01. Ako klasifikovať rekarburizátory
Karburizátory možno podľa surovín rozdeliť zhruba do štyroch typov.
1. Umelý grafit
Hlavnou surovinou na výrobu umelého grafitu je práškový vysokokvalitný kalcinovaný ropný koks, do ktorého sa ako spojivo pridáva asfalt a malé množstvo ďalších pomocných materiálov. Potom, čo sa rôzne suroviny zmiešajú, sú lisované a tvarované a potom spracované v neoxidačnej atmosfére pri 2500-3000 °C, aby boli grafitizované. Po spracovaní pri vysokej teplote sa obsah popola, síry a plynu výrazne zníži.
Kvôli vysokej cene produktov z umelého grafitu je väčšina umelých grafitových rekarburizátorov bežne používaných v zlievarňach recyklovanými materiálmi, ako sú čipy, odpadové elektródy a grafitové bloky pri výrobe grafitových elektród na zníženie výrobných nákladov.
Pri tavení tvárnej liatiny, aby sa dosiahla vysoká metalurgická kvalita liatiny, by mal byť umelý grafit prvou voľbou pre rekarbonizátor.
2. Ropný koks
Ropný koks je široko používaný rekarbonizátor.
Ropný koks je vedľajší produkt získaný rafináciou ropy. Zvyšky a ropné smoly získané destiláciou za normálneho tlaku alebo za zníženého tlaku ropy sa môžu použiť ako suroviny na výrobu ropného koksu a po koksovaní je možné získať zelený ropný koks. Produkcia zeleného ropného koksu predstavuje približne menej ako 5 % množstva použitej ropy. Ročná produkcia surového ropného koksu v Spojených štátoch je asi 30 miliónov ton. Obsah nečistôt v zelenom ropnom kokse je vysoký, takže sa nemôže priamo použiť ako rekarbonizátor a musí sa najskôr kalcinovať.
Surový ropný koks je dostupný v hubovitých, ihličkovitých, granulovaných a tekutých formách.
Špongiový ropný koks sa pripravuje metódou oneskoreného koksovania. Kvôli vysokému obsahu síry a kovov sa zvyčajne používa ako palivo pri kalcinácii a môže sa použiť aj ako surovina pre kalcinovaný ropný koks. Kalcinovaný špongiový koks sa používa hlavne v priemysle hliníka a ako rekarbonizátor.
Ihlový ropný koks sa pripravuje metódou oneskoreného koksovania zo surovín s vysokým obsahom aromatických uhľovodíkov a nízkym obsahom nečistôt. Tento koks má ľahko prasknutú ihlicovitú štruktúru, niekedy nazývanú grafitový koks, a používa sa hlavne na výrobu grafitových elektród po kalcinácii.
Granulovaný ropný koks je vo forme tvrdých granúl a vyrába sa zo surovín s vysokým obsahom síry a asfalténu metódou oneskoreného koksovania a používa sa hlavne ako palivo.
Fluidizovaný ropný koks sa získava kontinuálnym koksovaním vo fluidnom lôžku.
Kalcinácia ropného koksu má odstrániť síru, vlhkosť a prchavé látky. Kalcináciou zeleného ropného koksu pri 1200 – 1350 °C je možné vyrobiť v podstate čistý uhlík.
Najväčším užívateľom kalcinovaného ropného koksu je hlinikársky priemysel, z ktorého 70 % sa používa na výrobu anód redukujúcich bauxit. Asi 6 % kalcinovaného ropného koksu vyrobeného v Spojených štátoch amerických sa používa na rekarburizátory liatiny.
3. Prírodný grafit
Prírodný grafit možno rozdeliť na dva typy: vločkový grafit a mikrokryštalický grafit.
Mikrokryštalický grafit má vysoký obsah popola a vo všeobecnosti sa nepoužíva ako rekarbonizátor pre liatinu.
Existuje mnoho druhov vločkového grafitu: vločkový grafit s vysokým obsahom uhlíka je potrebné extrahovať chemickými metódami alebo zahriať na vysokú teplotu, aby sa oxidy v ňom rozložili a odparili. Obsah popola v grafite je vysoký, preto nie je vhodný na použitie ako rekarbonizátor; ako rekarbonizátor sa používa hlavne stredný uhlíkový grafit, ale množstvo nie je veľa.
4. Koks a antracit
V procese výroby ocele v elektrickej oblúkovej peci sa môže pri nabíjaní pridávať koks alebo antracit ako rekarbonizátor. Vzhľadom na vysoký obsah popola a prchavých látok sa liatina na tavenie liatiny v indukčnej peci zriedka používa ako rekarbonizátor.
S neustálym zlepšovaním požiadaviek na ochranu životného prostredia sa čoraz viac pozornosti venuje spotrebe zdrojov a ceny surového železa a koksu neustále rastú, čo má za následok zvýšenie nákladov na odliatky. Čoraz viac zlievarní začína používať elektrické pece ako náhradu za tradičné tavenie kupol. Začiatkom roku 2011 dielňa malých a stredných dielov našej továrne tiež prijala proces tavenia v elektrickej peci, ktorý nahradil tradičný proces tavenia kupol. Použitie veľkého množstva oceľového šrotu pri tavení v elektrickej peci môže nielen znížiť náklady, ale aj zlepšiť mechanické vlastnosti odliatkov, ale kľúčovú úlohu zohráva typ použitého rekarbonizátora a proces nauhličovania.
02. Ako používať rekarburizátor pri tavení v indukčnej peci
1 Hlavné typy rekarburizátorov
Existuje mnoho materiálov používaných ako liatinové rekarburizátory, bežne používané sú umelý grafit, kalcinovaný ropný koks, prírodný grafit, koks, antracit a zmesi z takýchto materiálov.
(1) Umelý grafit Spomedzi rôznych rekarburizátorov uvedených vyššie je najkvalitnejší umelý grafit. Hlavnou surovinou na výrobu umelého grafitu je práškový vysokokvalitný kalcinovaný ropný koks, do ktorého sa ako spojivo pridáva asfalt a malé množstvo ďalších pomocných materiálov. Potom, čo sa rôzne suroviny zmiešajú, sú lisované a tvarované a potom spracované v neoxidačnej atmosfére pri 2500-3000 °C, aby boli grafitizované. Po spracovaní pri vysokej teplote sa obsah popola, síry a plynu výrazne zníži. Ak nie je pri vysokej teplote alebo s nedostatočnou teplotou kalcinácie kalcinovaný ropný koks, kvalita rekarbonizátora bude vážne ovplyvnená. Preto kvalita rekarburizátora závisí najmä od stupňa grafitizácie. Dobrý rekarbonizátor obsahuje grafitický uhlík (hmotnostný podiel) Pri 95 % až 98 % je obsah síry 0,02 % až 0,05 % a obsah dusíka je (100 až 200) × 10-6.
(2) Ropný koks je široko používaný rekarbonizátor. Ropný koks je vedľajší produkt získavaný pri rafinácii ropy. Zvyšky a ropné smoly získané z bežnej tlakovej destilácie alebo vákuovej destilácie ropy možno použiť ako suroviny na výrobu ropného koksu. Po koksovaní možno získať surový ropný koks. Obsah je vysoký a nemožno ho použiť priamo ako rekarbonizátor a musí sa najskôr kalcinovať.
(3) Prírodný grafit možno rozdeliť na dva typy: vločkový grafit a mikrokryštalický grafit. Mikrokryštalický grafit má vysoký obsah popola a vo všeobecnosti sa nepoužíva ako rekarbonizátor pre liatinu. Existuje mnoho druhov vločkového grafitu: vločkový grafit s vysokým obsahom uhlíka je potrebné extrahovať chemickými metódami alebo zahriať na vysokú teplotu, aby sa oxidy v ňom rozložili a odparili. Obsah popola v grafite je vysoký a nemal by sa používať ako rekarbonizátor. Ako rekarbonizátor sa používa hlavne stredný uhlíkový grafit, ale množstvo nie je veľa.
(4) Koks a antracit V procese tavenia v indukčnej peci je možné pri vsádzaní pridávať koks alebo antracit ako rekarbonizátor. Vzhľadom na vysoký obsah popola a prchavých látok sa liatina na tavenie liatiny v indukčnej peci zriedka používa ako rekarbonizátor. , Cena tohto nauhličovača je nízka a patrí medzi nízkokvalitné nauhličovače.
2. Princíp nauhličovania roztaveného železa
V procese tavenia syntetickej liatiny sa kvôli veľkému množstvu pridaného šrotu a nízkemu obsahu C v roztavenom železe musí na zvýšenie uhlíka použiť karburátor. Uhlík, ktorý existuje vo forme prvku v rekarbonizátore, má teplotu topenia 3727 °C a nemôže sa roztaviť pri teplote roztaveného železa. Preto sa uhlík v rekarbonizátore rozpúšťa hlavne v roztavenom železe dvoma spôsobmi rozpúšťania a difúzie. Keď je obsah grafitového rekarbonizátora v roztavenom železe 2,1 %, grafit sa môže priamo rozpustiť v roztavenom železe. Priamy riešený jav negrafitovej karbonizácie v podstate neexistuje, ale s postupom času uhlík postupne difunduje a rozpúšťa sa v roztavenom železe. Pre rekarbonizáciu liatiny tavenej v indukčnej peci je rýchlosť rekarbonizácie rekarbonizácie kryštalického grafitu výrazne vyššia ako u negrafitových rekarburizátorov.
Experimenty ukazujú, že rozpúšťanie uhlíka v roztavenom železe je riadené prenosom uhlíkovej hmoty v kvapalinovej hraničnej vrstve na povrchu pevných častíc. Porovnaním výsledkov získaných s časticami koksu a uhlia s výsledkami získanými s grafitom sa zistilo, že rýchlosť difúzie a rozpúšťania grafitových rekarburizátorov v roztavenom železe je výrazne rýchlejšia ako u častíc koksu a uhlia. Čiastočne rozpustené vzorky častíc koksu a uhlia sa pozorovali elektrónovým mikroskopom a zistilo sa, že na povrchu vzoriek sa vytvorila tenká lepkavá vrstva popola, čo bol hlavný faktor ovplyvňujúci ich difúzne a rozpúšťacie vlastnosti v roztavenom železe.
3. Faktory ovplyvňujúce efekt nárastu uhlíka
(1) Vplyv veľkosti častíc nauhličovača Rýchlosť absorpcie nauhličovača závisí od kombinovaného účinku rýchlosti rozpúšťania a difúzie nauhličovača a rýchlosti oxidačných strát. Vo všeobecnosti sú častice rekarbonizátora malé, rýchlosť rozpúšťania je rýchla a rýchlosť straty je veľká; častice karburátora sú veľké, rýchlosť rozpúšťania je pomalá a rýchlosť straty je malá. Voľba veľkosti častíc rekarburizátora súvisí s priemerom a kapacitou pece. Vo všeobecnosti, keď je priemer a kapacita pece veľký, veľkosť častíc rekarbonizátora by mala byť väčšia; naopak, veľkosť častíc rekarbonizátora by mala byť menšia.
(2) Vplyv množstva pridaného rekarbonizátora Za podmienok určitej teploty a rovnakého chemického zloženia je istá nasýtená koncentrácia uhlíka v roztavenom železe. Pri určitom stupni nasýtenia, čím viac rekarburizátora sa pridá, tým dlhší je čas potrebný na rozpustenie a difúziu, tým väčšia je zodpovedajúca strata a tým nižšia je rýchlosť absorpcie.
(3) Vplyv teploty na rýchlosť absorpcie nauhličovača V zásade platí, že čím vyššia je teplota roztaveného železa, tým viac prispieva k absorpcii a rozpúšťaniu nauhličovača. Naopak, rekarburizátor sa ťažko rozpúšťa a miera absorpcie rekarburizátora klesá. Ak je však teplota roztaveného železa príliš vysoká, hoci je pravdepodobnejšie, že sa rekarburizátor úplne rozpustí, rýchlosť straty uhlíka sa zvýši, čo nakoniec povedie k zníženiu obsahu uhlíka a zníženiu celkového rýchlosť absorpcie rekarbonizátora. Vo všeobecnosti, keď je teplota roztaveného železa medzi 1460 a 1550 °C, absorpčná účinnosť rekarbonizátora je najlepšia.
(4) Vplyv miešania roztaveného železa na rýchlosť absorpcie rekarburizátora Miešanie je prospešné pre rozpúšťanie a difúziu uhlíka a zabraňuje tomu, aby rekarburizátor plával na povrchu roztaveného železa a nespálil sa. Pred úplným rozpustením rekarbonizátora je čas miešania dlhý a rýchlosť absorpcie je vysoká. Miešanie môže tiež skrátiť čas karbonizácie, skrátiť výrobný cyklus a zabrániť spáleniu legujúcich prvkov v roztavenom železe. Ak je však doba miešania príliš dlhá, má to nielen veľký vplyv na životnosť pece, ale tiež zhoršuje stratu uhlíka v roztavenom železe po rozpustení rekarbonizátora. Preto by mala byť vhodná doba miešania roztaveného železa, aby sa zabezpečilo úplné rozpustenie rekarbonizátora.
(5) Vplyv chemického zloženia roztaveného železa na rýchlosť absorpcie rekarburizátora Keď je počiatočný obsah uhlíka v roztavenom železe vysoký, pod určitým limitom rozpustnosti, rýchlosť absorpcie rekarbonizátora je pomalá, absorbčné množstvo je malé a strata horením je pomerne veľká. Miera absorpcie rekarbonizátora je nízka. Opak je pravdou, keď je počiatočný obsah uhlíka v roztavenom železe nízky. Okrem toho kremík a síra v roztavenom železe bránia absorpcii uhlíka a znižujú rýchlosť absorpcie rekarburizátorov; zatiaľ čo mangán pomáha absorbovať uhlík a zlepšuje rýchlosť absorpcie rekarburizátorov. Z hľadiska miery vplyvu je najväčší kremík, za ním nasleduje mangán a menší vplyv má uhlík a síra. Preto by sa v skutočnom výrobnom procese mal najskôr pridať mangán, potom uhlík a potom kremík.
4. Vplyv rôznych rekarburizátorov na vlastnosti liatiny
(1) Skúšobné podmienky Na tavenie sa použili dve 5t medzifrekvenčné bezjadrové indukčné pece s maximálnym výkonom 3000 kW a frekvenciou 500 Hz. Podľa denného zoznamu dávok dielne (50 % vratného materiálu, 20 % surového železa, 30 % šrotu) použite na tavenie pece roztaveného železa kalcinovaný rekarbonizátor s nízkym obsahom dusíka a rekarburizátor grafitového typu, podľa požiadavky na proces Po úprave chemického zloženia odliať veko hlavného ložiska valca, resp.
Výrobný proces: Rekarbonizátor sa pridáva do elektrickej pece v dávkach počas procesu privádzania na tavenie, 0,4 % primárneho očkovacieho činidla (kremíkové báriové očkovacie činidlo) sa pridáva v procese odpichu a 0,1 % sekundárneho prietokového očkovacieho činidla (silikónové báriové očkovacie činidlo). Použite stylingový rad DISA2013.
(2) Mechanické vlastnosti Aby sa overil účinok dvoch rôznych rekarburizátorov na vlastnosti liatiny a aby sa predišlo vplyvu zloženia roztaveného železa na výsledky, zloženie roztaveného železa tavené rôznymi rekarburizátormi sa upravilo tak, aby bolo v zásade rovnaké. . S cieľom úplnejšieho overenia výsledkov sa v testovacom procese okrem dvoch sád skúšobných tyčí Ø30 mm naliali do dvoch pecí roztaveného železa, 12 kusov odliatkov odliatych v každej roztavenej železe sa tiež náhodne vybralo na testovanie tvrdosti podľa Brinella. (6 kusov/škatuľka, testovanie dvoch škatúľ).
V prípade takmer rovnakého zloženia je pevnosť skúšobných tyčí vyrobených použitím rekarbonizátora výrazne vyššia ako pevnosť skúšobných tyčí odliatych použitím kalcinovaného typu rekarburizátora a spracovateľský výkon odliatkov vyrobených rekarburizátor grafitového typu je samozrejme lepší ako ten, ktorý sa vyrába použitím rekarbonizátora grafitového typu. Odliatky vyrábané kalcinovanými rekarburizátormi (pri príliš vysokej tvrdosti odliatkov sa na hrane odliatkov pri spracovaní prejaví jav vyskočenia noža).
(3) Grafitové formy vzoriek s použitím rekarburizátora grafitového typu sú všetky grafitové typu A a počet grafitu je väčší a veľkosť je menšia.
Z vyššie uvedených výsledkov skúšok vyplývajú tieto závery: vysokokvalitný nauhličovač grafitového typu môže nielen zlepšiť mechanické vlastnosti odliatkov, zlepšiť metalografickú štruktúru, ale aj zlepšiť spracovateľský výkon odliatkov.
03. Epilóg
(1) Faktory ovplyvňujúce rýchlosť absorpcie nauhličovača sú veľkosť častíc nauhličovača, množstvo pridaného nauhličovača, teplota nauhličovania, čas miešania roztaveného železa a chemické zloženie roztaveného železa.
(2) Vysokokvalitný rekarbonizátor grafitového typu môže nielen zlepšiť mechanické vlastnosti odliatkov, zlepšiť metalografickú štruktúru, ale aj zlepšiť výkon spracovania odliatkov. Preto sa pri výrobe kľúčových produktov, ako sú bloky valcov a hlavy valcov v procese tavenia v indukčnej peci, odporúča používať vysokokvalitné rekarbonizátory grafitového typu.
Čas uverejnenia: 8. novembra 2022