RU2820681C1 - Способ получения расплава из термитной смеси и тигель для его реализации - Google Patents
Способ получения расплава из термитной смеси и тигель для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820681C1 RU2820681C1 RU2023114343A RU2023114343A RU2820681C1 RU 2820681 C1 RU2820681 C1 RU 2820681C1 RU 2023114343 A RU2023114343 A RU 2023114343A RU 2023114343 A RU2023114343 A RU 2023114343A RU 2820681 C1 RU2820681 C1 RU 2820681C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- thermite mixture
- crucible
- temperature
- disk
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 239000003832 thermite Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 13
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 20
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 7
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
Abstract
Группа изобретений относится к получению железоуглеродистого сплава из термитной смеси и может быть использована в металлургии и литейном производстве. Расплав из термитной смеси получают в тигле, содержащем корпус и дно, в котором выполнено спускное отверстие с заслонкой под ним. Перед спускным отверстием установлена фильера, выполненная в виде полого диска с прикрепленными к нему штуцерами для охлаждающей жидкости. Внутри полого диска установлены трубки, открытые торцы которых выведены на параллельные поверхности диска. На обращенной к термитной смеси поверхности диска фильеры расположено сгораемое защитное покрытие, к внутренней поверхности диска, обращенного к защитному покрытию, прикреплены термопары, которые подсоединены к блоку управления подачей охлаждающей жидкости. Полученный расплав перед выпуском из тигля охлаждают до температуры на (30-50)°С выше его температуры плавления. В результате обеспечивается сокращение количества газов в расплаве, приводящих к газовой пористости отливки, снижается усадка расплава, что приводит к получению отливки с прогнозируемыми свойствами. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам получения железоуглеродистого сплава из термитной смеси, содержащей окись железа и алюминий, и может быть использовано в металлургии и литейном производстве.
Наиболее близким по технической сути к достигаемому результату является способ получения железоуглеродистого сплава по патенту RU 2637735, принятому за прототип. Известный способ включает подготовку термитной смеси, содержащей окалину, алюминиевую крошку в качестве восстановителя и модификаторы, проведение экзотермической реакции в тигле с получением железоуглеродистого расплава в тигле и шлака, располагающегося на расплаве, выпуск расплава через спускное отверстие в дне тигля. Скоротечность и высокие температуры экзотермических реакций, протекающих в термитных смесях, обуславливают сложность измерения температуры полученного расплава. Контактные способы замера температуры не применимы в условиях высоких температур, а бесконтактные не позволяют получить точные показания в связи с наличием слоя шлака на поверхности расплава. Отсутствие данных о температуре расплава перед его разливкой приводит к получению отливок с непрогнозируемыми свойствами.
Температура плавления расплава, полученного из термитной смеси, зависит от состава термитной смеси, для различного состава термитной смеси она разная. Экспериментально авторами было установлено, что оптимальной температурой заливки расплава в изложницу, полученного из термитной смеси, для получения отливки с прогнозируемыми свойствами, является температура расплава в диапазоне на (30-50)°С выше температуры плавления полученного расплава. При данной температуре сокращается количество газов в расплаве, приводящих к газовой пористости отливки, снижается усадка расплава, что еще дополнительно приводит к снижению металлоемкости формы.
Задачей заявляемого способа является получение в тигле расплава из термитной смеси, имеющего перед заливкой в изложницу температуру, на (30-50)°С выше температуры плавления полученного расплава. Достигаемый технический результат заключается в получении в тигле расплава из термитной смеси, имеющего перед заливкой в изложницу температуру на (30-50)°С выше температуры плавления полученного расплава.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения расплава из термитной смеси, включающим подготовку термитной смеси заданного состава, содержащей окись железа и алюминий, получение расплава из термитной смеси в тигле, выпуск расплава из тигля, предусмотрены следующие отличия: используя данные о составе термитной смеси определяют содержание углерода в получаемом расплаве, исходя из содержания углерода в получаемом расплаве по диаграмме состояния железо-углерод определяют температуру плавления получаемого расплава, полученный расплав перед выпуском из тигля в изложницу охлаждают до температуры, на (30-50)°С выше его температуры плавления.
Новым в заявленном техническом решении является то, что полученный в тигле из термитной смеси заданного состава расплав перед выпуском из тигля в изложницу охлаждают до температуры на (30-50)°С выше его температуры плавления; а температуру плавления получаемого расплава определяют в начале проведения способа: используя данные о составе термитной смеси, определяют содержание углерода в получаемом расплаве, исходя из содержания углерода в получаемом расплаве, по диаграмме состояния железо-углерод определяют температуру плавления получаемого расплава.
Из известного источника, например, A. V. Popov; O. N. Komarov; V. V. Predein;… e.t. AIP Conference Proceedings 2176,020006 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5135118, см. Figure 1(a), определяют для выбранного состава термитной смеси содержание углерода в получаемом расплаве. Зная содержание углерода в получаемом расплаве, по диаграмме состояния железо-углерод, например, из источника https://heattreatment.ru/diagramma-sostoyaniya-zhelezo-uglerod определяют температуру плавления получаемого расплава.
Благодаря тому, что расплав перед выпуском из тигля в изложницу, охлаждают до температуры на (30-50)°С выше его температуры плавления, сокращается количество газов в расплаве, приводящих к газовой пористости отливки, снижается усадка расплава, что приводит к получению отливки с прогнозируемыми свойствами и снижению металлоемкости формы.
Охлаждение расплава до температуры на 50°С выше его температуры плавления не приводит к сокращению количества газов в расплаве.
Охлаждение расплава до температуры на 30°С ниже его температуры плавления не целесообразно, т.к. может привести к захолаживанию расплава в тигле.
Известен тигель для получения расплава из термитной смеси, содержащий корпус и дно, в котором выполнено спускное отверстие, описанный в патенте RU 2637735 и принятый за прототип. Температуру полученного расплава из термитной смеси в таком тигле определить сложно. Контактные способы замера температуры не применимы в условиях высоких температур, а бесконтактные не позволяют получить точные показания в связи с наличием слоя шлака на поверхности расплава. Отсутствие данных о температуре расплава перед его разливкой приводит к получению отливок с непрогнозируемыми свойствами.
Задачей заявляемого решения является создание тигля для получения расплава из термитной смеси, обеспечивающего выходящему из тигля расплаву температуру на (30-50)°С выше его температуры плавления.
Достигаемый технический результат заключается в создании тигля для получения расплава из термитной смеси, обеспечивающего выходящему из тигля расплаву температуру на (30-50)°С выше его температуры плавления.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в тигле для получения расплава из термитной смеси, содержащим корпус и дно, в котором выполнено спускное отверстие с заслонкой под ним, предусмотрены следующие отличия: перед спускным отверстием установлена фильера, выполненная в виде полого диска с прикрепленными к нему штуцерами для охлаждающей жидкости, внутри полого диска установлены трубки, открытые торцы которых выведены на параллельные поверхности диска, на обращенной к термитной смеси поверхности диска фильеры расположено сгораемое защитное покрытие, к внутренней поверхности диска, обращенного к защитному покрытию, прикреплены термопары, которые подсоединены к блоку управления подачей охлаждающей жидкости.
Новым в заявленном решении является то, что перед спускным отверстием установлена фильера, выполненная в виде полого диска с прикрепленными к нему штуцерами для охлаждающей жидкости, внутри полого диска установлены трубки, открытые торцы которых выведены на параллельные поверхности диска, на обращенной к термитной смеси поверхности диска фильеры расположено сгораемое защитное покрытие, к внутренней поверхности диска, обращенного к защитному покрытию, прикреплены термопары, которые подсоединены к блоку управления подачей охлаждающей жидкости.
Совокупность новых признаков тигля с известными признаками позволяет охлаждать полученный в тигле из термитной смеси расплав до температуры на (30-50)°С выше его температуры.
Благодаря установке в тигле над спускным отверстием охлаждающей фильеры, выполненной в виде полого диска с прикрепленными к нему штуцерами для охлаждающей жидкости и установки внутри полого диска трубок, открытые торцы которых выведены на параллельные поверхности диска, возможно пропускать и охлаждать до требуемой температуры расплав, полученный из термитной смеси. Блок управления подачей охлаждающей жидкости, подсоединенный к термопарам, прикрепленным к внутренней поверхности диска, обращенной к защитному покрытию, подает сигнал на подачу охлаждающей жидкости в фильеру, что обеспечивает охлаждение проходящего через фильеру расплава до требуемой температуры. Сгораемое защитное покрытие предотвращает попадание термитной смеси в фильеру и пространство в тигле у спускного отверстия, что препятствует появлению примесей в получаемом расплаве, пока фронт термической реакции не подошел к фильере.
Заявленный способ осуществляется с помощью устройства, представленного на чертеже. На чертеже представлен в разрезе тигель для получения расплава из термитной смеси. Тигель содержит корпус 1 и в его дне выполнено спускное отверстие 2, под которым установлена заслонка 3. Над спускным отверстием 2 установлена фильера 4 в виде полого диска 5 с прикрепленными к нему штуцерами 6 для подачи и отвода охлаждающей жидкости из диска 5. Диск 5 содержит параллельные поверхности 7. Внутри диска 5 установлены трубки 8, открытые торцы которых выведены на поверхности 7 диска 5, которые предназначены для прохождения образующегося из термитной смеси расплава. На обращенной к термитной смеси поверхности 7 диска 5 расположено сгораемое защитное покрытие 9, препятствующее попаданию термитной смеси в трубки 8 фильеры 4. К внутренней поверхности 7 диска 5 прикреплены термопары 10, которые подсоединены к блоку 11 управления подачей охлаждающей жидкости в фильеру 4 и отвода этой жидкости из фильеры 4.
Способ осуществляют следующим образом. В корпус 1 тигля (выполненного, например, из графита) засыпают термитную смесь известного состава и массы. Например, для получения 1 кг железоуглеродистого расплава необходимо приготовить 2 кг термитной смеси, так как выход термитного сплава составляет в среднем 50% от массы термитной смеси, например, такого состава: 21% восстановителя – порошок алюминия марки ПА-2 и 79% металлургической окалины. Из известного источника, например, A. V. Popov; O. N. Komarov; V. V. Predein; … e.t. AIP Conference Proceedings 2176,020006 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5135118, см. Figure 1(a) – выбранному составу термитной смеси соответствует расплав с содержанием углерода 0,12%. Из известного содержания углерода в расплаве по диаграмме состояния железо-углерод, например, из источника https://heattreatment.ru/diagramma-sostoyaniya-zhelezo-uglerod определяют температуру плавления получаемого расплава. Для выбранного нами состава термитной смеси имеем температуру плавления расплава 1534°С. Таким образом охлаждать расплав перед разливкой необходимо до температуры диапазона (1564-1584)°С.
Блок 11 управления подачей охлаждающей жидкости в фильеру 4 программируют на охлаждение расплава до температур (1574 ± 10)°С. В качестве блока управления подачей охлаждающей жидкости в фильеру может быть использовано устройство Градирня POLAR-88, см. https://ruslitteh.ru/sistema-ohlazhdeniya-ohladitel-gradirnya-kupit-v-ruslitteh.
На поверхность 7 диска 5 фильеры 4 укладывают защитное покрытие 9, выполненное, например, из листа картона. Загружают в корпус 1 тигля выбранного состава и массы термитную смесь. Заслонка 3 находится в положении, закрывающим спускное отверстие 2. Инициируют экзотермическую реакцию. В результате горения термитной смеси образуются жидкие продукты реакции. Фронт горения совместно с продуктами реакции подходит к сгораемому защитному покрытию 9, вызывает его сгорание и в трубки 8 фильеры 4 поступает расплав железоуглеродистого металла. Термопары 10 подают сигнал в блок 11 управления подачей охлаждающей жидкости, в соответствии с температурой расплава блок 11 подает соответствующей интенсивности охлаждающую жидкость в штуцер 6, которая выходит через соответствующий выходной штуцер. Расплав железоуглеродистого металла требуемой температуры выходит из фильеры 4 в пространство между фильерой 4 и спускным отверстием. Открывают заслонку 3 и сливают в изложницу расплав железоуглеродистого металла.
Claims (2)
1. Способ получения расплава из термитной смеси, включающий подготовку термитной смеси заданного состава, содержащей окись железа и алюминий, получение расплава из термитной смеси в тигле, выпуск расплава из тигля, отличающийся тем, что при использовании данных о составе термитной смеси определяют содержание углерода в получаемом расплаве исходя из содержания углерода в получаемом расплаве, по диаграмме состояния железо-углерод определяют температуру плавления получаемого расплава, полученный расплав перед выпуском из тигля охлаждают до температуры на (30-50)°С выше его температуры плавления.
2. Тигель для получения расплава из термитной смеси, содержащий корпус и дно, в котором выполнено спускное отверстие с заслонкой под ним, отличающийся тем, что перед спускным отверстием установлена фильера, выполненная в виде полого диска с прикрепленными к нему штуцерами для охлаждающей жидкости, внутри полого диска установлены трубки, открытые торцы которых выведены на параллельные поверхности диска, на обращенной к термитной смеси поверхности диска фильеры расположено сгораемое защитное покрытие, к внутренней поверхности диска, обращенного к защитному покрытию, прикреплены термопары, которые подсоединены к блоку управления подачей охлаждающей жидкости.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2820681C1 true RU2820681C1 (ru) | 2024-06-07 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701213A (en) * | 1985-12-26 | 1987-10-20 | Judkins Kenneth R | Reduction of iron ore concentrates with magnesium or aluminum |
| JP2003048796A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Sys Machinery:Kk | テルミット反応組成物及びその製造方法 |
| UA87412C2 (ru) * | 2008-04-14 | 2009-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Мариупольский Металлургический Комбинат Им. Ильича" | Способ производства низкоуглеродистой кипящей стали |
| RU2366723C2 (ru) * | 2007-09-27 | 2009-09-10 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Способ получения стали и устройство для его реализации |
| RU2551336C1 (ru) * | 2014-03-21 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ получения стали |
| RU2637735C2 (ru) * | 2016-05-13 | 2017-12-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ получения низкоуглеродистой кипящей стали |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4701213A (en) * | 1985-12-26 | 1987-10-20 | Judkins Kenneth R | Reduction of iron ore concentrates with magnesium or aluminum |
| JP2003048796A (ja) * | 2001-08-03 | 2003-02-21 | Sys Machinery:Kk | テルミット反応組成物及びその製造方法 |
| RU2366723C2 (ru) * | 2007-09-27 | 2009-09-10 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Способ получения стали и устройство для его реализации |
| UA87412C2 (ru) * | 2008-04-14 | 2009-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Мариупольский Металлургический Комбинат Им. Ильича" | Способ производства низкоуглеродистой кипящей стали |
| RU2551336C1 (ru) * | 2014-03-21 | 2015-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ получения стали |
| RU2637735C2 (ru) * | 2016-05-13 | 2017-12-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ получения низкоуглеродистой кипящей стали |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Popov A.V. et al. Structure formation on constructional aluminothermic castelements under conditions of changing process parameters. AIP Conference Proceedings 2176,020006 (2019). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4178986A (en) | Furnace for directional solidification casting | |
| Markov et al. | Computational and experimental modeling of new forging ingots with a directional solidification: the relative heights of 1.1 | |
| US2682691A (en) | Continuous casting process and apparatus | |
| US3248764A (en) | Method for improving grain structure and soundness in castings | |
| Granath et al. | Determining effect of slurry process parameters on semisolid A356 alloy microstructures produced by RheoMetal process | |
| Doub et al. | Main trends in the development of technology for casting steel into ingots | |
| Hemanth | Action of chills on soundness and ultimate tensile strength (UTS) of aluminum–quartz particulate composite | |
| Gabelchenko et al. | Improvement of mechanical properties of iron castings via adjusting of solidification rate | |
| JP2013076133A (ja) | 連続鋳造方法 | |
| JP4527693B2 (ja) | 高Ａｌ鋼スラブの連続鋳造方法 | |
| Itofuji et al. | Development of Semi-Solid Die Casting Process in Spheroidal Graphite Cast Irons | |
| RU2765031C1 (ru) | Способ литья с формированием однородной мелкозернистой структуры металла | |
| JP2015134377A (ja) | 高純度鋳塊の溶解連続鋳造装置及び高純度鋳塊の溶解連続鋳造方法 | |
| Nikitin et al. | Influence of methods of producing the AlTi master alloy on its structure and efficiency in the grain refinement of aluminum alloy | |
| Stulov et al. | Production of Steel Castings in Cylindrical Molds | |
| Gabelchenko et al. | Increasing the Strength Properties of Gray Iron Castings without Introducing Additional Modifying and Alloying Additives into Its Composition | |
| Gamanyuk et al. | Using Physical Simulation for Assessing the Effect of Teeming Method and Rate on the Core Zone Formation in Large Ingots | |
| Hemanth | Effect of chilling on soundness and ultimate tensile strength (UTS) of aluminium alloy–corundum particulate composite | |
| Javaid | of Magnesium Alloy Plate Castings | |
| JP2002018555A (ja) | 亜共晶鋳鉄の水平連続鋳造方法 | |
| Pietrowski et al. | Result of cooling of dies with water mist | |
| SU559767A1 (ru) | Способ управлени процессом непрерывной разливки металлов | |
| JPH07229892A (ja) | 過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金の発光分光分析用試料の採取方法及び凝固装置 | |
| RU2151665C1 (ru) | Устройство для заливки металлов и сплавов в кристаллизатор при непрерывном литье | |
| Matejka et al. | Effect of Maximum Piston Velocity on Internal Homogeneity of AlSi9Cu3 (Fe) Alloy Processed by High-Pressure Die Casting |