Metalurgia Fontei - Curs - 2013

METALURGIA FONTEI SI A

FEROALIAJELOR - suport curs -

Metalurgia fontei i a feroaliajelor suport de curs

3

Capitolul 1. SCURT ISTORIC AL METALURGIEI HUNEDORENE

1. FURNALUL DE LA GOVJDIA

Furnalul Govjdia - A fost al doilea cuptor nalt industrial din lume pentru extragerea de fier,a fost construit n anul 1806. Primul a fost construit in Toplia aproape de Hunedoara in anul 1750. Ambele cuptoare pot fi vizitate si astzi. La nceputul secolului XIX, la Govjdia, judeul Hunedoara, s-a dat n folosin cel mai modern furnal de topire a minereului de fier din Europa acelor vremuri, fierul topit aici stnd i astzi la baza Turnului Eiffel din Paris. Era primul furnal din lume cu un proces de productie continuu. Pana la aparitia acestuia, procesul tehnologic de producere a fontei presupunea perioade de oprire pentru incarcarea si descarcarea furnalelor, acesta fiind primul furnal in care cele doua operatiuni puteau fi efectuate simultan. El a functionat pana la finele secolului al XlX-lea, cand au aparut uzinele de fier de la Hunedoara. Vechiul furnal a fost declarat monument de arhitectur industrial. La inceputul secolului XIX (1810) la Govajdia, judetul Hunedoara, s-a inaugurat cel mai modern furnal de topire a minereului de fier din Europa acelor timpuri, fierul topit de aici stand si astazi la baza Turnului Eiffel din Paris. Vechiul furnal a fost declarat monument de arhitectura industriala. Necesitatea construirii furnalului de la Govjdia a fost determinat de cresterea cererii de metal pe piaa Transilvaniei, pia situat n partea estic a Imperiului Habsburgic. Insuficiena produciei de font a furnalului de la Toplia, aflat n apropierea Govjdiei, pentru aprovizionarea cu materie prim a atelierelor ce afnau fonta, a fost hotrtoare.

Figura 1. Furnalul Govjdia

Construirea furnalului a nceput n anul 1806 n localitatea Govjdia pe locul unei vechi fierrii numite Limpertul-Vechi, care s-a demolat. Desi construcia s-a terminat n 1810, cnd s-a asezat pe frontispiciu o plac comemorativ avnd inscripia: Augusto Imperante Francisco Extractum 1810, a fost pus n funcie de-abia n aprilie 1813, odat cu finalizarea anexelor acestuia; costul total al construciei s-a ridicat la 98.728 forini si 50 creiari.


4

Furnalul de la Govjdia este situat n satul Govjdia, comuna Ghelari, judeul Hunedoara, la aproximativ 20 km sud-vest de municipiul Hunedoara, la o altitudine de 418 m. n vremea sa de glorie a fost cel mai modern furnal de topire a minereului de fier din Europa fiind i primul furnal din lume cu un proces de producie continuu. nainte de apariia acestui proces producerea fontei se realiza cu oprirea furnalului pentru ncrcare i descrcare. La Govjdia aceste operaiuni se realizau simultan fr oprirea cuptorului. De asemenea furnalul de la Govjdia a fost cel de al doilea cuptor nalt industrial din lume pentru extragerea de fier. n anul 1802 autoritile din Imperiul Habsburgic au hotrt c producia de font din zona Munilor Poiana Rusc trebuie crescut. Pentru acest lucru era nevoie de un furnal nou iar Thesauriatul de la Sibiu a ales un amplasament n Govjdia (n detrimentul Topliei). Locaia aleas pentru construcie este la confluena rurilor Runc i Ndrab pe locul unui vechi atelier de prelucrare a fierului numit Limpetru Vechi. Construcia furnalului a inceput n anul 1806 fiind finalizat in 1810 ins pornirea efectiv a produciei se realizeaz doar ncepnd cu 1813 deorece o serie de anexe necesare funcionrii optime trebuiau construite. La finalizarea lucrrilor pe faada cldirii a fost aezat o plac memorial ce are urmtoarea inscripie: "Augusto Imperante Francisco I. exstructum 1810". Furnalul a fost reparat, extins i modernizat de mai multe ori, vrful produciei fiind ntre anii 1871 i 1889. n aceast ultim perioad au fost produse i elementele de font ce au fost utilizate la construcia turnului Eiffel din Paris. Furnalul de la Govjdia a funcionat la capacitate maxim pn la finalul secolului 19 cnd apariia combinatului de la Hunedoara a dus la scderea produciei la acest furnal. Ulterior ntre 1914 i 1916 a fost reparat pentru a se pstra o capacitate de producie i aici. Oprirea definitiv a produciei s-a fcut n 1924. Dup o perioad n care furnalul a fost neglijat, n anii 1970 s-au efectuat o serie de reparaii, s-a schimbat acoperiul i s-a demolat podul ce ducea de la buncrele cu materii prima la gura furnalului. De asemenea a fost dezmembrat i cowperul de nclzire a aerului. Acesta a fost dus la un muzeu din Bucureti unde se afl i n prezent. n 1990 se dorea demolarea furnalului i mutarea sa n Germania ns ulterior idea a fost abandonat. De remarcat ca si astazi se mai pot vedea fragmente din calea ferata construita de austrieci la Govajdia, de asemenea s-a conservat destul de bine si furnalul de la Govajdie, asezat ntr-o zona foarte pitoreasca, constituindu-se ntr-un interesant obiectiv turistic.

2. EVOLUIA SIDERURGIEI PE MELEAGURILE HUNEDORENE

Cunoaterea i folosirea metalelor din timpuri foarte ndeprtate i pn astzi, l-a determinat pe om s descopere noi i noi metode de obinere i prelucrare a metalului, s-i mbunteasc utilajele, s realizeze, n domeniul tehnicii, invenii care s-i uureze munca i s-i mbunteasc traiul. Metalurgia beneficiaz de mai multe progrese ale tehnicii (printre care energia hidraulic) care-i confer posibilitatea de a se dezvolta, prin aplicarea de tehnologii noi i unelte perfecionate, contribuind la apariia unor trguri, printre primele numrndu-se i Hunedoara. nc din sec. XVIII, o importan deosebit capt atelierele pentru producerea i prelucrarea fierului din acest centru industrial. n aceeai perioad este atestat i topitoria de la Reia (1771), urmnd ca la nceputul secolului urmtor s ia fiin noua uzin de laminare unde s-a utilizat, pentru prima dat n Transilvania, ciocanul cu aburi. n 1855, n cadrul Societii economice a Uzinelor de fier din Transilvania i Banat, funcioneaz uzinele Ferdinand (ulterior Oelul Rou). Bogiile solului i subsolului, dezvoltarea bazei tehnice a produciei, a favorizat dezvoltarea industriei siderurgice i prelucrtoare, cu centrele ei cele mai importante Reia i Hunedoara. Treptat, apar ntreprinderi de prelucrare a metalelor n toate regiunile rii. Situat la rspntia a patru drumuri - al Mureului i Banatului, al Olteniei i al rii Criurilor - judeul Hunedoara sintetizeaz una din cele mai bogate pagini din istoria civilizaiei materiale.


5

Evoluia siderurgiei pe plan mondial poate fi urmrit n toate etapele ei pe meleagurile Hunedorene, ncepnd de la cuptorul primitiv pentru extragerea fierului din minereu, cuptor cu cuv, furnal, cuptor pentru afinarea fontei pe vatr, cuptor de pudlaj, cuptor Bessemer, cuptor Martin. Oraul de pe Cerna, a crui prim meniune documentar, ca un centru de schimb la ncruciarea unor vechi drumuri comerciale, apare n sec. XIII, i-a fost dat, ca din cele mai vechi timpuri s poarte fclia progresului n perfecionarea nencetat a procedeelor de extragere i prelucrare a fierului. Anul 1884, an n care este pus n funciune primul furnal de la Hunedoara (cruia i vor urma altele patru), a marcat nfiinarea uzinelor hunedorene. n 1919, Uzinele de fier Hunedoara au trecut n patrimoniul statului romn cu ntreaga lor capacitate, n anii urmtori cunoscnd dezvoltri succesive. Astfel, ntre anii 1927-1941, uzina cunoate dou etape de dezvoltare. Prima etap (1927-1937) cuprinde dezvoltarea sectorului de prelucrare n special a fontelor, iar a doua (1938-1941) construirea oelriei Martin i a unui laminor de 800 mm. n anul 1933 are loc punerea n funciune a sectorului de turntorii, compus din 4 hale destinate turnrii pieselor din font i bronz, tuburilor de font, pieselor din oel i pregtirii amestecului de turnare.

Figura 2. Combinatul Siderurgic Hunedoara

n anul 1936 a fost pus n funciune atelierul mecanic i atelierul de construcii metalice, iar n anii 1937-1940 oelria Martin i electric. Pentru prelucrare oelului lingou, n perioada 1938-1941, s-a realizat construcia laminorului duo reversibil de 800 mm (Schloemann), compus din trei caje, una degresisoare, pentru lingouri i dou finisoare, n vederea obinerii de agle ptrate, blumuri oel rotund i platine, el putnd fi echipat i cu utilajele necesare laminrii de profile metalice (ine de cale ferat, profil U, T, I). Pentru prelucrarea lingourilor din oel n blumuri au fost montate dou laminoare bluming (de 1000 mm, pus n funciune n anul 1958, i de 1300 mm pus n funciune n anul 1968). Halele oelriei Martin i electric au fost executate ntre anii 1937-1940 n suprafa construit de 8500 m2 (hala cuptoare i turntoria). Aceste hale au structur metalic, cu stlpi i ferme cu zbrele cu acoperi din plci de beton armat, rezemate pe pene metalice i luminatoare metalice. Structura echilibrat i clar i-au demonstrat n timp trinicia. Halele laminorului duo reversibil de 800 mm au fost executate n perioada 1935-1941. Acestea se desfoar pe trei deschideri avnd 19,2 m, 33,0 m i 24,1 m i sunt alipite n lungul halelor oelriei Martin, avnd o suprafa construit de 16300 m2. Structura halelor laminorului este metalic cu stlpi, grinzi, ferme i pane cu zbrele cu acoperi din tabl ondulat. Acoperiul este prevzut cu luminatoare dreptunghiulare transversale i cu luminatoare dreptunghiulare dispuse longitudinal pe deschiderea central. Aceste hale au fost extinse n anii 1955-1970 n aceeai soluie constructiv. Paralel cu halele laminorului 800 s-a construit o hal nou acoperindu-se un depozit deschis astfel nct peretele exterior dinspre nord al halei iniiale a rmas ca perete de compartimentare. Hala


6

laminorului 800, necesit unele consolidri, structura de rezisten a acestora avnd de suferit n timp, n urma unei exploatri intense i a unor lucrri de ntreinere insuficente. n afara halelor prezentate mai sus, hale cu pondere important n nucleul vechi al C.S.H., n aceast incint se consider interesant de semnalat construcia fostei centrale electrice, aferent sectorului energetic al vechii uzine de fier. Aceast hal, cu o arhitectur industrial interesant, executat din zidrie cu stlpi , arce i boli din beton armat, mai poart pe fronton anul construciei - 1915. Din pcate, prin lipsa de utilizare, construcia se afl n stare de abandon i ruin, dei structura pare nc sntoas. Credem c prezint interes gsirea unei utiliti i prezervarea acestei hale, o construcie cu multiple caliti att n ce privete utilitatea ei ct i mrturia de arhitectur industrial de nceput de secol. O alt construcie industrial scoas n prezent din circuitul tehnologic, care prezint un cert interes tehnico-istoric, de data aceasta n afara incintei combinatului dar care la vremea sa a servit producia acestuia este furnalul de la Govjdia, construit n anul 1803. Hala aferent acestuia, n stare precar, este construit din perei portani de zidrie, acoperi cu structuri metalice, ferme cu zbrele cu pene i rigle pe care reazem de eternite, constituind nvelitoarea, actualmente serios deteriorat. La inceputul secolului al XIX-lea s-a realizat un studiu pentru rezolvarea problemei sporirii productiei de fonta prin construirea unui nou furnal, dat fiind insuficiena produciei furnalului de la Toplia pentru alimentarea cu materie prim a atelierelor ce practicau afinarea fontei. Amplasarea furnalului trebuia astfel fcut, inct problema alimentrii cu minereu de calitate, in cantiti suficiente i la un pre convenabil, s fie rezolvat pentru muli ani nainte. Ca loc pentru amplasare a noului furnal, s-au recomandat dou alternative: locul numit Limpertul Vechi, la confluena vii Runcului cu valea Govjdiei, n locul atelierului existent i pe Valea Cernei - n apropiere de Toplia, pe locul unde se gsea atelierul Baia Cerna. S-a avizat favorabil prima variant (Govjdie) innd seama, n primul rnd, de faptul c Govjdie era mult mai aproape de sursele de minereu de la Ghelari dect Toplia, ct i de posibilitatile de aprovizionare cu mangal, mprejurimile mpdurite ale Topliei fiind aproape epuizate, ca urmare a unei exploatri intense pentru aprovizionarea cu mangal a furnalului de la Toplia, timp de peste o jumtate de secol. Construcia furnalului a nceput n anul 1806, n comuna Govjdie, pe locul atelierului numit Limpertul-Vechi, care s-a demolat. Dei terminat n anul 1810, s-a pus n funciune abia n aprilie 1813, odat cu darea n folosin a anexelor care condiionau funcionarea acestuia. Desenele de execuie nu s-au pstrat, ns din documente se cunosc dimensiunile furnalului:

nlimea total 9,50 m; diametrul creuzetului la baz 1,10 m; diametrul pntecului 1,15 m; diametrul gtului 1,05 m; nlimea pntecului de la baz 3,15 m; nlimea gurilor de aer de la baz 0,47 - respectiv 0,53 m; volumul util 20,02 m3; creuzetul era de tip inchis.

Alimentarea furnalului se realiza prin intermediul unui pod de alimentare ce lega silozurile de materii prime cu gura furnalului. Aerul suflat era furnizat de dou suflante foale care executau cte 7 8 suflri pe minut, acionate fiecare de cte o roat hidraulic. Prima campanie de exploatare a furnalului a fost foarte scurt (7,5 luni), datorit uzurii pronunate a creuzetului i faptului c s-a realizat o producie de font ce asigura necesarul atelierelor din mprejurimi, pentru o perioad de cca. 3 ani. Dupa refacerea creuzetului, furnalul a fost repus n funciune n 1814, avnd ns o producie mic, dorit lipsei de mangal . Aceast a doua campanie de exploatare a durat pn la sfritul anului 1820. Documentele vremii consemneaz calitatea excelent a minereului de fier de care dispunea furnalul, asigurndu-se o scoatere de font de 40...42%, ct i a mangalului obinut din lemn de fag. Cu toate acestea realizrile de la Govjdie erau mult inferioare celor obinute la Toplia, datorit unor defeciuni constructive la suflante, care furnizau aer puin i la presiune redus i


7

probabil lipsei de experien a personalului de deservire. Fa de Toplia, care producea n principal font alb mai bun pentru afinare, furnalul de la Govjdie producea mai mult font cenuie, a crei transformare n oel era mai dificil. Aceste mprejurri au determinat ncetarea produciei de font la Govjdie. ntre 1821-1837, furnalul este abandonat, instalaiile degradndu-se. Activitatea a continuat pe valea Govjdie numai la atelierele care dipuneau de cuptoare cu vatr deschis pentru obinerea fierului direct din minereuri. n urma unui incendiu (ianuarie 1837), care a distrus complet furnalul de la Toplia, a aprut n regiune o lips acut de font. Pentru asigurarea necesarului de font a atelierelor din mprejurimi i a celor din Cugir i Sibiel, a trebuit s se opteze ntre dou alternative: refacerea furnalului de la Toplia sau repunerea n funciune a celui de la Govjdie, complet degradat. S-a hotrt refacerea furnalului de la Govjdie considerndu-se a fi mai economic. Reconstruit la un volum util mrit de 26,45 m3, furnalul a obinut indici superiori, ca urmare a refacerii sistemului de aduciune a apei, a roilor hidraulice i a perfecionarii suflantelor. Dar, datorit lipsei acute de mangal furnalul are o campanie de funcionare de numai 7 luni. Este de remarcat interesul deosebit acordat de conducerea uzinei pentru modernizarea procesului de producie si in special pentru reducerea consumului de mangal. n acest scop, s-a trecut la prenclzirea aerului, dndu-se n funciune, la 25 august 1840, un preinclzitor de aer de tip Calder. Ca urmare a punerii n funciune a noului utilaj, s-au obinut producii i productiviti mbuntite. Prenclzirea aerului a fost abandonat n acelai an, gazul de furnal fiind folosit drept combustibil la prjirea minereurilor. Rezultatele nesatisfctoare obinute la prjirea minereului au condus ns la repunerea n funciune n a doua jumtate a anului 1841, a prenclzitorului, care a funcionat pn n anul 1879. Pentru transportul minereului la gura furnalului s-a montat n 1841 prima cale ferat ngust, lung de 246,8 m cu ine de font turnate la Govjdie. La reparaia capital din 1842, creuzetul furnalului se micoreaz i se reconstruiete de tip "creuzet deschis", innd seama de dezvoltarea turntoriei de piese din font de prim fuziune. n 1849 la reparaia capital, creuzetul a fost reconstruit de "tip nchis". Din 1850 i pn la oprirea din 1918, furnalul a suferit mai multe mbuntiri constructive cu ocazia diferitelor reparaii, fapt ce a condus la creterea treptat a produciei. Etapele mai importante privind functionarea au fost: 1850 - 1860 - frecvente stagnri din lipsa de mangal; 1871 - producie de vrf: 5.605 tone; 1879 - reconstrucie cu perei subiri i cuv liber. nlocuirea prenclzitorului Calder cu dou

de tip Wasseralfingen (suprafata de 134 m2) avnd ca urmare creterea temperaturii aerului insuflat la 200...3000C;

1881 - 1886 - producii cuprinse ntre 4.600...5.700 tone/an; 1886 - 1888 - oprirea furnalului datorit crizei economice; 1889 - producie de vrf (8.800 tone) 1901 - roile hidraulice de acionare a suflantei au fost nlocuite cu turbine de tip Francisc; 1903 - reparaie capital, mrirea volumului util la 43,9 m3; 1914 - 1916 - nlocuirea prenclzitoarelor Wasseralfingen cu prenclzitoare tip Cowper. Hunedoara, centru strvechi al comerului cu fier i centru administrativ pentru numeroasele ateliere existente n mprejurimi (una din denumirile vechi este Eisenmarkt = trg de fier), devine principalul productor de font din Transilvania, odat cu construirea i punerea n funciune a primului furnal (1882 - 1884). Construcia uzinei din Hunedoara, este rezultatul necesitatiilor de la sfrsitul sec. IX, ca urmare a dezvoltrii produciei capitaliste i a nevoilor acute de metal, generate de interminabiile campaniile militare. Apariia noilor uzine era impus, pe de o parte i de rmnerea n urm a vechilor ateliere, devenite cu timpul nerentabile, i pe de alt parte de conjunctura creeat de dezvoltarea cilor ferate, apariia unor noi mijloace de producie, i avntul industriei constructoare de maini. Ca loc de amplasare a noilor furnale, s-au studiat 4 alternative: Govajdie, Simeria, Deva i Hunedoara. Pentru dezvoltarea n continuare a Govjdiei, pleda existena unei tradiii furnalistice


8

de aproape 70 de ani, ct i apropierea surselor de aprovizionare a surselor de aprovizionare cu minereu. n schimb, dificultiile de desfacere a produciei, legate ndeosebi de desfacerea produciei, legate ndeosebi de transport i lipsa de spaiu pentru construcii, au determinat abandonarea acestei alternative. n favoarea amplasarii uzinei la Deva i respectiv Simeria, era faptul c ambele localitii dispuneau de staii de cale ferat pe o linie principal, astfel c problema aprovizionrii cu unele materiale, putea fi n prinipiu rezolvat. Pentru varianta Hunedoara, pleda apropierea localitii de minele Ghelari, posibilitatea punerii n valoare a unor noi masive forestiere din zon pentru producia de mangan. Hotrrea de a se construi uzina la Hunedoara, s-a luat avndu-se n vedere i c achizitionarea terenurilor necesare la Simeria sau Deva era legat de anumite dificulti, pe cnd cetenii oraului Hunedoara au adresat n 1881 un memoriu guvernului, prin care solicitnd construirea noii uzine pe teritoriul oraului, se obligau s cedeze statului, n mod gratuit terenul necesar construciilor industriale, ct i dreptul de exploatare a carierei de calcar, angajndu-se totodat s acorde ntreg sprijinul constructorilor, n special n problemele de aprovizionare. Lund n considerare toate aceste elemente, s-a aprobat, in noiembrie 1881, construirea uzinei siderurgice pe teritoriul oraului Hunedoara. Pentru amplasarea uzinei s-a afectat grdina mnstirii clugrilor franciscani (20 ha), n schimbul creia s- a dat o poriune de teren cu o suprafa similar n locul numit Bataga (azi gara de triaj). Terenurile necesare conductei ce urma s alimenteze uzina cu ap s-au achiziionat, de asemenea, prin schimb. Construcia uzinei a inceput in august 1882, primele obiective fiind dou furnale de 110 m3. Dimensiunile, identice pentru primele dou furnale, erau urmtoarele:

inaltimea totala 15.2 m inaltimea interioara 14.4 m diametrul 1.45 m inaltimea totala a creuzetului 1.1 m inaltimea cuvei 8.42 m diametrul pantecelui 4.16 m diametrul gurii 3.2 m inaltimea etalajului 4.88 m unghiul cuvei 74 grade

Totodat s-au pregtit fundaiile pentru cel de al treilea furnal. Furnalele erau sprijinite pe piloni turnai, fiind de tip creuzet inchis i cu aparat de ncrcare cu patru guri de vnt, orificiul de suflare avnd un diametru de 100...130 mm. Creuzetul i gurile de vnt erau rcite cu ap. Aerul furnizat era furnizat de patru suflante, de tip Balancier. Fiecare suflanta furniza 90 m3 aer pe minut. Suflantele erau montate ntr-o cldire special construit, n care era amplasat o turbin de tip Girard, ce la aciona n mod normal i o main de abur de rezerva tip Skoda (masina de abur Skoda este expus la Muzeul Tehnicii din Bucureti). Pentru alimentarea cu ap s-a construit un baraj pe prul Zlati situat la aprox. 2 km de uzin. Aburul tehnologic era asigurat de doua cazane cu tevi incalzitoare, avnd o suprafa de 70 m2 si folosind drept combustibil gazul de furnal. Odat cu lucrrile de construcie (n uzin) au nceput i lucrrile de construcie a funicularului Hunedoara Ghelari Vadu Dobrii. Furnalele dispuneau de o hala comuna de turnare, amenajat att pentru turnarea fontei n calupuri ct i pentru piese din font de prim fuziune. Dup terminarea lucrrilor de nzidire primul furnal a fost pregtit pentru punerea n funciune la 25 mai 1884. Inaugurarea oficiala are loc la 12 iunie 1884. Aceast dat marcheaz naterea uzinelor de la Hunedoara. Un an mai trziu de la inaugurare este pus n funciune cel de al doilea furnal, la 24 mai 1885. La 23 iulie 1890 este pus n funciune furnalul 3 cu un volum de 140 m3 i o capacitate de producie de 40 t font pe zi. Un nou furnal, nr. 4 a intrat n funciune la 4 august 1895. Cererea crescnd de metal determin construirea celui de al cincilea furnal care este pus n funciune la 26 iulie 1902, dup un proiect identic cu cel al furnalului 4. Pornirea furnalului 5 s-a fcut n condiii dificile, cu repetate defeciuni ale mecanismelor n timpul lichidrii crora s-a produs o explozie cu avarierea grav a spltorului de gaz.


9

Uzinele de fier Hunedoara au trecut n 1919 n patrimoniul statului romn cu ntreaga lor capacitate. n perioada 1927-1941, uzina cunoate dou etape de dezvoltare:

prima etap se realizeaz n perioada 1927-1937 i cuprinde dezvoltarea sectorului de prelucrare, n special al fontelor,

a doua etapa se realizeaz ntre anii 1938-1941, n care se realizeaz un ciclu metalurgic complet, prin construirea oelriei Martin I i a laminorului de 800 mm.

Producia de font n toat aceast period se realizeaz pe capacitile existente (5 furnale), cu capacitate medie de 150000 tone font/an. Datorit condiiilor de criz caracteristice dezvoltrii economiei capitaliste romneti din perioada interbelic, sectorul furnale nu cunoate nici o dezvoltare, iar capacitatea n funciune este utilizat ntr-o proporie mic 14...28%. Producia de minereuri, asigurat de minele de la Ghelari, care intrau n componena uzinelor, a fost inferioar celei realizate naintea primului rzboi mondial. Ca urmare a epuizrii rezervelor de suprafa, caracteristica acestei perioade este trecerea la exploatarea n subteran, la adncimea de 130 m. n anul 1933 are loc punerea n funciune a sectorului turntorii. Compus din patru hale, destinate turnrii de piese din font, oel i bronz, tuburi de font i pregtirii amestecului de turnare, sectorul dispunea de o suprafa cldit de 7000 m2. Transportul materialelor era asigurat de un pod rulant cu o capacitate de ridicare de 30 t, un pod rulant de 10 t, 2 macarale de 5 t si una de 3.5 t cu ghiare, pentru transportul lingourilor. Cu toate c la furnale s-a trecut la folosirea cocsului, mangalul era nc folosit, att pentru uz intern dar i pentru comer (doar o cantitate foarte mic). n afara fondului forestier al uzinei, mai ales n urma epuizrii zonelor de exploatare din apropiere, sunt utilizate exploatri forestiere. Principalele centre de exploatare forestier i mangalizare au fost urmtoarele: centrul forestier Poieni (judetul Severin), cu o suprafaa de 4570 ha, proprietatea Uzinelor

Hunedoara. Lemnele erau coborte de pe culmi i coaste, apoi transporate pe o cale ferata forestiera de 34 km in localitatea Margina. Mangalizarea se facea n retorte, la fabrica de distilare a lemnului din localitate proprietate particular, pe baza de convenie. Mangalul rezultat era furnizat n intregime la Hunedoara, iar ca manoper fabrica reinea subprodusele distilrii (acid acetic, acetona, gudron de lemn) pe care le valorifica. Dintr-un metru ster de lemn rezultau 120 kg mangal.

centrul forestier Cineni (judetul Valcea), cu suprafaa de 1512 ha, concesionat pe timp de 20 ani. Coborrea lemnelor se fcea pe scocuri pe lungime de cca 5 km. Mangalizarea se fcea in boce, apoi se transporta pe cale ferat pana la gara Rul Vadului (227 km de Hunedoara).

centrul forestier Grditea (judetul Hunedoara), avea o suprafaa de 4500 ha, concesionat pe o perioada de 20 ani. Transportul se fcea pe o cale ferat forestier pn la gara din Ortie.

centrul forestier Cmpul lui Neag (judetul Hunedoara), concesionat n parcele de 10 ha. centrul forestier Runc (judetul Hunedoara), concesionat n parcele de 60 ha. Mangalul era

produs n boce i era transportat cu funicularul pn la Govjdie i apoi cu trenul pn la Hunedoara.

Pn la punerea n functiune a Oelriei Martin I producia de energie electric se realiza in centralele de la Govajdie si Catanas (constr 1910-1911) i uzina termoelectrica Hunedoara (1914). Dup naionalizare uzinele sunt organizate n ntreprinderile Siderurgice de Stat Hunedoara n care sunt incluse uzinele de la Hunedoara, minele de la Ghelari i apoi cele de la Teliuc (1949) precum i exploatrile forestiere. Unul din obiectivele principale l-a constituit creterea produciei de font prin punerea n funciune a tuturor furnalelor, modernizarea lor i mecanizarea lucrrilor de ncrcare i evacuare. Situaia existent era complet necorespunztoare, att prin randamentul redus dar i prin condiiile foarte grele de munc (lipsa de echipament de protecie, temperatura depea n unele zone de lucru 70 grade). Pe baza studiilor efectuate de specialiti s-a nlocuit sistemul nvechit de ncrcare cu vagonei actionai manual prin ncrcarea mecanizat cu vagonei suspendai pe monorail. Totodat, sistemul de nchidere al gurii de ncrcare a furnalelor 1, 2, 3 i 4 a fost modificat constructiv pentru repartizarea uniform a ncrcturii i captarea gazului de furnal. Ulterior


10

sistemul de ncrcare a furnalului 4 a fost modificat prin introducerea transportorului cu benzi. Furnalul 5 a fost repus n funciune pentru calcinarea calcarului i producia de var metalurgic demolndu-se n anul 1949 pentru amenajarea noilor furnale de mare capacitate. Reconstrucia furnalelor s-a efectuat prin modificarea profilului i creterea volumului util al acestora. Ca urmare volumul util a crescut de la 177 m3 la 213 m3 la furnalele 1, 2, 3 i de la 250 m3 la 300 m3 la furnalul 4.

Figura 3. Furnale la Hunedoara

n paralel au fost reconstruite platformele de evacuare i s-a modernizat sistemul de transport al fontei lichide pentru oelarii i a zgurii. Pentru asigurarea bazei de materii prime i n primul rnd a minereului de fier au fost ntreprinse msuri de extindere i modernizare la minele existente i prospectare i exploatare ale unor zcminte noi. Mina Teliuc a fost reorganizat pentru a putea satisface nevoile sporite de minereu i s-a construit i pornit n anul 1951 funicularul Teliuc - Hundedoara. Astfel producia de minereu crete atingnd n 1952 nivelul de vrf. Din 1953 activitatea minier se separ de cea siderurgic n ntreprinderi specializate. Pentru acoperirea necesarului de minereuri pregtite se reconstruite la capacitate mare cuptoarele de prjire, funcionnd pe gaz de furnal. Cuptoarele Martin sunt reconstruite i mrite la 60t (fa de 25t nainte). Puterea caloric este ridicat prin nlocuirea gazului de generator cu pcur ca urmare a numeroaselor mbuntiri i modernizri aduse cuptoarelor Martin producia de oel crete. ncepnd cu 1948, dup o lung perioad de stagnare din lipsa de energie electric, electrozi i feroaliaje este reluat producia de oel electric. Azi combinatul este n plina restructurare, numeroase capaciti de producie fiind dezafectate deoarece nu mai erau performante i produceau pagube.


11

Capitolul 2. MIC GLOSSAR DE TERMENI TEHNICI N METALURGIA FONTEI I A FEROALIAJELOR

Fonte brute aliaje fier-carbon, care practic nu se preteaz la deformri plastice, care conin n greutate peste 2% C i care pot conine n greutate unul sau mai multe alte elemente, n urmtoarele proporii:

maximum 10% Cr; maximum 6% Mn; maximum 3% P; maximum 8% Si; maximum 10% alte elemente n total.

Fontele brute sunt principalele produse primare ale industriei siderurgice. Ele se obin n principal prin reducerea i topirea minereului de fier n furnal, sau prin topirea deeurilor i resturilor de font, de fier sau de oel n cuptor electric sau n cubilou. Ele constituie un aliaj fier-carbon i conin i alte elemente, precum siliciul, manganul, sulful, fosforul, coninute n minereu, deeuri, fondant, combustibil i uneori i alte elemente cum sunt cromul sau nichelul, adugate n scopul conferirii unor proprieti particulare. Denumirea de font brut se aplic nu numai fontei de prim topire, dar i fontei mai mult sau mai puin epurate printr-o a doua topire sau la care s-au adugat elemente de aliere, precum i amestecurilor de diverse varieti de font, dac compoziia acestor diverse produse corespunde definiiei fontei brute. Fonta brut se prezint sub form de mase, lingouri, blocuri, chiar sparte sau n stare lichid. Fonta prezentat sub alte forme (de exemplu n eboe de obiecte, tuburi i, n cazuri speciale, sub form de obiecte finite), urmeaz regimul articolelor corespunztoare. Fontele brute sunt destul de fragile i nu sunt maleabile. Ameliorarea acestei proprieti se face supunnd aceste fonte unei nclziri de lung durat la temperatur ridicat, obinndu-se astfel un produs denumit font maleabil (cu miez alb sau negru), care are proprieti de suprafa similare oelului. Din cauz c fonta maleabil este aproape ntotdeauna turnat n forma obiectelor, ea este practic exclus din aceast poziie. Totui dac ea se prezint sub form de lingouri, blocuri etc., i dac coninutul de C depete 2 %, ea rmne clasificat aici. Fontele brute aliate sunt acele fonte brute, care conin unul sau mai multe dintre elementele, n proporiile raportate la greutate. Fonte brute aliate fontele brute coninnd unul sau mai multe din elementele urmtoare, n proporiile de mai jos, raportate la greutate:

peste 0,2% Cr peste 0,3% Cu peste 0,3% Ni peste 0,1% din oricare din elementele urmtoare: Al, Mo, Ti, W, V.

Feroaliaje aliajele sub form de lingouri, bulgri, blocuri sau forme primare similare, sub forme obinute prin procedeul de turnare continu sau sub form de granule sau pulbere, chiar aglomerate, utilizate n mod obinuit fie ca aditive la prepararea altor aliaje, fie ca ageni dezoxidani, desulfurani, fie pentru alte utitizri similare n siderurgie i care nu se preteaz n general la deformri plastice, coninnd n greutate minimum 4% fier i unul sau mai multe alte elemente, n urmtoarele proporii:

peste 10% Cr; peste 30% Mn; peste 3% P; peste 8% Si; peste 10% alte elemente, cu excluderea C, coninutul de Cu neputnd ns depi 10%.

Minereu Acumulare de unul sau mai multe minerale din care se pot extrage, pe scar industrial, unul sau mai multe metale sau combinaii ale acestora. Siderurgia (metalurgia metalelor feroase) utilizeaz diferitele minereuri de fier naturale (oxizi, oxizi hidratai, carbonai), cenuile de pirite (pirite i alte sulfuri de fier, prjite n vederea fabricrii


12

acidului sulfuric) care sunt oxizi de fier, precum i fierul vechi (deeuri i resturi de font, fier sau oel). Combustibil Materie, de obicei organic, care are nsuirea de a arde, dezvoltnd cldur, i care este folosit ca izvor de energie n industrie. Fondant Substan sau amestec de substane care se adaug la topirea unui amestec de materiale pentru a cobor punctul de topire al acestora sau pentru a separa impuritile, formnd cu acestea o zgur la suprafaa topiturii Cocs Produs solid obinut din crbunele de pmnt, din reziduuri de petrol sau din gudroane prin nclzire la temperaturi nalte si ntrebuinat ca materie prim sau combustibil n metalurgie, n industria chimic. Furnal Cuptor nalt n form de turn, folosit pentru obinerea fontei brute prin topirea minereurilor de fier amestecate cu crbune si cu alte materiale, cu ajutorul combustibililor i fondanilor.

PARTICULARITATILE PROCESELOR METALURGICE

METALURGIA este stiinta care se ocupa cu studiul metalelor si procedeelor de extragere a acestora din minereuri si de obtinere a aliajelor. Avand in vedere complexitatea domeniului aceasta se clasifica in metalurgie feroasa (siderurgie), metalurgia metalelor neferoase si metalurgia pulberilor. Metalele se gasesc in natura in special sub forma de combinatii chimice (oxizi, silicati, carbonati, sulfuri etc.) si mai rar in stare libera (nativa). In minereuri, mineralul metalifer (utilul) este insotit de steril, care este format din silice, carbonat de calciu, oxid de aluminiu etc. Sterilul poate avea caracter acid sau bazic, dupa cum predomina oxizii acizi (SiO2 , AI2O3 , etc.) sau oxizii bazici (CaO, MgO, etc.) In general, minereurile se livreaza intreprinderilor metalurgice sub forma de concentrate, care au dimensiunile granulelor cerute de procesul tehnologic si sunt imbogatite in mineralul util, in urma procesului de preparare, prin care se indeparteaza partial sterilul. Concentratele metalurgice pot fi: simple cand confine un singur mineral util (ex. concentrat de fier, concentrat cupros, zincos etc.) sau complexe, cand contin mai multe minerale utile (ex. concentrat zinco-plumbos etc.). Schema general a elaborrii metalelor i aliajelor metalice.

Figura 1. Particularitatile proceselor metalurgice

Concentratele sunt apoi supuse unor procedee metalurgice de obinere a metalului sau aliajului respectiv, prin care se ndeparteaz sterilul rmas folosind materiale auxiliare numite


13

fondani, care au natura chimic invers sterilului. Fondanii se combin cu sterilul formnd un produs metalurgie secundar, numit zgur, care avnd densitate mai mic se separ uor de metalul sau aliajul topit. Aceste procedee se pot grupa astfel: pirometalurgice, se desfoar la temperaturi nalte, cnd are loc topirea total sau parial

a minereului. Cldura necesar elaborrii metalului se obine de regul prin arderea unui combustibil. n acest mod se obin aliajele Fe C (fontele i otelurile), Cu, Pb, etc.

hidrometalurgice, au loc la temperaturi joase. Minereul este dizolvat obinndu-se o soluie apoas, iar metalul este extras din soluie prin electroliza sau precipitare. Astfel de procedee se pot aplica cu bune rezultate pentru valorificare minereurilor srace.

electrometalurgice, se bazeaz pe folosirea energiei electrice, care fie se transform n energie termic, pentru realizarea temperaturilor nalte (procedee electrotermice, de exemplu la elaborarea oelurilor), fie se utilizeaz la electroliza topiturilor sau a soluiilor din care se extrage metalul (procedee electrochimice, de exemplu pentru elaborarea Al i Cu de nalta puritate).

Alegerea unui anumit procedeu este determinata de complexitatea minereului, de natura chimica a componentilor lui, de continutul in mineral util. Procesele tehnologice din industria metalurgica sunt procese discontinue bazate pe fenomene fizico-chimice complexe, mari consumatoare de energie termica si electrica, necesitand utilaje de mare capacitate, care cer investitii importante si ca atare sunt eficiente in cazul productiei de masa. Materiile prime folosite la elaborarea fontei sunt: minereuri de fier si mangan, combustibili si fondanti. Principalele minereuri de fter folosite pentru elaborarea fontei sunt: Fe3O4 - magnetit (4572,4%Fe) Fe2O3 - hematit (5065%Fe) 2Fe2O3.3H2O - limonit (2555%Fe) FeCO3 - siderit (2545%Fe) FeS2 - pirita (4560%Fe). Minereul de fier este transformat prin reducerea, fie n font n furnale sau n cuptoarele electrice, fie sub form spongioas (fier spongios) sau sub form de bulgri n instalaiile de reducere direct; numai pentru producerea de fier cu un nalt grad de puritate, n vederea unor utilizri particulare (de exemplu, n industria chimic), fierul este obinut prin electroliz sau printr-un alt procedeu chimic.

A. TRANSFORMAREA MINEREURILOR DE FIER PRIN PROCEDEUL DE FURNAL

Cea mai mare parte a fierului, provenind din minereuri de fier este nc extras prin procedeul de furnal. La acest procedeu, este utilizat n principal minereul ca surs de fier, dar pot fi utilizate i fierul vechi, minereurile prereduse i alte deeuri feroase.

Figura 2. Furnalul


14

Agenii reductori utilizai n furnal sunt mai ales cocsul siderurgic, asociat eventual cu crbune, n cantiti mici i cu hidrocarburi lichide sau gazoase. Fonta este obinut sub form de font brut lichid. Subprodusele sunt zgura i gazul de furnal, precum i praful de la capacul de nchidere. Apoi, cea mai mare parte a fontei brute lichide astfel obinute este transformat direct n oel n oelrii. O alt parte este utilizat, n turntorii, n special pentru producerea lingourilor, a tuburilor i a evilor turnate din font. Fonta este de asemenea turnat, sub form de bulgri sau blocuri, n maini de turnare sau n paturi de nisip: ea se poate prezenta eventual sub form de mase neregulate. Ea poate fi granulat prin turnare n ap. Aceast font brut n stare solid este, fie topit din nou n oelrii mpreun cu fier vechi i transformat n oel, fie retopit n turntoriile de font n cubilouri sau n cuptoare electrice, mpreun cu fonte vechi i alt fier vechi, apoi turnate sub form de piese n forma dorit. B. TRANSFORMAREA MINEREULUI DE FIER N INSTALAIILE DE REDUCERE DIRECT

Spre deosebire de procedeul precedent, n acest caz agenii reductori sunt n general gazoi, eventual pot fi lichizi sau constituii din carbon, ceea ce permite evitarea utilizrii cocsului siderurgic. La aceste procedee, temperatura de reducere este mult mai sczut, nct produsele denumite, n general, burete de fier, se obin fr s treac prin faza lichid, sub form de burete, pelete prereduse, lupe sau blocuri. Acesta este motivul pentru care, coninutul de carbon al acestor produse este, n general, inferior celui obinut la fonta elaborat n furnal (unde metalul topit este n contact intim cu carbonul). Aproape totalitatea acestor produse este topit n oelrii i transformat n oel. Principalele aliaje Fe-C sunt: otelurile, care au 0,032,1 %C; fontele, care au 2,16,67 %C. In compozitia aliajelor Fe-C, pe langa elementele principale fier si carbon, se mai pot gasi in

diferite proportii si urmatoarele doua categorii de elemente: elemente insotitoare (Mn, Si, P, S), care apar in mod inevitabil din materiile prime din care

se elaboreaza aceste aliaje.Fosforul si siliciul sunt elemente daunatoare, fosforul provocand fragilitate la rece, iar sulful fragilitate la cald, motiv pentru care ele se limiteaza la max 0,02% in compozitia otelurilor;

elemente de aliere (Cr, Ni, W,V, Mo, Ti, etc.), care se introduc in mod voit la elaborarea acestor aliaje pentru a le imbunatati proprietatile fizico-mecanice.

Proprietatile fizice si chimice ale fontelor si otelurilor depind in special de continutul de carbon. O influenta importanta o au elementele insotitoare. Fontele au temperatura de topire de 12001300C. sunt dure, fragile, nu se pot suda usor, nu se pot prelucra prin deformare plastica, se pot prelucra prin aschiere. Otelurile au temperatura de topire intre 14001500C, se pot suda, prelucra prin deformare plastica la cald si chiar la rece.


15

Capitolul 3. MATERII PRIME, COMBUSTIBILI I FONDANI UTILIZAI N PROCESELE DE ELABORARE A ALIAJELOR FEROASE

1. GENERALITI

Metalurgia este o ramur a tiinelor tehnice care studiaz procesele i tehnologiile de obinere i prelucrare a metalelor i aliajelor. Metalurgia este tiina care se ocupa cu studiul metalelor si procedeelor de extragere a acestora din minereuri si de obinere a aliajelor. Avnd in vedere complexitatea domeniului aceasta se clasifica in metalurgie feroasa (siderurgie), metalurgia metalelor neferoase si metalurgia pulberilor. Principalele ramuri ale metalurgiei sunt: - metalurgia extractiv se ocup cu obinerea metalelor i aliajelor din minereuri sau

concentrate ale acestora; - metalurgia prelucrtoare se ocup n principal cu turnarea metalelor i aliajelor,

prelucrarea prin deformare plastic a acestora (laminare, forjare, extrudare, trefilare i tragere) i prelucrarea termic (tratamente termice).

Obinerea unui metal din minereu sau elaborarea unui aliaj se realizeaz pe baza unor metode metalurgice care const dintro succesiune de operaii, metode care se pot mprii n trei categorii: - metode pirometalurgice cuprind operaii care se realizeaz la temperaturi nalte, cu sau

fr topirea total sau parial a ncrcturii. Cldura necesar procesului se obine prin arderea unui combustibil (cocs, gaze naturale, pcur, etc.) sau din reaciile exoterme care au loc ntre elementele ncrcturii;

- metode hidrometalurgice cuprind operaii care au loc la temperaturi sczute n soluii apoase, la temperatur constant sau variabil (obinerea cuprului, plumbului);

- metode electrometalurgice cuprind operaii de obinere a metalului i aliajului folosind curentul electric care se mpart n:

- metode electrotermice la care se folosete ca i surs de energie curentul electric (cuptoare electrice cu arc, cu rezisten, cu inducie, etc.);

- metode electrochimice la care curentul electric se folosete pentru separarea metalelor din soluii apoase i topituri (rafinarea electrochimic a aluminiului i cuprului).

Metodele enumerate mai sus se folosesc combinat n vederea obinerii unui metal sau aliaj cu un anumit grad de puritate i sub form dorit, urmrinduse realizarea unui consum energetic minim.

2. MINEREURI Toate metalele cunoscute se gsesc n scoara pmntului sub form de combinaii chimice ca oxizi, sulfuri, carbonai, silicai etc., i mai rar n stare liber cum este cazul aurului, argintului, cuprului. Aceste combinaii chimice ale metalelor se gsesc dispersate n scoara terestr sau sunt concentrate n anumite zone formnd zcminte metalifere. Combinaiile chimice naturale se numesc minerale, ele putndu-se gsi n scoara terestr libere sau asociate i poart denumirea de roci. Orice roc din care se poate extrage economic cu mijloacele tehnice existente ntr-o etap dat o substan util se numete minereu. Denumirea minereului este dat de metalul care se extrage din el (minereu de fier, minereu de mangan, etc.). Pe lng partea util (metalul sub form de mineral util), minereurile mai conin i parte steril (minerale sterile) care poart numele de steril sau gang. Partea steril din minereu este format n general din oxizi cu caracter bazic (CaO, MgO) i oxizi cu caracter acid. n funcie de raportul cantitativ dintre oxizii bazici i oxizii acizi( B= oxizi bazici/ oxizi acizi), minereurile se pot mpri n minereuri cu steril bazic( B>1), cu steril autofondant (B=1) i cu steril acid (B


16

punct de vedere al cantitii de parte util din minereu, acestea pot fi minereuri bogate i minereuri srace. Ramura industriei care se ocup cu extragerea metalelor din minereuri se numete metalurgie, iar cu extragerea fierului din minereuri, metalurgia fierului sau siderurgia. Elementul principal care intr n compoziia fontei este fierul, care din punct de vedere chimic este un metal avnd masa atomic 55,847, numrul atomic 26, prezentnd patru stri alotropice (cu sistemul de cristalizare cubic cu volum centrat i cu sistemul de cristalizare cubic cu fee centrate). Fierul este foarte rspndit n scoara terestr (4,70%) ocupnd locul al IV-lea ca element dup Oxigen, Siliciu i Aluminiu. Datorit cantitii mari pe care o are fa de Oxigen, ne se gsete n stare liber n natur dect n mod ntmpltor( fier meteoric). Fierul formeaz cu Oxigenul combinaii de forma (hematit), (magnetit), (limonit). De asemenea se mai ntlnete sub form de carbonai, (siderit), silicai i , sulfuri ( pirit, pirotin). Se mai poate gsi asociat cu alte metale, mangan, nichel, crom, vanadiu, titan, formnd minereurile complexe. n industria siderurgic pe lng minereurile de fier, n mod frecvent, se utilizeaz i minereuri de mangan, manganul intrnd n toate cazurile n compoziia fontei. n zcminte, manganul se gsete sub form de combinaii asemntoare cu cele ale fierului: oxizi, carbonai, silicai, etc. Coninutul de substan util a zcmintelor de fier i de mangan este diferit, datorit condiiilor de formare i structur mineralogic. Rentabilitatea prelucrrii unui minereu depinde de o serie de factori: coninutul n substan util, procedeele tehnologice ce se aplic, starea fizic a zcmntului, distana pn la locul de prelucrare, etc Metalele se gsesc in natura in special sub forma de combinaii chimice (oxizi, silicai, carbonati, sulfuri etc.) si mai rar in stare libera (nativa). Minereul este un conglomerat de substane minerale, n care un metal se gsete n cantitate suficient pentru a putea fi extras n mod rentabil prin una din metodele amintite mai sus. n minereuri, mineralul metalifer (utilul) este nsoit de steril. Sterilul poate avea caracter acid sau bazic, dup cum predomina oxizii acizi (SiO2, AI2O3, etc.) sau oxizii bazici (CaO, MgO, etc.) Minereurile nu sunt pure, ci conin asociaii de: - minerale utile (utilul care conine metalul ce urmeaz a fi extras); - minerale sterile (sterilul sau gang format din combinaii metalice silice, carbonat de

calciu, oxid de aluminiu, etc. care nu au valoare economic). n general, minereurile se livreaz ntreprinderilor metalurgice sub forma de concentrate, care au dimensiunile granulelor cerute de procesul tehnologic si sunt mbogite in mineralul util, in urma procesului de preparare, prin care se ndeprteaz parial sterilul. Concentratele metalurgice pot fi: simple cnd conine un singur mineral util (ex. concentrat de fier, concentrat cupros, zincos etc.) sau complexe, cnd conin mai multe minerale utile (ex. concentrat zincoplumbos etc.). Concentratele sunt apoi supuse unor procedee metalurgice de obinere a metalului sau aliajului respectiv, prin care se indeparteaza sterilul rmas folosind materiale auxiliare numite fondani, care au natura chimica inversa sterilului. Fondanii se combina cu sterilul formnd un produs metalurgie secundar, numit zgura, care avnd densitate mai mica se separa uor de metalul sau aliajul topit. Dei fierul ocup locul al doilea, dup aluminiu, ntre metalele ce se gsesc n scoara terestr, zcmintele de fier ce pot fi exploatate i prelucrate n mod economic sunt limitate. Cele mai mari zcminte de minereu de fier le au SUA, Rusia, Ukraina, Brazilia, Canada, India, .a. Caracteristicile dup care se apreciaz calitatea unui minereu de fier sunt: - coninutul de fier pe plan mondial nu se exploateaz zcminte a cror coninut de fier

este sub 30%, n furnale ncrcnduse minereuri cu coninut de fier peste 40%. Minereurile de fier se apreciaz dup valoarea metalurgic, dat prin relaiile:

,)CaO-SiO(02,0+1

Mn5,0+Fe=V

2m pentru minereul cu steril acid;

,Mn5,0+Fe=Vm pentru minereul cu steril bazic.


17

- natura mineralului util forma sub care este combinat metalul este foarte important pentru alegerea procesului de extracie i prelucrare;

- natura sterilului sterilul este format n general din minerale greu fuzibile. Din punct de vedere al bazicitii acestuia, putem avea:

B>1 steril bazic; B=1 steril neutru; B


18

Pe lng aceste minereuri se mai pot utiliza si alte surse de fier, in cantiti limitate, cum ar fi: cenua de pirita (FeS2), care este un produs secundar rezultat la fabricarea acidului sulfuric si care conine 4060%Fe, praful de furnal, achii de la prelucrrile prin schiere a pieselor din fonte si oteluri, under (arsura de fier) de la prelucrrile prin deformare plastica la cald (laminare, forjare etc.). Minereurile de mangan care se aduga pentru a avea coninutul necesar anumitor tipuri de fonte sunt:

- MnO2 piroluzita - Mn2O3 braunita - MnCO3 rodocrozita

Minereurile se folosesc ca atare sau sub forma de concentrate, daca continutul de steril este mai mare de 30% (dimensiunea granulelor fiind de 2535mm). Concentratul poate fi sub forma de aglomerat autofondant sau peletizat. Aglomeratul autofondant conine minereuri de fier, praf de furnal, cenua de pirita, cocs si calcar folosit ca fondant. Prin utilizarea aglomeratului se intensifica procesele chimice din furnal si scade consumul de combustibil ca urmare a realizrii reaciilor de descompunere termica a carbonailor care sunt endoterme, in procesul de aglomerare, in afara furnalului si se valorifica minereul si cocsul de dimensiuni mici (sub 10 mm). Peletizarea se aplica pentru valorificarea prafului de minereu, cu dimensiuni sub 0,2 mm si consta in principiu in umectarea cu apa coninnd diferii liani (bentonita, var, soda). Rezulta granule de forma sferica cu diametrul 1 0 5 mm. Prin utilizarea peletelor se mbuntete circulaia gazelor in furnal si creste coninutul de fier in ncrctura.

3. CARACTERISTICI GENERALE ALE MINEREULUI DE FIER

Fierul este cel mai rspndit element dintre metalele grele din scoara terestra (circa 5%), si al patrulea element dup O, Si si Al. Fiind att de rspndit, fierul intra in compoziia a numeroase minerale, sub forma de oxizi si hidroxizi (hematit, magnetit, limonit), carbonai (sideroza), sulfuri (pirita) si silicai (piroxeni, amfiboli, mice). Mai rar sunt iviri de fier teluric (nativ), datorita rocilor eruptive bazice si ultrabazice si chiar in meteorii. Cele mai des utilizate minereuri de fier sunt hematitul, magnetitul, ilmenitul (FeTiO3), sideritul (FeCO3), limonitul (FeOOH) i pirita (FeS2). Principalele combinaii in care se gsete fierul in natura sunt:

- magnetitul (Fe203FeO) coninut teoretic 72,4% Fe; - hematitul (Fe2O3) coninut teoretic 70% Fe; - limonitul (FeOOH) coninut teoretic 48,3% Fe; - sideritul (FeC03) coninut teoretic 36,8% Fe; - ilmenitul (FeTi03) coninut teoretic 31,6% Fe.

Magnetitul este cel mai bogat mineral in fier, insa are o rspndire limitata, hematitul fiind cel mai potrivit pentru siderurgie (are mai puin oxigen si este lipsit de apa), limonitul si sideritul desi au un coninut mai mic de fier sunt cele mai rspndite. Pentru ca un minereu sa poat fi utilizat este necesar sa aib un coninut minim de 2830% Fe, alte impuriti sub l % (sulf, fosfor, arsen). In cazul unor resurse srace in fier, ele pot fi mbogite prin separare magnetica sau prin alte procedee (peletizare). Minereurile de fier constituie material prima de baza pentru producerea fontei. Fierul este unul dintre cele mai rspndite elemente constituente ale scoarei pmnteti, aflnduse pe locul patru cu 4,2%, naintea lui situnduse aluminiul (7,45%); siliciul (26%) si oxigenul (49,13)%. In natura, ele se afla sub forma de combinaii chimice, dintre acestea circa 300 sunt cunoscute, insa numai cteva pot fi considerate minereuri de fier ce se preteaz a fi prelucrate la scara industriala. Fierul formeaz cu oxigenul combinaii bivalente i trivalente. Fenomenul de oxidare a fierului se mai numete ruginire. Oxidul feros, FeO (II), se obine prin arderea direct a fierului. El este stabil doar la temperaturi de peste 833 K (560oC) i este de culoare neagr.


19

Oxidul feric, Fe2O3 (III), numit i hematit, este un mineral de culoare maronie, obinut prin oxidarea fierului n condiiile existenei unui surplus de oxigen. El reprezint principala surs de obinere a fierului. Oxidul fericferos, Fe3O4 (II,III), numit i magnetit, este materialul natural cu cele mai bune proprieti magnetice. Dei aceti oxizi formeaz straturi protectoare la suprafaa pieselor, porozitatea acestor straturi este att de mare nct obiectele din fier expuse efectelor atmosferei ruginesc continuu pn la distrugerea lor complet. 3.1. Tipuri mineralogice Mineralele de fier pretabile prelucrrii industriale se constituie in: - Combinaii ale Fe cu O2, avnd sau nu apa in constituie; - Combinaii ale Fe cu oxizi ai carbonului, sub forma carbonailor de fier; - O serie de combinatii ale fierului cu alte elemente, care, cu toate ca au in constituie cantitati

nsemnate de Fe, nu pot fi considerate minereuri prelucrabile in scopuri metalurgice, din cauza unor operaii neeficiente;

3.2. Compozitia chimica Caracterizarea generala a minereurilor de fier este data de compoziia chimica a acestora, compoziie ce poate caracteriza atat componentele utile ale minereului, cat si pe cele sterile sau chiar cu influente duntoare desfasurarii proceselor de prelucrare in continuare. 3.3. Proprietatile fizice ale minereurilor de fier Pentru tehnologul de la furnale, de o deosebita importanta sunt caracteristicile fizice ale minereurilor de fier, acestea ajutndul sa aprecieze valoarea lor metalurgica in condiiile concrete ale proceselor din furnal. Principalele caracteristici fizice ale minereurilor de fier sunt: Compactitalitatea, reprezentata de greutatea specifica a minereurilor, functie de modul de

determinare si de apreciere poate fi exprimat prin: - greutate specifica reala - greutate specifica aparenta Greutatea specifica reala reprezint greutatea unei uniti de volum din minereu, absolute compacta, din a crei masa lipsesc porii. Pentru determinarea greutii specifice reale, proba de minereu este mcinata foarte fin, apoi cu aceasta se umple o unitate de volum si se cntrete, determinarea fcnduse cu ajutorul picnometrului. Greutatea specifica aparenta reprezint greutatea unei unitati de volum ocupata de o proba de minereu in stare naturala( incluznd porii). Se obine prin cntrirea probei naturale de minereu prima data in aer, apoi dup aceea in apa Porozitatea se definete ca raportul ntre volumul golurilor dintre particulele solide ale unei

roci n stare natural i volumul total al rocii. Se noteaz cu p i se exprim ca fracie zecimal sau procentual.

Granulaia reprezint raportul sub care se afla intre ele bucile sun diferite dimensiuni, fracia mrunita fiind de o deosebita importanta. Proporiile sub care se afla diferitele dimensiuni de particule de minereu in stare naturala reprezint manifestarea duritii acestora.

Duritatea minereurilor reprezint rezistenta acestora la solicitrile mecanice, avnd rol deosebit in cazurile prelucrrii prin concasarea lor.

Umiditatea minereurilor este de mare importanta si reprezint fie apa de constituie ca apa legata chimic minereului respective, sau ca apa de nsoire, aceasta fiind nglobata in porii minereului. Apa de nsoire (exterioara) se elimina mai uor in cadrul proceselor din furnal, in timp ce apa din constituie este eliminate mai greu, dup spargerea structurilor mineralogice ale minereurilor respective, deci la temperatura ceva mai mari dect in primele cazuri.

Structura si sensibilitatea magnetica


20

4. PRINCIPALELE ZACAMINTE MONDIALE DE MINEREU DE FIER

Datorit reactivitii sale mari, n natur fierul se gsete n stare pur doar n cazuri foarte rare, de obicei n meteoriii feroi. Minereurile de fier se gsesc pe toate continentele globului pmntesc,unele dispunnd de procente de fier ce le fac exploatabile in condiiile posibilitilor de industrializare actuale, altele reprezint interes mai mult din punct de vedere geologic sau a prezentei in ele a altor elemente. In cele ce urmeaz, vor fi prezentate principalele rezerve de minereuri de fier care sunt prelucrate si folosite in industria metalurgica actuala. a) Suedia In privina rezervelor de care dispune, Suedia ocupa locul doi in cadrul Europei

Occidentale, rezervele acesteia situnduse la peste 2,4 miliarde de tone. Peste 90% din rezerve sunt situate in partea de nord in zona Kiruna. Minereurile din zona Kiruna sunt preparate atta prin separaie magnetica uscata cat si prin separaia magnetica umeda, in unele cazuri in care predomina minereurile tematice foarte pure, prepararea constnd doar in concasare si sortare. In Suedia centrala, in regiunea Greegensberg, se gsesc minereuri cu constituie magnetica si un coninut de Fe in jur de 60% si hematitice cu fierul circa 50%, insa care au in componenta mult mai putin fosfor.

b) Anglia Detine reserve de peste 3,5 miliarde de tone, cele mai multe sunt minereuri argiloase cu fier intre 2830%, putnd fi subimpartite in trei grupe, dupa steril si anume: minereuri silicioase, care au Fe cuprins intre 2834 %, S=0,2% si P=0,51%, minereuri cu sterilul din alumina si magneziu (Kleveland) care au Fe=2730%, S=0,25%, P=0,5% iar sterilul are circa 10% Al2O3 si MgO=3,54% si minereuri cu steril bazin (MgO+CaO) 1622%. Dei Anglia deine rezerve nsemnate de minereuri de fier mai srace dect cele descris anterior, totui ea rmne un importator nsemnat de minereuri sin in special minereuri cu peste 58% Fe in componenta, din Suedia, Canada, Venezuela, Algeria etc.

c) Frana Din punctul de vedere al rezervelor, Franta se stueaza pe primul loc in cadrul Europei Occidentale, cu peste 5 miliarde tone. Cel mai mare bazin minier se afla in partea estica la granie cu Germania, bazin care, parial, se poate regsi in Luxemburg si Belgia. Cele mai multe minereuri din aceasta zona sunt sub forma de carbonat, avnd in compoziie 3233% Fe, 0,60,8% P, 0,1% S. O mica parte din rezervele de minereuri de fier se gsesc in vestul Franei, in Normandia inferioara. Acestea sunt de tipul hematitelor si sideritelor cu un coninut de Fe de 3540%.

d) Germania Nu dispune de reserve deosebite de minereuri de fier, din care cauza rmne un importator mare de minereuri din Suedia, Brazilia, Venezuela. Zcmintele de fier sunt grupate in cteva regiuni mai importante: Saltzgitter, cu minereuri hematitelimonitice, Sacsonia inferioara, acelai tipuri de minereu cu 2633% Fe cu coninut relativ ridicat de mangan (2%)., regiunea Siegerland se gsesc siderite cu coninut de Fe de 33%, 56% Mn si cu P foarte scazut (0,006%).

e) Ucraina Cele mai mari rezerve de minereuri de fier ale Ucrainei se gsesc in bazinul KrivoiRogului pe o fie lata de circa 3 km si lungime de peste 90 km, in bazinul raului Ingulet. Minereurile din aceste bazin constituie baza de materii prime pentru toata siderurgia ucraineana, mare parte din ele constituind principala materie primara pentru tari ca: Polonia, Ungaria, Bulgaria, Romnia. Zcmintele de la KrivoiRag pot fi mprite in doua grupe: minereuri bogate si minereuri srace.

f) Canada Dispune de rezerve exploatabile sau nc neexploatabile de peste 6 mld. Tone. Mai mult de jumtate din aceste rezerve se afla in zonele Quebeck, Labrador, forma mineralogica fiind hematitelemagnetite de diferite forme cu Fe 5061%, SiO2 7,98,6%, Mn 0,087,9%

Minereurile de fier se exploateaz att n exploatri de suprafa, ct i n mine. Cele mai importante exploatri de suprafa se gsesc n America de Sud (n special n Bolivia i Brazilia), n vestul Australiei, n China, n Ucraina i Canada. n ultimii ani, aceste ri au nlocuit treptat rile cu tradiie n extragerea minereului de fier din mine, cum ar fi Frana, Suedia sau Germania. Cel mai important zcmnt de fier se afl la El Mutn n Bolivia, unde se estimeaz c exist cca. 40 miliarde tone de minereu cu un coninut de fier de peste 50 %.


21

Dup extragere, minereul se mrunete i se macin, dup care granulele de minereu se sorteaz dup mrime i se sinterizeaz. Aceasta nseamn c, sub influena unei clduri foarte mari i cu adaosuri de materiale calcaroase, granulele mici se unesc n bulgri mai mari, poroi. Acest lucru este esenial pentru c, ulterior, granulele fine ar mpiedica trecerea normal a curentului de aer prin furnal.

5. MINEREURI DE MANGAN 5.1. Caracteristici generale Minereurile de mangan sunt utilizate ca materii prime pentru fabricarea feromanganului in furnale, precum si in scopuri tehnologice la fabricarea fontei oglinda si afinare, in anumite proporii acesta fluidiznd zgura de furnal In general, pentru fabricarea in furnale a feromanganului, sunt utilizate minereuri cu un coninut de Mn minim 37%, recomandabile si deosebit de eficiente fiind cele cu peste 4750% Mn. Ca o condiie suplimentara, aceste minereuri au limitat coninutul de P la maxim 0,150,20%. In cazurile in care manganul este nsoit de Fe in cadrul minereului respective, pentru prelucrarea feromanganului in furnale este recomandat ca raportul de coninut Mn/Fe sau fie mai mic de 6, in cazurile cele mai favorabile acest raport trebuie sa fie mai mare de 10. 5.2. Tipuri mineralogice In natura, manganul intra in componenta a peste o suta de minerale, Cei mai importani componeni ai minereurilor de mangan l constituie compuii oxidici ai acestuia si anume: Monoxidul de mangan (MnO), tetraoxidul de mangan (Mn3O4), trioxidul de mangan (Mn2O3) si dioxidul de mangan (MnO2). Principalele minerale ale manganului sunt: a) Piroluzitul, care se gsete in natura asociat cu alte minerale de mangan, din care, de fapt, el sa

produs ca MnO2 si se gsete sub forma de masa pmntoasa cu cristale ascunse in aceasta masa.

b) Braunitul, conine in mod obinuit o mare cantitate de silice, din care cauza si expresia chimica a acestuia poate fi gsita sub forma: Mn2O3, MnSiO2 sau MnO.

c) Manganitul, este un oxid cu apa de constituie, similar cu Goethitul fierului, ca fiind un monoxid hidratat al manganului

d) Psilomelanul, sunt mase de monoxizi si dioxizi ai manganului, hidratate cu mai multe molecule de apa, mase compacte si infiltraie de tip coloidal sau cu cristale discret ascunse in acestea.

e) Rodocrozitul, ca fiind carbonatul de mangan, foarte adesea gsinduse sub forma unor amestecuri izomorfe cu alte elemente cum ar fi: fierul, calciul, magneziul si mai rar zincul. Unele din cele mai des ntlnite combinaii de asociereo constituie manganosideritul, monocalcit.

6. FONDANI PENTRU FURNALE

n procesul de elaborare a fontei se mai folosesc i fondani, care sunt substane minerale care au capacitatea de a forma cu sterilul din minereu compui uor fuzibili (steril acid fondant bazic; steril bazic fondant acid). n funcie de sterilul minereurilor, fondanii pot fi acizi sau bazici. - fondani acizi mai puin utilizat. Sunt n general compui pe baz de SiO2 (cuarite

feroase), se folosesc doar n cazul minereurilor aluminoase i minereuri foarte bogate n fier (India, Brazilia).

- fondani bazici sunt utilizai frecvent n procesul de topire i reducere a minereurilor. n majoritatea cazurilor se folosete calcarul (care are ca i constituent principal CaCO3), varul CaO i mai rar dolomita (are constituent mineralogic principal carbonatul dublu de calciu i magneziu (CaOMgO)2Co2.

Zgura faciliteaz desfurarea proceselor fizicochimice in sensul dorit, asigura reinerea si ndeprtarea, sterilului din ncrctura si a unor elemente nedorite (sulf, arsen, fosfor etc.),


22

mpiedica ptrunderea gazelor (hidrogen, azot) in baia metalica, permite evacuarea lor in atmosfera si asigura eliminarea incluziunilor nemetalice din baia metalica. Zgura trebuie sa se separe uor de metalul topit, evitnduse astfel impurificarea metalului cu incluziuni de zgura. Fondanii sunt substane care, in anumite condiii de temperatur si presiune, formeaz combinaii stabile cu sterilul din minereuri, servind astfel scopului de baza, separarea substanelor utile de celelalte, neutile sau duntoare. In cazul minereurilor de fier si mangan, sterilul poate avea caracter acid sau caracter bazic. Pentru separarea sterilului acid, se folosesc fondanii bazici (calcare, dolomite), iar pentru separarea sterilului bazic, se folosesc fondante acizi (cuarite). In ambele cazuri, fondanii principali utilizai au la baza afinitatea deosebita a silicei fata de calce, in principal la temperaturi nalte formnd silicai compleci de Ca, Al, Mg etc., silicai foarte stabili si care, in stare lichida, din cauza diferenei mari de greutate specifica, se separa uor de metalul lichid ce se prelucreaz metalurgic. Fondanii bazici sunt cei mai rspndii in metalurgie, deoarece sterilul minereurilor de fier, aproape in ntregime, este construit din oxizi acizi. Fondanii bazici utilizai in metalurgia fierului, in cea mai mare parte sunt calcarul si dolomite. Pentru a putea fi utilizai in metalurgie, acestea trebuie sa satisfac anumite condiii tehnice, condiii legate in special de analiza chimica si granulaie. Calcarele, pentru a putea fi folosite la furnale, trebuie sa aib coninutul de CaO minim 50%, cele cu un coninut de peste 53% CaO fiind considerate ca fiind de cea mai buna calitate. Daca componenta active, CaO, reprezint puterea de fondant a calcarului, aprecierea calitii calcarului este fcuta si dup celelalte componente, cum ar fi MgO si insolubilele SiO2 si Al2O3. In ceea ce privete granulaia la care este calcarul utilizat la elaborarea fontei, aceasta depinde de locul in care el este folosit. In cazul calcarului folosit direct in furnale, dimensiunile acestuia trebuie sa tina seama de asigurarea, in primul a unei rezistente la coloana de materiale care nu trebuie sa fie mai mica de 200kg/cm2. Pentru aceasta se considera granulaia optima cuprinsa intre 2575 mm. Pentru calcarul utilizat in fabricile de aglomerare, care urmeaz a fi mcinat la dimensiunile de 03 mm, granulaia la aprovizionare nu trebuie sa prevad granulaia limita minima, insa nu se recomanda depirea a 5540 mm la granulaia maxima, cu condiia respectrii prescripiilor normelor privind limitele maxime ale componentelor insolubile. Calcarele dolomitice, care au cptat utilizare mai intense in ultimele decenii in exploatarea furnalelor, pentru rezolvarea unor probleme tehnologice, sunt carbonai dubli de Ca si Mg, avnd cca. 30% CaO si 20% MgO, suma celor doi acizi bazici trebuind sa depeasc 50%. Ceilali componeni ai calcarelor dolomitice trebuie sa se ncadreze in limitele prevzute de normele de calcar. Granulaia de aprovizionare pentru dolomite trebuie sa fie cuprinsa in limitele 05 mm, acesta utiliznduse in exclusivitate in arja d aglomerare

7. COMBUSTIBILI PENTRU FURNALE COCSUL 7.1. Combustibilii folositi la elaborarea fontei Cldura necesar proceselor de reducere i topire a minereurilor n furnal se face pe seama combustibililor. Se impune ca acetia s aibe o putere calorific ridicat, prin ardere s dezvolte o cantitate de cldur mare ntr-un spaiu limitat i temperatur ridicat. Combustibilii folositi la elaborarea fontei au un triplu rol si anume: - prin ardere asigura caldura necesara topirii minereului, - participa la procesele de reducere a oxizilor metalici la metal si - intra in compozitia fontei. Combustibili solizi: - mangalul - se obine prin distilare uscat a unor esene de lemn (pin, brad, mesteacn) la

temperaturi de 600...6500C. Este puin utilizat, are rezisten mecanic sczut, puritate ridicat i se folosete doar n anumite cazuri, la elaborarea unor fonte cu caracteristici speciale;


23

- cocsul metalurgic - este combustibilul de baz utilizat ca surs de cldur i agent reductor n elaborarea fontei. Se obine prin distilarea uscat a huilelor n cuptoare de cocsificare la 900...11000C;

- antracitul - este un crbune superior ce poate nlocuii cocsul mrunt n procesul de aglomerare. Combustibili gazoi: - gazul natural - care este folosit la elaborarea fontelor de prim i a doua fuziune, prin insuflarea

acestuia prin gurile de vnt; - gazul de furnal i gazul de cocserie - care sunt produse reziduale din furnal respectiv de la

cocsificarea crbunilor. Combustibili lichizi: - pcur, - motorin. Pentru arderea combustibililor gazoi se folosesc instalaii speciale numite arztoare, iar pentru arderea combustibililor lichizi se folosesc injectoare. La elaborarea fontei, pe langa minereuri, combustibili si fondanti se foloseste si aer necesar la arderea combustibilului. Acesta este preincalzit la temperatura de 10001200C in instalatii speciale numite cowpere pe seama arderii gazului de furnal. In ultimul timp se foloseste aer imbogatit cu 20...30% oxigen, care duce la intensificarea proceselor metalurgice. 7.2. Mrci si sorturi de cocs In general, o calitate de cocs de definete de ctre proveniena sorturilor de crbuni din care a fost construit amestecul de cocsificare respective. De exemplu, cocsul fabricat la CS Galai poarta amprenta crbunilor si a cantitii de crbuni din Valea Jiului care au fost introdui in amestecul de cocsificare. Creterea procentului de cenua, a diminurii calitilor de cocsificare a amestecului etc. Scznd procentul de utilizare a acestor crbuni, calitatea va fi definite de ctre sorturile de crbuni care devin majoritare in reeta, cum ar fi cele din C.S.I, SUA, sau Australia. Cocsul metalurgic are mai multe utilizare in industrie, fiind destinat produciei de fonta de afinare, fontei de turnatorie, feroaliajelor, industria neferoasa, industria chimica, gaz de gazogen etc. Fiecare destinaie necesita pentru cocs caracteristici speciale de analiza chimica si granulaie, iar pentru utilizarea in domeniul respective a fost clasificat pe mrci si submrci, astfel: - Marca cocs pentru furnale, care cuprinde cocsul de granulaie 2580 mm, cu submrci cum ar fi

cocs pentru fonta Bessemer, cocs cu fosfor puin; - Marca cocs pentru turnatorii; - Marca cocs pentru industria chimica, metalurgia neferoasa, energetica - Marca cocs nuca pentru generatoarele de gaz, electrometalurgia feroaliajelor. - Cocsul mrunt, in general, rezultat in urma sortrii furnalelor si este utilizat drept combustibil

in fabricile de aglomerare. Daca sar tine seama de dimensiunile bucilor de cocs, acesta sar putea mpri in mai multe clase sau sorturi, asa cum acesta este utilizat in industrie si anume: a) Cocs mai mare de 40 mm, folosit in turnatorii; b) Cocs mai mare de 25 mm, cocs pentru furnale; c) Cocs 2540 mm, pentru fabricarea carbidului d) Cocs 1025 mm, cocsul nuca utilizat in electrometalurgie si generatoare de gaz e) Cocs mai mic de 10 mm, aa zisul cocs mrunt cu diveri utilizri in industrie. Fiecare din mrcile si clasele expuse mai sus, se deosebesc intre ele nu numai prin gama de granulaii ci si prin anumite caracteristici definitorii astfel: - Cocsul metalurgic pentru furnale, pe lng caracteristicile comune, de a fi mai mare, rezistent,

uniform, sa ard cu viteza mare, sa conin cat mai putina apa si substane duntoare, trebuie sa aib porozitate foarte mare, sa aib capacitate de reacie mare la temperatur mai mari de 6000C, in schimb

- Cocsul de turnatorie trebuie sa fie foarte compact, cu porozitate maxima de 4042% si o capacitate de reacie foarte sczuta


24

8. MATERIALE REFRACTARE Prin materiale refractare se neleg materiale care, fr a se topi, i menin proprietile tehnologice impuse de utilizator la temperaturi de peste 1500C. Materialele de baz folosite n construcia cuptoarelor metalurgice sunt materiale ceramice i materialele metalice. Din categoria materialelor ceramice fac parte materialele refractare i materialele izolatoare, iar din categoria materialelor metalice fac parte fontele i oelurile cu caracteristici adecvate. Dintre combinaiile chimice refractare, o importan practic mai mare o au:

- oxizi (Al2O3, MgO, CaO, ZrO2, Cr2O3, SiO2), - silicai (3Al2O3 SiO2, 3CaO SiO2, 2CaO SiO2, 2MgOSiO2), - aluminai (CaO Al2O3) - spineli (CaO Al2O3, MgOAl2O3, MgO Cr2O3

n ara noastr clasificarea materialelor refractare se face dup urmtoare criterii: a) Compozi ie chimic i mineralogic crmizi silicioase: cuaro-silicioase; silica; semisilica; silica cu adaosuri; crmizi silico-aluminoase:

- superaluminoase; corindonice; mulito-corindonice; mulitice - aluminoase: de amot aluminoas; - argiloase - amot; amot cordieritic; caolinoase - silico-argiloase: -semiacide; antiacide

Crmizi magneziene: periclazice; magnezitice; magnezio-forsteritice; forsteritice; forsterito-cromitice; spinelice; magnezio-cromitice; cromo-magnezitice; cromitice; dolomitice; magnezio-dolomitice; dolomitice stabilizate

Crmizi calcice: - calcitice; alumino-calcitice Crmizi carbonice: - crbunoase; dolomito-carbonice; calco-carbonice Crmizi grafitice: -grafitice; grafito-carbonice; grafito-aluminoase; grafito-argiloase; grafito-

magnezitice Crmizi carborundice: - carborundice recristalizate; carborundice cu liant ceramic;

carborundice cu liani speciali; carborundo-aluminoase; Crmizi zirconiene: - zirconice; silico-zirconice; zircono-corindonice; zircono-mulitice b) Refractaritate n funcie de temperatura de lucru, putem avea crmizi: refractare, 1500...17000C cu refractaritate ridicat, 1770...20000C superrefractare, peste 20000C c) Porozitate n funcie de greutatea specific (densitate) putem avea crmizi refractare: Dense, cu porozitate aparent :

- compact: pn la 3% - superdense: 3...16 - dense: 16...30

Uoare (termoizolatoare), cu porozitate aparent : - semiuoare: 30...45 - uoare: 45...75 - ultrauoare: peste 75

d) Mod de legare Arse (sinterizate)

- arse cu liant ceramic - arse i impregnate - arse i glazurate

Nearse (legate chimic) - legate cu liani hidraulici (cimenturi)


25

- legate cu liani anorganici (P2O5, B2O3) e) Mod de prezentare Produse fasonate (formate):

- normale - form paralelipipedic (toate unghiurile de 900; - simple - cu form prismatic, cu unghiuri cuprinse ntre 80-900; - complicate, unghiurile cuprinse ntre 50-800; - foarte complicate unghiuri ascuite de la 30 la 500; - speciale - unghiurile ascuite mai mici de 300, diferite forme conice i cilindrice;

Produse nefasonate (pulverulente i/sau granulare): - mortare - cimenturi - betoane - mase refractare pentru tampare - mase refractare plastice - mase refractare pentru torcretare

9. INTENSIFICARE PROCESELOR DIN FURNAL

In vederea imbunatatiri indicatorilor tehnici ai furnalelor se utilizeaza. 9.1.Pregatirea materilor prime si a incarcaturii Asigura functionare unifoma a furnalelor ceea ce permite indicativi tehnico-economici optimi. -introducerea in incarcatura a aglomeratalor autofondante sau bazice si a peletelor realizeaza o inbunatatire a granulatiei, a omogenizarii incarcaturii, cresterea reductibilitatii si o scadere a consumului specific de calcar. Prin urmare se micsoreaza consumul specific de cocs. Proportia de aglomerat si pelete utilizate in incarcatura furnalelor moderne reprezinta 80 100 %. 9.2. Folosirea combustibililor auxiliari (gaz metan, pacura) Ei se introduc in furnal prin gurile de vant in scopul inlocuirii unei parti din cocs cu alti combustibili mai ieftini sau mai putin deficitari. Pentru a nu se produce o racire a creuzetului ca urmare a caldurii consumate pentru disocierea gazului metan este necesara o crestere a temperaturii aerului insuflat cu aproximativ 75 0C pentru 1% gaz metan. Cantitatea de gaz metan fiind limitata de posibilitatile de preincalzire a aerului suflat, in prezent se consuma de la 80 100 Nm3 CH4 / t fonta cu un coeficient de inlocuire de 1 1,2 Kg cocs/ Nm3 CH4. De asemenea prin introducerea a 60 100 Kg pacura / t fonta se poate realiza un coeficient de inlocuire a cocsului de 1,22 1,36 Kg cocs / Nm3 pacura. 9.3. Folosirea oxigenului Cresterea continutului de oxigen din aerul suflat de 21% la 30% oxigen se obtine o crestere a vitezei de ardere a cocsului, a%CO, cocs ce conduce la cresterea capacitatii reducatoare a gazelor. Ca urmare a cresterii temperaturii care se obtine in creuzet este posibila cresterea adausului de gaz metan si micsorarea consumului de cocs. Inbogatirea aerului cu oxigen conduce la micsorarea volumului gazului de furnal care strabate coloana de materiale, permite o crestere a debitului de aer suflat ceea ce duce la o crestere a productivitatii furnalului. De exemplu : Cresterea cu 1% oxigen conduce la cresterea cu 3 4% a productivitatii. 9.4. Folosirea presiunilor ridicate la gura furnalului Folosirea presiunilor ridicate la gura furnalului (0,52,5 at) conduce la micsorarea volumului gazelor si ca urmare se reduce viteza de trecere a lor prin coloana de incarcatura. Se produce astfel o uniformizare a circulatiei gazelor pe sectiunea furnalului, o mai buna folosire a caldurii a acestuia proportiei reducerilor indirecte, deci o scadere a consumului de cocs si o crestere a productivitatii furnalului. Desi, pe plan mondial, au aprut noi procedee de extragere a fierului din minereuri, elaborarea fontei cu ajutorul furnalului este prezent datorit productivitii mari pe care acesta o realizeaz.


26

Fonta brut, de prima fuziune, este materia prima pentru elaborarea otelului si turnarea pieselor. Aproximativ 90% din productia de font este folosit la elaborarea otelului, 9% pentru turnarea pieselor, iar restul reprezint fontele speciale. Agentul economic productor de font are n dotare pe lng utilajul principal, furnalul si alte utilaje i instalaii conexe acestuia care au rolul s-i optimizeze funcionarea, cum ar fi: caupere, silozuri de materiale, instalaii de ncrcare, instalaii de alimentare cu aer, cu ap, instalaii de epurare a gazului de furnal, sistem de transport al fontei i al zgurii, instalaie de granulare a zgurei. Pentru eficientizarea activitii acest agent economic este amplasat n apropierea fabricilor de aglomerare a minereurilor de fier i a uzinei cocsochimice.


27

Capitolul 4. EXTRAGEREA METALELOR DIN MINEREURI

1. MINEREURILE I PREPARAREA LOR n natur metalele se gsesc mai rar n stare nativ. De cele mai multe ori ele formeaz combinaii cu alte elemente chimice: oxigen, carbon, sulf, hidrogen etc., constituind mineralele. Zcmintele de minereu conin alturi de minerale utile i minerale neutile sau steril sub form ce carbonai, silicai (calcar, argil, nisip etc.) . n majoritatea cazurilor minereurile au un coninut mare de steril. Creterea randamentului agregatelor metalurgice impune aplicarea unor operaii de preparare, de mbogire a minereurilor n minerale utile. Acest lucru este cu att mai important astzi cnd n condiiile crizei energetice i de materii prime se exploateaz i zcmintele cele mai srace, considerate n trecut nerentabile. Minereurile nu pot fi utilizate ntotdeauna direct n procesul tehnologic, fiind necesar prepararea acestora prin operaii cum sunt: - aducerea minereurilor de la o granulaie mare la una mai mic, adic mcinare, sfrmare; - stabilirea unor clase granulometrice, separarea minereurilor n funcie de dimensiuni clasare,

cernere sau ciuruire; - creterea coninutului de substan util (metal), n scopul reducerii consumului energetic n

agregatele de elaborare, concentrare sau mbogire; - aducerea minereurilor de la dimensiuni mici (praf) la dimensiuni mai mari, peletizare i

aglomerare.

2. OPERAII DE PREPARARE

1. SFRMAREA are drept scop desfacerea particulelor de minerale utile de steril i obinerea unor dimensiuni convenabile desfurrii operaiilor ulterioare. Operaiile se realizeaz n trepte de la dimensiuni foarte mari la pulberi. Operaia de sfrmare reprezint transformarea minereurilor din buci mari n buci mici. Gradul de sfrmare, reprezint raportul dintre dimensiunea iniial i cea final: n = D / d. Operaiile de sfrmare se realizeaz n instalaii speciale, care n funcie de gradul de sfrmare se mpart n: - instalaii de sfrmare brut: concasoare cu flci, concasoare giratorii n care se face sfrmarea

bulgrilor de pn la 500 mm n buci de 50...60 mm; - instalaii de sfrmare intermediar (de granulare): mori cu ciocane, dezintegratoare, mori

chiliene. Diametrul iniial este de 50...60mm iar cel final este 10...12 mm i chiar mai mic; - instalaii de sfrmare fin: mori cu ciocane, mori cu bile. Se realizeaz mcinarea de la

10...12mm la 1...2mm sau chiar sub 1mm. 2. CLASAREA urmrete separarea pe clase de dimensiuni a minereurilor sfrmate. Aceasta se poate realiza volumetric sau gravimetric. Clasarea volumetric se realizeaz prin cernere pe un set de site de dimensiuni descresctoare pn la 0,5mm, pe fiecare din site separndu-se o anumit clas de dimensiuni. Clasarea gravitaional se aplic minereurilor de dimensiuni mici, prfoase i se bazeaz pe devierea i deplasarea mai mare sau mai mic a particulelor aflate n cdere liber, sub aciunea unui curent de aer perpendicular pe direcia de cdere. Operaia de clasare a minereurilor se realizeaz n scopul separrii materialului pe anumite game de dimensiuni. Gamele de dimensiuni obinute se numesc clase granulometrice. Clasarea se poate realiza:

- volumetric (cernere, sitare); - gravimetric.

Clasarea volumetric este operaia prin care se separ materialele pe mai multe clase granulometrice, funcie de dimensiunea ochiurilor sitelor. Clasarea gravimetric se realizeaz pe baza diferenei de greutate dintre diferitele particule de material, se aplic pentru granulaie sub 1...2 mm. Clasarea gravimetric se bazeaz pe proprietatea particulelor de a cdea cu viteze diferite funcie de greutatea specific.


28

n funcie de modul de aezare a sitelor, clasarea se poate face prin trecere sau prin refuz. Clasarea se poate face pe instalaii fixe sau mobile, ciururi vibratoare, tambur conic, etc. 3. SORTAREA urmrete ameliorarea coninutului n minerale utile, a compoziiei chimico-mineralogice i se realizeaz prin separarea particulelor de minerale utile de steril, separarea particulelor de minerale utile de diferite categorii, separarea componenilor nocivi, etc. Metodele de sortare cele mai utilizate sunt: sortarea manual direct la banda transportoare, sortarea hidrodinamic, sortarea magnetic, sortarea electrostatic etc. Sortarea hidrodinamic se realizeaz cu ajutorul mainilor de jeaj, a meselor i jgheaburilor de splare, a celulelor de flotaie i se aplic minereurilor cu granulaie fin n stare prfoas. Separarea utilului de steril cu ajutorul mainilor de jeaj figura 1 se realizeaz gravitaional. n urma oscilaiei pistonului nivelul apei se va ridica i cobor n raport cu sita pe care se afl un strat de minereu, umezindu-l. Particulele de minerale utile cu greutate mai mare se vor concentra n stratul inferior iar particulele neutile cu greutate specific mai mic i deci cu o flotabilitate mai bun se vor separa la suprafa putnd fi ndeprtate prin splare de un curent de ap.

ap

minereusit piston

minereucurentdeap

a) b)

Figura 1. Schemele constructiv funcionale pentru maina de jeaj b) masa de splare n mod similar se realizeaz sortarea cu ajutorul meselor de splare. Acestea sunt nclinate i execut micri de oscilaie n jurul unei axe perpendiculare pe direcia curentului de ap de splare. Minereurile utile mai grele rmn pe mas iar sterilul mai uor este antrenat de curentul de ap.

AB

C

D

V

agitatormecanic roatcupalei

Figura 2. Schema constructiv funcional a celulei de flotaie

Celulele de flotaie sunt instalaii de separare a particulelor fine de minereu (0,05-0,5mm) fiind aplicat n special minereurilor metalelor neferoase. Flotaia se bazeaz pe proprietatea de plutire a particulelor de minereu care nu se umezesc n ap i care se ridic la suprafa sub form de spum, ajutate de un curent de bule de aer. Pentru asigurarea formrii spumei, concentratul de minereu, n ap se introduc materiale spumante i uleiuri. Uleiurile sunt adsorbite la suprafaa particulelor utile mpiedicnd umectarea acestora i favoriznd plutirea. Amestecul de pulbere de minereu, spumani, uleiuri i ap se introduc n camera A n care lucreaz un agitator mecanic care antreneaz aer n soluie care formeaz bule care menin particulele de minereu n suspensie. Tulbureala obinut trece printr-un orificiu n camera B. Ca urmare a asigurrii unei capaciti sporite de plutire prin aderarea particulelor de minereu la bulele de aer, acestea se ridic la suprafa formnd deasupra apei din camera B o spum groas. Spuma este deversat cu ajutorul unei roi cu palei n jgheabul C. Atunci cnd randamentul operaiei n celula de flotaie scade,


29

tulbureala este printr-un alt orificiu , prin deschiderea ventilului V n camera D i dirijat ctre o nou celul de flotaie. Pentru o extragere complet tulbureala este trecut succesiv prin mai multe celule de flotaie care lucreaz n cascad. n figura 2 este prezentat schema constructiv funcional a unei celule de flotaie. Sortarea magnetic se aplic numai minereurilor feromagnetice de dimensiuni mici i mijlocii. n figura 3 este prezentat schema constructiv funcional a separatorului magnetic cu tambur rotativ. Minereul este adus gravitaional pe suprafaa tamburului cu un jgheab. Electromagnetul va atrage la suprafaa tamburului particulele utile, acestea rmnnd fixate pe toat raza de aciune a cmpului magnetic. La ieirea din zona cmpului se vor desprinde acumulndu-se n containerul de util. Sterilul nu este magnetic i deci nu este atras de tambur. El va urma o traiectorie gravitaional acumulndu-se n containerul de steril.

EM

Jgheabdealimentarecuminereu

Tamburrotativdinmaterialnemagnetic(oelmanganos)

Electromagnet

UtilSteril

Figura 3. Schema constructiv funcional a separatorului magnetic cu tambur rotativ

Separatorul electrostatic este o instalaie modern a crei principiu se bazeaz pe diferena dintre proprietile electrostatice ale minereurilor materialelor metalice i steril. Minereul brut cernut fin este lsat s cad liber pe o plac A ncrcat electropozitiv. Particulele de util se vor ncrca i ele electropozitiv i vor aluneca gravitaional alturi de particulele de steril nencrcate electrostatic. Ajunse n dreptul plcii B ncrcate de asemeni electropozitiv, particulele utile vor fi respinse modificndu-i traiectoria i apoi vor cdea pe placa C ncrcat electronegativ i se vor acumula n containerul de util. Particulele de steril nencrcate electric vor avea o traiectorie nemodificat i vor cdea pe placa B i se vor acumula n containerul de steril. Schema de principiu a separatorului electrostatic este prezentat n figura 4.

Steril Util

+

+ -

A

B C

Figura 4. Schema de principiu a separatorului electrostatic


30

3. OPERAII DE PREGTIRE APLICATE MINEREURILOR

Concentratul de minereu obinut prin operaiile de preparare este n stare prfoas fiind nsoit de ap i substane volatile. n aceste condiii procesele fizico-chimice din agregatele de elaborare sunt mult ngreunate, randamentul fiind sczut. mbuntirea activitii se poate realiza prin aplicarea unor operaii de pregtire: calcinarea, aglomerarea, brichetarea, peletizarea etc. CALCINAREA sau PRJIREA este o metod de mbogire pe cale termic sau termochimic a minereurilor i const din nclzirea acestora la temperaturi inferioare temperaturii de topire. n urma acestei operaii se elimin apa i substanele volatile i de asemeni se obine o porozitate mare a minereurilor ceeace permite o mai bun circulaie a gazelor prin ncrctur. Minereurile devin mai uor reductibile. n cazul minereurilor sulfuroase:

2MeS+3O2=2MeO+2SO2 ; n cazul carbonailor:

MeCO3=MeO+CO AGLOMERAREA este procesul de nmuiere cu ajutorul cldurii a prafului de minereu, lipirea particulelor i n urma rcirii formarea unor bulgri de dimensiuni convenabile, cu porozitate mare i proprieti mecanice bune. Pentru aglomerare este necesar o cantitate mare de cldur pentru topirea parial a unor componente, de aceea minereurile se amestec cu praf de cocs sau crbune. n cazul minereurilor sulfuroase rolul de combustibil l are i sulful care oricum trebuie eliminat. Instalaia de aglomerare Dwight-Lloyd figura 2.5 este destinat pregtirii minereurilor de fier n vederea introducerii n furnal. Combustibilului utilizat este praful de cocs i crbune n proporie de 6-10%. Sunt cunoscute dou tipuri de aglomerat: aglomeratul obinuit i aglomeratul autofondant care conine alturi de minereu i cocs i fondani.

MinereuCocs

Fondant

1

2

v=0,5m/min

3

4

56

7

8

9

Figura 5. Instalaia

Date post:	19-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	carla-elena
View:	291 times
Download:	18 times

Metalurgia Fontei - Curs - 2013

Documents