INSTALAŢII PENTRU ELABORAREA MATERIALELOR METALICE

1. INSTALAŢII PENTRUELABORAREA MATERIALELOR METALICE Profesor Marinela Ciortan End

2. Cuprins 1.Construcţia şi funcţionarea furnalului clasic • Funcţionarea furnalului • Deranjamente în funcţionarea furnalului 2. Cubilouri şi cuptoare pentru elaborarea fontei • Construcţia şi funcţionarea cubiloului • Cuptorul rotativ cu flacără 3. Cuptoare pentru elaborarea oţelului • Cuptorul electric cu arc • Convertizorulpentru elaborarea oţelului • Cuptor electric cu inducţie

3. 1. Construcţia şi funcţionarea furnalului clasic Furnalul clasic este agregatul cel mai răspândit pentru producerea fontei de primă fuziune prin reducerea oxizilor de fier cu carbon şi, în oarecare măsură, cu hidrogen. Furnalul este un cuptor vertical cu cuvă, cu funcţionare continuă. Durata între două reparaţii capitale este între 6-12 ani. Profilul interior al furnalului este compus din cinci parţi (fig. 2): creuzet, etalaj, pântece, cuvă şi gură de încărcare.

4. Materialele pentru producerea fontei (minereuri, combustibili şi fondanţi) se introduc în furnal prin gura de încărcare, printr-un aparat special care asigură închiderea etanşă, menţinerea presiunii şi captarea gazului format în furnal. În tot timpul funcţionării, furnalul este plin cu materiale solide lichide şi gazoase. Aerul pentru arderea combustibilului se introduce prin orificii practicate în partea de sus a creuzetului numite guri de vânt. În urma proceselor care au loc între minereurile şi fondanţii care parcurg furnalul de sus în jos, se obţin ca produse fonta şi zgura, ambele evacuându-se din furnal prin orificii prevăzute în creuzet (fig. 3) Furnalul este un cuptor masiv din zidărie şi cărămidă refractară, înconjurat de o construcţie metalică complexă, care asigură stabilitatea zidăriei şi susţine instalaţiile de la gura de încărcare.

5. Pentru asigurarea verticalităţii perfecte a furnalului, furnalul trebuie să se sprijine pe o fundaţie puternică. a)fundaţia furnalului se construieşte din beton armat de stabilitate termică mare, iar în parte de sus a soclului se pune un strat de beton refractar rezistent până la 500 0 C. b) creuzetul 1 (fig.4) este partea cea mai solicitată a furnalului, deoarece în el se aduna fonta şi zgura lichide iar în partea superioară are loc arderea. Creuzetul trebuie să reziste la temperaturi înalte (1700-1900 0 C, în dreptul gurilor de vânt), la coroziunea chimică a fontei şi a zgurii şi la compresiune. Pereţii creuzetului se zidesc din cărămidă de şamotă, cu grosime mai mare la bază (0,9-1,5 m) şi mai mică în dreptul gurilor de vânt (circa. 0,7 m).Creuzetul este consolidat cu o manta din tablă groasă din oţel sub care se găsesc plăcile de răcire. Pentru a permite dilatarea termică a zidăriei, între plăcile de răcire se lasă un rost de dilatare de 70-100 mm care se umple cu masă carbonică.

6. c)    Etajul 2 si pântecele 3 se construiesc cu pereţi subţiri (230-345 mm), răcirea făcându-se intens cu placi de răcire cu nervuri.Etajul şi pântecele sunt supuse acţiunii corozive a picăturilor de zgură şi fontă care se preling pe pereţi, precum si acţiunii mecanice a coloanei de materiale solide.Mantaua metalică care înconjoară etalajul este prevăzută la exterior cu şicane care servesc pentru răcire suplimentară în cazul defectării plăcilor de răcire.d)Cuva 4 trebuie să-şi menţină profilul apropiat de cel iniţial, în tot timpul funcţionării. Grosimea zidăriei este de 1000-1500mm în partea de jos şi 800-900 mm în partea de sus.Cuva este supusă acţiunii mecanice a materialelor solide şi acţiunii chimice a gazelor a vaporilor de metale neferoase şi a carbonului.Cuva este înconjurată de o manta din tabla de oţel, răcirea zidăriei făcându-se cu pene de răcire aşezate în zig-zag. Cuva se sprijină pe un inel puternic susţinut de stâlpi metalici 8, care se sprijină la rândul lor pe fundaţia furnalului.

7. e) gura de încărcare 5 trebuie să-şi menţină profilul în tot timpul funcţionării furnalului, pentru a asigura repartizarea corectă a materialelor încărcate în furnal. Gura de încărcare este supusă la acţiuni mecanice puternice, datorită materialelor solide care se încarcăîn furnal. f) sistemul de închiderea gurii de încărcare a furnaluluişi de captare a gazului. Gura de încărcare a furnalului este închisă de o cupolă 11 din care pornesc 4 conducte verticale pentru captarea gazului de furnal. Funcţionarea furnalului La punerea în funcţiune a furnalului trebuie să se aibă în vedere ca zidăria şi aparatul de încărcare să nu se deterioreze iar încărcătura să asigure obţinerea unei fonte de calitate şi o permeabilitate buna pentru gaze. Vatra furnalului se pardoseşte cu un strat de lemne, deasupra cărora se ridica o platforma de lemn sprijinită pe stâlpi de lemn, sub nivelul gurilor de vânt. Deasupra se încarcă cocs şi calcarul necesar pentru zgurificarea cenuşii cocsului şi legarea sulfului. Pentru uşurarea aprinderii cocsului este bine ca în dreptul gurilor de vânt să se pună mangal. Pornirea se face prin suflare cu aer cald timp de 0,5 h. Arzând combustibilul din dreptul gurilor de vânt se aprinde şi platforma de lemne, iar cocsul incandescent cade pe vatră. După ce furnalul s-a mai încălzit începe să se încarce în cuvă şi câte puţin minereu. Prima fonta şi zgura se evacuează după 12-16 h de la pornire, ambele prin orificiul de fontă.

8. Deranjamente in funcţionarea furnalului • Ca urmare a nerespectării condiţiilor normale de încarcare şi suflare a aerului cele mai des întâlnite deranjamente apărute în funcţionarea furnalului sunt: • mersul rece – avândurmătoarele cauze: schimbarea stării fizice a compoziţiei minereului şi cocsului; repartizarea neuniformă a materialelor la gura de încărcare; dozarea necorespunzătoare a încărcăturii. • mersul greu – constă în încetinirea coborârii încărcăturii, având loc opriri şi căderi ale coloanei de material din furnal. • agăţările – constau în oprirea completa a coborârii încărcării datorită blocării materialelor în etalaj sau în pântecele furnalului. • mersul înclinat – apare atunci când coloana de material coboară mai repede pe o parte a furnalului. • lipiturile – depuneri de material pe pereţii cuvei • Fonta se elaborează în cubilouri, în cuptoare rotativecu flacără, cu creuzet şi electrice. Oţelul se elaborează in cuptoare Siemens-Martin, cuptoare electrice cu arc sau cu inducţie şi în convertizoare.

9. 2. Cubilouri şi cuptoarepentru elaborarea fontei • 2.1 Construcţia si funcţionarea cubiloului • Cubiloul este un cuptor cu funcţionare continuă şi este construit dintr-o manta de oţel căptuşită cu cărămidă refractară care se sprijină pe nişte picioare. Pe măsură ce se evacuează fonta topită (la 10-15 min), prin gura de încărcare se introduce încărcătura nouă.Pentru elaborarea fontei în cubilou se utilizează următoarele materiale: fonta brută, deşeuri de fontă, deşeuri de oţel, cocsul ca material combustibil, fondantul (fluorura de calciu), folosit pentru formarea zgurei fluide la suprafaţa baii de metal lichid. Părţile principale ale unui cubilou (fig.6) sunt: • cuva 1 umplută în permanenţă cu încărcătură prin gura 5; • creuzetul 2 prevăzut cu jgheabul de scurgere 6 pentru fontă şi gura 7 pentru evacuarea zgurei; • vatra 3 executată dintr-un amestec de nisip de turnătorie şi 12-14% argilă;

10. mantaua metalică 4 căptuşită cu cărămizi de şamotă; capacul 8 susţinut de stâlpi metalici 9; toba 10, prin care aerul necesar arderii primit de la un ventilator pătrunde în cubilou prin gurile 11; coşul 12 şi parascânteiul 13 platforma de încărcare 14 În vederea elaborări metalului topit cubiloul trebuie pregătit în prealabil, constand în repararea şiuscarea căptuşelii refractare din interior.Construcţiile moderne de cubilouri sunt prevăzute cu ante-creuzete pentru omogenizarea compoziţiei chimice a fontei, cu mai multe guri de aer cu insuflarea de aer preîncălzit la 200-600o C prin insuflarea de aer îmbogătit cu circa 25% oxigen tehnic. Pentru pornirea cubiloului pe vatra se aprinde un foc de lemne peste care se toarnă un strat de cocs, până la 500 mm deasupra zgurilor de aer. Se introduc alternativ straturi de fontă, cocs şi fondant După ce se aprinde cocsul, se va închide uşa de vizitare şi se suflă aer. Materialele din cubilou setopesc datorită căldurii degajate în timpul arderii cocsului rezultând fonta lichidă, care curge în creuzet. Zgura formata rămâne deasupra metalului fiind mai uşoară decât fonta. Pe la partea de jos a ante-creuzetului se scurge metalul lichid.

11. . 2.2 Cuptorul rotativ cu flacără Cuptorul rotativ (fig.7) este un cilindru de oţel orizontal căptuşit cu material refractar. Părţile lui principale sunt: arzătorul 1, acărui flacără vine în contact cu materialele introduse prin capătul opus al cuptorului; orificiu 2, prin care se scurge zgura formata la topire; orificiul 3 prin care se scurge fonta; rolele 4 cu ajutorul cărora se roteşte cuptorul pentru scurgerea metalului lichid.

12. 3 Cuptoare pentru elaborarea oţelului 3.1 Cuptorul electric cu arc Este cel mai răspândit în practica industrială (fig. 8) intre 0,5 tone şi 200 tone. Acest cuptor se bazează pe principiul folosirii căldurii dezvoltate de arcul electric format între metalul de topit 1 şi electrozii 2 3.2. Convertizorulpentru elaborarea oţelului Capacitatea convertizorului (fig.9) este de 1-4 tone, iar otelul se elaborează din fonta lichidă obtinută în cubilou şi din fier vechi în proporţie de 30-70%. Aerul pentru afânarea de metal se sufla printr-un orificiu lateral 1. 3.3. Cuptor electric cu inducţie La aceste cuptoare metalul de topit este introdus în circuitul secundar şi topit de căldura dezvoltată la trecerea curentului electric.

13. Test Daţi răspunsurile pe foaia de hârtie