Valorificarea Resurselor Energetice Secundare în Metalurgie

Ţunderul reprezintă oxizi de fier şi anume FeO, Fe2O3, Fe3O4 rezultaţi în procesul tehnologic de încălzire şi deformare a semifabricatelor din oţel.

Ţunderul se mai numeşte şi arsură de fier sau zgură solidă, care, datorită aderenţei reduse, se desprinde de pe suprafaţa semifabricatelor rezultând astfel o pierdere de metal.

Compoziţia chimică medie a ţunderului este: 41 % Fe0; 29 % Fe2O3; 30 % Fe3O4.

Cantitatea de Fe conţinută în ţunder se calculează cu relaţia:

(1)

În cazul compoziţiei chimice medii a ţunderului luată in considerare rezultă:

(2)

Conţinutul de Fe din ţunder având valori însemnate, se justifică recuperarea acestuia.

O metodă de recuperare a ţunderului, care se va prezenta în continuare, este elaborarea oţelului prin aluminotermie.

Materia primă utilizată în cazul aluminotermiei este alcătuită din amestecuri pulverulente de: ţunder, aluminiu, siliciu, mangan, fluorură de calciu, fiecare având granulaţia sub 1 mm.

 În condiţii de laborator a fost realizat un amestec pulverulent într-un malaxor, amestecul având următoarea structură: 77% ţunder, 21% pulbere de aluminiu, 2% fluorură de calciu, fiecare având granulaţia sub 1 mm.

Pulberea de aluminiu utilizată a avut un conţinut de 99,99% Al.

Principalele reacţii chimice ale procesului aluminotermic sunt reacţii de reducere a oxizilor de fier cu ajutorul aluminiului, după cum urmează:

; (3)

.

în care:

- variaţia entalpiei libere, [J/kg];

(4)

în care: - entalpia sistemului, [J/kg];

- entalpia “legată”, [J/kg];

- variaţia entropiei, [J/kg.K];

- temperatura, [K].

În condiţii de laborator procesul tehnologic a fost realizat într-o cuvă cu capacitatea de 50 kg încălzită la temperatura de 500700 C. Amestecul exoterm a fost încălzit separat la o temperatură de 350400 C, întrucât are un conţinut mare de umiditate şi există pericolul autoaprinderii.

Amorsarea reacţiilor aluminotermice a fost realizată pe la partea superioară a cuvei, utilizându-se pentru aceasta peroxid de bariu şi pulbere fină de aluminiu, sub 0,5 mm, într-o cantitate de cca. 1,5 g.

Pentru stabilirea compoziţiei optime a amestecului aluminiu - arsura de fier s-au avut în vedere următoarele considerente:

- metalul rezultat să aibă o compoziţie chimică, în care procentul de aluminiu să fie mai mic de 0,005 %, conţinutul de siliciu, mai mic de 0,01 %, conţinutul de mangan mai mic de 0,002 %, conţinutul de fosfor şi sulf sub 0,006 %;

- metalul rezultat să fie compact, fără porozităţi, fără incluziuni nemetalice şi să aibă un conţinut scăzut de aluminiu rezidual.

Pentru soluţionarea acestor deziderate s-a testat un număr de 20 compoziţii cu un pas de variaţie de 0,5% Al, (vezi fig.14.1).

S-au cercetat structurile corespunzătoare variaţiei conţinutului de aluminiu între 15-26 % şi respectiv variaţiei conţinutului de arsură de fier între 74÷85 %.

Conţinutul de aluminiu rezidual, corespunzător unui fier tehnic cu titlul ridicat, trebuie să fie sub 0,005 %, ceea ce impune o structură optimă a amestecului exoterm alcătuit din 20 % pulbere de aluminiu şi 80 % arsură de fier, cu granulaţia sub 1mm.