Referat Clopotel Fonta

Tehnologia de elaborare a fontei

referat.clopotel.ro 1

Cuprins

Tehnologia de elaborare a fontei...................................................... 4Elaborarea fontelor in cubilou.............................................................. 4Materii prime folosite la elaborarea fontelor in cubilou...................... 7Procese din cubilou la elaborarea fontei de a doua fuziune............ 8Factorii tehnologici ce influenteaza procesele metalurgice din cubilou............................................................................................ 14Exploatarea cubiloului.................................................................... 15Pregatirea cubiloului pentru elaborarepag...................................... 16Posibilitati de imbunatatire a functionarii cubiloului..................... 16Elaborarea fontelor in cuptoare electrice cu inductie..................... 17


Tehnologia de elaborare a fontei

este Fonta, produs de baza al industriei siderurgice se elaboreaza in furnal, numit si cuptor inalt.

un agregat complex cu o capacitate de sute de m3. Functionarea lui este neintrerupta, cel putin pentru perioade de cativa ani, intre doua reparatii.

Prin partea superioara, numita gura furnalului se introduc materiile prime: cocsul si minereul de fier. Sub actiunea gazelor, prin arderea combustibilului si a caldurii, incarcatura coboara treptat in furnal catre zonele de temperatura inalta. In aceste zone ia nastere fonta lichida, care se scurge in partea de jos a furnalului numita creuzet.

Viteza de coborare a incarcaturii in furnal intereseaza foarte mult pe furnalisti in vederea dirijarii procesului de elaborare a fontei. Determinarea acestei viteze este imposibil de realizat cu alte metode decat acea cu izotopi radioactivi.

In acest scop se marcheaza cate un bulgare de cocs si de minereu de fier cu ajutorul capsulelor cu izotopi radioactivi si se introduc prin gura furnalului, notandu-se precis ora. In interiorul furnalului, in mai multe locuri se introduc contori Geiger-Müller inchisi in tuburi de protectie racite cu apa, pentru a nu se deteriora din cauza caldurii. Acesti contori semnalizeaza trecerea fiolelor cu (izotopul folosit) prin dreptul lor. In acest fel se poate trasa un grafic exact al mersului incarcaturii si se poate calcula viteza de coborare a materialului in diferite zone. Se determina profilul cel mai bun al furnalului, avand in vedere scopul ca materialele sa aiba o viteza aproape uniforma.

Pentru a intretine si a activa arderea combustibilului, in furnal se sufla aer cu ajutorul gurilor de vant. Pentru a determina viteza curentilor de aer in interiorul furnalului, in aerul introdus se amesteca un gaz radioactiv. La diferite inaltimi, gazele din furnal sunt absorbite si evacuate, trecand prin camere de ionizare unde se inregistreaza radioactivitatea. In felul acesta se poate studia drumul si viteza gazului radioactiv, deci si a gazelor care circula prin furnal.

Elaborarea fontelor in cubilou

Cubiloul (fig 6.29) constituie cel mai raspandit agregat de topire folosit in turnatoriile de fonta si aceasta datorita constructiei sale relativ simple si ieftine, usurintei in exploatare si posibilitatii de obtinere a unei fonte lichide cu compozitia chimica si temperatura dorite.


Cubilourile se pot clasifica dupa mai mjulte criterii dintre care cele mai importante sunt urmatoarele :

- dupa profilul interior al captuselii (cilindrice, tronconice) ;- dupa natura captuselii (acide, semiacide, bazice) ;


dupa caracteristicile constructive (fara antecreuzet, cu antecreuzet, fix sau basculant, cu aer rece sau cald, cu unul sau mai multe randuri de guri de aer).

In functie de productia orara necesara se aleg doua dintre aceste dimensiuni, tinandu-se seama ca productia specifica a unui cubilou variaza intre 6 si 8 t/ m2h. In tabelul 6.8 se dau diametrul si inaltimea cubiloului functie de productia orara necesara.


Materii prime folosite la elaborarea fontelor in cubilou

Materii prime folosite la elaborarea fontei sunt variate si anume : materiale metalice, combustibili, fondanti, materiale refractare etc.

Materialele metalice utilizate constau din fonta bruta de furnal, fonta veche, fier vechi, strunjituri, deseuri proprii, feroaliaje.

Fontele brute de furnal destinate elaborarii fontelor de a doua fuziune sunt de doua categorii : obisnuite si speciale. Diferenta dintre fontele obisnuite si cele speciale pentru turnatorie consta in compozitia lor chimica (continuturi de Si, Mn, P, S sunt mai scazute in fontele brute speciale).

Uneori, in vederea imbunatatirii proprietatilor fontelor turnate, se foloseste in incarcatura cubiloului si fonta de afinare ce contine Si in cantitatemai mica fata de cele brute de turnatorie.

Fonta veche se introduce in cubilou in proportie de 20...60%. compozitia ei chimica e foarte variabila , ceea ce impune ca ea sa fie sortata si depozitata pe calitati.

Deseurile si rebuturile proprii au compozitie chimica cunoscuta si se pot sorta usor.

Deseurile de otel din incarcatura pot varia intre 0 si 70%. In general, se folosesc deseuri de otel carbon si se apreciaza urmatoarea compozitie chimica a acestora :

C = 0,10...0,55% ; Mn = 0,50...0,90% ; Si = 0,20...0,55% ; S ≤ 0,66% ; P ≤ 0,06%.

Cocsul constituie combustibilul utilizatin cea mai mare parte pentru topire in cubilou. In tabelul 6.9 se dau principalele caracteristici ale cocsului de turnatorie.

Consumul mediu de cocs variaza intre 8 si 16% din incarcatura.Fondatii utilizati in incarcatura constau, in general, din calcar. Pentru

cresterea fluiditatii zgurei se utilizeaza dolomita si fluorina (CaF2).Un calcar bun trebuie sa contina minimum 50% (CaO + MgO) max

0,1% S si max 0,02% P. Dimensiunile bucatilor de cocs vor fi intre 50 si 70 mm.

Consumul de calcar este in medie intre 2,5 si 4,5%.


Procesele din cubilou la elaborarea fontei de a doua fuziune

a. Procese de ardere si de schimb de caldura.

Procesele de ardere au loc in zona ocupata de patul de cocs, in timp ce procesele de schimb de caldura se desfasoara pe intreaga inaltime utila a cubiloului (fig 6.30). Inaltimea cubilouluipoate fi impartita in patru zone (fig 6.31, a) care au diferiti parametri si anume : temperatura gazelor (Tg), compozitia gazelor (% O2, %CO2 , %CO) si coeficientul de ardere (ŋ) (fig 6.31, b).

Aceste patru zone sunt :I – zona creuzetului (hc) ;II – zona de ardere sau oxidare (ha) ;III – zona de reducere (hr) ;IV – zona de preincalzire (neutra) (hn).


Zona I (zona creuzetului) se intinde de la vatra cubiloului pana la nivelul gurilor de aer. In aceasta zona are loc o reducere avansata a CO2 de catre C si deci temperatura gazelor scade. Are loc o crestere a continutului de CO pana la circa 34,0%.

In zona II decurge arderea cocsului care vine in contact cu aerul introdus prin gurile de aer.

Din fig 6.31, b se constata ca la nivelul superior al zonei II continutul de CO2 in gaze este maxim , ceea ce a dus la un ŋ maxim si deci o temperatura a gazelor maxima.

Zona III se intinde pana la partea superioara a patului de cocs avand inaltimea intre 500 si 700 mm.

Dupa cum se observa si in figura 6.31 in aceasta zona are loc o micsorare a continutului de CO2 ica urmare a reactiei C + CO2 = 2 CO, care este o reactie aendoterma. Are loc o micsorare a temperaturii gazelor de la 1 600...1 7500C la 1 300...1 4200C. Ca urmare a acestei reactii de reducere a CO2 de catre C, aceasta zona se numeste zona de reducere.

Zona IV – de deasupra patului de cocs – se numeste zona neutra, deoarece nu au loc procese importante care sa determine o schimbare a compozitiei gazelor. Are loc o micsorare a temperaturiigazelor datorita


schimbului de caldura cu materialele metalice introduse in cubilou, care intra in cubilou, care sunt supuse unui proces de preincalzire.

In functie de variatia temperaturii incarcaturii metalice pe inaltimea cubiloului se pot distinge trei zone (fig 6.31, a) :

- zona de preincalzire (hp) ; - zona de topire (ht) ; - zona de supraincalzire (hs) .

Dupa cum se poate constata din fig 6.30, materialele metalice care intra in cubilou si sunt supuse in perioada cat strabat inaltimea cubiloului la un proces continuu de incalzire, ceea ce conduce la topirea lor si supraincalzirea fontei lichide obtinute.

Incalzirea bucatilor metalice din incarcatura de la temperatura de incarcare si pana la cea de topire are loc deasupra patului de cocs. Consumul de caldura necesara pentru incalzirea incarcaturii metalice este de circa 715 kj/kg.


Topirea bucatilor metalice incepe atunci cand temperatura gazelor depaseste cu 50...700C pe cea de topire a incarcaturii metalice.

Nivelul la care incepe topirea e in functie de temperatura gazelor si cu cat temperatura gazelor e mai ridicata, cu atat si topirea incepe intr-o zona superioara.

Prin topire, incarcatura metalica se transforma in picaturi de metal lichid. In acelasi timp apar si picaturi de zgura. Se aproximeaza ca pentru o tona de fonta lichida se formeaza in zona de topire 2...3 milioane picaturi. Picaturile metalice continua sa strabata patul de cocs, cand are loc supraincalzirea lor de la temperatura de topire pana la 1 400...1 5000C.

Caldura necesara pentru supraincalzirea fontei este de 250 kj/kg.Formarea zgurei in cubilou e influentata de prezenta cocsului pe

intreaga inaltime strabatuta de picaturile de zgura si de temperatura ridicata a gazelor.

Principalele surse de formare a zgurei in cubilourile acide sau bazice sunt :

- cenusa cocsului care contine 40...55% SiO2 ; 22...28% Al2O3 ; 20...27% Fe2O3 ;

- fondatii introdusi (se introduc 2,5...4,5% din greutatea incarcaturii metalice) ;

- nisipul ramas pe piesele rebutate si retelele de alimentare ce se introduc in incarcatura ;

- oxidarea elementelor din incarcatura.In total zgura formata in cubilou este 5...10% din greutatea incarcaturii

metalice.Zgura acida incepe sa se formez odata cu aparitia primelor picaturi de

metal lichid in zona topire.Compozitia finala a zgurei variaza in limitele : 40...55% SiO2 ; 15...30%

CaO ; 5...20% Al2O3 ; 3...15% FeO ; 2...10% MnO ; 0,5% MgO ; 4% FeS.Zgura bazica asigura o viteza mai mare proceselor metalurgice. Are o

bazicitate cuprinsa intre 1,4 si 2. Compozitia chimica a zgurelor bazice de cubilou este urmatoarea : 40% CaO ; 30% SiO2 ; 18...20% MgO.

b. Procese de oxidare si reducere.

In functie de variatia raportului CO/CO2 si a temperaturii gazelor pe inaltimea cuvei cubiloului, atmosfera cubiloului e reducatoare in zona creuzetului, puternic oxidanta in zona gurilor de vant si slab oxidanta pe toata inaltimea cuvei cubiloului. In functie de aceste caracteristici ale atmosferei gazoase materialele din cubilou pot suferi si ele reactii de oxidare sau de reducere.

Variatia continutului de fier. In zona de preincalzire atmosferae slab oxidanta, putand sa aiba loc o oxidare a fierului conform reactiei :


<Fe> + {CO2} = (FeO) + {CO} (6.37)In zona de reducere, ca urmare a unei suprafete de contact mare intre

picaturile de metal lichid si atmosfera oxidanta, oxidarea e ceva mai puternica catre partea inferioara a zonei de reducere.

In zona de ardere continuturile de CO2 si O2 sunt ridicate (fig 6.31), ceea ce conduce la un proces foarte intens de oxidare a fierului conform cu reactia :

2[Fe] + {O2} = 2(FeO) (6.38)3(FeO) + ½ {O2} = (Fe3O4) (6.39)2(FeO) + {CO2} = (Fe2O3) + {CO} (6.40)In zona creuzetului, atmosfera fiind reducatoare ca urmare a micsorarii

pronuntate a % CO2 de la 21% la 2% pot decurge reactiile de reducere indirecte :

(Fe3O4) + {CO} = (FeO) + {CO} (6.41)(FeO) + {CO} = (Fe) + {CO2} (6.42)Oxidarea fierului e cu atat mai puternica cu cat temperatura gazelor e

mai mica, continutul de CO in gaze si consumul de cocs sunt scazute. Pierderile totale de fier variaza in functie de conditiile cubiloului intre 0,25 si 2,25%.

Variatia continutului de siliciu. Siliciul, ca urmare a unei afinitati mari fata de oxigen, e oxidat pe intreaga inaltime a patului de cocs conform cu reactia :

[Si] + 2[FeO] = (SiO2) + 2[Fe] (6.43)In creuzetul cubiloului, unde fonta lichida si zgura sunt in contact cu

cocsul o perioada de timp, are loc o reducere a silicei (SiO2) din zgura :(SiO2) + [C] = [Si] + 2{CO} (6.44) (SiO2) + 2Ccocs = [Si] + 2{CO} (6.45)Oxidarea Si e mai pronuntata atunci cand :- continutul de CO2 in gaze e mai mare ;- consum de cocs mai redus ;- continut de Mn in incarcatura e mai redus ;- bazicitatea zgurei mai mare.In conditiile de lucru practice, pierderile de Si prin oxidare variaza intre

5 si 25% la cubilourile acide si intre 25 si 50% la cubilourile bazice.Variatia consumului de Mn. Ca urmare a atmosferei puternic oxidante

din zona de ardere are loc oxidarea Mn conform reactiei :[FeO] + [Mn] = MnO) + [Fe] (6.46)In zona creuzetului, ca urmare a atmosferei reducatoare, are loc o

reducere a oxizilor de Mn de catre C si Si din baia metalica. Are loc deci o regenerare a Mn, conform cu reactiile :

(MnO) + [C] = [MN] + {CO} (6.47)2(MnO) + [Si] = 2[Mn] + (SiO2) (6.48)


Pierderile de Mn prin oxidare sunt in functie de proportia de FeO din baie, de bazicitatea zgurei si de continutul de de Si din fonta. Cu cat % CO2

din gaze si FeO din zgura sunt mai mari, iar bazicitatea zgurei si continutul de Si din fonta mai mici, cu atat mai mari sunt si pierderile prin oxidare. Pierderile de Mn variaza intre 15 si 40%.

Variatia continutului de carbon. In functie de continutul de C al incarcaturii metalice sau al fontei lichide, in cubilou poate avea loc un proces de decarburare (oxidare) sau carburare. Lectia de oxidare a C poate decurge conform cu reactiile :

<C + {CO2} = 2{CO} (6.49)<C> + ½{O2} = {CO} (6.50)[C] + (FeO) = [Fe] + {CO} (6.51)[C] + {O2} = {CO2} (6.52)Reactia de carburare are loc in mare parte in zona creuzetului, unde

atmosfera e reducatoare si consta in trecerea C din cocs in fonta printr-un proces de difuzie.

Carburarea e direct influentata de temperatura fontei lichide, de gradul de saturatie in carbon al fontei si de durata de contact dintre cocs si fonta lichida.

Variatia continutului de S. Problema sulfului in cubilou are o importanta aparte, datorita tendintei mari pe care aceasta o are de a trece din cocs sau din gaze in fonta lichida (procesul de sulfurare). Din cantitatea totala de S introdusa in cubilou 50...75% trece in fonta. Sursa principala de S in cubilou o constituie cocsul ca aduce intre 40 si 60% din cantitatea de S.

Reactiile de sulfurare pot avea loc in zona de preincalzire, cand incarcatura solida sau lichida reactioneaza cu SO2 din gaze (sulfurare indirecta).

3<Fe> + {SO2} = <FeS> + <FeO> (6.53)3[Fe] + {SO2} = [FeS + 2[FeO] (6.54)In cubilou decurge si un proces de desulfurare, ca urmare a actiunii

zgurei formate. In vederea obtinerii unui continut scazut de S in fonta e necesar sa se asigure o temperatura ridicata in cubilou si o baziicitate mai mare prin adaos de calcar in incarcatura. Este, de asemenea, necesar ca cocsul folosit sa contina o cantitate de S cat mai scazuta posibil.


Factorii tehnologici ce influenteaza procesele metalurgice din cubilou

Procesele ce au loc in cubilou sunt influentate in mod deosebit de consumul si calitatea cocsului, debitul, presiunea, temperatura si modul de introducere a aerului.

In figura 6.32 e prezentata corelatia dintre temperatura fontei lichide, cantitatea de aer si consumul de cocs in cazul suflarii de aer rece sau cald.

Consumul de cocs al unui cubilou e exprimat prin cantitatea din patul de cocs si cea introdusa pentru topire (portia de lucru).

Cantitatea de cocs din patul de cocs e determinata, in principal, de inaltimea acestuia.


Daca cantitatea de cocs pentru topire e prea mica, se obtine o fonta rece. Din contra, daca aceasta e prea mare, se obtine o fonta calda, dar se micsoreaza capacitatea de productie a cubiloului. Capacitatea de productie a cubiloului se micsoreaza, deoarece pentru arderea unei cantitati mai mari de cocs e necesara o durata mai mare de timp.

E necesar sa se pastreze o ritmicitate de incarcare a cubiloului, ceea ce conduce la pastrarea nivelului optim al patului de cocs. In acest mod se asigura o constanta a parametrilor de functionare a cubiloului, cum sunt : inaltimea zonei de ardere, a zonei de reducere, de topire si supraincalzire a fontei.

Pe langa cantitatea de cocs utilizata, o influenta deosebita o are si calitatea acestuia.

Debitul de aer suflat prin gurile de aer influenteaza puternic mersul cubiloului. Acesta variaza, in conditii practice, intre 80 si 200 m3/m2 ∙min.

Cresterea capacitatii de productie a cubiloului pe seama cresterii debitului de aer e mai economica comparativ cu cu cresterea consumului de cocs.

Temperatura aerului suflat de cubilouri poate fi cea ambianta – cubilouri cu aer rece – si poate varia intre 250 si 6000C – cubilouri cu aer preincalzit.

Introducerea aerului preincalzit inseamna un aport suplimentar de caldura, ceea ce ajuta la intensificarea procesului de ardere si deci la cresterea productiei specifice cubiloului si a temperaturii fontei.

Un rol important in functionarea cubiloului il joaca modul de alimentare cu aer. In functie de numarul, marimea si distributia unghiului de inclinare a gurilor de aer se poate asigura o uniformitate a functionarii cubiloului.

Exploatarea cubiloului

Procesul tehnologic de elaborare a fontei in cubilou cuprinde mai multe etape importante. De modul cum sunt conduse fiecare din etapele procesului tehnologic depinde, in mare masura, calitatea fontei elaborate.

Repararea cubiloului. Reparatiile cubiloului sunt de trei feluri :- reparatii curente, ce se executa dupa fiecare topire ;- reparatii mijlocii, ce se executa dupa 18...20 topiri ;- reparatii capitale, ce se executa dupa o perioada mai lunga (2 000

topiri)Materialele utilizate pentru reparatii au, de obicei, aceeasi compozitie

chimica ca si captuseala refractara a cubiloului (80...75% nisip de cuart si 20...25% argila refractara).

Se vor inlocui dupa fiecare topire caramizile pentru orificiul de scurgere al fontei.


Orificiul de scurgere al zgurei se executa in acelasi mod prezentat mai sus.

Pregatirea cubiloului pentru elaborare. Dupa terminarea reparatiei se inchid usile de la vatra cubiloului, dupa

care se executa vatra. Urmeaza apoi operatia de pornire prin aprinderea cocsului din patul de cocs. In timpul cand patul de cocs se incalzeste e necesar ca orificiile din gurile de aer sa fie deschise.

Incarcarea cubiloului se face pana la gura de inacrcare in straturi succesive : material;e metalice, fondanti si combustibili.

Dupa incarcarea cubiloului pana la gura de incarcare se porneste ventilatorul.

Primele picaturi de fonta lichida apar dupa 3...5 min de la inceperea suflarii aerului.

Deschiderea orificiului de evacuare se face manual. La evacuarea continua a fontei din cubilou, orificiul de evacuare a zgurei poate ramane continuu deshis sau se inchide prin introducerea unor dopuri din argila.

La terminarea topirii se fac pregatiri pentru descarcarea cubiloului, controlandu-se ca locul unde se evacueaza resturile din cubilou sa fie uscat.

Posibilitati de imbunatatire a functionarii cubiloului

Scopul imbunatatirii functionarii cubiloului consta in obtinerea unei fonte de calitate superiaora, cresterea randamentului termic si reducerii consumului de cocs. In acest sens au aparut mai multe solutii de imbunatatire a functionarii cubilourilor.

Cubiloul cu captuseala bazica permite producerea unei fonte cu continut ridicat de carbon (3,9...4,2%) si Mn si continut scazut de Si. Permite, totodata, elaborarea unei fonte cu continut scazut de S si P in cazul cresterii corespunzatoare a bazicitatii zgurei (≥ 1,3). Este posibil ca incarcatura metalica sa fie constituita din 100% deseuri de otel sau fonta.

Cubiloul racit cu apa permite micsorarea consumului de materiale refractare prin micsorarea uzurii captuselii in zonele de topire si supraincalzire. Au aparut mai multe sisteme de racire cu apa a cubilourilor.

Cubiloul cu aer preincalzit asigura producerea unor fonte cu caracteristici mecanice superioare, in conditiile micsorarii consumului de cocs.

Cubiloul cu insuflare de oxigen are o productie orara marita si asigura o temperatura a fontei lichide mai mare. Metoda nu a capatat o extindereprea mare in turnatoriile de fonta datorita pericolului de explozie, cat si din motive economice. Oxigenul se poate introduce pur sau prin imbogatirea cu O a aerului.


Cubiloul cu injectie de combustibil lichid (gudronul de lignit si pacura) permite cresterea productiei orare a cubiloului si a temperaturii fontei lichide.

Cubiloul cu cox si gaz metan permite inlocuirea a peste 50% din cantitatea de cocs cu CH4 si cresterea productiei orare. Se obtine o fonta cu continut de S mai scazut.

Introducerea gazului metan determina o crestere a cantitatii de H din fonta lichida si micsorarea fluiditatii acesteia.

In general, se constata o tendinta de crestere a preocuparilor pentru imbunatatirea functionarii cubiloului. Astfel, in unele tari se construiesc cubilouri cu diametrul de peste 2 000 mm, dotate cu cele mai moderne sisteme de comanda si control a proceselor. Problema care se pune este de a se dota cubiloul cu toate imbunatatirile necesare, pentru a raspunde mai bine cerintelor tot mai severe impuse de conditiile necesare, pentru a raspunde mai bine cerintelor tot mai severe impuse de conditiile de lucru in turnatorii si de reducere a consumului de cocs.

Elaborarea fontelor in cuptoare electrice cu inductie

Cuptoarele cu inductie utilizate in turnatoriile de fonta sunt cu creuzet cu frecventa intre 50 si 6 000 Hz (fig 6.33) si cu canal cu frecventa de 50 Hz (fig 6.34).


Elaborarea fontelor intr-un cuptor electric cu inductie prezinta cateva avantaje foarte importante fata de cubilou si anume :

- compozitia chimica a fontei e mai omogena si poate fi controlata in limite mai precise ;

- fonta poate fi supraincalzita pana la temperaturi de 1 6500C ;- materialele utilizate in incarcatura pot fi mai diversificate si mai ieftine.


Aceste cuptoare sunt destinate, in general, pentru topire, supraincalzire si mentinere, fara a putea efectua operatii de afinare (mai putin desulfurare) a baii metalice. Din acest motiv, materia prima utilizata in incarcatura trebuie sa fie foarte curata. Ea consta, in general, din fier vechi, strunjituri de fonte sau otel, deseuri proprii. In vederea carburarii se folosesc diferite surse de carbon.


Bibliografie

http://www.referatele.com/referate/chimie/online1/ALIAJE--Aliaje-feorase-si-neferoase-referatele-com.php

http://www.referatele.com/referate/chimie/online9/Referat-despre-fonta-otel-referatele-com.php

http://www.referatele.com/referate/fizica/online6/IZOTOPI-RADIOACTIVI---Particularitati-ale-metodei-trasorilor-radioactivi-Elaborarea-fontei-Elaborare.php

Studiul metalelor – Tudor Andrei Mutiu – Institutul de cercetare si proiectare aparataj pentru instalatii si utilaje pentru constructii – 1985

Studiul metalelor – Conf. dr. ing. Maria Radulescu – Editura didactica si pedagogica, Bucuresti – 1982




Documents

Referat Clopotel Fonta