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.