SI9420078A - Process control of compacted graphite iron production in pouring furnaces - Google Patents

Description

SinterCast AB

Kontrola postopka proizvodnje kompaktiranega grafitnega železa v livnih pečeh

Predloženi izum se nanaša na postopek za izdelavo predhodno obdelanega staljenega železa za ulivanje predmetov, ki se strdijo kot kompaktirano grafitno železo.

Kompaktirano grafitno železo, spodaj okrajšano CGI, je tip železove litine, kjer se grafit pojavlja v vermikulami obliki (ki se imenuje tudi kompaktirana železova litina ali vermikulamo železo), ko ga opazujemo na dvodimenzionalni polirani ploskvi; vermikularni grafit je definiran kot grafit oblika HI v ISO/R 945-1969 in alternativno tip IV po ASTM specifikaciji A 247.

Mehanske lastnosti CGI so kombinacija najboljših lastnosti sive litine in duktilnega železa. Trdnost proti utrujenosti in porušitvena natezna trdnost CGI sta primerljivi z vrednostmi za perlitno duktilno železo, medtem ko je toplotna prevodnost CGI podobna prevodnosti sive litine. Kljub temu CGI trenutno predstavlja le omejen del celotne svetovne proizvodnje železove litine v primerjavi s sivo litino, ki predstavlja okoli 70 % celotne proizvodnje železove litine, in duktilnim železom, ki predstavlja okoli 25 % te celotne proizvodnje.

En razlog za prejšnjo omejeno proizvodnjo CGI je zaradi težave, da bi ga z zanesljivostjo proizvajali. Ta težava je v tem, da je treba grafitizacijski potencial in grafitne oblikovne modificime elemente železa istočasno nadzirati v zelo ozkem območju med postopkom proizvodnje. To so do sedaj dosegali s pomočjo številnih testov ter empirično dobro definiranih in pogosto dragih dodatkov v sistem. Vendar so te težave večinoma odstanili s postopki, opisanimi v SE-B-444,817, SE-B-469,712 in SE-B-470,091. V SE-B-444,817 je opisan postopek za proizvodnjo železove litine, ki vključuje sredstva za modificiranje grafitne oblike, pri čemer ta postopek bazira na toplotni analizi, ki omogoča, da ugotovijo grafitno obarjanje in rast na osnovi dejanskega strjevalnega postopka majhnega in reprezentativnega vzorca, in končno obdelajo talino z dodatnimi elementi za modificiranje grafitne oblike, kot se zahteva za optimalno strjevanje CGI po ulivanju. Registrira se časovno odvisna sprememba temperature v centru vzorca in pri točki v talini, ki leži tesno pri steni vzorčitvene posode med procesom strjevanja, pri čemer dobijo dve različni strjevalni krivulji, ki jih lahko uporabijo za pridobitev informacije, ki se nanaša na potek strjevanja v postopku ulivanja. Ker ta vzorčitveni postopek zagotavlja hitro in zelo natančno informacijo, ki se nanaša na inherentne kristalizacijske lastnosti taline, predstavlja predmet izuma SE-B-444,817 prvo realistično možnost kontrole proizvodnje CGI v velikem merilu.

V SE-B-469,712 je opisan razvoj postopka, opisanega v SE-B-444,817, kjer uporabljajo poseben tip vzorčne posode s stenami, oskrbljenimi s snovjo, ki znižuje koncentracijo raztopljenega elementarnega magnezija v talini zraven stene posode za vsaj 0,003 %. To naredijo za ustvarjanje meje proti takemu zniževanju vsebnosti Mg, ki bi privedlo do tvorbe kosmičastega grafita; glede na elementarni Mg se prehod od tvorbe kompaktiranega grafita do tvorbe kosmičastega grafita namreč razteza v koncentracijskem območju le 0,003 odstotnih enot, načelno od 0,008 % do 0,005 %, čeprav lahko absolutne vrednosti variirajo glede na čas strjevanja.

V SE-B-470,091 je opisan nadaljnji razvoj postopka, opisanega v SE-B-444,817. V tem patentnem spisu je opisano, kako je tudi mogoče določiti fizikalni ogljikov ekvivalent (C.E.) ali grafitizacijski potencial strukturno modificiranih talin železove litine, med drugim CGI, ki ima vrednost C.E. višjo kot evktektično točko. Ponovno uporabijo rezultate toplotne analize za korekcijo ali regulacijo sestave taline. Postopek bazira na uvedbi v vzorčno posodo koščkov železa z nizko vsebnostjo ogljika, kjer je velikost koščkov prilagojena tako, da se koščki ne bodo popolnoma stalili, ko posodo napolnijo s staljenim železom. Temperaturo taline registrirajo, ko se talina strjuje. Ko temperatura prekorači 7-likvidus linijo, to temperaturo registrirajo kot absolutno temperaturo ali kot temperaturno razliko glede na izmerjene in kalibrirane vrednosti evtektične temperature za strukturno modificirano železovo litino podobne vrste; C.E. taline določijo na osnovi faznega diagrama za to strukturno modificirano železovo litino.

Opisi teh patentnih spisov predstavljajo v vseh bistvenih točkah stanje tehnike, na katerem bazirajo postopki za proizvodnjo CGI enakomerne kvalitete v industrijskem merilu. To je bilo komaj realistično s starejšimi postopki, opisanimi v npr. DE-A129,37,321 (Stefanescu), DE-Cl-34,12,024 (Lampič) ali JP-52,026,039 (Komatsu) ker so bili ti postopki zelo obremenjeni s problemi starega železa (scrap problems). Vendar pa je, kot je omenjeno zgoraj, proizvodnja CGI čisto skromna. En važen razlog za to je, da doslej ni bilo možno zanesljivo kontrolirati proizvodnje CGI v kateremkoli kontinuirnem ali polkontinuirnem postopku, ampak le v šaržnih postopkih.

S kontinuirnim postopkom je tukaj v osnovi mišljen postopek za kontinuimo zagotavljanje staljenega železa, ki se strdi kot CGI, npr. za vlivanje v kalupe, ki so razporejeni v kontinuimi liniji kalupov, t.j. postopek, iz katerega lahko dobimo kontinuirno neprekinjen tok takega staljenega železa brez kakršnekoli prekinitve postopka za dovajanje surovega materiala ali odstranitve obdelanega železa, kar je različno od šaržnega postopka, s čimer je mišljena proizvodnja in porazdeljevanje posameznih partij staljenega železa, ki se strdi kot CGI, v danem primeru pa mu sledi sledeča podobna šaržna operacija; s polkontinuimim postopkom je mišljen celoten postopek, ki obsega tako šaržni pod-postopek in kontinuirni pod-postopek, npr. postopek, ki zajema šaržno obdelavo in dovajanje surovega materiala v reaktor, iz katerega lahko končne produkte dobimo kontinuimo, t.j. brez kakršnekoli prekinitve. V predloženem primeru to pomeni, da postopek zagotavlja opcijo, da proizvedejo kontinuiren pramen CGI, čeprav je še vedno možno proizvajati neodvisne ulitke CGI, v danem primeru v kontinuimi liniji kalupov.

Ena važna razlika med šaržnim postopkom po eni strani ter kontinuirnim ali polkontinuirnim postopkom po drugi strani je ta, da se pri šaržnem postopku lastnosti produkta načeloma ne morejo spremeniti ali regulirati od enega proizvedenega predmeta do drugega, ampak le kadar pripravijo novo šaržo materiala, medtem ko so lahko pri postopku, ki obsega vsaj en kontroliran kontinuirni pod-postopek, take spremembe ali naravnave lahko načelno narejene v kateremkoli trenutku; pri predloženem primeru to izvedemo z on-line kontrolo vsebnosti inokulacijskih sredstev (in v danem primem tudi sredstev za modificanje grafitne oblike) v staljenem železu pri zadnji možni stopnji proizvodnega procesa pred ulivanjem, kot bomo obravnavali bolj podrobno kasneje. Zaradi enostavnosti in upravičeno zaradi zgoraj obravnavane razlike bo izraz kontinuirni postopek v tem opisu zajemal tako koncept kontinuirnih kot tudi polkontinuimih postopkov.

Dejstvo, da bo zaradi rentabilnosti industrijska proizvodnja skoraj mrežne oblike (near-net-shape) ulitih kovin ali zlitin prej ali slej zahtevala kontinuirni postopek izdelave, bi bilo očitno za tiste, ki so aktivni na tem področju tehnologije. Kontinuirni postopek bi imel številne prednosti glede na šaržni postopek, kot mora biti jasno vsakemu strokovnjaku. Na primer z vidika logistike bi bili kontinuimi postopki izdelave prednostni v tem, da bi bila potencialna nevarnost natrpanih odsekov ali zamaškov v proizvodni verigi znatno manjša, kar bi zagotovilo optimirano gospodarno uporabo proizvodnega obrata.

Kot je omenjeno v uvodu, je eden od glavnih razlogov, zakaj CGI še vedno proizvajajo s šaržnimi postopki, ne pa s kontinuimimi postopki, ta, da zaradi problemov s kontrolo postopka starejših tehnik niso bili omogočeni zanesljivi kontinurni proizvodni postopki CGI.

Ves tehničen razvoj kakršnegakoli praktičnega pomena na tem področju je bil usmerjen k reševanju problema šaržnih postopkov izdelave. V zgoraj omenjenih patentnih spisih so tako opisani postopki, ki so usmerjeni na nadziranje in reguliranje sestave dane taline z omejenim volumnom, t.j. šarže. Iz te šarže vzamejo vzorec in če rezultat termične analize kaže odklone od specificiranih vrednosti, korigirajo sestavo celotne šarže, t.j. če je taka korekcija sploh možna; če sestave šarže ne moreje korigirati, celotno šaržo preusmerijo.

Po odvzemu vzorca in korigiranju sestave taline ulijejo staljeno železo v skladu z znanimi metodami tako hitro, kot je le mogoče, normalno v 5 do 20 minutah. Mnogi izmed dodatkov v talini reagirajo kemično in postanejo neaktivni pri temperaturah vzdrževanja tekočega železa, kadar je čakalni čas predolg. Tako pogoji šaržnega proizvodnega postopka ne omogočajo več kot enega vzorčenja pri vsaki šarži in ne tolerirajo prekinitev postopka. Vzorec vzamejo iz prenosne ponve in talina naj bi imela čas, da se razžlindra in transportira v končno obdelovlno postajo med časom analiziranja vzorca, kjer se nato uporabijo rezultati analize, da se naredi kakršnakoli potrebna naravnava taline pred ulivanjem. Zaključitvena termična analiza je neprimerna, ker bi to zmanjšalo razpoložljiv ulivalni čas. Tako se za postopke stanja tehnike ne bi zdelo, čeprav so na mnoge načine prednostni, da tvorijo dobro osnovo za kakršenkoli kontinuimi postopek izdelave, ker ni priložnosti za on-line kontrolo lastnosti produkta v skladu s tem stanjem tehnike, ampak le za naravnavo ene šarže naenkrat.

V teku šaržnih proizvodnih postopkov uvedejo glavno količino inokulacijskih sredstev in sredstev za modificiranje grafita v talino pri zgodnji stopnji postopka, nakar izvedejo postopek vzorčenja za termično analizo in naredijo korekcije tik pred ulivanjem. Ta glavna količina inokulacijskega sredstva mora biti znatno večja kot količina, ki ustreza zahtevani vsebnosti v železu, ki ga je treba uliti, ker ima inokulacijsko sredstvo omejen učinek. Inokulacijsko sredstvo stimulira tvorbo grafitnih kristalov, vendar če ulivanje in s tem hlajenje taline ni perfektno, se bodo številna tako nastala kristalizacijska jedra ponovno raztopila v talini ali se bodo fizično odstranila iz taline npr. s flotacijo. Seveda bi bilo zaželeno, da zmanjšamo uporabljeno količino inokulacijskega sredstva do količine, ki ustreza zahtevani vsebnosti v železu, ki ga je treba uliti.

Količino žvepla, prisotnega v talini železove litine, uvedene v postopek, je treba držati pri nizkem nivoju. Samo žveplo je nezaželeno v CGI in zato ga je treba v vsakem primeru odstraniti med tekom postopka. Visoka vsebnost S bo tudi zmanjšala natančnost termične analize. Kakršnokoli prisotno žveplo bo reagiralo z Mg, ki je sredstvo za modificiranje grafitne oblike, običajno uporabljano v takih postopkih. Kot je razvidno iz SE-B-469,712, ima le raztopljeni Mg v elementarni obliki učinek modificiranja grafitne oblike. Pri analiziranju meritvenega rezultata povzroči visoka vsebnost S negotovost glede tega, če je ali če ni glavni del Mg, dodanega v sistem, reagiral popolnoma z žveplom, prisotnim v času jemanja vzorca, in s tem negotovost glede na obseg, do katerega je treba talino korigirati. Seveda bi bilo zaželeno, da bi našli način za zmanjšanje ali celo odstranitev teh negotovosti.

Predmet predloženega izuma je, da zagotovimo kontinuimi postopek proizvodnje CGI, z zgoraj navedenimi zaželenimi lastnostmi s pomočjo izboljšanega načina izvedbe kontrole postopka.

Ta predmet dosežemo po postopku v skladu s zahtevkom 1.

Prednosti izvedbe postopka v smislu izuma so definirane s podzahtevki.

S tem, da se oddaljimo od smeri, v kateri se je razvijalo stanje tehnike, in namesto tega termično analiziramo popolnoma obdelano železo, obvladamo zgoraj opisane probleme in CGI lahko proizvajamo s kontinuimim postopkom.

V skladu s predloženim izumom je potrebno inokulacijska sredstva dodati le tik pred ulivanjem, t.j. v točnih količinah, kar ni bilo mogoče pri običajnih postopkih, kjer dodajo inokulacijsko sredstvo že zgodaj v postopku in potem v precejšnjih, vendar potrebnih prebitnih količinah. Pri predloženem izumu pa merimo sposobnost popolnoma obdelane železove litine za kristaliziranje in rezultat te meritve uporabimo za povratno informacijsko kontrolo dovajanja inokulacijskega sredstva, pri čemer to dovajanje izvedemo pri zadnji možni stopnji postopka obdelave, da optimiramo količino inokulacijskega sredstva, uvedenega v sistem. Ker bo inokulacijsko sredstvo normalno vključevalo FeSi, bo to tudi vplivalo na vrednost C.E. in torej rezultat tudi uporabimo kot povratno informacijo za stopnjo II in uporabimo za povečanje ali zmanjšanje dodatka sredstev za naravnavo vsebnosti ogljika in/ali silicija v železu, če je potrebno.

Pri praktičnem izvajanju predloženega izuma je lažje obdelovati železove taline z visokimi vsebnostmi S, če je take treba uporabiti. Desulfurirno stopnjo lahko zagotovimo pred prenosom staljene železove litine v kondicionirno peč ali kot alternativo lahko dodamo dano količino sredstva za modificiranje grafitne oblike, ki poleg količine, potrebne za modificiranje strukturnih lastnosti, tudi vključuje stehiometrično količino, ki ustreza vsebnosti S železa, tako da bo načelno vse žveplo reagiralo do konca postopka in tako bo dobljeni CGI brez žvepla v raztopini. Kot je že zgoraj omenjeno, pa je ta reakcija daleč od tega, da bi bila takojšnja, in slabo vpliva na vzorce, odvzete med tekom postopka. Pri praktični izvedbi predloženega izuma pa vzorec vzamemo na koncu postopka iz železove taline, ki jo povprečno vzdržujemo precej dolgo časa v kondicionirni peči. Z vsako novo šaržo taline, prenešene v kondicionirno peč, se aktivna koncentaracija S te nove šarže zmanjša s pomešanjem šarže s talino z nižjo aktivno koncentracijo S, prisotno v kondicionirni peči, in dodano žveplo ima čas, da reagira bolj popolnoma pred odvzemom vzorca.

Staljeno železovo litino v stopnji I s pridom proizvedemo v talilniku, na primer v kupolni peči ali električni peči, in proizvodnja lahko obstoji iz dupleks-postopka, ki vključuje talilno peč in obdelovalno peč. Surovina, uporabljena za pripravo taline, je lahko staro železo, čista železova surovina, topilniški ostanki ali drugi običajni železni materiali za topilniško šaržiranje ali njihove kombinacije; surovine imajo lahko relativno visoko vsebnost S, pa čeprav to ni prednostno.

Vrednost C.E. taline naravnamo v stopnji II s pomočjo ogljika in/ali silicija ali železa z malo ogljika, ki jih dodamo v količinah, ki ustrezajo rezultatu termične analize taline, ki smo jo pravkar ulili; princip, po katerem naravnamo C.E., je tako v bistvu v skladu s postopkom, opisanim v SE-B-470,091.

V skladu z eno izvedbo postopka v smislu izuma, ki jo spodaj označujemo kot izvedba A, talino nato prenesemo v reakcijsko posodo, običajno v obliki ponve, v kateri talino podvržemo baznemu obdelovalnemu postopku, pri katerem sredstvo za modificiranje grafitne oblike, kot na primer Mg, dodamo v količini, regulirani z

7--.zgoraj omenjenim rezultatom analize, v bistvu v skladu s postopki, opisanimi v SEB'444,817 in SE-B-469,712. Mg lahko dodamo v talino v skladu s katerokoli primerno običajno metodo. Zlitine, ki vsebujejo Mg (npr. zlitino FeSiMg, ki vsebuje 45-60 % Fe, 40-70 % Si in 1-12 % Mg) lahko uporabimo v t.i. sendvič-postopku (t.j. zlitino damo na dno reakcijske posode in talino zlijemo preko zlitine), čeprav bomo dodali prednostno čist Mg, ker ta povzroča manj žlindre. Čist Mg lahko dodamo npr. v obliki žice ali v t.i. GF konverterju (GF = Georg Fisher AG). Kot je zgoraj omenjeno, v baznem obdelovalnem postopku ni treba vključiti inokulacijskega sredstva, čeprav v bazičnem postopku nič ne preprečuje, da bi vključili dodatek inokulacijskega sredstva.

Po koncu tega fakultativnega baznega obdelovalnega postopka žlindro odstranimo iz taline in talino prenesemo v kondicionirno peč, ki je lahko odprta peč, če so npr. pogoji postopka taki, da talino zaščitimo od atmosferskega kisika s kontinuirnim žlindrnim slojem, čeprav prednostno uporabimo zaprto peč, pri čemer je ta peč prednostno opremljena z atmosfero inertnega zaščitnega plina. To minimizira neželeno oksidacijo sestavin taline, zlasti sredstev za modificiranje grafitne oblike, ki se zlahka oksidirajo, kot je Mg. Pri uporabi zaščitnega plina je lahko uporabljeni plin katerikoli neoksidirajoč plin, kot npr. dušik ali žlahtni plin ali njihova zmes.

V skladu z eno izvedbo izuma uporabimo zaprto kondicionirno peč, ki je tudi prednostno pod tlakom. Poleg peči pod tlakom in s tem nadaljnjega zmanjšanja vstopa zraka v talino v kondicionimi peči lahko v primeru, kadar je kondicionirna peč primerno konstruirana, tlak peči reguliramo tako, da kontroliramo praznjenje taline v vlivalne kalupe na prednosten način; to bo podrobneje opisano spodaj.

Peč je lahko npr. tipa PRESSPOUR, npr. peč tipa, ki ga prodaja družba ABB. Dozirano šaržo mešamo v kondicionimi peči skupaj z obstoječo talino.

Ponovno polnjenje vsebnosti taline peči je tipično do okoli 25 %, ker smo ugotovili, da ta nivo obračanja zagotavlja dober ekvalizimi učinek vsebine.

V skladu z izvedbo A lahko talini v kondiciorni peči dodamo nadaljnje sredstvo za modificiranje grafitne oblike, npr. Mg, če se tako zahteva. Mg lahko dodajamo v obliki z jeklom ovite žice ali palice z jedrom iz Mg, ki ga vodimo v peč skozi odprtino, ki se da zapreti, v pokrovu ali poklopu peči. Kot s prejšnjimi dodatki količino Mg, dodano v sistem, regulira rezultat termične analize popolnoma obdelanega CGI bodisi v bodisi tik zgoraj vlivalnega kalupa. Obstaja nevarnost tvorbe plina v talini, kadar k njej dodamo vsaj določena sredstva za modificiranje grafitne oblike, kot npr. Mg, ki se zlahka upari, ko vstopi v talino. Ko kondicionimo peč damo pod tlak, teži tako nastali plin k porušitvi sistema tlačne kontrole. Torej tlak v kondicionirni peči prednostno zmanjšamo, ko dodamo sredstvo za modificiranje grafitne oblike v talino, ko je še v kondicionirni peči.

V drugi izvedbi, ki jo spodaj označujemo kot izvedba B, ki je alternativa k izvedbi A, staljeno železovo litino prenesemo iz kondicionime peči v majhno livno ponev, preden jo zlijemo v ulivalne kalupe, in celotno količino sredstva za modificiranje grafitne oblike dodamo v to ponev v skladu s preje omenjenim principom reguliranja taline, t.j. da osnovno železo, ki ga držimo v kondicionirni peči, predhodno ni bilo obdelano z magnezijem.

Zaporedje proizvodnih stopenj dokončamo z jemanjem vzorcev za termično analizo. Vzorec prednostno vzamemo v livni skodeli ali ulivalnem sistemu, čeprav ga lahko tudi vzamemo iz ulivalnega toka ali npr. iz livne ponve, če je. Vzorec lahko vzamemo ročno, npr. s pomočjo kopja, ki ga držimo z roko, ali popolnoma avtomatsko ali polavtomatsko; v tej zvezi lahko polavtomatsko vzorčenje pomeni, da dejanski vzorec vzamemo avtomatsko, medtem ko sonde spreminjamo ročno. Vzorčilne priprave so lahko npr. vrste, kot je opisana v SE-B-446,775. Ker mora preteči določen čas, da omogočimo, da se talina, ki je že prisotna v kondicionirni peči, pomeša z vsako novo šaržo staljenega železa, ki jo dodamo, predenje talina, odvzeta iz peči, sposobna, da zagotovi rezultat analize, ki je reprezentativen za vsebino peči, je potrebno, da spustimo nekaj kalupov, na splošno okoli 4-5 kalupov, preden vzamemo vzorec po vsaki ponovni napolnitvi kondicionime peči. Po drugi strani je v primeru izvedbe A potrebno, da vzorčimo pri hitrosti, kije dovolj velika, da zagotovi, da lahko rezultat analize uporabimo za modificiranje naslednjega baznega obdelovalnega postopka. Pri določevanju trajanja tega časa mešanja so važni parametri, ki jih je treba upoštevati, dolžina časa za napolnitev ulivalnih kalupov, volumetrična kapaciteta kalupov, velikost kondicionime peči in, kjer je primerno, velikost ponve, v kateri izvedemo bazno obdelavo.

Uporabljene procedure, ko začnemo s postopkom, so v veliki meri odvisne od začetnih pogojev: obrat je lahko bil uporabljan npr. za proizvodnjo sive litine ali duktilnega železa pred začetkom postopka ali pa je kondicionirna peč bolj ali manj napolnjena s talino. V vsakem primeru kondicionimo peč najprej napolnimo s stal9 jeno železovo litino, v danem primeru bazno obdelano z Mg, dokler koncentracije žvepla in/ali dodatkov v talini niso v bistvu v korektnih območjih za proizvodnjo CGI. Peč polnimo na splošno na osnovi izkušnje, v danem primeru skupaj s pomočjo kemične analize vzorcev, odvzetih v iztočnem žlebu.

V skladu z izvedbo A pri zagonu peč polnimo do približno treh četrtin njene kapacitete, nakar zapremo dotok taline za toliko časa, dokler ne dosežemo stabilen in enakomeren nivo inokulacijskega sredstva, pri čemer ta nivo na splošno ustreza okoli 2-4 ulivalnim kalupom, nakar ulivanje začasno prekinemo in vzamemo vzorec za termično analizo. Rezultat te analize ima vpliv na bazno obdelavo naslednje šarže taline v reakcijski posodi, pri čemer ta talina kasneje polni kondicionirno peč in tudi kaže na možno potrebo, da dodamo Mg talini v kondicionirni peči, da hitro naravnamo sistem, nakar lahko začnemo s proizvodnjo. V primeru načrtovanih ali nezaželenih ustavitev obratovanja tlak v peči zmanjšamo po tem, ko smo ustavili proizvodnjo, tako da se bo talina v iztočnem žlebu peči potegnila nazaj v peč in s tem zmanjšala pojemanje ali oksidacijo Mg. Ker je pojemalna hitrost na časovno enoto v peči znana, je mogoče izračunati zmanjšanje aktivnega Mg med časom ustavitve. Ustrezno količino Mg lahko nato dodamo v talino po ustavitvi in potem ponovno začnemo s proizvodnjo.

Zagonske in ustavitvene procedure so v bistvu enake, kot je navedeno zgoraj, kjer je primerno, kadar praktično izvajamo izvedbo B. Ponve je treba predhodno segreti. V primeru ustavitev je treba ponve sprazniti, če je mogoče v kalupe, sicer pa nazaj v kondicionirno peč v nekaj minutah po ustavitvi, v primeru kakršnekoli daljše ustavitve pa jih je treba ponovno segreti; ko ponovno začnemo s proizvodnjo, ponve enostavno spet polnimo.

Postopek v smislu izuma bomo sedaj bolj natančno opisali glede na številne primere in tudi glede na spremljajoče risbe, kjer enake pozicijske številke označujejo enake elemente.

Sl. 1 je načelen shematski pregled izvedbe A postopka v smislu predloženega izuma;

Sl. 2 je primer kontrolnega diagrama, s katerim kontroliramo vsebnost sredstva za modificiranje grafitne oblike v talini ob izvajanju postopka v skladu s sl. 1;

Sl. 3 je primer kontrolnega diagrama, ki je podoben diagramu s sl. 2, vendar se

ΗΤ nanaša na količino inokulacijskega sredstva v talini.

Sl. 4 je načelni shematski pregled izvedbe B postopka v smislu predloženega izuma.

V primeru izvedbe, prikazane na sl. 1, ki je primer preje opisane izvedbe A, najprej pripravimo železovo talino 1 v peči 2. V tem primeru talino proizvedemo iz starega železa. C.E. taline naravnamo v peči 2 z dodatkom ogljika in/ali silicija in/ali jekla k talini, kot je navedeno pri 25. Talino nato prenesemo v ponev 3, v kateri talino podvržemo baznemu obdelovalnemu postopku, ki obstoji iz dodatka Mg 11 v neki primerni obliki. Po tej bazni obdelavi odstranimo žlindro s površine taline in talino transportiramo in uvedemo v zaprto kondicionirno peč 4, v kateri vzdržujemo atmosfero inertnega plina pod tlakom in kije t.i. tlačnega livnega tipa, prodaja pa jo družba ABB pod blagovno znamko PRESSPOUR®. Talina na kontroliran način odteka iz peči, bodisi s kontroliranjem nadtlaka plina v prostoru 16 peči - s pomočjo zapornega zasunka 17 na liniji 18 za oddajanje plina - ali s pomočjo mašilnega droga 12, ki se prilega v iztočno odprtino 13 v iztočnem žlebu 9, ali s kombinacijo teh kontrolnih metod. Talino 5 segrevamo s pomočjo indukcijske segrevalne enote 22 in jo s tem tudi do določenega obsega premešamo. Šarža taline, uvedene v kondicionirno peč 4, se pomeša s talino 5, ki je že tam prisotna. Kadar je postopek kontinuiren, se izrabi okoli 75 % maksimalne kapacitete peči. Po potrebi lahko v peč 4 dovedemo dodaten Mg. Mg dodajamo v obliki z jeklom ovite žice ali palice 6 z jedrom iz Mg, ki ga uvajamo v peč 4 skozi odprtino 7, ki se da zapreti, ki je v plašču 8 peči. Kot z drugimi dodatki regulira dodatek Mg rezultat termične analize ulitega CGI. Odprtina 7 je opremljena z zapornim zasunkom ali pokrovom 19. Ureditev tudi vključuje dimnik 20 (ki je lahko v danem primeru identičen z odprtino 7), skozi katerega se ventilirajo MgO v delcih, pare Mg in drugi plini v okolje peči in ki je opremljen z zapornim zasunkom ali s pokrovom 21, montiranim v ohišju 8. Ventil 17 je odprt za kontinuirno oddajanje plina med obratovanjem, medtem ko sta ventila 19 in 21 zaprta. Kadar je potrebno uvesti Mg žico 6 v peč, tlak peči najprej znižamo, posledica pa je, da nivo taline v iztočnem žlebu 9 pade na nivo, prikazan v prekinjenih črtah. Do učinka te operacije se porabi okoli 10-20 sekund. Ventil 21 v dimniku 20 in dovodni ventil 19 za Mg se nato odpreta, za kar je potrebno okoli 5 sekund. Žico 6 z jedrom iz Mg dovajamo okoli 30 sekund v peč. Ventila 19 in 21 nato zapremo, za kar je potrebno nadaljnjih 5 sekund. Končno ventil 17 odpremo in tlak zvišamo do njegovega normalnega obratovalnega nivoja, za kar je potrebno okoli 20 sekund. Čas, potreben za dovajanje Mg palice 6 v kondicionirno peč, je tako v celoti okoli 70 sekund. Inokulacijsko sredstvo 10 dovajamo v iztočni žleb 9 peči v skladu s preje omenjenim

It regulacijskim načelom, tik preden zapremo dotok taline.

Iztok taline iz peči 4 kontroliramo s pomočjo mašilnega droga 12. Zaporedje postopka dokončamo z jemanjem vzorca 14 s termično analizo s pomočjo vzorčilne priprave 23, ki tukaj ni podrobno opisana. V prikazanem primeru vzorec odvzamemo v livni skodeli ali ulivalnem sistemu 15 ulivalnega kalupa 14. Da zagotovimo, da bo analizni rezultat predstavljal vsebnost peči, spustimo 4-5 ulivalnih kalupov po vsakem ponovnem polnjenju kondicionime peči, preden vzamemo vzorec. Vzorec analiziramo s pomočjo računalnika 24, ki tukaj ni podrobno opisan; puščice s prekinjenimi črticami kažejo pretok informacije k in od računalnika 24.

Dodatke sredstev za modificiranje grafitne oblike v sistem reguliramo s pridom v skladu s spodaj opisanimi principi, pri čemer se sklicujemo na kontrolni diagram na sl. 2, kjer je kontrolna vrednost za vsebnost sredstva za modificiranje grafitne oblike nanešena na os y kot funkcija časa, ki je nanešen na osi x. Pozitivne vrednosti koordinate y kažejo prebitke glede na kontrolno vrednost sredstva za modificimje grafitne oblike, medtem ko negativne vrednosti kažejo pomanjkanje. Kontrolna vrednost sovpada z osjo x, t.j. kadar je y = 0. Referenčni znaki imajo naslednji pomen:

100 = gornja specifikacijska meja

110 = gornja kontrolna meja

120 = spodnja kontrolna meja

130 = spodnja specifikacijska meja.

Kadar je dejanska vrednost v kontrolnih mejah (t.j. med linijama 110 in 120) in trend ne kaže proč od te površine, ne spreminjamo dodatka Mg; isto količino Mg vključimo v naslednjem baznem obdelovalnem postopku kot v prejšnjem postopku. Če je dejanska vrednost nad gornjo kontrolno mejo 110, vendar pod gornjo specifikacijsko mejo 100, dodatek Mg zmanjšamo v naslednjem baznem obdelovalnem postopku. Če je dejanska vrednost v ustreznem nižjem območju (med linijama 120 in 130), povečamo dodatek Mg v naslednjem baznem obdelovalnem postopku. Če je dejanska vrednost nad gornjo specifikacijsko mejo 100, ne izpuščamo več taline iz kondicionime peči, dokler vsebnost Mg ne pojema (namerno) ali se talina peči razredči s talino z nižjo vsebnostjo Mg, dokler vsebnost Mg ne doseže sprejemljivega nivoja. Istočasno je dano opozorilo glede starega železa (scrap warning). Če kondicionirna peč ni polna do celotne kapacitete, lahko dodamo obstoječi talini šaržo, ki vsebuje manj Mg. Iztekanje taline iz peči tudi prekinemo, kadar dejanska vrednost pade pod nižjo specifikacijsko mejo 130, čeprav v tem primeru dovajamo Mg žico v peč ob dajanju opozorila glede starega železa.

Dodatek inokulacijskega sredstva k talini kontroliramo na podoben način. Pozicijske številke na sl. 3 imajo enak pomen kot tiste na sl. 2. Če je dejanska vrednost v kontrolnih mejah (med linijama 110 in 120) in trend ne kaže proč od tega področja, ne spreminjamo količine inokulacijskega sredstva, dodanega sistemu. Če je dejanska vrednost izven kontrolnih meja, količino inokulacijskega sredstva, dodanega v talino v iztočnem žlebu kondicionime peči, bodisi povečamo ali zmanjšamo; do opozorila glede starega železa pride tudi, kadar je dejanska vrednost izven specifikacijskih meja (v liniji 100 oz. 130).

V primeru izvedbe, prikazane na sl. 4, ki je primer preje opisane izvedbe B, pripravimo železovo talino v peči 42. Talino nato prenesemo v posodo 43, v kateri se talina desulfurira v skladu s katerimkoli primernim znanim postopkom do masnega odstotka okoli 0,005-0,001 % S. Istočasno dodamo ogljik do masnega odstotka okoli 3,7 % C, da naravnamo vrednost C.E. taline. Po tem s površine taline odstranimo žlindro ter talino transportiramo in uvedemo v kondicionirno peč 44 pod tlakom (podobno peči 4 v primeru izvedbe A) s kapaciteto okoli 6 - 65 ton, iz katere izpuščamo talino na kontroliran način po katerikoli od metod, navedenih v primeru izvedbe A. Šaržo taline, uvedeno v kondicionirno peč 44, pomešamo s talino 45, ki je že tam prisotna, medtem ko lahko tudi dodamo fakultativna sredstva za tvorbo zlitin, npr. Cu ali Sn; taka sredstva za tvorbo zlitine lahko tudi ali alternativno dodamo v kakšnem drugem primernem trenutku postopka. Iz kondicionime peči zlijemo staljeno železo v majhno obdelovalno ali livno ponev 60. Talino v teh ponvah nato obdelamo z žico 46 z jedrom iz Mg in inokulacijskim sredstvom 50 tik pred ulivanjem v kalupe 54. Zaporedje postopka dokončamo z odvzemom vzorca 63 za termično analizo iz ponve 60 ali iz livne skodele ali ulivalnega sistema 55 ulivalnih kalupov 54. Kot pri drugih dodatkih se regulirajo dodatki Mg kot tudi inokulacijskega sredstva z rezultatom termične analize ulitega CGI. Kontrolni in regulacijski principi, opisani v zvezi s sl. 2 in 3, se dajo v bistvu uporabiti tudi v primeru te slednje izvedbe.

Razume se, da izum ni omejen na svoje opisane in prikazane izvedbe kot primere in da lahko opisan postopek na mnoge načine modificiramo v obsegu izuma in strokovnega znanja strokovnjaka na tem področju. Npr. lahko izvedemo dodatno vzorčenje za termično analizo po fakultativni bazni obdelavi, da zagotovimo sprejemljivo kvaliteto šarže v kondicionirno peč. Seveda lahko uporabimo tudi druge procesne principe, naprave, komponente, sredstva, itd., kot je navedeno zgoraj, v obsegu predloženega izuma.

Claims (9)

1. Patentni zahtevki

   1. Metoda ali postopek za kontinuirno zagotovitev predhodno obdelanega stal jenega železa za ulivanje izdelkov, ki se strdijo kot kompaktirano grafitno železo, ki obsega stopnje

   I. proizvodnje staljene železove litine;

   II. uvedbe v talino sredstev za reguliranje grafitizacijskega potenciala železove litine;

   III. prenosa staljene železove litine v kondicionirno peč, v kateri vzdržujemo količino staljene železove litine v obratovanju v predhodno določenih mejah, pri čemer občasno nadomeščamo železovo litino, izpuščeno iz kondicionime peči, s kompenzimo količino staljene železove litine, ki prihaja iz prejšnjih stopenj;

   IV. ulivanja staljene železove litine direktno v livne kalupe ali ponve in iz ponev v livne kalupe;

   in pred stopnjo IV po potrebi desulfuriramo staljeno železovo litino s pomočjo katerekoli primerne znane metode desulfuriranja do masnega odstotka žvepla manj kot okoli 0,025 %;

   in nadalje ob izvajanju ene ali več od stopenj I - IV dodajanja sredstev za modifikacijo grafitne oblike in inokulacijskih sredstev k staljeni železovi litini, označen s tem, da vzamemo vsaj en vzorec staljene železove litine po stopnji III in/ali iz ulivalnih kalupov ter po dodatku navedenih sredstev in pustimo, da se vzorec strdi iz stanja, v katerem sta vzorec in posoda, v kateri ga držimo, v bistveno termičnem ravnotežju pri temperaturi nad kristalizacijsko temperaturo ob registriranju od časa odvisne temperaturne spremembe staljene železove litine v središču vzorca in v neposredni bližini stene vzorčne posode, ter ob uporabi registriranih, od časa odvisnih temperaturnih sprememb za

   15-ugotovitev strukturnih lastnosti in grafitizacijskega potenciala železove litine na znan način; in ko se ugotovljeni grafitizacijski potencial in/ali ugotovljene strukturne lastnosti ulitka železove litine razlikujejo od ustreznih znanih strukturnih lastnosti in grafitizacijskih potencialov kompaktiranega grafitnega železa za več kot podane predhodno določene vrednosti, naravanamo količino sredstva za reguliranje grafitizacijskega potenciala, uvedeno v stopnjo II, in/ali naravnamo količino sredstva za modificiranje grafitne oblike, dodanega ali odstranjenega, in/ali naravnamo količino dodanega inokulacijskega sredstva, v predhodno določenem razmerju s to razliko ali razlikami.
2. 2. Metoda ali postopek po zahtevku 1, označen s tem, da staljeno železovo litino prenesemo v reakcijsko posodo po stopnji II, vendar pred stopnjo III, v tej posodi pa staljeni železovi litini dodamo sredstva za modificiranje grafitne oblike;

   nadaljnja sredstva za modificiranje grafita dodamo po potrebi staljenemu železu, medtem ko je v kondicionirni peči;

   staljeno železovo litino pri stopnji IV zlijemo v ulivalne kalupe;

   in inokulacijska sredstva dodamo staljeni železovi litini po stopnji III.
3. 3. Metoda ali postopek po zahtevku 1, označen s tem, da staljeno železovo litino prenesemo v reakcijsko posodo po stopnji II, vendar pred stopnjo III, v tej posodi pa staljeno železovo litino desulfuriramo do ma snega odstotka žvepla manj kot okoli 0,025 %;

   staljeno železovo litino zlijemo pri stopnji IV v ponve in od tam v ulivalne kalupe; in sredstva za modificiranje grafitne oblike in inokulacijska sredstva dodamo k staljenemu železu, ko je še v ponvah.
4. 4. Metoda ali postopek po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, označen s tem, daje kondicionima peč v bistvu zaprta.
5. 5. Metoda ali postopek po zahtevku 4, označen s tem, da zagotovimo kondicionimo peč z atmosfero inertnega zaščitnega plina.
6. 6. Metoda ali postopek po zahtevku 4 ali 5, označen s tem, da je kondicionima peč pod tlakom.
7. 7. Metoda ali postopek po zahtevku 6, označen s tem, da zmanjšamo tlak v kondicionirni peči, če in kadar sredstva za modificiranje grafitne oblike dodamo k staljeni železovi litini, ko je še v kondicionirni peči.
8. 8. Metoda ali postopek po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, označen s tem, da vzamemo vzorec staljene železove litine z dostopa ali ulivalnega sistema ulivalnega kalupa.
9. 9. Metoda ali postopek po kateremkoli od zahtevkov 1-7, pri čemer staljeno železovo litino pri stopnji IV zlijemo v ponve in od tam v ulivalne modele, označen s tem, da vzamemo vzorec staljene železove litine iz ene od ponev.