SU1061350A1 - Exothermal mixture for steel casting - Google Patents

Abstract

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающа  золу агримуса, о т -л и ч а ю щ а   с   тем, что, с целью повышени  эффективности утеплени  слитка и уменьшени  степени ликвации углерода в осевой зоне слитка, смесь дополнительно содержит агримус при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Агримус35-80 Зола а гримуса 20-65 2. Смесь по п. 1, о т л и ч а ющ а   с   тем, что она имеет следующий фракционный состав, мас.%: Фракци  0,005-0,5 мм 9-50 § Фракци  0,51-10 мм 50-91 W Эд :о СП о1. EXOTHERMAL MIXTURE FOR STEEL CASTING, including the ash of agrimus, about t and ch and so that, in order to increase the efficiency of insulating the ingot and reduce the segregation of carbon in the axial zone of the ingot, the mixture additionally contains agrimus in the following ratio ingredients, wt.%: Agrimus35-80 Ash and grimus 20-65 2. The mixture according to claim 1, about tl and h ayuch and the fact that it has the following fractional composition, wt.%: Fraction 0,005-0, 5 mm 9-50 § Fractions 0.51-10 mm 50-91 W Ed: o JV o

Description

Изобретение относитс  к области черной металлургии,, ,:;онкретно к сос тавам утепл ющих и теплоизолирующих смесей дл  разливки стали. Известны теплоизолирующие и утепл ющие экзотермические смеси, содержащие экзотермические компоненты: порошкообразный алюминий, графит, древесную муку и огнеупорные теплоизолируюп е наполнители СО Недостатком этих смесей  вл етс  дефицитность и взрывоопасность порош кообразного алюмини  и графита, применение компонентов, загр зн ющих окружающую средуДфториды, щелочи). Известно также применение в качес ве экзотермического компонента гидро лизного лигнина в составе брикета дл i защиты зеркала жидкого металла З . Известна  шакообразующа  смесь дл  разливки стали, содержаща  28-52 термообработанного гидролизного лигнина , 4-11% кальцинированной соды, остальное - каменно-угольна  . Фракционный состав смеси: по техническим услови м содержание мелкой фракции не ограничиваетс . Недостаток этой смеси - неэффективное утепление головной части слитков за счет того, что гидролизный лигнин вследствие малой (2-4%) зольности после сгорани  оставл ет огарок с низкими теплоизолирующими свойствами, причем повышение содержани  гидролизног лигнина увеличивает количество выдел емого при сгорании тепла и ухудшает теплоизолирующие свойства огарка, а понижение его содержани  улучшает теплоизол цию зеркала слитка, но уменьшает количество выдел емого при горении лигнина тепла. Наиболее близкой к изобретениюпо технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  экзотермическа  смесь дл  разливки стали, включающа  золу агримуса з . Однако при использовании золы агримуса непь з  регулировать экзотермичность смеси; кроме того, при использовании только золы агримуса наблюдаетс  переход углерода в осевую зону слитка, Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности утеплени  слитка и уменьшени  степени ликвации углеро да в, осевой зоне, слитка. Дл  достижени  поставленной цели экзотермическа  смесь дл  разливки стали, включающа  золу агримуса,. дополнительно содержит агримус при еле дующем соотношении ингредиентов, мае.%: Агримус35-80 Зола агримуса 20-65 Смесь имеет следующий фракционный состав, мас.%: Фракци  0,005-0,5 мм 9-50 Фракци  0,51-10 мм 50-91 Агримус представл ет собой однородный мелкодисперсный порошок коричневого цвета, содержащий 20-30% золы, 5-15% влаги, остальное-летучие, состо щие преимущественноиз гидролизного лигнина. Насыпной вес 0,50 ,6 теплотворна  способность 16 МДж/кг. При удфтении влаги из агримуса в сушильных барабанах частицы агримуса окомковываютс  в виде шариков диаметром до 10 мм, В насто щее врем  агримус не находит применени ; на Верхнедтнепровском крахмалопаточном комбинате за 20 лет работы накопилось 2 млн.т. агрнмуса в отвалах и ежегодно к ним добавл етс  еще 100-150 тыс. т. Применение агримуса в составе экзотермических смесей дл  разливки стали обусловлено его высокой теплотворной способностью (16 МДж/кг), хорошими теплоизол ционными свойствами остатка после сгорани , способностью вьщел ть при нагревании сажу, дешевизной и доступностью. Зола агримуса представл ет собой неорганический остаток после сгорани  агримуса в окислительной атмосфере; она содержит следующие основные компоненты: 40-50% Si02 ; 15-20% СаО; 5-10% 10-20% (FeO+FejOj). Добавление золы агримуса к агримусу повышает эффективность его применени  как утепл ющего материала при разливке стали путем замедлени  процесса горени  агримуса. Уменьшение скорости горени  агримуса приводит к тому, что передача тепла от смеси к слитку происходит более длительное врем  в течение всего периода затвердевани  слитков, в результате уменьшаютс  потери тепла в окружающую среду. Ограничение фракционного состава смеси обусловлено особенност ми горени  крупных и. мелких частиц материала . Мелкие (диаметром 0,005-0,5 мм) частицы сгорают на зеркале металла в первые 1-3 мин после присадки практически до золы. Крупные (диаметром 0,5-10 мм) частицы материала при нагреве выдел ют сажистый углерод из лигнина, вход щего в .состав этих частиц, который защищает их от интен сивного горени  и расплавлени . В результате крупные частицы материала тлеют в толще засыпки в течение нескольких часов и соответственно все это врем  вьщел ют тепло. Применение мелкой (количество частиц размером менее 0,5 мм больше 50%) фракции характеризуетс  нестабильностью результатов , так как мелка  фракци  раньше, чем крупна , подплавл етс  и соответственно раньше по вл ютс  в слое смеси разломы и трещины, кото pbie в трудно контролируемой степени снижают ее теплоизолирующие свойства . Применение крзшной (количество частиц размером более 0,5 мм больще 90%) фракции увеличивает продуваемость смеси воздухом и потери тепла излучение. Скорость горени  агримуса в смеси увеличиваетс , происходит раннее покраснение смеси и соответственно ухудшение теплоизол ции зеркала металла слитка, причем чем больше поток тепла от зеркала металла к засыпке,, тем быстрее прогреваютс  частицы материалаи тем больще скорость их тлени  и соответственно больще встречный поток тепла от засыпки к.,зеркалу металла. Такой .механизм горени  экзотермических сме сей из агримуса и его золы -обеспечивает высокие теплоизолирующие сво ства смесей предлагаемого фракционн го и химического состава. Выбор ука занных соотношений компонентов, вхо д щих в состав .экзотермической смеси обеспечивает уменьшение скорости го рени  смеси до значений, меньших скорости затвердевани  металла, сохранение высоких теплоизолирующих и сыпучих свойств засыпки в течение всего периода кристаллизации сли . ка. При содержании агримуса более 80% в смеси происходит сильное выбивание пламени из изложницы, скорость горени  смеси превышает скорость затвердевани  металла, что определ етс визуально по поведению засыпки и металла головной части слитков. В этом случае эффективность утеплени  зерка ла металла уменьшаетс  и применение в составе смеси более 80% агримуса нецелесообразно. При содержании агримуса в смеси менее 35% экзотермичность смеси составл ет менее 6 МДж/кг и,следовательно , по основному показателю смесь становитс  не лучще известных экзотермических смесей. Поэтому применение в составе смеси менее 35% агримуса также нецелесообразно. Использование мелкой фракции 0,5 мм не менее 1/10 общего количества обусловлено образованием пыли при истирании частиц во врем  перемешивани  и транспортировани  смеси. Количество этой фракции более 50%. (соотношение 1:1) нецелесообразно, так как при этом ухудшаютс  теплоизолирующие свойства смеси, .что определено опытным путем. Оптимальной  вл етс  смесь (при которой получены наилучшие результа-ты в-промышленных услови х) следующего состава: содержание агримуса 60%, золы 40% и соотношение крупной и мелкой фракции 5:1 соответственно. Экзотермическую смесь дл  разливки стали изготавливают путем просеивани  агримуса и золы через сито 0,5 мм и последующего перемещив.ани  в необходимых пропорци х либо путем частичного сжигани  агримуса до получени  заданного содержани  золы и последующего просеивани . Пример 1. Смесь дл  утеплени  зеркала металла слитка содержит 35% агримуса и 65% его золы. Теплота сгорани  этой смеси составл ет 6 ВДж/кг, содержание углерода 18%, причем весь углерод находитс  в св занном виде. Частицы смеси размером менее 0,5 мм составл ют 10% от общего веса смеси. Смесь присаживаетс  в бумажных мешках на зеркало листового 14-тонного слитка в количестве З кг/т. Получена прот женность осе- вого рассло  по длине раската 8,5%; степень ликвации углерода 80%, серы 35%, фосфора 60% в осевой зоне на горизонте 11%. Пример 2. Смесь дл  утеплени  зеркала 14-тонного листового слитка содержит 60% агримуса и 40% золы, причем количество смеси фракции, менее 0,5-мм составл ет 16%. Экзотер-, мичность смеси равна 10 МДж/кг,содержание углерода в св занном виде 33%,Смесь присаживаетс  на зеркало слитка сразу после окончани  его отливки в количестве 2,8 кг/т. Получена прот женность ocj9Boro рассло  8,1%; ликваци  в осевой зоне на горизонте 11% дл  углерода, серы и фосфора составл ет 90, 40 и,80% соответ ст1венио. П р и м е р 3. Утепл юща  смесь из 80% агримуса и 20% золы, содержаща  50% частиц размером менее 0,5 мм присаживаетс  на зеркало 14-тонного слитка в количестве 2,2 кг/т. Теплота сгорани  смеси 13 МДж/кг, содержание углерода в св занном виде 45%. Получена прот женность усадочных дефектов 9,8% по длине раската слитка степень ликвации углерода в осевой зоне на горизонте 11% составл ет , 100%, серы 35%, фосфора 70%. Теплофизические свойства описьшае мой и известной смесей практически одинаковы: коэффициент теплопроводности 0,03-0,05 Вт/м.град; температу ропроводность (0,10-0,25) теплоемкость 0,1-0,8 кДж/кг К. Как следует из примеров, преимущество предлагаемой смеси заключаетс  в том что в агримусе углерод находитс  в св занном виде, конкретно в составе углеродов типа , составл ю щих основу растительного сь1рь , продуктом переработки которого  вл етс  агримус. В составе смеси по прототипу углерод находитс  в свободном виде - в виде сажи. Переход углерода из смеси в тело слитка в первом случае существенно меньше, чем во втором . Это подтверждаетс  практическими примерами, которые показывают. что степень ликвации углерода в осевой зоне слитка,вызванна  науглероживанием металла под усадочной раковиной , составл ет при отливке низкоуглеродистых марок стали (ст. 10, 20, 09Г2 и др.) в первом случае 80-100%, а во втором - 150-200% на горизонте 10-11%. Экзотермические смеси по изобретению исп гганы при разливке спокойных углеродистых и низколегированных марок стали. В идентичных услови х испытана известна  смесь. Технологические показатели отливки 14-тонных листовых слитков с применением экзотермической засыпки из агримуса и его золы приведены в таблице . Как следует из данньпс таблицы,применение описываемых смесей обеспечивает снижение осевого рассло  по длине раската листового слитка до 10% и менее. По визуальной оценке опытные смеси технологичнее примен емых ранее , в том числе люнкерита Л28, что выражаетс  в резком уменьшении пылевьщепени  при транспортировке и присадке опытных смесей на слиток, отсутствии токсичных вьщелений при горении. Экономический эффект от внедрени  предлагаемых смесей вместо люн- . керита Л28 в услови х завода Запорожсталь составл ет 0,86 руб/т сга-, ли.The invention relates to the field of ferrous metallurgy ,,,:; it is specific to the composition of heat insulating and heat insulating mixtures for steel casting. Thermal insulation and heat-insulating exothermic mixtures are known that contain exothermic components: powdered aluminum, graphite, wood flour, and refractory heat insulating filler CO. The lack of these mixtures is the scarcity and explosiveness of powdered aluminum and graphite, the use of environmentally friendly components, and there is an alkali in the mixture. . It is also known to use as a exothermic component a hydrolysis lignin in the composition of a briquette for protecting a mirror of a liquid metal 3. Known shakoobrazuyu mixture for casting steel, containing 28-52 heat-treated hydrolyzed lignin, 4-11% soda ash, the rest is coal-coal. Fractional composition of the mixture: according to technical conditions, the content of the fine fraction is not limited. The disadvantage of this mixture is the ineffective insulation of the head part of the ingots due to the fact that the hydrolytic lignin due to low (2-4%) ash content after combustion leaves a cinder with low heat insulating properties, and the increase in the hydrolisk of lignin increases the amount of heat released during the combustion and degrades the heat insulating cinder properties, and lowering its content improves the thermal insulation of the ingot mirror, but reduces the amount of heat released during the combustion of lignin. Closest to the invention, according to the technical essence and the achieved effect, is an exothermic mixture for steel casting, including the ash of Agrimus 3. However, when using the ash of Agrimus, to regulate the exothermicity of the mixture; in addition, when using only the ash of agrimus, a transition of carbon to the axial zone of the ingot is observed. The aim of the invention is to increase the efficiency of insulating the ingot and reducing the degree of carbon segregation in the axial zone of the ingot. To achieve this goal, an exothermic mixture for steel casting, including the ashes of Agrimus ,. additionally contains agrimus with a low ratio of ingredients, wt.%: Agrimus35-80 Agrimus ash 20-65 The mixture has the following fractional composition, wt%: Fraction 0.005-0.5 mm 9-50 Fraction 0.51-10 mm 50- 91 Agrimus is a homogeneous fine brown powder containing 20-30% ash, 5-15% moisture, the rest is volatile, consisting mainly of hydrolyzed lignin. The bulk density is 0.50, 6 and the calorific value is 16 MJ / kg. When udftenii moisture from the agrimus in the dryer drums, the particles of the agrimus are pelletized in the form of balls with a diameter of up to 10 mm. At present, the agrimus does not find application; At Verkhnedtneprovsky Starch and Combine Plant, over 20 years of operation, 2 million tons has accumulated. Agrimus in dumps and another 100-150 thousand tons are added to them annually. The use of Agrimus in the composition of exothermic mixtures for steel casting is due to its high calorific value (16 MJ / kg), good thermal insulation properties of the residue after combustion, the ability to absorb heating soot, cheapness and affordability. The ash of agrimus is the inorganic residue after the combustion of agrimus in an oxidizing atmosphere; it contains the following main components: 40-50% Si02; 15-20% CaO; 5-10% 10-20% (FeO + FejOj). The addition of agrimus ash to agrimus increases the effectiveness of its use as a warming material when casting steel by slowing down the burning process of agrimus. Reducing the burning rate of the agrimus results in a longer time transfer of heat from the mixture to the ingot during the entire ingot solidification period, as a result of which the heat loss to the environment is reduced. The limitation of the fractional composition of the mixture is due to the features of the combustion of large and. small particles of material. Small particles (with a diameter of 0.005-0.5 mm) burn on the metal mirror in the first 1-3 minutes after the additive almost to ash. Coarse carbon particles (with a diameter of 0.5–10 mm) release carbon black from lignin, which is part of the composition of these particles, which protects them from intense burning and melting. As a result, large particles of material smolder in the bulk of the bedding for several hours and, correspondingly, heat up all this time. The use of small (the number of particles smaller than 0.5 mm is more than 50%) of the fraction is characterized by instability of the results, since the small fraction earlier than the large fraction melts and, accordingly, earlier fractures and cracks appear in the layer of the mixture, which pbie is difficult to control. reduce its insulating properties. The use of a crucible (the number of particles larger than 0.5 mm larger than 90%) of the fraction increases the air flow through the mixture and the heat loss of radiation. The burning rate of agrimus in the mixture increases, early reddening of the mixture occurs and, consequently, deterioration of the thermal insulation of the ingot metal mirror, and the greater the heat flux from the metal mirror to the bed, the faster the material particles warm up and the faster their smoldering speed and correspondingly the counter heat flow from the bed. to., the mirror of metal. Such a mechanism of burning exothermic mixtures from agrimus and its ashes provides high thermal insulation properties of mixtures of the proposed fractional and chemical composition. The choice of the specified ratios of the components included in the composition of the exothermic mixture reduces the burning rate of the mixture to values lower than the rate of solidification of the metal, preserving the high thermal insulation and bulk properties of the bed during the entire crystallization period. ka When the content of Agrimus is more than 80% in the mixture, the flame is strongly knocked out of the mold, the burning rate of the mixture exceeds the rate of solidification of the metal, which is determined visually by the behavior of the backfill and the metal of the head part of the ingots. In this case, the efficiency of thermal insulation of the metal mirror is reduced and the use of more than 80% of agrimus in the mixture is not practical. When the content of agrimus in the mixture is less than 35%, the exothermicity of the mixture is less than 6 MJ / kg and, consequently, in terms of the main indicator, the mixture becomes no better than the known exothermic mixtures. Therefore, the use of a mixture of less than 35% agrimus is also impractical. The use of a fine fraction of 0.5 mm of at least 1/10 of the total amount is due to the formation of dust during the abrasion of particles during the mixing and transportation of the mixture. The amount of this fraction is more than 50%. (1: 1 ratio) is impractical because the heat insulating properties of the mixture deteriorate, as determined experimentally. The best is a mixture (at which the best results are obtained in industrial conditions) of the following composition: the content of agrimus is 60%, ash 40% and the ratio of coarse and fine fraction 5: 1, respectively. The exothermic mixture for steel casting is made by sifting agrimus and ash through a 0.5 mm sieve and then moving it in the required proportions or by partially burning the agrimus until a given ash content is obtained and then sifting. Example 1. A mixture for warming the metal of an ingot contains 35% of agrimus and 65% of its ash. The heat of combustion of this mixture is 6 VJ / kg, the carbon content is 18%, and all carbon is in a bound form. Particles of a mixture less than 0.5 mm in size constitute 10% of the total weight of the mixture. The mixture is placed in paper bags on the mirror of a sheet of 14-ton ingot in an amount of 3 kg / ton. An extension of the axial spacing along the length of the roll is 8.5%; the degree of carbon segregation is 80%, sulfur 35%, phosphorus 60% in the axial zone on the horizon 11%. Example 2. A mixture for insulating a mirror of a 14-tonne sheet ingot contains 60% agrimus and 40% ash, and the amount of the mixture fraction, less than 0.5 mm, is 16%. The exoter mixture is 10 MJ / kg, the carbon content in the bound form is 33%. The mixture sits on the mirror of the ingot immediately after the end of its casting in the amount of 2.8 kg / ton. The ocj9Boro spacing of 8.1% was obtained; segregation in the axial zone on the horizon of 11% for carbon, sulfur and phosphorus is 90, 40 and 80%, respectively. EXAMPLE 3. A heat-insulating mixture of 80% agrimus and 20% ash containing 50% of particles less than 0.5 mm in size is seated on a mirror of a 14-ton ingot in an amount of 2.2 kg / ton. The heat of combustion of the mixture is 13 MJ / kg, the carbon content in the bound form is 45%. The shrinkage defects length of 9.8% was obtained along the length of the ingot roll. The degree of carbon segregation in the axial zone on the horizon 11% is 100%, sulfur is 35%, phosphorus is 70%. The thermophysical properties of the atomic and known mixtures are almost the same: the thermal conductivity coefficient is 0.03-0.05 W / m.grad; thermal diffusivity (0.10-0.25) heat capacity 0.1-0.8 kJ / kg K. As it follows from examples, the advantage of the proposed mixture is that in agrimus carbon is in a bound form, specifically in the composition of carbon constituting the basis of the vegetable plant, the processing product of which is agrimus. In the mixture of the prototype, carbon is in free form — in the form of soot. The transfer of carbon from the mixture to the ingot body in the first case is substantially less than in the second. This is confirmed by practical examples that show. that the degree of carbon segregation in the axial zone of the ingot, caused by the carburization of the metal under the shrinkage sink, is in the casting of low carbon steel grades (arts. 10, 20, 09Г2, etc.) in the first case 80-100%, and in the second - 150-200 % on the horizon 10-11%. The exothermic mixtures according to the invention are used in the casting of quiet carbon and low alloyed steels. The mixture is tested under identical conditions. Technological parameters of casting 14-ton sheet ingots using exothermic filling of agrimus and its ash are given in the table. As follows from the data table, the use of the described mixtures ensures a reduction in axial delamination along the length of the roll of sheet ingot to 10% or less. By visual assessment, the test mixtures are more technologically applicable before, including L28 literite L28, which is reflected in a sharp decrease in dust sputtering during transportation and addition of test mixtures to the ingot, the absence of toxic improper combustion. The economic effect from the introduction of the proposed mixtures instead of Lune-. kerita L28 in the conditions of the Zaporizhstal plant is 0.86 rubles / ton of coal, whether.

09Г2Д09Г2Д

8080

30thirty

7070

lOcirlOcir

8080

3535

6565

ЮспYusp

6060

5050

5009Г2Д 09Г2С 09Г2С5009Г2Д 09Г2С 09Г2С

00

130130

120120

12,6 Слабое горение смрси , покраснение смеси через 2530 мин12.6 Low burning smrci, redness of the mixture after 2530 minutes

130130

125125

8,5 Горение средней интенсивности , трещин и оголени  металла нет8.5 Burning of medium intensity, no cracks and bare metal

5five

100100

9090

8,68.6

Горение средней интенсивности , трещин и. оголени  металла нет Сильное горение смеси в первые 15 с, небольшое покраснение через 40-45 мин Сильное выбивание пламени, оголение металла по периметру , поверхности слиткаBurning medium intensity, cracks and. no metal is exposed. Strong burning of the mixture in the first 15 s, slight reddening after 40-45 minutes. Strong emission of flame, exposure of the metal along the perimeter, the ingot surface.

Продолжение таблицыTable continuation

8040% лингина,8040% lingin,

4% соды,4% soda,

56% каменноугольной золы56% coal ash

30thirty

16,016,0

9595

Горение умеренное , раннее по вление трещин, разломов, свищей, затвердевание поверхности слиткаCombustion moderate, early appearance of cracks, fractures, fistulas, ingot surface hardening

Claims (2)

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ СМЕСЬ ДЛЯ РАЗЛИВКИ СТАЛИ, включающая золу агримуса, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности утепления слитка и уменьшения степени ликвации углерода в осевой зоне слитка, смесь дополнительно содержит агримус при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:1. EXOTHERMAL MIXTURE FOR STEEL Pouring, including agrimus ash, with the fact that, in order to increase the efficiency of the ingot warming and reduce the degree of carbon segregation in the axial zone of the ingot, the mixture additionally contains agrimus in the following ratio of ingredients, wt.%: АгримусAgrimus Зола агримусаAsh of agrimus 2. Смесь по π. 1, щ а⁷ я с я тем, что она щий фракционный состав,2. The mixture according to π. 1, ⁷ and ⁷ with the fact that it has a fractional composition, Фракция 0,005-0,5 мм Фракция 0,51-10 ммFraction 0.005-0.5 mm Fraction 0.51-10 mm 35-8035-80 20-65 отличаюимеет следуюмас.%:20-65 different has the following wt.%: 9-509-50 50-91 »SU <„>1061350 >50-91 »SU <„> 1061350> 1 0613501 061350