Metalurgia Fontelor

1.METALURGIA FONTEI

Fierul pur nu prezinta importanta practica. In schimb, aliajele fierului cu carbonul-fonta si otelul-sunt materialele metalice cele mai utilizate in tehnica.

Fonta este un aliaj de fier și carbon material casant, cu un conținut ridicat de carbon ( 2.04- 6.67%).

Fonta se obtine in furnal, prin extragerea fierului din minereurile de fier. Ca urmare, totalitatea proceselor si operatiilor care urmaresc producerea fontei in furnal constituie o parte a metalurgiei fierului, numita metalurgia fontei.

Din intreaga cantitate de fonta produsa, cca. 90% este denumita fonta de afinare si se utilizeaza la elaborarea otelurilor. Restul, denumita fonta bruta de turnatorie, se foloseste pentru obtinerea pieselor turnate.

1.1.Scurt istoric

Mai presus ca orice alte metode, furnalele stau astăzi la baza elaborării fontei, aproape la fel ca şi in 1900. Furnalele produc în ic apa 55 din cele 60 de milioane tone fontă obţinute în SUA. Şi cu toate acestea furnalul ca agregat “rege” nu este îndrăgit astăzi, aşa cum nu era nici cu 60 de ani în urmă, când editorul publicaţiei de metalurgie, Iron Age, T.W.Lippert îl caracteriza, “un bun utilaj care multă vreme a creat probleme calculelor teoretice de pe hârtie”. În timp ce “multe milioane de dolari s-au irosit pe aşa-numita reducere directa” şi în timp ce, aşa cum scria în 1939 Lippert,”trebuie să acceptăm că dacă furnalul este un fel de monstruozitate tehnică,atunci, se impune de asemenea, să admitem şi că viitorul apropiat nu face nici o promisiune cum că această metodă învechită va fi întrecută de vreunul dintre procedeele de reducere directa”1. Există ceva înfricoşător şi teribil în legătură cu aceste “turnuri” uriaşe în care minereul de fier, cocsul şi alte materiale producătoare de fier sunt încărcate, insuflate cu aer şi combustibil şi evacuate câteva ore mai târziu sub forma unor jgheaburi in candescente de zgură şi fier. În SUA doar 40 dintre acestea au fost păstrate (o zecime din cele 452 câte erau în anul 1920). Acestea în

schimb, pot să furnizeze zilnic de 20 de ori mai multă fontă decât o făceau cele

mai bune furnale acum 100 de ani: de exemplu, la BETHLEEM SPARROWSPOINT, se obţin 9750 tone/zi faţă de 500 tone în 1900. Injecţia de gaz şi cărbune pulverizat a condus la creşterea producţiei. În acelaşi timp acrescut şi diametrul furnalului, de la 15 ft în 1900 la 44 ft (1 ft = 0,3049 m)la aceeaşi companie BETHLEEM SPARROWS POINT.Au fost puse în funcţiune uzinele pentru DRI (direct-reduced iron) la OREGON STEEL în 1969, la Georgetown Steel în 1971, iar la AMOCOdin Huston în anul 1972. Mai târziu, Uzinele de la OREGON şi AMOCO au fost închise definitiv. Cea de la Georgetown a fost închisă în trimestrul 4 al anului 1984, când preţurile gazelor natural au crescut şi sortimentul de produse al companiei nu era prea diversificat. În anul 1984 însă, compania s-a orientat către produsele de calitate superioara si a repornit cu succes uzina de DRI. In present, firma AMERICAN IRON REDUCTION, apartinand societatii mixte GS Indrustries/Birmingan, din Louisiana, a devenit neprofitabila deoarece preturile la fier vechi sunt scazute.

Interesul pentru obtinerea fontei a aparut atunci cand s-a constatat ca din fonta, prin turnare, se pot obtine diferite obiecte casnice, scule sau chiar arme.

1.2. Tehnologia de elaborare a fontei

Fonta, produs de baza al industriei siderurgice se elaboreaza in furnal,numit si cuptor inalt.

Furnalul este un agregat complex cu o capacitate de sute de m3 . Functionarea lui este neintrerupta, cel putin pentru perioada de cativa ani, intre doua reparatii.

Prin partea superioara, numita gura furnalului se introduc materiile prime:cocsul si minereul de fier. Sub actiunea gazelor, prin arderea combustibilului si a caldurii, incarcatura coboara treptat in furnal catre zonele de temperature inalta. In aceste zone ia nastere fonta lichida care se scurge in partea de jos a furnalului numita creuzet.

Viteza de coborare a incarcaturii in furnal intereseaza foarte mult pe furnalisti in vederea dirijarii procesului de elaborare a fontei. Determinarea acestei viteze este imposibil de realizat cu alte metode decat acea cu izotopi radioactivi.

In acest scop se marcheaza cate un bulgare de cocs si de minereu de fier cu ajutorul capsulelor cu izotopi radioactive si se introduce prin gura furnalului notandu-se précis ora. In interiorul furnalului, in mai multe locuri se introduce contori Geiger-Muller inchisi in tuburi de protectie racite cu apa, pentru a nu se deteriora din cauza caldurii. Acesti contori semnalizeaza trecerea filolelor cu (izotopul folosit) prin dreptul lor. In acest fel se poate trasa un grafic exact al mersului incarcaturii si se poate calcula viteza de coborare a materialului in diferite zone. Se determina profilul cel mai bun al furnalului, avand in vedere ca materialele sa aiba o viteza aproape uniforma.

Pentru a intretine si a activa arderea combustibilului, in furnal se sulfa aer cu ajutorul gurilor de vant. Pentru a determina viteza curentilor de are in interiorul furnalului, in aerul introdus se amesteca un gaz radioactive. La diferite inaltimi, gazelle din furnal sunt absorbite si evacuate, tracand prin camera de ionizare unde se inregistreaza radioactivitatea. In felul acsta se poate studia drumul si viteza gazului radioactive, deci si a gzelor care circula prin furnal.

1.3.Caracteristici generale

Fonta prezinta urmatoarele caracterisrici generale:se toarna bine, se lucreaza prin aschiere,dar nu se poate prelucra plastic(nu se poate lamina sau forja)si nu se poate suda.Fontele turnate in piese mai sunt numite si fonte de a doua topire si se obtin din fonte brute ,prin retopirea in cuptoare (cubilouri)in scopul obtinerii fontei cenusii,fontei si fonte maleabile. Ele pot fi folosite in:elaborarea otelului(fonte pentru afinare) , turnarea pieselor (fonte pentru turnatorie).