Экзотермическая смесь для утепления головной части слитка и способ ее приготовления
ОП И САН И Е (:.п554074
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистичесхиf
Р:слублии (G1) Допо IFIIITtльное к авт. свид-в (22) Заявлено 25.07.75 (21) 2175161/02 (51) М. Кл 2 В 220 27/04 с прпсоединением заявки М
ГОСУДаРСтаЕННГой ИОМИтЕт
Совета Министров СССР (23) Приори сT
Опуолпковано 15 04 77 Бю ете IF, »& 14 (53) УДК 669.18:621. .746.589 (088.8) лв делам изобретений и открытий
Дата опубликования описания 20.06.77 (72) Авторы из о б р е те ш|я
В. ф. Поляков, Р. П. К.-.повалов и Я. А. 1т1нееров (71) Заявитель
Институт чсриои металлургии (54) ЭКЗОТЕРМИт1ЕСКАЯ СМЕСЬ ДЛЯ УТЕПЛЕт1ИЯ i ", ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ СЛИТКА И СПОСОБ FE ПРИГОТОВЛдЯИЯ
) (»
Изобретение относится к области металлургии черных металлов, в частности к составам экзотермических смесей для обогрева головной части стальных слитков.
Экзотермические смеси нашли широкое применение для обогрева головной части слитков спокойной стали, Выделяемое при горении смесей дополнительное количество тепла способствует снижению протяженности усадочных дефектов в слитках и уменьшению головной обрези.
В состав таких смесей входят горючие компоненты (алюминий в виде порошка, и стружки и термообработанных отходов фольги, кокс и древесные опилки), 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.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности, и достигаемому результату является экзотермическая смесь, содержащая горючие материалы — алюминий, древесную муку, твердый окислитель — нитрат натрия, калия или бария, вспученный перлит, речной песок или кварц, плавиковый шпат, технический глинозем или корунд.
Эффективность указанной смеси низка при отливке листовых слитков, особенно большого веса. Вследствие большей удельной поверхности зеркала металла и более длительной кристаллизации листовых слитков по сравнению с сортовыми увеличивается интенсивность от5 вода тепла через зеркало металла. В этих условиях входящий в состав указанной смеси вспученный перлит, имеющий интервал температур плавления 1200 †14 С, подплавляется, что резко ухудшает теплоизолирующис
lp свойства огарка, образующегося после сгорания смеси, и приводит к увеличению протяженности усадочных дефектов.
Известен способ приготовления экзотермичсской смеси для утепления головной части
15 слитка, который включает одновременное механическое перемешивание горючих материалов, твердого окислителя, плавикового шпата и огнеупорного наполнителя с последующим введением в полученную смесь вспученного
2р перлита и их совместным перемешиванием.
Недостатком известного способа приготовления экзотермической смеси является нерациональное с точки зрения эффективности тепловой работы смеси и образующегося после ее сгорания огарка распределение исходных компонентов, При введении аморфного графита известным способом его частицы распределяются большей частью по поверхности зерен (частиц) горючих материалов, твердог
3р окислителя, плавикового шпата, огнеупорного
554074
1,0 — 10,0
1,0 — 5,0
10,0 — 30,0
5,0 — 15,0 наполнителя и в меньшей степени на зернах вводимого в смесь указанных материалов в последнюю очередь вспученного перлита.
В результате эффективность введения в смесь аморфного графита для защиты и оп- 5 лавления вспученного перлита резко снижается. Введение в экзотермическую смесь в последнюю очередь вспученного перлита необходимо для сохранения в смеси ценных теплоизоляционных свойств его, иначе при дли- 10 тельном перемешивании зерна вспученного перлита травмируются и утрачивают первоначальные свойства.
Кроме того, при одновременном смешивании всех компонентов смеси, исключая вводи- 15 мый в последнюю очередь вспученный перлит, может увеличиться неполнота сгорания алюмия в смеси из-за пассивирующего действия частиц графита, покрывающих частицы алюминия и твердого окислителя. 20
С целью повышения теплоизолирующих свойств образующегося при сгорании экзотермической смеси огарка смесь по изобретению, включающая горячие материалы — алюминий и древесную муку, твердый окислитель — ни- 25 трат натрия, калия или бария, плавиковый шпат, огнеупорный наполнитель и вспученный перлит, дополнительно содержит аморфный графит при следующем соотношении ингредиентов, вес. о/о.. 30
Алюминий 15,0 — 35,0
Древесная мука 5,0 — 15,0
Нитрат натрия, калия или бария
Плавиковый шпат 35
Вспученный перлит
Аморфный графит
Огнеупорный наполнитель Остальное
Согласно изобретению экзотермическую 40 смесь приготавливают, предварительно перемешивая вспученный перлит с аморфным графитом и вводя их в предварительно полученную смесь горючих материалов, твердого окислителя, плавикового шпата и огнеупорного наполнителя.
Содержание ингредиентов в смеси зависит от веса утепляемых слитков. Так, листовые слитки сравнительно небольшого веса (до
5 т) кристаллизуются в течение относительно 50 короткого промежутка времени, поэтому для их утепления используют смеси с высокой экзотермичностью. Вместе с тем, интенсивность теплового потока от зеркала металла и длительность его воздействия на огарок меньше, чем для крупных листовых слитков. Поэтому для обеспечения эффективной работы экзотермической смеси ее состав должен содержать количества, близкие к верхним предельным значениям, основного горючего мате- 50 риала — алюминия (28 — 35 вес. ) и древесной муки (12 — 15 вес. /О) и близкие к ни кним предельным значениям вспученного перлита (10 — 15 вес. /О), аморфного графита (5 — 8 вес, /о), а также 8 — 10 твердого окис- 65 лителя (любой из указанных нитратов), 2—
5 вес. /о плавикового шпата, остальное— огнеупорный наполнитель.
Длительность кристаллизации крупных листовых слитков (более 15 т) составляет несколько часов, а интенсивность теплового потока от зеркала металла значительно выше, чем у слитков небольшого веса. В этих условиях необходимо обеспечить более высокие теплоизолирующие свойства образующегося из смеси огарка, а экзотермичность смеси в этом случае имеет меньшее значение. Поэтому в составе смеси для утепления крупных листовых слитков необходимо иметь содержание алюминия и древесной муки ближе к нижним предельным значениям (соответственно 15 — 18 и 5 — 7 вес. ), вспученного перлита и аморфного графита ближе к верхним предельным значениям (соответственно 25—
30 и 12 — 15 вес. O ), а также твердого окислителя (1 — 5 вес. /о ), плавикового шпата (1 — 2 вес. /О) и огнеупорный наполнитель— остальное.
Между этими крайними случаями в зависимости от веса слитков выбираются промежуточные в количественном диапазоне составы экзотермической смеси по изобретению.
Соотношение между количеством вспученного перлита и аморфного графита в выбран ной для утепления слитков определенного веса смеси определяется в основном размером зерен вспученного перлита. При малом размере зерен величина их поверхности значительна, и следовательно, требуется более высокий расход графита, чтобы его частицы полностью покрыли поверхность зерен вспученного перлита. По мере увеличения размера зерен суммарная площадь их поверхности уменьшается, и расход графита в этом случае меньше. При учете реальных значений размера частиц аморфного графита и зерен вспученного перлита среднее весовое соотношение между этими компонентами составляет 1: 2, при диапазоне колебания от 1: 1 до 1: 3.
В качестве огнеупорного наполнителя экзотермическая смесь по изобретению может содержать шамотный или магнезитовый порошок, технический глинозем, отходы абразивного производства и др.
В качестве катализатора, способствующего более полному сгоранию алюминия, могут быть использованы, кроме плавикового шпата, фториды других металлов (NaF, NaqA1F<), Примеры утепления головной части слитков экзотермическими смесями по изобретению даны ниже.
Пример 1. При отливке листовых слитков углеродистой и низколегированной стали небольшого веса (до 5 т) в изложницах с прибыльными надставками используется экзотермическая смесь следующего состава, вес. %.
Алюминий (в виде порошка)
Древесная мука
Нитрат натрия
554074
Таблица 1
10,0
5,0
5,0
Содержание компонентов, вес. о
А1мет
С
А12О3
81 О, Ре,О, СаО
1gO
МпО
1,57
4,0
0,22
64,65
18,01
4,07
2,53
4,22
1,16
1,75
1,82
0,4
48,9
27,8
3,4 о ф о
3,2
7,1
10 - R2O
ВаО
Т аблица 2
Показатель
О, 087
0,196
0,260
0,390
0,085
0,195
0,310
0,470
500
800
1000
780 †8
0,10 — 0,12
480 †5
670 †7
780 †8
0,07 — 0,1
483 †5
550 †6
Вспученный перлит
Аморфный графит
Плавиковый шпат
Огнеупорный наполнитель— технический глинозем 20,0
Расход смеси 1,5 — I,б кг/т стали.
Пример 2. При отливке листовых слитков углеродистой и низколегированной стали весом 10 — 12 т в уширенных книзу изложницах с теплоизоляционными вкладышами используется экзотермическая смесь следующего состава, вес. %:
Алюминий (в виде порошка или стружки) 20,0
Древесная мука 10,0
Нитрат бария 4,0
Вспученный перлит 1б,0
Аморфный графит 7,0
Плавиковый шпат 3,0
Огнеупорный наполнитель— корунд 40,0
Расход смеси 1,5 — 1,7 кг/т стали.
Пример 3. При отливке листовых слитков углеродистой и низколегированной стали весом 18 — 20 т в уширенные книзу изложницы с теплоизоляционными вкладышами используется экзотермическая смесь следующего состава, вес. %:
Алюминий (в виде порошка) 15,0
Древесная мука 5,0
Нитрат калия 1,0
Вспученный перлит 30,0
Аморфный графит 15,0
Плавиковый шпат 1,0
Огнеупорный наполнитель— отходы абразивного производства 33,0
Расход смеси 1,3 — 1,5 кг/т стали.
Экзотермические смеси указанных составов были испытаны при разливке двух плавок стали марки 30 с отливкой на каждой из них двух слитков весом 45 — 50 кг. Расход смеси на утепление головной части одного слитка на каждой плавке составляет 200 г. Химические составы огарков экзотермических смесей по изобретению I и по прототипу II приведены в табл. 1.
Коэффициент теплопроводности огарка, ккал/м час С, при температуре, С:
Теплотвориая способиэсть, ккал/кг
Скорость гореиия, кг/мии
Температура воспламенения смеси, С
Об.ьемнгяй вес смеси, кг/м
Как показала порезка опытных слитков, 20 протяженность концентрированной усадочной раковины и подусадочной рыхлости при утеплении слитков экзотермической смесью по изобретению составляла 29,б и 27,5% длины слитка, а при утеплении экзотермической сме25 сью по прототипу — 32,8 и 31,1% длины слитка.
Опытно-промышленное опробование смеси по изобретению (по примеру 3) для утепления листовых слитков весом 15,2 т, отливаемых в уширенные книзу изложницы с теплоизоляционными вкладышами, показало, что при расходе смеси 1,5 кг/т протяженность усадочных раковин составила 4,5 — 10% против
12 — 14 при утеплении головной части слитков другими, менее эффективными экзотермически ми см еся м и.
Таким образом, экзотермическая смесь по изобретению более эффективна с точки зрения тепловой работы для условий кристалли40 зации листовых слитков, позволяет уменьшить протяженность усадочных дефектов в слитках и увеличить таким образом выход годного из них.
При испыта:IHH экзотермическпх смесей по изобретению и по прототипу были определены следующие свойства смесей и образующихся огарков, которые приведены в табл. 2.
554074
ЦИИИПИ Заказ 989/5 Изд. М 370 Тираж 992 Подписное
Типография, пр. Сап иова, 2
Испытывали экзотермическую смесь состава по изобретению (I), вес. о о:
Алюминиевый порошок 1 1,0
Алюминиевая стружка 12,0
Древесная мука 100 5
Нитрат бария 5,0
Вспученный перлит 18,0
Аморфный графит 9,0
Плавиковый IIIIIBT 3,0
Технический глинозем Остальное 10 и смесь по прототипу следующего состава (II), вес. о о:
Алюминиевый порошок 1 1,0
Алюминиевая стружка 12,0
Древесная мука 100 15
Нитрат бария 5,0
Вспученный перлит 24,0
Плавиковый шпат 3,0
Технический глинозем 35,0
Приготовление экзотермической смеси по 29 изобретению осуществляется следующим ооразом.
В смеситель, например, барабанного типа загружают вспученный перлит и аморфный графит и производят их перемешивание в те- 25 чение 5 — 7 мин. B другом смесителе готовят смесь измельченных до фракции не более
1 MM остальных ингредиентов (алюминия, нитрата натрия, калия или бария, древесной муки, плавикового шпата и огнеупорного наполнителя) путем их перемешивания в течение 8 — 10 мин. После этого во второй смеситель из первого вводят смесь вспученного перлита с аморфным графитом и производят совместное перемешивание двух промежуточных смесей в течение 5 — 5 мин.
Вводить предварительно перемешанные вспученный перлит с аморфным графитом в смесь остальных ингредиентов можно и с помощью смесителя шнекового типа непосредственно перед линией расфасовки экзотермической смеси.
Такой способ приготовления экзотермической смеси обеспечивает хорошую защиту вспученного перлита от оплавления аморф- 45 ным графитом и высокую полноту сгорания алюминия.
Введение в состав смеси аморфного графита приводит к распределению его частиц по пористой поверхности зерен вспученного пер- 59 лита. При этом слой, состоящий из частиц графита, предохраняет зерна перлита от расплавления, несмотря на увеличение интенсивности теплового потока через зеркало металла и времени нахождения огарка в диапазоне высоких температур, близких к температуре кристаллизации стали. Благодаря этому высокие теплоизолирующие свойства огарка сохраняются в течение всего периода кристаллизации листовых слитков, в том числе слит- @ ков большого веса.
Это обеспечивает сохранение металла в прибыльной части слитка в жидком состоянии в течение более длительного периода по сравнению с известной смесью, уменьшение протяженности усадочных дефектов и увеличение выхода годного из них при прокатке.
Наиболее высокие теплоизолирующие свойства огарка смеси обеспечиваются при защитс вспученного перлита от оплавления именно с помощью аморфного графита, частицы которого благодаря особенностям своего строения и физических свойств лучше, чем частицы других материалов, удерживаются
»а пористой поверхности зерен вспученного перлита.
Таким образом, предварительное смешивание вспученного п рлита с аморфным графитом и последующее введение этой композиции в смесь остальных ингредиентов является обязательным условием получения экзотермической смеси по изобретению, так как обеспечивает как высокую ее экзотермичность, так и хорошие теплоизоляционные свойства образующегося после сгорания смеси огарка.
При разливке стали сверху экзотермическую смесь присаживают на зеркало металла в головную часть слитка сразу после его отливки, а при разливке стали сифоном смесь на зеркало металла присаживают еще до окончания наполнения головной (прибыльной) части слитка.
Формула изобретения
1. Экзотермическая смесь для утепления головной части слитка, преимущественно листовых слитков, включающая горючие материалы — алюминий и древесную муку, твердый окислитель — нитрат натрия, калия или бария, катализатор — плавиковый шпат, вспученный перлит, огнеупорный наполнитель, о тличающаяся тем, что, с целью повышения теплоизолирующих свойств образующегося при сгорании смеси огарка, она дополнительно содержит аморфный графит при следующем соотношении ингредиентов, вес. о о:
Алюминий 15,0 — 35,0
Древесная мука 5,0 — 15,0
Нитрат натрия, калия или бария 1,0 — 10,0
Плавиковый шпат 1,0 — 5,0
Вспученный перлит 10,0 — 30,0
Аморфный графит 5,0 — 15,0
Огнеупорный наполнитель Остальное
2. Способ приготовления экзотермической смеси по п. 1, включающий одновременное перемешивание горючих материалов, твердого окислителя, катализатора и огнеупорного наполнителя с последующим введением в полученную смесь вспученного перлита и их совместным перемешиванием, отличающийся тем, что вспученный перлит предварительно смешивают с аморфным графитом.
