Экзотермическая шлакообразующая смесь

Изобретение относится к литейному производству, в частности к обогреву литейных прибылей. Смесь содержит, вес.%: порошок окисляемого компонента 9-36, окислитель 9-36, катализатор 0,1-9, связующее 0-9 и наполнитель. Для снижения потерь тепла излучением и теплопроводностью в качестве наполнителя используют вспученный вермикулит. Для снижения температуры начала реакции между компонентами смеси в качестве катализатора используют нитраты и/или фториды щелочных, щелочноземельных металлов. Окисляемый компонент содержит, вес.%: порошок алюминия 0-30, нанопорошок пироуглерода 1-10 и порошок лигатуры. Для повышения рассыпаемости порошок лигатуры содержит, вес.%: алюминий 18-30, кремний 16-25, марганец 15-45, углерод 0,1-3 и железо. Обеспечивается повышение эффективности работы литейных прибылей. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии и может быть применено в литейном производстве для обогрева литейных прибылей с целью повышения эффективности питания отливок.

Известна /В.И.Справник, Л.Ф.Выгоднер, «Обогрев прибылей отливок экзотермическими смесями», М., Машиностроение 1981, стр.9/ экзотермическая смесь для обогрева прибылей, содержащая алюминиевый порошок, алюминиевую стружку, ферросилиций - 75% в качестве окисляемого компонента, железную окалину или руду в качестве окислителя, плавиковый шпат в качестве катализатора, молотого шамота в качестве наполнителя и формовочной глины, жидкого стекла или сульфитно-спиртовой барды в качестве связующего при следующем соотношении компонентов в вес.%.

Алюминиевый порошок или стружка	18
Ферросилиций 75%	5
Окалина железная или руда	52
Плавиковый шпат	2
Молотый шамот	18
Формовочная глина	5
Жидкое стекло или
Сульфитно-спиртовая барда
(сверх 100%)	8

Указанная смесь является многокомпонентной и обладает сравнительно малой теплотворной способностью.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является экзотермическая смесь /«Экзотермическая смесь». А.С. СССР №353787, В.В.Лемпицкий и др./, содержащая алюминиевый порошок и порошок многокомпонентного кальциево-марганцово-кремниево-алюминиевого сплава в качестве окисляемого компонента, железную окалину в качестве окислителя, огнеупорную глину, шамот, древесные опилки, связующее при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Порошок кальциево-марганцево-кремниево-алюминиевого
сплава	12-14
Алюминиевый порошок	10-12
Окислитель	34-36
Огнеупорная глина	10-12
Шамот	26-28
Древесные опилки	2-3
Связующее (сверх 100%)	20-20,5

Недостатком известной экзотермической смеси является низкая теплотворная способность, большие потери тепла излучением и теплопроводностью за счет образования твердого шлака в результате использования в качестве наполнителя компонентов с высокой плотностью, повышенной теплопроводностью и температурой плавления.

Целью изобретения является повышение эффективности работы литейных прибылей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно известной экзотермической смеси, включающей порошок окисляемого компонента, окислитель и связующее, смесь дополнительно содержит вспученный вермикулит в качестве наполнителя, нитраты и/или фториды щелочных, щелочноземельных металлов в качестве катализатора при следующем соотношении компонентов в вес.%

Окисляемый компонент	9-36
Окислитель	9-36
Катализатор	0,1-9
Связующее	0-9
Наполнитель	остальное,

при этом в качестве окисляемого компонента она содержит порошок алюминия, нанопорошок пироуглерода и порошок лигатуры при следующем соотношении компонентов в вес.%

Порошок алюминия	0-30
Нанопорошок пироуглерода	1-10
Порошок лигатуры	остальное,

а порошок лигатуры содержит алюминий, кремний, марганец, железо, углерод при следующем соотношении компонентов в вес.%

Алюминий	18-30
Кремний	16-25
Марганец	15-45
Углерод	0.1-3
Железо	остальное,

Применение в качестве наполнителя вспученного вермикулита, обладающего низкой теплопроводностью и относительно низкой плотностью позволяет снизить потери тепла излучением и теплопроводностью, что обеспечивает быстрый прогрев смеси до температуры начала реакции. Прогрев вермикулита до 1300°С и выше сопровождается его расплавлением с образованием жидкоподвижного шлака, обладающего дополнительной теплоизолирующей способностью после реакции между окислителем и окисляющим продуктом. Предложенное соотношение содержания вермикулита и остальных компонентов обеспечивает стабильную спокойную реакцию между компонентами. Лигатура предложенного состава при изготовлении методом литья после кристаллизации разрушается (рассыпается) в мелкие частицы размером не более 0,7 мм, что не требует дополнительных затрат на измельчение и исключает потери лигатуры в результате отсутствия отсева мелкой фракции. Использование данного порошка в качестве окисляемого продукта позволяет организовать однородную смесь с высокой теплотворной способностью. Применение нанопорошков пироуглерода способствует стабилизации процесса горения.

Применение в качестве катализатора нитратов и (или) фторидов щелочных, щелочноземельных металлов, в предложенных пределах, позволяет снизить температуру начала реакции между компонентами смеси и расширяет область применения предложенного изобретения и для цветных сплавов.

Применение связующего в указанных пределах позволяет использовать предложенную смесь как в виде экзотермических вставок, так и насыпной смеси (при отсутствии связующего или его минимальном содержании).

Эффективность известной и предложенной экзотермической шлакообразующей смеси оценивали по шаровой пробе.

Сталь марки 25 Л при температуре 1580-1600°С заливали в шаровую полость диаметром 150 мм, облицованную слоем испытуемой экзотермической смеси толщиной 30 мм. В качестве контрольного образца использовали такую же форму, облицованную жидкостекольной смесью. Посредством вольфрам/вольфрам-рениевой термопары, спай которой совпадает с центром шара, фиксировали продолжительность затвердевания металла в шаровой пробе. Коэффициент эффективности смеси Кэф определяли как отношение времени затвердевания пробы, облицованной испытуемой экзотермической смесью, к времени затвердевания пробы, залитой в жидкостекольную смесь. Полученные данные приведены в таблице.

Из полученных данных видно, что предложенная экзотермическая шлакообразующая смесь обладает более высоким коэффициентом эффективности.

Эффективность работы прибыли при использовании известной и предложенной смеси оценивали по влиянию добавок на формирование цилиндрической отливки диаметром 100 мм и высотой 300 мм, в форме из сухой стержневой смеси.

Экзотермическая смесь в пакете из алюминиевой фольги устанавливалась в литейной форме. В результате экранирующего действия алюминиевой фольги взаимодействие расплава и экзотермической смеси начиналось только после полного заполнения литейной формы.

Эффективность прибыли с экзотермической смесью оценивали по высоте нижней плотной зоны цилиндрической отливки. Причем верхняя зона с усадочной раковиной и пористостью, определенная методом рентген-контроля, выполняла роль прибыли. По соотношению нижней плотной зоны и прибыльной зоны определяли коэффициент расхода металла на прибыль (Кпр). По величине коэффициента определяли эффективность работы прибыли с экзотермической смесью.

Полученные данные приведены в таблице.

Из полученных данных видно, что предложенная смесь позволяет формировать плотную отливку при минимальном размере прибыли, что показывает повышение эффективности работы литейных прибылей при использовании предложенной экзотермической шлакообразующей смеси.

Использование предлагаемой экзотермической смеси для прибылей стальных отливок, например корпусов задвижек из стали 25Л, позволяет на 20% снизить размеры прибыли, по сравнению с известными добавками, что обеспечивает увеличение коэффициента использования жидкого металла на 8-10%.

Учитывая примерно одинаковую стоимость известных и предлагаемых добавок и затраты на выплавку одной тонны жидкого металла на ОАО «Икар» г.Курган, экономическая эффективность от использования предложенной экзотермической шлакообразующей смеси составляет 3800 рублей на тонну годного литья.

Экзотермическая шлакообразующая смесь, содержащая порошок окисляемого компонента, окислитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вспученный вермикулит в качестве наполнителя, нитраты и/или фториды щелочных, щелочноземельных металлов в качестве катализатора и связующее при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Окисляемый компонент	9-36
Окислитель	9-36
Катализатор	0,1-9
Связующее	0-9
Наполнитель	остальное,

при этом в качестве окисляемого компонента она содержит порошок алюминия, нанопорошок пироуглерода и порошок лигатуры при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Порошок алюминия	0-30
Нанопорошок пироуглерода	1-10
Порошок лигатуры	остальное,

а порошок лигатуры содержит алюминий, кремний, марганец, железо, углерод при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Алюминий	18-30
Кремний	16-25
Марганец	15-45
Углерод	0,1-3
Железо	остальное