ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ ДЛЯ УТЕПЛЕНИЯ ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ СЛИТКА Российский патент 1997 года по МПК B22D7/00 B22D27/06 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам экзотермических смесей, используемых для утепления головной части слитков спокойной стали.

Известна экзотермическая смесь (Авт. свид. СССР N 458389, В 22 D 27/06, 1975), содержащая, мас. алюминиевый порошок 10.35; ферросилиций -3.15; коксик 20.40; огнеупорный наполнитель -30.45; фторсодержащее вещество - 0,5. 5,0.

Известна экзотермическая смесь (Авт. свид. СССР N 1768349, B 22 D 27/06, 1992), включающая, мас. вспучивающийся при нагреве материал на основе графита (вермикулярный графит, бисульфат гранита) 5.15; отсевы алюминиевой стружки 30.45; твердый окислитель 20.35; силикатная глыба 10.30; ставролитовый концентрат 5.10.

Общими недостатками указанных смесей является высокая взрывоопасность и высокая скорость сгорания в прибыльной части, в результате чего тепловая эффективность применения этих смесей невысокая. Кроме того, при использовании этих смесей наблюдается повышение концентрации вредных выделений (фторидов при использовании первой смеси и паров оксида натрия при использовании второй смеси).

Известна экзотермическая смесь (Авт. свид. СССР N 608609, B 22 D 27/06, 1976) для утепления прибыльной части слитков углеродистой стали, содержащая, мас. алюминий 14; древесный уголь 20; железная окалина 16; шамотный порошок 25; боксит 10; ферросилиций 15.

Недостатком данной смеси является ее высокая взрывоопасность, недостаточные теплоизолирующие свойства и сложность приготовления.

Известна экзотермическая смесь для утепления головной части слитка при разливке стали и сплавов (Авт. свид. СССР N 856649, B 22 D 7/10, 1981), которая включает алюмосодержащий материал, теплоизолирующий материал и огнеупорный наполнитель при следующих соотношениях ингредиентов, мас. алюмосодержащий шлак 25.60; теплоизолирующий материал (кокс или зола ТЭЦ) 27.45; огнеупорный наполнитель 10.34. Данная экзотермическая смесь взрывобезопасна, проста в изготовлении и обладает удовлетворительной теплоизолирующей способностью. Недостатком этой смеси является ее слеживание при хранении и выделение при ее использовании вредных соединений хлора и цинка, которые входят в состав алюмосодержащего шлака. По этой причине известная смесь в промышленности не нашла широкого применения.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является теплоизолирующая смесь (Авт. свид. СССР N 1279743, B 22 D 7/00, 1986), содержащая лигнин или агримус, а в качестве огнеупорного наполнителя золу ТЭЦ или вспученный перлит, при отношении лигнина или агримуса к огнеупорным наполнителям 1:(0.25.2,0).

Недостатком известной смеси является ее слабая экзотермичность и, как следствие, низкая теплотворная способность, малая продолжительность обогревающего воздействия на металл в прибыльной части слитка, что не позволяет снизить расход металла на прибыльную часть слитка и повысить выход годного металла.

Целью настоящего изобретения является улучшение теплофизических характеристик экзотермической смеси за счет снижения скорости горения смеси, а также повышения ее теплотворной способности и теплоизолилирующих свойств.

Указанная цель достигается тем, что известная смесь для утепления головной части слитка, включающая лигнин и огнеупорный наполнитель, дополнительно содержит древесные опилки и алюминийсодержащий материал, а в качестве наполнителя включает доменный гранулированный шлак при следующем соотношении ингредиентов, мас.

гидролизный лигнин 20.35
доменный гранулированный шлак 25.35
древесные опилки 10.15
алюминийсодержащие материалы 20.40,
причем отношение сумм массовых процентов лигнина и древесных опилок к документу гранулированному шлаку находится в пределах 1,2.1,5.

Гидролизный лигнин является отходом производства при гидролизе растительных материалов, в частности древесины. В настоящее время он находит ограниченное использование и в достаточно больших количествах накапливается на гидролизных заводах.

Гидролизный лигнин в предлагаемой смеси выполняет функцию основного углеродсодержащего материала, так же как и древесные опилки, при контакте с расплавленным металлом выделяет большое количество газообразных продуктов горения. В результате этого достигается эффект энергичного "кипения" всего объема смеси в прибыльной части слитка, теплоизоляционные свойства смеси существенно повышаются, а потери тепла с поверхности зеркала металла снижаются.

Введение в состав смеси древесных опилок значительно уменьшает объемный вес смеси и коэффициент теплопроводности. Последний фактор особенно важен для уменьшения скорости передачи тепла в смеси, что проводит к снижению скорости протекания термохимических реакций.

Гидролизный лигнин и древесные опилки, входящие в состав предлагаемой смеси, обеспечивают и другой положительной эффект "огарок", образующийся после сгорания смеси в прибыльной части слитка, имеет пористую структуру и легко удаляется из прибыльной части слитка при его извлечении из изложницы. Это исключает попадание "огарка" в нагревательные колодцы, что способствует улучшению их работы, сокращается количество ремонтов колодцев, снижается расход огнеупоров и др.

Выделяющиеся при сгорании лигнина и древесных опилок газообразные продукты горения снижают парциальное давление кислорода над зеркалом металла в прибыльной надставке, в результате чего увеличивается продолжительность экзотермической реакции взаимодействия металлического алюминия с кислородом атмосферы. Это обеспечивает более эффективный обогрев прибыльной части слитка и уменьшение объема усадочной раковины.

В качестве алюмосодержащих материалов в смеси могут быть использованы алюминиевый порошок или гранулированный алюминий, отсевы алюмосодержащего шлака или землистые отсевы алюминиевой стружки и другие материалы, в состав которых входят металлический алюминий в качестве не менее (40.60)%
Доменный гранулированный шлак в смеси используется в качестве инертного наполнителя. Содержание доменного шлака в смеси определяет в значительной степени скорость горения смеси, ее теплопроводность, а также структуру и прочность образующегося после сгорания смеси "огарка". скорость горения смеси, ее теплопроводность, а также структуру и прочность образующегося после сгорания смеси "огарка".

Эксперименты по выбору рационального состава экзотермической смеси, обеспечивающего наименьшие потери тепла металлом в прибыльной части слитка за счет повышения ее теплофизических и теплоизолирующих свойств, проводили в промышленных условиях при разливке спокойной углеродистой и легированной сифонным способом в слитки массой 5,7 т.

Составы опытных смесей приведены в табл. 1.

В табл. 2 приведены основные технологические показатели, полученные при испытании экзотермических смесей в предлагаемых пределах соотношений ингредиентов (смеси 2-5) и вне предлагаемых пределов (смеси 1 и 6), а также известной смеси.

Анализ приведенных в табл. 2 данных показывает, что экзотермические смеси в предлагаемых пределах соотношений ингредиентов обладают достаточно высокими теплофизическими свойствами, обеспечивающими эффективное утепление объема металла в прибыльной части слитка в процессе его затвердевания. В результате этого по сравнению с известной смесью существенно снизилась величина головной обрези металла в прокатных цехах и увеличился выход годного металла.

Одновременно обеспечивается и другой положительный эффект: образующийся при сгорании смеси "огарок" полностью осыпается с поверхности слитка при его извлечении из изложниц, что положительно сказывается на работе нагревательных колодцев прокатных цехов.

Уменьшение или увеличение входящих в состав шлакообразующей смеси ингредиентов за оптимальные пределы не обеспечивает необходимых технологических свойств смеси. Так, при содержании в смеси гранулированного доменного шлака менее 25% наблюдается бурная реакция взаимодействия металлического алюминия с кислородом, а скорость горения смеси намного превышает оптимальные значения. При содержании в смеси доменного шлака более 35% замедляется скорость формирования шлака, а образующийся после сгорания смеси "огарок" плохо удаляется при извлечении слитка.

При содержании в смеси древесных опилок менее 10% и гидролизного лигнина менее 20% ухудшаются теплоизолирующие свойства смеси, так как при этом существенно возрастает теплопроводность смеси, эффект "кипения" смеси в прибыльной части слитка проявляется слабо, а скорость сгорания смеси возрастает, что приводит к увеличению головной обрези.

Увеличение содержания в смеси древесных опилок более 15% и гидролизного лигнина более 35% существенно замедляет скорость окисления металлического алюминия и вызывает науглероживание металла в процессе разливки, что снижает эффективность экзотермической смеси и приводит к повышенному браку слитков по химическому составу (по углероду).

Алюминийсодержащий материал (порошкообразный или гранулированный алюминий, алюмосодержащий шлак и др.) является основной горючей составляющей и его содержание в смеси главным образом определяет ее теплофизические свойства и положительный технологический эффект.

Содержание в составе смеси алюминийсодержащего материала менее 20% снижает теплопроводную способность смеси, продолжительность обогревающего воздействия на прибыльную часть слитка и температуру горения смеси уменьшаются. В результате положительный технологический эффект снижается.

Введение в состав смеси алюмосодержащего материала более 40% не приводит к дополнительному эффекту. При этом в процессе разливки наблюдается повышенный пироэффект, а затраты на смесь существенно возрастают.

При отношении суммы массовых процентов лигнина и древесных опилок к доменному гранулированному шлаку менее 1,2 снижаются теплоизолирующие свойства смеси и затрудняется удаление образующегося после сгорания смеси "огарка" с поверхности прибыльной части слитка.

При отношении суммы массовых процентов лигнина и древесных опилок к доменному гранулированному шлаку более 1,5 приводит к формированию слишком рыхлого огарка, снижает его механическую прочность и является причиной повышенных теплопотерь с поверхности слитка.

Как видно из данных, приведенных в табл.2, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить выход годного металла за счет уменьшения величины головной обрези.

Дополнительный положительный эффект обеспечивается за счет вовлечения в производство отходов целлюлозной и деревообрабатывающей промышленности - лигнина и древесных опилок.

Использование: в области черной металлургии, в частности в составах экзотермических смесей для утепления прибыльной части слитка при разливке спокойной стали в изложницы. Сущность : смесь для утепления головной части слитка, включающая гидролизный лигнин и огнеупорный наполнитель , дополнительно содержит древесные опилки и алюминийсодержащий материал, в качестве наполнителя включает доменный гранулированный шлак, при следующем содержании ингредиентов, мас. %: гидролизный лигнин - (20...35); доменный гранулированный шлак - (25...35); древесные опилки - (10...15); алюминийсодержащий материал - (20. . .40); причем отношение сумм массовых процентов лигнина и древесных опилок к доменному гранулированному шлаку находится в пределах (1,2...1,5). 2 табл.

Экзотермическая смесь для утепления головной части слитка, включающая гидролизный лигнин и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит древесные опилки и алюминийсодержащий материал, а в качестве наполнителя доменный гранулированный шлак при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Гидролизный лигнин 20 35
Доменный гранулированный шлак 25 35
Древесные опилки 10 15
Алюмиийсодержащий материал 20 -40
причем отношение суммы массовых процентов гидролизного лигнина и древесных опилок к доменному гранулированному шлаку равно 1,2 1,5.