Металлотермическая реакционная смесь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(57) 1. Металлотермическая реакционная смесь, содержащая окись железа, металл, неблагородный по отношению к окиси железа, и соответственно другие примеси, причем отдельные компоненты присутствуют в виде мелких частиц, отличающаяся тем, что по меньшей мере 20 вес.окиси железа присутствуют в виде шаровидных частиц или по меньшей мере приближенных к шаровидным с размерами частиц от 0 до 3,0 мм, а частицы неблагородного металла имеют преимущественно угловатую форму с размером частиц от 0 до 1,5 мм. 2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что шаровидные частицы имеют размер от 0,1 до 2,0 мм. 3. Смесь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит в качестве неблагородного металла алюминий. 4. Смесь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что частицы окиси железа получены путем рециклинга отходов от травления ванны. 5. Смесь по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что частицы окиси железа получены путем гранулирования. Изобретение относится к области металлургии и касается металлотермической реакционной смеси, состоящей из окиси металла, металла, неблагородного по отношению к окиси металла, и соответственно других примесей, причем отдельные компоненты присутствуют в форме мелких частиц. Металлотермические реакции и смеси для их проведения известны более 100 лет. Металлотермическая реакция основана на восстановлении окиси металла через металл, неблагородный по отношению к металлу окиси металла, причем реакция после локального воспламенения реакционной смеси распространяется при тепловыделении более или менее быстро по металлотермической реакционной смеси. При этом неблагородный металл окисляется и всплывает в виде плавкого шлака, в то время как расплав благородного металла отделяется от шлака и собирается в нижней части реакционного сосуда. При этом технически пригодными для выплавки железа и стали, а также для получения металлов, не содержащих углерода, и специальных сплавов оказались, в частности, алюмотермические и кальциотермические реакционные смеси. Были затруднения в проведении металлотермической, сильно экзотермической реакции в технически управляемой форме. Было предложено проведение реакции путем точечного воспламенения с помощью легко воспламеняемой пирофорной массы или через пленку магния. Для получения выплавки стали определенного состава к смеси из окиси железа/алюминия добавляли легирующие элементы в различной форме и различном составе. Легирующие элементы могут быть добавлены к реакционной смеси в виде металлов в размолотой форме или в форме их окисей или других химических соединений. Можно добавить углерод в свободной форме или в форме карбида для насыщения углеродом стали, полученной алюмотермическим путем. Для гашения экзотермической реакции к реакционной смеси 3329 1 могут быть добавлены, например, отходы чугунного литья, отходы штамповки конструкционных сталей и др. Однако во всех этих случаях для получения воспроизводимого продукта реакции необходимо, чтобы алюмотермическая или в целом металлотермическая реакция протекала по возможности равномерно и чтобы это равномерное течение реакции было воспроизводимым. При различной скорости протекания реакции может произойти потеря легирующих элементов. Это приводит к сплавам различного состава и тем самым также различных свойств. Наиболее близким аналогом данного изобретения является металлотермическая реакционная смесь, получаемая в литейном тигле, отверстие основания которого герметизировано с помощью расплавленного затвора 1. Расплавление затвора в нем должно осуществляться в точно установленный временной интервал после воспламенения смеси для обеспечения окончания реакции и полного отделения шлака от расплава металла. При слишком быстром расплавлении затвора неотделенные жидкие частицы шлака могут быть унесены вытекающим расплавом металла. Если расплавление затвора осуществляется слишком поздно, то расплав может быть уже слишком сильно охлажденным и тем самым принимает состояние, которое является нежелательным при определенном техническом процессе. Была сделана попытка улучшить воспроизводимость металлотермической реакции путем усовершенствования реакционного тигля относительно его формы (заостренный конус с различным углом наклона), размера, футеровки, покрытия и т.д. При этом были достигнуты определенные улучшения. Разумеется, на результат реакции и его воспроизводимость в значительной степени оказали влияние сноровка и опыт специалистов, занятых проведением реакции. Задачей настоящего изобретения является достижение равномерности металлотермической реакции, в частности алюмотермической реакции окиси железа, с целью улучшения воспроизводимости протекания реакции и тем самым продолжительности реакции и продуктов реакции. При этом улучшение в значительной степени достигнуто в результате особенно благоприятно составленной реакционной массы и известных аппаратных возможностей улучшения. Для решения данной задачи предлагается металлотермическая реакционная смесь, содержащая окись железа, металл, неблагородный по отношению к окиси железа, и соответственно другие примеси, причем отдельные компоненты присутствуют в виде мелких частиц, при этом 20 вес.окиси железа присутствуют в виде шаровидных частиц, или по меньшей мере приближенных к шаровидным, с размерами частиц от 0 до 3,0 мм, а частицы неблагородного металла имеют преимущественно угловатую форму с размером частиц от 0 до 1,5 мм. Предпочтительно шаровидные частицы имеют размер от 0,1 до 2,0 мм, а в качестве неблагородного металла смесь содержит алюминий. Частицы окиси железа получены путем рециклинга отходов от травления ванны путем гранулирования. Обычно для получения металлотермических смесей в качестве окиси железа используется окалина, которая образуется при прокатке или волочении проволоки, причем в смеси присутствуют формы, сильно отличающиеся друг от друга в форме прутиков, плоские, квази-прямоугольные или овальные и почти кубические частицы, смесь которых при очень ограниченной ширине полосы гранулометрического состава сама может вызвать различия в процессе протекания реакции с последующей различной потерей тепла в результате неравномерного излучения или в результате открытия затвора литейного тигля в неправильное время. Различия в ходе реакции могут также повлиять на состав конечного продукта. При использовании предложенной в изобретении смеси обнаружилось, что реакция протекает непрерывно. Не ограничивая изобретение последующими предположениями о возможных причинах, все же многое говорит о том, что непрерывность течения реакции обусловлена применением частиц окиси металла в определенном соотношении поверхности к массе, которое устанавливается посредством по меньшей мере частичной замены частиц, присутствующих до настоящего времени в разбросанной форме, на частицы шаровидной формы согласно изобретению. При этом путем выбора соответствующего размера частиц можно получать реакционные смеси, имеющие требуемое течение реакции. Достигнутая стабильность реакции начинается уже при замещении лишь 20 вес.обычных частиц окиси металла на такие же частицы шаровидной формы и постоянно повышается до статистически еще прослеживаемого показателя, примерно 90 вес.частиц окиси металла в шаровидной форме. Частицы окиси металла могут быть переведены в шаровидную форму известными способами, например путем гранулирования. При этом частицы окиси металла, например окиси железа, сжимаются на бегунках. Затем получающиеся частицы шаровидной формы просеиваются на требуемую величину частиц. Предпочтительная смесь содержит шаровидные частицы размером от 0,1 до 2,0 мм. Такая смесь быстро реагирует и в процессе реакции освобождает за короткий промежуток времени образовавшееся количество тепла. Благодаря излучению потери тепла сводятся к минимуму. Особой проблемой при получении, транспортировке, пользовании, а также хранении металлотермических реакционных смесей, в связи с наличием их в неукрепленной форме, является тенденция этих смесей к 2 3329 1 расслоению. Это объясняется, в частности, различием в удельном весе компонентов металлотермической реакционной смеси. Можно противостоять этому расслоению при использовании реакционных смесей по изобретению. Это достигается за счет применения неблагородного металла, в основном алюминия или кальция, в предпочтительно угловатой форме с размером частиц от 0 до 1,5 мм. В результате сочетания шаровидной окиси металла определенного размера частиц с угловатой формой металла-восстановителя с определенным размером частиц достигается максимальная стабильность хода реакции при высшей степени гарантии относительно расслоения реакционной смеси при транспортировке, пользовании и хранении. В металлотермическую реакционную смесь по изобретению при необходимости могут быть добавлены легирующие элементы. Шаровидная окись железа может быть получена соответственно уже описанному способу путем сжатия на бегунках или другими способами, доступными специалисту без дополнительного изобретательства. Могут применяться также частицы окиси железа, образующиеся другими способами, если они имеют шаровидную форму, в частности и предпочтительно полученные возвратом в цикл отходов от травления ванны. При этом образовавшийся в больших количествах промышленный побочный продукт используется экономически выгодным и технически ценным способом. Ниже приводятся примеры предлагаемых изобретением металлотермических реакционных смесей. Примеры алюмотермической основной смеси из окиси железа и алюминия с общим весом 1000 г. Смесь 1 800 г , шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 200 г А, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 2 763 г 34, шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 237 г А, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 3 747 г 23, шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 253 г А, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 4 572 г 34, шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 191 г 34, прокатная окалина, ширина полосы частиц 1-3,0 мм. 237 г А, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 5 448 г 23, шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 299 г 23, прокатная окалина, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. 253 г А, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 6 как смесь 5, но с добавлением 350 г ферромарганца в виде частиц. Смесь 7 800 г , шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 446 г Са, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 8 763 г 34, шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 528 г Са, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 9 747 г 23, шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 564 г Са, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 10 572 г 34, шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 191 г 34, прокатная окалина, ширина полосы частиц 1-3,0 мм. 446 г Са, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 11 448 г 23, шаровидная форма, ширина полосы частиц 0-3,0 мм. 299 г 23, прокатная окалина, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. 564 г Са, угловатая форма, ширина полосы частиц 0-1,5 мм. Смесь 12 как смесь 11, но с добавлением 350 г ферромарганца в виде частиц. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3