Pobierz
Transkrypt
Pobierz
24/32 Solidiłication ot' Metais w1d AUoys, No.24, 1995 Krzepniecie Metali i Stop6w, Nr 24, 1995 PAN - Oddział Katowice PL ISSN 0208-9386 ELEKTROKOSTKI W PROCESIE ZELIWIAKOWYM JURA Stanisław Katedra Odlewnictwa Politechniki Śląskiej 44- iOO Gliwice STRESZCZENIE Proces wytapiania żeliwa w żeliwiaku jest dosyć skomplikowany . Prowadzenie procesu metalurgicznego ze względu na atmosferę utlen iającą jest ograniczone. Tworzenie żużla o malej zawartości FeO jest możliwe poprzez redukcję składnikami stopowymi (Mn,Si) bezpośrednio w żużlu . Dzięki temu w pewnym stopniu następuje odsiarczenie żeliwa . Mala zawartość tlenków żelaza w żużlu powoduje wzrost jakości żeliwa co jest celem nowoczesnych procesów wytwarzania. Stosowanie elektrokostek stopowych ulatwia realizacje procesu żeliwiakowego wg norm IS0-9000-9004 . l. RODZAJE ELEKTROKOSTEK Elektrokostka to rodzaj materialu wsadowego stosowanego przede wszystkim do procesu żeliwiakowego [l] . Elektrokostki skladają się z żelazos topów rozdrobnionych do odpowiedniej granulacji i następnie brykietowanych z ud zialem cementu. Powlokacementowa czasami z udziałem dodatków żuż lotwórczych ochrania ziarna że l azostopów przed utlenianiem przy przechodzeniu przez istniejącą strefę spalania w żeliwiaku. Stapianie tej osłony następuje w warstwie żużla i żeliwa przez co skladniki stopowe są efektywnie wykorzystywane. Dla ułatwienia dozowania do wsadu elektrokostki zawierają standardowo l kg lub 0,5 kg czystego skladnika stopoweo [2,3,4]. Obecnie szeroko rozwija produkcję elektrokostek firma Frank i Schulte [5]. Produkcja ta realizowana jest w systemie norm IS0-9002 co zapewnia pełną stabilizację jakości i powtarzalności. Wytwarzane są elektrokostki ze spoiwami cementowymi i dodatkami żużlotwórczymi lub zasadowymi . Są to następujące elektrokostki: -Fe, Mn, - SiC (metalurgiczny) - FeMn + FeSi - SiC (regenerowany) - FeMn +SiC -SiC +C - FeP -c - FeSi 45 - Fe Si Ca - FeSi 75 - specjalne (według potrzeb procesu wytapiania) - FeSi-SiC Tak szeroki wybór elektrokostek pozwala na otrzymywanie żeliwa o wymaganych właściwościach i strukturze. kwaśnymi 208 2. WPLYW ELEKTROKOSTEKNA PROCES METALURGICZNY [5] Wytrzymałość mechaniczna elektrokostek przy przechodzeniu przez szyb żeliwiaka w zasadzie spada a potem przy temperaturze ok. 900 - 1000"C zaczyna ponownie wzrastać. Powstają wtedy nowe ogniotrwałe ceramiczne spieki. Wytrzymałość ta jest jednak wystarczająca aby kostki się nie rozsypywały nim przejdą przez strefę spalania. Dopiero w warstwie znika a potem cieklego żeliwa osłona ceramiczna się rozpuszcza a rozgrzane ziarna żelazostopu bez większych strat przechodzą do cieklego żeliwa oraz skutecznie redukują tlenek żelaza w żużlu . Wpływ różnego rodzaju elektrokostek na zawartość tlenku żeliwa w żużlu przedstawiono na rys. l . Zawartość tlenków żel aza zależy również od temperatury procesu żeliwiakowego. Najskuteczniej na odtlenienie żużla dzialaja elektrokostki FeCaSi, FeMn70 i SiC. Rozkładający się w obecności żużla_ węglik krzemu działa najskuteczniej, ponieważ pierwastki te "in statu nascendi" działają najbardziej efektywnie . Utlenianie krzemu i manganu w procesie żeliwiakowym przedstawiono na rys.2 i 3. Tak więc obniżenie zawartości tlenku żelaza w żużlu efektywnie wpływa na zgar pierwiastków w procesie żeliwiakowym . Stosowanie elektrokostek SiC jest najskuteczniejszym sposobem ograniczenia zgaru manganu i krzemu w procesie wytapiania żeliwa. Żeliwiak z =imnym dmuchem o • N """"' "'<;:; ..". ~ "' " <;:; ~ <;:; <l {...) C) " ~ ~ Żeliwiak z gorącym dnutchem o ."' """ "' ..". i;:; ~ "' " <;:; ~ i;:; <l {...) C) " ~ ~ Rys. l. Wpływ różnego rodzaju eleh.1rokostek na zawartość tlenku żelaza w żużlu Fig. l. An influence of various electro-briquettes on iron oxide eontent in slag {...) i;:; 209 1''"1 50 40 - ··--- o s 6 4 2 Zmvartość lO 1.? 14 16[%} FeO w =u= lu Rys.2. Wpł yw zawartośc i tlenku żel aza w ż u ż lu na zgar manganu ze wsad u metalowego Fig.2. An influence of iron oxide eontent in slag on manganese melting loss of metal d~ {%) 50 ---l 20 J---+-----t·---:?'P<?-<?-~~~c-+~7--ł - -,-------.-- - ,, ~ ~ .._ " N' o 2 4 6 Zmvartość s 10 12 14 16[%} FeO w żużlu Rys.3. Wpływ zawartości tlenku żelaza w żuż lu na zgar krzemu ze wsadu metalowego Fig. 3. An influence of iron oxide eontent in slag on silieon melting lossof metal charge 210 3. ODSTARCZANIE ŻELIWA PRZY POMOCY ELEKTROKOSTEK Możliwość odsiarczania żeliwa jest ś ci ś le uzależniona od zawartości tlenku żelaza w i w ż u żl u. Duża zawartość węgl a w żeliwie ułatwia odsiarczanie tzn. zmniejsza znacznie zawa rto ść tlenu przez co znacznie inten sywniejsze jest odsiarczanie. Reakcje odsiarczania są ściś le u zależnione od zawarto~ci tlenków żelaza w ż u ż lu . Stąd tak ważnym problemem jest solosowanie elektrokostek typu FeCaS i, FeMn70 czy też SiC. Kinetyka rozpuszczania powlok ceramicznych na ziarnach żelazostopów powoduje , że żużel styka s ię bezpoś rednio z redu ktorami . Żużel który posiada ni ska zawartość tlenków żelaza pelni rol ę odsia rczającą. Inaczej ro zkłada się równowaga międ zy zawartością siarki w ż u ż lu (s) i w że l iwie [s]. Wyniki badania wplywu zawartości tlen ku że l aza w żuż l u na zawartość siarki w metalu i w ż użlu przedstawiono na rys.4 i 5. Stosowanie elektrokostek silnie redukujących tlenki że la za ma duże znaczenie przy produkcji żeliwa sferoidalnego. Przy niskiej zawartości siarki w żeliwie przed modyfikacją istnieje duże prawdopodobiei1stwo otrzymania żeliwa sferoidalnego o wysokiej jakości oraz bez wad spowodowanych nadmiarem siarki. żeliwie [ %} .. ---l O. ?.G l 0,15 ---·---r·l ~ <O ·;;; ....,.., ,': 0. 10 ~ 6 N 0.05 :mvartość l [S}"' :e/iwie l o 3 ] Zmvartość 4 5 6 [ %} FeO w trelu Rys.4 . Wpływ zawartości tlenku żelaza w żużlach na zawartość siarki w żeliwie i żu ż lu Fig.4. An influ;nce of iron oxide eontent in slags on sulphur eontent in cast iro n and slag 4. NA WĘGLANIE ŻELIWA PRZY POMOCY ELEKTROKOSTEK Często otrzymanie żeliwa z dużą zawartością węgla (np. powyżej '.3,6 %) jest trudne do osiągnięcia przy zastosowaniu typowego wsadu metalowego. Czasami uzyskanie żeliwa o niskiej zawartości krzemu i wysokiej zawartości wegla jest trudne. Największym jednak problemem, przy skromnych zapasach różnorodnych surówek, jest otrzymanie żeliwa o odpowiednim składzie chemicznym i jakości. Mając do dyspozycji odpowiednie elektrokostlci 21 1 5 ~ - ----~-- 1 - _f 1- l . .. ·- .. . ! ____ li o 2 3 Zml' artość 5 ......... 6 [%} FeO w '!:.u:Ju Rys.5 . Wplyw zaw sa rto ści tlenku żelaza w ż użlu na współczynnik ro zd zi ału siarki w żużlu i metalu {[s]} Fig .5 . An influence of iron oxide eontent in slags on sulphur distribulion ratio in cast iron and in metal mo żna nawęglać wsad metalowy 70 - 80 % Nale ży przyjąć , że elektrokostki typu SiC, FeSi + SiC, SiC + C. z tego typu elektrokostek przechodzi do kąpieli stosując węgla metalowej . Równocześnie n ale ży zwrócić uwagę na fakt, że przy wytwarzaniu żeliwa z dużym ud zialem surówek istnieje niebezpieczei1stwo pojawienia się grafitu pierwotnego w żeliwie, który ze względu na duże wymiary znacznie obniża właściwości mechaniczne. Stosowanie ni skoweglowego wsadu metalowego powoduje że znika grafit pierwotny (latwo się rozpuszcza) a przechodzący z elektrokostek grafit, szczególnie z rozpadu SiC posiada dzialanie modtfikujace. W takiej technologii wytapiania grafit jest drobnopiatkawy a brzegi ( krawęd z ie) płatków są zaokrąglone. Wytrzymałość na rozciąganie takiego żeliwajest wyższa niż wytapianego bez dodatku elektrokostek. S. WNIOSKI Nowoczesna metalurgia w procesie żeliwiakowym może być stosowana dzięki stosowaniu elektrokostek. Specjalna os łona ziarn żelazostopów powoduje, że pierwiastki stopowe nie utleniają się w strefie spalania. Dzięki temu zgar pierwiastków jest m a ły. 212 Stosowanie tych materiałów wsadowych pozwala na stabilizację jakości żeliwa co ma zasadnicze znaczenie w stosowaniu norm lS0-9000-9004 . Niektóre elektrokostki spełniają również rolę modyfikująca strukturę i kształt gratitu. LITERATURA (l] [2] [3] [4] [5] Praca zbiorowa. Encyklopedia Techniki - Metalurgia. Wyd . Śląsk , 1985 , s. l33 . Januszewicz P .: Żeliwiak i jego prowadzenie. PWT - Warszawa, 1956. Podrzucki C., Kałata C.: Metalurgia i odlewnictwo żeliwa . Wyd . Śląsk, Katowice 1976. Sakwa W.: Współczesne metody wytopu żeliwa . Skrypt Pol.Śl. Gliwice 1970. Schram K.: Formalinge fur Kupolofen . Ver!. Frank u.Schulte, ESSEN 1978. Alloy Electro-Briquettes for Coupola-Furnaces Proces SUMMARY Process of cast iron melting in cupola is qui te compound. Running the metallurgical process is limited due to oxidizing atmosphere. Making the slag of smali FeO eontent is possible directly in slag by means of alloy components reduction (M n, S i). Due to the above mentioned operation the slight desulfurization of cast iron occurs. Smali eontent of iron oxides in slang causes the cast iron quality increase that make the purpose of modern manufacturing processes. Application of alloy electro-briquettes makes th e realization of cupola-furance process easier, in accordance with IS0-9000-9004 standard.