[go: up one dir, main page]

RU2773977C1 - Exothermic mixture for heat insulation of the head part of the ingot during casting of steels and alloys - Google Patents

Exothermic mixture for heat insulation of the head part of the ingot during casting of steels and alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2773977C1
RU2773977C1 RU2022105528A RU2022105528A RU2773977C1 RU 2773977 C1 RU2773977 C1 RU 2773977C1 RU 2022105528 A RU2022105528 A RU 2022105528A RU 2022105528 A RU2022105528 A RU 2022105528A RU 2773977 C1 RU2773977 C1 RU 2773977C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
ingot
aluminum
head part
scale
Prior art date
Application number
RU2022105528A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Олегович Леушин
Александр Николаевич Грачев
Анатолий Данилович Рябцев
Александр Александрович Гарченко
Любовь Игоревна Леушина
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2773977C1 publication Critical patent/RU2773977C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: nvention relates to the field of metallurgy. The exothermic mixture for insulating the head part of the ingot during casting of steels and alloys contains, wt.%: aluminum-containing material - 25-30, material expanding when heated - 5-15, foundry graphite - 3-5, fluorite concentrate - 2-5, calcined forging scale - 5-10, potassium nitrate, or sodium, or barium - 3-5, sawdust - 5-15 and aluminous cement - the rest. The introduction of aluminous cement contributes to the formation of a strong heat-insulating layer on the surface of the ingot. Wood chips help ignite and control the burning rate of the mixture. The gases formed during their combustion form pores in the mixture, loosen it, preventing sintering, reduce thermal conductivity and provide oxygen access deep into the mixture layer, supporting the combustion of other combustible components. Scale promotes long-term combustion of the mixture without pyroeffect, and its particles have reinforcing properties that increase the strength of the cinder.
EFFECT: obtaining a dense structure of the upper part of the resulting ingot and reducing the loss of metal with the head trim.
1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам экзотермических смесей для утепления верха головной части слитка при разливке сталей и сплавов.The invention relates to metallurgy, namely to the compositions of exothermic mixtures for heat insulation of the top of the head part of the ingot during casting of steels and alloys.

Известны экзотермическая смесь для утепления головной части слитка и способ ее приготовления [1]. Смесь включает горючие материалы – алюминий и древесную муку, твердый окислитель – нитрат натрия, калия или бария, катализатор – плавиковый шпат, вспученный перлит, огнеупорный наполнитель и отличается тем, что, с целью повышения теплоизолирующих свойств образующегося при сгорании смеси огарка, она дополнительно содержит аморфный графит при следующем соотношении ингредиентов, вес. %: алюминий 15-35; древесная мука 5-15; нитрат натрия или калия, или бария 1-10; плавиковый шпат 1-5; вспученный перлит 10-30; аморфный графит 5-15; огнеупорный наполнитель (шамотный или магнезитовый порошок, технический глинозем, отходы абразивного производства и др.) – остальное. Способ приготовления этой экзотермической смеси, включающий одновременное перемешивание горючих материалов, твердого окислителя, катализатора и огнеупорного наполнителя с последующим введением в полученную смесь вспученного перлита и их совместным перемешиванием, отличается тем, что вспученный перлит предварительно смешивают с аморфным графитом. Known exothermic mixture for warming the head of the ingot and the method of its preparation [1]. The mixture includes combustible materials - aluminum and wood flour, a solid oxidizer - sodium, potassium or barium nitrate, a catalyst - fluorspar, expanded perlite, a refractory filler and is characterized in that, in order to increase the heat-insulating properties of the cinder formed during combustion of the mixture, it additionally contains amorphous graphite in the following ratio of ingredients, wt. %: aluminum 15-35; wood flour 5-15; sodium or potassium or barium nitrate 1-10; fluorspar 1-5; expanded perlite 10-30; amorphous graphite 5-15; refractory filler (fireclay or magnesite powder, technical alumina, abrasive production waste, etc.) - the rest. The method for preparing this exothermic mixture, which includes simultaneous mixing of combustible materials, a solid oxidizer, a catalyst and a refractory filler, followed by the introduction of expanded perlite into the resulting mixture and their joint mixing, is characterized in that the expanded perlite is pre-mixed with amorphous graphite.

К недостаткам смеси можно отнести повышенную скорость и, как следствие, низкую управляемость процесса горения и окислителей, сопровождающиеся пироэффектом и выплеском металлического расплава из изложницы и связанные с высоким содержанием в смеси горючих материалов и окислителей. Высокое содержание огнеупорного наполнителя (шамотный или магнезитовый порошок, технический глинозем, отходы абразивного производства и др.) является причиной низкой теплотворной способности экзотермической смеси и, как следствие, требует расхода дополнительной тепловой энергии для нагрева. Шамотный порошок, предлагаемый авторами среди прочих вариантов в качестве огнеупорного наполнителя, обладает высокой теплопроводностью, что значительно снижает эффективность утепления зеркала слитка. В итоге усадочная раковина, образующаяся при кристаллизации металла, обусловливает увеличенный размер головной обрези слитка. The disadvantages of the mixture include an increased speed and, as a result, low controllability of the combustion process and oxidizers, accompanied by a pyroeffect and a splash of metal melt from the mold and associated with a high content of combustible materials and oxidizers in the mixture. The high content of the refractory filler (chamotte or magnesite powder, technical alumina, abrasive production waste, etc.) is the reason for the low calorific value of the exothermic mixture and, as a result, requires the consumption of additional thermal energy for heating. Fireclay powder, proposed by the authors among other options as a refractory filler, has a high thermal conductivity, which significantly reduces the efficiency of ingot surface insulation. As a result, the shrinkage cavity, which is formed during the crystallization of the metal, causes an increased size of the head trim of the ingot.

Известна экзотермическая смесь для обогрева прибылей стальных и чугунных отливок, включающая алюминиевый порошок, окислитель и технологические добавки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит силикокальций с содержанием кремния не менее 50 мас.% и кальция не менее 25 мас.%, а в качестве окислителя – окалину при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: алюминиевый порошок 4,0-7,7; окалина 57-62; силикокальций 29-35; технологические добавки (натрий фтористый технический) – остальное [2]. Known exothermic mixture for heating heads of steel and cast iron castings, including aluminum powder, an oxidizing agent and technological additives, characterized in that it additionally contains silicocalcium with a silicon content of at least 50 wt.% and calcium of at least 25 wt.%, and as an oxidizing agent - scale at the following ratio of ingredients, wt.%: aluminum powder 4.0-7.7; scale 57-62; silicocalcium 29-35; technological additives (sodium fluoride technical) - the rest [2].

Основным недостатком данной смеси является повышенное содержание в составе достаточно дорогого силикокальция, обычно используемого в производстве отливок, применение которого для утепления головной части крупных стальных слитков нецелесообразно. При этом высокое содержание в смеси окалины снижает ее теплоизоляционные характеристики.The main disadvantage of this mixture is the increased content in the composition of rather expensive silicocalcium, which is usually used in the production of castings, the use of which is impractical to insulate the head of large steel ingots. At the same time, the high content of scale in the mixture reduces its thermal insulation characteristics.

Известна экзотермическая смесь для утепления зеркала слитка, включающая алюминиевый порошок, прокатную окалину, углеродсодержащий материал и вермикулит, отличающаяся тем, что, с целью улучшения макроструктуры головной части слитка и повышения выхода годного металла, снижения расхода и себестоимости смеси, в качестве углеродсодержащего материала она содержит молотый древесный уголь при следующем соотношении ингредиентов, вес. %: алюминиевый порошок l2-14; прокатная окалина 12-14; молотый древесный уголь 20-25; вермикулит – остальное [3]. Known exothermic mixture for insulating the mirror of the ingot, including aluminum powder, mill scale, carbon-containing material and vermiculite, characterized in that, in order to improve the macrostructure of the head of the ingot and increase the yield of suitable metal, reduce consumption and cost of the mixture, as a carbon-containing material it contains ground charcoal in the following ratio of ingredients, wt. %: aluminum powder l2-14; mill scale 12-14; ground charcoal 20-25; vermiculite - the rest [3].

Смесь не свободна от недостатков. Высокое содержание в смеси прокатной окалины способствует снижению огнеупорности смеси и повышает ее спекаемость. Высокое содержание в смеси древесного угля в сочетании с алюминиевым порошком повышает взрывоопасность и вероятность самовозгорания смеси, что осложняет ее транспортировку и хранение.The mixture is not free from flaws. The high content of mill scale in the mixture helps to reduce the refractoriness of the mixture and increases its sintering. The high content of charcoal in the mixture in combination with aluminum powder increases the explosion hazard and the likelihood of spontaneous combustion of the mixture, which complicates its transportation and storage.

Наиболее близкой к изобретению является экзотермическая смесь для утепления головной части слитка при разливке сталей и сплавов, включающая алюминийсодержащий материал, теплоизолирующий материал и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит расширяющийся при нагреве материал, литейный графит и флюоритовый концентрат, а в качестве алюминийсодержащего материала содержит отходы от производства алюминиевых сплавов и продуктов вторичной переработки алюминийсодержащих материалов при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминийсодержащий материал 25-60; теплоизолирующий материал (кокс, зола ТЭЦ) 10-40; огнеупорный наполнитель (шамотный порошок) 8-36; расширяющийся при нагреве материал 4-15; литейный графит 0-3; флюоритовый концентрат 0-3. В качестве расширяющегося при нагреве материала она содержит вермикулит или перлит [4]. Closest to the invention is exothermic mixture for heat insulation of the head part of the ingot during casting of steels and alloys, including an aluminum-containing material, a heat-insulating material and a refractory filler, characterized in that it additionally contains a material expanding upon heating, foundry graphite and a fluorite concentrate, and as an aluminum-containing material it contains production waste aluminum alloys and products of secondary processing of aluminum-containing materials in the following ratio of components, wt.%: aluminum-containing material 25-60; heat-insulating material (coke, ash from thermal power plant) 10-40; refractory filler (chamotte powder) 8-36; expanding when heated material 4-15; foundry graphite 0-3; fluorite concentrate 0-3. As a material expanding upon heating, it contains vermiculite or perlite [4].

Однако известная смесь имеет недостатки. В ее составе отсутствует компонент, явно выполняющий функции окислителя, что на фоне вторичного происхождения алюминийсодержащего материала (алюминийсодержащий шлак) и наличия в нем огнеупорной составляющей затрудняет воспламенение, осложняет полноценное протекание экзотермической реакции и, как следствие, снижает эффект от применения смеси. Вермикулит или перлит, предлагаемые в качестве расширяющегося при нагреве материала, имеют температуру плавления, меньшую температуры стального расплава, заливаемого в изложницу, что при отсутствии в составе смеси специального компонента-разрыхлителя ведет при контакте с жидким металлом к их быстрому расплавлению и спеканию, препятствующим достаточному расширению и тем самым снижающим требуемый эффект теплоизоляции. Присутствие в составе смеси шамотного порошка в большом количестве в качестве огеупорного наполнителя обусловливает необходимость дополнительных затрат на ее прогрев, а также повышает риск загрязнения стального расплава оксидом магния. Предлагаемые авторами в качестве теплоизолирующего материала кокс и зола ТЭЦ содержат нежелательные примеси, в том числе серу, которые при контакте с жидким расплавом оказывают негативное воздействие на качество формирующегося слитка. However, the known mixture has disadvantages. Its composition does not contain a component that clearly performs the functions of an oxidizing agent, which, against the background of the secondary origin of the aluminum-containing material (aluminum-containing slag) and the presence of a refractory component in it, makes it difficult to ignite, complicates the full flow of the exothermic reaction and, as a result, reduces the effect of using the mixture. Vermiculite or perlite, offered as a material expanding upon heating, has a melting point lower than the temperature of the steel melt poured into the mold, which, in the absence of a special baking powder component in the mixture, leads, upon contact with liquid metal, to their rapid melting and sintering, preventing sufficient expansion and thereby reducing the required thermal insulation effect. The presence in the composition of the mixture of fireclay powder in large quantities as a refractory filler necessitates additional costs for its heating, and also increases the risk of contamination of the steel melt with magnesium oxide. The coke and ash of thermal power plants proposed by the authors as a heat-insulating material contain undesirable impurities, including sulfur, which, when in contact with a liquid melt, have a negative impact on the quality of the formed ingot.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.These shortcomings are eliminated by the proposed solution.

Решается задача повышения эффективности утепления головной части слитка при разливке сталей и сплавов.The problem of increasing the efficiency of heat insulation of the head part of the ingot during the casting of steels and alloys is being solved.

Технический результат – состав экзотермической утепляющей смеси, обеспечивающий получение плотной структуры верхней части слитка и сокращение потерь металла с головной обрезью.EFFECT: composition of the exothermic heat-insulating mixture, providing a dense structure of the upper part of the ingot and reducing the loss of metal with the head trim.

Технический результат достигается тем, что экзотермическая смесь для утепления головной части слитка при разливке сталей и сплавов, включающая алюминийсодержащий материал, расширяющийся при нагреве материал, литейный графит и флюоритовый концентрат, дополнительно содержит прокаленную кузнечную окалину, нитрат калия, или натрия, или бария, древесные опилки и глиноземистый цемент, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved by the fact that the exothermic mixture for insulating the head part of the ingot during the casting of steels and alloys, including aluminum-containing material, expanding material when heated, foundry graphite and fluorite concentrate, additionally contains calcined blacksmith scale, potassium nitrate, or sodium, or barium, wood sawdust and aluminous cement, in the following ratio of components, wt.%:

Алюминийсодержащий материалaluminum-containing material 25-30 25-30 Расширяющийся при нагреве материалmaterial that expands when heated 5-15 5-15 Литейный графитfoundry graphite 3-5 3-5 Флюоритовый концентратFluorite concentrate 2-5 2-5 Прокаленная кузнечная окалина Calcined blacksmith scale 5-10 5-10 Нитрат калия, или натрия, или барияPotassium or sodium or barium nitrate 3-5 3-5 Древесные опилкиsawdust 5-15 5-15 Глиноземистый цементaluminous cement остальное rest

Алюминийсодержащий материал при окислении обеспечивает значительный экзотермический эффект при протекании соответствующих химических реакций. Его количество определяется из условия получения в готовой смеси 21-28% металлического (активного) алюминия, обеспечивающего необходимое количество тепла 8000-10000 кДж/кг. Содержание алюминийсодержащего материала в составе смеси в количестве, меньшем 25% мас., не обеспечивает сохранение металла в жидком состоянии в головной части для подпитки кристаллизующегося тела слитка [4]. Как показала предварительная экспериментальная проверка, его содержание в составе смеси в количестве, большем 30% мас., интенсифицирует протекание металлотермических реакций, тем самым сокращая время эффективной работы смеси в части утепления головной части слитка. The aluminum-containing material, when oxidized, provides a significant exothermic effect during the course of the corresponding chemical reactions. Its amount is determined from the condition of obtaining in the finished mixture 21-28% metallic (active) aluminum, providing the required amount of heat 8000-10000 kJ/kg. The content of aluminum-containing material in the composition of the mixture in an amount less than 25% wt., does not ensure the preservation of the metal in a liquid state in the head part to feed the crystallizing body of the ingot [4]. As shown by preliminary experimental verification, its content in the composition of the mixture in an amount greater than 30% wt., intensifies the flow of metallothermic reactions, thereby reducing the time of effective operation of the mixture in terms of warming the head of the ingot.

Расширяющийся при нагреве материал (вермикулит или перлит) влияет на формирование необходимых теплоизолирующих свойств смеси и огарка. Помимо этого при его нагреве и расширении обеспечивается равномерное распределение смеси по поверхности металла, снижение кажущейся плотности огарка и повышение его прочности. Как показала предварительная экспериментальная проверка, при содержании этого материала в смеси в количестве менее 5% его влияние незначительно. Верхний предел содержания 15% обусловлен дальнейшим снижением огнеупорности образующегося огарка, увеличением плотности огарка и ухудшением его теплоизолирующих свойств [4].The material expanding upon heating (vermiculite or perlite) affects the formation of the necessary heat-insulating properties of the mixture and cinder. In addition, when it is heated and expanded, a uniform distribution of the mixture over the metal surface is ensured, a decrease in the apparent density of the cinder and an increase in its strength. As shown by preliminary experimental verification, when the content of this material in the mixture is less than 5%, its effect is insignificant. The upper limit of the content of 15% is due to a further decrease in the refractoriness of the resulting cinder, an increase in the density of the cinder and the deterioration of its heat-insulating properties [4].

Литейный графит обеспечивает высокую сыпучесть и укрывающую способность экзотермической смеси в момент ее засыпки на зеркало металла, способствует улучшению теплоизолирующих свойств смеси и созданию восстановительной атмосферы в головной части слитка. Пределы содержания литейного графита 3-5% мас. определяются теплоизолирующей способностью смеси, которая оценивается ее насыпной плотностью и кажущейся плотностью получаемого огарка. Нижний предел определяется увеличением насыпной плотности смеси более максимума, рекомендуемого прототипом и равного 1,20 г/см3. Верхний предел обусловливается высокими рисками науглероживания стали, а также вероятностью разрушения огарка в процессе его сгорания [4].Cast graphite provides high flowability and hiding power of the exothermic mixture at the time of its filling on the metal mirror, improves the heat-insulating properties of the mixture and creates a reducing atmosphere in the head of the ingot. The limits of the content of foundry graphite 3-5% wt. are determined by the heat-insulating ability of the mixture, which is estimated by its bulk density and the apparent density of the resulting cinder. The lower limit is determined by increasing the bulk density of the mixture over the maximum recommended by the prototype and equal to 1.20 g/cm 3 . The upper limit is determined by the high risks of steel carburization, as well as the probability of cinder destruction during its combustion [4].

Флюоритовый концентрат (фторсодержащий материал) выполняет функции катализатора, регулируя скорость плавления алюминийсодержащего компонента экзотермической смеси и температуру загорания смеси в изложнице, и снижает вязкость и поверхностное натяжение образующегося шлака. Кроме того, он обеспечивает активизацию металлического алюминия, если содержание фторидов и хлоридов щелочных металлов в алюминийсодержащем материале минимально. При содержании флюоритового концентрата (фторида кальция) менее 2% существенно повышаются вязкость и температура плавления образующегося шлака, что не обеспечивает требуемой скорости шлакообразования и ухудшает качество поверхности слитка. Содержание флюоритового концентрата свыше 5% нецелесообразно, так как при этом существенно растет выброс фтористых выделений в атмосферу цеха.Fluorite concentrate (fluorine-containing material) acts as a catalyst, regulating the melting rate of the aluminum-containing component of the exothermic mixture and the ignition temperature of the mixture in the mold, and reduces the viscosity and surface tension of the resulting slag. In addition, it provides the activation of metallic aluminum, if the content of fluorides and chlorides of alkali metals in the aluminum-containing material is minimal. When the content of fluorite concentrate (calcium fluoride) is less than 2%, the viscosity and melting point of the resulting slag increase significantly, which does not provide the required rate of slag formation and degrades the surface quality of the ingot. The content of fluorite concentrate over 5% is impractical, since this significantly increases the release of fluoride emissions into the workshop atmosphere.

Прокаленная кузнечная окалина выступает в составе смеси в качестве окислителя. Она обеспечивает спокойное без пироэффекта продолжительное горение, перегрев металла в прибылях, необходимый для снижения его расхода, и стабильную температуру воспламенения. Кроме того, частицы окалины обладают армирующими свойствами, позволяющими обеспечивать достаточную прочность огарка при его минимальной кажущейся плотности. При введении в состав смеси окалины менее 5% заметно понижается теплотворная способность экзотермической смеси, происходит понижение перегрева металла в головной части слитка, уменьшается время пребывания металла в жидком состоянии, следовательно, ухудшается питание слитка и увеличивается расход металла. При содержании в смеси более 10% кузнечной окалины металл головной части чрезмерно перегревается, а горение смеси происходит с пироэффектом и сильным задымлением.Calcined blacksmith scale acts as an oxidizing agent in the mixture. It provides a quiet long-term combustion without a pyro effect, overheating of the metal in the profits, which is necessary to reduce its consumption, and a stable ignition temperature. In addition, scale particles have reinforcing properties, which make it possible to ensure sufficient strength of the cinder at its minimum apparent density. With the introduction of less than 5% scale into the composition of the mixture, the calorific value of the exothermic mixture noticeably decreases, the overheating of the metal in the head part of the ingot decreases, the residence time of the metal in the liquid state decreases, therefore, the supply of the ingot deteriorates and metal consumption increases. When the mixture contains more than 10% forge scale, the metal of the head part overheats excessively, and the combustion of the mixture occurs with a pyroeffect and strong smoke.

Нитрат калия, или натрия, или бария помимо функции сильного окислителя играет роль разрыхлителя, препятствующего спеканию и дополнительно улучшающего теплоизолирующую способность смеси, поскольку при высокой температуре разлагается до нитритов с образованием свободного кислорода:Potassium, or sodium, or barium nitrate, in addition to the function of a strong oxidizing agent, plays the role of a baking powder that prevents sintering and further improves the heat-insulating ability of the mixture, since it decomposes to nitrites at high temperature with the formation of free oxygen:

2KNO3 

Figure 00000001
 2KNO2+ O2 ↑2KNO 3
Figure 00000001
2KNO 2 + O 2

2NaNO3 

Figure 00000001
 2NaNO2+ O2 ↑2NaNO 3
Figure 00000001
2NaNO 2 + O 2

Ba(NO3)2 

Figure 00000001
 Ba(NO2)2  + O2 ↑Ba(NO 3 ) 2
Figure 00000001
Ba(NO 2 ) 2 + O 2

и взаимодействует с алюминием алюминийсодержащего компонента смеси с выделением газообразного азота:and interacts with aluminum of the aluminum-containing component of the mixture with the release of gaseous nitrogen:

6KNO3 + 10Al 

Figure 00000001
 6KAlO2 + 2Al2O3 + 3N2 ↑6KNO 3 + 10Al
Figure 00000001
6KAlO 2 + 2Al 2 O 3 + 3N 2

6NaNO3 + 10Al 

Figure 00000001
 6NaAlO2 + 2Al2O3 + 3N2 6NaNO3 + 10Al
Figure 00000001
6NaAlO 2 + 2Al 2 O 3 + 3N 2

3Ba(NO3)2 + 10Al 

Figure 00000001
 3Ba(AlO2)2 + 2Al2O3 + 3N2 ↑.3Ba(NO 3 ) 2 + 10Al
Figure 00000001
3Ba(AlO 2 ) 2 + 2Al 2 O 3 + 3N 2 ↑.

Содержание в смеси нитрата калия, или натрия, или бария менее 3%, мас. ведет к замедлению протекания указанных химических реакций, снижению выделяемого тепла и уменьшению эффективности работы смеси. Превышение содержания нитрата калия, или натрия, или бария в смеси над уровнем 5% мас. повышает вероятность пироэффекта, а также пожаро- и взрывоопасность применения смеси.The content in the mixture of potassium nitrate, or sodium, or barium is less than 3%, wt. leads to a slowdown in the course of these chemical reactions, a decrease in the generated heat and a decrease in the efficiency of the mixture. The excess of the content of potassium nitrate, or sodium, or barium in the mixture above the level of 5% wt. increases the likelihood of the pyroeffect, as well as the fire and explosion hazard of using the mixture.

Присутствие в составе смеси наряду с алюминийсодержащим материалом дешевых горючих древесных опилок способствует воспламенению и регулированию скорости горения смеси. Помимо этого древесные опилки улучшают теплоизолирующие свойства смеси. При их сгорании образуются летучие газообразные продукты реакции, способствующие формированию пор в смеси и ее разрыхлению. Это препятствует спеканию смеси, снижает ее теплопроводность и обеспечивает доступ кислорода воздуха вглубь смеси, поддерживая горение других горючих компонентов, что в конечном итоге ведет к дополнительному обогреву смеси и металла в головной части слитка. Содержание древесных опилок в смеси ниже нижнего (5%, мас.) и выше верхнего (15%, мас.) пределов чревато снижением выхода годного металла, ухудшением макроструктуры верхней части слитка и, как следствие, увеличением потерь металла с головной обрезью.The presence in the composition of the mixture, along with aluminum-containing material, cheap combustible sawdust contributes to the ignition and regulation of the burning rate of the mixture. In addition, sawdust improves the heat-insulating properties of the mixture. When they are burned, volatile gaseous reaction products are formed, which contribute to the formation of pores in the mixture and its loosening. This prevents the mixture from sintering, reduces its thermal conductivity, and provides access of air oxygen deep into the mixture, supporting the combustion of other combustible components, which ultimately leads to additional heating of the mixture and metal in the head part of the ingot. The content of sawdust in the mixture below the lower (5%, wt.) and above the upper (15%, wt.) limits is fraught with a decrease in the yield of suitable metal, deterioration of the macrostructure of the upper part of the ingot and, as a result, an increase in metal losses with the head trim.

Глиноземистый цемент в составе смеси является регулятором шлакообразования при контакте с расплавленным металлом и способствует образованию прочного теплоизолирующего слоя керамики на поверхности металла. Для производства такого цемента используются бокситы и известняки. Типичный компонентный состав глиноземистого цемента, %,мас.: СаО – 35-45; А12О3 – 30-50; Fe2O3 – 0-15; SiO2 – 5-15. Недостаточное содержание цемента в смеси не позволяет получить шлак с необходимыми физико-химическими свойствами (вязкость, температура плавления, поверхностное натяжение и основность) и существенно снижает эффективность теплоизоляции. При избыточном содержании цемента в смеси происходит увеличение температуры плавления шлака, процесс его формирования в изложнице затягивается из-за образования на поверхности металла спекшегося купола, ограничивающего доступ вглубь смеси кислорода, необходимого для обеспечения стабильного горения.Aluminous cement in the composition of the mixture is a regulator of slag formation in contact with molten metal and contributes to the formation of a durable heat-insulating layer of ceramics on the metal surface. For the production of such cement, bauxite and limestone are used. Typical component composition of aluminous cement, wt %: CaO – 35-45; A1 2 O 3 - 30-50; Fe 2 O 3 - 0-15; SiO 2 - 5-15. Insufficient cement content in the mixture does not allow to obtain slag with the necessary physical and chemical properties (viscosity, melting point, surface tension and basicity) and significantly reduces the effectiveness of thermal insulation. With an excessive content of cement in the mixture, the melting temperature of the slag increases, the process of its formation in the mold is delayed due to the formation of a sintered dome on the metal surface, which limits the access of oxygen deep into the mixture, which is necessary to ensure stable combustion.

Для проверки эффективности предлагаемого решения проводился комплекс опытно-экспериментальных работ в условиях действующего производства. To test the effectiveness of the proposed solution, a complex of experimental work was carried out in the conditions of the current production.

В качестве алюминийсодержащего материала использовали алюминийсодержащий шлак с содержанием активного химически не связанного алюминия 25-30%, мас., расширяющегося при нагреве материала – вспученный вермикулит марки М200 ГОСТ 12865. Остальные компоненты смеси: литейный графит марки ГЛ-1 ГОСТ 5279, флюоритовый концентрат марки ФК-85 ГОСТ 29220, прокаленная кузнечная окалина марки 27А по ГОСТ 2787, нитрат калия (селитра калиевая) марки В по ГОСТ Р 53949, сухие сосновые опилки и глиноземистый цемент марки ГЦ-35 40 ГОСТ 969.As an aluminum-containing material, aluminum-containing slag was used with a content of active chemically unbound aluminum of 25-30%, wt., Expanded vermiculite grade M200 GOST 12865 when heated. The remaining components of the mixture: foundry graphite grade GL-1 GOST 5279, fluorite FK-85 GOST 29220, calcined blacksmith scale grade 27A according to GOST 2787, potassium nitrate (potassium nitrate) grade B according to GOST R 53949, dry pine sawdust and aluminous cement grade GTs-35 40 GOST 969.

Все компоненты смеси перед ее приготовлением должны иметь размер частиц до 1 мм. Для обеспечения этого требования некоторые компоненты (алюминийсодержащий шлак, кузнечная окалина) измельчали на вибрационном истирателе ИВЧ-3 до требуемой крупности.All components of the mixture before its preparation must have a particle size of up to 1 mm. To meet this requirement, some components (aluminum-containing slag, blacksmith scale) were ground on an IVCh-3 vibrating grinder to the required fineness.

Смесь готовили следующим образом. Вначале в течение 1-1,5 мин в лопастном смесителе периодического действия перемешивали прокаленную кузнечную окалину и алюминийсодержащий шлак, затем в смеситель в расчетных количествах загружали глиноземистый цемент, литейный графит и флюоритовый концентрат и продолжали перемешивание в течение 2-3 мин, в результате получали смесь 1. Далее проводили контроль влажности смеси 1 и при ее значении более 1%, мас. перегружали смесь 1 в сушило с температурой 225°С, где выдерживали в течение 30 мин с перемешиванием через каждые 10 мин, после чего извлекали из сушила с охлаждением на воздухе до температуры не выше 40-45°С и возвращали в смеситель. The mixture was prepared as follows. First, calcined blacksmith scale and aluminum-containing slag were mixed for 1-1.5 minutes in a batch-type paddle mixer, then aluminous cement, foundry graphite and fluorite concentrate were loaded into the mixer in calculated quantities and mixing was continued for 2-3 minutes, as a result mixture 1. Next, the moisture content of mixture 1 was monitored and, at its value of more than 1%, wt. mixture 1 was transferred to a dryer at a temperature of 225°C, where it was kept for 30 min with stirring every 10 min, after which it was removed from the dryer with air cooling to a temperature not higher than 40–45°C and returned to the mixer.

В отдельной емкости в течение 1-1,5 мин перемешивали вспученный вермикулит и древесные опилки и получали смесь 2, которую добавляли в смеситель к смеси 1 после подготовки и сушки (при необходимости) последней, и перемешивали в течение 1-1,5 мин, после чего в смеситель в необходимом количестве вводили калиевую селитру и в течение 2-3 мин проводили завершающее перемешивание и фасовку готовой смеси в герметичные пакеты.In a separate container, swollen vermiculite and sawdust were mixed for 1-1.5 minutes and mixture 2 was obtained, which was added to the mixer to mixture 1 after preparation and drying (if necessary) of the latter, and mixed for 1-1.5 minutes, after that, potassium nitrate was introduced into the mixer in the required amount and the final mixing and packing of the finished mixture into sealed bags was carried out for 2-3 minutes.

Насыпную плотность смеси определяли взвешиванием в мерных сосудах согласно методике ГОСТ 8735. Коэффициент теплопроводности при 800-1000°С оценивали расчетно-экспериментальным методом с использованием лабораторной установки для измерения теплофизических свойств, подобной GHP 456 Titan, работающей по принципу погружения горячей плиты в сыпучий материал.The bulk density of the mixture was determined by weighing in measuring vessels according to the GOST 8735 method. The thermal conductivity at 800–1000°C was estimated by the calculation-experimental method using a laboratory setup for measuring thermophysical properties similar to the GHP 456 Titan, which operates on the principle of immersing a hot plate in bulk material.

Информация о компонентном составе и свойствах испытанных смесей приведена в таблице 1. Information on the composition and properties of the tested mixtures is given in Table 1.

Приготовленная экзотермическая смесь использовалась при разливке стали марки 12Х18Н10Т в кузнечные слитки массой 5,3 т сифонным способом. Расход смеси составлял 1,5 кг на тонну стального расплава. В соответствии с заводской технологией экзотермическая смесь вводилась на поверхность зеркала металла, предварительно покрытого шлакообразующей смесью Scorialit VN 203-74, в момент времени, соответствующий интервалу от входа металла на 1/2 и не позднее достижения им 2/3 высоты головной части изложницы. При этом внутренняя поверхность головной части изложницы опоясывалась теплоизолирующими матами, имеющими толщину 50 мм.The prepared exothermic mixture was used for pouring steel grade 12Kh18N10T into forging ingots weighing 5.3 tons by the siphon method. The consumption of the mixture was 1.5 kg per ton of steel melt. In accordance with the factory technology, the exothermic mixture was introduced onto the surface of the metal mirror, previously coated with the slag-forming mixture Scorialit VN 203-74, at the time corresponding to the interval from the metal entry by 1/2 and no later than reaching 2/3 of the mold head height. At the same time, the inner surface of the head part of the mold was surrounded by heat-insulating mats having a thickness of 50 mm.

Кажущуюся плотность огарка оценивали с использованием гидростатического взвешивания по методике ГОСТ 2409. Макроструктуру головной части слитка контролировали визуально по ее продольно-осевому разрезу.The apparent density of the cinder was estimated using hydrostatic weighing according to the method of GOST 2409. The macrostructure of the head part of the ingot was controlled visually along its longitudinal axial section.

Результаты оценки качества структуры верхней части слитков, полученных с использованием экзотермической смеси различных составов, а также соответствующей кажущейся плотности огарка представлены в таблице 2.The results of evaluating the quality of the structure of the upper part of the ingots obtained using an exothermic mixture of various compositions, as well as the corresponding apparent density of the cinder, are presented in Table 2.

В ходе испытаний вариантов составов смеси №№6 и 10 наблюдался пироэффект и были получены неудовлетворительные результаты по контрольному показателю «Отношение глубины усадочной раковины к высоте головной части слитка»: усадочная раковина из головной части уходила в тело слитка. По итогам испытаний вариантов составов №№1(прототип) и 3 при меньшем отношении глубины усадочной раковины к высоте головной части слитка в сравнении с прототипом по всему разрезу головной части фиксировалась усадочная рыхлота, вариантов составов №№5 и 7 – газовые раковины, а варианта состава №2 – загрязненность неметаллическими включениями. Плотная макроструктура головной части слитка с явно выраженной усадочной раковиной минимальной глубины (62-65% от высоты головной части) была получена при испытаниях вариантов составов смеси №№4, 8 и 9.In the course of testing the variants of mixture compositions Nos. 6 and 10, a pyroeffect was observed and unsatisfactory results were obtained in terms of the control indicator “The ratio of the depth of the shrinkage cavity to the height of the head part of the ingot”: the shrinkage cavity from the head part went into the body of the ingot. Based on the results of testing options for compositions No. 1 (prototype) and 3 with a lower ratio of the depth of the shrinkage cavity to the height of the head part of the ingot, in comparison with the prototype, shrinkage looseness was recorded throughout the section of the head part, composition options No. 5 and 7 - gas shells, and options composition No. 2 - contamination with non-metallic inclusions. A dense macrostructure of the head part of the ingot with a pronounced shrinkage cavity of minimum depth (62-65% of the head part height) was obtained during testing of mixture composition options Nos. 4, 8 and 9.

Таким образом, эффективность экзотермической смеси предлагаемого состава экспериментально подтверждается.Thus, the effectiveness of the exothermic mixture of the proposed composition is experimentally confirmed.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство СССР №554074, кл. B22D 27/04, 1977.1. Author's certificate of the USSR No. 554074, class. B22D 27/04, 1977.

2. Патент на изобретение РФ №2356689, кл. B22D 27/06, 2009.2. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2356689, class. B22D 27/06, 2009.

3. Авторское свидетельство СССР №692675, B22D 7/10, 1979.3. Author's certificate of the USSR No. 692675, B22D 7/10, 1979.

4. Патент на изобретение РФ №2284876, B22D 7/10, 2006 – прототип.4. Patent for the invention of the Russian Federation No. 2284876, B22D 7/10, 2006 - prototype.

Таблица 1Table 1

Составы и свойства испытанных вариантов смесейCompositions and properties of tested mixture variants

№ варианта состава смесиNo. of variant of the composition of the mixture 1one
(прототип)(prototype)
22 33 4four 55 66 77 8eight 99 10ten
Алюминийсодержащий шлак, % мас.Aluminum-containing slag, % wt. 50fifty 2525 2525 30thirty 30thirty 2525 2525 2525 30thirty 2525 Кокс, % мас.Coke, % wt. 30thirty -- -- -- -- -- -- -- -- -- Шамотный порошок, % мас.Chamotte powder, % wt. 10ten -- -- -- -- -- -- -- -- -- Вспученный вермикулит, % мас.Expanded vermiculite, % wt. 55 10ten 10ten 55 10ten 10ten 10ten 15fifteen 10ten 10ten Литейный графит, % мас.Cast graphite, % wt. 1one 1one 33 55 55 77 4four 55 33 55 Флюоритовый концентрат, % мас.Fluorite concentrate, % wt. 1one 1one 4four 55 77 33 55 55 22 55 Прокаленная кузнечная окалина, % мас.Calcined blacksmith scale, % wt. -- 22 33 55 8eight 10ten 1212 10ten 77 55 Нитрат калия, % мас.Potassium nitrate, % wt. -- -- 22 33 55 77 4four 55 4four 77 Древесные опилки, % мас.Wood sawdust, % wt. -- -- 33 55 10ten 15fifteen 20twenty 10ten 15fifteen 10ten Глиноземистый цемент, % мас.Aluminous cement, % wt. -- остost остost остost остost остost остost остost остost остost Насыпная плотность, г/см3 Bulk density, g / cm 3 1,251.25 1,231.23 1,171.17 1,101.10 1,081.08 1,111.11 1,151.15 1,111.11 1,131.13 1,101.10 Коэффициент теплопроводности при 800-1000°С, Вт/(м⋅К)Thermal conductivity coefficient at 800-1000°C, W/(m⋅K) 0,450.45 0,220.22 0,370.37 0,250.25 0,450.45 0,410.41 0,360.36 0,240.24 0,310.31 0,410.41

Таблица 2table 2

Результаты оценки качества верхней части слитков, полученных с использованием экзотермической смеси различных составовThe results of the evaluation of the quality of the upper part of the ingots obtained using an exothermic mixture of various compositions

№ варианта состава смесиNo. of variant of the composition of the mixture Кажущаяся плотность огарка, г/смApparent cinder density, g/cm 33 Результаты контроля макроструктуры верхней части слиткаThe results of the control of the macrostructure of the upper part of the ingot Отношение глубины усадочной раковины к высоте головной части слитка. %The ratio of the depth of the shrinkage cavity to the height of the head of the ingot. % ПримечанияNotes 1 (прототип)1 (prototype) 0,780.78 9696 усадочная рыхлотаshrinkage looseness 22 0,610.61 7575 загрязнение неметаллическими включениямиcontamination with non-metallic inclusions 33 0,640.64 8888 усадочная рыхлотаshrinkage looseness 4four 0,560.56 6262 плотная структураdense structure 55 0,710.71 7575 газовые раковиныgas shells 66 0,710.71 более 100 over 100 усадочная раковина уходит
в тело слитка
shrinkage shell goes away
into the body of the ingot
77 0,750.75 7373 газовые раковиныgas shells 8eight 0,600.60 6565 плотная структураdense structure 99 0,590.59 6464 плотная структураdense structure 10ten 0,650.65 более 100over 100 усадочная раковина уходит
в тело слитка
shrinkage shell goes away
into the body of the ingot

Claims (2)

Экзотермическая смесь для утепления головной части слитка при разливке сталей и сплавов, включающая алюминийсодержащий материал, расширяющийся при нагреве материал, литейный графит и флюоритовый концентрат, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит прокаленную кузнечную окалину, нитрат калия, или натрия, или бария, древесные опилки и глиноземистый цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%:Exothermic mixture for heat insulation of the head part of the ingot during casting of steels and alloys, including aluminum-containing material, material expanding when heated, foundry graphite and fluorite concentrate, characterized in that it additionally contains calcined blacksmith scale, potassium or sodium or barium nitrate, sawdust and aluminous cement in the following ratio of components, wt.%: Алюминийсодержащий материалaluminum-containing material 25-30 25-30 Расширяющийся при нагреве материалmaterial that expands when heated 5-15 5-15 Литейный графитfoundry graphite 3-5 3-5 Флюоритовый концентратFluorite concentrate 2-5 2-5 Прокаленная кузнечная окалинаCalcined blacksmith scale 5-10 5-10 Нитрат калия, или натрия, или барияPotassium or sodium or barium nitrate 3-5 3-5 Древесные опилкиsawdust 5-15 5-15 Глиноземистый цементaluminous cement остальное rest
RU2022105528A 2022-03-02 Exothermic mixture for heat insulation of the head part of the ingot during casting of steels and alloys RU2773977C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773977C1 true RU2773977C1 (en) 2022-06-14

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1117977A (en) * 1965-12-28 1968-06-26 Foseco Int Mould linings
GB1280768A (en) * 1970-03-23 1972-07-05 Foseco Int Anti-piping compounds
GB1298702A (en) * 1969-11-12 1972-12-06 Foseco Int Exothermic antipiping compositions
SU547287A1 (en) * 1975-09-05 1977-02-25 Институт черной металлургии Exothermic mixture to insulate the ingot head
SU550236A1 (en) * 1975-06-30 1977-03-15 Инстиут Черной Металлургии Exothermic mixture to insulate the ingot head
RU2284876C1 (en) * 2005-03-21 2006-10-10 Открытое Акционерное Общество Челябинский металлургический комбинат Exothermic mixture for heating of ingot head part during pouring of steels and alloys

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1117977A (en) * 1965-12-28 1968-06-26 Foseco Int Mould linings
GB1298702A (en) * 1969-11-12 1972-12-06 Foseco Int Exothermic antipiping compositions
GB1280768A (en) * 1970-03-23 1972-07-05 Foseco Int Anti-piping compounds
SU550236A1 (en) * 1975-06-30 1977-03-15 Инстиут Черной Металлургии Exothermic mixture to insulate the ingot head
SU547287A1 (en) * 1975-09-05 1977-02-25 Институт черной металлургии Exothermic mixture to insulate the ingot head
RU2284876C1 (en) * 2005-03-21 2006-10-10 Открытое Акционерное Общество Челябинский металлургический комбинат Exothermic mixture for heating of ingot head part during pouring of steels and alloys

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2568157A (en) Process of making refractory bodies
JP2020203807A (en) Castable refractory and method for producing the same
RU2773977C1 (en) Exothermic mixture for heat insulation of the head part of the ingot during casting of steels and alloys
US2599185A (en) Refractory body
RU2464122C1 (en) Heat-insulating expandable mix
RU2284876C1 (en) Exothermic mixture for heating of ingot head part during pouring of steels and alloys
RU2084309C1 (en) Exothermic mixture for heating head part of ingot
US3804642A (en) Exothermic antipiping compositions
RU2135432C1 (en) Gunned compound for hot repair of refractory brickwork of chamber furnaces
SU952430A1 (en) Exothermic mixture for heating feeder head
JPH07196377A (en) Method and powder mixture for repairing oxide-based refractory bodies
US3953219A (en) Powdery composition for heat retention of feeder head
SU1026445A1 (en) Exothermic mixture
SU804200A1 (en) Exothermic mixture for heating casting heads
RU2429940C1 (en) Exothermic slag-forming mixture
SU1036434A1 (en) Exothermic slag forming mixture
US3224872A (en) Bonding method of value in the treatment of metals
SU1736675A1 (en) Exothermic heating mixture
SU1163978A1 (en) Exothermal composition for warming the head part of ingot
RU2295424C1 (en) Method for producing alloy from iron-containing production process rejected materials
RU2243270C1 (en) Composition of slag-making briquette for steel ladle-to-mold casting
SU1072992A1 (en) Exothermal mix for ingot sinkhead
SU926025A1 (en) Exothermal mixture for metal refining
SU550236A1 (en) Exothermic mixture to insulate the ingot head
SU814563A1 (en) Exothermic mixture for heating copper and aluminium alloy casting heads