TEMPERATURA ŻELIWA WYTAPIANEGO W ŻELIWIAKU Ø600mm NA ZIMNY DMUCH

Transkrypt

1 33/17 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2005, Rocznik 5, Nr 17 Archives of Foundry Year 2005, Volume 5, Book 17 PAN - Katowice PL ISSN TEMPERATURA ŻELIWA WYTAPIANEGO W ŻELIWIAKU Ø600mm NA ZIMNY DMUCH M. S. SOIŃSKI 1. P. MIERZWA 2. M. WILK 3. Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Katedra Odlewnictwa, Al. Armii Krajowej 19, Częstochowa STRESZCZENIE W artykule przedstawiono zmiany temperatury żeliwa wytapianego w żeliwiaku na zimny dmuch w początkowej fazie wytopu. Omówiono także spadek temperatury metalu związany z okresowym spuszczaniem żużla z pieca. Keywords: cast iron, cold blast cupola, temperature. 1. WPROWADZENIE Jedną z kilku podstawowych wad procesu żeliwiakowego obok np. trudności w swobodnym kształtowaniu składu chemicznego wytwarzanego żeliwa jest niemożliwość uzyskania zarówno dowolnie wysokiej temperatury przegrzania wytapianego metalu jak i sterowania tym parametrem w szerszym zakresie. Problem ten nie występuje w przypadku wytapiania żeliwa w coraz częściej stosowanych w odlewniach piecach elektrycznych. Prawidłowy bieg żeliwiaka, wyposażonego w wystarczająco wydajny wentylator lub dmuchawę, umożliwia jednak uzyskanie na rynnie pieca żeliwa o temperaturze przekraczającej (niekiedy nawet znacznie) C. Żeliwo po wytopieniu w żeliwiaku winno być na ogół możliwie szybko pobrane z pieca. W przypadku żeliwiaka o ciągłym odbiorze metalu (wyposażonego zazwyczaj w rynnę syfonową) problem rozwiązuje się sam żeliwo na bieżąco jest podawane do zbiornika żeliwiakowego. W żeliwiaku o okresowym odbiorze metalu, 1 dr hab. inż., prof. P.Cz., 2 mgr inż., mierzwa@mim.pcz.czest.pl, 3 mgr inż., wolf@mim.pcz.czest.pl. 273

2 żeliwo jest przetrzymywane w kotlinie pieca. W takim przypadku poza procesami nawęglania i nasiarczania metalu, które to procesy zachodzą oczywiście i powyżej poziomu dysz będzie miał miejsce także spadek temperatury żeliwa. Metal gromadzi się bowiem w przestrzeniach międzykawałkowych koksu, który zalany metalem nie pali się. W przypadku żeliwiaka o okresowym odbiorze metalu co pewien czas musi być z pieca spuszczany żużel. Należy tutaj pamiętać, że zwiększająca się w piecu ilość żużla nie tylko negatywnie oddziałuje na wymurówkę żeliwiaka, ale ponadto przyczynia się do obniżania temperatury żeliwa. Metal musi bowiem przebijać się przez coraz to grubszą warstwę żużla, który podobnie jak niżej zgromadzone żeliwo nie ma już możliwości zwiększenia temperatury. Spuszczanie żużla oznacza konieczność zgromadzenia w kotlinie pieca takiej ilości żeliwa, aby żużel, występujący powyżej metalu, osiągnął poziom otworu spustowego. Jest oczywiste, że w fazie wytopu poprzedzającej zabieg spuszczania żużla, będzie miał miejsce intensywniejszy spadek temperatury żeliwa pobieranego z pieca. Można oczekiwać, że żeliwo o niższej temperaturze będzie także pobierane z pieca przez pewien okres czasu po spuszczeniu żużla. Dla każdego rodzaju odlewów żeliwnych można mówić o optymalnej temperaturze zalewania. Znajomość temperatury żeliwa wytapianego w żeliwiaku i pobieranego z pieca w różnych fazach wytopu winna więc być wykorzystana przy planowaniu procesu zalewania form. Bliższa znajomość odpowiednich danych może przyczynić się do poprawy jakości wytwarzanych odlewów i zmniejszenia ilości braków. 2. BADANIA WŁASNE Celem pracy było określenie zmian temperatury żeliwa wytapianego w żeliwiaku o średnicy użytecznej 600mm, na zimny dmuch, zainstalowanym w jednej z krajowych odlewni. Chodziło tutaj głównie o uchwycenie tempa przyrostu temperatury w początkowej fazie wytopu (od momentu włączenia dmuchu) oraz zmian temperatury żeliwa, związanych z operacją spuszczania żużla. Żeliwiak nie był wyposażony w zbiornik, a żeliwo pobierano z pieca kadziami podwieszonymi o pojemności około 110kg, na ogół w odstępach od około 1,5 minuty do około 6 minut. Dłuższe przerwy w pobieraniu żeliwa (rzędu minut) miały miejsce wtedy, gdy przystępowano do spustu żużla z pieca. Na rysunku 1 przedstawiono schemat dolnej części żeliwiaka, który był przedmiotem badań. Jego wysokość użyteczna wynosiła 3050mm. Piec był wyposażony w dwuotworową kształtkę do spustu żeliwa. Średnice otworów spustowych wynosiły 16mm, a odstęp pomiędzy ich osiami 50mm. Jest rzeczą charakterystyczną, że przez nieomal cały czas trwania wytopu żeliwo spuszczano z pieca przez górny otwór 274

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA 1- Płyta denna 2- Słupy podporowe 3- Drzwiczki denne 4- Spodek żeliwiaka 5- Kształtka spustowa do żeliwa 6- Rynna spustowa do żeliwa 7- Płaszcz żeliwiaka 8- Wyłożenie ogniotrwałe 9- Kształtka do spuszczania żużla 10- Rynna spustowa żużla 11- Drzwiczki boczne 12- Dysze 13- Przewód kolankowy 14- Przepustnica 15- Skrzynia powietrzna Rys. 1. Schemat dolnej części żeliwiaka Fig. 1 Cupola bottom part chart 275

4 spustowy; dopiero w końcowej fazie wytopu przebijano otwór dolny i już tylko przez niego spuszczano z pieca resztkę żeliwa. Przyczyną takiego stanu rzeczy (sprzecznego z regułą spuszczania żeliwa przez otwór dolny i traktowania otworu górnego jako zapasowego, używanego w razie zamarznięcia otworu dolnego) były nawyki obsługi, której łatwiej było zasklepiać bardziej dostępny otwór górny. Średnica otworu spustowego na żużel wynosiła 50mm. Piec posiadał cztery dysze, rozmieszczone niemal symetrycznie o łącznej powierzchni ich przekroju około 0,030m 2. W stosunku do powierzchni przekroju żeliwiaka daje to około 11% i jest to wartość około dwukrotnie niższa od zalecanej [1]. Po rozpaleniu żeliwiaka i starannym jego wygrzaniu uzupełniono koks wypełniający do poziomu około 1200mm powyżej poziomu dolnej krawędzi dysz, a następnie załadowano przesypkę topnika w ilości około 10% załadowanego koksu. Do pieca ładowano kolejno naboje koksu, topnika i wsadu metalowego. Wielkości naboi koksowych w trakcie całego wytopu były na stałym poziome (ok. 23,5kg), a rozchód koksu wsadowego zmniejszano w trakcie biegu pieca od około 15,7% w początkowej fazie wytopu do około 11,5%, w końcowej fazie wytopu. Rozchód topnika (kamienia wapiennego) wynosił około 3%, w stosunku do wsadu metalowego. W trakcie wytopu badawczego do żeliwiaka załadowano około 6640kg wsadu metalowego. Średni ciężar naboju metalowego wynosił około 175kg, średni rozchód koksu wsadowego 13,4%, a średnia wydajność żeliwiaka około 1470kg/h. W trakcie biegu żeliwiaka dokonywano pomiarów temperatury wytapianego żeliwa. Do tego celu używano lancy do pomiaru temperatury Digilance II z wymiennymi antyrozpryskowymi końcówkami PtRh10-Pt w osłonie kwarcowej. Pierwszy pomiar, przeprowadzony na rynnie w trakcie spuszczania z pieca pierwszej porcji metalu wykazał, że żeliwo miało temperaturę C. Kolejnych pomiarów temperatury żeliwa dokonywano w kadziach o pojemności około 110kg, po napełnianiu ich do około ¾ objętości. Na rysunku 2 przedstawiono zależność pomiędzy upływem czasu od momentu włączenia dmuchu, a temperaturą ciekłego żeliwa spuszczanego z żeliwiaka do kadzi. Ostania, przed spustem żużla, kadź żeliwa została pobrana w 122 minucie, licząc od momentu włączenia dmuchu, natomiast w 139 minucie pobrano pierwszą kadź po rozpoczęciu spuszczania żużla. Spust żużla rozpoczął się w 126 minucie i trwał do 141 minuty. W okresie od 138 do 150 minuty wyłączony był dmuch. Temperatura pierwszej porcji żeliwa spuszczonej z pieca przez dolny otwór spustowy została zmierzona w 238 minucie od włączenia wentylatora. 3. PODSUMOWANIE Wytapiane żeliwo charakteryzowało się stosunkowo wysoką temperaturą przegrzania. Już pierwsza porcja żeliwa na rynnie pieca miała temperaturę bliską C (pomiar w 27 minucie od momentu włączenia dmuchu). Temperatura metalu zmierzona w pierwszej pobranej kadzi była niższa o około 50K. Maksymalna 276

5 Rys. 2. Zależność między temperaturą ciekłego żeliwa a upływem czasu od momentu włączenia dmuchu Fig. 2. Relation between temperature cast iron and the time after switching the blast on ARCHIWUM ODLEWNICTWA 277

6 temperatura żeliwa, na poziomie około C została stwierdzona po około 90 minutach biegu pieca. Można ostrożnie oszacować, że w początkowej fazie wytopu, od 28 do 90 minuty od włączenia dmuchu, przyrost temperatury wytapianego żeliwa był rzędu K/h. Największy przyrost temperatury miał miejsce w okresie tuż po włączeniu wentylatora (patrz rys. 2). Przy założeniu, że 1 tona żeliwa zajmuje w kotlinie wypełnionej koksem około 0,33m 3 [1] można określić, że przed spustem żużla należało zebrać w dolnej części żeliwiaka około kg ciekłego żeliwa. Gromadzenie żeliwa w kotlinie pieca, poprzedzające spust żużla, spowodowało spadek temperatury ciekłego metalu. W okresie bezpośrednio poprzedzającym spust żużla był on rzędu 25 30K. Chwilowe wstrzymanie biegu żeliwiaka (wyłączenie wentylatora w okresie od 138 do 150 minuty licząc od momentu podawania dmuchu) pogłębiło ten spadek i doprowadziło do obniżenia temperatury do poziomu około C. Od około 160 minuty biegu żeliwiaka obserwowano wzrost temperatury pobieranego żeliwa od około C do około C (w 227 minucie pracy pieca). Przyrost temperatury, nieomal równomierny (patrz rys. 2) był więc rzędu K/h. Po osiągnięciu maksymalnej temperatury żeliwa na poziomie około C miał miejsce spadek jego temperatury. Prawdopodobnie był on związany z ponownym nagromadzeniem się większej ilości ciekłego żeliwa w kotlinie pieca i istotnym obniżeniem się jego temperatury. W ciągu niewiele ponad 40 minut temperatura żeliwa obniżyła się o około K. Należy tu jednak zauważyć, że poczynając od 238 minuty, a więc na około pół godziny przed końcem wytopu, żeliwo spuszczano z żeliwiaka przez otwór dolny. Był to więc metal zimniejszy, aniżeli spuszczane wcześniej przez otwór górny żeliwo. Należy zauważyć, że rejestrowane w trakcie wytopu stosunkowo znaczne wahania temperatury ciekłego żeliwa, związane są ze stosunkowo niewielką wydajnością żeliwiaka. Tym bardziej więc, w przypadku eksploatacji żeliwiaków o stosunkowo niewielkiej średnicy użytecznej, na zimny dmuch, należy uwzględniać stosunkowo znaczne zmiany temperatury pobieranego z pieca metalu i winno to znaleźć swój wyraz w odpowiednim dopasowaniu do zalewania form. LITERATURA [1] Januszewicz P.: Żeliwiak i jego prowadzenie, Państwowe Wydawnictwo Techniczne, Warszawa TEMPERATURE OF CAST IRON MELTED IN THE Ø600mm COLD BLAST CUPOLA SUMMARY Temperature changes of cast iron melted in a cold blast cupola in the initial phase of the melting process were shown in this paper. Temperature fall of the tapped metal connected with periodical slag removal was discussed as well. 278 Recenzował: prof. dr hab. inż. Andrzej Jopkiewicz