POLSKIE URZĄDZENIE DO EKOLOGICZNEJ PRODUKCJI ŻELIWA SFEROIDALNEGO

Transkrypt

1 32/13 Archives of Foundry, Year 2004, Volume 4, 13 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 13 PAN Katowice PL ISSN POLSKIE URZĄDZENIE DO EKOLOGICZNEJ PRODUKCJI ŻELIWA SFEROIDALNEGO A. TABOR 1, J. S. RĄCZKA 2, T. HEJNAR 3, M. SZCZYBURA 4 Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki K. MAGIERA 5, K. JURDZEŃ 6 HpH S.A. Katowice, Z.P. Wilamowice A. KMIECIK F. M. GLINIK S.A. Gorlice K. LEWANDOWSKI 7 Odlewnia Żeliwa S.A. Zawiercie STRESZCZENIE W referacie przedstawiono charakterystykę urządzenia do ekologicznej produkcji żeliwa sferoidalnego, skonstruowanego i wykonanego w ramach Projektu Celowego Nr 7 T08 B C/2950 finansowanego przez KBN a realizowanego przez F.M. GLINIK S.A. i Politechniką Krakowską im. T. Kościuszki. Urządzenie pracuje na zasadzie działania autoklawu. Podano założenia techniczne urządzenia do jednorazowej sferoidyzacji 1 tony żeliwa a ponadto niektóre rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne tego urządzenia oraz schematy działania jak i spodziewane efekty jego zastosowania w procesie produkcyjnym żeliwa sferoidalnego. Key words: technology, constuction, ecological manufacture, autoclave, cast iron. 1 Dr inż. 2 Prof. zw. dr hab. inż. 3 Doc. mgr inż. 4 Dr inż. 5 Mgr inż. 6 Mgr inż. 7 Dr inż.

2 WPROWADZENIE Żeliwo sferoidalne jest tworzywem o bardzo wysokich właściwościach mechanicznych, które są wynikiem występowania w jego osnowie metalowej (ferrytycznej, ferrytyczno-perlitycznej, perlitycznej, bainityczno-austenitycznej, austenitycznej lub odpowiedniej strukturze odpuszczania) grafitu w postaci kulkowej [1 4, 6 8]. Z nowych metod najczęstsze zastosowanie znalazły [3, 4, 5, 7 16]: zalewanie ciekłym metalem zapraw magnezowych na dnie; wprowadzenie magnezu w postaci prętów o średnicy mm (metody krajowej JPK) do ciekłego żeliwa, w zamkniętej, szczelnej kadzi bębnowej lub w analogiczny sposób do zbiornika żeliwiaka; wprowadzenie magnezu w kadzi konwertorowej, lub bębnowej; wprowadzenie magnezu pod dzwonem do kadzi umieszczonej w autoklawie, w którym utrzymuje się ciśnienie 0,6 0,7 MPa (6 7 at); wprowadzenie magnezu do ciekłego żeliwa w kadzi w postaci drutu (przewodu elastycznego) o średnicy 13 mm. Poza wymienionymi metodami istnieje jeszcze szereg innych metod, jak np. wdmuchiwanie sproszkowanego magnezu do ciekłego żeliwa i in., które jednak znajdują ograniczone zastosowanie. Żeliwo sferoidalne znajduje szerokie zastosowanie, przede wszystkim jako materiał na odlewy dla przemysłu motoryzacyjnego, maszyn rolniczych, odlewy rur i armatury oraz odlewy hutnicze, np. wlewnice i walce. Poziom produkcji odlewów z żeliwa sferoidalnego w kraju odbiega jednak w sposób istotny od produkcji w krajach wysoko-uprzemysłowionych. O ile bowiem w krajach Europy Zachodniej wielkość produkcji ustabilizowała się i stanowi 50 70% ogólnej produkcji odlewów żeliwnych; to w Polsce kształtuje się na niższym pozio mie i wynosiła w 1993 roku 9,6% [5, 7, 16, 17]. Spośród wielu znanych urządzeń do sferoidyzacji żeliwa, nie wszystkie spełniają wymagania, a niektóre wykazują wady, utrudniające uzyskanie wysokojakościowych gatunków tego żeliwa. Największe oszczędności, przy równoczesnym zapewnieniu stabilności jakości odlewów uzyskać można, przeprowadzając sferoidyzację czystym magnezem w auto - klawie. Metoda ta zapewnia również bezpieczeństwo załogi i ochronę środowiska [4, 5, 16]. 2. CHARAKTERYS TYKA URZĄDZENIA Fabryka maszyn GLINIK S.A. ul. Michalusa 1, Gorlice i Politechnika Krakowska im. T. Kościuszki, ul. Warszawska 24, Kraków uzyskały dofinansowanie z KBN do zgłoszonego Projektu Celowego Nr 7 T08B C/2950. Wykonawcą tego projektu pt.: Nowoczesna metoda produkcji żeliwa sferoidanego z zastosowaniem nowej konstrukcji urządzenia GLINPOL 96 do sferoidyzacji

3 213 i ochrony środowiska była F.M. GLINIK w Gorlicach. Natomiast realizatorem prac badawczo rozwojowych pt.: Opracowanie kompletnej dokumentacji technicznej urządzenia GLINPOL 96 do sferoidyzacji żeliwa czystym magnezem, wykonanie modelu badawczego urządzenia, opracowanie i próby stosowania technologii wytwarzania żeliwa sferoidalnego w warunkach odlewni GLINIK jest Pracownia Odlewnictwa Instytutu Materiałoznawstwa i Technologii Metali (obecnie Instytut Inżynierii Materiałowej); Wydział Mechaniczny Politechniki Krakowskiej im. T. Kościuszki w Krakowie. Nazwa urządzenia GLINPOL oznacza: GLIN GLINIK, POL POLI- TECHNIKA. Projekt techniczny modelu badawczego GLINPOL 96 oraz projekty całej instalacji gniazda produkcyjnego wraz z urządzeniami towarzyszącymi wykonało Biuro Projektów i Dostaw Urządzeń Hutniczych HpH S.A. Katowice, Z.P. Kęty, ul. Kościuszki 115, Kęty Przeznaczenie Urządzenie przeznaczone jest do otrzymywania wysokiej jakości żeliwa sferoidalnego bezpośrednio w kadzi odlewniczej KOZ-1, przy pomocy której prowadzi się zalewanie form odlewniczych. Do sferoidyzacji żeliwa używa się czystego magnezu, wprowadzanego do żeliwa w kadzi, umieszczonej w komorze urządzenia GLINPOL 96, gdzie utrzymywane jest stałe ciśnienie (0,6 1,0 MPa) Zespoły składowe instalacji (gniazda) rys. 1. W skład całej instalacji (gniazda) do sferoidyzacji żeliwa wchodzą: urządzenie GLINPOL 96 (rys. 2 i 3); stacja sprężonego powietrza; instalacja odpowietrzania komory ciśnieniowej urządzenia GLINPOL 96 ; instalacja hydrauliki siłowej; kadź odlewnicza KOZ-1 w wykonaniu specjalnym (rys. 4); instalacja elektryczna sterowania. Rys. 1. Stanowisko (gniazdo) do sferoidyzacji żeliwa w urządzeniu GLINPOL 96. Fig. 1. Device to coagulation of graphite In cast iron GLINPOL 96.

4 214 Rys. 2. Pionowy półprzekrój urządzenia GLINPOL 96 : 1 komora, 2 izolacja, 3 pierścień, 4 podstawa na kadź, 5 izolacja podstawy, 6 kadź (wymurówka), 7 wspornik, 8 króciec spr. pow., 9 króciec odciągowy gazów, 10 podajnik magnezu (kształtka), 11 napęd, 12 pojemnik na magnez. Fig. 2. Cross section of device GLINPOL 96 : 1 chamber, 2 isolation, 3 ring, 4 basis of contener, 5 isolation of basis, 6 contener, 7 support, 8 valve, 9 valve of tap, 10 contener with magnium, 11 propulsion, 12 contener of magnium Dane znamionowe komory ciśnieniowej urządzenia GLINPOL 96 [18]: Klasa konstrukcji spawanej urządzenia 2; pojemność kadzi - max 1 Mg; liczba cykli obróbki żeliwa / godz. 6; pojemność całkowita komory - 1,45 m 3 ; pojemność robocza komory - 1,10 m 3 ; ciśnienie robocze - 0,6 1,0 MPa;

5 215 nastawa zaworu bezpieczeństwa komory urządzenia - 1,25 MPa; ciśnienie obliczeniowe dla komory urządzenia (dno elips) - 1,60 MPa; ciśnienie dopuszczalne w komorze urządzenia - 1,25 MPa; zużycie magnezu w procesie sferoidyzacji żeliwa - 1,1 1,3 kg/t Cykl technologiczny obróbki żeliwa w urządzeniu Cykl technologiczny obróbki cieplnej żeliwa obejmuje następujące operacje: wprowadzenie kadzi KOZ-1 z żeliwem do komory urządzenia, (rys. 4); zamykanie urządzenia; napełnianie komory urządzenia sprężonym powietrzem; zanurzanie pojemnika z magnezem w żeliwie; odpowietrzanie urządzenia; wyprowadzanie (podniesienie) pojemnika (na magnez) z kadzi; otwarcie (odblokowanie) komór urządzenia przez obrót pierścienia blokującego; wyjęcie kadzi z żeliwem z urządzenia; oczyszczenie komory urządzenia; założenie (zamontowanie) nowego pojemnika z magnezem pod kształtką zespołu zanurzeniowo dozującego. Rys. 3. Urządzenie GLINPOL 96. Fig. 3. Device of GLINPOL 96.

6 216 Czas trwania całego cyklu nie przekracza 220 sekund. Sterowanie elementami wykonanymi, realizującymi omówione operacje odbywa się z pulpitu sterowniczego. 3. ZALETY URZĄDZENIA GLINPOL 96 Do głównych zalet zaprojektowanego i wykonanego urządzenia GLINPOL 96 przeznaczonego do sferoidyzacji żeliwa czystym magnezem należy zaliczyć: możliwość stosowania czystego Mg (złom); maksymalny stopień przyswajania Mg; małe zużycie Mg ekonomiczność; eliminacja piroefektów bezpieczeństwo; maksymalne ograniczenie zadymiania i zapylania w odlewni ekologiczność; łatwa i całkowicie bezpieczna obsługa urządzenia; prosta konstrukcja; możliwość stosowania w każdej odlewni (niezależnie od stosowanego procesu metalurgicznego) elastyczność; bardzo mały spadek temperatury żeliwa (zalewanie formy z kadzi, w której przeprowadzany jest zabieg sferoidyzacji); krótki czas trwania cyklu technologicznego podczas zabiegu sferoidyzacji (max 220 s.) Rys. 4. Kadź KOZ-1 w urządzeniu. Fig. 4. Contener KOZ-1 in device.

7 217 LITERATURA [1] J. Piaskowski, J. Jankowski: Żeliwo sferoidalne. Wyd. II WNT, Warszawa [2] C. Podrzucki: Żeliwo. Struktura i własności, zastosowanie. T I i T. II, Wyd. ZG STOP, Kraków, [3] J. Rączka: Technologia odlewnictwa. Skrypt dla studentów wyższych szkół technicznych. Wyd. II. Politechnika Krakowska, Kraków, [4] A. Tabor, J. Rączka: Odlewnictwo. Wyd. FOTOBIT, Kraków, [5] J. Turzyński: Podstawowe kryteria produkcji żeliwa sferoidalnego. Materiały Międzynarodowej Konferencji, Instytut Odlewnictwa, Kraków czerwca 1996, ref. 9. [6] J. Rączka, M. Rączka, A. Tabor: The abrasion wear resistance of bainitic austenitic irom under the conditions of cavitation erosion. Materiały Konferencji Międzynarodowej EUROMAT , Węgry. [7] E. Guzik: Nowoczesna metoda PE sferoidyzowania i wermikularyzowania żeliwa. Materiały Konferencji Naukowo Technicznej nt.: Nowe Materiały Nowe Technologie Materiałowe w Przemyśle Okrętowym i Maszynowym. T. I, s Szczecin Świnoujście, [8] A. Tabor: Techniki Wytwarzania. T I Wybrane zagadnienia z odlewnictwa. Podręcznik Akademicki. Wyd., Politechnika Krakowska, Kraków, [9] E. Guzik: Ogólna ocena metod sferoidyzowania żeliwa. Krzepnięcie metali i stopów. PAN O/Katowice, nr 26, s [10] E. Guzik, M. Asłanowicz, Z. Klug: Zabieg sferoidyzowania żeliwa przy użyciu przewodu elastycznego. Krzepnięcie metali i stopów PAN O/Katowice, 1955, nr 22, s [11] E. Guzik, C. Godrucki: Nowoczesne metody obróbki uszlachetniającej ciągłego żeliwa. III Seminarium. Szczyrk, , ref. 10, s [12] 30 Census of World Casting Production 1995, Modern Casting, 1996, Dec., s [13] 31 Census of World Casting Production 1995, Modern Casting, 1997, Dec., s [14] H. Sugden, D. Missol, K.J. Best: Direct conversion of cupola melted iron to ductile iron using cored wire. Jutern. Conf. BCIRA, York England, 1996, ref. 17, s [15] A. Tabor, J. Rączka: Projektowanie odlewów i technologii form. Wyd. FOTOBIT, Kraków, [16] J. Rączka, A. Tabor, K. Lewandowaki: Opracowanie koncepcji unowocześnienia produkcji żeliwa sferoidalnego w Odlewni GLINIK z wykorzystaniem urządzenia GLINPOL 96. Zad. Nr 1. Projekt Celowy Nr 7 T08 B C/2950. Umowa KBN nr 1740/C. T08-7/96. Politechnika Krakowska, Kraków, grudzień [17] Ankietyzacja krajowych odlewni. Katedra Odlewnictwa AGH, Kraków, grudzień 1997 (dane nie publikowane).

8 218 [18] Projekt techniczny modelu badawczego urządzenia do sferoidyzacji żeliwa GLINPOL/96. Nr projektu E Biuro Projektów i Dostaw Urządzeń Hutniczych HpH S.A. Katowice, Z.P. Kęty, [19] J. Tybulczuk, K. Martynowicz-Lis: Aktualna sytuacja branży odlewniczej w Polsce w zakresie produkcji i rynków. Biuletyn Instytutu Odlewnictwa, 1998, nr 1, s SUMMARY POLISH INSTALLATION FOR ECOLOGICAL MANUFACTURE OF S.G. CAST IRON The characteristic features of an installation for ecological manufacture of s.g. cast iron were stated. The installation was designed and made within the Target Project No. 7 T08 B C/2950 financed by the Committee of Scientific Research and performed by F.M. GLINIK S.A. and The Tadeusz Kościuszko Technical University of Cracow. The operating principle of the installation is that of an autoclave. Technical parameters of the installation used for a single spheroidising treadment of 1 ton of cast iron were given along with the design description and operating parameters, a flow diagram end the expected results obtained in the process of s.g. iron manufacture. Recenzent: doc. dr inż. Jerzy Tybulczuk.