RAFINACE A ODLÉVÁNÍ OCELI studijní opora

Transkript

1 Vyská škla báňská Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálvéh inženýrství RAFINACE A ODLÉVÁNÍ OCELI studijní pra Karel MICHALEK Ladislav SOCHA Zdeněk ADOLF Jiří BAŽAN Ostrava 2013

2 Recenzent: Ing. Karel Gryc, Ph.D. Název: Autr: Vydání: první, 2013 Pčet stran: 89 Rafinace a dlévání celi prf. Ing. Karel MICHALEK, CSc. Ing. Ladislav SOCHA, Ph.D. prf. Ing. Zdeněk ADOLF, CSc. prf. Ing. Jiří BAŽAN, CSc. Studijní materiály pr studijní prgram Metalurgické inženýrství na Fakultě metalurgie a materiálvéh inženýrství. Jazykvá krektura: nebyla prvedena. Studijní pra vznikla v rámci prjektu OP VK: Název: MdIn - Mdulární invace bakalářských a navazujících magisterských prgramů na Fakultě metalurgie a materiálvéh inženýrství VŠB - TU Ostrava Čísl: CZ.1.07/2.2.00/ Karel MICHALEK VŠB Technická univerzita Ostrava ISBN

3 Rafinace a dlévání celi POKYNY KE STUDIU Rafinace a dlévání celi Pr předmět Rafinace a dlévání celi 5. semestru studijníh bru Mderní metalurgické technlgie jste bdrželi studijní balík bsahující integrvané skriptum pr kmbinvané studium bsahující i pkyny ke studiu. 1. Cílem předmětu a výstupy z učení Cíle předmětu je předat studentům základní teretické a praktické znalsti pstupů sekundární metalurgie, tzn. pstupů mimpecníh zpracvání tekuté celi, a rvněž pznatky z blasti dlévání celi, a t jak klasickým způsbem d ingtů, tak zejména prgresivním pstupem pmcí kntinuálníh dlévání. P prstudvání předmětu by měl student být schpen: výstupy znalstí: student bude umět charakterizvat technlgie sekundární metalurgie a jejich tereticku pdstatu; student bude umět charakterizvat základní děje při tuhnutí celi a jedntlivé technlgie dlévání celi. výstupy dvednstí: student bude umět využít svých znalstí k ppisu základů terie a praxe sekundárníh zpracvání celi a dlévání celi; student bude umět rzvíjet své teretické i praktické pznatky dalším studiem. Pr kh je předmět určen Předmět je zařazen d bakalářskéh studia bru Mderní metalurgické technlgie studijníh prgramu Metalurgické inženýrství, ale může jej studvat i zájemce z kteréhkliv jinéh bru, pkud splňuje pžadvané prerekvizity. Studijní pra se dělí na části, kapitly, které dpvídají lgickému dělení studvané látky, ale nejsu stejně bsáhlé. Předpkládaná dba ke studiu kapitly se může výrazně lišit, prt jsu velké kapitly děleny dále na číslvané pdkapitly a těm dpvídá níže ppsaná struktura. Při studiu každé kapitly dpručujeme následující pstup Studijní pru, která je rzčleněna na kapitly, je ptřeba nejprve prčíst jak celek. Teprve pté je vhdné ji začít studvat p jedntlivých kapitlách. P prstudvání dpvězte na tázky, zadané za každu kapitlu. Způsb kmunikace s vyučujícími V rámci tht předmětu bude úklem studentů vypracvání semestrálníh prjektu na zadané téma: z blasti základů sekundárníh zpracvání celi; základů dlévání celi klasickým způsbem d ingtů neb technlgií plynuléh dlévání celi. 1

4 Rafinace a dlévání celi Semestrální prjekt bude kntrlván vyučujícím d 14 dnů p devzdání a výsledky budu studentům zaslány em prstřednictvím IS. Dále student abslvuje zápčtvý test, jehž výsledky budu studentům sděleny p jeh abslvvání. Na začátku semestru budu studentům zadána jedntlivé témata semestrálníh prjektu. Pdrbnější pkyny studenti bdrží na pčátku výuky. Dtazy k zadanému tématu je mžné knzultvat s vyučujícím (prf. Karel MICHALEK, CSc.): v rámci vypsaných knzultačních hdin; na telefnním čísle ; pmcí u: karel.michalek@vsb.cz. 2

5 Rafinace a dlévání celi 1. Metdy sekundární metalurgie Čas ke studiu: 20 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět uvést příčiny rzvje sekundární metalurgie charakterizvat výhdy a přínsy zpracvání celi pmcí metd sekundární metalurgie definvat základní metdy a zařízení sekundární metalurgie Výklad Příčiny rzvje metd sekundární metalurgie Druhá plvina 20. stletí je v celářské výrbě charakterizvána výraznu snahu snižvat materiálvu a energeticku nárčnst. Sučasně se zvyšují nárky uživatelů na kvalitu celi představující zvyšvání užitných vlastnstí výrbků. Limitujícím faktrem dalšíh zvyšvání prduktivity primárních agregátů (kyslíkvých knvertrů neb elektrických blukvých pecí) se stala délka dhtvací fáze tavby p rztavení vsázky. Záknitě se prt bjevila technická řešení umžňující přenést některé technlgické perace mim primární agregát. T vedl ke vzniku nvých celářských technlgií suhrnně značvaných jak sekundární metalurgie. Metalurgie železa a celi představuje systém perací a zařízení, které lze rzdělit d dvu subrů uvedených na br a) charakteristika primární metalurgie b) charakteristika sekundární metalurgie Obr. 1.1: Schématické rzdělení primární a sekundární metalurgie 3

6 Přesunutí rafinačních perací z výrbníh reaktru d pánve umžňuje: Rafinace a dlévání celi snižvat výrbní náklady na jednu tunu vyráběné celi - pkles výrbních nákladů spčívá ve zkrácení dby tavby na pecním agregátu a z th vyplývá: - zvýšení výrbnsti pecníh agregátu, - snížení ptřebení vyzdívky, - pkles tepelných ztrát, - mžnst autmatizvat zjedndušené technlgie výrby. zvyšvat jakst vyráběné celi na úrveň nedsažitelnu v pecním agregátu: - vyšší tepltní i chemicku hmgenitu lázně, - snížením bsahu rzpuštěných plynů ([H], [N]), - snížením bsahu vměstků v tekuté celi a mžnstí jejich mdifikace tvaru a veliksti, - hlubkým dsířením neb napak řízením bsahu síry v celi, - přesným legváním i na spdní hranici rzmezí. připravit tekutu cel pr plynulé lití na ZPO s přesnu licí tepltu a řízenu chemicku i metalgraficku čisttu: - přesnu licí tepltu v nízkém rzmezí 3 C až 5 C lze zajistit na pánvi s příhřevem celi v pánvvé peci. Zvládnutí výše uvedených rafinačních metd umžňuje zavádět nvé jaksti celi. Základní způsby mimpecníh zpracvání celi (sekundární metalurgie) a jejich účinky lze shrnut d následujících bdů: dmýchání inertních plynů: - puhé dmýchání (vypluvání vměstků, tepltní a chemická hmgenizace celi), - dmýchání pd aktivní strusku (reakce mezi strusku a kvem; dsíření celi), injektáž přísad: - dmýchání prachvých látek pmcí inertníh plynu (dsíření celi, mdifikace vměstků+ dezxidace celi, legvání celi, nauhličvání celi), - vhánění přísad ve frmě plněnéh celvéh prfilu (přesné a úsprné legvání celi, mdifikace vměstků), - zavádění hliníkvéh drátu (řízená hlubká dezxidace celi), rafinace celi synteticku strusku (dezxidace celi, řízené dsíření, phlcvání nekvvých vměstků), vakuvé zpracvání celi: - dplynění v pánvi, - dplynění v prudu, - dplynění v kmře (běžné RH, zdvižné DH), - (snížení bsahu H 2 a N 2, vakuvá uhlíkvá dezxidace, dlegvání celi), - xidační vakuvání celi VOD (výrba krzivzdrných celí hlubké duhličení chrmem vysce legvaných celí), rafinace celi plynnu směsí O 2 Ar, resp. O 2 H 2 O v knvertru AOD, CLU, K-OBM-S (výrba krzivzdrných celí hlubké duhličení za atmsférickéh tlaku) příhřev celi v pánvi: - elektrickým blukem za atmsférickéh tlaku, - elektrickým blukem s mžnstí vakuvání celi ASEA, VAD, - chemický příhřev xidací Al neb FeSi za atmsférickéh tlaku IR-UT, CAS-OB, - chemický příhřev xidací Al neb FeSi ve vakuu ISSM. Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Adlf, Z.: Mimpecní rafinace celi, VŠB-TU Ostrava, 1991, 133 s. 4

7 Rafinace a dlévání celi [2] Ghsh, A.: Secndary Steelmaking - Principles and Applicatins. New Yrk, 2001, 322 p. [3] Stlte, G.: Secndary Metallurgy - Fundamentals Prcesses Applicatins. Düsseldrf, 2002, 216 p. Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) příčiny rzvje sekundární metalurgie výhdy a přínsy metd sekundární metalurgie rzdělení metd a zařízení sekundární metalurgie Otázky k prbranému učivu 1. Uveďte rzdělení metalurgie a uveďte příčiny rzvje sekundární metalurgie. 2. Charakterizujte rafinační perace sekundární metalurgie přesunuté z primárních agregátů d pánve. 3. Uveďte základní metdy sekundární metalurgie. 5

8 Rafinace a dlévání celi 2. Prvky v celi a jejich chvání při rafinaci Čas ke studiu: 40 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět definvat základní rzdělení prvků v celi charakterizvat chvání prvků při rafinaci celi Výklad Rzdělení prvků v celi dle základních kritérií Jedním ze základních úklů sekundární metalurgie je snížení bsahu nežáducích prvků a nečistt, které se v celi nacházejí. Z hlediska čistty je psuzván bsah a půsbení prvků, které se v celi vyskytují. Prvky v celi lze z tht hlediska rzdělit na: prvky přísadvé služí zejména k legvání celi a lze je tedy pvažvat za užitečné, prvky dprvdné ( stpvé ) - pvažujeme je převážně za škdlivé. Jednznačná hranice mezi přísadvými a dprvdnými prvky však neexistuje, nebť pr různé značky celi mhu být i různá kritéria pr jejich dělení. Jak příklad je mžn uvést dprvdné prvky S, N, Cu, které jsu becně pvažvány za škdlivé. V určitých značkách celí (autmatvé, nerezavějící) však mhu jedntlivě přispívat ke zlepšení některých jejich vlastnstí, a prt je musíme zařadit u těcht celí mezi prvky přísadvé. Kritérium pr zařazení prvku d jedné ze zmiňvaných skupin závisí rvněž na jejich abslutním bsahu v celi. Nízké bsahy některých dprvdných prvků mhu být žáducí (např. u mikrlegvaných celí), lze je tedy pvažvat za přísadvé, kdežt pkud překrčí určitý kritický bsah, stávají se tyt prvky škdlivými. Chvání prvků při rafinaci celi S hledem na výše uvedenu slžitst půsbení prvků v celi lze přísadvé a dprvdné prvky dělit pdle různých kritérií, jak např.: z hlediska mžnsti dstranění při celářských pchdech na prvky: - které mhu být v důsledku své vyské afinity ke kyslíku dstraněny jak xidy, - které mhu být z celi dstraněny částečně, - prvky s vysku tenzí par při tepltách celářských pchdů, z hlediska půsbení na vlastnsti celi: - prspěšné (neškdlivé) prvky, - škdlivé prvky. Rzdělení prvků z hlediska mžnsti dstranění při celářských pchdech Prvky, které mhu být v důsledku své vyské afinity ke kyslíku dstraněny jak xidy a převedeny v tét frmě d strusky v plném rzsahu. Jsu t zejména: Ca, Mg, Ti, Al, Zr, B, V, Ba, Nb, čili prvky, které jsu v afinitní řadě nalev d železa. Odstraňvání prvků první skupiny nečiní zvláštní ptíže u všech běžných celářských pchdů. V průběhu xidace se tyt prvky z lázně dstraní, a t i za nrmálníh tlaku i v pdmínkách vakua. 6

9 Rafinace a dlévání celi Prvky, které mhu být z celi dstraněny částečně, a t jak xidy neb v jiné vazbě, např. Cr, Mn, S a P. Mezi částečně dstranitelné prvky patří rvněž plyny v celi - N a H. Při dstraňvání uvedených prvků mhu vzniknut určité technlgické prblémy. Týká se t manganu a zejména chrmu. Vyšší bsah Cr 2 O 3 ve strusce výrazně vlivňuje její vlastnsti, především viskzitu a aktivitu jedntlivých slžek strusky (např. a CaO ) a tím i rychlst a úplnst některých důležitých metalurgických reakcí, např. dfsfření a dsíření. Prvky s vysku tenzí par při tepltách celářských pchdů (cca 1600 C). Mezi tyt prvky patří zejména Zn, Pb, Cd, Ag. (var: tlak nasycené páry dsáhne vnějšíh tlaku, vypařvání je endtermický prces, tzn., že tlak nasycených par stupá s tepltu). Prvky třetí skupiny vyžadují specifický přístup k jejich dstraňvání z celi. Je nutn především psudit, jaký je kritický bsah jedntlivých prvků z hlediska pžadvaných vlastnstí vyráběných celí. Z prvků třetí skupiny mají zinek i lv značně negativní vliv na vlastnsti celi, a t i při velmi nízkých kncentracích. Již bsah nad 10 ppm Pb (tj. 0,001%) je jednznačně nežáducí a způsbuje prudké snížení tvařitelnsti celi. Prvky s nízku afinitu ke kyslíku a vysku metalurgicku stabilitu v celi, tj. zejména M, W, Sn, Ni, C, Cu, As, Sb. Odstranění těcht prvků představuje velký metalurgický prblém, a t zejména u Sn, Cu, As, Sb, které mají sučasně i velmi nepříznivý vliv na vlastnsti celi, a t zejména při jejich splečném půsbení. O tm, zda a v jakém mnžství přechází nějaký prvek ze vsázky neb z pecní atmsféry d celi, rzhduje jeh afinita ke kyslíku, stabilita jeh xidů při tepltách v celářských pecích a stupeň xidačníh půsbení jedntlivých údbí při výrbě celi. Schéma uspřádání prvků pdle stability jejich xidů je uveden na br Relativní stabilita xidů xidační prstředí při výrbě celi Ca Zr Mg C aglmerace Al Ti struska Si V Fe atmsféra Cr Mn Zn W M S As Pb P Sn prvek, který není bsažen v celi Ni C redukční údbí při výrbě elektrceli nístěj vyské pece Cu prvek, který je přítmen v survém železe z vyských pecí a během výrby celi je z větší části dstraněn prvek částečně přítmný v survém železe z vyských pecí a celi z celářských pecí prvek přechází úplně d celi Obr. 2.1: Uspřádání prvků pdle stability jejich xidů s vyznačením stupně xidačníh půsbení prstředí v metalurgických agregátech Pdle afinity ke kyslíku je mžn dprvdné prvky v celi seřadit d tzv. afinitní řady. Vlev v řadě jsu prvky s největší afinitu ke kyslíku, vprav s afinitu nejmenší. Pdle relativní stability xidů při různých výrbních pchdech jsu dprvdné prvky uspřádány v br. 2.1, kde je stupeň xidačníh 7

10 Rafinace a dlévání celi půsbení čistéh kyslíku rvný nule; xidační půsbení atmsféry v nístěji vyské pece je pdle tét stupnice mínus 15. Prvky značené trjúhelníkem se v celi nevyskytují, prtže se dstraňují již ze survéh železa ve vyské peci i v celářské peci (Ca, Mg, Zr, Al). Prvky značené kružkem jsu částečně redukvány ve vyské peci a přecházejí d survéh železa, dstraňují se však v xidačním prstředí celářských pecí (Ti, Si, V). Prvky značené čtverečkem se rvněž redukují ve vyské peci a jsu bsaženy v survém železe, avšak v celářské peci se z kvvé lázně dstraňují jen částečně (C, Cr, Mn, S, Pb, P). Prvky značené černými plnými bdy dlávají zcela xidaci během výrby celi a přecházejí prt úplně d vyrbené celi (M, W, As, Sn, C, Ni, Cu). Všechny prvky ležící v afinitní řadě vprav d železa se během výrby z celi dstranit nedají. Výjimku je zinek, který při tepltách v celářské peci sublimuje, a lv, které je v železe nerzpustné; ve vyské peci se shrmažďuje v nístěji pece, v celářské peci při malých mnžstvích se vypařuje, při větších mnžstvích uniká d půdy pece. Dělení prvků z hlediska půsbení na vlastnsti celi Prspěšné (neškdlivé) prvky - patří zde např. C, Mn, Si, Cr, V, M, W, Ti, Al ad. Všechny tyt prvky mhu pzitivně vlivňvat určitým způsbem vlastnsti celi, např. její pevnst, huževnatst, tažnst, tvrdst, brbitelnst, krzivzdrnst, žáruvzdrnst a mnhé další. Škdlivé prvky patří zde fsfr, síra, tzv. becně škdlivé prvky, plyny v celích, tzn. kyslík, dusík a vdík, stpvé neželezné kvy měď, cín, arsen, antimn, bismut, (zinek, lv). Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Stlte, G.: Secndary Metallurgy - Fundamentals Prcesses Applicatins. Düsseldrf, 2002, 216 p. [2] Fruehan, R. J.: The Making, Shaping and Treating f Steel, AISE Steel Fundatin, 1998, 767 p. Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) rzdělení prvků v celi chvání prvků při rafinaci celi Otázky k prbranému učivu 1. Charakterizujte základní rzdělení prvků v celi. 2. Uveďte mžnsti rzdělení prvků dle různých kritérií. 3. Ppište chvání prvků při rafinaci celi. 8

11 Rafinace a dlévání celi 3. Rafinace celi inertními plyny Čas ke studiu: 50 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět ppsat princip rafinace celi inertními plyny charakterizvat vypluvání vměstků při dmýchání inertníh plynu definvat způsby zavádění inertníh plynu d celi v pánvi Výklad Rafinace celi inertními plyny K rafinaci celi se nejčastěji pužívá argn. Stejnu funkci však plní i bublinky xidu uhličitéh při prbíhající reakci uhlíku s kyslíkem. Jedná se jednduchu metdu rafinace s nízkými investičními náklady na zavedení a s vysku návratnstí. Dsahvané účinky jsu uvedeny níže: hmgenizace celi tepltní i kncentrační, vypluvání vměstků jednak usměrněným pruděním celi a jednak fltací, snižvání bsahu vdíku a ve vakuu i dusíku, pdpra průběhu uhlíkvé reakce (snížení bsahu uhlíku a kyslíku), zajištění průběhu reakcí mezi strusku a kvem bnvváním reakčníh pvrchu (především dsíření celi). Je nutnu sučástí všech statních metd mimpecní rafinace celi. Je minimální pdmínku úspěšnéh dlévání na ZPO. Bez hmgenizace celi v pánvi t není mžné. Plynný argn je dstupný jak vedlejší prdukt kyslíkáren. Mechanismus hmgenizace celi v pánvi K míchání a hmgenizaci taveniny se využívá vznášivá energie vypluvajících plynných bublin. V T 1 H ε 14,23 lg M 1,48 P 0 kde ε je energie míchání, W.t -1 V - intenzita dmýchání plynu, Nm 3.min -1 T - teplta taveniny, K M - hmtnst taveniny, t H - hlubka injektáže, m P 0 - tlak na pvrchu taveniny, atm. Čas ptřebný k dsažení 95 % hmgenizace taveniny s hledem na průměr pánve a hlubku injektáže dvdili Mazumdar a Guthrie: τ 116 ε 1/3 D 5/3 H 1 kde je čas 95 % hmgenizace taveniny, s D - průměr pánve, m. Na následujícím br. 3.1 je uveden vypčtený čas hmgenizace pr 100, 200 a 300 tunvu tavbu. (3.1) (3.2) 9

12 Rafinace a dlévání celi dba dmýchání, s hmtnst celi, t průměr pánve, m 2,6 3,3 3, ,5 1,0 1,5 2,0 Obr. 3.1: 3 intenzita dmýchání inertu, Nm /min Vypčtený čas hmgenizace pr 100, 200 a 300 tunvu tavbu v závislsti na intenzitě dmýchání plynu Vypluvání vměstků při dmýchání inertníh plynu a jejich phlcvání strusku Nekvvé vměstky jsu vynášeny z tekuté celi tkem celi směrem k fázvému rzhraní se strusku, kde jsu zachyceny a následně tekutu strusku absrbvány. Tent prces vyžaduje laminární tk taveniny, který nestrhává částice strusky d celi, a záprnu hdntu Gibbsvy energie prcesu absrpce vměstku strusku. Pr phlcení vměstku strusku lze dvdit vztah: ΔG σ S σ S (3.3) vs vs vl vl kde G je Gibbsva energie absrpce vměstku strusku, J v-s - mezifázvé napětí vměstek-struska, N.m -1 v-l - mezifázvé napětí vměstek-kv, N.m -1 Sv-s - plcha mezifázvéh pvrchu vměstek-struska, m 2 Sv-l - plcha mezifázvéh pvrchu vměstek-kv, m 2 Obr. 3.2: Prces prbíhá samvlně, jestliže G < 0. Tat pdmínka je splněna, jestliže v-s je minimální a v-l je maximální. Je-li chemické slžení vměstku a strusky pdbné, pak v-s 0 a vměstek není smáčen kvem, pak v-l > 0. Za těcht pdmínek je G < 0 a phlcvání vměstků strusku úspěšně prbíhá. Fltace vměstků spčívá v přilnutí vměstku k pvrchu bubliny dmýchanéh inertu a v jejich následném vyplutí d strusky, jak je uveden na br Pevnst spjení vměstku s bublinu lze ppsat pmcí adhézní práce, která je nutná k dtržení vměstku d bubliny. W A S v g σ Ar l-g 1- csθ vměstek Schematické znázrnění vměstku p spjení s bublinu Ar kde W A je adhézní práce pevnst spjení sustavy bublina Ar-vměstek, J S v-g - plcha spjení bublina Ar-vměstek, m 2 1-g - pvrchvé napětí celi, N.m -1 - úhel smáčení materiálu vměstku celí Pevnst spjení vměstku s bublinu a tudíž pravděpdbnst fltace vměstků je závislá na smáčení vměstku celí, pvrchvém napětí celi a plše spjení vměstek-bublina, jak je uveden v tab (3.4) 10

13 Tab. 3.1: Jestliže Výpčet adhézní práce pdle rvnice Rafinace a dlévání celi 0 cs 1 W A 0 = 90 cs 0 W A S v-g. l-g = 180 cs -1 W A 2 S v-g. l-g = (W A ) max Pvrchvé napětí kvu 1-g je maximální, jestliže cel má minimalizván bsah pvrchvě aktivních látek (především [S] a [O]). Význam plchy spjení vměstku S v-g s bublinu rste, jestliže velikst bublinky se blíží veliksti vměstku. T znamená, že fltace vměstků vyžaduje bublinkvý režim dmýchání inertu čeření celi. Z th vyplývá, že při dmýchání argnu d celi lze snížit především bsah vměstků majících vůči celi vyské mezifázvé napětí. Jedná se především stabilní vměstky tvřené xidem hlinitým. Ocel by měla být hlubk dezxidvaná a dsířená a argnem puze čeřena. Způsby zavádění argnu d celi v pánvi Dmýchání inertníh plynu d lázně lze rzdělit d následujících bdů: trysku (celvu trubicí chráněnu keramickým pláštěm), celvu trubicí zaknčenu prézní keramicku zátku (tvárnicí), prézní žárvzdrnu tvárnicí umístěnu ve dně pánve. Schematické znázrnění dmýchání inertu pnřenu trysku je uveden na br a) dmýchání inertníh plynu trysku d pánve b) rafinace celi inertním plynem Obr. 3.3: Ukázka mžnstí dmýchání inertníh plynu d pánve Upevnění keramické zátky k nsné celvé trubici je patrné z br Legenda: 1 přívd argnu, 2 zpevňující kvvý kruh, 3 tvr v kruhu pr vývd argnu, 4 dutina zaplněná žárvzdrným materiálem, 5 matrice upevňující keramický blk, 6 keramický pórvitý blk. Obr. 3.4: 4 5 Schéma upevnění keramickéh blku k nsné kvvé trubce 11

14 Rafinace a dlévání celi výhdy dmýchání inertníh plynu pnřenu trysku: - jednduchst prvedení, - dbrý kntakt strusky s kvem, dbré dsíření celi, - nižší investiční i prvzní náklady prti elektrmagnetickému míchání celi, nevýhdy dmýchání inertníh plynu pnřenu trysku: - mezená mžnst řídit intenzitu dmýchání, - za atmsférickéh tlaku nelze cel dplynit, - vyšší ztráty legur jejich xidací na pvrchu lázně, - mezená mžnst zvyšvat metalgraficku čisttu celi dstraňvat vměstky fltací, cel není míchána v celém bjemu pánve (existují významné mrtvé zóny). Další mžnst dmýchání inertníh plynu d pánve představuje žárvzdrná tvárnice umístěná ve dně pánve. Způsb vestavění keramické tvárnice d dna pánve je patrný z br Pužívané tvary dmýchacích tvárnic a jejich charakteristika jsu znázrněny na br Obr. 3.5: Umístění prézní tvárnice d dna pánve Obr. 3.6: Tvary dmýchacích tvárnic výhdy dmýchání inertníh plynu dmyšným elementem ve dně pánve: - rvnměrné míchání lázně, - minimální blasti, kde nedchází k cirkulaci, - mžnst řízení dmýchání argnu d bublinkvitéh režimu až p vyské intenzity dmýchání, - vynikající kntakt strusky s kvem (dsíření celi) a nižší tepltní gradient mezi kvem a strusku, - mžnst mírnéh dplynění a duhličení celi, - nižší investiční a prvzní náklady prti elektrmagnetickému míchání celi, nevýhdy dmýchání inertníh plynu dmyšným elementem ve dně pánve: - zvýšené ptřebení vyzdívky pánve, - zvýšené nebezpečí průvalu. Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Adlf, Z.: Mimpecní rafinace celi, VŠB-TU Ostrava, 1991, 133 s. [2] Ghsh, A.: Secndary Steelmaking - Principles and Applicatins. New Yrk, 2001, 322 p. [3] Stlte, G.: Secndary Metallurgy - Fundamentals Prcesses Applicatins. Düsseldrf, 2002, 216 p. [4] Fruehan, R. J.: The Making, Shaping and Treating f Steel, AISE Steel Fundatin, 1998, 767 p. 12

15 Rafinace a dlévání celi Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) princip rafinace celi inertními plyny mechanismus vypluvání nekvvých vměstků při dmýchání inertníh plynu základní metdy zavádění inertníh plynu d celi v pánvi Otázky k prbranému učivu 1. Uveďte princip rafinace celi inertními plyny. 2. Charakterizujte mechanismus hmgenizace celi v pánvi pmcí dmýchání inertníh plynu. 3. Uveďte způsby zavádění argnu d celi v pánvi. 13

16 Rafinace a dlévání celi 4. Odplynění celi Čas ke studiu: 100 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět definvat průběh dplynění celi ppsat vakuvu rafinaci celi charakterizvat základní technlgie vakuvání celi Výklad Snižvání bsahu plynů rzpuštěných v celi Rzpuštění plynů v rztavených kvech a jejich vydělvání z kvů jsu prtichůdné pchdy. Atmární rzpuštění plynů v kvech, jakž i jejich dstraňvání z kvů, lze ppsat becnu rvnicí 1 2 X 2(g) [X] Mechanismus prcesu absrpce (phlcvání) atmárně rzpuštěnéh plynu v rztaveném kvu lze pak vyjádřit pmcí něklika následných dějů: difúze mlekul plynu z atmsféry k pvrchu kvu, adsrpce mlekul plynu na pvrchu kvu a jejich disciace na atmy, desrpce a difúze atmů plynu z pvrchu d bjemu kvu. Na druhé straně vydělvání plynu z rztavenéh kvu je spjen s mlekularizací atmů plynu v pvrchu kvu před difúzí takt vzniklých mlekul d atmsféry. Rvnváha fázvé sustavy rztavený kv-plyn je závislá na bsahu plynu v kvu /X/, jeh parciálním tlaku a tepltě T. Pr atmární rztk plynu v rztaveném kvu při knstantní tepltě, vzhledem k rvnici (4.1), platí: K [X] f přičemž X X x x r px2 p x 2 r p p (4.3) kde Kx je rvnvážná knstanta Sievertsva zákna, hm. %, ppm - relativní parciální tlak plynu nad kvem, 1 - parciální tlak plynu nad kvem, Pa Pa parciální tlak plynu ve standardním stavu, Pa /X/ - rvnvážný bsah atmárně rzpuštěnéh plynu v kvu, hm. %, ppm Rvnice (4.2) je matematickým vyjádřením Sievertsva zákna. Sievertsův zákn je krajním případem becnějšíh zákna Henryh, který ppisuje mlekulární rzpuštění plynů v rztcích. Jestliže (4.1) (4.2) 14

17 Rafinace a dlévání celi rzpuštění plynů v kvech není zcela atmární pvahy, pak mcnitel tlaku v rvnici (4.2) dsahuje hdntu d 0,5 d 1,0. Za předpkladu, že = 1a f x =1, platí [X] max. = K x Hdnta K x tudíž dpvídá rzpustnsti plynu v tavenině železa neb nízklegvané celi (f x 1). Rvnvážné kncentrace v kvu rzpuštěnéh plynu při zadaných hdntách p a T charakterizují absrpční schpnst danéh plynu a tudíž rzpustnst plynu při zvlených termdynamických pdmínkách. Rzpustnst se vyjadřuje v hmtnstních prcentech, ppm neb krychlvých centimetrech plynu ve 100 g kvu. Tepltní závislst bsahu atmárně rzpuštěnéh plynu v rztaveném kvu lze za knstantníh tlaku vyjádřit rvnicí: ln[x] ΔH 2 RT ln C kde H je rzpuštěcí tepl 1 mlu plynu, J.ml -1 C - knstanta závislá na druhu plynu a kvu, hm. % sučinitel 2 ve jmenvateli ukazuje, že se plyn rzpuští i v discivaném stavu. Rzpuštěcí tepl je tvřen adsrpčním teplem H A, disciačním teplem H D a v případě, že plyn s kvem chemicky reaguje, i reakčním teplem H R. (4.4) ΔH ΔH A ΔH D ΔH R (4.5) Zatímc disciace mlekul plynu na atmy je vždy endtermický děj H D > 0, adsrpce plynu v pvrchu kvu a jeh chemická reakce s kvem jsu bvykle extermické dějeh A < 0 a H R < 0. U plynů, které se vyznačují malu rzpustnstí v kvech, je výsledný tepelný efekt rzpuštění endtermický H > 0, prtže tepl sptřebvané na disciaci mlekul plynu převyšuje hdntu adsrpčníh tepla, přičemž H R = 0. Prt například rzpustnst vdíku v,, i rztaveném železe s tepltu narůstá, zatímc rzpustnst dusíku v železe s tepltu klesá vzhledem k extermickému efektu reakce železa s dusíkem za vzniku nitridů /H R /+ /H A / >/ H D /. Rzpuštění vdíku a dusíku v čistém rztaveném železe se řídí Sievertsvým záknem. Oba plyny se rzpuštějí v tavenině železa atmárně a vzhledem k převážně endtermickému charakteru prcesu rzpuštění s rstucí tepltu jejich rzpustnst narůstá. Vypčtené hdnty rzpustnsti vdíku a dusíku v,, a tekutém železe jsu znázrněny na br. 4.1 a br Obr. 4.1: Vliv teplty na rzpustnst vdíku v železe při tlaku 0,1 MPa Obr. 4.2: Vliv teplty na rzpustnst dusíku v železe při tlaku 0,1 MPa Uvedené rzpustnsti vdíku a dusíku na br. 4.1 a br. 4.2 dpvídají rvnváze čistéh železa s plynnu fází bsahující puze vdík neb dusík při tlaku 0,1 MPa. V praktických pdmínkách 15

18 Rafinace a dlévání celi mimpecní rafinace dplyňujeme cel bsahující celu řadu rzpuštěných prvků, přičemž atmsféra nad kvem, resp. plynná bublina vypluvající z kvu, bsahuje i další druhy plynů. Rzpustnst vdíku a dusíku v tavenině železa bsahující třetí prvek je určvána silami vzájemnéh půsbení mezi rzpuštědlem (železem) a rzpuštěnu látku (vdíkem či dusíkem) a legujícím prvkem (R i ). Hydridtvrné prvky (Zr, Ti, Nb, V, Ce) zvyšují rzpustnst vdíku. Prvky, které netvří hydridy (Cr, Ni, Mn, C, M, W), rzpustnst vdíku vlivňují mál. Skupina prvků (C, Si, S, P a další) snižuje rzpustnst vdíku vzhledem k jejich schpnsti tvřit se železem karbidy, silicidy, sulfidy, fsfidy a tudíž snižvat termdynamicku aktivitu železa. Legující prvky z hlediska jejich vlivu na rzpustnst dusíku v rztaveném železe je mžn rzdělit d něklika skupin: Ti, Zr, V, Nb a další prvky tvří s dusíkem stabilní nitridy a tudíž s růstem jejich kncentrace rzpustnst dusíku v železe rste. Cr, Mn, M mají vysku afinitu k dusíku, a prt zvyšují jeh rzpustnst v tekutém železe, i když při běžných kncentracích v rztavené celi nitridy netvří. C, P, Ni, Cu snižují rzpustnst dusíku v rztaveném železe, prtže zvyšují aktivitu rzpuštěnéh dusíku. Si a Al jsu sice nitridtvrnými prvky, avšak křemík snižuje a hliník téměř nemění rzpustnst dusíku v železe. O a S mají na rzpustnst dusíku v železe malý vliv. Termdynamické pdmínky dplynění celi Základní termdynamicku pdmínku pr dplynění celi je nižší parciální tlak vdíku a dusíku v plynné fázi (v atmsféře nad lázní neb plynné bublině v lázni kvu) než je rvnvážný tlak těcht plynů dpvídající jejich bsahu v celi. p (4.6) X X 2,r 2 p kde je parciální tlak vdíku či dusíku v plynné fázi, Pa - rvnvážný parciální tlak vdíku či dusíku v celi pdle Sievertsva zákna, Pa Pr dplynění kvu pvrchem hladiny nepkryté strusku platí, že parciální tlak vdíku či dusíku v atmsféře závisí na vnějším tlaku a bsahu danéh plynu v atmsféře nad lázní X px 2 pv Při dplynění kvu difúzí vdíku neb dusíku d bublin inertu neb CO v bjemu lázně je parciální tlak uvedených plynů v bublině argnu závislý na celkvém tlaku v bublině X P px 2 přičemž celkvý tlak v bublině je dán sučtem tlaku vnějšíh, ferstatickéh a kapilárníh P p p p (4.9) v f σ kde P je celkvý tlak plynu v bublině, Pa p v - tlak plynu nad lázní, Pa p f - ferstatický tlak slupce kvu nad bublinu, Pa p - kapilární tlak, Pa [X 2 ] - bsah vdíku či dusíku nad lázní neb v bublině, hm. % Odpvídající bsahy vdíku neb dusíku v kvu lze vyjádřit ze Sievertsva zákna (4.7) (4.8) 16

19 [X] [X] K f X X p v X Rafinace a dlévání celi (4.10) K X X 2 P (4.11) f X 100 Z rvnic (4.10) a (4.11) vyplývá, že dsažitelný bsah vdíku v kvu bude tím nižší, čím bude nižší celkvý tlak nad lázní, resp. v bublině plynu. Prtže na celkvém tlaku v bublině plynu se zvláště při vakuvých prcesech pdstatnu měru pdílejí ferstatický a kapilární tlak (jestliže p v 0, pak P = p f + p ), bude dsažitelný bsah vdíku v kvu vypčtený pdle rvnice (4.10) nižší, než pdle rvnice (4.11). Stejný závěr platí i pr dusík. Z tht důvdu je převážná část vdíku a dusíku při vakuvání celi dstraňvána přes hladinu kvu, a pkud tyt plyny přecházejí d bublin, pak převážně v blízksti hladiny kvu. Pdmínky dsažení rvnváhy v sustavě [C] - [O] - CO(g) při dmýchání argnu d celi ve vakuu Kyslík je v celi bsažen jednak jak atmárně rzpuštěný plyn a jednak ve frmě xidických vměstků. Z th vyplývají i dva způsby, jak snížit jeh bsah v celi v průběhu dmýchání inertu. První způsb spčívá ve vytvření pdmínek pr průběh uhlíkvé reakce, zatímc bsah xidických vměstků lze snížit zlepšením pdmínek pr jejich vypluvání jednak usměrněným pruděním celi a jednak fltací. Uhlíkvá reakce je výrazně závislá na tlaku a jeh snížením při vakuvání a argnvání celi (v bublině argnu je p CO O) lze cel úspěšně dezxidvat, aniž by vznikaly tuhé neb tekuté xidické vměstky. Úbytky bsahu uhlíku a kyslíku v průběhu reakce (4.12) [C] + [O] CO (g) (4.12) lze vyjádřit v mlárních jedntkách 12 3 d C hm.% d O hm.% d O hm.% 16 4 Rvnici (4.13) lze integrvat a upravit na tvar C C r 3 4 O O r (4.13) (4.14) kde [C], [O] je pčáteční bsah uhlíku a kyslíku v celi, hm. % [C]r, [O]r - rvnvážný bsah uhlíku a kyslíku v celi, hm. % (při tepltě celi t a vnějším tlaku pv, resp. tlaku v bublině argnu P). Rvnváhu mezi bsahem uhlíku a kyslíku lze ppsat pmcí rvnvážné knstanty reakce (4.12) K C a parciálníh tlaku CO nad hladinu lázně neb v bublině CO, p c. Pr f C = 1 a f O = 1 platí C p r O r CO r (4.15) K C Hdnty K C lze pčítat z její tepltní závislsti 1160 lg KC 2,07 T Pr tepltu C K C = 494. Rvnici (4.15) lze taktéž upravit na tvar (4.17) O p 494 C r (4.16) CO r (4.17) Na br. 4.3 je znázrněn:

20 Rafinace a dlévání celi průběh uhlíkvé reakce z výchzíh bsahu [C] pč. = 0,1hm. % a [O] pč. = 0,05 hm. % d rvnvážnéh bsahu uhlíku a kyslíku jednak při pco = 1 a jednak při pco = 0,1 v případě vakuvé uhlíkvé dezxidace celi VCD. průběh uhlíkvé reakce z výchzíh bsahu [C] pč. = 0,05 hm. % a [O] pč. = 0,1hm. % d rvnvážnéh bsahu uhlíku a kyslíku jednak při p CO = 1 a jednak při p CO = 0,1 v případě xidačníh vakuvání celi VOD. Obr. 4.3: Rvnváha mezi bsahem uhlíku a kyslíku v tavenině celi při tepltě t = C a relativním tlaku p CO = 1 a p CO = 0,1 (K C = 494) Vakuvá rafinace celi V sučasnsti nejvýznamnější cestu jak zvýšit jakst vyráběných celí je mimpecní vakuvá rafinace celi. Mimpecní vakuvé zpracvání celi umžňuje prvádět pdstatnu část dhtvení tavby mim výrbní pec. Knkrétně v tekuté celi umžňuje: snížit bsah vdíku a dusíku, hlubk cel duhličit, dezxidvat cel pmcí VCD, cel dlegvat na pžadvanu značku, mdifikvat nekvvé vměstky v celi. Fyzikálně-chemické základy pchdů prbíhajících při vakuvání celi: příznivé účinky vakuvání celi spčívají především ve snížení bsahu plynů rzpuštěných v celi a v vlivňvání průběhu uhlíkvé reakce, jejíž zpldinu je plynná fáze xid uhelnatý. Průběh dplynění celi ve vakuu se uskutečňuje dvěma mechanismy: vznik plynných bublin v tavenině, jejich růst a vylučvání z bjemu taveniny. V případě dplyňvání licíh prudu dchází z tht důvdu k rzpadu prudu celi na samstatné kapky, v případě dplyňvání v pánvi, vakuvé kmře apd. nastává tímt účinkem var lázně. Pr tut frmu dplynění celi má rzhdující význam uhlíkvá reakce. dplynění kvu difúzí atmů rzpuštěných plynů k pvrchu taveniny a jejich přechdem d vnější atmsféry. V případě dplyňvání licíh prudu se jedná difúzi k pvrchu kapek rzpadléh licíh prudu, v případě dplyňvání hladinu lázně jde difúzi plynů k pvrchu tét hladiny, resp. k pvrchu bublin CO vzniklých v důsledku sučasně prbíhající uhlíkvé 18

21 Rafinace a dlévání celi reakce neb k pvrchu bublin d lázně dmýchanéh argnu. Tat frma dplynění je typická pr snižvání bsahu vdíku a dusíku v tavenině. Technlgie rafinace celi ve vakuu Ke snížení bsahu vdíku a dusíku při vakuvém dplyňvání celi v pánvi dchází především vylučváním těcht plynů z pvrchu lázně a částečně i jejich difúzí d plynných bublin dmýchanéh argnu neb bublin xidu uhelnatéh v blízksti hladiny kvu. K pklesu bsahu kyslíku, resp. uhlíku, dchází jak nukleací bublin CO v pórech vyzdívky pánve i na pvrchu existujících nekvvých vměstků, tak i vylučváním CO d plynné fáze nad hladinu lázně neb d bublin dmýchanéh argnu. Mezi základní způsby rafinace celi půsbením vakua patří: vakuvání celi v tavicí peci (EOP, indukční pec), vakuvání celi v pánvi umístěné v kesnu, vakuvání v prudu celi při jejím přelévání z pánve d pánve v kesnu neb při lití celi d kkily (v kesnu), vakuvání celi v kmře, - zdvižným způsbem DH (Drtmund-Hüttenunin), - běžným způsbem RH (Ruhrstahl-Heraeus). Vakuvé dplynění celi v pánvi: přednstí tht způsbu je jeh prvzní jednduchst. Základní zařízení pr dplynění celi v pánvi se skládá z pdtlakvé kmry a dsávacíh systému. Pdtlakvu kmru (kesn) tvří válcvý plášť se dnem a víkem, viz br Aby se mhla sledvat hladina kvu během vakuvání, jsu ve víku umístěny pzrvací tvry a někdy i napjení na dávkvače ferslitin. Ke snížení tlaku v pdtlakvé kmře služí dsávací systém, který se skládá z těcht hlavních částí: vývěva, chladicí a čisticí zařízení, spjvací ptrubí, pmcná zařízení a měřicí přístrje. Nejdůležitější sučástí dsávacíh zařízení jsu vývěvy. Nejvíce se pužívají parprudé ejektrvé vývěvy. Pchd vakuvání v pánvi je prvázen intenzivním varem celi, a prt tlak v kmře musí být snižván pzvlna. Celkvá dba vakuvání bývá 10 až 15 minut. Ocel pr vakuvé zpracvání v pánvi musí být přehřáta. Velikst tht přehřátí závisí především na hmtnsti tavby, chemickém slžení vakuvané celi, dbě vakuvání, při dezxidaci a legvání celi v pánvi i na mnžství přidávaných legvacích přísad. Intenzita phybu rztavené celi se zvyšuje pmcí argnu přiváděnéh většinu prdyšnu tvárnicí, která je umístěna ve dně pánve. Intenzitu phybu celi v pánvi lze zvýšit i pmcí indukčníh míchání. Legenda: 1 vík vakuvéh systému, 2 tepelný štít, 3 rafinační pánev, 4 vakuvý kesn. Obr. 4.4: Vakuvé dplynění celi v pánvi Vakuvé dplynění celi v prudu: způsb vakuvéh zpracvání celí v prudu je výhdný především při dlévání kvárenských ingtů. Při dplyňvání celi v prudu je v kesnu umístěna buď kkila aneb licí pánev. Jakmile vnikne prud kvu d evakuvanéh prstru, dstává tvar kuželu, který se skládá z velkéh mnžství kapek. Tt velké zvětšení pvrchvé plchy vakuvanéh kvu umžňuje účinné dplyňvání za sučasnéh zintenzivnění průběhu pvrchvých reakcí. Příčinu rzstřiku licíh prudu na kapky je nukleace bublin CO ihned p prniknutí celi d vakua. Pravděpdbnst nukleace bublin CO výrazně narůstá vzhledem k nulvé hdntě ferstatickéh tlaku p prniknutí prudu celi d vakua. 19

22 Rafinace a dlévání celi Odlévá-li se vakuvaná cel d pánve, je stupeň dplynění celi zvyšván ještě v důsledku dplynění přes hladinu lázně a d bublin argnu. Při dlévání vakuvanéh kvu přím d kkily je sekundární dplynění celi pdstatně menší. Je mezen jednak malu plchu taveniny v kkile, jednak chladicím účinkem stěn kkily. Zařízení pr vakuvé zpracvání celi v prudu je ve svých základních částech v pdstatě stejné jak zařízení pr dplynění v pánvi, viz br. 4.5 a br Obr. 4.5: Odplynění celi v prudu systém pánev pánev 20 Obr. 4.6: Odplynění celi v prudu systém pánev kkila Při vakuvém zpracvání celi v prudu způsbem pánev pánev je licí pánev pstavena d kesnu, na jehž víku se nachází mezipánev a jejíž licí tvr je utěsněn hliníkvým ktučem. P ulžení víka a mezipánve se z kesnu dčerpá vzduch až na hdntu pracvníh tlaku a tím je zařízení připraven k lití. Při dalším pstupu se cel z dpichvé pánve nalévá d mezipánve a p dsažení určité výšky se tevře její tvr, načež prud tekuté celi prtaví hliníkvu zátku (ktuč) ve výlevce a vtéká d licí pánve pstavené d kesnu. Rychlst dtékání celi z dpichvé pánve d mezipánve je třeba řídit tak, aby hladina celi v mezipánvi byla stále dstatečně vysk, tj. asi dvě třetiny výšky mezipánve. Tent pžadavek je důvdněn tím, že během lití je prstr kesnu ddělen d vnější atmsféry tlik vrstvu tekuté celi v mezipánvi. Prtže v mezipánvi ( pny pánev) dchází k sekundární xidaci i naplynění celi, čast se v sustavě pánev pánev, resp. pánev kkila, mezipánev vynechává. Před zrušením pdtlaku se dpručuje prpláchnut kesn inertním plynem (N 2, Ar), aby se vylučila mžnst explzivní reakce zbytkvéh CO a H 2 se vzdušným kyslíkem. Obdbně se pstupuje i při způsbu pánev kkila. Jakmile dsáhne hladina celi hlavvý nástavec, přeruší se vakuvání a v průběhu dlévání hlavvé části ingtu se d kesnu připuští vzduch, aby se zmenšila licí rychlst. P uknčení dlévání a zrušení pdtlaku se pnechá kkila s ingtem v kesnu až d úplnéh ztuhnutí celi, cž se čast pkládá za zásadní nevýhdu tét metdy. Vakuvé dplynění celi zdvižným způsbem DH prces: při vakuvém dplynění celi zdvižným způsbem, značvaným čast dle místa svéh vzniku jak DH prces (Drtmund Hüttenunin), je tekutá cel nasávána z licí pánve d zvláštní vakuvé kmry, viz br Vlivem rzdílu tlaku mezi vakuvu kmru a klní atmsféru se v sacím hrdle vytvří slupec tekuté celi, dsahující výšky kl 150 cm. Část tekuté celi vlivem vnějšíh tlaku vnikne d vakuvé kmry, kde prbíhá vlastní prces dplynění. P dplynění nasátéh mnžství celi se vakuvá kmra zvedne (neb pánev sníží) a dplyněná cel přeteče zpět d pánve. Pr dknalé dplynění celi musí bsah pánve prjít pnrným hrdlem nejméně třikrát až pětkrát (běhvé čísl), přičemž celkvá dba vakuvání se phybuje zpravidla v rzmezí 15 až 20 minut. Sučást zařízení, krmě vakuvé kmry, tvří parprudé vývěvy, chladicí a čisticí systém, spjvací ptrubí, pmcné mechanismy včetně zdvižnéh, jakž i měřicí a regulační přístrje. Stupeň dplynění celi zdvižným způsbem je výrazně vlivňván pčtem zdvihů, který je dán pměrem dby vakuvání a dby setrvání jedné dávky v kmře. Příznivý vliv má pměr hmtnsti dávky k celkvé hmtnsti celi v pánvi. Odplyňvání celi způsbem DH umžňuje nejen snížit bsah plynů, ale také bsah uhlíku, hmgenizvat taveninu, včetně dezxidace a legvání za

23 Rafinace a dlévání celi pdtlaku. Pr přisazvání legujících přísad d kmry služí zásbníky patřené vibračními pdavači, vážicím systémem a příslušnými uzavíracími mechanismy a skluzy. Legenda: 1 průzr, 2 dsávání kmry (vakuvý systém), 3 vakuvá kmra (pnrná), 4 hřev kmry, 5 přísady legur, 6 hrdl kmry (násska) pr vtk a výtk celi, 7 licí pánev, 8 převážecí vůz. Obr. 4.7: Vakuvé dplynění celi prcesem DH Vakuvé dplynění celi běžným způsbem RH prces: při vakuvém dplynění celi zdvižným způsbem, značvaným jak RH prces (Ruhrstahl Heraeus), je tavenina průběžně dplyňvána ve vakuvé pnrné kmře, d níž se cel dpravuje sací ruru, viz br Přiváděním inertníh plynu d nasávacíh hrdla vzniká směs kvu a plynu menší měrné hmtnsti, takže tat stupá d vakuvé kmry. Dmýcháním inertu je cel neustále v turbulentním phybu. Plyny bsažené v celi se uvlňují z jedntlivých kapek i ze vzdutéh pvrchu hladiny kvu. Průběh nasávání celi a její dtk z vakuvací kmry je plynulý. Odplyněná cel dtéká výtkvu trubicí zpět d pánve. Má-li se dsáhnut snížení bsahu vdíku v celi padesát a více prcent, ptm bsah pánve musí prjít tři až pětkrát vakuvací kmru. Před pnřením sacíh a výtkvéh hrdla d pánve musí být bě hrdla chráněna plechem, který nedvlí, aby struska vnikla d vakuvé kmry. Ochranné kryty se p pnření d celi rztaví a umžní stupání celi d kmry. Průběh tepelných ztrát je bdbný jak u DH prcesu. Vakuvá kmra má samstatný, bvykle dprvý hřev. Legenda: 1 průmyslvá kamera, 2 vakuvý systém, 3 RH kmra, 4 kmrvý příhřev, 5 přívd argnu, 6 pnrná vtkvá trubice, 7 blkvací vakuvý systém pr přívd legur, 8 plnicí systém legur, 9 pnrná výtkvá trubice, 10 rafinační pánev. Obr. 4.8: Vakuvé dplynění celi prcesem RH 21

24 Rafinace a dlévání celi Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [4] Adlf, Z.: Mimpecní rafinace celi, VŠB-TU Ostrava, 1991, 133 s. [5] Ghsh, A.: Secndary Steelmaking - Principles and Applicatins. New Yrk, 2001, 322 p. [6] Fruehan, R. J.: The Making, Shaping and Treating f Steel, AISE Steel Fundatin, 1998, 767 p. [7] Stlte, G.: Secndary Metallurgy - Fundamentals Prcesses Applicatins. Düsseldrf, 2002, 216 p. Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) charakteristika průběhu dplynění celi pdmínky dplynění celi vakuvá rafinace celi Otázky k prbranému učivu 1. Ppište průběh dplynění celi. 2. Charakterizujte pdmínky dplynění celi. 3. Uveďte metdy vakuvání celi. 22

25 Rafinace a dlévání celi 5. Rafinace celi syntetickými struskami Čas ke studiu: 70 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět charakterizvat syntetické strusky ppsat průběh dsíření celi tekutu pánvvu strusku definvat mechanismus dsíření celi Výklad Charakteristika syntetických strusek Syntetické strusky vlivňují vlastnsti pánvvé strusky nejen svým chemickým slžením, ale i fázvým slžením a zrnitstí, cž se prjeví na rychlsti tvrby pánvvé strusky. Chemické a fázvé slžení, způsb přípravy, výrba a zrnitst uvedených syntetických strusek jsu však rzdílné. V sučasnsti jsu syntetické strusky vyráběny nejen z přírdních survin, ale i různých druhtných survin, a t buď přetavváním, sintrváním, peletizváním, briketváním neb puhým smícháním jedntlivých slžek. Vlastní výrba však suvisí s účelem pužití syntetické strusky, dále pak se survinvými zdrji, ze kterých se struska vyrábí. Pžadavky na syntetické strusky lze shrnut d následujících bdů: nízká teplta tání i dbrá tekutst díky rychlému rztavení v tekuté celi pdprující rafinační reakce, pakující se přesné chemické slžení, které umžňuje ptimalizaci rafinačních prcesů, vyská hmgenita slžení, minimální mnžství prvků znečišťujících cel, jak je: dusík, vdík, síra atd., schpnst phlcvat nekvvé vměstky, minimální ptřebení žárvzdrných materiálů licí pánve, nehržvání zdraví, živtníh prstředí z hlediska bezpečnsti práce, čistta emisí (neuvlňvání škdlivých a txických látek). Syntetické strusky bsahují bvykle Al 2 O 3, CaO, MgO, SiO 2 a napak minimum FeO, Fe 2 O 3, MnO a síry. Úklem syntetických strusek přidávaných d pánve je zlepšit fyzikální a chemické vlastnsti pánvvých strusek, přičemž uvedené pžadavky vlivňují zásaditst, viskzitu strusky a mezifázvé napětí. Tyt vlastnsti jsu však také závislé na chemickém slžení syntetické strusky a na její tepltě tavení. Vyráběné syntetické strusky lze rzdělit d následujících skupin: přetavené neb sintrvané syntetické strusky - patří mezi nejúčinnější strusky, které mají bsah CaO a Al 2 O 3 v pměru blízkém 1:1. Jak vstupní survina jsu pužívány přírdní surviny (např. bauxit, vápenec, dlmit atd.). Tyt syntetické strusky se díky vzniklému eutektiku taví již při tepltách 1362 C a jsu rychle asimilvány vzniklu strusku p dpichu, přičemž tak snižují její viskzitu. Vyská kvalita je však spjena s relativně vysku cenu. peletizvané neb briketvané syntetické strusky - vznikají peletizací neb briketací za studena a na trhu se bjevují z důvdu vyské ceny přetavených a sintrvaných strusek. Vstupní survinu jsu v těcht případech různé druhtné surviny představující prachvé zbytky z hliníkvých stěrů, strusky z výrby vanadu, katalyzátry s vyským bsahem Al 2 O 3 a jiné hlinitanvé materiály v kmbinaci s hašeným vápnem neb dlmitickým vápencem. Pelety vzniklé tut technlgií výrby bsahují nežáducí chemicky vázanu vdu a jejich pevnst 23

26 Rafinace a dlévání celi není vždy dstatečná, cž způsbuje prblémy s prašnstí při manipulaci. Tent prblém je dstraněn u briketvaných strusek, které však vykazují větší rzměry, cž se prjevuje pmalejším rzpuštěním. práškvé směsi syntetické strusky představují práškvé směsi balené v sáčcích a jsu asi nejširší skupinu syntetických strusek. Jedná se převážně dsiřvací a rafinační směsi. Hlavní nevýhdu těcht směsí je prašnst při aplikaci a nemžnst strjníh dávkvání, pkud jsu baleny v sáčcích. Výhdu je absence nežáducích látek bsažených v některých pjivech, mžnst pužití pálenéh vápna ve směsích a vyská rychlst rzpuštění. Všechny výše uvedené typy syntetických strusek lze tedy aplikvat v prvzních pdmínkách s určitými mezeními vyplývajícími z pužitých survin, technlgie výrby a jejich chemickéh slžení. Výběr vhdné syntetické strusky závisí na jaksti vyráběné celi, technlgii výrby a je tedy vhdné stanvit: zařízení, kde má být struska pužita (LF, IR-UT, RH, DH, VD, VOD atd.), charakterizvat vlastnsti, které má cel splňvat (pevnst, tažnst atd.), druh celi, na kteru má být syntetická struska pužita, např.: cel dezxidvaná: - křemíkem, - hliníkem, - hliníkem i křemíkem, cel: - dsířená, - s řízeným bsahem síry, - vyscekřemičitá, mnžství a slžení pecní strusky přetečené d pánve, typ žárvzdrnéh materiálu pužitéh jak vyzdívka licí pánve. Výše uvedené parametry určují blasti chemickéh a fázvéh slžení, které by měly mít syntetické strusky při výrbě dané celi. V následující tab. 5.1 jsu uvedeny příklady syntetických strusek pužívaných jak přísady d rafinačních pánvvých strusek. Tab. 5.1: Chemické slžení vybraných syntetických strusek (hm. %) Syntetická struska CaO SiO 2 Al 2 O 3 MgO Fe x O y V 2 O 5 S C TiO 2 Pznámka CALUMET 60 31,0 4,0 57,0 8,0 0,2 0,8 0,4 přetavená CALUMET 70 23,0 0,5 72,0 2,5 0,2 1,5 0,03 0,1 přetavená Lafarge LSDF 50,7 3,5 40,6 1,0 1,4 0,1 0,04 0,05 1,45 přetavená CAS 55 42,5 1,0 52,3 0,3 1,6 0,02 0,05 0,07 JAP 37,9 7,5 44,3 2,2 0,2 0,02 0,10 0,49 Antrakal 8,0 3,6 75,3 5,9 1,6 1,80 0,01 0,40 0,1 Miluflux 4,0 1,0 12,0 0,6 5,2 0,20 0,2 75,0 0,01 5,0 2,0 18,0 1,1 3,40 0,08 0,4 Wllastnit 38,1 37,9 6,9 3,6 3,4 2,6 0,5 Refraflux 48,0 4,0 44,0 1,0 1,0 0,1 0,2 sintrvaná Slagmag 90 3,0 0,7-88,0 7,8 Almagen 12,0 5,0 55,0 10,0 Al kv ~ 10% Alkaten 12,0 5,0 65,0 Al kv ~ 10% Syntetické strusky jsu sázeny při dpichu celi d pánve neb d pánvvé pece a bvykle mají jak hlavní cíl urychlit tvrbu tekuté pánvvé strusky. Syntetické strusky představují multi-kmpnentní systémy CaO Al 2 O 3 MgO (SiO 2 ) s minimálními bsahy statních slžek. V sučasnsti jsu nejpužívanější zásadité pánvvé strusky, které zkracují a prhlubují prces dsíření celi. Napak 24

27 Rafinace a dlévání celi snížení zásaditsti pánvvé strusky a zvýšení její viskzity (snížení tekutsti) je vyžadván při rafinaci celi s řízeným (t znamená zvýšeným) bsahem síry. Příklady různých typů rafinačních strusek vytvářených pmcí strusktvrných přísad (vápn, vápenec, CaC 2 a syntetické strusky) jsu uvedeny v ternárním diagramu na br. 5.1 a jejich vlastní charakteristika je uvedena níže: blast I (žlutá) představuje rafinační strusku aplikvanu při výrbě čisté celi velmi nízkých bsazích Al, který byl mdifikván (šetřen) Ca. Uvedená pánvvá struska umžňuje dsíření. blast II (červená) představuje wllastnitvu strusku aplikvanu při výrbě drátů (určených pr tváření za studena, např. krdvé celi) neb při výrbě autmatvých celí (celí s vyským bsahem síry). blast III (zelená) představuje pánvvu strusku aplikvanu při výrbě celi určené na výrbky s vyskými pžadavky na pvrchvu jakst (bruby lžisek, hydraulické cylindry, papírenské válce). Tat pánvvá struska neumžňuje dsíření celi, ale je charakteristická vysku absrpcí vměstků Al 2 O 3. blast IV (mdrá) představuje pánvvu strusku určenu pr výrbu lžisek s nízkým bsahem C a Si bez přídavku Al a s mdifikací Ca. Tat struska vykazuje vysku absrpci vměstků Al 2 O 3. Obr. 5.1: Příklady různých typů pánvvých strusek blast I (žlutá barva), blast II (červená barva), blast III (zelená barva) a blast IV (mdrá barva) Odsíření celi tekutu pánvvu strusku Hlavní úlhu pánvvé strusky při rafinaci celi v pánvi je dsíření pmcí reakcí prbíhajících mezi celí a strusku. Obsah síry v celi je v průběhu zpracvání na zařízeních sekundární metalurgie závislý na následujících faktrech: na aktivitě kyslíku v celi, která je většinu určvána bsahem hliníku v celi (prvkem s nejvyšší afinitu ke kyslíku), na chemickém slžení strusky, především na bsahu CaO, SiO 2, ale také Al 2 O 3 a MgO a hmtnsti strusky, na pčátečním bsahu síry v celi dpíchnuté z primárníh agregátu (elektrická blukvá pec atd.), intenzitě míchání, aby se bnvval mezifázvé rzhraní cel struska a systém se c nejvíce přiblížil rvnváze, na tepltě. 25

28 Rafinace a dlévání celi Řízení bsahu síry lze úspěšně realizvat vývjem aktivity kyslíku v celi a řízením zásaditsti a také tekutsti strusky, tzn. řízením chemickéh slžení a teplty systému cel struska. Hlavní dsiřující slžku pánvvých strusek je xid vápenatý a prces dsíření celi lze ppsat reakcí: CaO S CaS O Slučvací vlná entalpie CaO je záprnější než slučvací vlná entalpie CaS a tudíž k dsíření pdle rvnice (5.1) může djít puze za předpkladu, že uvlněný kyslík bude vázán na stabilní slučeninu, a tak dváděn z reakční sustavy. Z rvnvážné knstanty reakce (5.1) lze bsah síry vyjádřit vztahem: O S 1 K S a f S a a CaS CaO Dsažení nízkých bsahů síry je mžné puze v pdmínkách hlubk dezxidvaných celí při rafinaci strusku s vysku aktivitu xidu vápenatéh, respektive nízkým pměrem a (CaO) /a (CaS). Pkud by cel nebsahvala prvky s vyšší afinitu ke kyslíku, než má želez, bsah kyslíku v celi určuje bsah FeO ve strusce, dle reakce: [ ] ( FeO ) Fe l + O = (5.3) Prces dsíření limitvaný bsahem FeO ve strusce lze vyjádřit pmcí rvnic (5.1) a (5.3). Fe l S CaO CaS FeO Dsažitelný bsah síry je funkcí aktivity FeO ve strusce, aktivity CaO a CaS ve strusce a teplty. ( CaS) ( FeO ) [ S] = K a FeO S f S a a ( ) CaO Z tét rvnice (5.5) vyplývá, že nízké bsahy síry v celi lze dsáhnut puze pd strusku s velmi nízkým bsahem FeO (max. 1 až 2 hm. %). Další pdmínku je vyská aktivita CaO (bsah min. 45 až 55 hm. %) a nízký pměr a (CaO) /a (CaS) stejně jak u rvnice (5.2). Vyská aktivita CaO ve strusce vyžaduje i nízký bsah kyseléh xidu SiO 2 tak, aby zásaditst strusky byla minimálně 3,0 až 3,5. V případě, že je cel dsiřvaná v pánvi strusku se sníženým bsahem kyslíku p předchzí dezxidaci, není bsah kyslíku v celi určván bsahem FeO ve strusce, nýbrž bsahem dezxidujícíh prvku s nejvyšší afinitu ke kyslíku v celi. Z prvků běžně pužívaných k dezxidaci (Mn, Si, Al) je t hliník. Při dezxidaci celi hliníkem dchází k následující reakci: 2 3 Al 1 O Al O Prces dsíření celi za přítmnsti dezxidačníh hliníku lze pak vyjádřit kmbinací rvnic (5.1) a (5.6) 2 1 (5.7) CaO S Al CaS Al O Rvnvážný bsah síry v celi dezxidvané hliníkem lze z rvnice (5.7) dvdit: 1 3 CaS Al2O3 S K S Al a a a f f 2 3 Al Al 3 CaO S 2 V uvedené rvnici (5.8) je vztah mezi síru a kyslíkem v celi vyjádřen prstřednictvím bsahu hliníku v celi. Zatímc hdnty aktivitních sučinitelů lze vypčítat pmcí interakčních keficientů, pměr aktivit CaS, Al 2 O 3 a CaO je nutn pr knkrétní značku celi stanvit empiricky. (5.1) (5.2) (5.4) (5.5) (5.6) (5.8) 26

29 Rafinace a dlévání celi Mechanismus a kinetika dsíření Přechd síry z celi d rztavené strusky se skládá z následujících dílčích článků: difúze atmů síry z bjemu kvu k mezifázvé hranici kv tekutá struska a sučasná difúze anintů O 2- k tmut mezifázvému rzhraní, adsrpce síry na mezifázvém rzhraní následvaná elektrchemicku reakcí s přítmnými aninty kyslíku: O 2 Sads S 2 Oads difúze anintů S 2- vrstvu strusky bsahující zpldinu dsíření CaS k vlným katintům Ca 2+ ve strusce. Sučasně prbíhá i difúze kyslíku z mezifázvéh rzhraní d bjemu kvu, rvnvážná reakce anintů síry s katinty vápníku v tekuté strusce. 2 2 Ca S CaS 27 (5.9) (5.10) Vlné aninty kyslíku, které dprvázejí přechd síry z kvu d strusky, jsu ve strusce přítmny v důsledku disciace xidu vápenatéh. CaO Ca 2 O 2 (5.11) Limitujícím článkem prcesu dsíření kvu tekutu strusku je difúze anintů S 2- ve struskvé fázi, která má 1 až 2 řády vyšší viskzitu než tekutá cel. Prtže nejpmaleji prbíhá difúze síry z pvrchu d bjemu struskvé fáze, bsah síry v pvrchu strusky je trvale v rvnváze a bsahem síry v bjemu kvu. Dalším významným činitelem, který půsbí na rychlst dsíření tekutu synteticku strusku, je velikst měrnéh pvrchu mezi struskvu a kvvu fází a viskzita strusky. Vysce účinným způsbem zvětšení měrnéh pvrchu je emulgace strusky při dpadu kvu vytékajícíh z pece na rztavenu strusku v pánvi. Emulze strusky má tvar kulvých kapek, přičemž emulgace strusky a kvu patří mezi nejvýznamnější činitele urychlující rafinaci celi synteticku strusku. Zmenší-li se plměr kapky strusky např. 10krát, vzrste měrný pvrch strusky krát. Charakteristika rafinační strusky Za ptimální rafinační strusku pr cel dezxidvanu hliníkem a určenu pr sekundární metalurgii se pvažuje vápenat hlinitanvá struska, která by měla bsahvat následující pdíly xidů: 55 až 60 % CaO, více než 25 % Al 2 O 3, méně než 6 % SiO 2, cca 3 až 8 % MgO a méně než 1 % FeO. Pr dsažení hlubkéh dsíření celi pmcí rafinační strusky vytvřené ze syntetických strusek: pr dsažení vyskéh stupně dsíření je nutn zajistit minimální bsahy FeO, MnO, Fe 2 O 3 a P 2 O 5 (pd 3 hm. %) xidů ve strusce, cž úzce suvisí se zabezpečením minimálníh průniku pecní strusky d pánve s následnu redukcí. vyšší přídavek strusktvrných přísad (CaC 2 a syntetické strusky) a dezxidačních přísad (Al) d licí pánve během dpichu. stupeň dsíření suvisí i s mnžstvím pužité dsiřvací směsi. Je však nutné míti na zřeteli případné chlazvací účinky tét směsi na lázeň. stupeň dsíření závisí na pužitém typu vyzdívky pánve. Nejlepších výsledků je dsahván na bazických či vysce hlinitých žárvzdrných vyzdívkách. pr dsažení hlubkéh dsíření je nutn z kinetickéh hlediska zajistit dknalý styk mezi kvem a rafinační směsí a vysku měrnu reakční plchu mezi strusku a kvem (mícháním inertním plynem) a pžadvanu tepltu rafinační strusky. rzdělvací sučinitel síry je silně vlivňván bazicitu strusky a tepltu, a prt je nutn zajistit pr c nejhlubší dsíření dstatečně vysku tepltu a bazicitu (B > 4,5) strusky. předpkladem pr dsažení hlubkéh dsíření celi je hlubká dezxidace celi a tedy zajištění nízké aktivity kyslíku v celi, která by se měla phybvat pd 4 ppm pr zajištění nízkéh bsahu síry v kvu.

30 Rafinace a dlévání celi pr kmplexní charakteristiku strusky se jeví výhdné využívat tzv. sulfidicku kapacitu strusek. snížení tlaku v prstru nad zpracvávanu celí významně zvyšuje účinnst dsíření. Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [8] Adlf, Z.: Mimpecní rafinace celi, VŠB-TU Ostrava, 1991, 133 s. [9] Ghsh, A.: Secndary Steelmaking - Principles and Applicatins. New Yrk, 2001, 322 p. [10] Fruehan, R. J.: The Making, Shaping and Treating f Steel, AISE Steel Fundatin, 1998, 767 p. [11] Stlte, G.: Secndary Metallurgy - Fundamentals Prcesses Applicatins. Düsseldrf, 2002, 216 p. Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) charakteristika syntetických strusek dsíření celi tekutu pánvvu strusku mechanismus a kinetika dsíření Otázky k prbranému učivu 1. Charakterizujte vlastnsti a základní typy syntetických strusek. 2. Ppište průběh dsíření celi tekutu pánvvu strusku. 3. Uveďte mechanismus průběhu dsíření celi. 28

31 Rafinace a dlévání celi 6. Pánvvé pece a zavádění plněných prfilů d celi Čas ke studiu: 40 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět definvat rzdělení pánvvých pecí ppsat základní typy pánvvých pecí LF, CAS-OB charakterizvat princip zavádění plněných prfilů Výklad Rzdělení pánvvých pecí Rzvj pánvvých pecí suvisí s rzvjem a cíli sekundární metalurgie. V sučasnsti jsu pánvvé pece již nedílnu sučástí vybavení všech mderních celáren. Pánvvé pece lze rzdělit dle něklika kritérií: dle způsbu příhřevu celi: - blukvým příhřevem - elektrický bluk, - s chemickým příhřevem pmcí Al, Si, dle pracvníh tlaku: - atmsférický tlak (pánvvá pec LF), - vakuum (pánvvá pec ASEA), dle způsbu míchání celi: - dmýchání Ar prézní tvárnicí ve dně pánve, - indukční míchání celi. Výhdy pánvvých pecí lze shrnut d následujících bdů: umžňují snížit dpichvu tepltu celi, snížení ptřebení vyzdívky pece, zvýšení výrbnsti pece převedením rafinačníh údbí primárníh agregátu na pánvvu pec, umžňují synchrnizvat pecní agregát se ZPO, intenzivní rafinační účinek - intenzivní hlubké dsíření, struska má stejnu neb vyšší tepltu než cel v pánvvé peci (nižší viskózní strusky, lepší dsíření celi), zajišťuje přesné licí teplty pr ZPO v rzsahu ± 2,5 až 5 C. Pánvvá pec - LF Pánvvá pec LF (Ladle Furnace) představuje základní agregát pánvvé metalurgie s příhřevem pmcí elektrickéh bluku. Příhřev elektrickým blukem funguje na stejném principu jak v případě elektrické blukvé pece, přičemž pžadavky na výkn transfrmátru jsu cca 6krát nižší. Ohřevem pmcí elektrickéh bluku je udržvána teplta celi na stabilní úrvni neb může být mírně zvýšena dle pžadavku technlgie výrby a jaksti vyráběné celi. V průběhu zpracvání celi na pánvvé peci LF je běžně prváděn míchání celi pmcí argnu dmýchanéh skrz prézní tvárnici dnem pánve pr zajištění hmgenizace (d minimálníh p maximální průtk). Pánvvá pec LF umžňuje krmě příhřevu celi a hmgenizace prvést 29

32 Rafinace a dlévání celi dlegvání neb mikrlegvání celi, a t pmcí zásbníků s násypkami neb pdavačů plněných prfilů představujících pmcné zařízení. Jedním z hlavních úklů pánvvé pece je hlubké dsíření celi pmcí rafinační strusky. Pr splnění uvedenéh pžadavku je pánvvá struska vytvřena ze strusktvrných přísad přidávaných během dpichu a strusktvrných přísad přidaných v průběhu zpracvání celi na pánvvé peci LF. Pánvvá struska nesluží puze k dsíření celi, ale také umžňuje překrytí elektrických bluků a zvyšuje živtnst vyzdívky před půsbením sálavéh tepla. Na br. 6.1 je uvedena ukázka základních částí pánvvé pece LF. a) grafitvé elektrdy b) tevřená dvířka pánvvé pece c) pánvvá pec LF v prvzu d) základní schéma pánvvé pece LF Obr. 6.1: Ukázka základních částí pánvvé pece LF Pánvvá pec s chemickým příhřevem IR-UT, CAS-OB Alternativu k pánvvým pecím LF jsu pánvvé pece s chemickým příhřevem a kyslíkvu trysku CAS-OB (Cmpsitin Adjustment by Sealed Argn Bubbling-Oxygen Blwing) neb IR-UT (Injectin Refining with Temperature Raising Capability). Pánvvá pec CAS-OB neb IR-UT je standardně vybavena kyslíkvu trysku, pmcí které je dmýchán O 2 na hladinu lázně splu se zařízením pr přidávání granulvanéh Al neb FeSi d reakční blasti. Reakční blast představuje k lázně, které hraničuje tzv. snrkel (železbetnvá skruž). Tat skruž se spustí na hladinu p vytvření ka lázně, a t pmcí dmýchání argnu. Následně se začne dmýchat O 2 a přidávat Al neb FeSi. Vlastní ddělení strusky d kvu pmcí tzv. snrkelu prbíhá v průběhu hřevu, přičemž hřev se prvádí jen na pčátku zpracvání celi. Také v tmt případě je v průběhu zpracvání celi dmýchán argn, a t jak prézní tvárnicí ve dně pánve, tak i hrem pmcí trysky. Ohřev celi přídavky Al neb FeSi prbíhá dle následujících rvnic: 2Al (s) + 3/2 O 2(g) (Al 2 O 3 ) H << 0 H = kj / kg Al (6.1) Si (s) + O 2(g) (SiO 2 ) H << 0 H = kj / kg Si (6.2) 30

33 Rafinace a dlévání celi Z rvnic (6.1) a (6.2) vyplývá, že se jedná silně extermická reakce, přičemž přidáním 1 kg Al na 1t celi a bjemu 0,6 m 3 O 2 se cel hřeje 35 C. V případě přidání 1 kg Si na 1t celi a bjemu 0,8 m 3 O 2 se cel hřeje 33 C. Na br. 6.2 je uvedena ukázka základních částí pánvvé pece CAS-OB. a) snrkel pánvvé pece CAS-OB v prvzu b) základní schéma pánvvé pece CAS-OB Obr. 6.2: Ukázka základních částí pánvvé pece CAS-OBLF Zavádění plněných prfilů d celi Zavádění plněných prfilů d celi představuje metdu, jejímž cílem je: řízená a hlubkvá dezxidace celi, definvaný prpal Al = 98% pr dezxidaci, přesné, úsprné legvání na spdní hranici předpisu zavedením plněných prfilů, mdifikace vměstků Ca Si, Ca Fe, dsíření. Metda zavádění Al drátu d celi spčívá v: Al drát ( tlušťce 3 až 10 mm) se dvíjí z bubnu a následně je zaváděn (vstřelván) rychlstí 2,5 až 5 m s -1 přes strusku d celi v pánvi, a t takvu rychlstí, aby k jeh rzpuštění dšl u dna (neb nad dnem) pánve. Veškerý Al je pužit k xidaci Fe, přičemž je dsažen minimálníh prpalu, v průběhu zpracvání celi je dmýchán inertní plyn a zavádění Al drátu nesmí být prváděn v místě prti prudu dmýchanéh inertníh plynu, aby nedšl k prpalu d strusky. Zavádění Al je tedy prváděn d klesajícíh prudu dmýchanéh inertníh plynu, v průběhu zpracvání celi je pužíván manipulátr na měření teplty celi a aktivity kyslíku, aby byl dsažen hmgenní celi pr stanvení mnžství zaváděnéh Al, přičemž je změřena teplta a aktivita kyslíku a následně je na základě zjištěných parametrů stanven mnžství např. Al jak dezxidvadla pr snížení aktivity kyslíku na pžadvanu úrveň. Využití Al drátu dsahuje 98 % a jedná se úsprné dezxidvání s minimálním a knstantním prpalem. Metda plněných prfilů d celi spčívá v: plněný prfil je plněný legujícími přísadami ferslitiny FeTi, FeV atd.) neb přísadami pr mdifikaci nekvvých vměstků (CaSi, CaFe, CaAl atd.). vlastní zavádění (vstřelvání) plněných prfilů prbíhá p snížení aktivity kyslíku na pžadvanu úrveň (dezxidaci). V tm případě je plněný prfil zaváděn d celi rychlstí 31

34 Rafinace a dlévání celi 0,3 až 2 m s -1 přes strusku d celi v pánvi. Veškerý plněný prfil je pužit k legvání neb mdifikaci vměstků, přičemž je dsažen 10 %, v průběhu zpracvání celi je dmýchán inertní plyn a zavádění plněnéh prfilu nesmí být prváděn v místě prti prudu dmýchanéh inertníh plynu, ale d klesajícíh prudu dmýchanéh inertníh plynu, vlbu, mnžstvím, typem neb kmbinací plněnéh prfilu lze vytvářet vměstky pžadvanéh slžení (např. tekuté), Na br. 6.3 je uvedena ukázka zařízení pr zavádění Al drátu a plněných prfilů. Obr. 6.3: Ukázka zařízení pr zavádění Al drátu a plněných prfilů Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Adlf, Z.: Mimpecní rafinace celi, VŠB-TU Ostrava, 1991, 133 s. [2] Ghsh, A.: Secndary Steelmaking - Principles and Applicatins. New Yrk, 2001, 322 p. [3] Stlte, G.: Secndary Metallurgy - Fundamentals Prcesses Applicatins. Düsseldrf, 2002, 216 p. Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) rzdělení pánvvých pecí charakteristika pánvvých pecí LF a CAS-OB princip vlivu zavádění plněných prfilů d celi Otázky k prbranému učivu 1. Charakterizujte základní typy pánvvých pecí. 2. Ppište pánvvé pece LF a CAS-OB. 3. Uveďte princip zavádění plněných prfilů d celi 4. Definujte úkly plnící zaváděné plněné prfily d celi. 32

35 Rafinace a dlévání celi 7. Základní charakteristika dlévání celi Čas ke studiu: 60 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět charakterizvat základní způsby dlévání celi ppsat dlévání celi d kkil (hrem a spdem) definvat dlévání celi na zařízení plynuléh dlévání Výklad Základní rzdělení dlévání celi Odlévání celi představuje důležitu sučást výrbníh prcesu. Převážná část vyrbené celi je v sučasné dbě dlévána na zařízeních plynuléh lití (90 %) a menší část je dlévána d kkil na ingty (9 %). Tradiční pstup dlévání celi d kkil činí cca 8,5 % a celi na dlitky cca 1,5 %. Pdíl dlité celi na zařízení pr plynulé dlévání (ZPO) činí ve vyspělých státech téměř 100 %. Odlévání celi lze tedy rzdělit na následující technlgie: dlévání celi d kkil hrem neb spdem, dlévání celi na dlitky, dlévání celi na zařízení plynuléh dlévání. Odlévání celi d kkil Prvádí se v licí hale celárny d licích suprav, které se skládají z litinvé frmy, tzv. kkily, které jsu umístěny buď na pjízdných vzech, neb jsu pstaveny na licím pli. Ocel se d kkil dlévá buď přím z dpichvé pánve, která je patřena uzavíratelnými výlevkami. V tmt případě se jedná dlévání hrem, cž je pr představu uveden na br Obr. 7.1: a) schéma dlévání celi hrem b) ukázka dlévání hrem Příklad dlévání celi hrem Při dlévání spdem se cel nelije d kkil přím, ale přes licí kůl a vtkvé kanály, rvnměrně pak stupá ve všech kkilách sučasně. Kkily u tht způsbu dlévání mhu být rvněž umístěny na licích vzech neb v licích jámách. Tvar kkil se řídí pžadavkem válcven. Schéma lití celi spdem je uveden na br

36 Rafinace a dlévání celi Obr. 7.2: a) schéma dlévání celi spdem b) ukázka dlévání spdem Příklad dlévání celi spdem Z přednstí lití hrem ve srvnání s litím spdem je mžn jmenvat menší pracnst a sptřebu žárvzdrných materiálů při přípravě licí supravy (dpadá vyburávání starých a vyzdívání nvých licích systémů v licích deskách apd.), menší ztráty celi (jedná se zejména ztráty vznikající při lití spdem ztuhnutím celi v licím systému tzv ksti ), vhdnější ulžení tepelnéh centra tuhnucíh ingtu v jeh hrní části, menší mžný stupeň ddatečnéh znečištění celi stykem s licí keramiku, menší pkles teplty celi mezi pánví a kkilu aj. Z nevýhd lití hrem ve srvnání s litím spdem je mžn jmenvat větší mžnst vzniku některých vad, jak např. šupin, větší časvý interval pr dlití pánve, větší pčet uzavření pánve a tím i větší ptřebením keramiky uzavíracíh mechanizmu, hrší sledvání a regulace licí rychlsti, větší ptřebení kkil aj. Odlévání celi hrem neb spdem se prvádí d licí supravy. Pkud se cel dlévá hrem, je zaptřebí licí pdlžka, na níž je pstavená kkila, která se vlí pdle druhu dlévané celi. Za db, kdy se ještě dlévala neuklidněná cel, by se sustava skládala puze z těcht částí, ale pkud se dlévá cel uklidněná, musí se d sustavy ještě zařadit hlavvý nástavec. Licí suprava se skládá z následujících základních částí: licí deska, kkila, kkilvé pdlžky, hlavvý nástavec. Licí deska se pužívá jak základna pr dlévání. Pkud jsu dlévány těžké kvářské ingty, tak jsu licí desky umístěny v licí jámě. Jestliže se dlévají menší ingty, může být licí deska umístěna na speciálním vze, ale dnes se většinu licí desky umísťují d licích jam, kde ingty chladnu v kkilách na vzduchu. a) licí deska pr 4 kkily b) licí deska pr 12 kkil c) licí deska pr 60 kkil Obr. 7.3: Ukázka různých licích desek pr dlévání spdem 34

37 Rafinace a dlévání celi Na br. 7.3 jsu uvedeny licí desky pr dlévání 4 kkil, 12 kkil a dknce až 60 kkil. Pkud se dlévá těžký kvářský ingt, je v licí desce puze jeden tvr pr přívd celi d kkily. Dále na br. 7.3 lze vidět ve středu licích desek tzv. hvězdici a licí kanálky. D hvězdice je přiváděna hrem tekutá cel, která je pté rvnměrně dváděná průtkvými tvry d licích kanálků. Kkila je litinvá frma kruhvéh, čtvercvéh, bdélníkvéh neb mnhúhelníkvéh průřezu, v níž tekutá cel ztuhne v žádaný tvar, aby mhla být jak celvý ingt zpracvána válcváním neb kváním. Na br. 7.4 jsu uvedeny nejčastěji pužívané průřezy kkil. Materiál k výrbě kkil představuje šedá litina s lupínkvým grafitem (3,3 4,0 % C, 0,4 0,9 % Mn; 1,2 2,2 % Si; max. 0,2 % P; max. 0,05 % S), tvárná litina neb želez prvníh tavení s úpravu. Dle tvaru rzdělujeme kkily, a t na kkily typu A k dlévání neuklidněné celi a kkily typu V k dlévání uklidněné celi. Na br. 7.5 jsu uvedeny ba typy kkil. a) kkila typu A b) kkila typu V Obr. 7.4: Běžně pužívané průřezy kkil Obr. 7.5: Knstrukční řešení kkil Kkilvé pdlžky jsu nedílnu sučástí kkily. Umisťují se pd vlastní kkilu. Vyrábějí se ze stejnéh materiálu jak kkily. Jsu intenzivně namáhány zejména při dlévání kvem v prvních kamžicích d začátku lití. K zamezení rzstřiku kvu jsu kkilvé pdlžky tvarvány. Příklady různých kkilvých pdlžek jsu uvedeny na br Obr. 7.6: Ukázka různých kkilvých pdlžek Obr. 7.7: Kkilvý hlavvý nástavec Hlavvé nástavce se pužívají při dlévání uklidněných celí a mají za účel sustředit staženinu v hlavvé části ingtu. Plášť kkilvéh nástavce se zhtvuje většinu z celvé litiny a tent se vyzdívá či pěchuje žárvzdrným materiálem, jehž malá vdivst umžňuje udržení celi v hlavvé části c nejdéle v tekutém stavu. Někdy se pužívá, zvláště při dlévání ingtů velké hmtnsti, extermickéh blžení. Na br. 7.7 je znázrněn uspřádání kkilvéh nástavce. 35

38 Rafinace a dlévání celi Odlévání na zařízení plynuléh dlévání Rzeznáváme dva druhy knstrukcí zařízení pr plynulé dlévání celi: zařízení plynuléh dlévání vertikální (běžně pužívané v celárnách), zařízení plynuléh dlévání hrizntální (pužívá se spíše při dlévání neželezných kvů). Vertikální zařízení pr plynulé dlévání sestává z mezipánve, krystalizátru, sekundárníh chlazení s vdícími válečky a dělícíh zařízení. Tt zařízení dznal v průběhu let mnh knstrukčních změn. V sučasné dbě jsu nejpužívanější vertikální zařízení ZPO s hybem neb s hybem a se zakřiveným krystalizátrem, viz br a) licí stjan b) mezipánev c) různé typy vlžek krystalizátru d) sekundární zóna chlazení Obr. 7.8: e) dělení předlitků f) terciární zóna chlazení (vychlazvací lže) Ukázka základních částí zařízení plynuléh dlévání O zařízení plynuléh dlévání bude detailně pjednán v dalších kapitlách 10 až 14. V prvnání s knvenčním způsbem dléváním celi d kkil můžeme výhdy plynuléh dlévání celi shrnut d něklika bdů: vyšší výtěžnst kvu, úspra energie, nižší zpracvací náklady, nižší investiční náklady. 36

39 Rafinace a dlévání celi Nižší zpracvací náklady u ZPO jsu dány především menším pčtem prvzních perací v prvnání s knvenčním dléváním d ingtů a válcváním bram. Ingtvá cesta krmě lití vyžaduje ještě další perace jak stripvání, kntrlu a pvrchvu úpravu, hřev v hlubinné peci a válcvání. Následující manipulace, úprava a skladvání bram jsu prakticky identické u bu technlgií. Menší pčet prvzních perací u ZPO přináší následující úspry: ingtvá cesta je nárčnější na energii, ingtvá cesta je nárčnější na údržbu, ingtvá cesta je nárčnější na výši dpisů, ingtvá cesta je nárčnější na mzdvé prstředky. Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Šmrha, L.: Tuhnutí a krystalizace celvých ingtů. SNTL Praha, 1983, 305 s. [2] Parma, V.: Ocelářství III. Skripta, VŠB Ostrava, 1991, 192 s. [3] Böhm, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. SNTL Praha, 1992, 443 s. ISBN [4] Dlejší, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. Pradenská příručka č. 42. TEVÚH Praha, 1987, 383 s. Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) charakteristika základních způsbů dlévání celi dlévání celi hrem a spdem ppis jedntlivých částí licí supravy základní charakteristika zařízení plynuléh dlévání Otázky k prbranému učivu 1. Definujte dlévání celi d kkil na ingty, a t při dlévání hrem a spdem. 2. Charakterizujte základní části licí supravy. 3. Ppište zařízení plynuléh dlévání a uveďte jeh jedntlivé části. 37

40 Rafinace a dlévání celi 8. Krystalizace, tuhnutí a struktura dlévané celi Čas ke studiu: 80 min Cíl: P prstudvání tht dstavce budete umět ppsat průběh krystalizace celi charakterizvat segregační děje v celi ppsat strukturu ingtu uklidněné celi Výklad Krystalizace celi Tekutá cel, vyrbená v celářských agregátech, je p dpichu, dezxidaci a dalším mimpecním zpracvání dlévána (dlitky, ingty neb plynule lité předlitky) a dále zpracvávána ve válcvnách či kvárnách. P nalití celi d kkily, resp. krystalizátru, dchází k bezprstřednímu styku tekutéh kvu s chladnu stěnu kkily aneb krystalizátru, cž má za následek pkles teplty celi a pčátek její krystalizace. Prces nukleace: stabilitě plynné, kapalné neb tuhé fáze rzhdují termdynamické pdmínky. Na br. 8.1 je znázrněna závislst vlné entalpie na tepltě (Ts je teplta tavení a Tv teplta varu). Nad tepltu varu má plynná fáze vyšší hdntu vlné entalpie než tavenina a pd tepltu bdu tuhnutí má tuhá fáze menší vlnu entalpii než tavenina. Čím nižší je hdnta vlné entalpie, tím je sustava stabilnější, t znamená, že pd tepltu Ts bude stabilní tuhá fáze a pd tepltu Tv bude stabilní fází tavenina. Obr. 8.1: Závislst vlné entalpie na tepltě při změně skupenství 0 0 G G 6l 3 2 G l s 1 M Změna vlné entalpie G při přechdu z taveniny d tuhé fáze je hnací silu, která určuje směr změny skupenství. Tat základní termdynamická pdmínka změny skupenství není dstačující, prtže vlastním začátku fázvé změny rzhduje kinetický faktr. Není-li v tavenině přítmen zárdek tuhé fáze, je mžn dsáhnut vyské hdnty přechlazení taveniny, aniž by dšl ke krystalizaci. Hmgenní nukleace: změnu vlné entalpie sustavy při vzniku krystalizačních zárdků tuhé fáze v tavenině určuje becná rvnice a jde-li zárdek krychlvéh tvaru, pak: kde je je mlární vlná entalpie taveniny, - mlární vlná entalpie tuhé fáze, a - hustta a mlekulvá (atmvá) hmtnst krystalickéh zárdku, - délka hrany krychle krychlvéh krystalickéh zárdku, - mezifázvé napětí mezi krystalickým zárdkem a taveninu. Pr kriticku velikst zárdku vyjádřenu délku hrany základní krychle zárdku, dvdíme 38 (8.1)

41 Rafinace a dlévání celi l l krit 4M 0 0 G G 1 4T 0 H s Úpravu tht vztahu můžeme rvněž dvdit rvnici: M 4T tá tá krit 0 tá tá tá M T T H T (8.2) (8.3) Rvnice ukazují, že při daném, a je kritický rzměr zárdku tím menší, čím větší je mlární tepl tání a stupeň přechlazení T taveniny (respektive stupeň přesycení taveniny zárdky nvé fáze) a čím menší je mezifázvé napětí. Tyt závěry platí i tehdy, vzniká-li krystalizační zárdek kulvitéh tvaru. Závislst změny vlné entalpie sustavy pdle předcházející rvnice na veliksti vznikajících zárdků znázrňuje br Při tepltě, >, je > a hdnta G rste mntónně s velikstí zárdku. Při zmenšvání přehřátí, tj. bude-li se teplta blížit, bude rzdíl a menší, a i když funkční závislst G = f (l) bude pvlvnější, bude nadále mntónně vzrůstat (křivka ). Vznikají-Ii krystalizační zárdky v přechlazené tavenině, tj. je-li < bude < a na funkční závislsti G = f (l) se bjeví maximum dpvídající kritické veliksti zárdku. Rzdíl v průběhu křivky a je v suvislsti s vyšším Obr. 8.2: Změna vlné entalpie při tvrbě stupněm přechlazení a nižší hdntu mezifázvéh krystalizačních zárdků napětí v psléze uvedeném případě (křivka ). Z uvedenéh vyplývá, mají-li být krystalizační zárdky nvé fáze stabilní a mají-li mít mžnst dalšíh růstu, musí vykazvat větší rzměr, než je rzměr kritický. Všechny krystalizační zárdky s menším rzměrem než kritickým se v tavenině znvu rzpuštějí. Na br. 8.3 je uvedena závislst rychlsti růstu zárdků ( N ) na stupni přechlazení pr pdmínky hmgenní nukleace. Obr. 8.3: Pčátek růstu hmgenníh zárdku v závislsti na přechlazení 39 Obr. 8.4: Závislst růstu hmgenníh a hetergenníh zárdku na přechlazení Z br. 8.3 je zřejmé, že v tmt případě je třeba dsáhnut přechlazení 0,2, cž v praktických pdmínkách znamená 250 až 300 C. Takvýt stupeň přechlazení je v praktických pdmínkách nedsažitelný. Hetergenní nukleace: zárdky krystalů se tvří na tuhých částicích, které byly přítmny v tavenině před dsažením jejíh kritickéh přechlazení.

42 Rafinace a dlévání celi Při krystalizaci celvých ingtů jde vždy hetergenní nukleaci, viz br Příčinu je přítmnst velkéh pčtu cizích částic (endgenní a exgenní vměstky). Hetergenní nukleace je snazší a nastává při mnhem menší hdntě přechlazení, rvnající se přibližně 0,02, tedy asi desetkrát menší než u nukleace hmgenní. Vzniku zárdků napmáhají krmě th nervnsti na pvrchu kkily, které se z hlediska nukleace chvají pdbně jak cizí částice v tavenině. Při existenci hetergenních částic v tavenině neb nervnstí vnitřníh pvrchu kkily je energie ptřebná pr vznik zárdků nižší vlivem mezifázvých napětí mezi taveninu, cizí částicí a vznikajícím zárdkem. Dendritický růst krystalů: cel krystalizuje dendriticky. Dendritická struktura vzniká v případě, jestliže tavenina v blízksti fázvéh rzhraní má záprný tepltní gradient. Rychlst růstu dendritů závisí na stupni přechlazení. Ve směru pdélném rstu dendrity až stkrát rychleji než ve směru příčném. Růst dendritů se přeruší při spjení s jiným dendritem. U kvů nastává dendritický růst, je-li rychlst krystalizace 5 cm.s -1 při hetergenní nukleaci a cm.s -1 při hmgenní nukleaci. Charakteristickým jevem při dendritické krystalizaci je vyská krystalizační rychlst. Na následných schématech je znázrněn tvar mezifázvéh rzhraní tuhá fáze tekutá fáze při kladném a záprném tepltním gradientu. Na následujícím schématu br. 8.5 je uvedena závislst stupně přechlazení na tvar rzhraní mezi krystaly a taveninu. Je zřejmé, že p malých stupních přechlazení vzniká rvinná, následně pak buněčná struktura. Dendrity vznikají až při vyských stupních přechlazení. Obr. 8.5: Schéma pstupu iztermické rviny v čistém kvu (bez příměsí) Obr. 8.6: Vliv rzvětvené struktury následkem vytvření záprnéh tepltníh gradientu před rvinu krystalizace Na dalším schématu, viz br. 8.6, je uvedena závislst typu rzvětvení struktury na bsahu příměsí, tepltním gradientu a rychlsti krystalizace a také tvar různých stupňů přechdu d hladké rviny tuhnutí až ke vzniku buněčné struktury. Je zřejmé, že p malých stupních přechlazení vzniká rvinná, následně pak buněčná struktura. Dendrity vznikají až při vyských stupních přechlazení, jak je patrné z br Na dalším schématu, viz br. 8.8, je uvedena závislst typu rzvětvení struktury na bsahu příměsí, tepltním gradientu a rychlsti krystalizace a také tvar různých stupňů přechdu d hladké rviny tuhnutí až ke vzniku buněčné struktury. Obr. 8.7: Schematické znázrnění rzhraní mezi krystaly a taveninu Obr. 8.8: Tvar různých stupňů přechdu d hladké rviny tuhnutí až ke vzniku buněčné struktury 40

43 Rafinace a dlévání celi Segregace v celi Mikrsegregace celi: celvý ingt má vnitřní necelistvsti, bsahuje nekvvé částice různéh chemickéh slžení a veliksti a místa s rzdílným chemickým slžením celi. Rzdíly chemickéh slžení kvu vznikají mezenu rzpustnstí dprvdných a slitinvých prvků v celi během tuhnutí. Pdle th mají záknitě vzniklé krystaly dlišnu kncentraci příměsi než půvdní tavenina, z níž vznikly. Ppsaný jev se všebecně nazývá segregací, a prtže se týká mikrbjemů, říkáme mu mikrsegregace. Ocel tuhne vždy dendriticky, a prt se čast setkáváme s výrazem dendritická segregace celi, cž znamená ttéž jak mikrsegregace. Studium mikrsegregace je základem pr vysvětlení rzdílů chemickéh slžení celi v makrskpických bjemech, němž byla zmínka na pčátku a které můžeme analgicky nazvat makrsegregací. Mikrsegregace má velký vliv na jakst lité i tvářené celi. Je t základní prces vzniku nestejnrdstí celi, který lze d jisté míry vlivňvat metalurgicky vhdnu skladbu základních vsázkvých survin (např. mezením kncentrace dprvdných prvků), technlgií výrby a dléváním, avšak dknalé stejnrdsti celvéh výrbku dsáhnut nemůžeme. Makrsegregace celi: chemická nestejnrdst v rzsahu, který převyšuje rzměry dendritů a primárníh zrna, se nazývá makrsegregací. Zdrjem vzniku větších blastí s rzdílným bsahem příměsí je prces mikrsegregace. Prtže se během tuhnutí ingtů a dlitků tvří typické blasti, které mají v prvnání s tavebním chemickým rzbrem nižší neb vyšší bsah jedntlivých prvků, hvříme negativní a pzitivní dchylce, neb záprné a kladné segregaci. Na příkladu celvéh ingtu si uvedeme důsledky makrsegregačních jevů. O segregacích v plynule litých předlitcích bude zmínka v kapitle 13. Obr. 8.10: Schéma segregací v uklidněném ingtu Oblast záprné segregace je v dlní části ingtu a pdle pdmínek tuhnutí může být různě rzsáhlá. V hrní části ingtu je bvykle blast kladné segregace, jejíž maximum se vyskytuje u ingtů z neuklidněné celi ve vzdálensti dpvídající asi 80 % výšky ingtu. Ingty z uklidněných celí mají nejvyšší bsah příměsí v hlavvé části. Pr ingty a dlitky jsu rvněž typické shluky utuhlé příměsi bhacené taveniny mezi dendrity, kterým říkáme vycezeniny. V pdstatě zůstávají pdle jeh rztřídění dva základní druhy vycezenin, a t mezervé (V segregace) a stvlvé (A segregace). Kladné segregace se vyskytují především v hrních a středvých částech ingtu a mají tvar A či V. Záprné segregace se vyskytují v dlní (patní části) a mají tvar kužele, jak je vidět na br Negativní segregace: během tuhnutí ingtu dchází ke snižvání tepltníh gradientu, a tím i ke zmenšvání mnžství dvedenéh tepla a snižvání rychlsti tuhnutí. Hdnta efektivníh rzdělvacíh keficientu se bude snižvat, čím bude rychlst tuhnutí menší. Před rvinu tuhnutí se tak začnu tvřit krystaly, které mají nižší kncentraci příměsi než klní tavenina. Krystaly prnikají pstupně d střední části ingtu a p dsažení určité veliksti klesají. Kladná segregace (tedy i vycezeniny) jsu způsbeny pruděním taveniny ve dvufázvém krystalizačním pásmu, v němž prbíhá bjemvé smrštění při tuhnutí a dále tepelné smrštění. Prudění je vyvlán rzdílnu husttu taveniny, která vzniká jak důsledek mikrsegregace příměsí a dprvdných prvků. Pznatkem je zjištění, že v závislsti na výchzím chemickém slžení se může hustta taveniny během tuhnutí s klesající tepltu snižvat. V tmt případě bude chladnější tavenina z dlní části ingtu na základě přirzené knvekce stupat vzhůru. Mechanismus vzniku A vycezenin: na br je znázrněn vzestupný prud taveniny ve dvufázvém pásmu krystalizace, umžňující vznik kanálků, vyvlaný pklesem hustty bhacené 41

44 Rafinace a dlévání celi taveniny v patní části. Napak při zvyšvání hustty taveniny s klesající tepltu vznikají sestupné prudy a v tmt případě ke vzniku stvlvých vycezenin nedchází: segregací uhlíku a síry dchází pstupně ke snižvání pvrchvéh napětí bhacené taveniny, rzdíl pvrchvých napětí základní a bhacené taveniny bude velký a bude se zvětšvat v průběhu tuhnutí, bhacením taveniny S a C, ale i V se sníží hustta taveniny a začnu se vytvářet nemísitelné fáze ve tvaru kuliček stupajících d hrních částí ingtu, při brzdění mřížvím dendritů se dráha bhacené taveniny dklní směrem dvnitř ingtu, prvky s atmvým číslem vyšším než želez (Ni, M, W) výskyt segregací snižují. a) mdel prudění taveniny u slitiny, u níž hustta taveniny s klesající tepltu klesá b) mdel prudění taveniny u slitiny, u níž hustta taveniny s klesající tepltu stupá Obr. 8.11: Mechanismus vzniku vycezenin A s uvedením prudění taveniny Mechanismus vzniku V vycezenin: tent typ vycezenin vzniká v své části ingtů a dlitků a má charakteristický tvar písmene V. Vycezeniny jsu větší ve spdní části ingtu. Při malém úksu kkily neb vyské štíhlsti dané pměrem H/D ingtu mhu být velmi vyvinuté i v hrní části ingtu. Charakteristickým znakem je, že klí V-vycezenin má nižší bsah příměsí. T dkazuje, že vznik V-segregace nastává ve středním pásmu ingtu až tehdy, kdy bsah tuhé fáze stupne na 20 až 40 % hmtnstních, takže tavenina nemůže plynule prudit v dendritické síti. Smršťváním vznikají trhliny, které se vyplňují taveninu bhacenu příměsemi stékajícími šikm z míst ingtu vzdálenějších d jeh sy. Příčinu vzniku trhlin, jak byl již uveden, jsu síly vyvlané účinkem gravitace a smršťvání během tuhnutí a chladnutí ingtu. Struktura ingtu z uklidněné celi Na br je uvedena vnitřní struktura uklidněnéh ingtu. Na pčátku krystalizace, vlivem prudkéh chlazení kvu stykem s kkilu, vzniká licí kůra. Jsu t drbné krystalky, vzniklé při vyských rychlstech chladnutí, při velkém pčtu samvlně vzniklých center, která nemají čas se vyvinut. S rstucí tlušťku tét vrstvy a sučasnéh hřevu stěn kkily se mění pdmínky dvádění tepla vznikají gelitické krystaly. Rychlst chlazvání klesá, stále je však dstatečně intenzivní k tmu, aby vznikaly slupkvité (klumnární krystaly). Růst těcht krystalů prbíhá tak dluh, dkud tepltní gradient tekuté části ingtu na hranici tuhnutí celi nedsáhne minimální hdnty. Pak se růst slupkvitých krystalů zastaví. Následuje pásm, ve kterém krystaly vlivem snižujícíh se tepltníh gradientu a vybavujícíh se latentníh tepla krystalizace rstu všemi směry. 42

45 Rafinace a dlévání celi a) struktura ingtu z uklidněné celi b) struktura krystalizačníh prcesu ingtu Obr. 8.12: Ukázka struktury ingtu z uklidněné celi Na průběh tuhnutí ingtu i na vnitřní necelistvsti má vliv celá řada faktrů: tvar kkily (ingtu) rychlst chlazvání (tuhnutí) velikst ingtu rychlst dlévání a teplta celi chemické slžení celi Tvar kkily (ingtu): zcela nevhdný je tvar kkily nahru se zužující, nebť blast ředin zasahuje velmi hlubk, čast až d dlní části, viz br Obdbně se chvají i ingty s vysku štíhlstí. Na štíhlsti závisí velikst sraženiny, svá pórvitst, rzlžení segregací, pměr mezi vertikální i hrizntální rychlstí tuhnutí, viz br Z brázku je zřejmé, že při hdntách = 2,6 dsahuje výška prézní zóny až 60 % výšky těla ingtu. V případě velkých ingtů při = 1,2 činí tat výška cca 40 % celkvé výšky těla ingtu. a) H/D < kritická hdnta b) H/D = kritické hdntě c) H/D > kritická hdnta Obr. 8.13: Průběh krystalizace ingtu v závislsti na pměru H/D Rychlst chlazvání (tuhnutí): vliv rychlsti chlazvání je zřejmý z br Názrně byl tent vliv sledván srvnáváním vycezenin u ingtů litých d kkily a d šamtvé frmy. U ingtu litéh d šamtvé frmy prbíhal tuhnutí značně déle, i když šl ingt střední veliksti, mnžství a rzsah stvlvých vycezenin dpvídal vycezeninám ve velkém ingtu. Velikst ingtu: se zvětšváním hmtnsti ingtu z uklidněné celi rste mnžství i velikst stvlvých (A) vycezenin. Se zvětšváním průřezu ingtu se prdlužuje dba tuhnutí ingtu, a tím je pdprván vznik nestejnrdsti ingtu, především intenzita vylučení stvlvých vycezenin A. Zárveň se zvyšují rzdíly v chemickém slžení mezi hlavu a patní částí ingtu. 43

46 Rafinace a dlévání celi a) při lití d kkily b) při lití d pískvé frmy Obr. 8.14: Vliv rychlsti chlazvání na tuhnutí ingtu Rychlst dlévání a teplta celi: vliv teplty celi a rychlsti dlévání na vznik vycezenin je jednznačný. Čím vyšší je teplta celi a rychlsti dlévání, tím je rzsah a velikst vycezenin v ingtu větší. Teplta se prjevuje i vlivem na druh vylučených vycezenin. Při vyšší tepltě jsu výraznější středvé mezervé vycezeniny typu V, při nižší tepltě stvlvé vycezeniny typu A. Pdbný vliv jak teplta má i rychlst dlévání. Chemické slžení celi: pdle th, jaké je chemické slžení celi, klik cel bsahuje plynů a také pdle způsbu výrby je cel různě náchylná ke vzniku vycezenin. Se zvětšující se kncentrací prvku v celi se zvětšuje i skln tht prvku k vylučení ve vycezeninách. Intenzita segregace danéh prvku při statních neměnných pdmínkách závisí na intervalu tuhnutí. Na prvním místě jak z hlediska intenzity vylučení, tak i z hlediska škdlivsti jsu fsfr a síra. Segregace síry a fsfru ve vycezeninách může dsahvat až 300 %, pdle některých údajů až 400 %. Prt snížení bsahu těcht prvků v celi je hlavním úklem při mezvání vycezenin. Na rzsah a intenzitu vycezenin má vliv i celkvé chemické slžení celi, které vlivňuje blast mezi tepltu likvidu a slidu, jejím rzsahem a tím i s tzv. místní dbu tuhnutí. Čím je tat dba kratší (menší než interval Tl Ts), tím je výskyt segregací menší. Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Šmrha, L.: Tuhnutí a krystalizace celvých ingtů. SNTL Praha, 1983, 305 s. [2] Parma, V.: Ocelářství III. Skripta, VŠB Ostrava, 1991, 192 s. [3] Chvjka, J.: Vady ingtů. SNTL Praha, 1968, 254 s. Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) krystalizace celi segregační děje struktura ingtu z uklidněné celi Otázky k prbranému učivu 1. Charakterizujte průběh krystalizace celi a vysvětlete mechanismus hmgenní a hetergenní nukleace. 2. Vysvětlete mechanismus segregace a uveďte, jaké segregace znáte. 3. Ppište strukturu z uklidněné celi a uveďte mžnsti vlivnění vnitřní struktury. 44

47 Rafinace a dlévání celi 9. Vady ingtů dlévaných d kkil Čas ke studiu: 70 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět definvat pvrchvé vady ppsat vnitřní vady charakterizvat tvarvé vady Výklad Rzdělení vad dlévaných ingtů V průběhu dlévání celi d kkil může dcházet ke vzniku vad ingtů, které lze rzdělit d následujících skupin: vady pvrchvé (vnější): - vnější šupiny (pleny), - trhliny pdélné, - trhliny příčné a šikmé, ev. klikaté, - praskliny, - zavaleniny, - pdpvrchvé bubliny, - struskvá a pískvá hnízda na pvrchu. Vady pvrchvé (vnější) 45 vady vnitřní: - staženiny a řediny v těle ingtu, - vycezeniny, - vlčky, - vměstky exgenní a endgenní. Vnější šupiny (plevy) dlévání ingtu hrem je dprvázen rzstřikem dpadajícíh prudu celi. Velikst rzstřiku je dána kineticku energií dpadajícíh prudu celi, tvarem prudu celi a tvarem spdní části kkily. Kapky celi, které ulpívají na stěně kkily, rychle tuhnu a jejich pvrch se může zxidvat. Část kapek vznikajících rzstřikem, která je nejblíže hladiny celi, nemá čas se za krátku dbu letu kysličit a pět se v celi rzpuští. Mnžství těcht kapek je tím menší, čím pmalejší je stupání hladiny celi. S větší rychlstí lití sice vzrůstá mnžství těcht rzpuštěných kapek, zvyšuje se však zárveň i rzstřik celi. Při dlévání spdem mhu na rzdíl d lití hrem vznikat šupiny puze při zalití ingtu. Takt utuhlá a částečně zxidvaná cel se s tekutu fází nespjí. Čím je velikst ingtu větší, tím je nebezpečí vzniku takvýcht plen (zálitků) menší. Faktry vlivňující vznik šupin: necentrické lití, tvar kkily větší pravděpdbnst u štíhlejších kkil, výška kkily, cž suvisí s velikstí kinetické energie dpadající celi (u vyšších kkil větší), stav stěn kkily, stav výlevky, nesprávná regulace lití, u lití spdem vlhké licí kanály. Mžnsti mezení výskytu šupin:

48 pmalé zalití, zmenšení pměru H/D, nátěry stěn kkily, pužívání kkilvých pdlžek, kvalitní výlevka s mžnstí regulace průtku celi, u lití spdem dknalé vysušení licí supravy. Rafinace a dlévání celi Trhliny patří k vadám velmi rzšířeným a také k takvým, které mhu být čast příčinu znehdncení celéh ingtu: v první skupině jsu nejrzšířenější trhliny, které vznikají při tepltách blízkých tepltám slidu, t znamená během tuhnutí ingtu neb krátce p jeh ztuhnutí, ve druhé skupině jsu trhliny vznikající při nižších tepltách, než jsu teplty celi v plastickém stavu, a trhliny vznikající především při fázvých přeměnách. Tyt trhliny se přesněji nazývají praskliny, d třetí skupiny lze zařadit mikrtrhliny vznikající u legvaných a vysklegvaných celí při tepltách 1200 až 1300 C a při nižších tepltách. Pdle tvaru, směru a plhy lze trhliny dělit na pdélné, příčné, různě rientvané a vnitřní. Základní předpklad pr vznik trhliny je tahvé neb střihvé napětí, které zejména při vyských tepltách snadn převýší pevnst celi p vyčerpání její plasticity. Je-li vlné smršťvání ingtu brzděn mechanicky neb tepelně, neb nastává-li nestejnměrné rzdělení pnutí aneb tečení, ať již v celém ingtu neb jen místně, jsu vytvřeny pdmínky pr vznik trhlin. Trhliny se vyskytují prakticky u všech celí a způsbů výrby celi, většinu v dprvdu vycezenin a pásů feritu, čast v suvislsti s výskytem sulfidických vměstků. Vnitřní napětí vznikají mechanickým brzděním vlnéh smršťvání, změnu bjemu fázvými přeměnami neb nestejnměrnu intenzitu chlazvání jedntlivých míst, vyvlávající nervnměrné smršťvání. Ingty z uklidněné celi se svu vyslveně rientvanu krystalizací jsu nejvíce náchylné ke vzniku trhlin. Mnhem méně náchylné ke vzniku trhlin jsu ingty z pluklidněné a zejména neuklidněné celi. Trhliny vznikající během tuhnutí ingtu p naplnění kkily celí se vytváří stykem tekuté celi s pvrchem kkily pvrchvá kůra ingtu. Pevnst celi krátce p ztuhnutí je velmi nízká, stejně jak kntrakce. Překrčí-li pnutí při brzděném smršťvání alespň na kamžik pevnst celi neb vyskytne-li se iniciace způsbená vměstky, vycezeninami neb vnitřními trhlinami (jak vrubvý účinek), vznikají trhliny prakticky bez plastické defrmace. Vznik trhlin v tmt údbí suvisí také úzce se vznikem spáry mezi tuhnucím ingtem a kkilu. Mechanismus vzniku spáry mezi ingtem a kkilu vlivňují tyt faktry: chemické slžení celi, keficient smrštění celi, velikst ingtu, tvar ingtu, rychlst dlévání a způsb dlévání, teplta celi, stav vnitřníh pvrchu kkily. Při dtyku tekuté celi se stěnu kkily začíná krystalizace pvrchvé kůry ingtu. Smršťvání pvrchvé části tuhnucíh ingtu je v prvních fázích tuhnutí kmpenzván plasticku defrmací celi. Tt bdbí krystalizace ingtu se vyznačuje tím, že kůra ingtu se vlivem ferstatickéh tlaku rztahuje zárveň s kkilu, cž v tmt bdbí suvisí s vysku plasticku defrmací. S dalším snižváním teplty se plastické vlastnsti celi snižují, síly vzájemnéh půsbení se v tuhnucí části ingtu zvyšují; pevnst kůry ingtu převyšuje plasticku defrmaci kůry a začíná vznikat spára mezi 46

49 Rafinace a dlévání celi kkilu a ingtem. V tmt bdbí, kdy je pevnst kůry ingtu ještě nízká, avšak kůra ingtu se již nedtýká kkily, jsu nejpříznivější pdmínky pr tvrbu trhlin. Trhliny vznikající během chladnutí ingtu (praskliny) vznikající při nižších tepltách během chladnutí ingtu jsu méně časté, avšak vyskytnu-li se, znamenají téměř vždy znehdncení celéh ingtu. Praskliny prbíhají nezřídka celu délku ingtu a zasahují hlubk d ingtu. Vyskytují se jak na vnějším pvrchu ingtu, tak i uvnitř. Praskliny vznikají až při tepltách pd 400 C, čast až p zchladnutí ingtu. Teplta vnějších vrstev ingtu je při jeh chlazvání vždy nižší než teplta vnitřní části ingtu. Prt během pklesu teplty ingtu prbíhá v různých vrstvách ingtu rzpad austenitu nervnměrně. V bdbí, kdy již ve vnější vrstvě ingtu je rzpad austenitu zcela uknčen, v přiléhajících vnitřních vrstvách ingtu teprve prbíhá a je dprvázen zvětšváním bjemu, zatímc se chladnucí vnější vrstva smršťuje, cž vede ke vzniku tahvých pnutí ve vnější vrstvě. Je-li rzdíl teplt mezi vnějšími a vnitřními vrstvami velký a cel není úměrně vznikajícím pnutím dstatečně plastická, vznikají v pvrchvé části ingtu praskliny. Vnitřní mezikrystalické trhliny vznikají při chladnutí ingtů z legvaných celí, především nízkuhlíkvých chrómniklvých, chrómniklmlybdenvých a chrómnikl-wlframvých celí. Mhu se vyskytvat v různých částech ingtu. Buď jsu pavukvitě rzmístěny ve vnitřní části ingtu bez přesnějšíh místníh určení, viz br. 9.1, neb častěji vznikají přím v své části ingtu, viz br Obr. 9.1: Trhliny p hranici zrn v místě vylučení sulfidických balů 47 Obr. 9.2: Mezikrystalické trhliny v se ingtu z celi typu CrNiV Vznikají krátce p ztuhnutí vnitřní části ingtu, tj. při tepltách asi 1200 až 1400 C. Na jejich vzniku se pdílí pnutí vznikající rychlým tuhnutím vnitřní části ingtu a zvýšená kncentrace nežáducích prvků na hranicích zrn. Tyt trhliny se rvněž někdy značují jak submikrtrhliny či vnitrdendritické trhliny. Jejich tvření je vysvětlván tak, že se při tuhnutí dendritu mezi jeh sami uzavírá tavenina s nižší tepltu tavení a vlivem smršťvání vzniká pór strý výběžek. Na knci tuhnutí se smršťují i jedntlivé dendrity. Není-li úbytek bjemu mezi dendrity nahrazván taveninu, tvří se mezi dendrity řediny, přecházející v trhliny. Zavaleniny patří k hlavním vadám ingtů z uklidněné celi, většinu dlévaných spdem, nazývané také přebal, přelitek, převal, převalek, přelitá licí kůže, přelitá licí kůra, studený svar apd. Při běžném pstupu dlévání uklidněné celi spdem se na hladině celi v kkile vytváří xidický pvlak suvisející s průběhem fyzikálně chemických prcesů na styku tekuté celi se stěnu kkily a plynnu atmsféru nad tekutým kvem. Hladina celi v kkile v místě styku se stěnu kkily vytváří vypuklý meniskus, jehž výška a tvar závisí na příslušných mezifázvých a pvrchvých napětích a na veliksti úhlu mezi tekutu celí a stěnu kkily. Vznik zavaleniny začíná tím, že se na hnuté části menisku vytvří kůrka z tuhnucí celi a xidů. Během dlévání se tlušťka a plcha tét kůrky zvětšuje, při dalším stupání hladiny celi v kkile se tlak na meniskus zvyšuje, až tlak tekuté celi vytvřenu kůrku prtrhne a tekutá cel ji přelévá. Kůrka vytvřená na menisku se vytvřila zatím tak tlustá a pevná, že se již nehne zpět směrem ke kkile a její ztuhlý pvrch, znečištěný xidy, se s tekutu celí nesvaří. Čast je zavalenina

50 Rafinace a dlévání celi dprvázena přítmnstí pískvitých a struskvitých míst a vznikem příčných trhlin neb i sekundárních staženin. Struskvá a pískvá místa na pvrchu při nedbalém vyzdění licí desky a nedstatečném prfukání kanálků stlačeným vzduchem, dále při špatné kvalitě materiálu kanálkvých cihel strhává cel žárvzdrný materiál s sebu. Ten pak v kkile vypluvává na pvrch a může se usadit u stěny kkily, kde se zalije celí. Výsledkem jsu průznu se vyskytující struskvá a pískvá hnízda na pvrchu ingtů. Pdpvrchvé bubliny jsu důsledkem přítmnsti plynů v celi: kyslík, dusík, vdík, xid uhelnatý. Příčiny vzniku bublin: vlhká vyzdívka, kanálky, vyzdívka hlavvéh nástavce, vadný vnitřní pvrch kkily a jeh úprava, nesprávný pstup lití, vyský bsah plynů p mimpecním zpracvání (především vdík), mál dezxidvaná cel. Vady vnitřní Staženiny a řediny v těle ingtu vznik staženiny suvisí úzce se zmenšváním bjemu celi již při snižvání teplty z licí teplty na tepltu likvidu, a především v intervalu tuhnutí v blasti mezi likvidem a slidem. Mechanismus vzniku staženiny, viz br. 9.3, bývá schematicky znázrněn jak pstup, který předpkládá chladicí vliv puze stěn kkily a průběh tuhnutí se znázrňuje v jedntlivých časvých úsecích, p kterých se vždy hladina zbývajícíh kvu sníží, až vznikne dutina přibližně kuželvitéh tvaru. a) kkila naplněná celí b) pčátek tuhnutí ingtu c) knec tuhnutí ingtu Obr. 9.3: Schematicky znázrněný vznik staženin Staženina v ingtu vzniká vždy v místě, kde se kv udržuje nejdéle tekutý. Nejdéle se tekutá cel udržuje v tzv. tepelném centru ingtu a z tht místa se tekutá cel jak ze zásbníku ddává d míst, kde při tuhnutí nastal úbytek bjemu. Tepelné centrum ingtu leží bvykle v hrní části ingtu. Staženina a řediny v ingtu zaujímají u uhlíkvé celi průměrně 3,0 až 3,5 %, tedy méně, než je skutečné smrštění celi. Část zmenšení bjemu celi smrštěním připadá na celkvé smrštění ingtu a část také na vznikající mezidendritické mikrdutiny. Klem staženiny a především v jejím pkračvání v se ingtu při nevlivněném tuhnutí ingtu vznikají řediny a pórvitst. Řediny pd staženinu vznikají pdbně jak staženina při tuhnutí psledních zbytků celi, kdy se již nedstává dsti tekuté celi k vyplnění vnitřních dutin. 48

51 Příčiny vzniku staženin v těle ingtu: nepříznivý tvar kkily - nutný tvar V, štíhlst kkily výhdnější menší pměr H/D, malý úks kkily, nesprávná licí teplta a rychlst lití, malá velikst a nepříznivý tvar hlavvéh nástavce, izlace hlavvéh nástavce a krycí izlační struska, nepříznivý způsb dlévání, vadná licí suprava, nedstatečná dba dstání ingtu v kkile. Rafinace a dlévání celi Vlčky pd pjmem vlčky rzumíme příčné trhliny uprstřed tvářených výrbků, prjevující se na lmu jak kruhlé skvrny s lesklým krystalickým pvrchem. Jejich příčinu je zvýšený bsah vdíku nad určitu mez, která činí cca 2 cm g -1 celi. Při takvýcht bsazích se vdík nevylučuje v pdbě bublin, ale je rzpuštěn v celi v atmárním stavu. S klesající tepltu, kdy klesá jeh rzpustnst, přechází atmární vdík na mlekulární a při nízkých tepltách (zpravidla < 200 C), kdy již není mžná plastická defrmace, vznikají penízkvité trhliny s lesklým pvrchem. K zamezení tvrby vlček patří patření ttžná s patřeními zaměřenými na snížení bsahu vdíku, případně je nutné prvádět prtivlčkvá žíhání. Nekvvé vměstky vznikají jak zpldiny reakcí jak během výrby, tak i během lití, neb se dstávají d celi zvenčí a způsbují pruchy zhršující mechanické hdnty, neb znamenají přím vadu. Pdle půvdu se vměstky rzdělují na exgenní a endgenní. Exgenní vměstky vznikají buď krzivním, neb erzivním půsbením celi na žárvzdrný materiál, s nímž přichází cel d styku během výrby, tj. v peci, žlabu, pánvi, nálevkách, kanálcích atd. Jsu t částice žárvzdrnéh materiálu, písku, strusky neb nahdilých nečistt. Vznikají-li nekvvé vměstky při fyzikálně chemických reakcích v tekuté neb tuhé celi, nazýváme je endgenní. Tvří je především sulfidy, xidy, nitridy, karbidy a kmplexní vměstky. Grafické znázrnění kvantitativníh pdílu ex- a endgenních nekvvých vměstků v celi dlévané spdem je uveden na br 9.4. Legenda: I - endgenní nekvvé vměstky, půvd exgenních nekvvých vměstků: II - licí kanálky (šamtvé), III - izlační zásyp, IV - hmta vyzdívek hlav, V - vyzdívka pánví, VI - dpichvý žlab, VII - hmta z dpichvéh tvru, VIII - stržená pecní struska. Obr. 9.4: Grafické znázrnění pdílu endgenních a exgenních nekvvých vměstků v celi 49

52 Rafinace a dlévání celi Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Šmrha, L.: Tuhnutí a krystalizace celvých ingtů. SNTL Praha, 1983, 305 s. [2] Parma, V.: Ocelářství III. Skripta, VŠB Ostrava, 1991, 192 s. [3] Chvjka, J.: Vady ingtů. SNTL Praha, 1968, 254 s. Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) rzdělení a charakteristika vad vznikajících při dlévání celi d kkil charakteristika vad pvrchvých (vnějších) a vnitřních definvání příčiny vzniku pvrchvých (vnějších) a vnitřních vad Otázky k prbranému učivu 1. Definujte rzdělení vad vznikajících při dlévání celi d kkil. 2. Charakterizujte a ppište princip vzniku pvrchvých (vnějších) vad ingtů. 3. Uveďte způsb vzniku a rzdělení vnitřních vad ingtů. 50

53 Rafinace a dlévání celi 10. Plynulé dlévání celi - ZPO Čas ke studiu: 80 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět charakterizvat princip plynuléh dlévání celi ppsat rzdělení jedntlivých typů ZPO definvat základní části radiálníh (blukvéh) ZPO Výklad Princip plynuléh dlévání celi Plynulé dlévání celi, neb-li zařízení plynuléh dlévání (ZPO), představuje technlgii, která nahrazuje stávající pstup dlévání celi ingtvu cestu. Rzšíření tét technlgie je způsben nejen neustále se zvyšujícími pžadavky na kvalitu vyráběné celi, ale také eknmickými a výrbními ukazateli. Princip plynuléh dlévání lze definvat jak technlgický pstup, při kterém je tekutá cel (lze říci s finálními parametry) průběžně zpracvávána na předlitek, který může mít různé tvary dle pžadavků pr následné tváření. Různé tvary předlitků a jejich názvslví jsu uvedeny na br Obr. 10.1: Příklady různých typů předlitků a jejich názvslví 51

54 Rafinace a dlévání celi Při dlévání celi na ZPO je nejprve zpracvaná cel přivezena v licí pánvi ze zařízení sekundární metalurgie a umístěna na ZPO d licíh stjanu, který umžňuje manipulaci s licími pánvemi za účelem nepřetržitéh dplňvání mezipánve. Mezipánev je další částí ZPO a služí pr rzdělení celi na jedntlivé licí prudy, které přivádějí tekutu cel d krystalizátru, jenž představuje primární zóny chlazení. Krystalizátr je tvřen měděným pláštěm, který je chlazván vdu. Tím dchází ke vzniku licí kůry, která tvří plášť tekutéh jádra předlitku. T znamená, že předlitek p výstupu z krystalizátru je p průřezu tvřen licí kůru na krajích, zatímc ve středu zůstává tekuté jádr. Takt utuhlý předlitek v krystalizátru je průběžně z krystalizátru tažen, a prt musí být licí kůra dstatečně silná a pevná, aby nedšl k průniku tekutéh jádra licí kůru. P výstupu z krystalizátru se předlitek dstává d zóny sekundárníh chlazení, kde je chlazván takvu intenzitu, aby byl na knci tét zóny utuhlý p celém průřezu. Předpslední technlgický krk představuje dělení předlitku na knci sekundární zóny chlazení na pžadvané délky pr následné zpracvání na válcvně. Na závěr se předlitek dstává na vychlazvací lže, tzv. terciární zónu chlazení, kde dchází k chlazení klní atmsféru. Ukázka schématu nejpužívanějšíh radiálníh (blukvéh) ZPO dplněná brázky jedntlivých částí je uvedena na br Mezipánev Licí stjan s pánví Krystalizátr Dělící zařízení Zóna sekundárníh chlazení Tažené předlitky Obr. 10.2: Schéma radiálníh (schrvéh) ZPO Při prvnání prcesu plynuléh dlévání s klasicku technlgií dlévání celi d kkil lze výhdy plynuléh dlévání shrnut d následujících bdů: vyská efektivnst výrby - způsbena výrazným zvýšením výtěžku celi na finální výrbek a úspru energie, racinalizace živé práce - vypuštěním výrbních meziperací - snížení nákladů, vyšší úrveň kultury práce - snížením pdílu fyzicky namáhavé práce a zvýšením úrvně bezpečnsti práce, zlepšení pdmínek pr zvyšvání kvality - vylučením subjektivních vlivů na jakst výrby a dsažení vyšší hmgenity a jaksti předlitků. 52

55 Rafinace a dlévání celi Princip plynuléh dlévání celi Zařízení plynuléh dlévání lze dle jejich knstrukčníh vývje rzdělit d něklika skupin. První skupinu tvří vertikální ZPO. Vývj tét základní knstrukce vertikálníh ZPO vedl k její mdifikaci za vzniku radiálníh (blukvéh) ZPO. Tent typ ZPO představuje nvu skupinu, která byla dále knstrukčně rzvíjena a v sučasnsti tvří převládající typ ZPO pužívanéh na celém světě včetně ČR. Specifické pžadavky malých celáren a výrby jakstních celí vedly ke vzniku další knstrukční skupiny, tzv. hrizntálníh ZPO. Tt ZPO není příliš rzšířen v celářském průmyslu a v sučasnsti lze knstatvat, že je spíše na ústupu. Vertikální zařízení plynuléh dlévání Klasické vertikální ZPO uvedené na br je charakteristické uspřádáním hlavních částí licíh strje tvřenéh krystalizátrem, vdícími válci, sekundárním chlazením atd. svisle pd sebu. U tht typu ZPO dchází k pčátku tuhnutí předlitku v rvném vertikálním krystalizátru, dále prbíhá na sestupné vertikální dráze, na níž na předlitek půsbí sekundární chlazení. Ztuhnutí předlitku v celém průřezu je uknčen na vertikální dráze. Pté dchází k délkvému dělení předlitku na dpravitelné kusy. Tt dělení prbíhá při vertikálním sestupném phybu předlitku, a prt je dělící zařízení umístěn pd tažnu stlicí. Mezipánev Krystalizátr Zóna sekundárníh chlazení Tažná stlice Ohýbací zařízení Dělící zařízení Dělící zařízení Rvnací zařízení a) vertikální ZPO b) vertikální ZPO s hybem předlitku Obr. 10.3: Základní schémata bu typů vertikálníh ZPO Mdifikací tht typu byl vyvinut vertikální ZPO s hybem předlitku již ve ztuhlém stavu. V tmt případě je ZPO dplněn hýbací válec neb sekci hýbacích válců, které předlitek hýbají během jeh plynuléh dlévání. Účelem tht typu ZPO byl snížení celkvé výšky ZPO a také zajištění výhdnějších pdmínek pr dělení materiálu, kdy předlitek je dělen až při phybu ve vdrvném směru, čímž je dcílen i jednduššíh zařízení pr dběr předlitků. Tyt vertikální typy ZPO se stavěly jediněle již v 70. letech minuléh stletí, a t puze v případě výrby celi vyské čisttě neb celí se sklnem k segregaci při tuhnutí, cž představují např. trubky pr plynvdy v arktických blastech neb valivá tělesa lžisek. výhdy vertikálníh ZPO: - relativně menší nárky na čisttu tekuté celi, - snadnější dsažení mikrčistty materiálu v důsledku snadnějšíh vypluvání vměstků svislým tekutým jádrem předlitku, - předlitek nevyžaduje rvnání (u klasickéh typu), 53

56 Rafinace a dlévání celi - menší plšné nárky pr instalaci ZPO (menší zastavěná plcha v celárně), - snadnější výrba a renvace měděných desek neb trubkvých vlžek krystalizátrů, - nižší měrné náklady na měď pr pužívání deskvých krystalizátrů. nevýhdy vertikálníh ZPO: - mezení licí rychlsti a zvyšvání licích výknů, - velké nárky na stavební výšku a vyšší investiční náklady, - slžité a ne mc splehlivé strjní zařízení pr zavádění, spjvání a rzpjvání startvacích tyčí. Radiální (blukvé) zařízení plynuléh dlévání Radiální ZPO je charakteristické umístěním hlavních částí licíh strje pdél tzv. licíh bluku, ve kterém je veden předlitek. U tht typu ZPO začíná tuhnutí předlitku v krystalizátru, dále prbíhá na sestupné, tedy zakřivené, dráze, kdy na předlitek půsbí systém sekundárníh chlazení, přičemž úplné ztuhnutí předlitku p celém průřezu je dle pužitých pdmínek vedení prcesu lití uknčen buď ještě na zakřivené dráze, neb až v hrizntální dráze předlitku. Prt prbíhá rvnání předlitku buď při zcela ztuhlém průřezu, neb s předlitkem bsahujícím tekuté jádr v průřezu. Tent typ radiálníh ZPO lze rzdělit na dva základní typy, které byly dále vyvíjeny dle pžadavků a mžnstí jedntlivých celáren, přičemž ba typy jsu uvedeny na br První typ představuje radiální (blukvé) ZPO s rvným krystalizátrem. Tent typ ZPO je charakteristický tím, že tuhnutí předlitku začíná v rvném krystalizátru, pté pkračuje d navazující vertikální části, kde získá dstatečně silnu tlušťku stěn, a následně pstupuje d hýbací zóny, kde je defrmván d zakřivenéh tvaru. Další tvarvá defrmace předlitku, neb-li rvnání, nastává při přechdu d hrizntální části dráhy. Druhý typ představuje radiální (blukvé) ZPO se zakřiveným krystalizátrem. V tmt případě dchází k pčátku tuhnutí předlitku v zakřiveném krystalizátru, přičemž v navazující části sestupné dráhy shdném plměru nepdléhá předlitek tvarvé defrmaci, která nastává až při přechdu d hrizntální části dráhy. Mezipánev Krystalizátr Ohýbací zařízení Zóna sekundárníh chlazení Tažná stlice Dělící zařízení Tažná stlice Dělící zařízení a) radiální ZPO s rvným krystalizátrem b) radiální ZPO se zakřiveným krystalizátrem Obr. 10.4: Základní schémata bu typů radiálníh (blukvéh) ZPO U radiálníh ZPO je metalurgická délka (tedy délka tekutéh jádra předlitku) různě rzdělena, a t mezi sestupnu zakřivenu dráhu a hrizntální dráhu dle mdifikace radiálníh ZPO. Tht parametru se využívá pr zvyšvání licích výknů, a t zvýšením licích rychlstí. výhdy radiálníh ZPO: - mžnst vyských licích výknů s využitím velkých metalurgických délek (velká délka tekutéh jádra s vyšší rychlstí lití), - menší stavební výška a nižší investiční náklady na stavbu prti vertikálním ZPO, 54

57 Rafinace a dlévání celi - jedndušší strjní zařízení pr dělení a dpravu předlitku, - nižší pruchvst, snadnější bsluha a údržba zařízení (plšné uspřádání). nevýhdy radiálníh ZPO: - relativně vyšší nárky na čisttu tekuté celi (pžadavek na sekundární metalurgii), - vyšší plšné nárky pr instalaci ZPO v celárně (větší zastavvaná plcha), - dražší výrbní zařízení (pr výrbu měděných desek a měděných trubkvých vlžek krystalizátrů) u ZPO se zakřiveným krystalizátrem, - vyšší náklady na měď (při pužívání deskvých krystalizátrů zakřivenéh typu). Hrizntální zařízení plynuléh dlévání Hrizntální ZPO je určen především pr menší celárny se širkým srtimentem vysce jakstních celí. Základní schéma tht zařízení se vyznačuje uspřádáním jedntlivých částí v hrizntálním směru a je uveden pr představu na br Tt zařízení byl pstaven v 80. letech v celárně v Hrádku u Rkycan, ale v sučasnsti již není v prvzu. Tent typ ZPO se v celářském průmyslu příliš nerzšířil a je spíše na ústupu. Využívá se také při dlévání neželezných kvů, kde se uplatňuje v důsledku rzdílných prvzních parametrů a pdmínek. Mezipánev Zóna sekundárníh chlazení Dělící zařízení Krystalizátr Tažná stlice Předlitek Obr. 10.5: Základní schéma hrizntálníh ZPO a ukázka prvzních pdmínek výhdy hrizntálníh ZPO: - malé nárky na stavební výšku, z čehž plynu i nižší investiční náklady, - přímé spjení mezipánve s krystalizátrem a malý ferstatický tlak, - snadný přístup k zařízení (údržba a bsluha). nevýhdy hrizntálníh ZPO: - vyské prvzní náklady (speciální keramika), - nízká živtnst krystalizátrů, - technicky nárčný reverzní scilační phyb dlévaných schrů včetně pálícíh strje, - nemžnst dlévání licích frmátů větších průměrů. Základní části zařízení plynuléh dlévání V ČR jsu prvzvány výhradně radiální (blukvé) ZPO, a prt zde bude detailně ppsán puze tent typ. Zařízení plynuléh dlévání se skládá z něklika knstrukčních celků, které na sebe navazují a plní rzdílné funkce. Tyt jedntlivé knstrukční celky, neb také uzly, se skládají z: dlévací (licí) pánve s tčným neb pevným stjanem, mezipánve s mezipánvvým vzem, krystalizátru s scilací a primárním kruhem chlazení, elektrmagnetickéh míchače mdifikační zařízení aplikvatelné dle ptřeby, sekundárníh chlazení s vdícími systémy, terciárníh chlazení s vdícími systémy, tažné stlice s rvnacím zařízením, dělícíh zařízení, značkvacích systémů, výběhu pr dsun předlitků s chladníkem atd. 55

58 Rafinace a dlévání celi Jak příklad zde uvádíme br. 10.6, který představuje řez bramvým radiálním (blukvým) ZPO pr získání představy umístění jedntlivých knstrukčních celků Obr. 10.6: Ukázka průřezu bramvým radiálním (blukvým) ZPO - legenda:1) licí pánve, 2) rezervní licí pánev, 3) havarijní prstr, 4) hydraulická stanice, 5) čerpací stanice ZPO, 6) tčný licí stjan, 7) mezipánev, 8) vík mezipánve, 9) pnrná výlevka, 10) krystalizátr, 11) segmenty 1 až 14 - chladicí, vdící sekce a rvnací stlice, 12) dlévací plšina, 13) vůz se startvacími tyčemi, 14) jeřáb startvacích tyčí. Licí stjan - tčný licí stjan služí k manipulacím s licími pánvemi nad licí plšinu ZPO za účelem dplňvání celi d mezipánve z peridicky přivážených licích pánví. Mezipánev - je zařazvána mezi licí pánví a krystalizátrem. Na ZPO služí mezipánev jak zásbník pr rzdělení celi d jedntlivých licích prudů a umžňuje výměnu licí pánve, nebť pskytuje dstatek času, aniž by dšl k předčasnému přerušení licíh prudu celi d krystalizátru. Krystalizátr primární zóna chlazení zajišťuje prvtní chlazení tekuté celi. Tent prces je spjený se vznikem pevné vnější kůry, přičemž ve středu předlitku se nachází tekuté jádr. Právě prt musí být vzniklá vnější kůra předlitku dstatečně silná, aby dlala půsbení ferstatickéh tlaku, mechanickým napětím a defrmacím p výstupu z krystalizátru. Sekundární blast chlazení nachází se mezi krystalizátrem a terciární zónu chlazení. V tét zóně představuje hlavní chladicí médium vda, kteru je předlitek střikván. Správný způsb chlazení v sekundární blasti je velmi důležitý, nebť vlivňuje kvalitu předlitku z hlediska vzniku vnitřních i pvrchvých vad a středvé segregace. Dělící zařízení plynule dlévané předlitky, jak jsu schry, blky a bramy, je nutn dělit na délky, které dpvídají pžadavkům navazujících prvzů. V sučasné dbě se pužívají převážně dva způsby dělení, a t řezání plamenem neb stříhání. Terciární zóna chlazení knec technickéh a technlgickéh celku ZPO tvří terciární blast chlazení předlitků. Jejími základními technlgickými jedntkami jsu tažný systém s vdicí dráhu, u radiálníh (blukvéh) ZPO rvnací stlice a dále pak dělicí zařízení. D tét zóny chlazení lze také zahrnut dsuvné zařízení včetně chladicíh systému. Bez hledu na knkrétně pužívaný typ ZPO je v terciární blasti prakticky uknčen přímý nástřik vdy neb vdvzdušné směsi na pvrch předlitku a chlazení se v pdstatě realizuje vlivem klní atmsféry. 56

59 Rafinace a dlévání celi Pr ukázku je v tab uveden také přehled pužívaných ZPO v ČR s uvedením jedntlivých uživatelů a typu ZPO. Tab. 10.1: Přehled prvzvaných ZPO v ČR Pdnik Typ ZPO Blkvé radiální Třinecké železárny, a.s. Schrvé radiální Výrbce CLESIM CONCAST Uvedení d prvzu Pčet prudů Kapacita * (t/rk) Schrvé radiální MANNESMANN DEMAG ArcelrMittal Ostrava, a.s. Bramvé radiální Schrvé radiální Evraz Vítkvice Steel, a.s. Bramvé radiální VAI CONCAST CLESIM / / / / * uváděná kapacita je vztažena k uvedení d prvzu Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Böhm, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. SNTL Praha, 1992, 443 s. ISBN [2] Dlejší, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. Pradenská příručka č. 42. TEVÚH Praha, 1987, 383 s. [3] Irving, W. R.: Cntinuus Casting f Steel. The University Press, Cambridge, 1993, 207 p., ISBN [4] Schwerdtfeger, K.: Metallurgie des Stranggießens. Verlag Stahl Eisen GmbH. Düseldrf, 1992, 640 p. ISBN Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) princip plynuléh dlévání celi knstrukční rzdělení jedntlivých typů plynuléh dlévání celi základní části plynuléh dlévání charakteristika prvzvaných ZPO v ČR Otázky k prbranému učivu 1. Definujte princip plynuléh dlévání. 2. Uveďte základní názvslví a rzdělení různých typů předlitků. 2. Charakterizujte vertikální, radiální a hrizntální ZPO. 3. Ppište základní části radiálníh (blukvéh) ZPO. 4. Uveďte a ppište prvzvané ZPO v ČR. 57

60 Rafinace a dlévání celi 11. Mezipánvvá metalurgie Čas ke studiu: 100 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět definvat mezipánvvu metalurgii charakterizvat jedntlivé funkce a úkly mezipánve ppsat a charakterizvat jedntlivé metdy mezipánvvé metalurgie Výklad Knstrukční řešení mezipánve Mezipánev představuje jeden z nejdůležitějších technlgických uzlů zařízení plynuléh dlévání a je zařazena mezi licí pánví a krystalizátrem br Vlastní mezipánev je tvřena svařeným celvým pláštěm s vnitřní vícevrstvu žárvzdrnu vyzdívku a bvykle také prvky vlivňujícími prudění celi Licí pánev v mezipánvi (jak jsu dpadvé desky, hrázky, přepážky atd.). Dále se pr zmenšení tepelných ztrát tekuté celi Mezipánev a zlepšení tepelné bilance mezipánve vybavují rvněž víky. Sučástí mezipánve je také regulace vytékající celi, která je Krystalizátr řešena systémem zátkvých tyčí neb šupátkvých uzávěrů. Jak je patrné Předlitek z br a výčtu vybavení, existuje celá řada různých knstrukčních řešení mezipánví. Obr. 11.1: Schéma zařazení mezipánve na ZPO Vík mezipánve Vícetvrvá přepážka Dpadvá deska Hrní přepážka Dlní přepážka Argnvací tvárnice Plášt mezipánve Trvalá vyzdívka Výlevka mezipánve Pracvní vyzdívka Obr. 11.2: Ukázka vybavení mezipánve 58

61 Rafinace a dlévání celi Jak je patrné z br mezipánev se neskládá puze z vlastní nádby, ale je patřena celu řadu dalších zařízení a vyzdívek, mezi které patří: stínicí trubice (ladle shrud), vík mezipánve (tundish shrud), pracvní a trvalá vyzdívka mezipánve (tundish refractry), dpadvá deska (impact pad), přepážky a hrázky (weir a dam), vícetvrvé přepážky (baffle), argnvací tvárnice ve dně mezipánve (argn stirring element), mnblkvé zátkvé tyče (stpper rd), výlevky mezipánve (tundish nzzle), šupátkvé uzávěry (slide gate), pnrné výlevky (SEN). Zátkvá tyč (stpper rd) Vík mezipánve (tundish cver) Krycí strusky (tundish flux) Vícetvrvá přepážka (baffle) Hrní přepážka (weir) Licí pánev (ladle) Šupátkvý uzávěr (slide gate) Stínící trubice (ladle shrud) Mezipánev (tundish) Licí prášek (casting pwder) Pnrná výlevka (SEN) Krystalizátr (muld) Argnvací tvárnice (argn stirring element) Dlní přepážka (dam) Dpadvá deska (impact pad) Obr. 11.3: Schéma zařazení jedntlivých prvků v bramvé mezipánvi Knečný způsb využití a zařazení jedntlivých pužitých prvků závisí vždy na daných prvzních pdmínkách a ptřebách jedntlivých prvzů celáren. Z knstrukčníh hlediska lze mezipánve rzdělit dle následujících základních kritérií: dle tvaru mezipánve: - bdélníkvé, - klínvé, - deltvé, - tvaru T, - tvaru C, - tvaru H, - tvaru L, - tvaru X atd. dle bjemu mezipánve: - malé (d 20 tun), - střední (d 20 d 40 tun), - velkbjemvé (nad 40 tun). 59 dle typu ZPO: - schrvé, - blkvé, - bramvé, - pr dlévání prfilů, - pr dlévání pásů, - pr hrizntální ZPO. dle symetrie mezipánve: - symetrické, - asymetrické, Při plynulém dlévání služí mezipánev jak zásbník pr rzdělení celi d jedntlivých licích prudů a umžňuje výměnu licí pánve, nebť pskytuje dstatek času, aniž by dšl k předčasnému přerušení licíh prudu celi d krystalizátru. Z technlgickéh a metalurgickéh hlediska zajišťuje tedy mezipánev krmě již uvedených také další důležité funkce, které pdstatně vlivňují stabilitu prcesu lití a kvalitu předlitku:

62 Rafinace a dlévání celi umžňuje regulaci hmtnstníh tku tekuté celi d krystalizátru, snižuje ferstatický tlak tekutéh kvu, zrvnměrňuje rychlst licíh prudu, minimalizuje rzstřik celi, zrvnměrňuje tepltu dlévané celi, dstraňuje turbulenci licíh prudu, dděluje cel d strusky. Mezipánvvá metalurgie Mezipánev představuje z metalurgickéh hlediska jednu z psledních mžnstí, kde lze pdstatně vlivnit výslednu čisttu celi, prtže představuje pslední článek při zpracvání tekuté celi. Pkud má mezipánev služit jak rafinační nádba, musí být dstraněny neb eliminvány zdrje znečištění celi. Vlastnsti plynule dlévané celi můžeme tedy vlivňvat různými způsby, které se však suhrnně nazývají mezipánvvá metalurgie. Mezi nejpužívanější metdy mezipánvvé metalurgie patří: chrana licíh prudu pmcí: - stínicích trubic, - pnrných výlevek, mezipánvvé strusky: - krycí, - rafinační, úprava prudění celi v mezipánvi pmcí: - dpadvých desek, - přepážek, - vícetvrvých přepážek, filtrace celi pmcí: - pěnvých filtrů, - cedítkvých filtrů, dmýchání inertních plynů d mezipánve: - argnvací tvárnicí. Stínicí trubice Stínicí trubice služí k chraně licíh prudu celi z pánve d mezipánve a zabraňují rexidaci celi. Na br jsu uvedeny příklady různých typů stínicích trubic. Stínicí trubice jsu uchyceny k výlevce šupátkvéh uzávěru pánve a jejich knec je pnřen d celi, jak je uveden na br Ve stínicí trubici však vlivem pdtlaku dchází při dlévání k nasávání klní atmsféry. Aby se tmu zamezil, dmýchá se d prudu celi ve stínicí trubici inertní plyn. Obr. 11.4: Ukázka různých typů stínicích trubic Obr. 11.5: Nasazvání stínicí trubice v prvzu Existuje celá řada způsbů chrany licíh prudu celi, které představují různé typy stínicích trubic, d kterých je dmýchán inertní plyn. Prvnáním rzdílných způsbů chrany licíh prudu v tab byl prkázán, že nejúčinnější chranu licíh prudu je pužití stínicích trubic 60

63 Rafinace a dlévání celi s injektáží argnu. Pzitivní účinky vlivu stínicích trubic se prjeví chranu celi před rexidací a tím zamezením znečišťvání celi exgenními nekvvými vměstky. Při dknalém pnření zabraňují i strhávání strusky prudem celi z hladiny mezipánve d krystalizátru. Tab. 11.1: Rzdílné způsby chrany licíh prudu a hdnty bsahu dusíku v celi Způsb chrany Vzestup bsahu dusíku v celi (ppm) Bez chrany 14 Argn 7 Dusík 17 Stínicí trubice 10 Stínicí trubice + injektáž argnem 5 Stínicí trubice + balvý plyn + argn 5 Strusky mezipánve Pužitím krycích strusek dchází k asimilaci nekvvých vměstků, které během setrvání celi v mezipánvi vypluvají k mezifázvému rzhraní kv-struska, čímž umžňují zvyšvat čisttu celi v mezipánvi. Krmě th krycí struska rvněž půsbí jak tepelná izlace pvrchu celi a napmáhá i k zamezení sekundární rexidace. Jsu rzlišvány dva základní druhy krycích strusek. První představuje krycí struska na bázi tuhéh sypkéh materiálu, která příznivě půsbí na tepelnu izlaci lázně, tzv. rýžvé plevy. Tyt strusky však mají znatelně hrší vlastnsti, c se týče phlcvání nekvvých vměstků a zamezvání rexidací. Prt byly vyvinuty krycí strusky rafinační, které jsu využívány jak prstředek pr phlcvání vměstků a také mají vhdné vlastnsti pr zamezení sekundární rexidace. Dnes se prt pužívají na hladině celi v mezipánvi vícevrstvé (dvuvrstvé) strusky, které se skládají jak ze strusky krycí (izlační) tak ze strusky rafinační. Účinky půsbení krycích strusek na jakst plynule dlévané celi jsu závislé na fyzikálně chemických vlastnstech. Mezi nejsledvanější parametry krycích strusek patří: chemické slžení, sypná hmtnst, granulmetrické slžení, teplta pčátku a knce tavení, pvrchvé napětí, rychlst tavení. Základními slžkami krycích strusek jsu xidy CaO, SiO 2, Al 2 O 3, Cr 2 O 3, TiO 2, MnO, MgO, K 2 O, Na 2 O. Dále se přidávají ztekucvací přísady, jak je sda, kazivec, Na 3 AlF 6. Struska může také bsahvat uhlík, který je přidáván ve frmě grafitu v mnžství 3 až 40 % hmtnsti strusky. S chemickým slžením krycí strusky úzce suvisí parametr, který určuje bazicitu strusky. Bazicita strusky bývá velmi nízká a phybuje se v rzmezí 0,01 až 1. Optimalizace prudění celi v mezipánvi V mezipánvi prbíhá celá řada dějů, které vlivňují výslednu čisttu celi. Prt je v mezipánvi důležité vytvřit takvý typ prudění, aby vlastnsti celi na jedntlivých licích prudech byly shdné, tj. aby cel měla stejnu tepltu, stejné chemické slžení, stejnu čisttu z hlediska bsahu nekvvých vměstků a stejné dynamické chvání. Z těcht důvdů je nutné, aby každá částice celi setrvala v mezipánvi zhruba stejnu dbu a v tét dbě pršla stejnými blastmi prudění. Důležitu infrmací prudění celi v mezipánvi je dba, kteru určitá část celi setrvá v mezipánvi, tzv. retenční čas. Teretický průměrný retenční čas celi v mezipánvi byl vypčítán ze vztahu: V Q v 61 (11.1)

64 Rafinace a dlévání celi kde je teretický průměrný retenční čas, s - bjem celi v mezipánvi, m 3 - bjemvý průtk celi, m 3.s -1 Pr analýzu prudění celi v mezipánvi se pužívá hyptetický mdel, ve kterém je bjem celi v mezipánvi rzdělen na tři části: prmíchávaný bjem, bjem s pístvým tkem, mrtvý bjem. Prmíchávaný bjem úzce suvisí s její vtkvu částí, kde kinetická energie licíh prudu z pánve zajišťuje intenzivní prmíchávání celi. Na prmíchávaný bjem navazuje blast prudění celi s pístvým tkem. Důležitu vlastnstí pístvéh tku je rvnměrný průtk lázně, při němž žádný element taveniny nepředbíhá jiný element. V tét blasti má již prudění celi laminární charakter a jsu vytvářeny pdmínky pr vypluvání vměstků. V mezipánvi jsu i blasti, ve kterých cel prudí velmi pmalu. Tat blast představuje tzv. mrtvý bjem mezipánve. V blastech mrtvéh bjemu existuje největší nebezpečí pr lkální tuhnutí celi. Prt je důležité velikst mrtvéh bjemu v mezipánvi minimalizvat. Obvykle je tk celi v mezipánvi spjen s rzptylem retenčních časů, tzn. že některý element taveniny setrvá v mezipánvi delší a některý kratší dbu, než je průměrný retenční čas. Charakter prudění celi v mezipánvi by měl prt splňvat: minimální rzptyl retenčních časů celi na jedntlivých výlevkách, dstatečné abslutní hdnty retenčních časů, minimální výskyt mrtvých bjemů, zamezení zkratvéh prudění, zachvání určitéh pdílu prmíchávanéh bjemu celi v mezipánvi, zajištění dstatečnéh pdílu bjemu celi prudící pístvým tkem. Při prvzvání mezipánve je nutné ddržvat určitu minimální hladinu celi, aby v blasti výlevek nemhl djít ke vzniku vírů, a tím ke strhávání vměstků a strusky d vytékající celi. Prudění celi k jedntlivým výlevkám je mžn vlivnit instalací vhdných přepážek, přitm je však třeba vzít v úvahu, že tyt přepážky mhu zvyšvat pdíl mrtvých bjemů a při pužití nedstatečně kvalitních materiálů být zdrjem dalšíh znečištění celi. Prudění lázně v mezipánvi lze pdstatně vlivnit něklika způsby. Je mžné ptimalizvat celý tvar mezipánve, cž je někdy s technických důvdů značně kmplikvané. Jednduchým a čast pužívaným způsbem je úprava vnitřníh uspřádání mezipánve, kdy jsu d bjemu mezipánve vkládány různé bjekty (přepážky, hrázky, vícetvrvé přepážky atd.), které vhdným způsbem zlepšují charakter prudění v celé mezipánvi. Dpadvé desky Dpadvé desky se umísťují d mezipánve v blasti pd stínicí trubici. Zamezují mžnsti rzstřiku celi během plnění mezipánve, snižují turbulenci prudění lázně v mezipánvi a vytváří vhdnější typ ustálenéh prudění, jak je uveden na br V sučasnsti představují dpadvé desky jednduchu náhradu slžitých a pracně instalvaných hrních a dlních přepážek (weir a dam). Vhdně tvarvanu dpadvu desku umístěnu na dně mezipánve pd stínicí trubicí lze tedy dsáhnut ptimálníh prudění celi, jak je vidět na brázku. 62

65 Rafinace a dlévání celi a) bez pužití dpadvé desky b) při pužití dpadvé desky Obr. 11.6: Charakter prudění celi v mezipánvi Účinky pužití dpadvých desek pužitých v mezipánvi lze tedy shrnut d následujících bdů: zvýšení čistty dlévanéh kvu, zjedndušení knstrukce mezipánve (dstranění hrázek a přepážek), prdlužení sekvence, zvýšení prduktivity, zlepšení kvality předlitků. Dpadvé desky mhu mít různu knfiguraci, ale mají něklik splečných detailů. Stěny dpadvých desek bývají v hrní části překlpeny dvnitř, cž způsbuje, že prud z pánve rzptýlený pdél licí pdlžky je usměrňván zpět d středu tht prudu. Dpadvé desky mhu vystupvat pd různými bchdními názvy, jak např. Turbstp (FOSECO), Preventur Pad (COMAT), Cushin Pad (Advent), Impact Pad (RHI) atd. Přepážky a hrázky Pr úpravu charakteru prudění celi v mezipánvi jsu čast pužívány přepážky, které jsu také jinak značvány jak hrázky a jízky, neb je vhdné pužívat anglické výrazy dam (spdní přepážka) a weir (hrní přepážka). Jejich úklem je zrvnměrnit prudění, eliminvat mrtvé blasti a zejména eliminvat zkratvá prudění, cž je patrné z br Přiblížení k tmut stavu vede k vytvření pdmínek pr lepší dstraňvání nekvvých vměstků a zlepšení tepltní a kncentrační hmgenity lázně v mezipánvi. Jejich vliv na prudění je uveden na schématu. a) mezipánev bez přepážek b) mezipánev s přepážkami Obr. 11.7: Ukázka vlivu přepážek na prudění celi v mezipánvi pmcí rychlstních vektrů Důležitu pdmínku, kteru je nutn brát v úvahu, je, aby ptimální varianty tvaru a uspřádání přepážek byly navrhvány na základě mdelvéh výzkumu. Optimální varianta pr daný typ mezipánve nemusí být ptimální pr jiné prvedení mezipánve. Vícetvrvé přepážky Vícetvrvé přepážky (baffle) představují různé typy svisle umístěných přepážek v mezipánvi, které přesahují výšku lázně, mají různé tlušťky a jsu vyrbeny z různéh žárvzdrnéh materiálu. Základní charakteristiku přepážek je t, že bsahují větší pčet tvrů různéh průměru, tvaru a sklnu, přes které během dlévání prudí cel k jedntlivým výlevkám v mezipánvi, cž je patrné z br

66 Rafinace a dlévání celi Každá přepážka, umístěna v prstru mezipánve, mění zásadně charakter prudění lázně. V prstru za přepážku, kde lázeň prudí usměrněným pruděním, jsu vytvřeny pdmínky pr snadnější vypluvání nekvvých vměstků, čímž lze vlivňvat čisttu celi. Přepážky se také využívají k filtraci celi v mezipánvi, cž také Obr. 11.8: Ukázka vícetvrvých přepážek představuje vliv na čisttu lité celi. Navrhnut ptimální variantu vícetvrvých přepážek je úkl pměrně slžitý, prtže závisí na tvaru mezipánve, výšce lázně, průtku přes přepážku (a tedy na licí rychlsti) a dalších parametrech. Při návrhu je nutn ptimalizvat umístění přepážek, jejich tlušťku a hlavně parametry tvrů (průměr, tvar, pčet, skln). Keramické filtry Filtrace celi je jedním ze způsbů, kterým můžeme výrazně vlivnit kvalitu dlévané celi. Filtry musí mít schpnst zachytit nekvvé vměstky a jiné nečistty a nesmí klást příliš velký dpr prudění taveniny. Prtže mezipánev je velký zásbník tekuté celi, musí mít keramické filtry vysku dlnst prti tepelným škům a mechanicku pevnst za tepla, jakž i dlnst prti půsbení kvu a strusky. Pr filtraci celi v mezipánvi je pužíván něklik druhů keramických filtrů. Nejčastěji se v pdmínkách mezipánve pužívají filtry pěnvé či vícetvrvé (cedítkvé), jež se umisťují ve vertikálních přepážkách, ve kterých je umístěn 5 až 20 pěnvých filtrů, a tyt přepážky ddělují dpadvé míst mezipánve (tzn. míst vtku celi z licí pánve) d blasti jedntlivých výlevek. Dmýchání inertních plynů d mezipánve Inertní plyn je přiváděn d lázně pmcí prézních tvárnic, které jsu umístěny většinu ve dně mezipánve. Na tyt tvárnice jsu kladeny zvýšené pžadavky, prtže by měly zachvávat funkčnst během celéh dlévání, cž v praktických pdmínkách představuje dlití většíh pčtu taveb v jediné sekvenci. Ukázka vlivu dmýchání inertníh plynu pr vytvření pr stěny bublinek je uvedena na br a) intenzita dmýchání plynu - 5 l.min -1 b) intenzita dmýchání plynu - 30 l.min -1 Obr. 11.9: Ukázka vlivu intenzity dmýchání plynu na vytvření stěny bublinek Vystupující plyn z tvárnice tedy půsbí jak přepážka umístěná ve dně mezipánve a směřuje prud celi k mezifázvému rzhraní struska-kv. Vyšší stupeň dstranění nekvvých vměstků je výsledkem tří navzájem půsbících mechanismů: usměrnění prudění lázně směrem ke hladině mezipánve, lepší kalescence vměstků, následkem čehž se zvyšuje i rychlst jejich vypluvání, zachycení vměstků na pvrchu bublin dmýchanéh plynu, které vypluvají ke hladině celi a prcházejí přes vrstvu strusky, v níž se vměstky zachycují. Pnrné výlevky Pnrné výlevky (trubice) plní v zásadě stejné úlhy jak stínicí trubice, avšak přivádějí prud celi z mezipánve d krystalizátru. Mezi důležité funkce, které pnrné výlevky plní, patří: 64

67 Rafinace a dlévání celi chrana licíh prudu před naplyněním (tzv. rexidaci celi), zamezení rzstříkávání kvu, přivádění celi d krystalizátru laminárním prudem, čímž se zrvnměrňuje rzdělení kvu p průřezu krystalizátru, zabránění strhávání licíh prášku a nekvvých částic z hladiny d krystalizátru, usnadnění vyplavvání vměstků. Ukázka různých typů pnrných výlevek je uvedena na br a na br je ukázka prvzní aplikace pnrné výlevky. Obr : Ukázka různých typů pnrných výlevek Obr : Ukázka pnrné výlevky v prvzních pdmínkách Tvar pnrné výlevky (trubice) výrazně vlivňuje kvalitu předlitků. Pdle tvaru krystalizátru mhu mít pnrné výlevky různé tvary, jak např. kruhvé, válné, s náprvým a beznáprvým vyústěním knce. Ukázka jedntlivých pnrných výlevek s různými tvary je uvedena na br a) kruhvá náprvá b) kruhvá beznáprvá c) válná beznáprvá Obr : Ukázka různých typů pnrných výlevek Při pužívání pnrných výlevek (trubic) je d prstru pnrné výlevky také dmýchán inertní plyn. Cílem injektáže inertníh plynu je prevence prti sekundární xidaci a naplynění celi vytékající z mezipánve d krystalizátru. Existuje řada způsbů chrany lité celi, které představují různé typy pnrných výlevek, trubic a dmýchacích elementů chrannéh plynu. Pnrné výlevky však zajišťují nejen chranu celi před naplyněním. Pnrné výlevky (trubice) mají také vliv na prudění celi v krystalizátru a tím vlivňují čisttu plynule lité celi. Mezi parametry vlivňující čisttu patří velikst, tvar a úhel sklnu výtkvých kanálků s beznáprvým uknčením, ale také velikst průřezu trubice na vstupu a výstupu. Krmě těcht parametrů má vliv také hlubka pnření pnrné výlevky d celi v krystalizátru. Všechny tyt uvedené parametry vlivňují prudění celi v krystalizátru a tím i chvání licíh prášku na hladině, jeh mžné strhávání neb vypluvání nekvvých vměstků a jejich zachytávání, vlivňují ale také tvrbu vznikající licí kůry. Ukázka vlivu pnrné výlevky na prudění celi v krystalizátru je uvedena na br

68 Rafinace a dlévání celi Obr : Ukázka vlivu pnrné výlevky na prudění celi v bramvém krystalizátru Lze prvádět také dlévání celi bez pnrných výlevek (trubic), tzv. tevřené lití, které je prvázen vyšším nebezpečím rexidace při vlném výtku celi d prstru, prtže prud celi nebývá celistvý. Tent způsb dlévání se pužívá především u celí nižších jakstí, u kterých nejsu tak přísné pžadavky na bsahy plynů v celích a rvněž i při pužití krystalizátrů malých průřezů. Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Böhm, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. SNTL Praha, 1992, 443 s. ISBN [2] Dlejší, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. Pradenská příručka č. 42. TEVÚH Praha, 1987, 383 s. [3] Irving, W. R.: Cntinuus Casting f Steel. The University Press, Cambridge, 1993, 207 p., ISBN [4] Schwerdtfeger, K.: Metallurgie des Stranggießens. Verlag Stahl Eisen GmbH. Düseldrf, 1992, 640 p. ISBN Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) knstrukční řešení mezipánve úlha mezipánve při plynulém dlévání celi princip mezipánvvé metalurgie vliv prudění celi v mezipánvi metdy mezipánvvé metalurgie Otázky k prbranému učivu 1. Definujte základní úlhy mezipánve při plynulém dlévání celi. 2. Charakterizujte mezipánvvu metalurgii. 3. Ppište vliv prudění celi v mezipánvi na čisttu dlévané celi. 4. Uveďte a ppište jednu z metd mezipánvvé metalurgie. 66

69 Rafinace a dlévání celi 12. Tuhnutí a krystalizace předlitku při plynulém dlévání Čas ke studiu: 100 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět definvat jedntlivé zóny chlazení předlitku charakterizvat primární zónu chlazení krystalizátr vysvětlit vliv elektrmagnetickéh míchání na dlévaný předlitek ppsat sekundární zónu chlazení definvat pužívané dělící zařízení na ZPO charakterizvat terciární zónu chlazení Výklad Charakteristika chlazení předlitku na ZPO Na rzdíl d klasickéh dlévání ingtů se při plynulém dlévání předlitek phybuje, a t p zakřivené dráze a prchází třemi zónami chlazení, ve kterých jsu z předlitku dváděny následující mnžství tepla: primární zóna chlazení - krystalizátr (dváděné mnžství tepla 20 až 45 % - nižší hdnta se vztahuje na bramvé předlitky), sekundární zóna chlazení zóna mezi krystalizátrem a terciární zónu chlazení (dváděné mnžství tepla 40 až 55 %), terciární chlazení vychlazvací lže představující knec technlgickéh celku ZPO (dváděné mnžství tepla 20 až 30 %). Primární zóna chlazení - krystalizátr Krystalizátr představuje důležitu část ZPO. Zajišťuje prvtní chlazení tekuté celi. Tent prces je spjený se vznikem pevné vnější kůry, přičemž ve středu předlitku se nachází tekuté jádr. Právě prt musí být vzniklá vnější kůra předlitku dstatečně silná, aby dlala půsbení ferstatickéh tlaku, mechanickým napětím a defrmacím p výstupu z krystalizátru. Krystalizátr dvádí 20 až 45 % veškeréh tepla vznikajícíh předlitku, takže rvnměrnst dvdu tepla vlivňuje nejen tepltní napětí v krystalizátru, ale i v předlitku. Hlavní materiál pr výrbu krystalizátru tvří měď, prtže tent materiál vykazuje vysku tepelnu vdivst. Jsu využívány i slitiny mědi na bázi např. Cu-Ag, Cu-Cr, Cu-Zr atd. Tyt slitiny vykazují vyšší živtnst než krystalizátry z čisté mědi. Dle knstrukce lze krystalizátry rzdělit na tři základní typy, a t na blkvé, trubkvé a deskvé, přičemž nelze pmenut zvláštní skupinu tzv. zakřivených krystalizátrů, které umžňují pdstatně snížit výšku ZPO. První typ představují blkvé krystalizátry, které jsu vyrbeny z výkvku, přičemž jsu v nich vyvrtány tvry pr průchd chladicí vdy. Tent typ není příliš pužíván, prtže při jeh výrbě je sptřebváván velké mnžství mědi. Zbylé dva typy krystalizátrů (trubkvé a deskvé) se skládají ze dvu částí, vnitřní měděné části a vnější celvé knstrukce, d které je měděná část vkládána. Trubkvé krystalizátry se tedy skládají z měděné bezešvé trubky, která je vlžena a upevněna d celvé skříně. Tyt krystalizátry jsu charakteristické snadnu regulací teplty (změnu průtku 67

70 Rafinace a dlévání celi vdy), dbru tepelnu účinnstí a jednduchu knstrukcí. Jsu pužívány pr malé kruhvé a čtvercvé průřezy zhruba d 200 mm. Pslední typ představují deskvé krystalizátry, které se skládají ze čtyř desek spjených v celvém rámu. V sučasnsti se prsazuje úprava těcht krystalizátrů, tzv. nastavitelných deskvých krystalizátrů, které umžňují změnu průřezu. Ukázky jedntlivých typů krystalizátrů jsu uvedeny na br a) různé blkvé krystalizátry b) trubkvé krystalizátry c) deska z deskvéh krystalizátru Obr. 12.1: Ukázka vybraných typů krystalizátrů Trubkvé a deskvé krystalizátry se také rzdělují dle jejich tvaru a veliksti v průřezu. Existuje jich celá řada, přičemž jejich základní rzdělení je uveden na br Trubkvé (mm) Krystalizátry Deskvé (mm) 50 až 200 <130 < až až až až až až až až 2640 Obr. 12.2: Rzdělení trubkvých a deskvých krystalizátrů dle jejich průřezu Důležitým parametrem krystalizátrů je tzv. knicita, která představuje zúžení průřezu krystalizátru p jeh délce. Je nutné si uvědmit, že v průběhu tuhnutí celi v krystalizátru dchází ke vzniku utuhlé vrstvy, která se však smršťuje. Případná ztráta kntaktu utuhlé vrstvy se stěnu krystalizátru může vést k pruchám dvdu tepla a nestabilitě lití. Smršťvání je vlivněn především chemickým slžením celi (hlavně bsahem C), a prt krystalizátr určitém vnitřním tvaru (knicitě) není vhdný pr více značek celí, cž vlivňuje i jeh živtnst. Prtže by měl krystalizátr pdepírat licí kůru v celé délce a hlavně v blasti menisku a těsně pd ní, měla by se knicita maximálně přizpůsbvat křivce smršťvání p celé jeh délce. Dalším důležitým parametrem, pdle kteréh jsu krystalizátry děleny, představuje způsb ulžení krystalizátru v ZPO. Dříve se pužíval ulžení stacinární, kdy dcházel k phybu předlitku vůči pevně uchycenému krystalizátru, cž snadn vedl k přetržení licí kůry. Prt byly vyvinuty krystalizátry phyblivé, jak např. pružinvé vačkvé neb hydraulické, kdy se krystalizátr phybuje - sciluje a tím umžňuje dtržení utuhlé licí kůry předlitku d stěn krystalizátru s minimalizací nebezpečí přetržení licí kůry a vzniku výrnu tekutéh jádra. Tat technika, neb-li phyb krystalizátru, se nazývá scilace. Z hlediska tvaru křivky rzeznáváme následující typy scilace: 68

71 sinusvá rychlst krystalizátru směrem dlů a nahru je stejná, rychlst krystalizátru směrem dlů je pmalejší než nahru, rychlst krystalizátru směrem dlů je rychlejší než nahru. Rafinace a dlévání celi Na br je znázrněn druhý případ. Phyb krystalizátru směrem dlů je něc rychlejší než rychlst vytahvání předlitku, čímž vzniká tzv. negativní stripvání. Následuje phyb krystalizátru směrem nahru, přičemž jeh rychlst je asi třikrát vyšší než rychlst phybu směrem dlů. Legenda: 1 - pzice při lití, 2 - pzice krystalizátru, 3 - zdvih krystalizátru, 4 - phyb dlů, 5 - phyb nahru, 6 - negativní stripvání, 7 - knečný bd kntinuálníh klesání Obr. 12.3: Ukázka principu scilace Také v případě phyblivéh scilačníh ulžení krystalizátru může vlivem tření dcházet k přetržení licí kůry, cž se minimalizuje pužitím licích prášků neb mazáním lejem. Licí prášek tvří suchý, tepelně izlující jemnzrnný materiál s definvanu tepltu tavení, přičemž plní následující funkce: chrana kvu před rexidací celi v krystalizátru, tepelná izlace a chrana před tuhnutím celi na pvrchu, phlcvání a rzpuštění vměstků, mazání a dvd tepla na styku mezi celí a krystalizátrem. Účinky půsbení licích prášků pr plnění uvedených funkcí jsu závislé na fyzikálně chemických vlastnstech. Licí prášky se užívají při lití předlitků větších rzměrů, přičemž při lití menších předlitků je licí prášek zanášen d krystalizátru, cž vlivňuje výslednu čisttu celi. Prt jsu pužívány u menších předlitků mazací leje, tedy rstlinné leje, např. řepkvý lej apd. Mazací lej je přiváděn d hrní části krystalizátru, přičemž část shří nad hladinu, čímž zabrání přístupu vzduchu k tekuté celi. Další část se vypaří mezi tekutu celí a stěnu krystalizátru, čímž zabrání smáčení stěn, a pslední část snižuje tření mezi utuhlu vrstvu předlitku a stěnu krystalizátru. S hledem na charakter chlazení lze krystalizátr rzdělit p jeh délce na: úsek bezprstředníh styku kvu se stěnu krystalizátru, úsek, v němž se vlivem smršťvání vytváří mezi stěnu krystalizátru a předlitkem mezera (tent úsek je rzhdující, prtže v něm přechází 80 až 90 % tepla debranéh krystalizátru d chladicí vdy). Průchd tepla d pvrchu předlitku d chladicí vdy v případě tvrby mezery se skládá z následujících článků: přens tepla plynvu mezeru v krystalizátru, vedení tepla měděnu desku krystalizátru, přens tepla d stěny krystalizátru d chladicí vdy. Zásadní vliv na přens tepla v krystalizátru má tedy tvrba a charakter plynvé mezery. Mechanismus tuhnutí a tvrby licí kůry v blasti menisku bude vlivňván jednak přímým kntaktem tekuté fáze se stěnu krystalizátru, jednak bude prbíhat v blasti už zatuhléh a různými vlivy frmvanéh menisku. Nebude t tedy struktura typická pr přímý a usměrněný dvd tepla stěnu krystalizátru, ale dendritická struktura typická pr tuhnutí na vlné plše. Prkazuje se tím, že začátek tuhnutí celi prbíhá v blasti vlivněné pvrchvými jevy, tedy v blasti menisku. Zde lze 69

72 Rafinace a dlévání celi hledat příčinu vzniku scilačních vrásek a také zárdků příštích vad jak pvrchvých, tak i pdpvrchvých. Prvnáním hustty tepelnéh tku v krystalizátru lze ukázat průběh přestupu tepla v krystalizátru. Je patrné, že hustta tepelnéh tku v místě hladiny a nad ní je nízká s následným silným vzestupem v čase 2 sekundy d začátku tuhnutí, cž dpvídá místu 3 až 10 cm pd meniskem celi při běžných licích rychlstech. Pak hustta tepelnéh tku pstupně klesá k nízké hdntě v klí spdníh kraje krystalizátru. Tent průběh změn hustty tepelnéh tku lze charakterizvat následně: na začátku je kntakt celi s krystalizátrem mezený v pměrně malém místě, které se rychle zvětšuje s tvrbu ztuhlé licí kůry, pzrvané maximum hustty tepelnéh tku je způsben dbrým tepelně vdivým kntaktem licí kůry, která je tlačena prti stěně krystalizátru interním ferstatickým tlakem, následně, c se licí kůra stane v dstatečné míře samnsná, vytvří se mezi ní a stěnu krystalizátru plynvá mezera. Tent jev splu se zvětšující se tlušťku utuhlé licí kůry snižuje husttu tepelnéh tku. Z hlediska způsbu sdílení tepla mezi tuhnucím kvem a krystalizátrem lze tedy krystalizátr p výšce rzdělit na tři zóny, jak je vidět na br. 12.4: zóna L 1 zde dchází k nejintenzivnějšímu dvádění tepla vedením, je zde přímý styk dlévanéh kvu se stěnu krystalizátru, úzká vrstva licí kůry, zóna L2 zde dchází k intenzivnímu prudění celi, vytváří se již částečně vzduchvá mezera, která je však nestabilní - je zde již větší tlušťka licí kůry, zóna L 3 silná tlušťka licí kůry, která by již měla dlat ferstatickému tlaku, vytváří se zde stabilní plynvá mezera - dvd tepla se snižuje až pětkrát. Legenda: a - tekutá cel, b - utuhlá kůra předlitku, c - mezera, d - stěna krystalizátru, e - chladicí vda, t p - teplta předlitku, t v - teplta vdy, q - hustta tepelnéh tku, kw.m -2. a) zóna L 1 b) zóna L 2 Obr. 12.4: Schéma přestupu tepla v primární blasti chlazení V zóně L 1, která charakterizuje vrchní část krystalizátru, kde je tekutá cel v přímém styku se stěnu krystalizátru, se phybuje hdnta q 1 v rzmezí kw.m -2. V zóně L 2 (přechdvá zóna), která se nachází pd zónu L 1 a kde se již přechdně realizuje tvrba tuhnucí kůry, se hdnta q 1 snižuje a phybuje se v rzmezí kw.m -2. V zóně L 3, která charakterizuje spdní část krystalizátru, kde se již vytváří stálá mezera mezi utuhlu kůru celi a vnitřním pvrchem krystalizátru, se dvd tepla dále snižuje a hustta tepelnéh tku q 1 se phybuje v rzmezí kw.m -2. Pr husttu tepelnéh tku v primární blasti chlazení, mezi tuhnucím předlitkem a chladicí vdu prudící v krystalizátru, byla dvzena rvnice 1 1 sk 1 q1 tp tv ki tp tv (12.1) 1 k 2 kde: q 1 je hustta tepelnéh tku (W.m -2 ), 70

73 Rafinace a dlévání celi 1 sučinitel přestupu tepla z pvrchu předlitku na vnitřní pvrch krystalizátru (W.m -2.K -1 ), s k tlušťka stěny měděnéh krystalizátru (m), k měrná tepelná vdivst měděnéh krystalizátru (W.m -1.K -1 ), 2 sučinitel přestupu tepla z vnějšíh pvrchu krystalizátru d prudu chladicí vdy v krystalizátru (W.m -2.K -1 ), t p pvrchvá teplta předlitku ( C), t v teplta chladicí vdy v krystalizátru ( C). V rvnici (13.1) je uvedena veličina, k I 1 s k 1 k (12.2) kde: k I je sučinitel prstupu tepla z pvrchu předlitku d chladicí vdy, prudící v kanálcích krystalizátru (W.m -2.K -1 ). Tent sučinitel je platný pr případ, kdy je stěna krystalizátru přím ve styku s tekutu celí a přestup tepla je realizván přes měděnu stěnu krystalizátru. Tent případ je však v praxi případem ideálním, mžným puze v tekutém menisku celi br. 12.4a. V případě, kdy je již mezi krystalizátrem a tekutu celí vytvřena licí kůra, přítmen utuhlý licí prášek, respektive přítmna plynvá mezera, je přestup tepla nutn upravit v suladu s rvnicí (12.3) br. 12.4b. k II 1 1 kůry x m m sk 1 k 2 1 (12.3) kde: k II je sučinitel prstupu tepla přes jedntlivé vrstvy (W.m -2.K -1 ), tlušťka licí kůry (m), tlušťka strusky (m), m tlušťka plynvé mezery (m), s k tlušťka stěny krystalizátru (m), kůry měrná tepelná vdivst utuhlé kůry (W.m -1.K -1 ), x měrná tepelná vdivst strusky (W.m -1.K -1 ), m měrná tepelná vdivst plynné směsi v mezeře (W.m -1.K -1 ), k měrná tepelná vdivst měděnéh krystalizátru (W.m -1.K -1 ), 1 sučinitel přestupu tepla z pvrchu předlitku na vnitřní pvrch krystalizátru, (W.m -2.K -1 ), 2 sučinitel přestupu tepla z vnějšíh pvrchu krystalizátru d prudu chladicí vdy v krystalizátru (W.m -2.K -1 ). V plynvé mezeře mezi utuhlu strusku a pvrchem krystalizátru se však uskutečňuje přens tepla nejen vedením, ale i sáláním. Sálání má však zanedbatelný vliv na sučinitel přestupu tepla, je-li m menší než mm. Pr větší hdnty m vliv sálání narůstá, a t zejména pr vyšší pvrchvu tepltu předlitku. Na intenzitu sdílení tepla přes plynvu mezeru má převažující vliv přens tepla vedením (75 %) nad přensem tepla sáláním (25 %). Přens tepla vedením je vlivňván velikstí plynvé mezery m a dále zejména hdntu m. Pr hdntu sučinitele m je určující bsah vdíku v plynvé směsi, nebť ten má asi 8 větší tepelnu vdivst než statní slžky plynvé směsi. Velikst mezery mezi předlitkem a stěnu krystalizátru klísá v závislstech na vzdálensti p délce krystalizátru, na charakteru phybu krystalizátru, na rychlsti lití atd. Velikst plynvé mezery mezi 71

74 Rafinace a dlévání celi předlitkem a stěnu krystalizátru není stálá a její hdnta byla zjištěná experimentálně a phybuje se v rzmezí 0,2 až 2,5 mm. Elektrmagnetické míchání Elektrmagnetické míchání představuje jednu z mžných technlgií, kteru lze zvýšit vnitřní kvalitu předlitku. Princip tét technlgie spčívá v zajištění elektrmagnetickéh ple v celém bjemu kvu. Jeh vlivem dchází k míchání, cž zabezpečuje tepelnu a chemicku hmgenitu, dále usměrnění prudění a vypluvání vměstků a také zabránění vzniku vnitřních vad předlitku. Schéma umístění a vlivu míchání v krystalizátru (M-EMS) je uveden na br Licí prášek Pnrná výlevka Tekutá cel M - EMS Vměstky Krystalizátr Směr prudění Tažné válce Obr. 12.5: Účinek míchání v krystalizátru (M-EMS) Aplikace zařízení elektrmagnetickéh míchání je u zařízení plynuléh dlévání řešen ve čtyřech různých úrvních: v krystalizátru, v těsné blízksti pd krystalizátrem, v zóně sekundárníh chlazení, na knci sekce sekundárníh chlazení. Důležitým parametrem vlivňujícím účinnsti tét technlgie je zvlení vhdnéh směru míchání. Pužívají se různá magnetická ple jak rtační, lineární a příčné, jak je patrné z br Vhdným výběrem z těcht typů magnetických plí lze zajistit zamezení licích prášků a nekvvých vměstků. a) rtační b) lineární c) příčné Obr. 12.6: Způsby elektrmagnetickéh míchání Pr míchání v krystalizátru jsu pužívány míchače rtačníh typu, které příznivě půsbí na vypluvání částic stržených z licích prášků. Pr míchání v těsné blízksti pd krystalizátrem se pužívají míchače lineárníh typu. Jejich aplikace mezuje tvrbu vnitřních trhlin, dchází ke zlepšení struktury předlitku a zamezuje tvrbě svých segregací. Na knci sekce sekundárníh chlazení se využívají míchače rtačníh typu, které mezují tvrbu tzv. V segregací. Efekt půsbení elektrmagnetickéh míchání můžeme spatřvat především v: dsažení lepší vnitřní struktury předlitků, mezení středvých segregací, jak je patrné z br. 12.6, zlepšení rzlžení nekvvých vměstků. 72

75 Rafinace a dlévání celi a) svá struktura bez M-EMS b) svá struktura s M-EMS Obr. 12.6: Vliv M-EMS na mezení středvých segregací u schrvých předlitků Sekundární zóna chlazení Sekundární blast chlazení se nachází mezi krystalizátrem a terciární zónu chlazení. V tét zóně představuje hlavní chladicí médium vda, kteru je předlitek střikván. Správný způsb chlazení v sekundární blasti je velmi důležitý, nebť vlivňuje kvalitu předlitku z hlediska vzniku vnitřních i pvrchvých vad a středvé segregace. Předlitek, který vzniká v krystalizátru, je charakteristický pstupnu tvrbu pvrchvé kůry, přičemž puští krystalizátr s tekutým jádrem. P puštění krystalizátru je namáhán vlivem ferstatickéh tlaku s kmbinací tažné, hýbací a gravitační síly, cž vyvlává mechanická napětí a defrmace, které mhu vést ke vzniku trhlin. Optimální a účinné sekundární chlazení musí splňvat následující pžadavky: rvnměrnst chlazení pvrchu předlitku, intenzivní chlazení, krátká dba kntaktu nedpařené vdy s předlitkem, regulvatelnst intenzity střiku. V sekundární zóně chlazení se na ZPO pužívají dva základní typy chladicích systémů, a t jednslžkvé neb dvuslžkvé. Způsb chlazení, kdy je k střiku předlitku jak chladicí médium pužívána vda, představují jednslžkvé chladicí systémy. Chladicí kapalina je v tmt systému mechanicky neb tlakvě rzstřikvána ve frmě malých kapek na pvrch předlitku. Trysky pužívané k rzstřiku vdy se mezi sebu dlišují tvarem, čímž lze dsáhnut th, že pvrch předlitku střikvé plchy může mít různý tvar, jak např. eliptický, kruhvý, plchý, neb ve tvaru mezikruží. Právě tímt tvarem střikvé plchy lze vlivnit chlazení pvrchu předlitku. V zóně sekundárníh chlazení jsu zařazeny také tažné válce, které způsbují zpětný hřev chlazenéh předlitku a tím zabraňují v tmt jednslžkvém systému dsažení rvnměrnéh chlazení p celé plše předlitku, jak je patrné z br Obr. 12.7: Ukázka průběhu chlazení jednslžkvými chladicími systémy 73

76 Rafinace a dlévání celi Druhý systém chlazení představují dvuslžkvé chladicí systémy, kdy chlazení nastává směšváním vzduchu a vdy v různých pměrech těcht slžek dle ptřeb. Směs vzduchu a vdy se vytváří uvnitř trysky a vychází přes tvry trysek, které jsu jak v předchzím případě různě knstruvané pr dsažení pžadvané střikvé plchy předlitku. Vdní paprsek ve frmě mikrskpických kapiček je veden klm na pvrch chlazenéh předlitku. Dchází k dpaření kapaliny a na pvrchu nenastává nekntrlvatelné stékání nedpařené vdy. Systém vdvzdušnéh chlazení dstraňuje nedstatky dsud pužívaných jednslžkvých trysek a k dalším přednstem a výhdám patří: rvnměrnst chlazení pvrchu předlitku p šířce, krátká dba setrvání vdy na pvrchu předlitku. Dělící zařízení Plynule dlévané předlitky je nutn dělit na délky, které dpvídají pžadavkům navazujících prvzů. V sučasné dbě se pužívají převážně dva způsby dělení, a t řezání plamenem neb stříhání. U víceprudých ZPO velkých kapacit jsu pužívány autmatické strje pr řezání plamenem. Z technických plynů se pužívá především pmalu hřících plynů jak svítiplyn, prpan a zemní plyn. Dělení předlitků řezáním plamenem je čast výhdné již prt, že předlitek vystupuje z licíh zařízení pměrně malu rychlstí a jelikž při řezání hrkéh materiálu se dciluje 3,5 až 4x větší rychlsti řezání než u studenéh materiálu. Mderní řezací hřáky umžňují dělit nejenm menší předlitky, ale i silné bramy. V případě dělení tlustých bram jsu ale pužity pr jeden řez i dva hřáky. Ukázka různých způsbů dělení předlitků je uvedena na br a) dělení předlitku pmcí hřáku b) dělení předlitku pmcí dvu hřáků Obr. 12.8: Ukázka různých způsbů dělení předlitků pmcí řezání plamenem Druhý z uvedených způsbů dělení představují dělicí nůžky. Ty se pužívají především při dělení ušlechtilých a vysklegvaných celí. Tent způsb dělení umžňuje snížení materiálvých ztrát a zkrácení časů dělení, avšak tlakem nůžek dchází k defrmaci průřezu předlitku v místě dělení. Dělení stříháním je řešen pužitím pevných nůžek s phyblivým stříhacím systémem neb pužitím pjízdných nůžek, které se phybují splečně s předlitkem. Terciární zóna chlazení Knec technickéh a technlgickéh celku ZPO tvří terciární blast chlazení předlitků. Jejími základními technlgickými jedntkami jsu tažný systém s vdicí dráhu, u radiálníh (blukvéh) ZPO rvnací stlice a dále pak dělicí zařízení. Lze zde také zahrnut dsuvné zařízení včetně chladicíh systému. Tepl bsažené v předlitku je tedy dváděn d klníh vzduchu převážně sáláním a v menší míře přirzenu knvekcí, dále pak vedením d vdicích, tažných, rvnacích válců a chladicíh lže. 74

77 Rafinace a dlévání celi Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Böhm, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. SNTL Praha, 1992, 443 s. ISBN [2] Dlejší, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. Pradenská příručka č. 42. TEVÚH Praha, 1987, 383 s. [3] Irving, W. R.: Cntinuus Casting f Steel. The University Press, Cambridge, 1993, 207 p., ISBN [4] Schwerdtfeger, K.: Metallurgie des Stranggießens. Verlag Stahl Eisen GmbH. Düseldrf, 1992, 640 p. ISBN Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) knstrukční řešení jedntlivých zón chlazení na ZPO primární zóna chlazení - krystalizátr elektrmagnetické míchání sekundární zóna chlazení dělící zařízení terciární zóna chlazení Otázky k prbranému učivu 1. Charakterizujte základní zóny chlazení při plynulém dlévání celi. 2. Definujte průběh tuhnutí a krystalizace celi v primární zóně chlazení představující krystalizátr. 3. Uveďte vliv elektrmagnetickéh míchání na strukturu plynule litéh předlitku. 4. Vysvětlete princip bu systémů chlazení pužívaných v sekundární zóně. 5. Charakterizujte způsby dělení plynule litých předlitků. 6. Uveďte úkly a funkce, které plní terciární zóna chlazení. 75

78 Rafinace a dlévání celi 13. Vady plynule litých předlitků Čas ke studiu: 90 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět definvat pvrchvé vady ppsat vnitřní vady charakterizvat tvarvé vady Výklad Rzdělení vad plynule litých předlitků V průběhu dlévání celi na zařízení plynuléh dlévání může dcházet ke vzniku vad předlitků, které lze rzdělit d následujících skupin: pvrchvé vady předlitků: - pdélná trhlina na hraně předlitků, - pdélná trhlina na plše a blízk středu, - pdélná trhlina na čele blízk hrany s dprvdným pdélným zmáčknutím, - příčné trhliny na hranách, - příčné čelní trhliny, - příčné prhlubení pvrchu, - výrnek, průnik tekuté celi, - žebrvání - přeplátvání, - scilační vrásky, - dvjitá stěna (přebal), - diskntinuita tuhnucí kůry, - studený spj, - brky (rzstřik), - hřeben, - stpy p vedení předlitků, - místní hrké smrštění, - pdpvrchvé bubliny, - bdliny. vnitřní vady předlitků: - pdpvrchvé vnitřní trhliny, - hvězdicvé trhliny, - diagnální trhliny, - trhliny v plvině průřezu (mezitrhliny), - trhliny způsbené tažnými válci, - středvá prezita, - středvá segregace. tvarvé vady předlitků: - defrmace d tvaru ksdélníku, - defrmace d tvaru válu, - vybulení, vydutí, - pvrchvé vady. Pvrchvé vady Pdélné trhliny vznikají v dbě, kdy pvrch předlitku již ztratil styk s krystalizátrem, avšak pevnst vnější kůry předlitku je menší než napětí ve ztuhlé vnější kůře. Výskyt pdélných trhlin převládá mezi vnějšími vadami především při dlévání nízkuhlíkvých uklidněných celí bramvéh tvaru. Pdélné trhliny vznikají z metalurgickéh důvdu a jejich vzniku napmáhá zvýšená teplta a nadměrně vyská rychlst lití. Značný vliv na výskyt těcht trhlin má slžení a čistta celi a rvněž správná dezxidace. U některých značek celí, zvláště pr dlévání předlitků kruhvéh průřezu 76

79 Rafinace a dlévání celi a velkých bram, má význam i teplta stěn krystalizátru. Čistě mechanickým zdrjem výskytu pdélných trhlin je nesprávné vyrvnání krystalizátru vzhledem k metalurgické se ZPO a ke směru tažení předlitku. Je třeba věnvat rvněž pzrnst centrvání licí výlevky a pnrné trubice vzhledem ke krystalizátru. Pkud jde dlévání různých prfilů, je třeba brát v úvahu, že u předlitků čtvercvéh průřezu vznikají pdélné trhliny buď na zablených rzích neb zksených hranách či v jejich bezprstřední blízksti. Náchylnější k tvrbě trhlin je kruhvý průřez. Pměrně malý pvrch vzhledem k bjemu způsbuje delší dbu tuhnutí jádra předlitku. Rychle ztuhlá pvrchvá kůra brání smršťvání vnitřních vrstev a vytvářejí se pdmínky příznivé pr vznik trhlin. Někdy vznikají ještě v krystalizátru na předlitku teplejší pásy v místě, kde se již vytvřila plynvá mezera mezi předlitkem a krystalizátrem, na rzdíl d pdstatně chladnějších míst v plše styku předlitku s krystalizátrem. Na teplejších místech pvrchu předlitku s menší pevnstí pvrchvé kůry pak vznikají přímé neb spirálvé trhliny. Náchylnst k tvrbě pdélných trhlin se také zvětšuje s vyšší tažnu rychlstí a s vyšší tepltu. Tvrbě trhlin na kruhvých předlitcích lze zabránit, pdbně jak u jiných tvarů, vhdně vlenu ptimální tepltu celi a ptimální tažnu rychlstí a také úpravu krystalizátru s vhdnu knicitu. Na bramách, stejně jak u čtvercvých předlitků, se trhliny na hranách mhu bjevit v těch případech, kdy je plměr zablení krystalizátru příliš velký, a napak trhliny v bezprstřední blízksti hran svědčí tm, že plměr zablení je příliš malý. Způsb dstranění vady je v takvém případě především ve správné vlbě plměru zksení hran a vlbě dpvídající knicity krystalizátru. Pdélné trhliny na plše předlitku, které nejsu v zablené neb zksené části průřezu a jsu ve směru sy předlitku, dělíme na trhliny blízk středu a blízk hrany. Oba druhy jsu zbrazeny na br a br Uvedený druh trhlin může být způsben nervnměrným chlazením v krystalizátru neb nervnměrným chlazváním předlitků v sekundární sekci. Obr. 13.1: Pdélné trhliny na hranách čtvercvéh předlitku Obr. 13.2: Pdélné trhliny na předlitcích v blízksti středu a v blízksti hrany Vznik pdélných trhlin také vlivňuje jakst pužitéh licíh prášku, především pak viskzita. Když je viskzita taveniny licíh prášku (neb licí syntetické strusky) nízká, dchází při scilaci krystalizátru (při phybu vzhůru) k místnímu vtku rztavené strusky. V těcht blastech pak následkem zkncentrvání tahvéh napětí pžděným vyvinutím ztuhlé kůry předlitku dchází až k pdélnému rztržení. Příčné trhliny mhu vznikat zejména při nesuladu mezi rychlstí lití a tepltu stěn krystalizátru. Na tvrbu těcht trhlin má vliv krmě vlastníh prcesu lití i celkvý bsah uhlíku a síry v celi. Rvněž vlba příliš malých plměrů hýbání u strjů s hrizntálním výběhem předlitků může vést k tvrbě trhlin při hýbání a následném rvnání předlitků. Výskyt těcht trhlin pdprují různé 77

80 Rafinace a dlévání celi pvrchvé vady předlitků, např. vrásky, závaly, struskvé vměstky apd., které se vytvřily již v krystalizátru. Rvněž nadměrné znečištění celi škdlivými příměsemi, jak jsu cín, síra apd., mhu vyvlávat výskyt trhlin na pvrchu předlitku při jeh hýbání neb pětvném rvnání. Ukázka příčných trhlin je uvedena na br a br Obr. 13.3: Příčná trhlina na hraně čtvercvéh předlitku Obr. 13.4: Příčná čelní trhlina u čtvercvéh předlitku Příčné rhvé trhliny jsu způsbeny přílišnu defrmací při hybu, která vzniká při dchylce tažné stlice prti metalurgické se. Výraznéh snížení výskytu příčných rhvých trhlin se dá dsáhnut důsledným seřizváním a kntrlu úrvně tažných válců. Příčné čelní trhliny, které nejsu v zablené neb zksené části v průřezu, jsu způsbeny přilepením ke krystalizátru, neb v případě velkých průřezů prudkým chlazváním v krystalizátru či v sekundárním chlazení. Obr. 13.5: Příčné prhlubení pvrhu u bramy mající za následek prtržení kůry Příčné prhlubení je lkálním prhlubením pvrchu klm k se. Čast se vyskytuje v pravidelných intervalech pdél předlitku. Je způsben nedstatečným dtykem se stěnu krystalizátru, který může být vyvlán vysku chlazvací rychlstí neb klísáním hladiny celi v krystalizátru. Výsledkem je ztenčení kůry, cž může vést k příčným čelním trhlinám, výrnkům neb v extrémním případě k prtržení kůry. Příčné prhlubeniny vznikají také v důsledku příliš velkéh vtékání rztavenéh licíh prášku, čímž se pžďuje vývj ztuhlé kůry a krystalizátr při phybu dlů kůru naruší. Příčné prhlubeniny mhu být zcela dstraněny kvalitu a dávkváním licích prášků. Ukázka příčnéh prhlubení je uvedena na br Výrnek je průnik tekutéh kvu trhlinu v kůře předlitku. Jestliže však není průniku celi účinkem chlazení v krystalizátru neb v blasti těsně pd krystalizátrem (přímým střikem) včas zabráněn, dchází k úplnému prtržení licí kůry a tzv. průvalu". Ukázka výrnku je uvedena na br Žebrvání (jinak též zvané kapsa") je záhyb kůry předlitku způsbený btékáním tekutéh kvu prti již ztuhlé vrstvě v krystalizátru. Ukázka žebrvání je uvedena na br

81 Rafinace a dlévání celi a) výrnek u bramy (tat část předlitku je ještě v krystalizátru) Obr. 13.6: Výrnek představující průnik tekutéh kvu u bramy b) výrnek u bramy spjený s pdélnu trhlinu na hraně (tzv. rhvý průval) Obr. 13.7: Žebrvání (tzv. kapsa") způsbená btékáním tekutéh kvu prti již ztuhlé vrstvě Obr. 13.8: Přeplátvání na pvrchu předlitku Přeplátvání vzniká tak, že kv ztuhlý na hladině je dtlačen ke stěnám krystalizátru a pstupně je tam vtahván. Ukázka přeplátvání je uvedena na br Oscilační vrásky jsu příčné stpy byčejně umístěné ve vzdálenstech dpvídajících dráze, která prběhla během jednh scilačníh cyklu. Účinnst tht jevu závisí na licím prášku, licí tepltě a scilačním systému. Vrásky tedy vznikají na pvrchu předlitku při phybu krystalizátru vzhůru následkem narušení hrní vrstvy právě vzniklé kůry. Ukázka scilačních vrásek je uvedena na br Vznik vrásek způsbuje, krmě nedstatečnéh mazání stěn krystalizátru, také turbulence tekutéh kvu v krystalizátru a rvněž příliš nízká neb napak příliš vyská teplta stěn krystalizátru. Vrásky vyvlávají výskyt vážných vad při tváření nárčných značek celi za tepla. Obr. 13.9: Oscilační vrásky u kruhvéh předlitku ukazující tvrbu stahvání kůry Obr : Dvjitá stěna u čtvercvéh předlitku Dvjitá stěna je zřetelné ddělení pvrchu předlitku p celém bvdu způsbené ddělením kůry d klesajícíh předlitku. Ukázka dvjité stěny je uvedena na br Diskntinuita tuhnucí kůry se prjevuje puze při dlévání nedstatečně uklidněných celí jak pvrchvá nervnměrnst p celém bvdu. Změna v intenzitě uklidňvání vede ke zhrucení 79

82 Rafinace a dlévání celi hladiny celi. Vytváří se kůra, která je během lití pstupně balvána. Ukázka diskntinuity tuhnucí kůry je uvedena na br Obr : Diskntinuita tuhnucí kůry u bramy Obr : Zachycené prdukty na pvrchu předlitku D pvrchvých vad patří též tzv. brky, cž jsu zxidvané částečky celi zachycené p rzstřiku mezi kůru předlitku a stěnu krystalizátru. Částice dříve ztuhléh kvu zachycené pd pvrchem předlitku vzniknu např. z rzstřiku turbulentníh prudu. Mhu ulpívat na deskách krystalizátru v hrní části, tent pvlak může padat a být vtahván d krystalizátru. Zachycené prdukty mhu zůstávat na hladině a p ztuhnutí tvřit hraničené útvary na pvrchu předlitku. Rvněž částice z licích prášků mhu být vměstnány d nepravidelných útvarů, jež jsu pdbnéh charakteru. Ukázka zachycených prduktů na pvrchu předlitku je uvedena na br Mezi pvrchvé vady předlitků patří také tzv. hřeben, který vzniká při pužívání deskvých krystalizátrů. Příčinu je zde prnikání kvu d štěrbin spjů mezi deskami v rzích litéh průřezu. Stpy p vedení předlitku mhu být způsbeny mechanickým pškzením neb nedknalým tvarem pěrných vdicích elementů, hýbacích neb rvnacích válců neb jejich nesusstí. Rvněž místní smršťvání za tepla (tzv. hrké) na pvrchu předlitku představuje v pdstatě tvrbu lkálních trhlin běžně spjených s vyššími bsahy neželezných kvů na hranicích zrn. Ukázka hrkéh smršťvání předlitku je uvedena na br Obr : Hrké smršťvání u čtvercvéh předlitku 80 Obr : Bdliny u čtvercvéh průřezu, pvrch předlitku Bdliny jsu malé dutiny pdbné pdpvrchvým bublinám nacházející se blízk pvrchu a čast ve větších shlucích. Bdliny mívají průměr 1až 2 mm, avšak někdy dsahují i průměru 4 až 5 mm. Jejich příčinu je nedstatečná dezxidace neb rexidace během dlévání. Ukázka bdlin na pvrchu předlitku je uvedena na br Vnitřní vady Vnitřními vadami se rzumí takvé defekty struktury, které ve většině případů neprnikají na pvrch předlitku. Z tht hlediska jsu tedy btížněji zjistitelné. Příčiny vzniku vnitřních vad mhu být dány již výrbu celi. Z hlediska plynuléh dlévání celi mají velký vliv na výskyt vnitřních vad fázvé přeměny, při nichž nastává změna kapalné fáze ve fázi tuhu.

83 Rafinace a dlévání celi Výskyt vnitřních trhlin je způsben mechanickým a tepelným pnutím vyvlaným fázvými přeměnami v celi. Trhliny se tvří hlavně v případě, kdy se překrčí kritická hdnta tažných neb kmpresních sil na hranici mezi tekutu a tuhu fází. Téměř všechny vnitřní trhliny se tvří v pásmu teplt dpvídajících tzv. lámavsti za tepla těsně pd tepltu slidu. Citlivst celi na tvření trhlin se zvyšuje splu se zvýšením bsahu některých legvacích prvků, zejména chrmu, rvněž při vyšším bsahu dalších příměsí, jak je fsfr, síra, cín, měď a antimn. Prtže pnutí vznikající na rzhraní mezi tekutu a tuhu fází jsu závislá na rychlsti lití, rzměrech vyráběnéh předlitku a na plměru jeh hýbání, je zřejmé, že je mžn zabránit výskytu trhlin vytvřením dpvídajících pdmínek pr každý knkrétní případ. Příliš vyský tlak válečků na předlitek může být rvněž příčinu výskytu vnitřních trhlin. V pásmech sekundárníh chlazvání se trhliny u chlazvání tvří v těch případech, kdy se překrčí stanvená intenzita chlazvání předlitku. Pdpvrchvé vnitřní trhliny vznikají hned pd pvrchem předlitku. Vyskytují se v místech 6 až 20 mm pd pvrchem a jejich délka bývá 10 až 30 mm. Tyt trhliny jsu nazývané též trhliny na plviční cestě". K jejich tvrbě dchází těsně pd krystalizátrem. Bývají vyvlány buď tím, že na spdním kraji krystalizátru, kde je ztuhlá kůra dsud tenká, djde k vybulení, neb špatným seřízením vedení v sekundární zóně. Ukázka pdpvrchvých vnitřních trhlin je uvedena na br Obr : Pdpvrchvé vnitřní trhliny Obr : Hvězdicvé trhliny u čtvercvéh předlitku Hvězdicvé trhliny jsu radiální trhliny ve tvaru hvězdy, začínající ve středu předlitku a jsu způsbené příliš intenzivním sekundárním chlazením. Ukázka hvězdicvých trhlin je uvedena na br Příčinu je vyská rychlst krystalizace v centru tuhnutí způsbená nedpvídajícím sekundárním chlazením. Vnitřní své trhliny vznikají v centru předlitku p úplném ztuhnutí a jeví se jak následek nepravidelnéh chlazení předlitku. Diagnální trhliny jsu zřetelné trhliny sledující vnitřní rzhraní dvu různých rvin krystalizace. U čtvercvých předlitků mhu být diagnální trhliny vedeny d jednh rhu k druhému. Jsu způsbeny nervnměrným chlazením v sekundárním pásmu a jsu čast dprvázeny ksúhlým zbrcením. Tyt trhliny jsu způsbeny tepelným namáháním, jež je nutn přičíst příliš intenzivnímu neb nervnměrnému sekundárnímu chlazení. Ukázka hvězdicvých trhlin je uvedena na br Trhliny způsbené tažnými válci jsu příčné trhliny klmé k sám válců způsbené redukcí předlitku, je-li střed ještě v pltuhém stavu. Jsu způsbeny nadměrnými přítlaky válců tažných stlic. Ukázka trhlin způsbených tažnými válci je uvedena na br

84 Rafinace a dlévání celi Obr : Diagnální trhliny u blkvéh předlitku Obr : Trhliny u blkvéh předlitku způsbené tažnými válci Osvá středvá pórvitst je pr bramvý čtvercvý předlitek zbrazena na br Obr : Osvá středvá pórvitst u bramvéh předlitku Obr : Vlčkvitst u blkvéh předlitku Vlčkvitst je způsbena tím, že vdík je zachycván d prezit, jakžt mlekulární vdík. T znamená, že ke snížení precipitace mlekulárníh vdíku nestačí jen snížení bsahu vdíku, ale je třeba snížit i prezitu dlitku. Ukázka vlčkvitsti je uvedena na br Vady tvaru Prušení pravidelnéh tvaru předlitku nebývá zpravidla důvdem k vyřazení a zmetkvání, avšak pr změněnu hmtnst jedntlivých kusů vzniká větší dpad při dalším zpracvání. U kruhvéh a čtvercvéh průřezu mhu nastat btíže při jeh dalším tváření. Ukázka jedntlivých vad tvaru je uvedena na br a) zksení čtvercvéh průřezu b) válnst u kruhvéh průřezu c) vydutí u bramvéh předlitku d) knkávnst u čtvercvéh předlitku Obr : Ukázka jedntlivých typů vad tvaru U čtvercvých předlitků může nastat defrmace na ksčtverečný tvar. Tat defrmace se zvětšuje s rychlstí lití a mění se p délce předlitku. Oválnst představuje prušení kruhvéh průřezu. Vydutí představuje defrmaci předlitku čtvercvéh neb bdélníkvéh průřezu způsbenu nedstatečnu pdpru kůry prti účinkům ferstatickéh tlaku. 82

85 Rafinace a dlévání celi Knkávnst je defrmací předlitku čtvercvéh neb bdélníkvéh průřezu. Příčina vady se přičítá nesprávnému způsbu sekundárníh chlazení. Pužitá literatura, kteru lze čerpat k dalšímu studiu [1] Böhm, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. SNTL Praha, 1992, 443 s. ISBN [2] Dlejší, Z.; a kl.: Plynulé dlévání celi. Pradenská příručka č. 42. TEVÚH Praha, 1987, 383 s. [3] Irving, W. R.: Cntinuus Casting f Steel. The University Press, Cambridge, 1993, 207 p., ISBN [4] Schwerdtfeger, K.: Metallurgie des Stranggießens. Verlag Stahl Eisen GmbH. Düseldrf, 1992, 640 p. ISBN Shrnutí pjmů kapitly (pdkapitly) rzdělení a charakteristika plynule litých vad charakteristika pvrchvých, vnitřních a tvarvých vad definvání příčiny vzniku pvrchvých, vnitřních a tvarvých vad Otázky k prbranému učivu 1. Definujte rzdělení vad vznikajících při plynulém dlévání celi. 2. Charakterizujte a ppište princip vzniku pvrchvých vad předlitků. 3. Ppište princip a rzdělení vnitřních vad předlitků. 4. Uveďte způsb vzniku a rzdělení tvarvých vad předlitků. 83

86 Rafinace a dlévání celi 14. Nvé směry ve vývji plynuléh dlévání celi Čas ke studiu: 70 min Cíl: P prstudvání tét kapitly budete umět charakterizvat mderní technlgie dlévání definvat rzdíl mezi běžnu technlgií ZPO a technlgií dlévání předlitků tvarů blízkých tvarům výrbků, tenkých bram, pásů a plechů ppsat vybranu technlgii: NNSC, CPS, ISP, CASTRIP atd. Výklad Vývjvé trendy ZPO V blasti ZPO je vývj zaměřen u klasických a stávajících ZPO na zvyšvání výknu, snižvání nákladů a energií. Tyt technlgie vedu ke snížení nárků na následné přetváření, snižují investiční náklady, prvzní náklady a zlepšují kvalitu dlitku. Jedná se především následující technlgie: dlévání tvarů blízkých tvarům výrbků (technlgie NNSC), dlévání tenkých bram (technlgie CSP a ISP), přímé dlévání pásů či plechů (technlgie CASTRIP). Prvnání běžné technlgie na ZPO s mderními technlgiemi dlévání je uveden na br Obr. 14.1: Ukázka prvnání běžné technlgie ZPO s mderními technlgiemi dlévání 84