ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ ТИТАНОМ Российский патент 1997 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к составам экзотермических смесей для легирования железоуглеродистых сплавов в ковше.

Известна экзотермическая смесь для легирования чугуна титаном в ковше (а.с. N 443915, C 21 C 7/00, 1975) следующего состава, мас. железоалюминиевый термит 75-89; ферротитан 11-25.

Недостатком известной экзотермической смеси является высокая температура воспламенения (1400^oC), требующая применения для ее поджигания термитных спичек, высокая температура кристаллизации термитного шлака (около 2050^oC), приводящая к снижению усвоения легирующего элемента жидким металлом.

Целью изобретения является снижение температуры воспламенения экзотермической смеси для возможности ее реагирования от контакта с жидким металлом и повышение усвоения титана жидким расплавом за счет снижения температуры кристаллизации термитного шлака.

Цель достигается предлагаемым составом экзотермической смеси, которая дополнительно к железоалюминиевому термиту и ферротитану содержит плавиковый шпат (флюорит), снижающий на 150-200^oC температуру воспламенения экзотермической смеси и температуру кристаллизации термитного шлака. Гранулометрический состав экзотермической смеси: железоалюминиевого термита N 0,1-1,0 мм, ферротитана и плавикового шпата до 3,0 мм.

Ниже приведен расчет состава предлагаемой экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов титаном.

Расчет выполнен на основании уравнения теплового баланса горения экзотермической смеси в жидком металле. Для разделения термитного металла и шлака и максимального усвоения легирующего элемента жидким железоуглеродистым сплавом температура горения экзотермической смеси должна составлять 1850-1900^oC.

Температуру горения экзотермической смеси, состоящей из железоалюминиевого термита, ферротитана и плавикового шпата можно определить по формуле:

где T_тс=1900^oC температура горения экзотермической смеси;
h= 0,9 коэффициент, учитывающий теплопотери при горении экзотермической смеси;
Q_т= 800-900 ккал/кг теплота горения термита (минимальная 800 ккал/кг и максимальная 900 ккал/кг);
m количество термита в 1 кг экзотермической смеси;
qs_Fe=66 ккал/кг теплота плавления железа;
Φ= 0,56-0,62 выход термитной стали при сгорании железо алюминиевого термита (минимальный 0,56 при максимальной теплотворной способности термита Q_т= 900 ккал/кг и максимальный 0,62 при минимальной теплотворной способности термита Q_т=800 ккал/кг);
ккал/кг теплота плавления термитного шлака (оксида алюминия);
qs_Ti=94 ккал/кг град. теплота плавления титана;
Cp_Fe=0,18 ккал/кг град. средняя удельная теплоемкость жидкого железа;
ккал/кг град. средняя удельная теплоемкость жидкого термитного шлака (оксида алюминия);
Cp_Ti=0,17 ккал/кг град. средняя удельная теплоемкость жидкого титана.

В формуле принято, что расчет ведется на единицу массы (1 кг) экзотермической смеси и содержание титана в ферротитане составляет 30%
Подставляя в уравнение значения условно-постоянных величин и содержание термита "m", определяем минимальное и максимальное содержание термита в 1 кг экзотермической смеси.

При Q_т= 900 ккал/кг и U=0,56 содержание термита в экзотермической смеси составит: m=0,70 или 70%
При Q_т= 800 ккал/кг и Φ0,62 содержание термита в экзотермической смеси составит: m=0,78 или 0,78%
Тогда расчетный состав экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов титаном в ковше имеет вид, мас. железоалюминиевый термит 70,0-78,0; ферротитан 20,5-28,0; плавиковый шпат 1,5-2,0.

Промышленные испытания предлагаемой экзотермической смеси проводили в литейном цехе с использованием жидкого чугуна ваграночной плавки. Для легирования чугуна на дно ковша емкостью 30 кг вводили порцию экзотермической смеси предлагаемого состава и заполняли его жидким чугуном из заливочного ковша с одновременной заливкой проб для химического анализа и образцов для механических испытаний исходного чугуна. Экзотермическая смесь сгорала, расплавляя ферротитан, который растворялся в жидком чугуне, производя его легирование. Через 2 мин, после заливки ковша с поверхности жидкого чугуна счищали и заливали пробы для химического анализа и образцы для механических испытаний легированного чугуна. На основании данных о содержании титана в исходном и легированном чугунах рассчитывали усвоение титана жидким чугуном при легировании его экзотермической смесью предлагаемого состава. Результаты промышленных испытаний предлагаемой экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов титаном приведены в таблице.

На основании проведенных испытаний установлено, что экзотермическая смесь предлагаемого состава для легирования железоуглеродистых сплавов титаном в ковше обеспечивает быстрое получение (длительность процесса 2-3 мин) на базе обычного исходного чугуна легированных титаном чугуном для изготовления в едином технологическом потоке отливок с повышенными механическими и специальными физическими свойствами. При этом усвоение титана чугуном составляет 85-87%

Использование: легирование железоуглеродистых сплавов в ковше. Сущность: экзотермическая смесь для легирования железоуглеродистых сплавов титаном содержит, мас.%: железоалюминиевый термит 70,0-78,0; ферротитан - 20,5-28,0; плавиковый шпат - 1,5-2,0. 1 табл.

Экзотермическая смесь для легирования железоуглеродистых сплавов титаном, состоящая из железоалюминиевого термита и ферротитана, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.

Железоалюминиевый термит 70,0 78,0
Ферротитан 20,5 28,0
Плавиковый шпат 1,5 2,0с