних в заявляемых пределах содержаниях меди и магния в стружке и оптимальном соотношении ингредиентов в смеси тер- 20 мохимические реакции взаимодействия твердых компонентов смеси по поверхности металлического расплава протекают спокойно, беэ вспышек выделения энергии. Снижение содержания в струж- 25 ке меди и магния менее 0,5 каждого приводит к быстрому сгоранию стружки из-за высокого содержания в ней алюминия. В этом случае эффективность обогрева смесью прибыли слитка нез- 30 начительна, и усадочная раковина получает распространение на значительную глубину. При повышении содержания меди более 5 и магния более 3% также происходит быстрое сгорание стружки в смеси из-за высокого содержания в ней магния, что снижает эффективность обогрева прибыли слитка. Кроме того, имеющаяся в стружке медь загрязняет прибыльную часть слитка. Это исключает воэможность последующего использования прибылей в качестве шихты при выплавке марочного металла.

В табл. 2 представлен состав смесей и данные топографического анализа i5 распространения усадочной раковины в прибыльной части слитков, а также результаты по загрязненности прибылей медью. среднему и верхнему значениям в заявляемых пределах. Данные смеси были опробованы при обогреве прибылей опыт. ных слитков одной плавки стали ШХ15СГ.

Смесь оптимального варианта применяли при обогреве прибылей партии слитков марочного металла ШХ15СГ. В этом случае алюминиевомедномагниевая стружка имела следующий состав, мас, .; Cu 2,2; Ng 1,2; Нп 0,5; Si

0,3; Ti 0,05; Ni 0,05; Fe 0,4; Al. остальное.

Смеси приготавливали путем перемешивания высушенных и измельченных до однородного состояния компонентов фракции до 4 мм. Химический состав компонентов удовлетворял требованиям соответствующих ГОСТ и ТУ. Марганцевая руда содержала, мас,%: Ип 52;

Fe 0,6; SiO< 5; А1 0э 1,2; СаО 0,8;

P 0,,13; М@О 0,16. Смеси испольэовали при обогреве прибылей при отливке слитков стали ШХ15СГ сифоном в изложницы 600 кг с надставкой высотой

350 мм, После заполнения металлом прибыльной надставки па высоту 100150 мм, во время паузы, готовую смесь засыпали в изложницу на поверхность металла. Далее надставку заполняли металлом и слиток охлаждали в изложнице на воздухе. Расход смеси составлял 2 кг/т стали в слитках. Загорайие смесей начиналось через 5-7 с после засыпки ее на металл и в дальнейшем носило ровный характер. При этом дымовыделения и сильного светового излучения не наблюдалось. По визуальному наблюдению полное прогорание смесей заканчивалось через 3-4 мин после окончания разливки металла..

Контроль распространения усадочной раковины проводили на продольных темплетах прибылей слитков. Партию слитков марочного металла ШХ15СГ прокатывали на стане 600 мм на размер 80 мм. Готовую сортовую заготов- ку контролировали по ГОСТ 801-60, и при соответствии металла требованиям

ГОСТ сдавали заказчику. Результаты по обработке прибылей слитков взрывабезопасными смесями и выходу годного при последующем переделе слитков сравнивали со слитками, отлитыми без использования смесей до обогрева прибылей (по существующей технологии)

Сравнительные данные о расходных коэффициентах металла при переделе

Т а б л и ц а 1

Содержание элементов в стружке, вес. .

Алюминиевый порошок

Параметр

Си 0,5 Си 2,7 Си 5,0

И8 0,5 .,И8 1,5 Ng 3,0

А1 Основа АХ Основа А1.Основа

Температура самовоспламенения, .К 880

800

900

870

П р и м е ч а н и е. Температура самовоспламенения в слое определена в условиях дериватографических испытаний.

7 10 6 на стане 600 мм слитков двух вариантов отливки представлены в табл. 4.

Как следует из табл. 2, результаты по распределению меди в прибыли слитка ШХ15СГ показали на отсутствие загрязнения медью металла при обог реве прибыли взрывобезопасной смесью оптимального состава, причем в данном случае содержание меди в ковшевой пробе практически не отличалось от 10 среднего содержания меди в прибыли.

При содержании меди 5X s алюминиево-. медномагниевой стружке.при всех составах смеси отмечено увеличение среднего содержания меди в прибыли по 15 сравнению с содержанием ее в ковшевой пробе. В случае обогрева прибыли смесью по варианту 3 с содержанием в алюминиевомедномагниевой стружке меди 5 и магния З имело место по- 20 вышение среднего содержания меди s металле прибыли более 0,25Х что является недопустимым для отходов стали ШХ15СГ. Применение .оптимального соотношения ингредиентов во 25 взрывобезопасной смеси при обогреве: прибыли слитка стали ШХ15СГ позволи445 8 ло до 55,7 отн.Х уменьшить глубину распространения усадочной раковины и уменьшить высоту. полного заполнения прибыли плотным металлом. Это способствовало снижению массы прибылей слитков, отлитых со смесью по сравнению со слитками, отлитыми без обработки прибылей, в среднем на 61 кг/т стали в слитках. При последующем переделе слитков с прибылью, обработанной взрывобезопасной смесью, расходные коэффициенты передела металла по сравнению со слитками; отлитыми

-без обработки прибыли были снижены эа счет уменьшения массы прибыли и увеличения запаса плотного металла в прибыльной части слитка. Расходный

:коэффициент при переделе слитков стали ШХ15СГ на стане 600 мм снижен на 5,9 отн.Х, а сквозной расходный ,коэффициент — на 4,9 отн.X.

Зкономический эффект от использования изобретенной экзотермической смеси при обогреве прибылей слитков стали,ШХ15СГ составит 275,4 тыс. юб./год.

1026445

Таблица 2

Содерааяие ингредиентов, нас.Z

Размер прибыли, мм

Глубина

Отноиенне реднее содерание элементы струнки, мас.X маргансококс. глубины

Смесь мот высо кирина да лирика иикнелевая руда та усадочкой ния

Cu Ng верхнего го сеч ения металсечения раковины х высоте прибыли, 2

300 180 270 250 50 83, 3 О, 1 7

0,5 0,5 99,0

1 10 2 ° 2 1,2 96 ° О 6 20 1 63 285 190 275 170 115 59 ° 6 0,17

300 190 265 215 85 7te7 0,27

5,0 3,0 92,0

0,5 О,S 9,0

2 О -180 2Ь$218 72 75,2 0 ° 17

20 2 2 1 2 9ЬО 14 30 3 33 300 175 260

167 133 5517 O I t 7 оптимальный вариант

300 t80 260 202 98 67,3 0,28

5 О 3 О 92,0

0,5 0,5 99,0

305 195 260 282 23

30 2,2 1,2 96,0 23 40 5 2 305 195. 265 220 85

5,0 3 0 92,0

300 200 26$ 242 58

4 б е я с и е с н

300 200 270 300 О 100 0 Oе 17

П р и ы е ч а н и е. + Содериание меди в пробе нетепла ив ковал - 0,18 иасЛ.

Таблица3

Расходные коэффициенты, кг/т

Сдано, t

Задано в передел, т на стане

600 мм сквочнон

Смесью ottтимального состава 19,414 15.380

1262

14.850

1307

Без смеси 20617,5 15495,9

1334

1375

15033,8 г

Техред В.Кадар

Корректор И. Демчик

Подписное

Редактор Л. Письман

Заказ 4755/3

Тираж 552

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 струккя

41СиИв а сне си

Вариант, обработки прибыли

Прокатано па стане

600 мм, т усалочкоЯ раковины в прибыли, AN

Высота полного яаполнелом прибыли, мм еаи в прибыли, ° мвс.I

92,5 0>18

72,1 0,18

80,7 0,36