RU2807405C1 - Method for producing alloy from thermite mixture - Google Patents

Method for producing alloy from thermite mixture Download PDF

Info

Publication number
RU2807405C1
RU2807405C1 RU2023111497A RU2023111497A RU2807405C1 RU 2807405 C1 RU2807405 C1 RU 2807405C1 RU 2023111497 A RU2023111497 A RU 2023111497A RU 2023111497 A RU2023111497 A RU 2023111497A RU 2807405 C1 RU2807405 C1 RU 2807405C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
thermite mixture
mixture
crucible
thermite
Prior art date
Application number
RU2023111497A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Геннадьевич Жилин
Олег Николаевич Комаров
Нина Валерьевна Барсукова
Вилена Александровна Худякова
Валерий Викторович Предеин
Артём Владимирович Попов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук
Application granted granted Critical
Publication of RU2807405C1 publication Critical patent/RU2807405C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention is related to a method for producing an alloy from a thermite mixture. A thermite mixture containing iron oxide and aluminium chips is prepared, the thermite mixture is loaded into a crucible, and an exothermic reaction is carried out to form a liquid alloy and slag. The thermite mixture is loaded into the crucible layer by layer, in at least four layers of equal mass. A layer of thermite mixture of the largest fractional composition is placed at the bottom of the crucible, then each subsequent layer of the mixture with a finer fractional composition than the previous layer is placed.
EFFECT: invention makes it possible to ensure stable occurrence of an exothermic reaction.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способу получения сплава из термитной смеси и может быть использовано в металлургии.The invention relates to a method for producing an alloy from a thermite mixture and can be used in metallurgy.

Известен способ получения сплава, включающий подготовку термитной смеси, состоящей из окиси железа, алюминиевой крошки и наполнителей, ее непрерывную загрузку в реакционную камеру, зажигание смеси и осуществление экзотермической реакции с образованием жидкого металла и шлака, описанный в патенте RU №2366723. Такой способ позволяет восстанавливать железо из окалины, но экзотермическая реакция протекает нестабильно, т.к. скорость прохождения фронта горения все время возрастает, что понижает безопасность проведения реакции.There is a known method for producing the alloy, which includes preparing a thermite mixture consisting of iron oxide, aluminum chips and fillers, its continuous loading into the reaction chamber, igniting the mixture and carrying out an exothermic reaction with the formation of liquid metal and slag, described in patent RU No. 2366723. This method makes it possible to recover iron from scale, but the exothermic reaction is unstable, because the speed of passage of the combustion front increases all the time, which reduces the safety of the reaction.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сплава, описанный в патенте RU 2637735, принятый заявителем за прототип. анный способ получения сплава из термитной смеси включает подготовку термитной смеси, содержащей окись железа и алюминиевую крошку в качестве восстановителя, помещение термитной смеси в тигель и проведение экзотермической реакции в тигле.The closest in technical essence and achieved result is the method for producing the alloy described in patent RU 2637735, adopted by the applicant as a prototype. This method of producing an alloy from a thermite mixture involves preparing a thermite mixture containing iron oxide and aluminum chips as a reducing agent, placing the thermite mixture in a crucible and conducting an exothermic reaction in the crucible.

Однако экзотермическая реакция при данном способе протекает с неконтролируемой скоростью, нестабильно, что приводит к повышенному газообразованию, обуславливающему интенсивный выброс из тигля продуктов реакции в виде брызг, это в свою очередь приводит к повышению объема безвозвратных потерь восстановленного сплава, понижению безопасности процесса.However, the exothermic reaction in this method proceeds at an uncontrolled speed and is unstable, which leads to increased gas formation, causing intense release of reaction products from the crucible in the form of splashes, this in turn leads to an increase in the volume of irretrievable losses of the reduced alloy and a decrease in the safety of the process.

Задачей заявляемого технического решения является стабилизация протекания экзотермической реакции в тигле при получении сплава из термитной смеси, что приводит к снижению потерь получаемого сплава и повышению безопасности процесса.The objective of the proposed technical solution is to stabilize the course of the exothermic reaction in the crucible when producing an alloy from a thermite mixture, which leads to reduced losses of the resulting alloy and increased process safety.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении стабилизации протекания экзотермической реакции в тигле при получении сплава из термитной смеси.The achieved technical result is to ensure stabilization of the exothermic reaction in the crucible when producing an alloy from a thermite mixture.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения сплава из термитной смеси, включающим подготовку термитной смеси, содержащей окись железа и алюминиевую крошку, загрузку термитной смеси в тигель, проведение экзотермической реакции с образованием жидкого сплава и шлака, предусмотрены следующие отличия: загрузку термитной смеси в тигель осуществляют послойно, как минимум в четыре слоя одинаковой массы, на дне тигля располагают слой термитной смеси самого крупного фракционного состава, затем располагают каждый последующий слой смеси с более мелким фракционным составом, чем предыдущий слой.The problem is solved due to the fact that in the method of producing an alloy from a thermite mixture, including preparing a thermite mixture containing iron oxide and aluminum chips, loading the thermite mixture into a crucible, carrying out an exothermic reaction with the formation of a liquid alloy and slag, the following differences are provided: loading the thermite mixture into the crucible in layers, at least four layers of the same mass, a layer of the thermite mixture of the largest fractional composition is placed at the bottom of the crucible, then each subsequent layer of the mixture with a finer fractional composition than the previous layer is placed.

Новым в заявленном способе является то, что при получении сплава из термитной смеси в тигле, загрузку термитной смеси в тигель осуществляют послойно, как минимум в четыре слоя одинаковой массы, на дне тигля располагают слой термитной смеси самого крупного фракционного состава, затем располагают каждый последующий слой смеси с более мелким фракционным составом, чем предыдущий слой.What is new in the claimed method is that when producing an alloy from a thermite mixture in a crucible, the thermite mixture is loaded into the crucible in layers, in at least four layers of equal mass, a layer of the thermite mixture of the largest fractional composition is placed at the bottom of the crucible, then each subsequent layer is placed mixtures with a finer fractional composition than the previous layer.

Благодаря тому, что загрузку термитной смеси в тигель осуществляют послойно, так что на дне тигля располагают слой термитной смеси самого крупного фракционного состава, затем располагают каждый последующий слой смеси с более мелким фракционным составом, чем предыдущий слой, удается снижать скорость горения термитной смеси при прохождении экзотермической реакции, которая проходит от слоя с самой мелкой фракцией смеси к слою с самой крупной фракцией смеси. Экспериментально установлено, что скорость горения термитной смеси при увеличении фракций исходных компонентов снижается. Комбинация слоев термитной смеси позволяет обеспечить скорость горения термитной смеси в тигле в диапазоне 1,4-15 кг/с⋅м2. Проведение реакции от слоя с более мелкой фракцией к слою с более крупной фракцией позволяет снижать скорость прохождения реакции. Это позволяет стабилизировать протекание экзотермической реакции в тигле при получении сплава из термитной смеси, сделать протекание реакции в термитной смеси плавной, устойчивой, что приводит к снижению потерь получаемого сплава и повышению безопасности процесса.Due to the fact that the thermite mixture is loaded into the crucible layer by layer, so that at the bottom of the crucible a layer of the thermite mixture of the largest fractional composition is placed, then each subsequent layer of the mixture is placed with a finer fractional composition than the previous layer, it is possible to reduce the burning rate of the thermite mixture during passage an exothermic reaction that passes from the layer with the smallest fraction of the mixture to the layer with the largest fraction of the mixture. It has been experimentally established that the burning rate of the thermite mixture decreases with increasing fractions of the initial components. The combination of layers of the thermite mixture makes it possible to ensure the burning rate of the thermite mixture in the crucible in the range of 1.4-15 kg/s⋅m 2 . Carrying out the reaction from a layer with a finer fraction to a layer with a larger fraction makes it possible to reduce the reaction rate. This makes it possible to stabilize the course of the exothermic reaction in the crucible when producing an alloy from a thermite mixture, to make the course of the reaction in the thermite mixture smooth and stable, which leads to a decrease in losses of the resulting alloy and an increase in the safety of the process.

При прохождении реакции переход между слоями сопровождается снижением скорости реакции, это снижение происходит скачкообразно, и если слоев будет менее четырех, то величины этих скачков скорости будут таковы, что они не будут способствовать стабилизации прохождения реакции. Экспериментально было установлено, что стабилизация прохождения экзотермической реакции достигается при помещении термитной смеси в тигель минимум в четыре слоя.As the reaction progresses, the transition between layers is accompanied by a decrease in the reaction rate; this decrease occurs in jumps, and if there are fewer than four layers, then the magnitude of these rate jumps will be such that they will not contribute to the stabilization of the reaction. It was experimentally established that stabilization of the exothermic reaction is achieved by placing the thermite mixture in a crucible in at least four layers.

Расположение термитной смеси в тигле менее чем в четыре слоя приводит к более продолжительному прохождению реакции в каждом слое, обусловленному характеристиками слоя, а также существенное снижение скоростей горения слоев смеси при переходе от слоя к слою, что не гарантирует стабилизацию процесса получения сплава.The arrangement of the thermite mixture in a crucible in less than four layers leads to a longer reaction in each layer, due to the characteristics of the layer, as well as a significant reduction in the burning rates of the mixture layers when moving from layer to layer, which does not guarantee stabilization of the alloy production process.

Слои одинаковой массы разного фракционного состава выделяют одинаковое количество тепла при прохождении реакции, но слой меньшей фракции выделяет это количество тепла за меньший промежуток времени, чем слой более крупной фракции.Layers of the same mass of different fractional compositions release the same amount of heat during the reaction, but the layer of the smaller fraction releases this amount of heat in a shorter period of time than the layer of the larger fraction.

При горении термитной смеси, не прошедшей фракционную сепарацию, скорость горения определяется средней скоростью горения фракций, входящих в состав смеси. Скорость прохождения реакции в рассеянных смесях, уложенных послойно, также будет определяться средней скоростью прохождения фронта горения в каждом слое. Экспериментально установлено, что мелкофракционные составы термитных смесей имеют более высокие скорости горения по сравнению со смесями, в состав которых входят крупные фракции. Для поддержания средних скоростей прохождения восстановительной реакции необходимо формировать слои термитной смеси равной массы, но разных фракционных составов. Термитные смеси разного фракционного состава имеют одинаковую теплотворную способность, но в силу различных скоростей горения интенсивность выделения тепла будет разной. Это свойство положено в основу заявляемого изобретения. Используя в начале проведения способа термитные составы с мелким размером частиц, получают интенсивный прирост тепла в реагирующей среде, способствующий образованию жидких продуктов реакции с высокой температурой. Дополнительно использование более мелкой фракции на начальном этапе исключает захолаживание продуктов реакции и ее неконтролируемое торможение или прекращение. При движении фронта горения совместно со сплавом продуктов реакции, покрывающих следующие слои, содержащие частицы большей фракции, скорость реакции снижается и интенсивность выделения тепла и газов уменьшается, что обеспечивает образование новых порций продуктов реакции и поддержания их температуры без выбросов расплава и излишнего угара компонентов термитной смесиWhen burning a thermite mixture that has not undergone fractional separation, the burning rate is determined by the average burning rate of the fractions that make up the mixture. The rate of reaction in dispersed mixtures laid in layers will also be determined by the average rate of passage of the combustion front in each layer. It has been experimentally established that fine-grained compositions of thermite mixtures have higher combustion rates compared to mixtures containing large fractions. To maintain average rates of the reduction reaction, it is necessary to form layers of thermite mixture of equal mass, but different fractional compositions. Thermite mixtures of different fractional compositions have the same calorific value, but due to different combustion rates, the intensity of heat release will be different. This property forms the basis of the claimed invention. Using thermite compositions with small particle sizes at the beginning of the method, an intense increase in heat is obtained in the reacting medium, which promotes the formation of liquid reaction products with a high temperature. Additionally, the use of a finer fraction at the initial stage eliminates the cooling of the reaction products and its uncontrolled inhibition or termination. When the combustion front moves together with the alloy of reaction products, covering the next layers containing particles of a larger fraction, the reaction rate decreases and the intensity of heat and gases decreases, which ensures the formation of new portions of reaction products and maintaining their temperature without melt emissions and excessive waste of the components of the thermite mixture

Способ осуществляют с помощью устройства, представленного схематично на фигуре. Устройство содержит тигель 1, в который засыпают термитную смесь послойно, активатор 2 для воспламенения термитной смеси. В дне тигля 1 выполнено спускное отверстие 3. Под тиглем 1 соосно установлена изложница 4.The method is carried out using a device shown schematically in the figure. The device contains a crucible 1, into which the thermite mixture is poured layer by layer, and an activator 2 for igniting the thermite mixture. A drain hole 3 is made in the bottom of the crucible 1. A mold 4 is coaxially installed under the crucible 1.

Способ осуществляют следующим образом. Подготавливают термитную смесь. Термитную смесь подготавливают из расчета получения требуемой массы сплава. Например, для получения сплава для заливки в форму металлоемкостью в 2 кг требуется подготовить 4 кг термитной смеси, так как выход термитного сплава составляет в среднем 50% от массы термитной смеси. При расположении термитной смеси в тигле, например, в четыре слоя, осуществляют рассев гранул окиси железа и алюминия на четыре фракции, например, 0,2-1,5 мм, 1,5-2,5 мм, 2,5-3,2 мм и более 3,2 мм. Далее создают термитную смесь для каждого слоя одинаковой массы, для нашего случая - каждый слой по 1 кг, содержащий определенный фракционный состав компонентов, т.е. гранул окиси железа и алюминиевой крошки путем их смешения. Помещаем наиболее крупную фракцию на дно тигля 1, образовав нижний слой, на который последовательно располагают слои термитной смеси с более мелкой фракцией. В нашем случае получают четыре слоя. Активатором 2 осуществляют запуск экзотермической реакции. Воспламеняют верхний слой термической смеси; образуются продукты реакции, которые вместе с фронтом горения движутся от слоя к слою ко дну тигля 1. В тигле 1 образуется жидкий сплав, на поверхности которого находится шлак. Жидкий сплав сливают через спускное отверстие 3 в изложницу 4.The method is carried out as follows. Prepare the thermite mixture. The thermite mixture is prepared based on obtaining the required mass of the alloy. For example, to obtain an alloy for pouring into a mold with a metal content of 2 kg, it is necessary to prepare 4 kg of thermite mixture, since the yield of the thermite alloy is on average 50% of the mass of the thermite mixture. When the thermite mixture is arranged in a crucible, for example, in four layers, the iron and aluminum oxide granules are sifted into four fractions, for example, 0.2-1.5 mm, 1.5-2.5 mm, 2.5-3, 2 mm and more than 3.2 mm. Next, a thermite mixture is created for each layer of the same mass, for our case - each layer is 1 kg, containing a certain fractional composition of components, i.e. iron oxide granules and aluminum chips by mixing them. We place the largest fraction at the bottom of crucible 1, forming a lower layer, on which layers of the thermite mixture with a smaller fraction are successively placed. In our case, four layers are obtained. Activator 2 starts the exothermic reaction. The top layer of the thermal mixture is ignited; reaction products are formed, which, together with the combustion front, move from layer to layer to the bottom of crucible 1. A liquid alloy is formed in crucible 1, on the surface of which there is slag. The liquid alloy is drained through the drain hole 3 into the mold 4.

Claims (1)

Способ получения сплава из термитной смеси, включающий подготовку термитной смеси, содержащей окись железа и алюминиевую крошку, загрузку термитной смеси в тигель, проведение экзотермической реакции с образованием жидкого сплава и шлака, отличающийся тем, что загрузку термитной смеси в тигель осуществляют послойно, как минимум в четыре слоя одинаковой массы, на дне тигля располагают слой термитной смеси самого крупного фракционного состава, затем располагают каждый последующий слой смеси с более мелким фракционным составом, чем предыдущий слой.A method for producing an alloy from a thermite mixture, including preparing a thermite mixture containing iron oxide and aluminum chips, loading the thermite mixture into a crucible, conducting an exothermic reaction with the formation of a liquid alloy and slag, characterized in that the thermite mixture is loaded into the crucible layer by layer, at least in four layers of the same mass; at the bottom of the crucible a layer of the thermite mixture of the largest fractional composition is placed, then each subsequent layer of the mixture with a finer fractional composition than the previous layer is placed.
RU2023111497A 2023-05-04 Method for producing alloy from thermite mixture RU2807405C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807405C1 true RU2807405C1 (en) 2023-11-14

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262415C1 (en) * 2004-03-09 2005-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of producing iron alloy from production waste
CN1746320A (en) * 2004-09-09 2006-03-15 中国科学院兰州化学物理研究所 The preparation method of block nanometer iron materials
JP4318127B2 (en) * 1999-09-07 2009-08-19 アークレイ株式会社 Measuring device with temperature adjustment mechanism
RU2366723C2 (en) * 2007-09-27 2009-09-10 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of steel production and installation for implementation of this method
RU2366722C2 (en) * 2007-09-27 2009-09-10 ООО "Амуртермит" Method of steel production and installation for implementation of this method
RU2406767C1 (en) * 2009-04-08 2010-12-20 Александр Валерьевич Кольба Procedure for metal-thermal metal and alloy melting
RU2637735C2 (en) * 2016-05-13 2017-12-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук Method for producing low-carbon boiling steel

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4318127B2 (en) * 1999-09-07 2009-08-19 アークレイ株式会社 Measuring device with temperature adjustment mechanism
RU2262415C1 (en) * 2004-03-09 2005-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method of producing iron alloy from production waste
CN1746320A (en) * 2004-09-09 2006-03-15 中国科学院兰州化学物理研究所 The preparation method of block nanometer iron materials
RU2366723C2 (en) * 2007-09-27 2009-09-10 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of steel production and installation for implementation of this method
RU2366722C2 (en) * 2007-09-27 2009-09-10 ООО "Амуртермит" Method of steel production and installation for implementation of this method
RU2406767C1 (en) * 2009-04-08 2010-12-20 Александр Валерьевич Кольба Procedure for metal-thermal metal and alloy melting
RU2637735C2 (en) * 2016-05-13 2017-12-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук Method for producing low-carbon boiling steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0102892B1 (en) Process for manufacturing high purity metals and alloys
RU2807405C1 (en) Method for producing alloy from thermite mixture
Czerwinski Magnesium alloy particulates for Thixomolding applications manufactured by rapid solidification
US9657377B2 (en) Aluminum alloy and production method thereof
JP5930213B2 (en) Oxygen-gas fuel supply device for sintering machine
CA1064851A (en) Process for producing formed coke for the metallurgical use
US2889218A (en) Continuous process for metallothermic reactions
JPS6046175B2 (en) Methods and alloys for introducing components that increase machinability into steel
RU2706402C1 (en) Method of producing a refractory article during aluminothermite reduction of a metal
RU2207395C1 (en) Method of production of ferro-vanadium
US2698469A (en) Method of preventing piping in ingot molds
RU2778039C1 (en) Method for modifying the structure of cast blanks from antifriction bronze for diffusion welding with steel (options)
JPH04318127A (en) Thermit production of metal or alloy
US3953219A (en) Powdery composition for heat retention of feeder head
US4052203A (en) Crushable low reactivity nickel-base magnesium additive
JP2019217531A (en) Underside-pouring ingot making method
RU2610579C1 (en) Method for modification of magnesium alloys
JP5803454B2 (en) Oxygen-gas fuel supply device for sintering machine
CN102228961B (en) Heat preservation feeding method for magnesium alloy ingot casting
JP2010504214A (en) Steel strip production process
SU1636469A2 (en) Method of producing ferrosilicomanganese
RU2637735C2 (en) Method for producing low-carbon boiling steel
SU1026445A1 (en) Exothermic mixture
RU2391421C1 (en) Method of aluminium-silicon alloy obtainment
SU872587A1 (en) Method of producing copper and iron-based master alloy