熔化金属表面的发热保温剂制造技术

本发明专利技术为发热型保温剂，可应用于冶金铸造领域．本发明专利技术采用碳化稻壳为主要原料．配入一定比例的氧化剂，代替原来昂贵的含铝等金属发热剂；克服了原金属发热剂发热时间短，温度波动范围大，保温性能不好的缺点；价格远比金属发热剂低廉．具有发热均衡，持续时间长，无粉尘和有害气体污染等特点．本新型发热保温剂用于钢锭和金属铸件浇铸过程，能显著减少钢锭缩孔，提高钢锭收得率及铸件合格率．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金金属铸造领域，用于覆盖在铁水或钢水表面，在浇铸钢锭或机械铸件过程中起发热和保温作用。为改善钢铁质量和提高金属收得率，在浇铸结束时，需在钢锭或铸件帽口添加发热剂或保温剂。从80年代初开始，国内钢厂广泛应用金属型发热剂(昭59-153549，su1072-992-A)，这种发热剂主要由以下三种原料组成燃烧发热元素，氧化剂和保温材料。燃烧发热元素为金属铝、硅铁合金和硅钙合金。氧化剂一般使用硝酸钠，锰矿粉和铁矿粉。保温材料使用较多的是膨胀珍珠岩、蛭石和酸处理石墨。制作方法是从这三种原料中各取一种或多种(以粉粒状)按一定比例混合而成。所用金属和酸化石墨的用量和价格列于表1。表1.发热剂主要原料用量及价格表 ＊1985年市场价由表1可以看出，发热剂中的燃烧发热元素均为价格昂贵的金属或合金。价格相对便宜的硅铁合金发热剂，使用时会造成钢锭头部增硅，严重地影响钢材质量。所以一般钢厂采用高发热值的铝金属发热剂。金属铝不仅价格昂贵而且也是国家紧缺物资。一个年产300万吨钢的企业，一年中仅用于发热剂中的铝可达540吨到900吨(以发热剂中15%Al，用量为1.2Kg～2.0Kg/吨钢计)。由此可见，全国的钢铁企业仅用于发热就要烧掉相当可观数量的金属铝。此外，金属发热剂使用时受热瞬间燃烧，过程难以控制。保温材料蛭石和膨胀珍珠岩等由于熔点低，当金属燃烧时熔融结块，而失去保温的作用。保温性能最好的膨胀石墨即酸化石墨是石墨经硫酸和硝酸混合液浸泡后清洗、烘干制成。这种原料制作工艺复杂，环境污染严重，而且价格贵。工业生产中有的钢铁厂在铁水包和钢包或钢锭帽口添加保温剂。这种保温剂主要由下述原料组成膨胀蛭石、焦炭、石墨、碳化稻壳等(照53-100919)。这类保温剂在液体金属表面基本上只起保温作用。其中焦炭和碳化稻壳等虽然主要成份为可燃元素碳，但由于没有氧化剂助燃，发热值很低，使用效果不佳，尤其当用于中小型钢锭浇铸时。本专利技术的目的是在保证满足对液体金属表面供热和保温的前提下，降低发热剂的成本，减少冶金用铝和其他合金材料的消耗。使用资源丰富，加工简易，价格低廉的碳化稻壳廉作发热和保温材料，从而取代金属发热剂。本专利技术以碳化稻壳为基本原料，配入一定量的氧化剂(如硝酸钾、硝酸钠、氧化锰、锰矿粉、铁矿粉或氧化铁粉尘等)和植物粘结剂，加入适量水(润湿状态)混合后烘干或制成任意所需要的形状后烘干，烘干温度为120～160℃，使用时将本专利技术置于液体金属表面即可起到发热和保温作用。基本原料碳化稻壳，是将稻壳放入特定的简单装置中，靠自身发热干馏碳化而得。其制作方法简单，不耗能源。我国盛产大米，稻壳来源丰富，价格低廉。约600元/吨的碳化稻壳的成份如表2所示。表2.碳化稻壳成份 本专利技术所用粘结剂选用来源丰富，价格便宜，使用时无毒无嗅的植物粘结剂，如米粉、面粉和淀粉等。本专利技术发热保温剂的制作方法是在碳化稻壳中加入一种或二种以上氧化剂(wt%)NaNO3(或KNO3)0.1～30，锰矿粉(或氧化锰粉)0～35，铁矿粉(或氧化铁粉尘)0～40。用植物粘结剂0.1～20%，再加入适量水(润湿状态)在混料机内混合，使氧化剂均匀地包裹在碳化稻壳外面，若产品要求为散状形式，料从混料机出来便可直接进行烘干。若产品要求为板状或其他形式，则将混好氧化剂和粘结剂的碳化稻壳送入成型机内，按要求(如某种钢锭帽口大小尺寸)制成5～400mm的板状或其需要的形状。为便于金属液面气体排出，大面积的板上有若干气孔。成型后的碳化稻壳制品再经烘干即成。烘干温度为120～160℃。使用时将本专利技术置于熔化金属表面，高温下粘结剂烧掉，碳化稻壳便蓬松地覆盖在金属液表面。附着在碳化稻壳外面的氧化剂以及由于溶解于水而渗透在碳化稻壳内孔隙中的硝酸钠等，受热分解释放出氧如使碳化稻壳中的碳燃烧，或者发生氧化还原反应如而放出热量。用氧弹法测得纯碳化稻壳的发热值为2575千卡/公斤，表3列出碳化稻壳与一些金属发热剂的发热值。表3.金属发热剂和纯碳化稻壳发热值 由表可见在有充足氧的情况下，碳化稻壳的发热值完全可以与金属发热剂媲美，以满足对熔化金属表面供热的需要。碳燃烧后保留疏松的SiO2起到保温作用。由于碳化稻壳孔隙多，导热率小，当接触熔化金属的碳化稻壳燃烧时，上部未燃烧的碳化稻壳具有良好的保温性能，阻止了燃烧和熔化金属的热向外散发。由于氧化剂均匀地粘结在碳化稻壳上，从而保证了燃烧过程中供氧均匀，使碳化稻壳分层向上部缓慢燃烧。这样就可根据增加或减少氧化剂的加入量，以及调节不同氧化剂的配比，有效地控制本专利技术的发热和保温性能。用本专利技术的发热保温剂与纯碳化稻壳和不同发热元素的金属发热剂在感应炉内进行了对比实验。当铁水表面放置不同的发热剂或保温剂时，测量距离铁水表面3-5mm深处铁水温度的变化，如附图所示。图中曲线1为本专利技术发热保温剂，实验用量25克，曲线2为纯碳化稻壳，实验用量25克。曲线3为含金属铝13-16(wt)%的金属发热剂，实验用量为50克。曲线4为含硅铁粉60(wt)%的金属发热剂，实验用量也为50克。实验1290℃开始将发热剂(或保温剂)投入铁水表面，在停止供电热的情况下，观察铁水表面降温过程，到1190℃时实验结束，并记录在这100℃降温段各种发热(保温)剂所需的时间，时间越长，说明其保温效果越好。由附图可见，本专利技术的综合发热保温效果最好。当发热保温剂接触铁水后，既没有象铝金属发热剂那样出现有害于铸锭过程的吸热降温峰值，也没有出现毫无用处的高热峰值，过程是缓慢燃烧发热。本发热保温剂比金属发热剂(曲线3和4)的保温效果好。与纯碳化稻壳相比(曲线2)，由于本专利技术具有发热作用，致使铁水表面温度比纯碳化稻壳保温下的铁水温度高50～70℃。因此，用氧化剂的碳化稻壳完全可以取代金属发热剂，从而可以节省大量金属铝和其他合金，大幅度降低发热剂的成本(可达50%)。而且本专利技术的发热效果明显优于纯碳化稻壳保温剂，扩大了碳化稻壳的使用范围。使用本专利技术的发热保温剂，可以满足在熔化金属表面起发热保温作用。使用过程中没有冒烟现象，燃烧过程稳定，无粉尘和有害气体污染。能与金属发热剂一样显著减少钢锭及铸件缩孔，提高钢锭收得率及铸件合格率。本专利技术可用于覆盖铁水包、钢包、连铸中间包、下铸钢的钢锭帽口和机械铸件帽口熔化金属表面起发热保温作用。实例1(wt%)碳化稻壳 75NaNO33锰矿粉 8铁矿粉 12植物粘结剂(如土豆淀粉) 2向上述比例混合物中加适量水在混料机内混合后，置于120～160℃烘干床上烘烤半小时，冷却后称量装袋，使用时投入熔化金属表面。使用量为原金属发热剂的40～70%。实例2(wt%)碳化稻壳 80NaNO35氧化铁粉尘 10植物粘结剂(米粉2，淀粉3) 5上述比例混合物加水在混料机内混合后，根据所需要的形状和尺寸，在成型机内制成5～400mm厚的粒片状或板状，也可制成钢锭帽口大小尺寸的板状，板上有气孔若干。使用时投入或予先挂在帽口。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔化金属表面的发热保温剂，其特征在于以碳化稻壳为主要成份，配入一种或一种以上的氧化剂（如硝酸钾、硝酸钠、氧化锰、锰矿粉、铁矿粉、氧化铁粉尘等）以及植物粘结剂（如米粉、面粉、淀粉等）如水混合制成。

【技术特征摘要】
1.一种熔化金属表面的发热保温剂，其特征在于以碳化稻壳为主要成份，配入一种或一种以上的氧化剂(如硝酸钾、硝酸钠、氧化锰、锰矿粉、铁矿粉、氧化铁粉尘等)以及植物粘结剂(如米粉、面粉、淀粉等)加水混合制成。2.按权利要求1所述的发热保温剂，其特征在于配入的氧化剂用量为硝酸钠(或硝酸钾)为0.1～30%(重量)，锰矿粉(或氧化锰)为0～35%(重量)，铁矿粉(或氧化铁粉尘)为0～40...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔繁芬，余诚，李永治，张绩熙，
申请(专利权)人：中国科学院化工冶金研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]