RU2084309C1

RU2084309C1 - Exothermic mixture for heating head part of ingot

Info

Publication number: RU2084309C1
Application number: RU95100060A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Левин; Вячеслав Иванович Касьян; Василий Сергеевич Кириллов; Борис Георгиевич Соляников; Александр Анатольевич Рычков; Виктор Александрович Дворянинов; Евгений Вадимович Филиппов
Original assignee: Акционерное общество "Металлургический завод им.А.К.Серова"
Priority date: 1995-01-04
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1997-07-20
Also published as: RU95100060A

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy. SUBSTANCE: invention relates to heating exterior part of ingot when performing ladle-to-mold casting of killed steal. Exothermic mixture contains hydrolysis lignin (20-35 wt %), refractory filler, and additionally sawdust (10-35%) and aluminium- containing material (20-40%), and, as filler, blast-furnace granulated slag (25-35%), ratio of lignin and sawdust summary weight to blast-furnace granulated slag weight being ranged from 1.2 to 1.5. EFFECT: improved composition of exothermic mixture.

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к составам экзотермических смесей, используемых для утепления головной части слитков спокойной стали. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to compositions of exothermic mixtures used for warming the head part of mild steel ingots.

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. Known exothermic mixture (Ed. Certificate. USSR N 458389, 22 D 27/06, 1975), containing, by weight. aluminum powder 10.35; ferrosilicon -3.15; coke 20.40; refractory filler -30.45; fluorine-containing substance - 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. Known exothermic mixture (Ed. Certificate. USSR N 1768349, B 22 D 27/06, 1992), including, by weight. graphite-based material swelling upon heating (vermicular graphite, granite bisulfate) 5.15; screenings of aluminum chips 30.45; solid oxidizing agent 20.35; silicate block 10.30; staurolite concentrate 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). Common disadvantages of these mixtures are the high explosiveness and high combustion rate in the profitable part, as a result of which the thermal efficiency of these mixtures is low. In addition, when using these mixtures, an increase in the concentration of harmful emissions (fluorides when using the first mixture and sodium oxide vapor when using the second mixture) is observed.

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. Known exothermic mixture (Aut. Certificate. USSR N 608609, B 22 D 27/06, 1976) for warming the profitable part of carbon steel ingots, containing, by weight. aluminum 14; charcoal 20; iron oxide 16; fireclay powder 25; bauxite 10; ferrosilicon 15.

Недостатком данной смеси является ее высокая взрывоопасность, недостаточные теплоизолирующие свойства и сложность приготовления. The disadvantage of this mixture is its high explosiveness, insufficient heat-insulating properties and the complexity of the preparation.

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. Known exothermic mixture for warming the head of the ingot during casting of steel and alloys (Auth. Certificate. USSR N 856649, B 22 D 7/10, 1981), which includes aluminum-containing material, heat-insulating material and refractory filler in the following ratios of ingredients, wt. aluminum-containing slag 25.60; heat insulating material (coke or ashes of a thermal power plant) 27.45; refractory filler 10.34. This exothermic mixture is explosion-proof, easy to manufacture and has a satisfactory heat-insulating ability. The disadvantage of this mixture is its caking during storage and the allocation during its use of harmful compounds of chlorine and zinc, which are part of aluminum-containing slag. For this reason, the known mixture in industry has not found wide application.

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). The closest to the invention in terms of technical nature and the achieved result is a heat-insulating mixture (Ed. Certificate of the USSR N 1279743, B 22 D 7/00, 1986) containing lignin or agrimus, and as a refractory filler ashes of thermal power plants or expanded perlite, with the ratio lignin or agrimus to refractory fillers 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. A disadvantage of the known mixture is its weak exothermicity and, as a consequence, low calorific value, short duration of the heating effect on the metal in the profitable part of the ingot, which does not allow to reduce the metal consumption for the profitable part of the ingot and increase the yield of metal.

Целью настоящего изобретения является улучшение теплофизических характеристик экзотермической смеси за счет снижения скорости горения смеси, а также повышения ее теплотворной способности и теплоизолилирующих свойств. The aim of the present invention is to improve the thermophysical characteristics of an exothermic mixture by reducing the burning rate of the mixture, as well as increasing its calorific value and heat-insulating properties.

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. This goal is achieved by the fact that the known mixture for warming the head of the ingot, including lignin and refractory filler, additionally contains sawdust and aluminum-containing material, and as a filler includes blast furnace granulated slag in the following ratio of ingredients, wt.

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.hydrolysis lignin 20.35
granulated blast furnace slag 25.35
sawdust 10.15
aluminum-containing materials 20.40,
moreover, the ratio of the amounts of mass percent of lignin and sawdust to the document granulated slag is in the range of 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. Hydrolysis lignin is a waste product from the hydrolysis of plant materials, in particular wood. Currently, it finds limited use and accumulates in large enough quantities in hydrolysis plants.

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. Hydrolytic lignin in the proposed mixture serves as the main carbon-containing material, as well as sawdust, in contact with molten metal releases a large amount of gaseous products of combustion. As a result of this, the effect of energetic “boiling” of the entire mixture in the profitable part of the ingot is achieved, the heat-insulating properties of the mixture are significantly increased, and the heat loss from the surface of the metal mirror is reduced.

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. The introduction of wood sawdust into the mixture significantly reduces the bulk density of the mixture and the coefficient of thermal conductivity. The latter factor is especially important to reduce the rate of heat transfer in the mixture, which leads to a decrease in the rate of thermochemical reactions.

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. Hydrolytic lignin and wood sawdust, which are part of the proposed mixture, provide another positive effect "cinder" formed after combustion of the mixture in the profitable part of the ingot, has a porous structure and is easily removed from the profitable part of the ingot when it is removed from the mold. This eliminates the ingress of "cinder" into the heating wells, which helps to improve their work, reduces the number of repairs of wells, reduces the consumption of refractories, etc.

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. The gaseous products of combustion released during the combustion of lignin and sawdust reduce the partial pressure of oxygen above the metal mirror in a profitable extension, as a result of which the duration of the exothermic reaction of the interaction of aluminum metal with atmospheric oxygen increases. This provides a more efficient heating of the profitable part of the ingot and a decrease in the volume of the shrink shell.

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".As aluminum-containing materials in the mixture, aluminum powder or granular aluminum, screenings of aluminum-containing slag or earthy screenings of aluminum chips and other materials that include metal aluminum as not less than (40.60)% can be used
Granulated blast furnace slag is used as an inert filler. The content of blast furnace slag in the mixture largely determines the burning rate of the mixture, its thermal conductivity, as well as the structure and strength of the “cinder” mixture formed after combustion. the burning rate of the mixture, its thermal conductivity, as well as the structure and strength of the "cinder" mixture formed after combustion.

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. The experiments on the selection of the rational composition of the exothermic mixture, which ensures the least heat loss by the metal in the profitable part of the ingot due to the increase of its thermophysical and heat-insulating properties, were carried out under industrial conditions when casting a calm carbon and doped siphon method in ingots weighing 5.7 tons.

Составы опытных смесей приведены в табл. 1. The compositions of the experimental mixtures are given in table. one.

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. In the table. 2 shows the main technological indicators obtained when testing exothermic mixtures in the proposed range of ratios of ingredients (mixtures 2-5) and outside the proposed limits (mixtures 1 and 6), as well as the known mixture.

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. The analysis given in tab. 2 of the data shows that the exothermic mixtures within the proposed range of ratios of the ingredients have sufficiently high thermophysical properties that provide effective warming of the metal volume in the profitable part of the ingot during its solidification. As a result of this, in comparison with the known mixture, the value of the metal head trim in the rolling shops has significantly decreased and the yield of metal has increased.

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. At the same time, another positive effect is ensured: the "cinder" formed during the combustion of the mixture completely falls off the surface of the ingot when it is removed from the ingot molds, which positively affects the operation of the heating wells of the rolling shops.

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. A decrease or increase in the ingredients included in the composition of the slag-forming mixture beyond the optimum limits does not provide the necessary technological properties of the mixture. So, when the content of granulated blast furnace slag in the mixture is less than 25%, a violent reaction of the interaction of aluminum metal with oxygen is observed, and the burning rate of the mixture far exceeds the optimal values. When the content of blast furnace slag in the mixture exceeds 35%, the rate of slag formation slows down, and the "cinder" formed after combustion of the mixture is poorly removed when the ingot is removed.

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. If the mixture contains wood sawdust of less than 10% and hydrolysis lignin of less than 20%, the heat-insulating properties of the mixture deteriorate, since the thermal conductivity of the mixture increases significantly, the effect of boiling of the mixture in the profitable part of the ingot is weak, and the combustion rate of the mixture increases, which leads to increase the head trim.

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). An increase in the content of wood sawdust in the mixture of more than 15% and hydrolysis lignin of more than 35% significantly slows down the oxidation rate of aluminum metal and causes carburization of the metal during casting, which reduces the efficiency of the exothermic mixture and leads to increased rejection of the ingots by chemical composition (carbon).

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. Aluminum-containing material (powdered or granular aluminum, aluminum-containing slag, etc.) is the main combustible component and its content in the mixture mainly determines its thermophysical properties and positive technological effect.

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. The content of the mixture of aluminum-containing material in the mixture of less than 20% reduces the thermal conductivity of the mixture, the duration of the heating effect on the profitable part of the ingot and the combustion temperature of the mixture are reduced. As a result, the positive technological effect is reduced.

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. The introduction of a mixture of aluminum-containing material of more than 40% does not lead to an additional effect. At the same time, during the casting process, an increased pyroeffect is observed, and the cost of the mixture increases significantly.

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. When the ratio of the weight percent of lignin and wood sawdust to blast furnace granulated slag is less than 1.2, the heat-insulating properties of the mixture decrease and it becomes difficult to remove the “cinder” formed after combustion from the surface of the profitable part of the ingot.

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. When the ratio of the sum of the mass percent of lignin and wood sawdust to blast furnace granulated slag is more than 1.5, it leads to the formation of a too loose cinder, reduces its mechanical strength and causes increased heat loss from the surface of the ingot.

Как видно из данных, приведенных в табл.2, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить выход годного металла за счет уменьшения величины головной обрези. As can be seen from the data given in table 2, the use of the invention allows to increase the yield of metal by reducing the size of the head trim.

Дополнительный положительный эффект обеспечивается за счет вовлечения в производство отходов целлюлозной и деревообрабатывающей промышленности - лигнина и древесных опилок. An additional positive effect is ensured by involving lignin and sawdust in the production of waste from the pulp and woodworking industries.

Claims

An exothermic mixture for warming the head of the ingot, including hydrolysis lignin and a refractory filler, characterized in that it additionally contains sawdust and aluminum-containing material, and granulated blast furnace slag as a filler in the following ratio of ingredients, wt.

Hydrolytic lignin 20 35
Granulated blast furnace slag 25 35
Sawdust 10 15
Aluminum-containing material 20-40
moreover, the ratio of the sum of the mass percent of hydrolytic lignin and sawdust to blast furnace granulated slag is 1.2 1.5.