CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PARAMETRY PROCESU PNEUMATYCZNEGO NAWĘGLANIA

20/15 Archives of Foundry, Year 2005, Volume 5, 15 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2005, Rocznik 5, Nr 15 PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PARAMETRY PROCESU PNEUMATYCZNEGO NAWĘGLANIA K. JANERKA 1 Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Zakład Odlewnictwa, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska, 44-100 Gliwice, ul. Towarowa 7, STRESZCZENIE W artykule rzedstawiono wływ arametrów neumatycznego nawęglania na szybkość i efektywność rocesu oraz sadek temeratury ciekłego metalu. Analiza obejmuje dobór urządzeń, arametry ich racy, temeraturę i skład chemiczny ciekłego metalu oraz rodzaj nawęglacza. Przedstawiono również hiotetyczny obraz strumienia dwufazowego wrowadzanego do ośrodka ciekłego, na odstawie rzerowadzonych badań modelowych. Key words: neumatic recarburization, liquid metal, injection. 1. WPROWADZENIE Nawęglanie ciekłego metalu metodą neumatyczną olega na wrowadzeniu materiału grafitowego w strumieniu gazu nośnego (najczęściej owietrza) do kąieli metalowej. Jest to metoda znana i stosowana w wielu odlewniach, onieważ umożliwia znaczną korektę węgla w ciekłym metalu w bardzo krótkim czasie, czego nie zaewniają metody tradycyjne. Problem dowęglania kąieli metalowej ojawia s ię w odlewniach cyklicznie. Wynika to z różnicy cen materiałów wsadowych (złom stalowy i surówka) ich dostęności na rynku i rodukowanego asortymentu odlewów. Doświadczenia ostatnich lat wykazały, że nawet rzy dużym wzroście cen złomu stalowego wzrastają również ceny surówki i różnica rzy zakuie tych materiałów jest znaczna. Ołacalne jest więc zmniejszenie udziału surówki we wsadzie lub jej wyeliminowanie, zastąienie złomem stalowym i dowęglenie ciekłego metalu. Poniżej 1 dr inż., krzysztof.janerka@olsl.l

171 rzedstawiono odstawowe sostrzeżenia dotyczące rocesu neumatycznego nawęglania. Są one wynikiem wieloletnich badań rowadzonych na stanowiskach badawczych i w odlewniach rzez racowników Zakładu Odlewnictwa Instytutu Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych Politechniki Śląskiej [1, 2, 3]. W Zakładzie Odlewnictwa realizowane są również ekserymenty mające na celu wyjaśnienie wływu zmiany materiałów wsadowych na strukturę i własności rodukowanego żeliwa [4]. 2. DOBÓR URZĄDZEŃ DO PNEUMATYCZNEGO NAWĘGLANIA Podstawowe stanowisko do nawęglania ciekłego metalu składa się z urządzenia dozującego i rurociągu transortowego zakończonego lancą wrowadzaną tuż od owierzchnię kąieli metalowej, która stanowi urządzenie odbiorcze sroszkowanego nawęglacza. Z uwagi na fakt, iż układ urządzeń i jego działanie było już wielokrotnie rzedstawiane [5, 6] i znane jest Czytelnikom Archiwum Odlewnictwa nie zamieszczono go w niniejszym artykule. Dla zaewnienia orawnej realizacji rocesu dowęglania urządzenie dozujące sroszkowany nawęglacz do ciekłego metalu owinno zaewniać: możliwie rostą regulację natężenia rzeływu gazu i materiału (regulacja nadciśnień na reduktorach, wymiana dysz) w znacznym zakresie. Pozwala to na dobór arametrów w zależności od zastosowanej średnicy lancy i rurociągu transortowego, co zaewnia odowiednie arametry rocesu wdmuchiwania nawęglacza, stabilną racę w trakcie odawania nawęglacza (nawet rzy zmiennym nadciśnieniu na wylocie lancy sowodowanym różną jej głębokością zanurzenia), możliwość szybkiej wymiany lancy w rzyadku jej zużycia, obserwację masy wrowadzonego do ciekłego metalu nawęglacza. Dobór urządzeń i ich konfiguracja jest zależna od wielu czynników, a mianowicie: wielkości ieca, do którego wrowadzany jest nawęglacz Podajnik komorowy musi osiadać ojemność zaewniającą rzebieg co najmniej jednego cyklu nawęglania, bez konieczności jego uzuełniania. Z wielkością ieca związane jest również natężenie rzeływu nawęglacza wynikające z cech geometrycznych rurociągu transortowego i lancy. Wydajność urządzenia owinna być dobrana tak, aby zaewnić maksymalne rzyswojenie węgla rzez ciekły metal rzy jak najkrótszym rzebiegu rocesu. częstości stosowania urządzenia Przy częstym rowadzeniu rocesu (kilka razy na dobę) konieczne jest osadowienie nad odajnikiem komorowym zbiornika zaewniającego co najmniej dobowy zaas nawęglacza. Zbiornik taki może być załadowywany z big bagów. Ułatwia to znacznie obsługę stanowiska i zaewnia ciągłość rodukcji. Przesy materiału ze zbiornika dobowego realizowany może być rzez obsługę z ulitu sterowniczego. Przy dużej ilości i częstotliwości dozowania nawęglacza należy wyosażyć urządzenie w maniulator lancy, który zaewnia nie tylko

172 owtarzalność rocesu, ale rzede wszystkim ułatwia racę obsłudze ieca, eliminując ręczne wrowadzanie i trzymanie lancy. stonia automatyzacji Czynnik ten zależny jest rzede wszystkim od wymagań odlewni. Stosowane obecnie urządzenia mogą racować w układzie sterowania ręcznego - wszystkie czynności wymagane rzy obsłudze odajnika odczas racy (otwarcie i zamknięcie zaworu odcinającego doływ owietrza do urządzenia i zbiornika oraz zaworu odowietrzającego; otwarcie i zamknięcie zaworu dzwonowego oraz dyszy) są wykonywane rzez oeratora, który dźwigniami zaworów odcinających i rzyciskami zaworów rozdzielających (sterujących siłownikami) steruje racą urządzenia, ółautomatycznym (obsługa olega na sekwencyjnym wciskaniu rzycisków na ulicie sterowniczym odajnika, które orzez elektrozawory otwierają lub zamykają odowiednie urządzenia) lub automatycznym (wisuje się z klawiatury zakładaną ilość nawęglacza, który ma być wrowadzony i wciska się rzycisk start. Po odaniu orcji układ wyłącza się samoczynnie). Każde urządzenie owinno być osadowione na wadze, gdyż tylko wtedy można obserwować ilość dozowanego materiału. jakość gazu nośnego W części zasilania układu srężonym owietrzem w wielu rzyadkach z uwagi na złą jakość srężonego owietrza w sieci zakładowej zamontowany musi być odwadniacz i ewentualnie filtr owietrza, eliminujący zanieczyszczenia wodne i olejowe, wływające na jakość metalu i bezieczeństwo rowadzenia rocesu. 3. WSKAŹNIKI NAWĘGLANIA Istotnymi wskaźnikami charakteryzującymi roces nawęglania jest efektywność (stoień rzyswojenia węgla rzez ciekły metal) i szybkość nawęglania. efektywność nawęglania określana jest zależnością: E m m ( C k C ) m C x gdzie: C zawartość węgla na oczątku rocesu [%], C k zawartość węgla na końcu rocesu [%], m m masa metalu [Mg], m n masa orcji materiału nawęglającego[mg], C x zawartość węgla w materiale nawęglającym szybkość nawęglania określa równanie: gdzie: t Ck C S (2) t czas nawęglania [s] Parametr ten jest wyrażany jako rocentowy rzyrost węgla w jednostce czasu. Takie ujęcie jest bardzo kłootliwe i mało miarodajne rzy orównywaniu uzyskanych (1)

173 wyników na różnych jednostkach iecowych. Dokonując obliczeń szybkości nawęglania w iecu o ojemności 3 Mg i 30 Mg, gdzie w ciągu 60 s uzyskano rzyrost węgla o 0,2 %C, otrzymamy ten sam wynik (w iecu 30 Mg musimy wrowadzić 10 razy więcej nawęglacza niż do ieca o ojemności 3 Mg). Stąd wydaje się celowym wrowadzenie szybkości nawęglania jako masowego rzyrostu węgla w jednostce czasu [kg/s], co rzedstawia zależność: S J C mm 100 t (3) Pozwala to na orównanie i analizę uzyskanych wartości dla różnej masy ciekłego metalu. 4. PARAMETRY CHARAKTERYZUJĄCE STRUMIEŃ DWUFAZOWY Podstawowe arametry charakteryzujące rzemieszczanie strumienia dwufazowego to objętościowe natężenie rzeływu gazu V g określane w m 3 lub masowe m g wyrażane w kg na jednostkę czasu. Kolejny istotny arametr to natężenie rzeływu materiału m c (wydajność), określające ilość rzetransortowanego nawęglacza m n w czasie t stabilnej racy instalacji. Stosowane jest także stężenie masowe mieszaniny (koncentracja) będące ilorazem natężenia rzeływu materiału do natężenia rzeływu gazu. Podczas wrowadzania strumienia dwufazowego do ośrodka ciekłego można wyróżnić dwa stany rzeływu: barbotaż i rzeływ strumieniowy. Pierwszy jest charakterystyczny dla małych natężeń rzeływu materiału i rędkości wylotowych z lancy. Transort masy odbywa się jedynie na owierzchni ęcherzy, które ulegają deformacji i rozadowi doiero od samą owierzchnią ciekłego ośrodka, do którego są wrowadzane. Drugi stan jest charakterystyczny dla dużych natężeń rzeływu materiału i rędkości wylotowych z lancy. Deformacja i rozad ęcherzy wystęuje już na wylocie z lancy, rzez co zwiększa się owierzchnia reakcji cieczy z wrowadzanym stałym materiałem. Jest to rzyadek znacznie korzystniejszy od barbotażu i należy dążyć do osiągnięcia na wylocie lancy arametrów zaewniających rzeływ strumieniowy. Trudność rozwiązania zagadnienia wynika z braku wyraźnej granicy rozdziału tych dwóch stanów, stąd istnieje wiele teorii dotyczących wielkości tych arametrów i owiązania ich z różnymi liczbami kryterialnymi. Farias, Roberstson i Kimura do analizy charakteru strumienia wrowadzają liczbę rzeływu N E i liczbę strumienia N j będącą iloczynem oszczególnych składników [7, 8]. Z raktycznego unktu widzenia określenie wartości tych liczb jest uciążliwe ze względu na zawarte w nich takie czynniki jak: gęstość gazu i metalu oraz wskaźnik wielkości ęcherzy. Biorąc od uwagę fakt, iż gęstość ciekłego żeliwa i owietrza, które jest stosowane w rocesie nawęglania zmieniają się nieznacznie, uroszczono owyższe zależności do ostaci:

174 4 c N E mod 1,1357 0, 6 mg N m (4) d m w c 4 c j mod 3,697 (5) mgdc Przerowadzone orównanie wsółczynników N E i N j z zaroonowanymi owyżej zależnościami wykazało bardzo wysoką zbieżność uzyskanych wyników. Jedyną metodą obserwacji strumienia dwufazowego w ośrodku ciekłym i określenia wływu arametrów neumatycznego rzemieszczania na jego kształt i zasięg są badania modelowania fizycznego. Na odstawie zrealizowanych w Zakładzie Odlewnictwa IMIiB Politechniki Śląskiej ekserymentów można stwierdzić jak wływają arametry strumienia, wielkość cząstki i gęstość ośrodka na zasięg i kształt tego strumienia [9, 10]. Na rys 1. rzedstawiono hiotetyczny obraz strumienia dwufazowego. Wyróżnić w nim można ewne charakterystyczne strefy. Strefa I bezośrednio rzy wylocie z lancy. W obszarze tym owstają duże ęcherze gazowe o nieregularnych kształtach. Ich wielkość i ilość jest zależna od rzeływu gazu. Przy większych natężeniach znacznie szybciej będzie zachodziło ich odrywanie od krawędzi lancy, rozad i owstawanie nowych. Prawdoodobnie zostaną w nich zamknięte cząstki nawęglacza, które będą miały kontakt z ciekłym metalem o ęknięciu ęcherza. Może to jednak nastąić tuż od lub na owierzchni lustra metalu. Wymiana masy nastąi wówczas na wskutek ruchu metalu i ływających na owierzchni ziaren nawęglacza. Jest to zjawisko niekorzystne i można je minimalizować zwiększając rędkość gazu na wylocie z lancy. Rys. 1. Kształt i obszary strumienia dwufazowego, 1 cząstki nawęglacza, 2 ęcherze gazowe. Fig. 1. Shae and areas of dihase stream, 1 carburizer articles, 2- gas bubbles. Strefa II to obszar bezośredniego zasięgu strumienia. Składa się ona rzede wszystkim z cząstek materiału nawęglającego, gdyż tylko one osiadają na tyle dużą energię, aby rzeniknąć do ciekłego metalu na taką odległość. Należy rzyuszczać, iż roces wymiany masy będzie w tej strefie najbardziej intensywny. Wynika to z faktu, że cząstki osiadają znaczną rędkość i rzez to grubość rzyowierzchniowej warstwy

175 dyfuzyjnej będzie bardzo mała. Strefa III to obszar cząstek o najmniejszych wymiarach mających bezośredni kontakt z ciekłym metalem. Jego owierzchnia będzie największa i należy rzyuszczać, że decyduje ona o skuteczności rocesu. Wielkość tego obszaru jest konsekwencją owstawania strefy II. Strefa IV to ęcherze gazowe o kształcie kuli, elisoidy lub czaszy kulistej. Zależne to będzie od miejsca owstania ęcherza i jego wielkości. Przesuwając się w kierunku owierzchni będzie malało ciśnienie hydrostatyczne, co sowoduje ich wzrost. W rzyadku ciekłego metalu dodatkowo będą się one nagrzewały i zwiększały swoją objętość. Ich ękanie nastąi tuż od lub na owierzchni lustra metalu i część cząstek zostanie tam wyniesiona. Wewnątrz tych ęcherzy mogą zostać zamknięte cząstki nawęglacza i wymiana masy nastąi o ich rozerwaniu od owierzchnią ciekłego metalu, co znacznie obniży efektywność całego rocesu. Podsumowując rzebieg badań modelowych należy stwierdzić: wzrost arametrów rzeływu (natężenia rzeływu gazu i materiału) owoduje zwiększenie ola owierzchni, szerokości i zasięgu strumienia dwufazowego. zwiększenie wartości liczby rzeływu N j i liczby strumienia N E owoduje wzrost rzenikania strumienia dwufazowego, gęstość ośrodka ciekłego obniża wartości analizowanych arametrów. Wzrost gęstości o 18 % owoduje zmniejszenie owierzchni o 49%, długości rzenikania strumienia o 22%, wdmuchiwanie drobnych cząstek jest bardzo korzystne nie tylko z unktu widzenia metalurgicznego (duża owierzchnia styku reagujących faz), ale również z uwagi na uzyskiwanie znacznie większej owierzchni strumienia dwufazowego i zwiększenia rzez to strefy bezośredniego oddziaływania metal nawęglacz. 5. WŁASNOŚCI CIEKŁEGO METALU Istotne znaczenie dla uzyskiwanych wskaźników rocesu nawęglania ma temeratura T i skład chemiczny ciekłego metalu (oczątkowa C i końcowa C k zawartość węgla, zawartość siarki S i krzemu Si). Korzystne jest rowadzenie rocesu nawęglania w zakresie temeratur 1673 1723 K. Niskie temeratury owodują obniżenie wsółczynnika dyfuzji i słabsze rzyswojenie węgla. Wyższe temeratury to wzrost wsółczynnika dyfuzji, ale bardziej intensywne wyalanie węgla i w konsekwencji niższe efektywności. Przerowadzone ekserymenty wykazały, że w rocesie neumatycznego nawęglania wzrost oczątkowej zawartości węgla w ciekłym metalu nie owoduje znacznego sadku efektywności, nawet rzy zawartościach w granicach 3%. Analizę wływu tych czynników na wskaźniki rocesu zostały rzedstawione oniżej.

176 6. MATERIAŁ NAWĘGLAJACY Duże znaczenie w rocesie neumatycznego nawęglania ma materiał nawęglający. Nie ulega wątliwości, że owinien on być bardzo drobny, gdyż zwiększy się wtedy owierzchnia kontaktu z ciekłym metalem. Jednak stosowanie do rocesu nawęglania zbyt drobnych nawęglaczy (granulacja 0 0,3 mm, ciężar usyowy ok. 500 kg/m 3 ), owoduje owstanie roblemów ze stabilnym ich rzemieszczaniem. Nastęuje wtedy zawieszanie materiału w zbiorniku i nierównomierny transort (obrywanie nawisów). Zastosowanie w odajniku układów fluidyzujących orawia dozowan ie materiału, ale i tak uzyskiwane wydajności są bardzo niskie, co owoduje wydłużenie czasu nawęglania. Dlatego w rocesie neumatycznego wdmuchiwania najbardziej korzystne są materiały o ziarnistości 0 3 mm, z rzewagą frakcji drobnych. Istotne znaczenie dla uzyskiwanych wskaźników nawęglania ma skład chemiczny nawęglaczy. Powinny one osiadać jak najwyższą zawartość węgla, oraz jak najmniej oiołu i siarki. Duża zawartość oiołu owoduje sadek efektywności nawęglania, gdyż rocesy wymiany masy w strefie reakcji będą rzebiegały znacznie wolniej. Materiały węglowe nie owinny zawierać zbyt dużych ilości siarki, gdyż owoduje to wzrost tego ierwiastka w ciekłym metalu, a w konsekwencji owstanie wytoów nietrafionych. Jako materiały nawęglające można stosować mielony złom grafitowy oraz rodukty uboczne owstałe w rocesie rodukcyjnym elektrod grafitowych. Nie należy używać w rocesie neumatycznego nawęglania yłów węglowych, gdyż cechują się one znaczną wybuchowością i instalacje transortu neumatycznego owinny wtedy osiadać odowiednie zabezieczenia (klay rzeciwwybuchowe). Ponadto większość yłów węglowych osiada znaczną zawartość siarki, co również eliminuje je do stosowania w rocesie nawęglania. 7. ANALIZA WPŁYWU POSZCZEGÓLNYCH CZYNNIKÓW NA WSKAŹNIKI PROCESU NAWĘGLANIA W rzerowadzonych ekserymentach uzyskano bardzo wysokie efektywności i szybkości nawęglania. Efektywność zmieniała się w zakresie od 60 99 %, natomiast szybkość od 0,0012 63 %C/s. Roziętość uzyskanych wyników jest tak duża, onieważ w rocesie badawczym zmieniano w szerokim zakresie arametry neumatycznego rzemieszczania i materiały nawęglające (średnica cząstek i zawartość węgla). Badania rowadzono w warunkach rzemysłowych, co wymagało dostosowania się do składu chemicznego ciekłego metalu rzed rocesem nawęglania, wynikającego z otrzeb danej odlewni. Analizę wływu oszczególnych arametrów rocesu na szybkość i efektywność nawęglania rzedstawiono oniżej. Natężenie rzeływu owietrza zmieniało w zakresie m g = 0,0514-0,1411 [kg/s], natomiast natężenie rzeływu roszku zmieniało się w granicach m c = 0,2234-2,1905 [kg/s], owodując uzyskanie koncentracji mieszaniny nawet do 42,6 [kg/kg]. Na odstawie uzyskanych wyników omiarów i obliczeń szybkości nawęglania rzerowadzono analizę statystyczną. W analizie tej uwzględniono wływ zarówno

177 arametrów neumatycznego rzemieszczania jak również wskaźników charakteryzujących ciekły metal. Wynikiem jest nastęujące równanie: S 1,4 2,4 m g 1,7 3 7 2,4 C 1,05 mm R = 0,9046 F = 32,26 S= 0,0035 SY = 17,4% 3 m c 9,8 6 T 5,8 4 C (6) gdzie: F test Fishera, R wsółczynnik korelacji, S wartość średnia, SY - odchylenie standardowe. Można z niego wywnioskować, iż w zakresie rowadzonych ekserymentów, natężenie rzeływu gazu owoduje obniżenie szybkości nawęglania. Z unktu widzenia rzebiegu rocesu należy zaewnić odowiednią dynamikę strumienia dwufazowego (min. rędkość na wylocie z lancy), a ta wynika bezośrednio z natężenia rzeływu gazu. Wzrost natężenia rzeływu materiału owoduje zwiększenie szybkości nawęglania w analizowanym zakresie badań. Wystąi jednak granica, o rzekroczeniu której materiał nie zostanie całkowicie rzyswojony rzez ciekły metal i będzie wyływał na owierzchnie, co może owodować obniżenie szybkości nawęglania. Wzrost temeratury ciekłego metalu owoduje odwyższenie szybkości rocesu, co okrywa się z krzywą nawęglania. Z kolei masa ciekłego metalu owoduje jej obniżenie, odobnie jak wzrost oczątkowej zawartości węgla w stoie. E 93,8 98,7m g 17,9m c 9,2 T 7,2C 4 2,09 C 6,67 mm 3,7Si R = 0,5968 F = 3,31 E = 81,2964 SY= 10,9% (8) Analizując efektywność nawęglania należy stwierdzić, iż zarówno wzrost natężenia rzeływu gazu jak i materiału owoduje obniżenie efektywności rocesu. Podobnie jest rzy zwiększeniu zawartości krzemu w ciekłym żeliwie. Zwiększenie temeratury owoduje wzrost efektywności nawęglania. Pozostałe arametry ( C, m m ) wymagają dodatkowej analizy, gdyż ich wływ nie okrywa się z rzewidywaniami. Przerowadzono również analizę wływu wsółczynników strumienia na wskaźniki rocesu nawęglania. W zrealizowanych ekserymentach uzyskano nastęujące zakresy zmienności wsółczynników charakteryzujących rzeływ: zmodyfikowany wsółczynnik rzeływu N Emod = 0,34 3,84, zmodyfikowany wsółczynnik strumienia N jmod = 502 2102. Przerowadzona analiza statystyczna z uwzględnieniem różnych arametrów rocesu wdmuchiwania roszków ozwoliła na uzyskanie nastęujących wyników:

178 S 1,5 1,2 3 N E mod 9,2 3 8 1,7 Ck 5,5 mm R = 0,9258 F = 49,21 S = 0,0034 SY = 15,75% 6 T 1,6 6 C (9) E 1,07 7,35N E mod 9,8 T 11,5 C (10) 3 8 1,56 Ck 2,56 mm R = 0,5450 F = 3,72 E = 81,2964 SY = 11,19% S J 6 3 4,3 4,0 N 9,7 T 9,2 C (11) E mod R = 0,9621 F = 203,11 S J = 0,0673 SY = 24,56% Z uzyskanych zależności wynika, iż rzy wzroście zmodyfikowanego wsółczynnika rzeływu N Emod efektywność nawęglania maleje, natomiast szybkość nawęglania wzrasta. Zwiększanie masy metalu i oczątkowej zawartości węgla w ciekłym metalu obniża szybkość i efektywność nawęglania. Przedstawione owyżej zależności okazują, iż rzy wrowadzeniu jednostkowej szybkości nawęglania uzyskano znaczny wzrost arametrów statystycznych. Wrowadzona wielkość znacznie leiej oisuje roces nawęglania i staje się bardziej uniwersalną, niezależną od masy ciekłego metalu. Daje to możliwość orównywania uzyskanych szybkości nawęglania w różnych jednostkach iecowych. 8. SPADEK TEMPERATURY CIEKŁEGO METALU Podczas każdego zabiegu rowadzonego w ciekłym metalu nastęuje sadek jego temeratury. Poniżej rzedstawiono wyniki analizy statystycznej wływu oszczególnych arametrów na sadek temeratury T: T 19,5 8,37 m n 4,35 4 m m 41,8 C 382,9 m R = 0,6854 F = 6,42 T = 45,97 SY = 47,86% Z równania tego wynika, że wraz ze wzrostem masy metalu m m uzyskujemy mniejszy sadek temeratury. Zwiększenie natężenia rzeływu gazu, rzyrostu zawartości węgla i masy nawęglacza owoduje wzrost wartości sadku temeratury. W analizie dokonano obliczenia wsółczynnika stosunku rzyrostu węgla do sadku rzeczywistego temeratury kąieli metalowej ( C/ T). Wartość tego wsółczynnika oscylowała w granicach 0,0036 0,0659 %C/K. Wartość średnia tego wsółczynnika wynosiła 0,0124. Wynika z tego, że rzy średnim rzyroście węgla o wartość 0,0124 %C temeratura kąieli sadnie o 1 K. g

179 9. NAWĘGLANIE W PIECACH INDUKCYJNYCH Przedstawione owyżej analizy i obliczenia dotyczą w głównej mierze ieców elektrycznych łukowych. Ze względu na geometrię ieców indukcyjnych, neumatyczne nawęglanie w nich jest zagadnieniem bardziej skomlikowanym. Duża głębokość ieca w orównaniu do średnicy owoduje, że w celu zaewnienia rzenikania nawęglacza, należy zanurzyć lancę na znaczną głębokość. Pojawia się wtedy roblem roztaiania lancy. Można temu częściowo zaobiegać okrywając lance materiałami żaroodornymi lub stosując lance rzystosowane do tego celu oferowane rzez roducentów zagranicznych. Drugi bardzo niekorzystny asekt wdmuchiwania w iecach indukcyjnych, to ryskanie metalu. Przy ełnym iecu kąiel metalowa znajduje się kilkadziesiąt centymetrów od okrywy ieca, co rzy intensywnym wdmuchiwaniu owoduje znaczne rozryski metalu na okrywę lub odest ieca. W iecach indukcyjnych sieciowej i średniej częstotliwości o dwóch zakresach racy wystęuje bardzo intensywny ruch ciekłego metalu i dobre mieszanie kąieli metalowej. Umożliwia to uzyskanie bardzo wysokich efektywności nawęglania w rzyadku dodania nawęglacza do stałego wsadu lub óźniejsze jego narzucenie na owierzchnię ciekłego metalu. Uzyskane w czasie realizacji badań doświadczenia wykazały, że zastosowanie jako gazu nośnego argonu lub azotu owoduje, że roces wdmuchiwania rzebiega znacznie bardziej sokojnie. Wływają na to: brak tlenu w gazie nośnym oraz brak zanieczyszczeń wodnych i olejowych. Oznacza to iż w iecach indukcyjnych możliwe jest rowadzenie rocesu neumatycznego dowęglania. Przy wdmuchiwaniu do ieców indukcyjnych należy zastosować małe natężenia rzeływu gazu i materiału. Ograniczy to w znacznym stoniu ryskanie metalu, a głębokie zanurzenie lancy wydłuży czas kontaktu sroszkowanego grafitu z ciekłym metalem i uzyskane w ten sosób efektywności mogą osiągać wartości nawet owyżej 80 %. 10. PODSUMOWANIE Na odstawie rzerowadzonych ekserymentów w warunkach laboratoryjnych i rzemysłowych należy stwierdzić, że możliwe jest rowadzenie wytoów żeliwa wyłącznie na bazie złomu stalowego i jego neumatyczne nawęglanie do żądanej zawartości. Sowoduje to konieczność wrowadzenia w zależności od wielkości ieca od kilkudziesięciu do kilkuset kilogramów nawęglacza. Jest to możliwe do uzyskania, ale sowoduje to znaczny sadek temeratury i roces należy rowadzić dwuetaowo, co wydłuży czas wytou. Poza tym stoienie wsadu o bardzo niskiej zawartości węgla wymaga wysokich temeratur (toienie staliwa). Z raktycznego unktu widzenia i na odstawie uzyskanych doświadczeń najbardziej korzystne jest takie dobranie materiałów wsadowych, aby uzyskać sto rzed rocesem neumatycznego nawęglania o zawartości węgla owyżej 2%. Można to zrobić stosując jako wsad złom stalowy lub złom stalowy i obiegowy oraz nawęglacz dodawany do stałego wsadu. Nastęnie o

180 roztoieniu i wykonaniu analizy chemicznej uzuełnić niedobór węgla orzez neumatyczne wdmuchiwanie. W iecach elektrycznych łukowych lancę należy wrowadzać tuż od owierzchnię ciekłego metalu od katem 30 40%. Zbyt głębokie zanurzenie lancy owoduje jej termiczne zużycie. Natomiast wdmuchiwanie materiału grafitowego o dużej zawartości yłów lancą niezanurzoną, owodować będzie ich odciąganie rzez urządzenia odylające oraz ozostawanie części nawęglacza na owierzchni ciekłego metalu, co znacznie obniży efektywność rocesu. W omawianym zakresie badawczym Zakład Odlewnictwa IMIiB Politechniki Śląskiej wsółracuje z roducentem urządzeń do neumatycznego nawęglania Kooeracją POLKO z Mikołowa. LITERATURA [1] Janerka K. i in.: Asekty technologiczne i konstrukcyjne naweglania stoów żelaza metodą wdmuchiwania w iecach elektrycznych łukowych, Acta Metallurgica Slovaca, 2001, vol. 7, t. 2, s. 20-25 [2] Janerka K., Bartocha D.: Pneumatyczne nawęglanie rzy rodukcji żeliwa syntetycznego. Mat. Konf. SPOLUPRACA 2004, Tatranska Lomnica, Słowacja. [3] Janerka K. i in.: Technologia nawęglania ciekłych stoów żelaza metodą neumatycznego wdmuchiwania. Archiwum Odlewnictwa, PAN Katowice, vol 4, nr 13, str. 115-120. [4] Bartocha D., Janerka K., Suchoń J. Materiały wsadowe i technologia wytou a struktura żeliwa szarego, Archiwum Odlewnictwa, PAN Katowice, vol 4, nr 14, str. 29-39. [5] Kanafek M, Homa D, Janerka K.: Nawęglanie żeliwa w Odlewni TEKSID Poland S. A. za omocą urządzenia neumatycznego POLKO, Przegląd Odlewnictwa, 1999, nr 7 [6] Babiarz W., Homa D., Janerka K. i in.: Nawęglanie stoów żelaza urządzeniami systemu POLKO w ABB Zamech Ltd., Przegląd Odlewnictwa, 1997, nr 12, s. 414. [7] Farias L. R., Robertson D. G. C.: Physical modeling of gas owder injection into liquid metals, Elektric Furnance Conf. Proc. Dallas 1986 r. [8] Farias L. R., Irons G. A.: A unified aroach to bubbling-jeting henomena in owder injection into iron and steel, Metallurgical Transaction B, nr 6, 1990 [9] Janerka K. i in.: Analiza strumienia dwufazowego w rocesie wdmuchiwania roszków, Archiwum Odlewnictwa, 2001, vol 1, nr 2/2, s. 489-494 [10] Janerka K., Jezierski J.: Obraz strumienia dwufazowego w rocesie wdmuchiwania roszków do cieczy, Archiwum Odlewnictwa, 2002, vol. 2, nr 5, s. 74-79

181 THE FACTORS EFFECTS ON THE PNEUMATIC RECARBURIZATION PROCESS PARAMETERS SUMMARY In the article have been resented the effect of neumatic arameters recarburization arameters on the ratio and efficiency of the rocess and the liquid metal temerature decreasing. The analysis include a device selection, its work arameters, temerature and chemical comosition of the liquid metal and the tye of carburizer. There have been resented the hyothetical view of the dihase stream introduced into liquid medium on the basis of made model exeriments. Recenzował Prof. Jan Szajnar