Verslag bij het schema van een ijzergieterij

. ...... ; .... ':'/ . , ,; ,I I ~

I,

:t

I

/3J/

e .B.H. Verbruggen. April 1952.

1rZ

t>

t,

f(UlM,

t

S-j)

tlf

-

W,

43

16.

I1 i t

I

-

I

L---i 1 I __ _ 4 , ' LJ t.: 1 I I1

J

l

--

---~ ~

r'lC'v

l ~.-=~~-- ~

'

INH0LJD

1. lnle id ing .

Ir. De ijzergieterij

111. De bereiding VRn ~ietijzer

:Dag.

1

5

7 a) . Het gereed Maken van de koepeloven 7 b) . De ladin~ van de koepeloven . 8 c) . Het in bedrijf stellen van de

koe-peloven . . . . . 10

d) . De ehe.,ü .3ehe en ptlyS is ehe proees::.:;en

in de koepeloven 11

IV. Het opstellen van een warmte-balans 16

1i te ratuur

-1. lnle id ing.

Voor de bereiding van ijzer voor het gieterijbedrijf heeft men een oven no~ig, die het metaal smelt en op de gewenste giettemperatuur brengt.

Is de benodigde hoeveelheid ijzer klein dan kan men

vol-staan met een electrische·-of een gasoven.

Voor het bereiden van grotere hoeveelheden wordt in de techniek uitsluitend gebruik gemaakt van koepelovens.

Voordelen van de koepeloven zijn, dat men het metaal

con-tinu kan smelten en de ijzerlading van zeer uiteenlopende aard kan zijn. Door de condities in de oven te regelen, kan men toch gietijzer verkrijgen van een gewenste samenstelling. Bovendien zijn de bouw- en smeltkosten laag en de bediening eenvoud ig.

De koepeloven is een oven van het verticale type en be-staat uit een cylindrische stalen huls. Als bekleding wordt

gebruikt een laag vuurvaste klei (+ 60% _{Si0 2)} , al of niet op een ondergrond van vuurvaste stenen.

Op enige afstand van de bodem bevindt zich de windkast,

wa~rdoor, via de blaasgaten, lucht van de Roots blower in de ovenruimte kan worden seblazen.

De afstand van de blaaseaten tot de bodem hangt af van de

hoeveelheid gesmolten ijzer dat de hasrd moet kunnen bevatten.

Bij continu aftappen b.v. kan deze afstand kleiner zijn dan

wanneer bij tussentijden wordt afgetapt. Aan de andere kant

mag de afstand ook niet te groot zijn, anders is Gedurende de

eerste stadia van het s~elten het ijzer te koud.

He t aantal en de A. fr'1et ingen van de blaasgaten hangt ten

I

-..

De lading, bestaande uit afwisselende lagen van het te

smelten metaal, cokes en toeslag, wordt door een laadgat,

dat zich op een bep~~lde hoogte in de zijwand van de oven bevindt, naar binnen gestort.

2.-De I:~evormde slak kan beneden de blaasgaten worden afge-tapt, terwijl het ijzer in het laagste punt wordt afgetapt. De laag qangestampt vormzand op de bodem verloopt daartoe enigszins bellend naar het tapgat.

Ter hoogte van de haard ruimte is tenslotte in de ovenwand een deur aangebracht, die tijdens bet sr1eltproces is afgeslo-ten. Bij het aanleggen van het cokesvuur is deze deur geopend

en bevord ert zod oende de trek.

De koe~eloven kan voorzien zijn van een vaste bodem of een scharnierende bodem. In het eerste geval wordt de rest van de cokes na het smeltproces door de deur verwijderd, terwijl in het andere geval eenvoudig de bodem wordt

open-gedraaid.

In combinatie met de koepeloven wordt wel eens een voor-haard gebruikt, waarin het vloeibare ijzer wordt opgevangen. Door deze haArd te verhitten kan men het ijzer langere tijd

op hoge temperatuur bewaren. Het koolstofgehalte kan beter

geregeld worden, doordat de contacttijd tussen het vloeibare ijzer en de cokes in de haqrd van de koepeloven veranderd kan worden. Bovendien bestaat de mo~elijkheid het ijzer in de voorhaard van on~ewen8te bijmengselen (bijv. s) te zuiveren

en de slak goed af te voeren.

Tenslotte dient vermeld te worden dat er installaties in

gebruik zijn, die de in[;eblazen lucht voorwarmen. Om deze lucht te verwarmen kan men gebruik maken van een goedkope

3.-als een bepaalde verbrand ingswaqrde (CO) bezitten. Deze laat-ste methode wordt het meest togepast. Een gedeelte van de roo~

gassen wordt afgetapt en via een verbrandingskamer door een warmtewisselaar geleid , waAr de ingeblazen lucht voorverwarmd wordt .

Als voordelen bij het Gebruik van voorgewarmde lucht wor -den op~egeven dat een grotere s~eltcapaciteit bij een hogere en meer gelijkrnatige te~rperatuur verkregen kan worden met te-vens een geringer verbruik aan cokes. Bovendien zouden de zwa-velopname en de afbrand aan Si en 1~n tijdens het smeltproces geringer zijn. iE

In de ontworpen gieterij wordt per dag 15-20 ton gietijzer verbruikt, terwijl het gewicht der afzonderlijke gietstukken de 300 kg niet te boven gaat . Aange~ien de gietpan veel meer kan bevatten, is een voorhaard dus overbodig.

Ook het werken met voor,.;sewarmde lucht heeft in dit geval geen zin, daar de koepeloven slechts 4-5 uur achter elkaar

in bedrijf is. lLen begint n.l. pas profijt te trekken van de

warme lucht, als de warmte-uitwisselaar op temperatuur is.

Bovend ien is de inst"llatie kostbaar.

De in het schema Getekende koepe.lovens hebben een maximale smeltcapaciteit van 5 ton per uur. ~ij zijn voorzien van een scharnierende bodem, waarvan het voordeel is dat na het

smelt-• Opmerking:

Uit ervaringen, opgedaan tijdens het practisch werken, is gebleken, dat het moeilijk is tijdens het smel ten de meest

gunstige condisties te handhaven. Het kwam bijv. herhaalde-lijk voor, dat tijdens het smelten het CO-percentage in de rookgassen vrij sterk terugliep. Dientengevolge ontbrandde het gas niet meer en moest op koude lucht worden overge-schakeld.

- - - -- - -

-4

.-proces de resterende cokes en slak snel en ge~kkelijk ver -wijderd kunnen worden.

5.-Ir. De ijzergieterij.

De opstelling van de koepelovens, zoals in het schema is aangegeven, heeft als voordeel dat de slak buiten de eigen-lijke gieterij kan worden afgetapt en er practisch geen last van de warmtestraling wordt ondervonden. Bovendien kan de pan met het gietijzer snel en gemakkelijk met behulp van een mo-torlorrie naar de ele ctris che he fkranen worden vervoerd.

Deze nemen de gietpan over en kunnen de gietkasten, die op de transportbanen staan, volgieten.

De gieterij is ontworpen voor het vervaardigen in serie van kromme pi jpsegr'1enten en _ syphous. Draaibare tafels, waarop aan beide kanten modelplaten met het halve model gemonteerd kunnen worden, staan onder een serie bunkers opgesteld. De bunkers bevatten geregenereerd oud zand.

De onderkast wordt op de tafel met het halve model g e-plaatst en met een laag zand gevuld. Nadat het zand met een pneumatische stampe r verd icht is, word t er een tweede lang zand opgebracht, verdicht etc.

De kast wordt met behulp van een pneumatische kraan op de transportbaan gezet waarna de kern in de vorm geplaatst wordt. De bovenkast wordt op dezelfde manier gereed gemaakt, op de onderkast geplaatst en met kra~en verzekerd.

De kerns van groen zand worden ter plaatse gemaakt in

kern-dozen. Voor het vervaard igen van droge kerns is een aparte kernmakerij aanwezig. Het hiervoor benodigde nie'uwe zand wordt eerst gedroogd en in een kollermolen met bepaalde hoeveelhe-den lijnolie, bindmiddel en water vermengd. De kerns worden weer in kerndozen vervaardigd en in een droogstoof gebakken.

hey

Nadat de f,ietkast afgegoten is, wordt na enige tijd(giet-stuk er uit verwijd erd. Dit p;ebeurt boven een rooster,

waar-

6.-door he t zand op een transportband terecht komt.

Na afkoeling worden de g;ietstukken met de motorlorrie naar

een a.angrenzende fabriekshal vervoerd, waar zij worden

schoon-ge~qakt , getest en eventueel machinaal nabewerkt.

Het oude zand wordt via een magnetische ijzerafscheider

naar een jacobsladder ver~roerd, d ie het in een grote

oud-zand-bunker stort. Onder deze bunker staat een kollermolen

opge-steld. Het zand wordt hier gemengd met bepaalde hoeveelheden

nieuwzand, steenkoelpoeder en water, zodat het weer de

vereis-te eigenschappen verkrijgt. Vervolgens wordt het

geregenereer-de zand via een jacobsladgeregenereer-der op een transportband gestort, die

het naar de bunkers voor geregenereerd oud zand vervoert.

~er dag worden

+

80 gietstukken vervaardigd. De hoeveelheid

- , -

-

7.-111. De bereid ing van gietijzer.

a). Het gereed maken v~n de koepeloven.

Va.n de beide koe:pelo'lrens wordt er afwisselend elke dag een

in gebruik gesteld. Nadat de koepeloven na een smeltproces

ge-durende een nacht is afgekoeld, wordt de conditie van de

be-kleding onderzoc!lt.

He t gedee 1 te van de bekled ing tussen de blaasgaten en het

eind VBn de smelt7.one wordt over bet algemeen het zwaarst

aan-getast. De temperatuur is bier het hoogst geweest, n.l. +

17000 _{C en de aantasting van de slak bet grootst. Vooral}

di-rect boven de blaasgaten is de bekleding sterk aangevreten.

De aa.ntasting van de haardwand is over het algemeen veel

geringer dan die van de oxydatie- en smeltzone. Dit is te

ver-klaren uit het feit, dat de temperaturen daar aan7.ienlijk

la-ger zijn.

Ook het deel van de ovenwand vanaf het onderste deel der

•

voorwarmzone tot aan het laAdgat beeft gewoonlijk weinig

ge-leden.

Op de plaatsen, waar de bekleding is aangetast, wordt de

slak met een houweel weggeslagen. In verband met de

materiaal-kosten, mag niet te veel van de bekleding worden weggenomen;

ook mag niet te weinig worden weggenomen, daar anders de

over-gebleven slak bij een volgend proces smelt en de gehavende,

ongerepareerde ovenbekleding vrij komt.

Nadat deze plaatsen van de slak gereinigd zijn wordt er

een laag verse stampmassa opgebracht. Deze stampmassa beeft

dezelfde samenstelling als de ovenbekleding en wordt voor het

gebruik tezamen met een weinig water goed gekollerd. Tenslotte

- - - .

8.-Nadat de bekled in8 gerepareerd is, wordt op de bodem een nieuwe zandlaag aangelegd. Deze laag moet een goede g asdoor-laAt bezitten om de gassen in staat te stellen door de

lucht-gaten in de bodem te ontwijken. Bovendien moet het zand goed aangestampt worden O~-l het wegdrijven tijdens het smeltproces

tegen te gaan.

Op de plaatsen waar de ijzer- en slakkentapgaten moeten komen, zijn openin,gen in de ovenwand uitgespaard. Het tapgat wordt gemaakt door een mengsel van modelzand en vuurvaste steen stevig om een houten pen te stampen. Deze pen loopt conisch toe om het afsluiten van het gat met een kernprop

r!logelijk te maken. Bi j het afta!)pen van het ijzer of het af-blazen van de slak wordt de prop uit het gat verwijderd; na afloop van deze periode wordt het gat met een nieuwe leem-prop afgesloten.

b). De lading van de ko~peloven.

De metallische lading kan besta~n uit ruwijzer, staal-schrot en gietijzerschrot, waartoe dus ook het afgekeurde

gietwerk, opkomers etc. van de eigen gieterij gerekend wor-den. Verder wordt cokes voor de verbranding en toeslag voor de slakvorming toegevoegd.

Om het gietijzer te legeren kan men eventueel ferro-sili-cium, ferro-mangaan etc. toevoegen.

Ruwijzer is een product van de hoogovens en bevat naast

~,

ijzer steeds hoeveelheden' Si, Hn, P en S.

Het ruwijzer kan gedeeltelijk en SOr!lS zelfs geheel door staalschrot vervangen worden. Het voordeel hiervan is, dat de temperatuur van het vloeibare gietijzer hoger wordt, de sterkte van het gietijzer toeneemt en het S- zowel als het P-gehalte afneemt.

ll.-Nadelig is echter de meer ongunstige grefietverdeling, de

grotere krimp en de slechtere bewerkbearheid.

Deze nadelen kunnen voor een belangrijk deel ondervangen

worden door het gietijzer voor het gieten met ferro-silicium

te enten in de goot, die het vloeibare ijzer van het tapgat van de koepeloven naar de gietpan voert.

In het gietijzer komen als meest bela.ngrijkeelementen Si,

Mn,

P en S voor.

Silicium is een grafietvormer en het meest belangrijke

element om de structuur van het gietijzer te regelen.

Mangaan is een carbide-vormend element, verhoogt de hard-heid van het gietijzer en gea.t de oxydatie tegen. Een kleine

hoe~7eelheid is zeer gewenst omdat het de werking van stegen gaa t door HnS te v orrren, da t in des lak opge nome n word t.

Het zwavel is een verontreiniging dat uit de cokes wordt opgenomen. Als FeS geeft het harde plekken in het gietstuk, verlaagt de bewerkbaarhe id en ve rhoogt de broshe id.

Het phosphor verhoogt de dunvloeibaarheid van het g esmol-ten metaal, hetgeen soms zeer nuttig is voor dunwandige giet

-stukken, waaraan geen speciale mechanische eisen gesteld wor-den. Het vormt met Fe en C een eutecticum, bekend als stea-die t; het verlaa.e;t de weerstand tegen stoot en verhoogt de vermoeiingsweerstand.

De cokes moet een minimaal C-gehalte van 88% hebben. Naast

de koolstof bevat het nog een hoeveelheid vluchtige

bestand-delen, zwavel en as. De gemiddelde samenstelling van cokes-as is 45% SiO~, 40% Al_{G0 3 en voor de rest CaO en FeO.}

Om reeds genoemde redenen moet het S-gehal te zo la~g rnog e-lijk zijn en de 1% niet te boven gaan. Bovendien moet de cokes

hard zijn, gelijlbm~tig van stukgrootte , terwijl 'deze

stuk-grootte aangepast moet zijn aaD de ovendiameter.

I I

10.-De toeslag bestaat voor 96% uit caC0₃₁ terwijl als

onzui-verheden SiO~ en Al~03 voorkomen. De toeslag vormt tezamen

me t de coke sas, zand en roe st een f,emakke 1 ijk smeltbare slak.

c). Het in bedrijf stellen van de koepeloven.

Om de oven in bedrijf te stellen wordt de aanlegdeur ge -opend en een hoeveelheid van te voren opgestapeld hout ont-stoken. Als het hout goed brandt, brengt men geleidelijk zo-veel cokes in, tot de juiste cokesbedhoogte is verkregen.

De hoogte van dit cokesbed is afhankelijk van de ovendia

-meter en de condi ties van het smeltproces en wordt

uitslui-tend experimenteel bepaald.

iada t men er ze ker van is, ela t z icb ge en hout meer in de

oven bevindt en de cokes goed is aqngetrokken , wordt de

a8n-legdeur afgesloten.

Nu kan met het inzetten van de oven worden begonnen.

Achtereenvolgens vult 8en de oven laagsgewijs met toeslag, ijzer en cokes tot aan het laadgat. De gemiddelde dikte voor de smeltcokeslaag bedraagt + 12 cm.

Geleidelijk wordt nu de wind op de oven gezet en na onge-veer 10 minuten kan men het eerste ijzer aftappen.

Als de koepeloven in bedrijf is, verkeert hij in een sta-tionnaire toestand.

Regelmatig wordt via het laadgat ijzer, cokes en toeslag

in de' O~Ten gestort, terwijl op 'bepanlde tijden het vloeibare ijzer en de slak worden afgetapt.

De bovenste lagen van de heschikking worden door de op-stijgende verbrandingsgassen 8edroogd en voorverwarmd. De zone, wa!:lrin dit plaats vindt, wordt voorwarmzone genoemd ..

In deze zone, wasrin de temperatuur tot boven de 10000 C ~~n stijg_{en, wordt de kalksteen ontleed in CaO en CO 2 • Deze}

11.-ontleding zal door de stijgende temperatuur en de snelle

af-voer van het _{CO 2} worden bevorderd .

Bij het verder naar beneden zakken van de beschikking,

wor-den zones van steeds hogere temperatuur bereikt. Deze

tempera-tuur zal tenslotte zo hoog zijn, dat het ijzer smelt. Deze

zone noemt men de smeltzone.

Het vloeibare ijzer druppelt naar beneden en komt in een

zone , waar nog zuurstof" aanwezig is en waar de cokes verbrandt.

Dit deel van de ovenruimte tot aan de blaasgaten wordt de

oxydatiezone genoemd .

Hier wordt ook de slak gevormd, die de ijzerdruppels met

een dun laagje omgeeft. Dit dunne laagje voorkorlt overmatige

oxydatie van bet ijzer.

Na een zone van maximum temperatuur, + 1700° C, te zijn ge

-passeerd komen het ijzer en de slak tenslotte in de haard

te-recbt, van waaruit zij kunnen worden.afgetapt.

d) . De chemische en ~hysische processen in de koepeloven.

Het verloop van bet verbrand ings- en smeltproces in de

koe-peloven bepaalt in hoofdzaak de economie VAn de g

ietijzerbe-re iding.

De kennis van deze processen en het vinden van de meest gunstige bedrijfscondities is dan ook van zeer groot belang.

De elementen, die het verbrandingsproces beheersen, zijn de

koolstof en de zuurstof.

De luchtzuurstof , d ie via de blaasgaten in de Èlvenruimte

wordt geblazen, reageert met de da~r aanwezige koolstof

vol-gens de reactie:

C + O~ ----~ _{CO 2} + 97 cal.

Een deel van het gevormde COG wordt door de koolstof tot

CO gereduceerd volgens:

I .

I •

12.-Indien zich op elke plaats in de koepeloven een evenwicht zou kunnen instellen, zouden de percentag_{es aan N21 CO2 en CO}

in de rookgassen uitsluitend door de temperatuur bepaald

wor-den. De evenwichtstoestand wordt gegeven door de

vergelij-king:

CO_{2 +} C _< ____ •• 2 CO - 39 cal.

Di tevenwicht 1 igt boven de 10000 C vri jwel geheel aan de

CO-kant, bij dalende temperatuur verschuift het naar links

en beneden de 4000 C is bijna uitsluitend CO₂ aanwezig.

Aangezien de temperatuur der ontsnappende rookgassen +

4000

C

bedraagt, zouden deze bij instelling van het

even-wicht alleen uit N2 en CO₂ bestaan. Door de grote snelheid

der verbrandingsgassen en de bij de dalende temperatuur

af-nemende reactiesnelheden wordt de evenwichtstoestand echter

niet bereikt, zodat de ontsnappende gassen altijd CO

bevat-ten.

Hoewel er dus geen sJ)rs'ke is van een evenwichtstoestand I

bestaat er in de oven wel een stationnaire toestand. Deze

stationnaire toestand kenmerkt zich door het feit, dat op

elke willekeurige pla.ats in de oven de physische en chemische

omstandigheden gelijk blijven, terwijl de zich verplaatsende

materie voortdurend van aard en samenstelling verandert.

Aangezien er met het CO een belangrijke hoeveelheid

ver-brandingsenergie verloren gaat zal men dus moeten trachten

het gehalte aaD CO in de uitlaatgassen zo laag mogelijk te

houden.

Een hoog CO₂-gehalte brengt echter een grote af"brand

(voor-al aan Si) met zich mee, een laag CO~-gehalte grote

brand-stofkosten.

Experimenteel is gebleken, dat het koepelovenproces op de

13.-11 - 14% CO~ bevatten.

Op

de CO~ - CO verhouding zijn van invloed: de ingeblazen

luchthoeveelheid, de ij7.er - cokes verhouding, de grootte en

plaats van de blaasgaten, de reactiviteit en de stukgrootte

van de cokes, de hoogte van het cokesbed etc.

Ind ien men de luchthoeveelhe id groter maAkt, zal de g

as-snelhe id toenel':en, met als gevolg een hog_{er CO 2-percentage}

in de uitlaatgassen. Door de grotere verbranding zal de

ijzer-temperatuur en de smeltcapaciteit toenemen (zie later het

Jungbluth-d iagram); het hogere CO~-percentage zal in de

smel tzone echter een grotere afbrand veroorzaken.

De CO 2 - CO verhouding wordt ook beïnvloed door de ijzer

-cokes verhouding te veranderen. wordt bij constante

luchthoe-veelheid de ijzer - cokes verhouding g_{roter, dan zal het CO}

2-gehalte in de uitlaatgassen toenemen.

Het eenzelfde gewichtshoeveelheid cokes wordt nu meer ijzer

gesmolten. Dit resulteert in een grotere smeltcapaciteit en

een lagere aftaptemperatuur van het gietijzer.

Door Jungbluth zijn experimentele diagrammen opgesteld,

waarin in Het gietijzertemperatuur - smeltcapaciteit diagram

lijnen van constant luchtvolume en lijnen van constante ijzer

cokes verhouding zijn getekend.

Onderstasnd diagrnm geldt voor een koepeloven met een

bin-nendiameter van 90 CD.

"::-$mdt

capaclte.lt <. ", -.~.' • • ' ~ , ' " -, ,.

tonI

·

uur

, ,

14.-De grootte en de plaats van de blaasgaten moet ~odanig

zijn, dAt de lucht eeli,jkr!latig over de ovendoorsnede wordt

verdeeld en ook in het centrum volledige verbranding optreedt.

Bij groter wordende reactiviteit van de cokes zal de

gas-samenstelling naar de CO-kant verschuiven.

Bij afnemende stukgrootte van de cokes, dus een groter

totaal oppervlak, zal de weerstand , die de verbrandingsgassen

onderv inden, toenemen. Hierd oor zal de verbrand ingszone zich

naar omlaAg verplaatsen en het CO-gehalte stijgen~ Het

cokes-verbruik en de smeltcapAciteit zullen dus toenemen; de af

tap-temperatuur zal echter af'nemen .

Ook de hoogte van het cokesbed is van zeer groot belang.

Aan de top van dit bed mogen de verbrandingsgassen geen vrije

zuurstof' meer bevatten. Is het bed te laag dan heeft in de

smelt een overrDatise ox:rdatie aan C, Si en Mn plaats. Is het

te hoog, dan is het verbrandingsproces door de te grote

CO-vorming niet economisch. Beide gevallen resulteren in g

iet-ij 7,e r me teen lage ter1:ra'a tuur.

NAast bet verbrandings- en sriel.tproces is ook de slakvor-ming van grote betekenis. Er moet voldoende toeslag toege-voegd worde n om me t de coke sas, het aan he t i j zer he chtende

zand en de roe st een ger"1akkelijk smeltbare slak te vormen.

Daar de ovenbekleding "zuur" is (50 - 60% S_{10 2} en 30 - 40%

Al203) ' zal zij Met het ç"evormde CaO, ontsta.an door ontled ing

van Ca.C0 3 , reageren.

De slakreactie kan zi jn van het type:

3 CaO + Al~3 + 2 SiO_G ---~ 3 CaO . A1203 • _{G Si0 2 •}

Om eoed smeltbaar te zijn moet de slak "behalve Al~P3' CaO

lb.-Inà ien te veel toe slag word t gebruikt, is de kans groot, dA.t de haardbekleding sterk wordt aangetast.

Tenslotte wordt aan de lading een hoeveelheid soda

toege-voegd om de smelt te ontzwavelen.

De werkin8 berust op de volgende reacties:

NazO + FeO • SiO~ + C ----". Na~Si03 + CO + Fe

Na~O + Mn'S ----~ NazS + 1lnO

N8 20

+

FeS

----~ N8~S + FeO

Zolang er nog soda aanwezig is, blijven deze reacties voortduren.

Daarnaast treden op:

NaGs + FeC • _{Sie G} + ~ EnO ----~ _{Na 2Si0 3} + Fe + Mn + S02 en

Na2S

+

FeO . SiC~ ----~ Na2SiOZ + FeS

De eerste reactie neer.1t in snelheid af bij dalende tem pera-tuur, terwijl de laA.tste reactie, die betS weer in de ijzer-smeI t terugbrengt, in snelhe id toeneell't b ij afnemende slak-tempe ra tuur.

16.

-IV.

Het opstellen van een warmte-balans.

Ter handhaving vsn de optimale condities van het koepel-ovenproces is voortdurende controle en correctie noodzakelijk.

Bovendien moet met behulp V8n een warmte-balans de economie

van het proces gecontroleerd worden.

Aangezien het geen zin heeft een warmte-balans met g

efin-geerde eegevens op te stellen, werden in onze berekeningen

ge-gevens F;ebruikt, die aan een koepeloven van dezelfde

afmetin-gen (ge cm dian,eter) werden gelYleten.

,,,

De warmte-balRns wordt opge7et over de tijdsduur v~n een

uur. Ladine;: 4CO kg st8$1 100 kf..> D' ruwijzer 16 kg ferrosilic .

SC

kg cokes 14 kg toeslag 4 blokken N8;:::C0 3

Materiaal C v.d. lading kg. % kg % Staal 400 0,11 0,44 0,02 Ruwijzer 100 2,96 2,96 2,34-Fe.Si. 16

--

--

₇₅ Totaal 516 3,40

%

Analyse v.d. lading 0,66 Analyse verkregen 3,10 gietijzer --~- - --L . . - - - -- ~-- -Si Mn kg % kg 0,05 0,54 2,16 2,34- 0,35 0,35 12,50

--

--14,52 2,51

%

%

2,81 0,49 2,40 0,45 P

%

0,03

--S

%

O,~

--I--' --...J • I

18.-G uur en 1(", ;·'in. na het opzetten van de wind werd 7 ton giet-ijzer afgetapt .

Gegevens: Barometerstand 76 cm Hg.

T8!:!:rperatuur 20° C.

Gietijzerproductie 3,23 ton/uur.

Ge~.gietijzertemp. aan tapgat 1400°

C.

Verbruikte hoeveelheid cokes 0 ,54 tonfUur.

Percent. C. in cokes 92%.

Winddruk 40 cm water .

Luchtvolume 3600 m3/Uur.

lloeveelh.water in luchtvol. 30 kg/uur.

Gemiddeld perc.Ce

G in rookgassen 12%.

" terlJp.van de r ookgassen 400° C.

Toeslag CaC0

3 (97%) CaO in de slak

87 kgjUur. GO%.

Berekening van de benodigde hoeveelhe id lucht.

Bij verbranding van de cokes treden de volgende reacties

op:

+ a cal.

CC~ + C 1'> cal.

Wanneer men aanneer'1t dat de lucht 21% 0G bevat, geldt:

%

co

=

constant .

21 -

%

COG

Indien het CO:::- en het C

2-11ercentae;e in de rookgassen ge

-lijk is aan nul, bevatten deze 79 volu~e-€enheden N

2 en 42 voL eenheden CO, d.i . 34 ,7% CO.

De constante is dus 34 ,7

= 1

,652. 21

Gege\Ten is, dat het ontsna:ppende gas 12% C02 bevat, dus

-

-

-19.

-De analyse van de rookgassen is: 73,1% N₂, 14,9% CO en

l~% OOG.

Opgemerkt dient te worden, dat de hoeveelheid, CO

2, die bij de ontleding van Oa00₃ ontstaat, verwaarloosd i~.

Om 1 kg C tot CO~ te verbranden is 8,8 m3 lucht (76 cm Hg.

CO C) nodig.

Om 1 kg C tot CO te verbranden is 4,4 m3 lucht (76 cm Hg, 00 0) nodig.

Bij een temp. van ~Oo C en een koolstofgehalte van de cokes

vaD 9G% worden deze hoeveelheden per kg cokes respectievelijk:

~93 3 3

G73 . 0,9G . 8,8

=

8 ,7 m en 4,35 m .

Bij een OOG-gehal te v~n lG% in de rookgassen wordt per kg

0 12

₌

0,447 kg tot CO₂ en 14 ,9_

=

0,553 kg tot 12 + 14 ,9

lG + 14 ,9 CO verbrand .

Per kg cokes is dus 0,447 x 8,7 + 0,553 x 4,35

lucht nodig.

= 6

,

32 m3

540 kg cokes wordt per uur verbruikt. De benodigde lucht

-hoeveelheid is 540 x 6,32

=

3430 m3 + 5% toeslag

=

3600 m3.

Berekeningen.

A) . Linkerzi,jde van de warmte-balans.

De in de koepeloven ontwikkelde warmte wordt geleverd door verbrand ing van C, Si en En .

1) . de co ke s :

Totaal verbruik aan cokes is 540 kg/uur.

Hierin is 540 . O, 9~

=

497 kg 0 3Rnwezig.

Calorische waarde = 497 x 8080 = 4.170.000 kg .cal.

TIe totale hoeveelheid warmte , die vrij komt bij de gedeel

-telijke verbranding van 497 kg 0 is:

:GO

.-2) . het Si en Mn.

De afbrand aan Si en NUl is resp. (2,81 - 2,40) 13,6 kg/uur en (0,49 - 0,45) • 3230' = 1,3 kg/ uur.

100

3230 =

.

-

-100

De totaRl ontwikkelde warmte bij verbranding tot Si0₂ resp.

MnO:

13 6 x ~OG610

, 28 + 1,3 . 96500 ₅₅ = 100.680 ke.cal.

B) . Rechterzijde van de warmte-balans . 1) . het gietijzer:

Per uur werd 3230 kg gietijzer geproduceerd. Hiervoor is

80 x 3~30 = 2584 kg staal en 20 . 3G30

=

646 kg ruwijzer

100 100

nod ig.

De benodigde warmte om het staAl en het ruwijzer tot het smelttraject te verwar~en is:

staal 2584 x 0, G07 x 14 ge = 799000 kgca1 Ruwijzer GCo C --~ 10900 C 646 x O,lb x 1070 = 103800

_"

902800 kgcal De smeltwarmte is: staal G584 x 181,1 = 467000 kgcs] Ruwijzer _{646 x 84,6 = 56GOO} tt 523200 kgcal De benodigde warmte om het ijzer op 1400° C te brengen: Staal 15100 C --~ 14000 _{C: 2584 x 0,23 x -110 = - 65500 kgcal}

Ruwijzer lC90° 0 --~ 14000 0: 646 x 0,23 x 310

=

46100 " -19400 kgcal De totaal benodigde warmte is dus 1.406.600 kg.cal.

CaC03 ~~ CaO + _{00 2}

Vorrn_{ingswarmte Oa00 3}

=

289500 kg.cal/kg.mol. vormingswarmte OaO

=

151700 kg.cal/kg.mol. Vorming_{swarmte CC G}

₌

_{94030 kg.cal/kg.mol.}

Gl

.-De reactiewarmte is dus 4:5770 kg.cal/kg.mol. = 437,7 kg.cal/kg Per uur werd 87 kg CaCO

ö (97%), d.i. 84 kg CaC03 toege -voegd . De totale reactiewarmte is dus 84 x 437 ,7

=

36.800 kg. cal.

3). de slak:

Het CaO-gehalte van de slRk is GO%. Hede uit _{de react ie CaC0 3} ---~ CaO + CO

2 volgt, dat per uur

47 kg CaO gevormd wordt.

De hoeveelheid gevormde slak bedraAgt dus 100 • 47 = 20

G35 kg/uur.

De slakreactie kan zijn:

3 CaO + A1~03 + G SiO_G ----~ 3 CaO.Al;;P3·G Si0₂

De vormingswarmten zijn resp. 151.700, 380.000 , 202.610 en 1.292.000 kg.caljke.mo1.

De reactiewarl!1te is 1.~9~ .OOO - (3 x 151.700 + 380.000 + + 2

x

202.610) = 51.68C kg .caljkg.~ol.

. 51. 680

-rer kg CaO is dlt

3x

56 = 308 kg.cal.

De warmte , die b i J de slakv orm ing vrij komt is dus: 47 x 308 = 14.500 kg . cal.

Om de slak te smelten en op 14000 C te brengen is nodig:

235 x 0,23 x 1380 = 74 .700 kg.cal. De totale voor de slak benod ip;de warmte is:

74.7CO - 14.500 = 6C.200 ke .cal/uur.

4) . het vochtp;ekll te in de lucht:

Onder de in de koepeloven heersende cond i ties reageert het water volgens de reactie

G2

.-De vormint!,swarmten zijn respect. 68 .31.8, 0, G9.000 en O.

De reBctiewRrnte per kg

RGO

is:

~9 .000 - 68318

=

_

')180 _'" k _{g . ca.} 1 _• " T B

-Bovendien wordt vo')r de7,e reBctie IJer kg H

20 1₁₈ 2 kg C ver

-bruikt.

Daar de rookgnsc:;en _{12% CO 2} bevatten, levert 1 kg C

4950 kg .cRl.

De hoeveelheid wAter in de lucht , dAt per uur de koepel

-oven passeert is 30 kg.

De benodigde hoeveelheid warmte is:

30 (2180 + ~ x 4950) = 164 -"_400 ~g . calj U1.Ir.

5) . de rookgassen:

Per uur wordt 3600 m3 lucht (711 èm Hg en ~Oo C) ingeblazen,

d .l' . G73 . 360C

=

û '360 m3 lucht (76 cm Hg en 00

C)

.

293

De rookgassen bevatten 73 ,1% _NG· Het volume der rookgassen,

herleid op 76 cm Hg en 00 C is 79 x 3360 = 3740 m3• 73,1 N2 0 ,265 0 0 - 4000 C De s .w. vnn = kg . cal/ kg. C voor De s . w. van CO = C,G65 Tl

"

"

0 400 0 C De s .w. v~n " (_v '

-G- C,::::76

"

n

"

0 - 400° C

De rookgassen bevatten aan:

NG --,. 73100 ,1 3740

=

2730 m3 (76 cm Hg, 0 0 C) d . i . 3444 kg CC _--~ 14₁₀! ₀ 9 3740

₌

!"i 60 mO (76 cm Hg, 0° C) ct . i . 706 kg

CO 2

--~

--

12

.

3740

=

450

m

3 (76 cm Hg, 00

C)

d . i. 894

kg

.

100

De voelbare WRr~te in de uitlaatgassen is dus:

[(3444 + 706) . 0,265 + 894 . 0 ,G76] (400 - 20) =

•

23

.-Cpmerking:

Bij deze berekeninpen werd verwaarloosd:

a) . het Fe- gehalte in de slak (dus verliezen aan Fe door oxydatie ;

b) . de reactiewarmten door de opkol ine van het ijzer.

Recapitulatie .

Cokes Si en Mn

Warmte-balans gemiddeld over een uur

G .459 .QCe 100 .680 Vloeibaar ijzer Toeslag (CaC03) Slak Vocht in lucht 1.406.600 36.800 6C .200 164.400

Voelbare-warmte in rook

-gqssen 503.500 I Stralings- en g

elei-d inSsve rl ie zen 388.180

2 • 559 . 68 0 ~ . 559 . 680

'1J . = gevor~de WArmte bij verbranding van cokes x

{ verbrandlng calorische wa!1rde van de cokes

x 100

=

2.459.00C

O • 100 =

I.] .170 .00 59,1% .

{ sroel tproces

= door ijzer~adsorbeerde warmte x 100 = totale potentiele warmte

*

1.406.600 • 100 =

33,Jl

.

4.270.680

-3f

Totale potentiele warmte

=

calorische waArde van cokes + W8rmte van afbrand aan Si en J-v1n.

0-•

•

24

.-Li teratuur:

1). Americ.Foundrym.Assoc., Handbook of Cupo1a. Cperation,

Chicago 1949.

2) . stap, M., Hetalen, 4, 1940.

:3). Stap, M .• , 1,:eta1en, 4, 1949.

4). PiwowArsky, E., Hochwertiges Gusseisen.

5). Howard, E.D., J,'odern Foundry Practice.

6). ]Jamoureux, I., De IJzergieterij , 1932.

7). De Haas, H., Zweekhorst , E., Vorrnen en Gieten, 1944.