I. Kako klasificirati rekarburizatore
Karburizatori se mogu grubo podijeliti u četiri vrste prema sirovinama od kojih su napravljeni.
1. Umjetni grafit
Glavna sirovina za proizvodnju umjetnog grafita je praškasti visokokvalitetni kalcinirani naftni koks, kojem se kao vezivo dodaje asfalt, a dodaje se i mala količina drugih pomoćnih materijala. Nakon što se različite sirovine pomiješaju, prešaju se i oblikuju, a zatim se obrađuju u neoksidirajućoj atmosferi na 2500-3000 °C kako bi se grafitizirale. Nakon obrade na visokoj temperaturi, sadržaj pepela, sumpora i plina znatno se smanjuje.
Zbog visoke cijene proizvoda od umjetnog grafita, većina rekarburizatora umjetnog grafita koji se obično koriste u ljevaonicama su reciklirani materijali poput strugotina, otpadnih elektroda i grafitnih blokova prilikom proizvodnje grafitnih elektroda kako bi se smanjili troškovi proizvodnje.
Prilikom taljenja nodularnog lijeva, kako bi se postigla visoka metalurška kvaliteta lijevanog željeza, umjetni grafit trebao bi biti prvi izbor za rekarburizator.
2. Naftni koks
Naftni koks je široko korišteni rekarburizator.
Naftni koks je nusproizvod dobiven rafiniranjem sirove nafte. Ostaci i naftne smole dobivene destilacijom sirove nafte pod normalnim tlakom ili pod smanjenim tlakom mogu se koristiti kao sirovine za proizvodnju naftnog koksa, a zatim se nakon koksiranja može dobiti zeleni naftni koks. Proizvodnja zelenog naftnog koksa je otprilike manja od 5% količine korištene sirove nafte. Godišnja proizvodnja sirovog naftnog koksa u Sjedinjenim Državama je oko 30 milijuna tona. Sadržaj nečistoća u zelenom naftnom koksu je visok, pa se ne može izravno koristiti kao rekarburizator i prvo se mora kalcinirati.
Sirovi naftni koks dostupan je u spužvastom, igličastom, granularnom i tekućem obliku.
Spužvasti naftni koks proizvodi se metodom odgođenog koksiranja. Zbog visokog sadržaja sumpora i metala, obično se koristi kao gorivo tijekom kalcinacije, a može se koristiti i kao sirovina za kalcinirani naftni koks. Kalcinirani spužvasti koks uglavnom se koristi u aluminijskoj industriji i kao rekarburizator.
Igličasti petrolejski koks proizvodi se metodom odgođenog koksiranja sa sirovinama s visokim udjelom aromatskih ugljikovodika i niskim udjelom nečistoća. Ovaj koks ima lako lomljivu igličastu strukturu, ponekad se naziva grafitni koks, a uglavnom se koristi za izradu grafitnih elektroda nakon kalcinacije.
Granulirani naftni koks je u obliku tvrdih granula i proizvodi se od sirovina s visokim udjelom sumpora i asfaltena metodom odgođenog koksiranja, a uglavnom se koristi kao gorivo.
Fluidizirani naftni koks dobiva se kontinuiranim koksiranjem u fluidiziranom sloju.
Kalcinacija naftnog koksa služi za uklanjanje sumpora, vlage i hlapljivih tvari. Kalcinacija zelenog naftnog koksa na 1200-1350°C može ga pretvoriti u praktički čisti ugljik.
Najveći korisnik kalciniranog naftnog koksa je aluminijska industrija, od koje se 70% koristi za izradu anoda koje reduciraju boksit. Oko 6% kalciniranog naftnog koksa proizvedenog u Sjedinjenim Državama koristi se za rekarburizatore lijevanog željeza.
3. Prirodni grafit
Prirodni grafit se može podijeliti u dvije vrste: pahuljasti grafit i mikrokristalni grafit.
Mikrokristalni grafit ima visok sadržaj pepela i općenito se ne koristi kao rekarburizator za lijevano željezo.
Postoji mnogo vrsta pahuljastog grafita: pahuljasti grafit s visokim udjelom ugljika treba se ekstrahirati kemijskim metodama ili zagrijati na visoku temperaturu kako bi se oksidi u njemu razgradili i isparili. Sadržaj pepela u grafitu je visok, pa nije prikladan za upotrebu kao rekarburizator; grafit sa srednjim udjelom ugljika uglavnom se koristi kao rekarburizator, ali količina nije velika.
4. Ugljični koks i antracit
U procesu proizvodnje čelika u elektrolučnoj peći, koks ili antracit mogu se dodati kao rekarburizator prilikom punjenja. Zbog visokog sadržaja pepela i hlapljivih tvari, lijevano željezo za taljenje u indukcijskoj peći rijetko se koristi kao rekarburizator.
S kontinuiranim poboljšanjem zahtjeva za zaštitu okoliša, sve se više pozornosti posvećuje potrošnji resursa, a cijene sirovog željeza i koksa nastavljaju rasti, što rezultira povećanjem troškova odljevaka. Sve više ljevaonica počinje koristiti električne peći kako bi zamijenile tradicionalno taljenje u kupolnoj peći. Početkom 2011. godine, radionica za male i srednje dijelove naše tvornice također je usvojila proces taljenja u električnoj peći kako bi zamijenila tradicionalni proces taljenja u kupolnoj peći. Korištenje velike količine otpadnog čelika u taljenju u električnoj peći ne samo da može smanjiti troškove, već i poboljšati mehanička svojstva odljevaka, ali vrsta korištenog rekarburizatora i proces cementacije igraju ključnu ulogu.
II. Kako koristiti rekarburizu taljenju u indukcijskoj peći
1. Glavne vrste rekarburizatora
Kao rekarburizatori lijevanog željeza koriste se mnogi materijali, a najčešće se koriste umjetni grafit, kalcinirani naftni koks, prirodni grafit, koks, antracit i smjese izrađene od takvih materijala.
(1) Umjetni grafit Među raznim gore spomenutim rekarburizatorima, najbolje kvalitete je umjetni grafit. Glavna sirovina za proizvodnju umjetnog grafita je praškasti visokokvalitetni kalcinirani naftni koks, kojem se dodaje asfalt kao vezivo, a dodaje se i mala količina drugih pomoćnih materijala. Nakon što se različite sirovine pomiješaju, prešaju se i oblikuju, a zatim se obrađuju u neoksidirajućoj atmosferi na 2500-3000 °C kako bi se grafitizirale. Nakon obrade na visokoj temperaturi, sadržaj pepela, sumpora i plina znatno se smanjuje. Ako nema kalciniranog naftnog koksa na visokoj temperaturi ili s nedovoljnom temperaturom kalcinacije, kvaliteta rekarburizatora bit će ozbiljno pogođena. Stoga kvaliteta rekarburizatora uglavnom ovisi o stupnju grafitizacije. Dobar rekarburizator sadrži grafitni ugljik (maseni udio) s 95% do 98%, sadržaj sumpora je 0,02% do 0,05%, a sadržaj dušika je (100 do 200) × 10-6.
(2) Naftni koks je široko korišteno sredstvo za rekarburizaciju. Naftni koks je nusproizvod dobiven rafiniranjem sirove nafte. Ostaci i naftne smole dobiveni redovitom tlačnom destilacijom ili vakuumskom destilacijom sirove nafte mogu se koristiti kao sirovine za proizvodnju naftnog koksa. Nakon koksiranja može se dobiti sirovi naftni koks. Sadržaj je visok i ne može se izravno koristiti kao sredstvo za rekarburizaciju, već se prvo mora kalcinirati.
(3) Prirodni grafit može se podijeliti na dvije vrste: pahuljasti grafit i mikrokristalni grafit. Mikrokristalni grafit ima visok udio pepela i općenito se ne koristi kao rekarburizator za lijevano željezo. Postoje mnoge vrste pahuljastog grafita: pahuljasti grafit s visokim udjelom ugljika treba ekstrahirati kemijskim metodama ili zagrijati na visoku temperaturu kako bi se razgradili i isparili oksidi u njemu. Sadržaj pepela u grafitu je visok i ne bi se trebao koristiti kao rekarburizator. Srednje ugljični grafit se uglavnom koristi kao rekarburizator, ali količina nije velika.
(4) Ugljični koks i antracit U procesu taljenja u indukcijskoj peći, koks ili antracit mogu se dodati kao rekarburizator prilikom punjenja. Zbog visokog sadržaja pepela i hlapljivih tvari, lijevano željezo za taljenje u indukcijskoj peći rijetko se koristi kao rekarburizator. Cijena ovog rekarburizatora je niska i spada u niskokvalitetne rekarburizatore.
2. Princip cementacije rastaljenog željeza
U procesu taljenja sintetičkog lijevanog željeza, zbog velike količine dodanog otpada i niskog sadržaja C u rastaljenom željezu, mora se koristiti naugljičnik za povećanje ugljika. Ugljik koji postoji u obliku elementa u rekarburizatoru ima temperaturu taljenja od 3727 °C i ne može se topiti na temperaturi rastaljenog željeza. Stoga se ugljik u rekarburizatoru uglavnom otapa u rastaljenom željezu na dva načina: otapanjem i difuzijom. Kada je sadržaj grafitnog rekarburizatora u rastaljenom željezu 2,1%, grafit se može izravno otopiti u rastaljenom željezu. Fenomen izravnog otapanja negrafitne karbonizacije u osnovi ne postoji, ali s vremenom ugljik postupno difundira i otapa se u rastaljenom željezu. Kod rekarburizacije lijevanog željeza taljenog u indukcijskoj peći, brzina rekarburizacije kristalnog grafita znatno je veća nego kod negrafitnih rekarburizatora.
Eksperimenti pokazuju da je otapanje ugljika u rastaljenom željezu kontrolirano prijenosom mase ugljika u tekućem graničnom sloju na površini čvrstih čestica. Uspoređujući rezultate dobivene s česticama koksa i ugljena s rezultatima dobivenim s grafitom, utvrđeno je da je brzina difuzije i otapanja grafitnih rekarburizatora u rastaljenom željezu znatno brža od one kod čestica koksa i ugljena. Djelomično otopljeni uzorci čestica koksa i ugljena promatrani su elektronskim mikroskopom i utvrđeno je da se na površini uzoraka formirao tanki ljepljivi sloj pepela, što je bio glavni čimbenik koji utječe na njihovu učinkovitost difuzije i otapanja u rastaljenom željezu.
3. Čimbenici koji utječu na učinak povećanja ugljika
(1) Utjecaj veličine čestica rekarburizatora Brzina apsorpcije rekarburizatora ovisi o kombiniranom učinku brzine otapanja i difuzije rekarburizatora te brzine gubitka oksidacijom. Općenito, čestice rekarburizatora su male, brzina otapanja je brza, a brzina gubitka je velika; čestice karburizatora su velike, brzina otapanja je spora, a brzina gubitka je mala. Izbor veličine čestica rekarburizatora povezan je s promjerom i kapacitetom peći. Općenito, kada su promjer i kapacitet peći veliki, veličina čestica rekarburizatora trebala bi biti veća; naprotiv, veličina čestica rekarburizatora trebala bi biti manja.
(2) Utjecaj količine dodanog rekarburizatora Pod uvjetima određene temperature i istog kemijskog sastava, zasićena koncentracija ugljika u rastaljenom željezu je sigurna. Pod određenim stupnjem zasićenja, što se više rekarburizatora doda, to je dulje vrijeme potrebno za otapanje i difuziju, veći je odgovarajući gubitak i niža je brzina apsorpcije.
(3) Utjecaj temperature na brzinu apsorpcije rekarburizatora U načelu, što je viša temperatura rastaljenog željeza, to je povoljnije za apsorpciju i otapanje rekarburizatora. Naprotiv, rekarburizator se teško otapa, a brzina apsorpcije rekarburizatora se smanjuje. Međutim, kada je temperatura rastaljenog željeza previsoka, iako je vjerojatnije da će se rekarburizator potpuno otopiti, brzina gubitka ugljika izgaranjem će se povećati, što će na kraju dovesti do smanjenja sadržaja ugljika i smanjenja ukupne brzine apsorpcije rekarburizatora. Općenito, kada je temperatura rastaljenog željeza između 1460 i 1550 °C, učinkovitost apsorpcije rekarburizatora je najbolja.
(4) Utjecaj miješanja rastaljenog željeza na brzinu apsorpcije rekarburizatora Miješanje je korisno za otapanje i difuziju ugljika te sprječava da rekarburizator pluta na površini rastaljenog željeza i izgaranje. Prije nego što se rekarburizator potpuno otopi, vrijeme miješanja je dugo, a brzina apsorpcije visoka. Miješanje također može smanjiti vrijeme zadržavanja karbonizacije, skratiti proizvodni ciklus i izbjeći izgaranje legirajućih elemenata u rastaljenom željezu. Međutim, ako je vrijeme miješanja predugo, to ne samo da ima veliki utjecaj na vijek trajanja peći, već i pogoršava gubitak ugljika u rastaljenom željezu nakon što se rekarburizator otopi. Stoga bi odgovarajuće vrijeme miješanja rastaljenog željeza trebalo biti prikladno kako bi se osiguralo da se rekarburizator potpuno otopi.
(5) Utjecaj kemijskog sastava rastaljenog željeza na brzinu apsorpcije rekarburizatora Kada je početni sadržaj ugljika u rastaljenom željezu visok, ispod određene granice topljivosti, brzina apsorpcije rekarburizatora je spora, količina apsorpcije je mala, a gubitak izgaranjem je relativno velik. Brzina apsorpcije rekarburizatora je niska. Suprotno je kada je početni sadržaj ugljika u rastaljenom željezu nizak. Osim toga, silicij i sumpor u rastaljenom željezu ometaju apsorpciju ugljika i smanjuju brzinu apsorpcije rekarburizatora; dok mangan pomaže u apsorpciji ugljika i poboljšanju brzine apsorpcije rekarburizatora. Što se tiče stupnja utjecaja, silicij je najveći, zatim mangan, a ugljik i sumpor imaju manji utjecaj. Stoga se u stvarnom proizvodnom procesu prvo treba dodati mangan, zatim ugljik, a zatim silicij.
Vrijeme objave: 04.11.2022.