RU2685453C1

RU2685453C1 - Method of making a thermite mixture for welding rails by intermediate casting method

Info

Publication number: RU2685453C1
Application number: RU2018125519A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иосифович Карабанов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПроТермит"
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2019-04-18

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention can be used for preparing mixtures for thermite welding of rails by intermediate casting. Scales are crushed, magnetically separated, oxidised fired in through-type drum furnaces and fractionated. Prior to grinding, scale is subjected to rough cleaning with subsequent drying and cooling, and after crushing, its fractional separation is carried out with separation of fractions 0.26–1.00 and 0.10–0.25 mm and subsequent magnetic separate separation of said fractions. Oxidative annealing is performed separately for each scale fraction. Fractions annealing 0.26–1.00 mm is carried out at temperature 800–950 °C, and firing fractions 0.10–0.25 mm – at temperature 700–750 °C. Scales are cooled down and fed for packing of all components of the thermite mixture according to the recipe.EFFECT: technical result consists in prevention of sintering of fractions from 0,25 mm to 0,1 mm and increase of oxygen balance at oxidising firing of these fractions, as well as higher quality of scale coming for firing.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии приготовления смесей для термитной сварки, а именно к способу приготовления термитной смеси для термитной сварки рельсов методом промежуточного литья.The invention relates to the technology of preparation of mixtures for thermite welding, and in particular to a method for the preparation of thermite mixture for thermite welding of rails by the method of intermediate casting.

Известен способ приготовления термитной смеси для термитной сварки рельсов методом промежуточного литья, включающий дробление окалины, магнитное сепарирование окалины, окислительный обжиг окалины в проходных барабанных печах, фракционное разделение окалины, смешение компонентов указанной смеси, вакуумную упаковку доз указанной смеси (см. патент RU 2446928, В23К 23/00, 10.04.2012 - прототип).A known method of preparation of thermite mixture for thermite welding of rails by the method of intermediate casting, including crushing of scale, magnetic separation of scale, oxidative calcination of scale in passing drum furnaces, fractional separation of scale, mixing of components of this mixture, vacuum packaging of doses of this mixture (see RU 2446928, W23K 23/00, 04/10/2012 - a prototype).

Термитная сварка - способ сварки, при котором для нагрева металла используется термит, состоящий из порошкообразной смеси металлического алюминия и железной окалины. Основная сложность в проведении термитной реакции с последующей стадией выплавки стали заключается в получении стабильности и повторяемости ее параметров: скорости, равномерности, времени протекания реакции горения, температуры, количества выделившегося тепла, возможности управления процессом и изменения параметров, что достигается путем кислородного баланса между Fe₂O₃ и FeO, от которых зависит качество термитного металла и сварного соединения рельсов.Thermite welding is a welding method in which termite is used to heat a metal, consisting of a powdered mixture of aluminum metal and iron oxide. The main difficulty in conducting a thermite reaction followed by a steel smelting stage is to obtain stability and repeatability of its parameters: speed, uniformity, time of combustion reaction, temperature, amount of heat released, process control and parameter changes, which is achieved by oxygen balance between Fe ₂ O ₃ and FeO, on which the quality of thermite metal and welded joint of rails depends.

Недостатком известного способа является то, что окалина сразу поступает на дробление и сепарирование, а поскольку окалина от поставщиков поступает влажная и содержит много загрязняющих частиц, она плохо поддается дроблению и сепарированию. В результате требуется ее повторное дробление и сепарирование, что значительно усложняет и затягивает процесс приготовления реакционной смеси и, тем самым, значительно снижается качество получаемого продукта (литейного компонента).The disadvantage of this method is that the scale immediately goes to the crushing and separation, and since the dross comes from the suppliers wet and contains a lot of contaminating particles, it is difficult to crush and separate. As a result, its repeated crushing and separation is required, which greatly complicates and delays the process of preparing the reaction mixture and, thus, the quality of the obtained product (casting component) is significantly reduced.

Недостатком известного способа является также то, что на окислительный обжиг поступает вся окалина, а используется окалина отдельных фракций, и при фракционном разделении выход на сите составляет не более 30% готовой окалины с максимально обработанной (обогащенной кислородом) поверхностью, при этом все, что ниже 0,10 мм - идет в отходы, более крупные фракции, выше 0,63 мм - требуют дополнительного дробления, причем, площадь обработанной поверхности частиц окалины после дробления сокращается до 50%, и, соответственно, снижается уровень кислородного баланса, а если учесть, что при окислительном обжиге фракций ниже 0,25 мм происходит коксование {спекание) этих фракций окалины в печи, что также влияет отрицательно на кислородный баланс, то можно с уверенностью утверждать, что кислородный баланс еще снизится и его значение будет ниже 26%, что крайне негативно скажется на качестве сварного соединения.The disadvantage of this method is the fact that the oxidation roasting receives all the scale, and used the scale of individual fractions, and when the fractional separation of the output on the sieve is not more than 30% of the finished scale with the most treated (oxygen-enriched) surface, while everything below 0.10 mm - goes to waste, larger fractions, above 0.63 mm - require additional crushing, moreover, the area of the treated surface of the scale particles after crushing is reduced to 50%, and, accordingly, the level of oxygen about balance, and if we take into account that oxidizing roasting of fractions below 0.25 mm results in coking (sintering) of these fractions of dross in a furnace, which also negatively affects the oxygen balance, it can be said with confidence that the oxygen balance will decrease further and its value will be below 26%, which will have an extremely negative impact on the quality of the welded joint.

Задачей изобретения является повышение выхода готовой окалины со стабильным и высоким кислородным балансом, обеспечивающим постоянную высокую калорийность указанной термитной реакционной смеси.The objective of the invention is to increase the yield of finished scale with a stable and high oxygen balance, providing a constant high caloric content of the specified thermite reaction mixture.

Технический результат заключается в предотвращении спекания фракций от 0,25 мм до 0,1 мм и обеспечение окислительного обжига этих фракций до кислородного баланса 29-30%, а также повышение качества окалины поступающей на обжиг.The technical result consists in preventing sintering of fractions from 0.25 mm to 0.1 mm and ensuring oxidative roasting of these fractions to an oxygen balance of 29-30%, as well as improving the quality of the scale entering the roasting.

Указанная задача и технический результат достигаются способом приготовления термитной смеси для термитной сварки рельсов методом промежуточного литья, включающим дробление окалины, магнитное сепарирование окалины, окислительный обжиг окалины в проходных барабанных печах, фракционное разделение окалины, смешение компонентов указанной смеси, вакуумную упаковку доз указанной смеси, в отличии от способа прототипа, перед дроблением окалины ее подвергают грубой очистке с последующей сушкой и охлаждением, а после дробления окалину подвергают фракционному разделению на фракции 1,00-0,26 и 0,25-0,10 мм с последующим магнитным сепарированием отдельно каждой фракции и последующим окислительным обжигом также отдельно каждой отсепарированной фракции окалины при температуре окислительного обжига 800-950°С для фракций 1,00-0,26 мм и 700-750°С для фракций 0,25-0,10 мм, последующими охлаждением окалины и подачей всех фракций на фасовку компонентов доз указанной смеси перед их смешением с образованием доз указанной смеси и вакуумной упаковкой указанных доз.This task and the technical result is achieved by a method for preparing a thermite mixture for thermite welding of rails by the method of intermediate casting, including grinding of scale, magnetic separation of scale, oxidative firing of scale in passing drum furnaces, fractional separation of scale, mixing of components of this mixture, vacuum packaging of doses of this mixture, differences from the prototype method, before crushing the dross, it is subjected to rough cleaning followed by drying and cooling, and after crushing the dross fractional separation into fractions of 1.00–0.26 and 0.25–0.10 mm is performed, followed by magnetic separation of each fraction separately and subsequent oxidative roasting, and also each separate fraction of the scale, separately at the oxidative roasting temperature of 800–950 ° C for fractions 1 , 00-0.26 mm and 700-750 ° C for fractions of 0.25-0.10 mm, followed by cooling the scale and feeding all fractions to the packaging of the components of doses of this mixture before mixing them with the formation of doses of this mixture and vacuum packaging of the indicated doses .

На фиг. 1 изображена технологическая линия для приготовления термитной смеси для термитной сварки рельсов методом промежуточного литья в соответствии с изобретением.FIG. 1 shows a production line for the preparation of thermite mixture for thermite welding of rails by the method of intermediate casting in accordance with the invention.

На фиг. 2 - физическое состояние окалины в зависимости от режимов обжига.FIG. 2 - physical state of scale depending on firing modes.

В технологическую линию для приготовления термитной смеси для сварки рельсов методом промежуточного литья входят установленные последовательно и технологически связанные между собой узел грубой очистки окалины 1, в качестве которого может быть использован грохот, узел сушки окалины 2, в качестве которого может быть использована барабанная проходная печь, узел охлаждения 3, узел дробления окалины 4, например, в виде молоткового измельчителя, узел фракционного разделения окалины 5 на фракции, например, в виде вибросита с двумя ситами, узел магнитного сепарирования 6, в качестве которого может быть использован магнитный сепаратор, узел окислительного обжига окалины 7, в качестве которого может быть использована барабанная проходная печь с естественной циркуляцией воздуха для прокаливания окалины, узел охлаждения 8, узел фасовки компонентов указанной смеси 9, в качестве которого может быть использовано, например, оборудование для автоматического дозирования порошковых компонентов, узел смешения компонентов указанной смеси 10 и узел вакуумной упаковки указанной смеси 11.The process line for the preparation of thermite mixture for welding rails by the method of intermediate casting includes a mill scale 1 unit sequentially and technologically connected to each other, which can be used as a roar, a scale 2 drying unit which can be used as a rotary kiln, cooling unit 3, mill crushing unit 4, for example, in the form of a hammer mill, fractional scale separation unit 5 into fractions, for example, in the form of a vibrating screen with two sieves, unit agnite separation 6, which can be used as a magnetic separator, oxidative roasting unit of scale 7, which can be used as a rotary kiln with natural air circulation for calcining the scale, cooling unit 8, packing unit for components of the specified mixture 9, for which can be used, for example, equipment for automatic dosing of powder components, mixing unit of components of the specified mixture 10 and vacuum packing unit of the specified mixture 11.

В указанной технологической линии узлы магнитного сепарирования 6 и окислительного обжига окалины 7 выполнены соответственно с возможностью сепарирования и окислительного обжига каждой отдельной фракции окалины, входящей в состав указанной смеси. Для этого узел магнитного сепарирования 6 может быть выполнен в виде нескольких параллельно установленных магнитных сепараторов - один сепаратор на каждую отдельную фракцию окалины, а узел окислительного обжига окалины 7 может быть выполнен в виде нескольких параллельно установленных печей - одна печь на каждую отдельную фракцию окалины, причем, в качестве печи может быть использована печь барабанная проходная с естественной циркуляцией воздуха.In this technological line, the nodes of magnetic separation 6 and oxidative calcination of scale 7 are made, respectively, with the possibility of separation and oxidative calcination of each individual fraction of the scale, which is part of this mixture. To do this, the magnetic separation unit 6 can be made in the form of several parallel installed magnetic separators - one separator for each separate fraction of the scale, and the oxidative roasting unit of the scale 7 can be made in the form of several parallel furnaces - one furnace for each separate fraction of the scale, , as a furnace, a rotary kiln with natural air circulation can be used.

При приготовлении термитной смеси для сварки рельсов выполняют следующие операции.When cooking thermite mixture for welding rails perform the following operations.

Окалина влажная и содержащая большое количество комков и загрязнений поступает на узел грубой очистки окалины 1, где разбиваются комки и удаляются все крупные загрязнения и мелкие частицы. После этого окалина поступает на узел сушки окалины 2, представляющего собой барабанную проходную печь, где подвергается сушке, например, при температуре от 200 до 400°С, в зависимости от влажности окалины. Высушенная окалина из указанной печи поступает на узел охлаждения 3, где происходит ее охлаждение, например, на воздухе, до температуры окружающей среды, после чего окалина поступает на узел дробления окалины 4, где она подвергается измельчению до заданных фракций. Процесс измельчения проходит без осложнений, т.к. сухая окалина легко поддается процессу измельчения. Измельченная окалина далее подвергается на узле фракционного разделения 5 фракционному разделению на фракции 1,00 - 0,26 и 0,25 - 0,1 мм с последующим магнитным сепарированием каждой фракции на узле магнитного сепарирования 6. Отходы сепарации сбрасывают в отвал, например, в отдельный контейнер (не показан), а отсепарированные фракции окалины поступают каждая на отдельную барабанную проходную печь с естественной циркуляцией воздуха узла окислительного обжига окалины 7, где осуществляется их окислительный обжиг -отдельно каждой фракции окалины в отдельной печи: фракции 1,00 - 0,26 мм при температуре 800 - 950°С, а фракции 0,25 - 0,1 мм при температуре 700-750°С. При окислительном обжиге происходит модификация различных по фазовому составу оксидов железа каждой фракции до однородного по форме оксида железа при естественной циркуляции воздуха до получения необходимого кислородного баланса. При указанных температурах окислительного обжига не происходит спекания частиц окалины и обеспечивается получение окалины с высоким кислородным балансом (см. таблицу фиг.2). Процесс модификации происходит эффективнее, т.к. окислительный обжиг осуществляют отдельно каждой фракции окалины при большей суммарной площади поверхности частиц окалины, при этом не происходит спекания мелких фракций окалины, и, как показали пробные окислительные обжиги, значение кислородного баланса достигает 29-30%, что стабильно обеспечивает высокую температуру расплавленного металла. После окислительного обжига фракции окалины охлаждаются на узле охлаждения 8 до температуры окружающей среды и затем поступают на узел фасовки компонентов 9 на фасовку, где осуществляется фасовка всех компонентов в соответствии с рецептурой реакционной смеси. Сюда же на узел фасовки 9 поступают другие компоненты указанной смеси. Здесь происходит расфасовка компонентов доз указанной смеси в соответствии с заданной рецептурой указанной смеси. На этой стадии может быть осуществлен контроль весовых порций каждого компонента, например, в ручную на весах. Отдельные порции каждого компонента поступают далее в узел смешения компонентов указанной смеси 10, где осуществляется смешение компонентов в заданных соотношениях с образованием готовой дозы реакционной термитной смеси, которая далее поступает в узел вакуумной упаковки 11, где доза указанной смеси упаковывается под вакуумом в эластичную воздухонепроницаемую упаковку, которая исключает расслоение компонентов при транспортировке потребителю, обеспечивает стабильность и качество смеси. Весовой размер дозы реакционной термитной смеси в зависимости от типа рельса и величины сварного зазора может составлять от 6,5 до 30 кг.The dross is moist and containing a large amount of lumps and impurities enters the coarse 1 unit, where the lumps are broken and all large impurities and small particles are removed. After that, the dross comes to the drying unit of the dross 2, which is a drum through furnace, where it is dried, for example, at a temperature of 200 to 400 ° C, depending on the humidity of the dross. Dried scale from the specified furnace enters the cooling unit 3, where it is cooled, for example, in air, to ambient temperature, after which the scale comes to the mill crushing unit 4, where it is subjected to grinding to the specified fractions. The grinding process goes without complications, because dry scale is easy to grind. The crushed scale is then subjected to a fractional separation unit 5, fractional separation into fractions 1.00 - 0.26 and 0.25 - 0.1 mm, followed by magnetic separation of each fraction in the magnetic separation unit 6. The waste separation is dumped into the dump, for example, a separate container (not shown), and the separated mill scale fractions each go to a separate drum-type furnace with natural air circulation of the oxidative roasting unit 7, where they are oxidized roasted — each fraction of the mill scale in a separate furnace: fractions 1.00 - 0.26 mm at a temperature of 800 - 950 ° C, and fractions of 0.25 - 0.1 mm at a temperature of 700-750 ° C. During oxidative roasting, the iron oxide oxides of each fraction, which are different in phase composition, are modified to a uniform iron oxide form with natural air circulation until the required oxygen balance is obtained. At these oxidizing roasting temperatures, no sintering of the scale particles takes place and the formation of dross with a high oxygen balance is ensured (see table of figure 2). The modification process is more efficient because oxidative roasting is carried out separately for each fraction of the dross with a larger total surface area of the dross particles, without sintering of small fractions of dross, and, as shown by trial oxidative roasting, the oxygen balance reaches 29-30%, which stably ensures the high temperature of the molten metal. After oxidative roasting, the scale fractions are cooled on the cooling unit 8 to ambient temperature and then transferred to the component packing unit 9 for packing, where all components are packed in accordance with the formulation of the reaction mixture. Here on the site of the packaging 9 receives the other components of this mixture. Here is the packaging of the components of the doses of this mixture in accordance with the prescribed formulation of this mixture. At this stage, the weight portions of each component can be controlled, for example, manually on the scales. Separate portions of each component proceed further to the component mixing unit of the specified mixture 10, where the components are mixed in predetermined ratios with the formation of the finished dose of the reaction thermite mixture, which then enters the vacuum packaging unit 11, where the dose of the specified mixture is packed under vacuum into an elastic airtight package, which eliminates the separation of components during transportation to the consumer, ensures the stability and quality of the mixture. The weight size of the dose of the reaction thermite mixture, depending on the type of rail and the size of the welded gap, can be from 6.5 to 30 kg.

В результате получается реакционная смесь с кислородным балансом 29-30%, обеспечивающим стабильное получение термитного металла с высокой температурой.The result is a reaction mixture with an oxygen balance of 29-30%, ensuring stable production of thermite metal with a high temperature.

Claims

The method of preparation of a thermite mixture for welding rails by the method of intermediate casting, including the preparation of the components of the mixture containing scale of a given fraction, the packaging of all components of the thermite mixture in accordance with the recipe, their mixing and vacuum packaging of doses of the thermite mixture, while crushing it, magnetic separation and oxidizing roasting in continuous drum-type furnaces, characterized in that before grinding the scale it is subjected to rough cleaning, followed by drying and cooling, and after crushing, its fractional separation is carried out with separation of fractions of 0.26-1.00 and 0.10-0.25 mm and subsequent magnetic separate separation of the mentioned fractions, after which oxidative roasting is carried out separately for each fraction of the scale, and the calcination of fractions 0.26- 1.00 mm is carried out at a temperature of 800-950 ° C, and firing fractions of 0.10-0.25 mm - at a temperature of 700-750 ° C, then the scale is cooled and fed to the packaging of all components of thermite mixture in accordance with the recipe.