[发明专利]熔化金属表面的发热保温剂

说明书

本发明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。

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（昭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分为可燃元素碳，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。

本发明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。

本发明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，其量为：碳化稻壳55-95%（重量），氧化剂0.1-40%（重量），植物粘结剂0-20%（重量），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℃，使用时将本产品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/吨的碳化稻壳的成分如表2所示。

本发明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。

本发明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℃。

使用时将发热保温剂置于熔化金属表面，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2NaNO₃→Na₂O+2NO₂+1/2O₂使碳化稻壳中的碳燃烧，或者发生氧化还原反应如Fe₂O₃+C→2FeO+CO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。