Powder and Bulk

Zalety transportu pneumatycznego powodują, że jest on stosowany coraz szerzej do bezpośredniej realizacji wielu procesów technologicznych [1]. Cechą charakterystyczną instalacji transportu
pneumatycznego, realizujących omawiane procesy, jest brak urządzeń odbiorczych (filtrujących) strukturalnie związanych z konwencjonalnymi liniami przemieszczania materiałów sypkich. Materiał sypki w przedstawionych procesach na wylocie instalacji wprowadzany jest do cieczy lub gazowej przestrzeni roboczej. Przyjmując za podstawę klasyfikacji ośrodek, do którego wdmuchiwany jest materiał sypki, możemy wprowadzić następujący podział technologii na:

1) Wdmuchiwanie materiałów sypkich do cieczy (wdmuchiwanie proszków do ciekłego metalu, wprowadzenie flokulantów w oczyszczalniach ścieków, zagęszczanie cieczy w technologiach
górniczych, wprowadzanie pigmentów i wypełniaczy do disolverów w przemyśle farb i lakierów, a materiałów sypkich do reaktorów inżynierii chemicznej).

2) Wdmuchiwanie materiałów sypkich do gazowej przestrzeni roboczej (wdmuchiwanie rozdrobnionych materiałów do żeliwiaków i wielkich pieców, opylanie wyrobisk górniczych, wdmuchiwanie
sorbentów i mieszanin popiołowych w instalacjach odsiarczania spalin, recyrkulacja popiołów do palenisk, wprowadzanie materiałów do reaktorów instalacji recyklingu, wdmuchiwanie paliw - np.
biomasy - do kotłów, czyszczenie strumieniowe i inne).

Zastosowanie drobnoziarnistych materiałów powoduje powstanie dużej powierzchni kontaktu cząstek z ośrodkiem, do którego są wprowadzane, a w konsekwencji uzyskanie dużych szybkości reakcji. Przy wprowadzaniu cząstek do ośrodków ciekłych dodatkowo proces jest intensyfikowany wzajemnym ruchem cząstek i cieczy, wymuszonym strumieniem transportującym, co powoduje zwiększenie szybkości reakcji fizykochemicznych.

Niektóre z przedstawionych aplikacji przemysłowych są wynikiem współpracy Katedry Odlewnictwa Politechniki Śląskiej i Kooperacji POLKO z Mikołowa. Poniżej omówiono zastosowania metody
wdmuchiwania proszków do ośrodków ciekłych i gazowych w odlewnictwie oraz metalurgii.

1. Wdmuchiwanie materiałów sypkich do cieczy

Jak już wcześniej wspomniano, technologia wprowadzania materiałów sypkich do cieczy pozwala na znaczną intensyfikację prowadzonych procesów. Umożliwia również wprowadzanie materiałów
do ośrodków ciekłych, które są trujące lub toksyczne. Może to również być ciekły metal, który ma wysoką temperaturę. Hermetyzacja i automatyzacja układów transportowych powoduje, że są one bardzo
często stosowane w takich ekstremalnych przypadkach.

Rys. 1. Schemat stanowiska do nawęglania kąpieli metalowej w piecu elektrycznym łukowym: 1 – zbiornik ciśnieniowy, 2 – tablica sterownicza, 3 – komora mieszania, 4 – reduktor, 5 – waga tensometryczna, 6 – zasuwa szczelinowa, 7 – zbiornik magazynowy, 8 – sito, 9 – źródło zasilania sprężonym powietrzem, 10 – zawór odcinający, 11 – przewód transportowy, 12 – manipulator lancy

1.1. Nawęglanie ciekłego metalu
Jednym z problemów przy wytopie żeliwa w piecach elektrycznych łukowych jest uzyskanie odpowiedniej zawartości węgla w ciekłym metalu. Jest to istotne zagadnienie w wielu nowoczesnych odlewniach, które ograniczyły lub zrezygnowały z udziału surówki w materiałach wsadowych, zastępując ją tańszym złomem stalowym.

Wynikający stąd niedobór węgla próbuje się korygować metodami tradycyjnymi (dodawanie nawęglacza do wsadu lub późniejsze uzupełnianie w końcowym etapie wytopu przez narzucanie na powierzchnię).
Są to jednak metody czasochłonne i mało efektywne, wydłużające czas wytopu. Skuteczniejszym rozwiązaniem jest metoda pneumatycznego wprowadzania nawęglacza do ciekłego metalu [2].

Głównym elementem stanowisk do realizacji procesu nawęglania jest zbiornik ciśnieniowy 1 (rys. 1.) o pojemności 0,25-1,0 m³ (zależnej od wielkości pieca) [3, 4]. W górnej części zbiornik ten ma zamknięcie
dzwonowe, natomiast w części dolnej - komorę mieszania 3. Zbiornik ciśnieniowy 1 wyposażony jest w zawór odpowietrzający, umożliwiający dekompresję zbiornika po zakończeniu każdego cyklu pracy. Ciśnienie powietrza doprowadzanego do zbiornika nad materiał transportowany regulowane jest reduktorem 4. Zasilanie lub odcięcie dopływu powietrza umożliwia zawór główny 10. Wszystkie zawory mogą być uruchamiane z tablicy sterującej 2 zbiornika lub z pulpitu znajdującego się w sterowni pieca. Zbiornik posadowiony jest na wadze tensometrycznej 5, której wskazania są wyświetlane na tablicy sterującej 2.

Nawęglacz jest przemieszczany przewodem transportowym 11 zakończonym lancą 13 wprowadzaną do pieca łukowego 14 i zanurzoną w ciekłym metalu. Lancę można umieścić na manipulatorze 12, umożliwiającym jej automatyczne wprowadzanie do ciekłego metalu. Ułatwia to obsługę, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo oraz gwarantując większą powtarzalność procesu.

Nad urządzeniem może znajdować się zbiornik magazynowy 7 materiału nawęglającego o pojemności zapewniającej dobowe lub zmianowe zużycie nawęglacza. W górnej części zbiornika powinno być umieszczone sito 8, eliminujące nadziarno i zanieczyszczenia znajdujące się w nawęglaczu. Dolną część zbiornika 7 stanowi zasuwa 6 (szczelinowa lub obrotowa), napędzana siłownikiem pneumatycznym. Pomiędzy zasuwą 6 a podajnikiem komorowym 1 konieczny jest montaż  kompensatora eliminującego oddziaływanie zbiornika magazynowego na układ ważący.

W części zasilania układu sprężonym powietrzem montowany jest filtr, który eliminuje zanieczyszczenia wodne i olejowe. Materiał nawęglający dostarczany jest przez producentów najczęściej w big-bagach o pojemności 1 m³. Jako materiały nawęglające stosuje się grafit syntetyczny, grafit naturalny, antracyt kalcynowany i koks naftowy kalcynowany. Dobry nawęglacz powinien charakteryzować się dużą zawartością węgla (> 95% C), niską zawartością popiołu, małą zawartością siarki (< 0,3% S), zwłaszcza
dla żeliwa sferoidalnego i części lotnych (< 1%), a jego wilgotność nie powinna przekraczać wartości 0,9%.

1.2. Odsiarczanie i odfosforowanie stali
W procesach stalowniczych operacje rafi nacji i końcowej obróbki metalurgicznej odbywają się w kadziach. Jest to obróbka pozapiecowa, pozwalająca na ograniczenie roli pieca wyłącznie do prowadzenia głównych zabiegów na ciekłym stopie, co znacznie skraca czas wytopu i umożliwia zwiększenie wydajności pieca. Obniżenie zawartości siarki i fosforu jest istotnym zagadnieniem w produkcji stali. Pozwala ono na równoczesny wzrost własności mechanicznych wytwarzanych
stali, jak również na regulację kształtu i charakteru wtrąceń niemetalicznych [5]. Znane są również zastosowania metody odsiarczania i odfosforowania w piecach elektrycznych łukowych. Zarówno w jednym, jak i w drugim przypadku uzyskuje się zmniejszenie zawartości siarki i fosforu poniżej 0,005%.

Rys. 2. Układ urządzeń do prowadzenia procesu odsiarczania w kadzi: 1 – kadź, 2 – wóz do przewożenia kadzi, 3 – pokrywa, 4 – rura odciągu gazów, 5 – lanca, 6 – urządzenie do wprowadzania lancy, 7 – przewód transportowy, 8 – zbiorniki reagentów, 9 – dozowniki śrubowe lub wibracyjne, 10 – zbiornik do mieszania i naważania, 11 – podajnik komorowy, 12 – wymienne lance [6]

Schemat stanowiska do prowadzenia procesu odsiarczania w kadzi przedstawiono na rys. 2. Po spuście metalu z pieca do kadzi jest on transportowany na wozie 2 do stacji wdmuchiwania. Następnie kadź przykrywana jest pokrywą 3 z rurą odciągową 4. Po przykryciu kadzi opuszczana i wprowadzana jest do kąpieli metalowej lanca 5 za pomocą układu mechanicznego 6. Materiały sproszkowane dostarczane są w pojemnikach transportowych do zbiorników reagentów 8, które w odpowiednich proporcjach przenośnikami dozującymi 9 są wsypywane do zbiornika 10, a tam ważone i wstępnie mieszane. Po przesypaniu do podajnika komorowego 11 są przemieszczane przewodami transportowymi 7 do lancy 5 zanurzonej w ciekłym metalu. Obok znajduje się stojak z wymiennymi lancami 12, ułatwiający ich szybką wymianę w trakcie realizacji procesu.

Stanowisko to umożliwia wprowadzanie reagentów i dodatków stopowych. Do odsiarczania stosuje się: CaO, CaO+Al, CaO+CaF +Al, CaC₂+CaCO₃ i miszmetal, a do odfosforowania mieszaninę
CaO+CaF₂+F₂O₃. W kadzi mogą być również prowadzone procesy odtleniania (CaSi, CaSiBa, CaSiMg), usuwania azotu (FeZr, SiZr) i wprowadzania dodatków stopowych (FeSi7₅, węgla, Ni, Mo), w których najczęściej gazem nośnym jest argon.