Cubilotto

Cuptorul cupolă sau cupola cupolă sau cuptorul cu manșon este un cuptor utilizat în turnătorii pentru a topi fonta și, astfel, a produce piese turnate .

Este un cuptor cu structură verticală, dar mai mic decât un furnal . În esență, constă dintr-un tub vertical din tablă, numit cuvă , căptușit intern cu material refractar .

Cupola poate fi utilizată exclusiv pentru topirea fontei, care în acest caz se numește a doua turnare , pentru a o deosebi de prima turnare obținută din furnal.

Operațiune

Fuziunea are loc prin arderea cocsului de carbon ; cărbunele arde în contact direct cu materialul de topit care este format din blocuri solide de fier zdrobit și resturi de fontă. O anumită cantitate de flux ( calcar ) este, de asemenea, introdusă în cabină, care are funcția de a fluidifica și a încorpora zgura numită în mod obișnuit zgură , formată din pământ, cenușă și corpuri străine. Zgura, fiind considerabil mai ușoară decât piscina topită, plutește la suprafață și, prin urmare, făcând-o să iasă, alunecă ușor pe suprafața fontei. Fluxul servește, de asemenea, pentru a elimina sulful din baia de topitură care dăunează calității fontei.

În unele tipuri de cuptor cupolă, metalul topit nu este turnat direct în oale , ci într-un creuzet plasat sub orificiul de turnare, numit vatra sau cuptorul anterior . Elementele cu funcții corective și de purificare ( disulfurare , dezoxidare și zgură ) sunt adăugate la frunte pentru a îmbunătăți caracteristicile chimice și tehnologice ale fontelor. În frunte se adaugă și acele substanțe care sunt folosite pentru a transforma fonta obișnuită în fontă specială (aliaje de nichel-magneziu pentru a obține fontă sferoidală ).

Componentele cupolei

1 Sistem de praf: pe primele cabine fumurile au scăpat afară, apoi un sistem de cortină de apă a prins particulele și funinginea și în cele din urmă un sistem de praf cu recuperarea fumului și caloriilor.
2 Coș de fum: pentru evacuarea gazelor de ardere.
3 Gură de încărcare: prin gura de încărcare, cocsul , fluxul și bucățile de fontă care trebuie topite sunt introduse în straturi alternative.
4 Transportul materialelor: are loc prin buncărele de încărcare și cărucioarele transportoare.
5 Sistem de răcire a placării externe prin intermediul jeturilor de apă.
6 Pereți groși din material refractar căptușiți cu o structură circulară din oțel.
7 Placare din tablă, numită manta
8 Zona de preîncălzire: unde încărcăturile sunt uscate prin intermediul fumurilor fierbinți, care se ridică de-a lungul cupolei. Acestea sunt zone ale cuptorului în care, datorită efectului gravitațional, materialul se remixează și coboară în cele mai fierbinți zone ale cuptorului.
9 Zona de topire a metalelor.
10 Cameră de vânt: constând dintr-o țeavă inelară care înconjoară cuptorul, pentru distribuirea către duzele aerului sub presiune venind, printr-un canal, de la ventilatoare. Aerul necesar arderii se numește vânt de turnătorie . Cupola poate fi vânt rece sau vânt fierbinte dacă aerul este preîncălzit prin exploatarea fumului de ardere al cupolei în sine.
11 Găuri indicatoare pentru a urmări progresul cuptorului
12 Duze: pentru a transporta aerul necesar arderii cocsului în interiorul cupolei.
13 Zona de combustie: unde cocsul, în prezența aerului fierbinte care vine de dedesubt, arde.
14-15 Sprue care direcționează fierul topit în oală prin orificiul pentru sprue .
16 Partea inferioară a cuptorului: trebuie să suporte greutatea unor cantități enorme de material, este mai groasă decât atât din oțelul intern refractar, cât și din cel exterior. Este pe o ușoară pantă.
17 Gaură de turnare a zgurii.
18 Creuzet: unde se colectează fierul topit și zgura.
19 Trapa de aprindere laterală. Aici se adaugă bucăți mici de lemn și cărbune pentru a porni cuptorul.
20 Recuperarea apei de răcire.
21 Ladle.
22 Ușă inferioară: este acoperită cu un strat gros de pământ de turnătorie și constituie fundul creuzetului. Odată ce operațiunile de turnare au fost finalizate, ușa este deschisă pentru a descărca reziduurile de cărbune, metal, zgură și pentru a accelera răcirea cuptorul. Este singurul acces în interiorul cuptorului pentru reparații / întreținere refractară.

Dimensiunile cupolei

Dimensionarea cupolei depinde de producția orară de fontă care trebuie obținută. În mod normal, producția orară este de 0,75 kg / h de fontă per $cm^{2}$ ${\ displaystyle cm ^ {2}}$ $cm ^ 2$ a suprafeței bazei interne. În consecință, pentru o producție orară de fontă ( $m_{g}$ ${\ displaystyle m_ {g}}$ $m_g$ ) avem:

$m_{g}=\left({\frac {\Pi \cdot D^{2}}{4}}\right)\cdot 0,75[kg/h]$ ${\ displaystyle m_ {g} = \ left ({\ frac {\ Pi \ cdot D ^ {2}} {4}} \ right) \ cdot 0,75 [kg / h]}$ $m_g = \ left (\ frac {\ Pi \ cdot D ^ 2} {4} \ right) \ cdot 0,75 [kg / h]$

Unde D este diametrul intern al cupolei, măsurat în centimetri. Astfel obținem:

$D={\sqrt {\frac {4\cdot m_{g}}{0,75\cdot \pi }}}[cm]$ ${\ displaystyle D = {\ sqrt {\ frac {4 \ cdot m_ {g}} {0,75 \ cdot \ pi}}} [cm]}$ $D = \ sqrt {\ frac {4 \ cdot m_g} {0,75 \ cdot \ pi}} [cm]$

Diametrul exterior al unei cupole este în general între 70 și 150 cm, în timp ce înălțimea sa este de aproximativ șase ori diametrul intern.

Dimensiunea creuzetului

În general, creuzetul are o capacitate suficientă pentru a conține două încărcături de fier topit, cu zgura relativă amestecată cu cărbune [caracteristică de topire]. Volumul cărbunelui este considerat egal cu cel al materialului topit. De sine $m_{g}$ ${\ displaystyle m_ {g}}$ $m_g$ Și $m_{f}$ ${\ displaystyle m_ {f}}$ $m_ {f}$ sunt masele unei sarcini și a unui flux din fontă, e $m_{vg}$ ${\ displaystyle m_ {vg}}$ $m_ {vg}$ Și $m_{vf}$ ${\ displaystyle m_ {vf}}$ $m_ {vf}$ masele de densitate relativă, volumul creuzetului $v_{cr}$ ${\ displaystyle v_ {cr}}$ $v_ {cr}$ Și:

$V_{cr}=\left({\frac {m_{g}}{m_{vg}}}+{\frac {m_{f}}{m_{vf}}}\right)\cdot 4[cm^{3}]$ ${\ displaystyle V_ {cr} = \ left ({\ frac {m_ {g}} {m_ {vg}}} + {\ frac {m_ {f}} {m_ {vf}}} \ right) \ cdot 4 [cm ^ {3}]}$ $V_ {cr} = \ left (\ frac {m_g} {m_ {vg}} + \ frac {m_f} {m_ {vf}} \ right) \ cdot 4 [cm ^ 3]$

Observând schema de deasupra unei cupole, există două deschideri laterale în creuzet: una pe fund, este utilizată pentru descărcarea fontei topite (numărul 14); cealaltă, mai sus, este folosită pentru descărcarea zgurii (numărul 17). Fundul, chiar sub orificiul de turnare, este acoperit cu un amestec de lut și nisip.

Determinarea birourilor

Determinarea sarcinilor de fontă, cărbune și flux în cupolă are loc în conformitate cu următoarele directive:

Odată fixată înălțimea h a zonei de topire, se obține volumul $v_{f}$ ${\ displaystyle v_ {f}}$ $v_f$ după cum urmează:

$V_{f}=\left({\frac {\Pi \cdot D^{2}}{4}}\right)\cdot h_{f}[cm^{3}]$ ${\ displaystyle V_ {f} = \ left ({\ frac {\ Pi \ cdot D ^ {2}} {4}} \ right) \ cdot h_ {f} [cm ^ {3}]}$ $V_f = \ left (\ frac {\ Pi \ cdot D ^ 2} {4} \ right) \ cdot h_f [cm ^ 3]$

Indicat cu $m_{v}$ ${\ displaystyle m_ {v}}$ $m_v$ densitatea cărbunelui, masa $m_{c}$ ${\ displaystyle m_ {c}}$ $m_c$ rezultatele taxei de carbon:

$m_{c}=V_{f}{\dot {m}}_{f}=\left({\frac {\Pi \cdot D^{2}}{4}}\right)\cdot h_{f}\cdot m_{v}[kg]$ ${\ displaystyle m_ {c} = V_ {f} {\ dot {m}} _ {f} = \ left ({\ frac {\ Pi \ cdot D ^ {2}} {4}} \ right) \ cdot h_ {f} \ cdot m_ {v} [kg]}$ $m_c = V_f \ dot m_f = \ left (\ frac {\ Pi \ cdot D ^ 2} {4} \ right) \ cdot h_f \ cdot m_v [kg]$

În principiu, masa $m_{g}$ ${\ displaystyle m_ {g}}$ $m_g$ din încărcătura metalică este deductibilă din cea a combustibilului necesar pentru topirea acesteia. De fapt, se poate presupune că:

$m_{g}=m_{c}\cdot 10[kg]$ ${\ displaystyle m_ {g} = m_ {c} \ cdot 10 [kg]}$ $m_g = m_c \ cdot 10 [kg]$

Adică, în practică, este necesar un kilogram de cocs pentru fiecare 10 kg de fontă.

Pentru fiecare încărcare metalică este necesară o sarcină de flux, care se determină ținând cont de faptul că:

${m_{f} \over m_{g}}={2,5 \over 4}\%$ ${\ displaystyle {m_ {f} \ over m_ {g}} = {2,5 \ peste 4} \%}$ ${\ displaystyle {m_ {f} \ over m_ {g}} = {2,5 \ peste 4} \%}$

Înălțimea totală, de jos în sus până la gura de încărcare, este de așa natură încât să permită introducerea mai multor sarcini de fontă și combustibil. în mod normal este $h=5:7$ ${\ displaystyle h = 5: 7}$ $h = 5: 7$ D.

Cupola este umplută prin încărcări alternative de fontă și cărbune, dispuse în straturi una peste alta. Stratul de carbon servește la topirea sarcinii din fontă deasupra acestuia și la carburarea acestuia.

Căptușeală refractară pentru cupole

Materialele pentru căptușeala internă a cupolei variază în funcție de necesitățile calitative și cantitative ale produsului. Cele mai utilizate materiale sunt refractarele de natură acidă, bazică sau neutră.

Refractare acide: Refractarele acide , utilizate în general în cuvete obișnuite, sunt alcătuite din silice sau amestecuri de silice și alumină . Aceste refractare nu rezistă puternic la zgură de bază , nu au un coeficient de expansiune ridicat și sunt sensibile la schimbările de temperatură. Refractarele acide nu sunt deteriorate de umiditate, dar pot susține doar unelte pe termen scurt.

Refractare de bază: Refractarele de bază constau din oxid de calciu și oxid de magneziu și sunt mai refractare decât cele acide. Aceste refractare rezistă la temperaturi ridicate pentru o lungă perioadă de timp și nu sunt deteriorate de fluxurile de bază, dar suferă de umiditate. Refractarele de bază sunt necesare pentru fontele cu rezistență mecanică ridicată și oferă produse cu conținut scăzut de sulf și fosfor.

Refractare neutre: Acestea constau din substanțe foarte refractare, cum ar fi carbonitul și carborundul . Refractarele neutre rezistă la orice fel de zgură.

Proceduri de operare pentru conducerea cupolei

Aprinde

Cărbunele este aprins cu lemn. Trunchiurile de lungime adecvată sunt introduse în creuzet și așezate pe pereți, având grijă să nu se deterioreze căptușeala refractară. O dispunere atentă a lemnului servește, de asemenea, pentru a proteja refractarul de șocurile produse de încărcăturile de combustibil introduse de sus.

Primul cărbune introdus trebuie să fie de o calitate care să faciliteze cât mai mult aprinderea, care se realizează prin deschiderile laterale pentru introducerea aerului. Când lemnul este aprins și a transmis focul la combustibilul ușor de aprins, se introduc încărcăturile de cocs , până la o înălțime corespunzătoare jumătății zonei de topire.

Arderea patului de combustibil astfel format are loc prin tiraj natural prin ușile de control situate lângă duze, în camera de vânt și trebuie să continue până când patul de combustibil a ajuns la culoarea roșu vișiniu. Când arderea este completă, zona de ardere este complet umplută, toate deschiderile laterale sunt închise și este inițiată alimentarea cu aer forțat.

Furnizarea de taxe

Sarcinile de fontă și cărbune sunt introduse de sus până sunt complet umplute. În cabine mici, încărcarea se poate face manual; în timp ce în cabine mari, încărcarea este mecanică. Încărcarea mecanică se realizează prin deschiderea fundului sau răsturnarea cupelor de încărcare. Cupele de deschidere sunt cilindrice și au fundul conic cu deschidere lentă. Acestea sunt manevrate cu ajutorul macaralelor.

Încărcarea lentă și treptată a materialului permite o dispunere uniformă. Arderea cocsului este regulată, deoarece compresia combustibilului, produsă de gravitație, este constantă în fiecare parte. Cupele răsturnate sunt acționate de un transportor cu lanț. Conținutul cupelor este turnat pe jgheaburi situate în corespondență cu gura de încărcare.

Manevrabilitatea este simplă, dar căderea frânată a materialului determină o îngroșare diferită și nu omogenă; arderea cocsului este deci neregulată.

Pregătirea sarcinilor metalice

Umpluturile metalice sunt formate din fontă și resturi de oțel . Costul de producție este mai mic dacă cantitatea de fier vechi este mai mare decât cea a lingourilor din fontă; dar în acest caz calitatea produsului final este mai scăzută, deoarece compoziția chimică a resturilor nu poate fi controlată perfect și, în plus, conțin întotdeauna substanțe poluante.

Dimensiunea restului nu trebuie să depășească 30% din diametrul intern al cupolei. Resturile prea mici sau prea mari tind să ajungă în zona de ardere înainte de a fi topite complet, ceea ce duce la o oxidare ridicată a materialului. Resturile de tablă și material mic trebuie ambalate înainte de a fi introduse în cupolă.

Pentru determinarea materialelor de umplutură trebuie avut în vedere faptul că compoziția medie a componentelor materialului de umplutură metalic nu este aceeași cu cea a produsului. De fapt, elementele aliajelor suferă pierderi mai mult sau mai puțin severe în funcție de temperatura cuptorului și de caracteristicile chimice ale încărcăturii metalice. Mai mult, elemente poluante precum sulful și fosforul, prezente întotdeauna în combustibili, pot reapărea în aliajele produse într-un procent mai mare decât cel al materialelor de umplutură metalice.

În principiu, pot fi luate în considerare următoarele variații ale compoziției:

Siliciul : 10% pierderi datorate oxidării;
Mangan : pierdere de 15% prin oxidare;
Sulful : creștere cu 30% datorită reacției fierului cu produsele de ardere.

Prin urmare, compoziția umpluturilor trebuie evaluată în funcție de aliajul dorit, luând în considerare corecțiile pentru orice pierderi. Pentru a determina conținutul elementelor din umplutură, pentru a obține compoziția dorită, se iau în considerare următorii factori: dacă procentul este necesar în fonta produsă $C_{g}$ ${\ displaystyle C_ {g}}$ $C_g$ în raport cu o componentă dată, procentul trebuie să fie prezent în sarcina metalică $C_{g}$ ${\ displaystyle C_ {g}}$ $C_g$ a acelui element, care rezultă din formula:

$C_{g}=\left({\frac {C_{g}}{100-p}}\right)\cdot 100$ ${\ displaystyle C_ {g} = \ left ({\ frac {C_ {g}} {100-p}} \ right) \ cdot 100}$ $C_g = \ left (\ frac {C_g} {100-p} \ right) \ cdot 100$

Unde „p” este procentul pierderii. La prepararea materialelor de umplutură, resturile, fonta brută, feroaliajele și agenții corectori sunt amestecați în funcție de compoziția necesară. Desulfurarea aliajului până la limita permisă poate fi efectuată în oală , prin adăugarea de carbonat de sodiu $Na_{2}CO_{3}$ ${\ displaystyle Na_ {2} CO_ {3}}$ $Na_2CO_3$ la topit. Carbonatul reacționează cu sulfura de fier care este produsă în reacția cu sulf:

$FeS+Na_{2}CO_{3}=FeO+CO_{2}+NaS$ ${\ displaystyle FeS + Na_ {2} CO_ {3} = FeO + CO_ {2} + NaS}$ $FeS + Na_2CO_3 = FeO + CO_2 + NaS$

Pregătirea taxelor de fondant

Marmura este utilizată ca un flux, care este alcătuit din 95% carbonat de calciu. Pentru fiecare 100 kg de aliaj metalic, sunt necesare între 2,5 și 4 kg de flux. Pentru a îmbunătăți fluiditatea zgurii, este recomandabil să adăugați o cantitate mică de fluorură de calciu la flux. Fondantul are următoarele funcții:

Formarea zgurii, reacționând cu cenușa de cărbune;
Eliminați sulful din aliaj prin reacție;
Formați un strat plutitor pe fontă care îl protejează de oxidare.

Pregătirea cărbunelui pentru topirea sarcinilor din fontă

Coca-cola pentru topirea aliajului în cupolă trebuie să aibă caracteristici adecvate tratamentului. Cărbunele de dimensiuni mari (80/220 mm) îmbunătățește arderea, deoarece expune o suprafață mai mică la $CO_{2}$ ${\ displaystyle CO_ {2}}$ $CO_ {2}$ produsă de combustia însăși și limitează reacția $CO_{2}+C=2CO$ ${\ displaystyle CO_ {2} + C = 2CO}$ $CO_2 + C = 2CO$ , care produce monoxid de carbon.

Cărbunele de dimensiuni mari este mai permeabil la aerul de ardere și la vapori; cel de dimensiuni mici arde prea violent și nu permite aerului să ajungă în centrul zonei de ardere. Cărbunele nu trebuie să conțină mai mult de 0,7% sulf, care cu fierul formează sulfură de fier , făcând fonta fragilă. În plus, nu trebuie să conțină mai mult de 0,7% cenușă, ceea ce reduce cărbunele și necesită un consum mai mare de energie pentru zgură. Un cocs bun pe cuvetă are o putere calorică de aproximativ 7000/8000 Kcal / Kg. 1 kg de cărbune puternic caloric se topește în medie 1 kg de metal.

Alimentarea cu aer de ardere

Aerul din cupolă trebuie să fie cel strict necesar pentru ardere. În medie, arderea a 1 kg de cărbune durează de la 6 la 8 $m^{3}$ ${\ displaystyle m ^ {3}}$ $m ^ 3$ de aer. Presiunea aerului trebuie să fie sub 80 $g/cm^{2}$ ${\ displaystyle g / cm ^ {2}}$ $g / cm ^ 2$ , dar poate varia proporțional cu diametrul cupolei. În cuve normale aerul este introdus la temperatura camerei, în timp ce în cuve pentru producție ridicată este recomandabil să se introducă aer preîncălzit, pentru a economisi energie.

Duzele de admisie a aerului ocupă un ansamblu s suprafață care rezultă din relația:

$s=(0,25/0,30)S$ ${\ displaystyle s = (0,25 / 0,30) S}$ $s = (0,25 / 0,30) S$

Unde S este suprafața secțiunii interne a cupolei. Cuptorul poate avea de la 6 la 8 duze, distribuite pe circumferință și înclinate cu 5-15 ° în jos pentru a permite aerului să ajungă la cărbunele din centrul zonei de ardere. În general duzele sunt realizate din fontă sau cupru, cu pereți dubli, pentru a permite răcirea cu apă.

La fiecare duză există o deschidere în camera de vânt, prin care se efectuează intervențiile manuale necesare în zona de ardere.

Comenzi de viteze

Verificările care trebuie efectuate în timp ce cupola funcționează sunt:

Controlul temperaturii fontei;
Controlul temperaturii și culorii zgurii;
Măsurarea presiunii aerului;

Dacă tensiunea arterială este prea mare (peste 80 $g/cm^{2}$ ${\ displaystyle g / cm ^ {2}}$ $g / cm ^ 2$ ), este necesar să se intervină în zona de ardere prin deschiderile laterale. Dacă zgura este prea rece, poate fi convenabil să reduceți aerul de ardere sau să adăugați cărbune.

Operațiuni finale

Odată ce aliajul metalic a fost topit, ușa inferioară se deschide pentru a descărca carbonul neconsumat. Pereții sunt apoi reparați și incrustările formate lângă duze și zona de topire sunt îndepărtate. Pereții uzați sunt reparați cu un amestec de nisip și argilă. Găurile și zgura sunt refăcute de fiecare dată. Pentru a le închide, se folosesc dopuri făcute cu un amestec de lut.