Moliwoci wykorzystania drobnych frakcji elazostopów w procesie ich pneumatycznego wprowadzania do ciekłego eliwa

Transkrypt

1 AMME 003 th Moliwoci wykorzystania robnych frakcji elazostopów w procesie ich pneumatycznego wprowazania o ciekłego eliwa J. Jezierski Instytut Materiałów Inynierskich i Biomeycznych, Zakła Olewnictwa, Politechnika lska, ul. Towarowa 7, Gliwice, Polan Stosunkowo awno zaobserwowano, e na stopie wykorzystania (efektywno) oatków stopowych zasaniczy wpływ ma ich rozrobnienie oraz sposób wprowazania. Sporó wielu meto wprowazania rozrobnionych skłaników rónego rozaju o ciekłego stopu wioc jest metoa pneumatycznego wmuchiwania. W przypaku pieców inukcyjnych, ze wzglu na specyfik wytopu najkorzystniejszym rozwizaniem wyaje si by wstrzeliwanie proszków lanc, której wylot znajuje si w pewnej oległoci o lustra ciekłego stopu. W tym przypaku pojawia si problem zapewnienia poszczególnym ziarnom proszku wystarczajcej energii la pokonania oporów oroka, jakim jest ciekły stop. Rozwinicie metoy wmuchiwania proszków wyaje si by celowe, zwłaszcza w aspekcie wykorzystywania robnych frakcji niektórych materiałów, które w procesie wytwarzania s uwaane za opaowe. Uzyskanie pozytywnych wyników moe umoliwi praktyczne wykorzystanie tej metoy, zwłaszcza, e proucenci materiałów la metalurgii i olewnictwa, sygnalizuj potrzeb wykorzystania proszków elazostopów la efektywnego uzupełniania skłaników stopowych w eliwie i staliwie. W artykule przestawiono wyniki eksperymentów wprowazania oatków stopowych o ciekłego eliwa. Na uzyskiwane wskaniki technologiczne tego procesu wpływ ma szereg parametrów takich jak konstrukcja poajnika i lancy wmuchujcej, wielko wprowazanych ziaren, temperatura ciekłego metalu i inne. Jenak na postawie baa stwierzono, e najwaniejszy wpływ na efektywno wmuchiwania oatków stopowych o ciekłego eliwa lanc niezanurzon ma prko ziaren elazostopów na wylocie z lancy. Zapewnia ona wystarczajcy la naleytego rozprowazenia oatku stopowego zasig strumienia wufazowego w ciekłym stopie.. ZAKRES BADA Cel pracy, który zakłaał analiz metoy wstrzeliwania po ktem jej wykorzystania przemysłowego la wprowazania elazostopów o eliwa, został zrealizowany w oparciu o wyniki baa przeprowazonych na zmoernizowanym stanowisku laboratoryjnym Zakłau Olewnictwa Politechniki lskiej. W publikacji przestawiono stanowisko

2 46 J. Jezierski owiaczalne, oraz skrócony opis baa, które prowazone były w oparciu o schemat cyklu baawczego i zaproponowany kompozycyjny plan eksperymentu. Schemat stanowiska baawczego przestawia rys.. Urzzenie naawcze zastosowane w baaniach umoliwia zmian nastpujcych parametrów pracy: - natenia przepływu gazu i koncentracji strumienia wufazowego poprzez zmian renicy yszy regulacyjnej, - natenia przepływu materiału poprzez zmian nacinienia w zbiorniku cinieniowym p 4, cinienia gazu zasilajcego p, majcego zasaniczy wpływ na prko strumienia. Rys.. Schemat stanowiska baawczo-pomiarowego: - poajnik transportu pneumatycznego, - przewó transportowy gumowy, 3- lanca, 4- zerzak, 5- pokrywa ochronna, 6-rotametr pomiarowy RDN-5, 7- reuktor cinienia gazu zasilajcego, 8- piec elektryczny inukcyjny tyglowy, 9- rami, Ar- butla z argonem technicznym, p, p, p 4 - manometry mierzce cinienie w poszczególnych punktach instalacji Strumie wufazowy wprowazany był o pieca elektrycznego inukcyjnego tyglowego o czstotliwoci 8000 [Hz], mocy maksymalnej 55 kw z wyłoeniem korunowym, o pojemnoci nominalnej ok. 30 kg ciekłego eliwa... Sposób prowazenia baa Po załaunku pieca wsaem, obliczonym na osignicie skłau opowiaajcego eliwu Zl 50 i jego roztopieniu oraz cigniciu ula, poszczególne operacje były prowazone w nastpujcej kolejnoci: - pobranie próbki stopu o analizy skłau chemicznego, - załaunek owaonej uprzenio porcji materiału o zbiornika,

3 Moliwoci wykorzystania robnych frakcji elazostopów 47 - ustalenie anej oległoci lancy o kpieli oraz temperatury ciekłego stopu, - otwarcie opływu argonu oraz zasuwy obrotowej i rozpoczcie pomiaru czasu trwania transportu, - pomiar cinie w poszczególnych punktach ukłau oraz natenia przepływu argonu, - po zakoczeniu wmuchiwania, zamknicie zaworu i poniesienie lancy, - pomiar temperatury ciekłego eliwa po zakoczeniu procesu, - pobranie próbki stopu o analizy skłau chemicznego. W trakcie eksperymentów mierzono temperatury kpieli metalowej prze T p i po zakoczeniu wmuchiwania T k. Temperatur pocztkow ustalano na poziomie 450 ºC ± 5 o C, a proces wmuchiwania prowazony był przy włczonym piecu, przy zasilaniu zapewniajcym stabilizacj temperatury ciekłego stopu... Wmuchiwane elazostopy W eksperymentach zastosowano wa elazostopy: - elazochrom wysokowglowy FeCr 650 o zawartoci 69 % Cr oraz 7,6 % C, - elazokrzem FeSi 75 o zawartoci 7 % Si. Ze wzglu na fakt, e efektywno procesu wprowazania oatków stopowych baano mizy innymi w zalenoci o wielkoci ich ziarna, okonano poziału baanych elazostopów na frakcje wmuchiwane ozielnie.. ANALIZA WYNIKÓW EKSPERYMENTÓW Poczas eksperymentów wstrzeliwania okonywano pomiarów wszystkich najwaniejszych parametrów pneumatycznego przemieszczania elazostopów oraz parametrów ciekłego eliwa. Obliczono nastpnie najwaniejsze wskaniki procesu, jak równie przy pomocy analizy statystycznej wskazano, które parametry wpływaj najmocniej na uzyskiwane jego efekty. Oceny okonano na postawie analizy wpływu głównych parametrów pracy instalacji (zwłaszcza prkoci gazu na wylocie z lancy) na postawowe wskaniki technologiczne jak: szybko i efektywno wprowazania oatków stopowych oraz ich bezwzglny przyrost w ciekłym eliwie... Prko gazu nonego na wylocie z lancy Na postawie analizy statystycznej stwierzono, e najwaniejszym la właciwego rozprowazenia proszku w całej objtoci ciekłego stopu jest prko gazu nonego na wylocie z lancy, a parametr ten zaley głównie o wartoci cinie w instalacji transportu, co przestawiaj zalenoci eksperymentalne () i () opowienio la wstrzeliwania FeCr oraz FeSi: w k = + () 9, ,68 p 4, 974 p4 gzie: p cinienie zasilania gazu nonego p 4 cinienie wewntrz poajnika w k = () 46,09 +,033 0 p +,87 0 p4

4 48 J. Jezierski.. Zasig strumienia w ciekłym metalu Jenym z istotniejszych zaganie w procesach pneumatycznego wprowazania proszków jest zasig strumienia wufazowego L w ciekłym metalu. Parametr ten jest jeszcze barziej istotny w przypaku wstrzeliwania materiału zna powierzchni kpieli metalowej. Obliczeniowy zasig strumienia w wikszoci prób wmuchiwania elazokrzemu oscylował w granicach połowy głbokoci tygla. Przeprowazono analiz statystyczn, której wynikiem s równania (3) la wmuchiwania FeCr650 oraz (4) la wmuchiwania FeSi L =, ,388 0 H +,568 0 µ (3) 4 L =,53 0 9,485 0 H +,430 0 w k,05 0 cz (4) gzie: H oległo wylotu lancy o powierzchni ciekłego metalu µ - stenie masowe mieszaniny w k prko gazu na wylocie lancy cz renia renica czstek elazostopu.3. Efektywno wprowazania skłanika stopowego Warto tego najistotniejszego technologicznie parametru zmieniała si w przeziale 78,9 93, % la wstrzeliwania FeCr oraz 89,8 97,9 % la FeSi75. Wynikiem analizy statystycznej wielkoci wpływajcych na efektywno s opowienio: równanie (5) la wmuchiwania FeCr650 i równanie (6) la wmuchiwania FeSi75, (rys. i 3). E = 5, ,750 0 (5) wk,99 0 cz E [%] cz [m] 0,5 0, w k [ m/s] Rys.. Efektywno w funkcji prkoci gazu oraz wielkoci ziarna la eksperymentów wmuchiwania FeCr650

5 Moliwoci wykorzystania robnych frakcji elazostopów 49 E = 8, ,697 0 (6) 3 wk 3,668 0 cz E [% ] , 0,5 0,5 0,75 cz [ m], w k [m/s] Rys. 3. Efektywno w funkcji prkoci gazu oraz wielkoci ziarna la eksperymentów wmuchiwania FeSi75.4. Przyrost zawartoci pierwiastków stopowych Z punktu wizenia przemysłowego wykorzystania metoy wmuchiwania oatków stopowych wana jest łatwo uzyskiwania uych przyrostów pierwiastków stopowych w ciekłym eliwie. Przeprowazone baania potwierziły przyatno metoy wmuchiwania take w tym aspekcie, a uzyskane równania statystyczne opisujce przyrost opowienio chromu (7) i krzemu (8) s nastpujce: Cr = + 6 4, ,035m 3,88 0 H,544w (7) k 6 5 Si = 5, ,44m 3,049 0 H + 3,083 0 w + 3, 30Si (8) k p W powyszych równaniach ponownie pojawia si prko wylotowa gazu jako jeen z ecyujcych parametrów procesu jak równie zwizany z ni zasig strumienia wufazowego. Ponato na bezwzglny przyrost zawartoci pierwiastka stopowego wpływa wprowazona jego ilo, co jest uzasanione z punktu wizenia zjawisk rozpuszczania ziaren elazostopu przez ciekłe eliwo. W równaniach uwiocznił si take ujemny wpływ zwikszania oległoci wylotu lancy o powierzchni ciekłego metalu, co było zwłaszcza wioczne w oniesieniu o najrobniejszych ziaren elazostopów.

6 40 J. Jezierski 3. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Przeprowazone eksperymenty wskazały jenoznacznie najwaniejsze parametry, wpływajce bezporenio na efekty technologiczne procesu pneumatycznego wprowazania oatków stopowych o ciekłego eliwa. Z przeprowazonych w warunkach laboratoryjnych baa, mona wysun nastpujce wnioski:. Metoa wmuchiwania oatków stopowych o ciekłego eliwa lanc niezanurzon, umoliwiła uzyskanie barzo wysokich efektywnoci i szybkoci przyswajania chromu i krzemu oraz ich przyrostu w ciekłym eliwie.. Decyujcy wpływ na wymienione parametry, ma prko gazu na wylocie z lancy, warunkujca uzyskanie przez ziarna elazostopów wystarczajcej energii kinetycznej, niezbnej o zanurzenia si w ciekłym metalu. 3. Opowienia warto prkoci strumienia, zapewnia uy jego zasig w kpieli metalowej, o którego w znacznym stopniu zale parametry technologiczne procesu. 4. Regulacja prkoci strumienia moe obywa si poprzez zmian cinienia zasilania p lub, przez wymian yszy u wlotu komory mieszania poajnika. Sterowanie strumieniem masowym proszku moliwe jest poprzez regulacj cinienia w poajniku. 5. Najwysze wskaniki procesu zapewnia uycie elazostopów o reniej wielkoci ziaren i oległoci lancy o lustra ciekłego metalu równej 40 mm. Zastosowanie mniejszych ziaren lub wikszych oległoci lancy wymaga zwikszenia cinienia zasilania p, celem uzyskania wikszej prkoci wylotowej gazu. 6. Uzyskane wyniki wskazuj na fakt, e metoa wstrzeliwania oatków stopowych, moe by stosowana o ich wprowazania w procesach wytwarzania eliw stopowych. Opracowany moelowy zestaw urzze jest w pełni sterowalny i po powikszeniu skali, moe by stosowany w warunkach przemysłowych. LITERATURA J. Jezierski, S. Jura, K. Janerka, Pneumatyczne wprowazanie elazokrzemu o ciekłego eliwa. Archiwum Olewnictwa, Rok 00, Rocznik, Nr (/). J. Jezierski, S. Jura, K. Janerka, Pneumatyczne wprowazanie FeCr o ciekłego eliwa. Archiwum Olewnictwa, Rok 00, Rocznik, Nr (/). 3 K. Janerka, J. Gawroski, M. Cholewa, J. Szajnar, H. Szlumczyk, J. Jezierski, Moelowanie fizyczne procesu wmuchiwania proszków o ciekłego metalu. Krzepnicie Metali i Stopów, Rocznik, Nr 40, PAN Katowice J. Jezierski, K. Janerka, S. Jura, Z. Pitkiewicz, Parametry procesu wmuchiwania elazostopów o ciekłych stopów elaza. Krzepnicie Metali i Stopów., Rocznik, Nr 39, PAN Katowice J. Jezierski, S. Jura, Wprowazanie FeSi o ciekłego eliwa meto pneumatyczn. Krzepnicie Metali i Stopów, Rocznik, Nr 40, PAN Katowice K. Janerka, H. Szlumczyk, J. Jezierski, Transport pneumatyczny w procesach wmuchiwania proszków o oroków ciekłych. Transport Przemysłowy, Nr(8) J. Jezierski, Pneumatyczne wprowazanie oatków stopowych o ciekłego eliwa. Praca oktorska, Politechnika lska, Gliwice 00.