1

TEHNOLOGII, ECHIPAMENTE SI INSTALATII MECANICE

Partea I Producia de maini, utilaje i bunuri de consum

1. Introducere

1.1.Procesul de producie Procesul de producie reprezint totalitatea activitilor desfurate ntr-o unitate

de producie care au ca scop transformarea unor materii prime n semifabricate sau n produse finite. Datorit specializri majoritatea ntreprindelor nu produc un produs finit la modul integral (de la nceput pn la sfrit), de regul o ntreprindere produce doar o parte din componente i montajul general.

Activitile desfurate n cadrul procesului de producie se pot grupa n: -activiti de baz -activiti auxiliare -activiti de deservire. Activitile de baz sunt acele activiti care produc modificri efective asupra

materialelor i semifabricatelor, ct i cele care constat calitatea acestor lucrri. n urma acestor activiti materiile prime i semifabricatele sunt transformate n piese, subansambluri sau n maini i utilaje, n cazul unitilor de producie ale industriei constructoare de maini. n cazul altor industrii productoare de bunuri de consum sau servicii, activitile de baz sunt cele n cadrul crora sunt realizate produsele finite sau serviciile pentru care au fost constituite. Spre exemplu, n cazul unitilor constructoare de maini i utilaje activitile de baz cuprind procese precum: turnare, laminare, matriare, forjare, deformare plastic la rece, debitare, prelucrare prin achiere, sudur, controlul calitii, asamblare etc.

Activitile auxiliare i de deservire sunt acele activiti prin care se asigur logistica i buna funcionare a proceselor de baz. Dintre aceste activiti putem enumera cteva: transportul i depozitarea materiilor prime sau a semifabricatelor, proiectarea, realizarea, ntreinerea i repararea tuturor sculelor, utilajelor i dispozitivelor folosite n procesul tehnologic (S.D.V. scule dispozitive i verificatoare), producerea, transportul i alimentarea la locurile de producie a tuturor agenilor utilizai n activitile de baz (curent electric, abur tehnologic, ap cald, aer comprimat etc.), transportul i depozitarea intern a pieselor, ntreinerea cldirilor etc.

Procesul tehnologic se realizeaz n secii sau ateliere de producie care pot fi mprite n: secii sau ateliere productive i secii sau ateliere auxiliare sau de deservire.

1.2.Procesul tehnologic Procesul tehnologic este format din totalitatea operaiilor care conduc la

modificarea formei geometrice, a dimensiunilor, a proprietilor fizico-chimice, a calitii suprafeelor unei piese sau care conduc la crearea unor legturi reciproce a dou sau a mai multor piese ntr-un ansamblu.

Operaia este acea parte a procesului tehnologic care se execut continuu asupra unei piese sau a mai multor piese simultan, la un anumit loc de munc. Operaia este

2

unitatea de baz a unui proces tehnologic atunci cnd se proiecteaz un proces tehnologic nou sau se verific unul existent.

Materiale utilizate Totalitatea substanelor simple sau complexe utilizate n cadrul proceselor de

producie poart denumirea de materiale. Proprietile fizico-chimice diferite ale materialelor determin felul n care acestea se comport n procesele de prelucrare i, mpreun cu costurile de producie, sunt cele care conduc la alegerea utilizrii acestora.

Dup gradul de prelucrare, materialele pot fi clasificate n: -materii prime brute, utilizate n forma sub care se gsesc n natur, de exemplu:

lemnul brut, crbunele, minereuri, cauciucul natural, piatra natural etc. -materii prime artificiale (sau sintetice) sunt produse din materiile prime brute

prin reacii de sintez sau prin alte procese tehnologice de prelucrare (distilare, fermentare, descompunere, gazeificare etc.), de exemplu: oelul, sticla, benzina, materialele plastice, cimentul, fibrele sintetice etc.

n funcie de proveniena acestora, materialele mai pot fi clasificate n: -materiale anorganice sau minerale sunt substane simple sau complexe de tipul

srurilor, oxizilor, halogenilor etc. Aceste materiale provin din regnul mineral. -materiale organice sunt substane care au ca elemente chimice de baz carbonul,

hidrogenul, oxigenul i azotul. Acestea provin din regnul vegetal sau animal (uleiuri vegetale, ln, grsimi etc.)

Din punct de vedere fizico-chimic materialele pot fi metale sau nemetale. n industria constructoare de maini i utilaje, datorit proprietilor acestora, cea

mai larg ntrebuinare o au nc materiale metalice. Dintre metale aliajele fierului sunt cele mai ntlnite, acest lucru datorndu-se att

proprietilor speciale ale acestora, ct i datorit preului de producie redus. Principalele aliaje ale fierului cu carbonul, utilizate att n industria de maini i

utilaje, ct i n alte industrii (electronic, energetic, alimentar, de construcii etc.), sunt fonta i oelul.

Diversitatea utilizrilor, variaia formelor i a dimensiunilor pieselor, au condus la apariia unui foarte mare numr de metode de prelucrare i, implicit, a unei uriae varietti de procese tehnologice chiar n cadrul proceselor fundamentale de prelucrare.

n cadul schemei de mai jos, sunt prezentate succint conexiunile dintre procesele fundamentale de prelucrare ale aliajelor fierului utilizate n construcia de maini i utilaje.

Avnd n vedere importana pe care o au materialele metalice i, n special, aliajele fierului (mai ales oelurile), n cadrul acestui curs vor fi prezentate procesele fundamentale de prelucrare care ncep cu elaborarea acestor materiale, pn la obinea unui produs finit, care poate fi o pies, un utilaj sau o main.

Din schema de mai jos se poate observa c realizarea unor piese dintr-un metal sau aliaj oarecare presupune, de regul, un numr mare de procese tehnologice, ncepnd cu extragerea minereurilor i terminnd cu controlul privind calitatea piesei realizate. Analiza detaliat a acestui lan de producie a condus la dezvoltarea unor discipline de sine stttoare, chiar a unor ramuri industriale complexe. Se pot aminti aici cteva dintre tiinele nscute odat cu dezvoltarea tehnologiilor care se ocup, n special, cu prelucrarea i utilizarea metalelor: prepararea minereurilor, studiul materialelor,

3

rezistena materialelor, desenul tehnic, prelucrri prin achiere, prelucrri prin deformare plastic, organe de maini, tolerane i msurtori etc.

1.3.Principalele proprieti ale metalelor Proprietile metalelor pot fi mprite n cteva categorii principale: -proprieti fizice generale, de exemplu: culoarea, luciul, greutatea specific

conductibilitatea, proprieti magnetice i electrice etc.; -proprieti mecanice care arat comportamentul materialelor atunci cnd asupra

lor sunt aplicate aciuni mecanice (fore i/sau cupluri de fore) exterioare; -proprieti tehnologice care arat modul n care aceste materiale se comport n

procesele de prelucrare; -proprieti chimice care arat comportamentul materialelor la aciunea agenilor

chimici. 1.3.1.Proprieti mecanice Proprietile mecanice ale materialelor sunt foarte importante din punct de vedere

al fiabilitii i funcionalitii pe care trebuie s o aib acestea. Aceste proprieti sunt ntr-o corelaie direct cu aciunile (fore i momente) exterioare la care este supus piesa ntr-un ansamblu.

n funcie de aceste solicitri, care conduc la apariia unor efortori interioare ntr-o pies, putem ntlni dou tipuri de aciuni:

-solicitri statice, atunci cnd variaia n timp a forelor este una lent i limitat;

4

-solicitri dinamice, atunci cnd variaia n timp a forelor este una rapid, de intensitate variabil sau se manifest prin ocuri.

Dac definim tensiunea (sau efortul unitar) ntr-o seciune a unei piese, aceasta se noteaz cu o liter a alfabetului grec, (sigma) i poate fi exprimat cu ajutorul urmtoarei relaii:

2mN

AF

sau[Pa] (1.1)

unde F este valoarea forei ce acioneaz n seciune, iar A este aria seciunii. Datorit aciunilor exterioare materialele se deformeaz. Deformaiile sunt strict

legate de valorile tensiunilor interioare de aceea este foarte important de tiut forma legii de variaie a tensiunii cu deformaia. Pentru aceasta a fost definit o mrime adimensional, alungirea, , ca fiind raportul dintre deformaia unei epruvete, l, i lungimea ei, l.

ll

(1.2)

n figura 1.1 este prezentat curba de variaie a tensiunii cu alungirea, numit i curb caracteristic. Se vor defini pe aceast curb o serie de puncte foarte importante din punct de vedere al proprietilor mecanice ale unui material, astfel:

-punctul A reprezint limita de proporionalitate a unui material, pe poriunea OA a curbei caracteristice tensiunea este proporional cu alungirea materialului;

-punctul B este limita de elasticitate a materialului supus ncercrilor, mai exact este punctul pn la care, prin eliminarea aciunilor exterioare, materialul revine la forma (lungimea) iniial;

-punctul C reprezint limita de curgere, dup cum se poate observa din figur din acest punct alungirea corpului crete la o tensiune constant. Palierul CC care poate fi un traseu orizontal sau sinuos este numit i palier de curgere. La unele materiale acest palier nu exist de aceea, convenional, aceast limit a fost stabilit la valoarea tensiunii la care, dup descrcarea epruvetei, epruveta rmne cu o alungire permanent de 0,2%. Experimental s-a constat c descrcarea are lor dup o linie dreapt paralel cu cu OA, poriunea de proporionalitate.

-punctul D este punctul la care tensiunea are o valoare maxim, numit i rezisten la rupere. Din grafic se poate observa o zon de ntrite CD unde curba are un caracter cresctor, dup care ncepe ruperea propriu-zis;

-punctul F este punctul n care epuveta se rupe. Dup depirea punctului D, pe epruvet apare o gtuire care se dezvolt tot mai mult, pn la apariia ruperii.

Cele mai importante proprieti mecanice ale materialeleor sunt cele care sunt legate de rezistena lor, adic la capacitatea materialelor de a se opune forelor exterioare

D C F B C A r c e p

0 r

Fig.1.1 Curba caracteristic a oelului

5

care tind s le deformeze sau s le distrug. Dup felul n care aceste fore acioneaz rezistena poate fi la ntindere, compresiune, rsucire, ncovoiere i forfecare.

Rezistena la ntindere este proprietatea corpurilor de a se opune unor sarcini care tind s le deformeze prin ntindere. n timpul ncercrilor epruvetelor (pies standardizat a crui comportament la ntindere este studiat cu ajutorul unor maini speciale) se poate trasa diagrama (-) care este specific fiecrui material i care caracterizeaz modul de comportare la solicitarea de ntindere. Din diagrama prezentat n figura 1.1 se pot evidenia cteva caracteristici ale materialului ncercat, foarte importante n proiectare:

-limita de proporionalitate, notat p, este tensiunea limit pn la care tensiunea este proporional cu alungirea, interval pe care este valabil legea lui Hooke. Aceast lege, n cazul solicitrii de ntindere, are urmtoarea form:

E (1.3) Unde E este modulul de elasticitate longitudinal sau modulul lui Young care are

valoarea pentru: -oel laminat ][210 GPaE ; -oel turnat ][175 GPaE ; -fonte ][115 GPaE ; -aliaje ale aluminiului ][70 GPaE ; -lemn: n lungul fibrei ][1510 GPaE , perpendicular pe fibre ][4,0 GPaE ; -sticl ].[9050 GPaE -limita de elasticitate, notat e, este tensiunea maxim pn la care materialul are

un comportament elastic, astfel, odat descrcat, revine la dimensiunile iniiale. -limita de curgere, notat c, este tensiunea la care ncepe un proces de deformare

plastic la o sarcin practic constant sau descresctoare. -rezistena la rupere, notat r, este tensiunea maxim a curbei -, fiind cea mai

important caracteristic mecanic a materialelor, de care se ine cont n calculele de dimensionare.

Rezistena la solicitri ciclice este o proprietate mecanic care este stabilit n urma unor solicitri care variaz periodic n timp. Aceast valoare este foarte important n cazul n care solicitrile sunt dinamice, fiind inferioar rezistenei similare statice. Acest lucru indic faptul c, n timp, apare o oboseal a materialelor, de care trebuie s se in seama dac piesele sunt solicitate dinamic.

1.3.2.Proprieti tehnologice Metalele, pentru a ajunge produse finite, sunt supuse la diferite operaii de

prelucrare. Prelucrarea conduce la schimbarea formelor, dimensiunilor i chiar a unor proprieti fizico-mecanice. Prelucrarea se poate realiza la temperaturi nalte, precum turnarea sau deformarea plastic la cald, sau la rece, precum prelucrarea prin achiere.

Cele mai importante proprieti tehnologice sunt: capacitatea de turnare, maleabilitatea, ductibilitatea, forjabilitatea, sudabilitatea, prelucrabilitatea prin achiere etc.

Capacitatea de turnare se refer la posibilitatea materialului mecanic de a fi turnat n forme variate. Capacitatea de turnare depinde de fuzibilitatea i de fluiditatea materialului. Cu ct un material este mai fuzibil (are temperatura de topire mai mic) e mai indicat pentru a fi turnat n piese. Fluiditatea indic capacitatea unui material de a

6

curge prin orificii nguste i de a umple i spaiile mai nguste ale formei. De exemplu, staniul i plumbul sunt mai fuzibile dect fierul, iar fonta este mai fluid dect oelul.

Ductibilitatea este proprietatea unui material de fi tras n fire subiri fr a se rupe, iar maleabilitatea este proprietatea de a fi ciocnit n foie subiri. Fierul i cuprul sunt materiale ductile, argintul, aurul cuprul, plumbul i staniul au o bun maleabilitate.

Forjabilitatea este proprietatea materialelor metalice de a fi prelucrate prin deformare plastic la cald prin lovire sau presare. Forjabilitatea se determin prin ncercarea la refulare.

Sudabilitatea este proprietatea unui material metalic de a se mbina prin sudare de el nsui sau de un alt material. Tablele din care se realizeaz construcii sudate, precum nave, vagoane, poduri, recipiente etc., sunt supuse ncercrilor la sudabilitate.

Preclucrabilitatea prin achiere este proprietatea unui material metalic de a fi prelucrat prin achiere: strunjire, gurire, frezare etc. Pe baza acesteia se are n vedere tehnologia utilizat, alegerea sculei achietoare, viteza de achiere etc.

7

2.Tehnologii folosite n producia aliajelor fier-carbon O scurt istorie Oelul este cunoscut din antichitate, putnd fi obinut prin topirea minereurilor de

fier mpreun cu unele care conineau carbon. Cea mai veche pies de oel, avnd o vechime de 4000 de ani, a fost gsit n site-

ul arheologic Kaman-Kalehoyuk din Anatolia conform informaiei postate pe o pagin de informaii on line (http://www.hindu.com/thehindu/holnus/001200903261611.htm).

O alt pies, despre care se apreciaz c a fost realizat ntr-o perioad din jurul anului 1400 .H., a fost gsit n estul Africii, conform ("Civilizations in Africa: The Iron Age South of the Sahara", Washington State University).

Att n China, ct i n Imperiul Roman armele aveau n componen pri realizate dintr-un oel de foarte bun calitate. Populaia Haya, situat n nordul Tanzaniei, folosea furnale n care se realizau temperaturi de aproape 1800C, acum 2000 de ani, ceea ce fcea posibil prelucrarea prin forjare a unor obiecte, cel mai probabil arme, produse din oel-carbon. n sudul Asiei, insula Sri Lanka, aria Samanalawewa, s-au descoperit obiecte dintr-un oel de mare duritate, denumit wootz steel sau oel de Damasc, obinut pe la 300 .H. Metoda de preparare a acestui oel special a ajuns i n China, unde au fost elaborate procese de producie bine puse la punct, n jurul anilor 500.

n perioada modern s-a nceput obinerea oelului topit n vase mari, trecndu-se de la utilizarea crbunelui la cocs. Spre sfritul secolului 16 au aparut lucrri (Praga, 1575 i Neapole, 1599) n care sunt descrise tehnologii de producere a oelului, iar nceputul secolului 17 a nsemnat apariia productorilor industriali. Revoluia industrial, declanat odat cu apariia unor mari centre productoare de oel (n Anglia au avut cea mai mare dezvoltare), precum Sheffield (vezi poza alturat), a condus la inventarea att a unor procese de producie eficiente (procesul Bessemer, procesul Siemens-Martin), ct i a unor utilaje mai eficiente care au condus la creterea caliti i cantitii de oel produse, ct i la scderea costurilor.

n ultimul secol, secolul XX, producia de oel a crescut foarte mult, iar trendul este unul pozitiv, chiar dac efectele crizei globale sunt resimite i n industria metalurgic.

Marii productori de oel de alt dat, precum USA, Rusia ori Anglia n secolul XIX sunt depii de rile ale cror economii nregistreaz creteri permanente, precum China ori India.

2.1.Procesele metalurgice de baz la elaborarea metalelor Metalugia este tiina care se ocup cu extragerea de metale i producerea de

aliaje din minereuri. Minereurile sunt combinaii ale metalelor cu nemetalele care se gsesc n natur, din care se pot extrage n mod rentabil metalele i aliajele coninute n

8

acestea. Exist i minereuri n care metalele se gsesc n stare nativ, dar acestea sunt puine: aurul, platina, argintul, cuprul, iar cantitile acestor minereuri pure sunt mici n raport cu necesitile pieei. Dezvoltarea tiinei metalurgice a avut ca rezultat gsirea unor tehnologii de extracie rentabile a metalelor din minereuri srace n coninut sau greu de prelucrat, n trecut.

Procedeele metalurgice de baz, utilizate la extragerea metalelor i aliajelor, se pot clasifica n trei grupe:

-procedeele pirometalurgice au la baz procedee ce folosesc temperaturi nalte; -procedeele hidrometalurgice au la baz solubilizarea minereurilor la temperaturi

joase, la presiune constant sau variabil; -procedeele electrometalurgice folosesc energia electric, fiind la rndul lor

mprite n electrotermice i electrochimice. 2.2.Tehnologia elaborrii fontei 2.2.1.Generaliti privind aliajele fier-carbon Caracteristicile fizico-mecanice deosebite, ct i preul de cost redus, au fcut ca

aliajele fier-carbon, fontele i oelurile, s fie utilizate la scar larg n majoritatea domeniilor. Din consumul general de metale, fierul i aliajele pe baz de fier reprezint n jur de 90% (ca greutate). Ramura industrial care se ocup cu obinerea fontei i a oelului, precum i prelucrarea lingourilor de oel n semifabricate se numete siderurgie.

Principalele produse ale industriei siderurgice se pot clasifica n: fierul tehnic (0-0,03%C), oelurile (0,03-2,1%C), fontele (2,1-6,67%C) i feroaliajele. n oeluri i fonte, n afar de fier i carbon se mai gsesc i alte elemente nsoitoare (inevitabile uneori), precum: Si, Mn, P, S, ele modific proprietile mecanice ale aliajului de baz. Prezena acestor elemente este uneori util (conteaz proporia), conferind aliajului proprieti deosebite. Elementele nsoitoare duntoare n fonte i oeluri sunt: sulful (provoac fragilitatea la cald aliajului), fosforul (provoac fragilitatea la rece) i gazele dizolvate (O, N, H).

Fonta se utilizeaz att pentru producia de piese turnate ct i ca materie prim pentru elaborarea oelului.

Feroaliajele sunt aliaje pe baz de fier cu alte elemente care se utilizeaz ca materii prime la elaborarea diverselor marci de fonte sau oeluri. De exemplu: feromangan (FeMn), ferosiliciu (FeSi), ferocrom (FeCr), ferovanadiu (FeV), ferotitan etc.

2.2.2.Materii prime folosite la elaborarea fontei Pentru producerea fontei se folosesc urmtoarele materii prime principale:

minereuri, combustibili i fondani. Ca materiale auxiliare se folosesc: materiale refractare (pentru zidirea cuptoarelor), aer sau oxigen i apa de rcire.

1)Minereuri Minereurile de fier sunt oxizi i carbonai de fier: -magnetita oxidul fero-feric (Fe3O4), coninut de fier 54-59%, resurse n Rusia,

Suedia, Norvegia, Venezuela; -hematita oxidul feric (Fe2O3), principalul minereu folosit la elaborarea fontei,

coninut de fier 68-69%, resurse n Ucraina, Brazilia, India etc.;

9

-limonitele oxizi ferici hidratai (Fe2O3-nH2O), coninut de fier 35-55%, au n compoziie i alte metale (mangan, vanadiu etc.) dar i impuriti duntoare (P, As, S), resurse n Rusia, Spania, Cuba, SUA etc.;

-siderita i ankeritul carbonai de fier simpli sau complexi ((Fe, Mg, Mn)CO3), conin ntre 30-40% fier, dar rezervele sunt mici.

Pe lng aceste minerale enumerate, ce conin cantiti mari de fier, se utilizeaz i alte minereuri mai complexe ce conin i alte metale, precum magnetit vanadifer, imenit sau titanomegnetit vanadifer. n afar de minereurile de fier n siderurgie mai sunt utilizate ca materii prime i cenuile de pirit (reziduri de la fabricile de acid sulfuric), cu un coninut de 40-60% Fe, praful de furnal (recirculat), arsura de fier (undr) care rezult de la laminarea oelului i pan de oel, rezultat n urmare prelucrrilor prin achiere.

Minereurile de mangan folosite la elaborarea fontelor sunt oxizi, carbonai sau silicai ai manganului, precum: piroluzita, psilomelanul, manganita, hausmanita, organita, rodocrozita i rodonitul.

Minereurile care se introduc n furnale pot fi n stare granulat, aglomerat sau peletizat. Prin aglomerarea minereurilor ncrctura furnalului este mai compact, ceea ce conduce la reducerea consumului specific de cocs i la creterea randamentului furnalului.

2)Fondanii O parte a minereurilor folosite nu conine substan activ, acest steril este numit

n siderurgie gang. Ganga minereurilor de fier este de regul alctuit din SiO2 i Al2O3. Ganga pentru a fi nlturat trebuie combinat cu o substane active, numite fondani. Fondanii utilizai la furnalele cu bazicitate ridicat sunt calcarele dolomitice. Se mai folosete ca fondant i bauxita.

3)Combustibilii Combustibili au un rol esenial n procesul de elaborare a fontei, avnd att rolul

de a produce cldura necesar topirii minereurilor din furnal, dar i rol de participant n reaciile chimice, mai precis reducerea oxizilor i carburarea fierului. Combustibilii utilizai n furnal sunt cocsul i mangalul. Cocsul are cel mai important rol, el trebuie s aib putere caloric mare (6500-700 kcal/kg), porozitate ridicat, umiditate mic i o bun rezisten la sfrmare.

n tehnologiile moderne se utilizeaz i combustibili auxiliari, precum gazul metan, gazul de cocsrie sau pcura care se pot utiliza mpreun cu combustibilii primari. Prin aceast utilizare se reduce consumul de cocs (pn la 100 kg/t), crescndu-se i productivitatea prin creterea temperaturii n furnal.

2.2.3.Utilajele folosite n procesul de elaborare al fontei O unitate de producie siderurgic n care se elaboreaz fonta trebuie s aib n

dotare urmtoare utilaje i instalaii (vezi figura 2.1): -furnalul, 4; -utilaje de depozitare a materiilor prime i instalaii de ncrcare a furnalului, 1, 3,

4 i 5; -instalaii de prenclzire, de insuflare n furnal i de evacuare a aerului, 9, 10; -instalaii pentru captarea i epurarea gazului de furnal, 6; -utilajele folosite la evacuarea fontei i a zgurei din furnal, 7 i 8; -instalaii auxiliare de granularea zgurei i de prepararea materialor refractare;

10

-instalaii de automatizare.

Fig. 2.1 Utilaje i instalaiile dintr-o unitate de producie a fontei

Furnalul Este un cuptor vertical de seciune circular alctuit din urmtoarele pri

principale: creuzetul, etajul, pntecele, cuva i gura de ncrcare. Creuzetul, situat la partea inferioar a furnalului, are o form cilindric. Materialul topit se strnge n acesta, zon n care are loc i evacuarea fontei i a zgurei.

Furnalul este construit din tabl groas de 20-30 [mm] i este cptuit la interior

cu zidrie reflactar din amot care este rcit cu ap. Materiile prime sunt ncrcate pe la partea superioar pn la 80-90% din nlimea furnalului. Capacitatea unui furnal depinde de dimensiunile pe care acesta le are. n Romania, la Combinatul siderurgic de la Galai exist furnale de 1700 [m3], dar i de unul de 2700 [m3]. La Fukyama (Japonia), furnalul 5, are 4400 [m3] i o productivitate de 11000 [tone] de font pe zi. Pentru a fi

Fig. 2.2 Schema unui furnal

11

rentabil un furnal are o funcionare continu de 6-7 ani, de aceea toate aspectele care in de funcionarea unui astfel de utilaj, aprovizionare cu materii prime i auxiliare, ntreinere, trebuie foarte bine puse la punct

Instalaia de ncrcare Datorit cantitilor foarte mari de materiale care trebuie introduse permanent n

furnal, pe la partea superioar, pentru un randament ridicat se folosesc instalaii de ncrcare mecanizate de mare productivitate. De asemenea, este nevoie ca buncrele de materii prime s asigure n permanen fluxuri corelate cu capacitatea de ncrcare. Pentru a da un exemplu concret, un furnal de 1500 [m3] se ncarc zilnic cu 2400-3300 [t] minereu, 1350-1500 [t] cocs, 1200-1500 [t] fondani i alte materiale n cantiti mai mici. Astfel, instalaia de ncrcare trebuie s transporte ntre 3950-6300 [t] de materiale/zi, o cantitate foarte mare ce trebuie ridicat la peste 25 metri. Instalaia de ncrcare este prevzut cu vagonete ce ruleaz pe o cale ferat care descarc materialele n gura furnalului. La gura furnalului exist un sistem, tip plnie, care asigur att descrcarea materialului, ct i etanarea furnalului.

Instalaii de prenclzire, de insuflare n furnal i de evacuare a aerului n procesul de elaborare a fontei trebuie insuflat n furnal aer prenclzit la

temperaturi de 1100-1200 [C]. Acest lucru se realizeaz cu ajutorul unor turbosuflante puternice, ce asigur debite de 4000-6000 [Nm3/min], aer prenczit n nite instalaii cilindrice foarte nalte (h=30-40[m], D=6-8[m]), numite cowpere. Un cowper este alctuit din dou camere: camera de ardere i camera de nclzire, ntre care are loc un intens schimb de cldur. Gazele de furnal provenite din camera de ardere, transmit cldura lor unui grilaj, dup care sunt evacuate printr-un co de evacuare. Aerul rece, uneori supraoxigenat, este forat s treac prin grilajul nclzit unde ajunge la temperaturi de pn la 1200 [C], dup care este insuflat n furnal, pe la partea superioar a creuzetului. Prin utilizarea aerului supraoxigenat se poate mri i cantitatea de combustibil auxiliar (gaz metan, pcur) i de abur ce se introduce n furnal, ceea ce conduce la reducerea consumului specific de cocs. Un furnal poate fi dotat cu 3-4 cowpere.

Instalaii pentru captarea i epurarea gazului de furnal Procesele care au loc n furnal elibereaz o foarte mare cantitate de gaze

combustibile care trebuie valorificate, dar i o mare cantitate de praf, 10-40 [g/Nm3]. Epurarea gazului de furnal se face n mai multe faze, iar dup filtrare acesta este depozitat n gazometre.

Utilajele folosite la evacuarea fontei i a zgurei din furnal Obinerea fontei lichide se face prin destuparea periodic (dup un ciclu) a

orificiilor de font cu ajutorul unor perforatoare electropneumatice. Fonta lichid se scurge prin jghebul de turnare n oale de turnare (fonta de afnare) sau la o main de turnat pe band, obinndu-se calupuri de font. Dup evacuarea fontei, orificiul de curgere se nchide cu un dop de mas refractar. Zgura se evacueaz din 2 n 2 ore prin orificiul de zgur n oale de zgur, urmnd apoi un proces de rcire i granulare.

Instalaii de automatizare Furnalele moderne au un grad mare de mecanizare i, implicit, automatizare.

Printre reglajele care se pot face la un furnal amintim cteva: reglarea debitului de gaz metan, reglarea repartiiei uniforme a aerului insuflat n furnal, reglarea umiditii, reglarea presiunii gazului de furnal distribuit ctre cowpere, reglarea temperaturii aerului

12

cald etc. De asemnenea, ncrcarea furnalului se face pe baza unui program care comand i controleaz n timp real instalaia de ncrcare.

Procesele fizico-chimice din furnal n procesul de elaborare al fontei au loc mai multe tipuri de procese fizico-

chimice: 1)Descompunerea materialelor din ncrctur. Datorit temperaturii ridicate din

furnal materialele sunt supuse urmtoarelor procese de transformare: eliminarea apei higroscopice (100-200[C]), descompunerea hidrailor (150-500[C]).

2)Procese de ardere a cocsului. Arderea cocsului este un proces exoterm i are loc n zona gurilor prin care se sufl aerul prenclzit. Oxidul de carbon rezultat particip la reaciile de reducere.

3)Procese de reducere. n urma proceselor de reducere, pe bilan general endoterme, se obin metalele sau nemetalele ale cror oxizi sunt redui (Fe, Mn, Si, P)

-reducerea oxizilor de fier. Are loc n trei etape, la reacii participnd oxizii de fier i oxidul de carbon;

-reducerea oxizilor de mangan; -reducerea silicei SiO3; -reducerea fosforului. 4)Carburarea fierului. Are loc n pntecele furnalului la temperaturi de peste

1100[C], fierul redus sub form buretoas se carbureaz trecnd n cementit (Fe3C). n fierul carburat topit se pot dizolva cantiti variabile de Si, Mn, P i S, formndu-se fonta. n prezena unor elemente care formeaz carburi, precum Mn i Cr, coninutul de carbon din font crete. Prezena elementelor care se pot combina cu fierul P, S i Si, conduce la separarea carbonului sub form de grafit.

5)Desulfurarea fontei. Pentru eliminarea sulfului sunt create condiiile favorabile, temperaturi ridicate, astfel o mare cantitate din acesta trece n zgur sau n gazul de furnal.

Produsele procesului de elaborare Fonta. n furnal se elaboreaz dou principale tipuri de fonte: fonte cenuii,

utilizate la turnarea n piese i fonte albe sau de afnare, utilizate la elaborarea oelurilor. Fontele de furnal pot fi clasificate astfel:

a)Fonte brute obinuite, cu coninuturi de Si i Mn sub 5% fiecare. La rndul lor acestea pot fi:

-fonte de turntorie; -fonte de afnare. b)Fonte brute aliate: -fonte silicoase, cu 9-15% Si i Mn max. 3%; -fonte manganoase (oglind), cu 10-25%Mn i Si max. 2%; -fonte silicoase-oglind, cu 9-15%Si i 18-24% Mn. Zgura. Este alctuit n principal din urmtorii oxizi: SiO2, Al2O3, CaO i MgO.

Cantitatea rezultat n procesul de elaborare al fontei variaz ntre 700-1100[kg/t] font. Zgurele de furnal pot fi acide, bazice sau neutre. Zgurele bazice pot fi valorificate, dup granulare, fiind transformate n vat de zgur, material termoizolant.

13

Gazul de furnal. Rezult ntre 3500-400[Nm3/t] de cocs ars, gazul fiind un gaz combustibil cu putere caloric slab, 850-1200[kcal/Nm3]. Gazul de furnal este valorificat la nczirea cowperelor.

Aspecte economice ale produciei de font Indici tehnico-economici 1)Indicatorul de utilizare intensiv a volumului util al furnalului, Iu. Se poate

determina cu relaiile:

]zit/m[ 3KI

VpI a

u

zu (2.1)

unde: pz este producia zilnic de font, n t/zi; Ia este intensitatea de ardere a cocsului, n t.cocs/m3 zi (Ia=1-1,2 [t/m3zi]); K consumul specific de cocs, n t. cocs/t., Vu volumul util al furnalului.

Producia zilnic se poate calcula cu relaia:

]t/zi[24

s

uz V

Vp

(2.2)

unde: Vs este volumul specific al ncrcturii, n [m3/t], iar este durata de trecere a ncrcturii prin furnal (7-8 [h]).

Indicatorul de utilizare variaz la furnalele moderne de capacitate mare ntre 1,8-2,5 [t/m3], ajungnd chiar la valoarea de 3 [t/m3], dac toi factorii care necesari proceselor tehnologice de elaborare sunt activi. Astfel, principalii factori care influeneaz valoarea lui Iu sunt:

-calitatea materialelor din ncrctur. Producia crete semnificativ cu mbogirea i aglomerarea minereului, dar i cu calitatea cocsului utilizat;

-durata de trece a ncrcturii prin furnal (). Aceasta depinde de volumul ncrcturii i de viteza de coborre a coloanei de materiale n furnal care conduce la stabilirea numrului de ncrcturi pe zi. Durata de trecere este cu att mai scurt cu ct volumul ncrcturii este mai mic, ceea ce conduce la un consum specific mai redus de minereu, cocs i fondani, dar o mai mare cantitate de aer insuflat.

-intensificarea proceselor metalurgice n furnal. Se poate realiza prin msuri ca: ridicarea temperaturii aerului insuflat, mbogirea cu oxigen a aerului insuflat, creterea presiunii gazelor din furnal, utilizarea metanului i a vaporilor de ap.

2) Indicatori de consum a)Consumul specific de cocs [kg cocs/t font], depinde de:

-calitatea ncrcturii, consumul se reduce dac minereul este mai bogat. Dac materialul este aglomerat consumul de cocs se duce cu pn la 15%. Folosirea de combustibil auxiliar, gaz metan sau pcur, poate reduce consumul de cocs.

-calitatea fontei. Consumul de cocs pentru fontele albe (450-600 [kg/t]) este mai mic dect pentru fontele cenuii (650-850[kg/t]).

b)Consumul specific de minereu i ncrctur metalic (pan, pirit ars etc.) c)Consumul specific de aer [Nm3/t cocs], variaz ntre 3000-4000 [Nm3/t]. d)Consumul de fondani [kg/t font]. Scade prin mbuntirea minereului i

creterea calitii cocsului. e)Consumul specific de ap de rcire [m3/t font].

14

Structura costurilor de producie la elaborarea fontei O schem a costurilor de producie la elaborarea fontei ar putea fi urmtoarea: -materii prime (minereuri, adaosuri) 50-55% -materiale auxiliare 1-2% -combustibil 38-45% -energie electric, ap, aer, abur 2,5-3,5% -retribuii directe 0,2-0,5% -costuri generale ale seciei de furnale 5-7% -regie general 0,6% -recuperri (zgur, gaz de furnal, praf de furnal) -5% Din schema de costuri se poate observa c acestea pot fi reduse n special prin

reducerea consumurilor de materii, combustibil i energie. 2.3.Tehnologia elaborrii oelului 2.3.1.Generaliti Oelul este un aliaj al fierului cu carbonul, obinut din font prin reglarea

coninutului de C, Si, Mn, P i S ntre anumite limite cunoscute. Fonta alb intr ntr-un proces de oxidare i eliminare a elementelor duntoare n zgur sau n gazele arse. n funcie de marca oelului, la aliajul de baz se pot ncorpora i alte elemente de aliere, precum Mn, Cr, Ni, Co, W, Mo, V, Ti etc. Care, n diferite proporii, confer oelului anumite proprieti fizico-mecanice. Comparativ cu fonta, oelul are caracteristici mecanice superioare i o mai bun prelucrabilitate, fiind metalul cu cea mai larg utilizarea n industria construciilor de maini i nu numai.

Principalele procedee de elaborare i mbuntire a oelului sunt: -procedeul Siemens-Martin; -procedeul convertizoarelor cu oxigen; -procedee electrice cu cuptoare cu arc electric sau cu inducie; -procedeul de elaborare n convertizoare cu suflare de oxigen; -procedee speciale de mbuntire a calitii oelului: turnare i tratare n vid,

rafinare prin retopire. 2.3.2.Procesele fizico-chimice la elaborarea oelului 1)Procese de oxidare n procesul de elaborare a oelului, ce are loc la temperaturi nalte i atmosfer

oxidant, fierul i metalele nsoitoare sunt supuse unui proces de oxidare. Oxidarea elementelor nsoitoare, notate cu ajutorul oxigenului are loc pe baza urmtoarei relaii generale:

nmOMenOMe

nm 22

2 (2.3)

Alte substane oxidante sunt: bioxidul de carbon i vaporii de ap din atmosfera agregatului de elaborare. Oxidarea elementelor nsoitoare din baia metalic are loc n ordinea afinitii pe care acestea o au fa de oxigen, ordinea fiind Si, Mn, P i C.

O importan deosebit n elaborarea oelului o are procesul de decarburare (oxidarea carbonului). Carbonul oxidat n baia metalic mpreun cu oxigenul formeaz

15

monoxidul de carbon CO care odat format prsete baia sub form de bule de gaz. Eliminarea acestui gaz produce o agitare puternic a bii de metal, numit fierbere. Necesarul de oxigen este asigurat fie prin introducerea n baia de metal a unui minereu de fier (hematita), fie prin insuflarea de oxigen.

2)Procesul de desulfurare. Sulful apare n aliajele Fe-C sub form de sulfur de fier (FeS) i determin fragilitatea oelului la cald. Pentru desulfurare se folosete manganul care are o afinitate mai mare dect fierul fa de sulf, formnd sulfura de mangan (MnS), insolubil, ce trece din baia de metal n zgur.

3)Procesul de dezoxidare. n urma proceselor de oxidare oelul lichid conine oxigen dizolvat (O) care determin fragilitatea la cald a oelului. Dezoxidarea se realizeaz practic prin introducerea n baia de metal a unui element cu afinitate mai mare la oxigen, oxidul rezultat eliminndu-se n zgur.

2.3.3.Procedeul Siemens-

Martin de elaborare a oelului Elaborarea oelului prin

procedeul Siemens-Martin are loc ntr-un cuptor cu vatr, continuu termic i discontinuu tehnologic (se elaboreaz arj cu arj). Cuptorul Siemens Martin este alctuit din vatr, perei i bolt. La interior, peste construcia metalic de susinere, cuptorul este cptuit cu o zidrie refractar peste care se aplic un monolit de uzur acid (cuarit) sau bazic (magnezit granulat). Vatra este prevzut cu un orificiu de evacuare a oelului. n pereii laterali se gsesc capetele de ardere (gaz metan, gaz de furnal, biogaz sau pcur) prin care se face admisia combustibilului ct i evacuarea gazelor arse.

Principalele instalaii anexe ale cuptorului Siemens-Martin sunt:

-camerele de zgur -camerele regeneratoare -aparate de inversare a

circulaiei aerului. Schema de funcionare a

cuptorului Martin este prezentat n figura 2.3. Aerul rece este trimis cu ajutorul unei suflante la aparatul de inversare 11, apoi n canalul orizontal 10, camera de regenerare 9, aici aerul este prenclzit. Aerul

Fig. 2.3 Cuptorul Siemens-Martin a)seciune longitudinal; b)seciune transversal:

1-vatr, 2-baie metalic, 3-zgur, 4-bolt, 5-cap de ardere, 6-arztor, 7,7-canale verticale, 8-camer de

zgur, 9-,9-camere regeneratoare, 10-canal orizontal, 11-aparat de inversare, 12-canal de fum,

13-jgheab de turnare.

16

ajunge n camera de zgur 8 i canalul vertical 7 i apoi n cuptor. Arztorul cu gaz metan 6, mpreun cu aerul prenclzit, produce o flacr puternic care topete ncrctura din vatr. Gazele arse, care sunt evacuate prin arztorul pereche, nclzesc camera de generare 9, trec n canalul orizontal 10, iar dup ce ajung n aparatul de inversare 11 sunt eliminare n coul de fum 12. Dup un interval de 10-15 minute, timp n care camera de regenerare 9 se rcete, se schimb sensul de circulaie a aerului, recuperndu-se astfel cldura gazelor arse.

Procesul tehnologic de elaborare ncrctura ce se introduce n vatr se compune dintr-o parte metalic: font

lichid sau solid, fier vechi, materiale pentru formarea zgurei: var, calcar, bauxit etc., decarburani: hematit i oxigen, dezoxidani: FeMn, SiMn, Al.

Elaborarea are urmtoarele faze: Ajustarea. Const n repararea la cald a nveliului pereilor cuptorului i are loc

dup fiecare arj. ncrcarea. De regul, se ncepe cu ncrcarea fierului vechi, apoi minereul,

calcarul i restul fierului vechi. n timpul i dup ncrcare materialele se nclzesc puternic. La apariia picturilor de metal se toarn i fonta lichid.

Topirea. n timpul topirii au loc reaciile de oxidare, formndu-se o zgur oxidant. La sfritul acestei faze se iau probe de material pentru stabilirea compoziiei bii metalice.

Fierberea. Faza de decarburare are dou perioade: fierberea cu minereu sau oxigen (intens) i fierberea linitit. Dup fierbere se iau probe pentru determinarea coninutului de carbon i de alte elemente.

Predezoxidarea. Se face prin adugarea de elemente cu afinitate mai mare fa de oxigen: FeMn, FeSi n baia metalic. n cazul n care sunt elaborate arje de oeluri aliate se introduc n baia de metal elementele de aliere necesare.

Evacuarea i dezoxidarea final. Oelul este evacuat n oala de turnare, n care se

face face i dezoxidarea final cu FeMn, FeSi i Al. Indicatori tehnico-economici la cuptorul Siemens-Martin 1)Indicatorul de utilizare intensiv, Iu, are expresia:

Fig. 2.4 Cuptoare Siemens-Martin

17

]/[ 2 zimtSPI zu (2.4)

unde: Pz producia zilnic [t/zi], iar Ssuprafaa bii cuptorului [m2]. Acest indicator depinde de capacitatea cuptorului i de starea ncrcturii, lund

valori ntre 7-9 [t/m2 zi], putnd atinge chiar valori de 12-16 [t/m2 zi], n cazul arjelor rapide. Productivitatea cuptorului poate fi mrit prin intensificarea proceselor tehnologice i printr-o organizare foarte bun. Controlul i reglarea automatizat a temperaturii i a presiunii de lucru n cuptor funcie de cerinele metodei de elaborare, ct i utilizarea oxigenului conduc la elaborarea unei arje ntr-un timp mai scurt.

Capacitatea de producie a unui cuptor Martin se poate determina cu o relaie de forma:

du TISC (2.5) unde: Td este timpul disponibil de elaborare, ce se obine prin scderea din timpul efectiv a perioadelor prevzute pentru revizie, refacere dup elaborarea unei arje, ori a reparaiilor sau evenimentelor accidentale (defeciuni, lips macara, probleme cu aprovizionarea cu materii prime sau combustivili etc.).

2)Indicatorii de consum de baz -consumul specific de ncrctur metalic, Qm, [kg/t oel lingou]. Acest indicator

are valori cuprinse ntre 1080-1100 [kg/t]. -consumul specific de combustibil, Qo, [kcal/t oel lingou]. Pentru combustibii

gazoi are valori ntre (1,05-1,98)*106 [kcal/t], iar pentru pcur ia valori n intervalul (1,38-1,65)*106 [kcal/t], consumul de combustibili crete dac capacitatea de producie a cuptorului, C, scade.

2.3.4.Procedeul de elaborare a oelului n convertizoare cu oxigen (LD) Elaborarea oelului prin procedeul LD a fost introdus pentru prima dat n uzinele

Linz-Donawitz (Austria, 1952), de unde i denumirea. Procedeul LD folosete ca agregat principal un convertizor din tabl, cptuit la interior cu material refractar bazic (dolomit). Convertizorul este ncrcat pe la partea superioar, unde are prevzut o gur de ncrcare-golire, este suspendat putnd fi basculat la ncrcare i golire. ncrctura metalic a convertizorului LD este format din 70% font lichid i 30% fier vechi sau font solid. Se mai adaug var i fluorin pentru formarea zgurei. Elaborarea oelului se face prin suflarea n baia de metal a oxigenului, cu peste 99,5% puritate. eava lance prin care este insuflat oxigenul se introduce n baie pe la partea superioar a convertizorului este fabricat din oel cu perei dubli, prin care circul ap de rcire. La exterior este izolat cu tuburi din material refractar, putnd fi introdus sau scoas complet din convertizor.

Oxigenul, suflat cu presiune i debit mare (10-18 [atm], 40-45[Nm3/min]), ptrunde adnc n baia de metal, agitnd-o puternic. Principalele reacii chimice care au loc sunt cele de oxidare a metalelor, reacii puternic exoterme, i de decarburare. n zona de intrare a oxigenului, are lor reacia:

FeOOFe 22 2 (2.6)

18

Se formeaz oxidul feros i crete temperatura local pn la valori cuprinse n intervalul 2500-3000C. Agitarea intens a bii difuzeaz rapid oxidul feros format care oxideaz celelalte elemente nsoitoare cu o afinitate mai mare fa de oxigen. Zgura bogat n oxid feros favorizeaz i defosfatarea bii metalice.

Durata elaborrii unei arje este de 30-40 minute i nu depinde de capacitatea convertizorului care poate varia ntre 50-350[t].

Avantaje tehnico-economice -productivitate foarte nalt; -construcie simpl; -calitatea bun a oelului; -costuri de producie mai mici dect ale

oelurilor elaborate n cuptoare Martin. Dezavantaje ale procedeului LD -consumul mare de oxigen impune

construirea unor fabrici de oxigen n combinatele siderurgice ce folosesc acest procedeu;

-n timpul procesului tehnologic se degaj o mare cantitate de praf i vapori de culoare cafenie, de aceea instalaiile de elaborare trebuie prevzute cu sisteme de captare i epurare a gazelor. De regul, aceste instalaii auxiliare se extind pe vertical, ceea ce conduce la construcia unor hale industriale foarte nalte.

Indici tehnico-economici ai

procedeului LD Consumul specific de oxigen [Nm3/t

oel lingou]. Consumul specific de oxigen este n medie de 50-53 [Nm3/t].

Producia specific [t/h]. Cantitatea de oel produs depinde de capacitatea convertizorului i de pierderile de metal prin ardere, volatilizare i cele tehnologice. Convertizoarele de 90-100 [t] au o producie n jur de 100 [t/h], iar cele de 200-300[t] peste 200 [t/h].

2.3.5.Procedeul de elaborare a

oelului n cuptoare cu arc electric Este un procedeu modern de

elaborare la care cldura necesar topirii ncrcturii metalice se obine de la un arc electric produs ntre nite electrozi de grafit

Fig. 2.6 Cuptorul cu arc electric

1-electrozi de grafit, 2-arcul electric, 3-baia de metal, 4-sistem de rotire

Fig. 2.5 Convertizorul LD 1-mantaua de oel a convertizorului,

2-cptueal refractar, 3-fund detaabil,

4-lance, 5-tub izolaie, 6-baie de metal, 7-atmoster oxidant

19

i ncrctur. Temperaturile n cuptor sunt foarte ridicate, 2000-3500[C], lucru care conduce la scurtarea timpului de elaborare a unei arje. Cuptoarele pot fi cptuite cu material refractar acid, caz n care ncrctura trebuie s fie de bun calitate (fierul vechi i fonta s nu fie ruginite i s fie uscate) i cu cptual bazic, caz n care se poate folosi i o ncrctur de calitate mai slab.

Avantajele procedeului -oelul elaborat conine o cantitate mic de oxid, FeO, i este dezoxidat datorit

inexistenei unui mediu oxidant; -pierderile elementelor de aliere prin ardere (oxidare) sunt mici, de aceea se pot

utiliza deeuri de oel aliat; -temperaturile nalte din cuptor permit elaborarea unor oeluri aliate cu elemente

de aliere greu fuzibile: W, V, Mo; -posibilitatea unor defosfatri i desulfurri avansate, doar n cuptorul bazic; -cuptorul poate fi adus n regimul termic optim n timp scurt, ceea ce confer

suplee n exploatare; -oelurile obinute au o calitate superioar altor procedee, au o bun fluiditate i

pot fi utilizate la turnarea n piese; -datorit posibilitilor de a regla temperatura i atmosfera n cuptor, elaborarea

este lipsit de gaze, oxizi, zgur, ceea ce conduce la oeluri cu proprieti tehnice superioare;

-au un randament termic mai bun, 60-65%, dect cuptoarele Martin. Dezavantaje -un dezavantaj al tehnologiilor electrice este costul de producie ridicat datorat

consumurilor de energie electric i electrozi de grafit; -timpul de elaborare a unei arje este mai mare dect la alte procedee. Indici tehnico-economici ai procedeului cu aer electric Consumul specific de energie electric [kWh/t oel lingou]. Consumul specific de

energie electric depinde de starea ncrcturii, marca oelului, starea cuptorului i perioada unui ciclu de elaborare. Consumul de energie electric pentru oelurile obinuite, elaborate din ncrctur solid, este situat ntre 600-800 [kWh/t], iar la elaborarea oelurilor aliate poate s creasc pn la 1000 [kWh/t]. Deoarece pentru faza de topire se consum n jur de 450 [kWh/t], folosirea ncrcturii topite reduce mult consumul de electricitate. Folosirea oxigenului la topire i afnare conduce la reducerea consumului de energie electric cu pn la 30%.

Producia specific [t/h]. Poate fi determinat cu urmtoarea relaie:

]t/h[)1(

s

Meh

Pp

(2.7)

unde: P este ncrctura medie pe arj, Me este pierderea de metal, s este durata unei arje [h]. Durata unei arje poate fi scurtat prin folosirea instalaiilor de automatizare care s asigure o reglare a poziiei electrozilor, a necesarului de fondani, de oxigen i la comutarea transformatorului n diferite trepte de tensiune n funcie de parametrii msurai n cuptor.

20

2.4.Turnarea oelului n lingouri Odat elaborat oelul este evacuat ntr-o oal de turnare, confecionat din tabl de

oel cptuit cu material refractar (crmizi de amot), cu o capacitate egal cu cea a cuptorului. Din oal oelul este turnat n lingotiere, confecionate din font cenuie care pot avea seciuni variate: rotund, ptrat, dreptunghiular sau poligonal. Lingotierele sunt prevzute cu o conicitate care asigur scoaterea lingoului dup rcire.

Lingourile, care pot avea de la cteva sute de kilograme pn la cteva sute de tone (200-300[t]), sunt trimise ctre prelucrare la forjele grele. La partea superioar lingoul prezint o poriune cu defecte de turnare, denumit maselot care se nltur.

Se ntlnesc dou procedee de turnare n lingouri: Turnarea direct, cnd umplerea se face de sus n jos, direct din oala de turnare.

Este mai simpl i mai ieftin, dar nu se pot turna lingouri mici din arje mari i, datorit stropirii metalului, se reduce durabilitatea lingotierelor, iar lingourile rezultate au tendina de a crpa.

Turnarea indirect, are loc cnd umplerea lingotierelor se face printr-un sifon, de jos n sus. Are avantajul c se poate turna i n lingouri mici, iar omogenitatea lingourilor este mai bun. Ca dezavantaje amintim: cheltuieli mai mari, pierderi de oel mai mari n plnii i cozi, uneori se antreneaz impuriti din plnia de turnare.

2.4.1.Alte procedee de turnare i rafinare prin retopire Turnarea continu. Turnarea n lingouri prezint cteva deficiene serioase:

pierderi mari prin eliminarea maselotelor, structur neuniform i grosolan, coninut mare de incluziuni etc. Aceste dezavantaje sunt eliminare printr-o turnare continu a oelului.

Fig. 2.7 Oal de turnare Fig. 2.8 Lingotiere

1-manta de oel, 2-orificii, 3-inel, a-normal conic, b-invers conic 4-crlig de susinere, 5,7-prghii,6-piuli, 8-bar alunectoare, 9-urub fixare, 10-bar port-dop, 11-inel amot, 12-tij oel, 13-dop,

21

Procesul tehnologic de turnare continu este urmtorul: -oelul lichid din oala de turnare 1

se toarn n plnia 2, btut cu magnezit; -metalul trece apoi prin

cristalizatorul 3, rcit cu ap, n care ncepe procesul de solidificare;

-cristalizatorul este prevzut cu un fund mobil, legat la o bar de antrenare, care, dup ce oelul a ajuns la un anumit nivel n cristalizator, este antrenat mpreun cu metalul solidificat;

-lingoul solidificat trece printr-un grup de role de ghidare, rcite cu ap, i apoi prin dou caje duo de laminare, unde se obine profilul dorit;

-laminatul este tiat cu ajutorul unui agregat de tiere.

Semifabricatele obinute prin turnare continu i laminare pot fi: blumuri, brame, agle.

Turnarea continu d rezultate bune, att din punct de vedere calitativ, ct i economic, pentru oelurile moi, nealiate sau slab aliate utilizate pentru benzi late, tabl, evi fr sudur, .a.

Tratarea sub vid. Prin aciunea unui vid puternic (10-3-10-4 [torr]) se realizeaz o decarburare i dezoxidare avansat (prin reacia dintre C i O), obinndu-se oeluri de foarte pun calitate, cu structur fin i lipsite de sulfuri. Deasemenea, alte elemente nedorite se vaporizeaz: Pb, Sb, Bi, Sn.

Procedeul RH (Ruhrstahl-Haereus) const n aspirarea oelului lichid din oala de turnare cu ajutorul unor tuburi. n recipientul de vidare se creaz vid (n jur de 1 [mm Hg]), oelul urcnd pe ambele tuburi datorit vidului. Dup ce oelul ajunge n recipientul 1 prin tubul 2 se sufl argon (3,5-6,5 [Nm3/t]), oelul fiind astfel antrenat n sensul din figur. Odat readus n oal, datorit greutii specifice mai mari (degazat) se duce la fundul oalei, aspirndu-se doar oel nedegazat. Oelul se recircul de 3-4 ori, fiind nclzit prin inducie pe tubul 3 pentru a se evita rcirea.

Amintim doar alte cteva metode de rafinare a oelului utilizate, de regul, pentru obinerea unor oeluri speciale:

-retopirea n arc electric n vid; -retopirea electric sub strat de zgur.

Fig. 2.10 Tratarea oelului sub vid 1-recipient de vidare, 2-tub de aspiraie, 3-tub de refulare, 4-oal turnare, 5-baia

de oel lichid, 6-zgur

Fig. 2.9 Instalaii de turnare continu

a-cu cristalizator vertical; b-cu cristalizator curb 1-oal de turnare, 2-plnie, 3,4-cristalizator,

5,8-role de ghidare, 6,9-caje duo, 7-agregat tiere

22

2.5.Tehnologia turnrii pieselor metalice Generaliti O foarte mare parte din piesele metalice se obin prin turnarea metalelor n forme

ce reprezint configuraia piesei. Forma de turnare este un ansamblu metalic sau nemetalic prevzut cu caviti care prin umplere cu metal lichid d piesa turnat.

Formele de turnare se clasific n: -forme temporare, obinute din amestecuri de formare (nisipuri i liani), nu se pot

utiliza dect la un singur proces de turnare; -forme semipermanente, sunt alctuite din materiale plastice i refractare (argil i

amot) i se pot utiliza pentru un numr limitat de turnri (10-20) cu mici reparaii; -forme permanente (cochile), sunt confecionate din aliaje metalice refractare se

pot utiliza pentru un numr mare de turnri (5000-80000), pentru piese n serie mare. Factorii care condiioneaz procesul tehnologic optim de turnare: -adaptarea la caracterul produciei, dimensiunile i greutatea pieselor; -obinerea unor piese de bun calitate, compacte i cu proprieti fizico-mecanice

corespunztoare cerinelor; -asigurarea unor adaosuri minime de prelucrare; -reducerea consumurilor specifice de metal, energie, combustibil etc.; -posibilitatea adaptrii la utilajele existente i folosirea lor intensiv; -asigurarea unor condiii de munc corespunztoare i respectarea normelor de

protecie a muncii. n funcie de numrul de piese turnate ntr-o campanie, se pot deosebi cteva

categorii de producie: individual (de unicate, 20000 buc.).

Din punct de vedere al dimensiunilor i greutii se pot deosebi urmtoarele categorii de piese: mici (5000 [kg]).

Procedeele de turnare pot fi clasificate astfel: Turnare obinuit n forme temporare. Turnare prin procedee speciale: turnarea n cochile, sub presiune, centrifugal, n

forme ntrite cu CO2, n coji de bachelit, cu modele uor fuzibile etc. 2.5.1.Turnarea obinuit n forme de pmnt de turntorie Operaiile procesului tehnologic de turnare obinuit sunt urmtoarele: -confecionarea modelelor i cutiilor de miezuri; -prepararea amestecurilor de formare; -confecionarea miezurilor; -uscarea formelor i a miezurilor; -topirea; -asamblarea formei i a miezurilor; -turnarea; -dezbaterea i curirea pieselor turnate; -tratamentul termic i controlul calitativ. Confecionarea modelelor i a cutiilor de miezuri.

23

Modelele pieselor se fac din lemn, plastic sau metal, fiind supradimensionate fa de piesa de turnat, avndu-se n vedere:

-coeficientul de contracie al metalului la solidificare: 1% pentru fonta cenuie, 1,5-2% pentru oel, 1-1,5% pentru aliaje din aluminiu etc.

-adaosurile de prelucrare cu care se supradimensioneaz piesele ce trebuie achiate.

Cutiile de miezuri se folosesc pentru realizarea miezurilor utilizate pentru a obine goluri n piesele turnate. Acestea se execut n condiii similare modelelor.