ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ ХРОМОМ В КОВШЕ Российский патент 1997 года по МПК C21C7/00 C22C33/08 

Изобретение относится к технологии получения легированных хромом железоуглеродистых сплавов в ковше, в частности к экзотермическим смесям.

Известна экзотермическая смесь для легирования чугуна хромом в ковше (авт.св. N 425727, кл. B 22 27/06) следующего состава: железоалюминиевый термит основа; феррохром 17 23 мас.

Недостатками известной экзотермической смеси являются высокая температура воспламенения (≈ 1400^oC), требующая применения для ее поджигания термитных спичек, и 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 хрома жидким расплавом за счет снижения температуры кристаллизации термитного шлака.

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

Ниже приведен расчет состава предлагаемой экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов хромом в ковше. Расчет выполнен на основании уравнения теплового баланса горения экзотермической смеси в жидком металле. Для хорошего разделения термитного металла и шлака и максимального усвоения легирующего элемента жидким железоуглеродистым сплавом температура горения экзотермической смеси (T_гс) должна составлять 1850 - 1900^oC.

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

где T_гс 1900^oC температура горения экзотермической смеси;
η 0,9 коэффициент использования теплоты горения экзотермической смеси, учитывающий теплопотери;
Q_т 800 900 ккал/кг теплота горения термита (максимальная - 900 ккал/кг и минимальная 800 ккал/кг);
m количество термита в одном кг экзотермической смеси, кг;
q_SFe 66 ккал/кг теплота плавления железа;
v 0,56 0,62 выход термитной стали при сгорании железоалюминиевого термита (минимальный 0,56 при максимальной 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);
q_SCr 67,3 ккал/кг теплота плавления хрома;
C_PFe 0,18 ккал/кг•град. средняя удельная теплоемкость жидкого железа;
ккал/кг•град. средняя удельная теплоемкость жидкого термитного шлака (оксида алюминия);
C_PCr 0,15 ккал/кг•град. средняя удельная теплоемкость жидкого хрома;
В формуле принято, что расчет ведется на единицу массы (1 кг) экзотермической смеси и содержание хрома в феррохроме составляет 65%
Подставляя в уравнение значения условно-постоянных величин и решая его относительно "m", определяем минимальное и максимальное содержание термита в 1 кг экзотермической смеси.

При Q_т 900 ккал/кг и Φ 0,56 содержание термита в экзотермической смеси составит: m 0,68, или 60%
При Q_т 800 ккал/кг и v 0,62 содержание термита в экзотермической смеси составит: m 0,76, или 76%
Тогда расчетный состав экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов хромом в ковше имеет вид, мас. железоалюминиевый термит 68,0 76,0% феррохром 22,5 30,0% плавиковый шпат 1,5 2,0%
Промышленные испытания предлагаемой экзотермической смеси приводили 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 исходного чугуна. Экзотермическая смесь сгорала, расплавляя феррохром, который растворялся в жидком чугуне, производя его легирование. Через 2 мин, после заливки ковша, с поверхности жидкого металла счищали шлак и заливали пробы для химического анализа легированного чугуна. На основании данных о содержании хрома в исходном и легированном чугунах рассчитывали усвоение хрома жидким чугуном при легировании его экзотермической смесью предлагаемого состава. Результаты промышленных испытаний предлагаемой экзотермической смеси для легирования железоуглеродистых сплавов хромом в ковше приведены в таблице.

На основании проведенных испытаний установлено, что экзотермическая смесь предлагаемого состава для легирования железоуглеродистых сплавов хромом в ковше обеспечивает быстрое получение (длительность процесса 2 3 мин) на базе обычного исходного чугуна легированных хромом чугунов для изготовления в едином технологическом потоке отливок с повышенными механическими и специальными физическими свойствами. При этом обеспечивается высокое усвоение хрома чугуном 97 98%

Использование: технология получения легированных хромом железоуглеродистых сплавов в ковше, в частности, экзотермические смеси. Сущность: экзотермическая смесь содержит, мас.%: железоалюминиевый термит 68,0 - 76,0; феррохром 22,5 - 30,0; плавиковый шпат 1,5 - 2,0. 1 табл.

Экзотермическая смесь для легирования железоуглеродистых сплавов хромом в ковше, содержащая железоалюминиевый термит и феррохром, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит в своем составе плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.

Железоалюминиевый термит 68,0 76,0
Феррохром 22,5 30,0
Плавиковый шпат 1,5 2,0