01. Kako klasificirati recarburizatore
Uređaji za karburizaciju mogu se grubo podijeliti u četiri tipa prema sirovinama.
1. Umjetni grafit
Glavna sirovina za proizvodnju umjetnog grafita je visokokvalitetni kalcinirani petrol koks u prahu, u koji 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 tretiraju u neoksidirajućoj atmosferi na 2500-3000 °C kako bi se grafitizirale. Nakon obrade visokom temperaturom, 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 kao što su čips, otpadne elektrode i grafitni blokovi pri proizvodnji grafitnih elektroda kako bi se smanjili troškovi proizvodnje.
Prilikom taljenja nodularnog željeza, kako bi metalurška kvaliteta lijevanog željeza bila visoka, umjetni grafit bi trebao biti prvi izbor za recarburizer.
2. Naftni koks
Naftni koks je široko korišten rekarburizator.
Petrolkoks je nusproizvod dobiven rafinacijom sirove nafte. Ostaci i naftne smole dobivene destilacijom pod normalnim tlakom ili pod sniženim tlakom sirove nafte mogu se koristiti kao sirovine za proizvodnju naftnog koksa, a potom se nakon koksiranja može dobiti zeleni naftni koks. Proizvodnja zelenog naftnog koksa približno je manja od 5% količine korištene sirove nafte. Godišnja proizvodnja sirovog naftnog koksa u Sjedinjenim Državama iznosi oko 30 milijuna tona. Sadržaj nečistoća u zelenom naftnom koksu je visok, tako da se ne može izravno koristiti kao rekarburizator i mora se prvo kalcinirati.
Sirovi naftni koks dostupan je u spužvastom, igličastom, granuliranom i tekućem obliku.
Spužvasti naftni koks priprema 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 petrolkoks. Kalcinirani spužvasti koks uglavnom se koristi u industriji aluminija i kao sredstvo za ponovno ugljičenje.
Igličasti naftni koks priprema se metodom odgođenog koksiranja od sirovina s visokim udjelom aromatskih ugljikovodika i niskim udjelom nečistoća. Ovaj koks ima igličastu strukturu koja se lako lomi, ponekad se naziva i grafitni koks, a uglavnom se koristi za izradu grafitnih elektroda nakon kalcinacije.
Granulirani petrol 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 je uklanjanje sumpora, vlage i hlapljivih tvari. Kalcinacija zelenog naftnog koksa na 1200-1350°C može ga učiniti uglavnom čistim ugljikom.
Najveći korisnik kalciniranog naftnog koksa je industrija aluminija, od čega se 70% koristi za izradu anoda koje reduciraju boksit. Oko 6% kalciniranog naftnog koksa proizvedenog u Sjedinjenim Državama koristi se za rekarburizere od lijevanog željeza.
3. Prirodni grafit
Prirodni grafit se može podijeliti u dvije vrste: ljuskasti grafit i mikrokristalni grafit.
Mikrokristalni grafit ima visok sadržaj pepela i općenito se ne koristi kao sredstvo za ponovnu karburizaciju lijevanog željeza.
Postoje mnoge varijante ljuspičastog grafita: ljuskičasti grafit s visokim udjelom ugljika potrebno je ekstrahirati kemijskim metodama ili zagrijati na visoku temperaturu kako bi se razgradili i isparili oksidi u njemu. Sadržaj pepela u grafitu je visok, tako da nije prikladan za upotrebu kao recarburizer; srednji ugljični grafit se uglavnom koristi kao rekarburizator, ali količina nije velika.
4. Koks i antracit
U procesu proizvodnje čelika u elektrolučnim pećima, koks ili antracit mogu se dodati kao pougljičivač prilikom punjenja. Zbog visokog sadržaja pepela i hlapljivih tvari, lijevano željezo za taljenje u indukcijskim pećima rijetko se koristi kao sredstvo za pougljičenje.
Kontinuiranim poboljšanjem zahtjeva zaštite okoliša, sve se više pažnje posvećuje potrošnji resursa, a cijene sirovog željeza i koksa i dalje rastu, što rezultira povećanjem cijene odljevaka. Sve više i više ljevaonica počinje koristiti električne peći za zamjenu tradicionalnog kupolnog taljenja. Početkom 2011. godine, radionica za male i srednje dijelove naše tvornice također je usvojila proces taljenja u električnim pećima kako bi zamijenila tradicionalni proces taljenja u kupoli. Korištenje velike količine otpadnog čelika u električnom taljenju u pećima ne samo da može smanjiti troškove, već i poboljšati mehanička svojstva odljevaka, ali tip korištenog recarburizatora i postupak karburizacije igraju ključnu ulogu.
02. Kako koristiti recarburizer kod taljenja u indukcijskoj peći
1 Glavne vrste recarburizatora
Postoje mnogi materijali koji se koriste kao rekarburizatori lijevanog željeza, a najčešće se koriste umjetni grafit, kalcinirani petrol koks, prirodni grafit, koks, antracit i mješavine takvih materijala.
(1) Umjetni grafit Među raznim gore spomenutim rekarburizatorima, najbolja kvaliteta je umjetni grafit. Glavna sirovina za proizvodnju umjetnog grafita je visokokvalitetni kalcinirani petrol koks u prahu, u koji 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 visokom temperaturom, sadržaj pepela, sumpora i plina znatno se smanjuje. Ako nema naftnog koksa kalciniranog na visokoj temperaturi ili s nedovoljnom temperaturom kalcinacije, to će ozbiljno utjecati na kvalitetu recarburizatora. Stoga kvaliteta recarburizatora uglavnom ovisi o stupnju grafitizacije. Dobar recarburizer 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 korišten rekarburizator. Petrolkoks je nusproizvod dobiven rafiniranjem sirove nafte. Ostaci i naftne smole dobivene redovnom 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 koristiti izravno kao recarburizator, te se mora prvo kalcinirati.
(3) Prirodni grafit može se podijeliti u dvije vrste: grafit u obliku ljuskica i mikrokristalni grafit. Mikrokristalni grafit ima visok udio pepela i općenito se ne koristi kao sredstvo za ponovno ugljičenje lijevanog željeza. Postoje mnoge varijante ljuspičastog grafita: ljuskičasti grafit s visokim udjelom ugljika potrebno je 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. Srednji ugljični grafit se uglavnom koristi kao recarburizator, ali količina nije velika.
(4) Koks i antracit U procesu taljenja u indukcijskoj peći, koks ili antracit mogu se dodati kao pougljičivač prilikom punjenja. Zbog visokog sadržaja pepela i hlapljivih tvari, lijevano željezo za taljenje u indukcijskim pećima rijetko se koristi kao sredstvo za pougljičenje. , Cijena ovog recarburizatora je niska, i pripada niskom stupnju recarburizatora.
2. Princip karburizacije rastaljenog željeza
U procesu taljenja sintetičkog lijevanog željeza, zbog velike količine dodanog otpada i niskog sadržaja C u rastaljenom željezu, mora se koristiti karburizator za povećanje ugljika. Ugljik koji postoji u obliku elementa u rekarburizatoru ima temperaturu taljenja od 3727°C i ne može se rastopiti na temperaturi rastaljenog željeza. Stoga se ugljik u rekarburizatoru uglavnom otapa u rastaljenom željezu putem dva načina otapanja i difuzije. Kada je sadržaj rekarburizatora grafita u rastaljenom željezu 2,1%, grafit se može izravno otopiti u rastaljenom željezu. Fenomen izravne otopine karbonizacije bez grafita u osnovi ne postoji, ali s vremenom ugljik postupno difundira i otapa se u rastaljenom željezu. Za pougljičenje lijevanog željeza taljenog u indukcijskoj peći, stopa pougljičenja kristalnog grafita je značajno veća nego kod ne-grafitnih pougljičivača.
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 rekarburizatora grafita u rastaljenom željezu značajno brža nego kod čestica koksa i ugljena. Djelomično otopljeni uzorci čestica koksa i ugljena promatrani su elektronskim mikroskopom, te je utvrđeno da se na površini uzoraka formirao tanki ljepljivi sloj pepela, što je bio glavni čimbenik koji je utjecao na njihovu difuziju i učinak otapanja u rastaljenom željezu.
3. Čimbenici koji utječu na učinak povećanja ugljika
(1) Utjecaj veličine čestica sredstva za ponovno ugljičenje Stopa apsorpcije sredstva za ponovno ugljičenje ovisi o kombiniranom učinku brzine otapanja i difuzije sredstva za ponovno ugljičenje i stopi gubitka oksidacijom. Općenito, čestice recarburizatora su male, brzina otapanja je velika, a brzina gubitka velika; čestice karburizatora su velike, brzina otapanja je spora, a brzina gubitka je mala. Odabir veličine čestica recarburizatora povezan je s promjerom i kapacitetom peći. Općenito, kada su promjer i kapacitet peći veliki, veličina čestica recarburizatora treba biti veća; naprotiv, veličina čestica recarburizatora trebala bi biti manja.
(2) Utjecaj količine dodanog sredstva za pougljičenje Pod uvjetima određene temperature i istog kemijskog sastava, zasićena koncentracija ugljika u rastaljenom željezu je sigurna. Pod određenim stupnjem zasićenja, što je više rekarburizatora dodano, to je duže vrijeme potrebno za otapanje i difuziju, veći je odgovarajući gubitak i niža je stopa apsorpcije.
(3) Učinak temperature na brzinu apsorpcije recarburizatora U načelu, što je viša temperatura rastaljenog željeza, to je pogodnije za apsorpciju i otapanje recarburizatora. Naprotiv, recarburizer se teško otapa, a stopa apsorpcije recarburizatora se smanjuje. Međutim, kada je temperatura rastaljenog željeza previsoka, iako je vjerojatnije da će se recarburizer potpuno otopiti, stopa gubitka ugljika izgaranjem će se povećati, što će na kraju dovesti do smanjenja sadržaja ugljika i smanjenja ukupnog stopa apsorpcije recarburizatora. Općenito, kada je temperatura rastaljenog željeza između 1460 i 1550 °C, učinkovitost apsorpcije recarburizatora je najbolja.
(4) Utjecaj miješanja rastaljenog željeza na stopu apsorpcije rekarburizatora. Miješanje je korisno za otapanje i difuziju ugljika i sprječava da rekarburizator pluta na površini rastaljenog željeza i izgori. Prije nego što se recarburizer potpuno otopi, vrijeme miješanja je dugo, a stopa apsorpcije visoka. Miješanje također može smanjiti vrijeme zadržavanja karbonizacije, skratiti proizvodni ciklus i izbjeći spaljivanje legirajućih elemenata u rastaljenom željezu. Međutim, ako je vrijeme miješanja predugo, to ne samo da ima veliki utjecaj na životni vijek peći, već također pogoršava gubitak ugljika u rastaljenom željezu nakon otapanja recarburizatora. Stoga bi odgovarajuće vrijeme miješanja rastaljenog željeza trebalo biti odgovarajuće kako bi se osiguralo potpuno otapanje sredstva za ponovno ugljičenje.
(5) Utjecaj kemijskog sastava rastaljenog željeza na brzinu apsorpcije sredstva za ponovno ugljičenje Kada je početni sadržaj ugljika u rastaljenom željezu visok, ispod određene granice topljivosti, stopa apsorpcije sredstva za ponovno ugljičenje je spora, količina apsorpcije je mala , a gubitak pri gorenju je relativno velik. Stopa apsorpcije recarburizatora je niska. Suprotno je istina kada je početni sadržaj ugljika u rastaljenom željezu nizak. Osim toga, silicij i sumpor u rastaljenom željezu ometaju apsorpciju ugljika i smanjuju stopu apsorpcije rekarburizatora; dok mangan pomaže apsorbirati ugljik i poboljšati stopu apsorpcije recarburizatora. Po stupnju utjecaja najveći je silicij, zatim mangan, a manji utjecaj imaju ugljik i sumpor. Stoga, u stvarnom proizvodnom procesu, prvo treba dodati mangan, zatim ugljik, a zatim silicij.
4. Utjecaj različitih rekarburizatora na svojstva lijevanog željeza
(1) Uvjeti ispitivanja Za taljenje su korištene dvije međufrekventne indukcijske peći bez jezgre od 5 t, maksimalne snage od 3000 kW i frekvencije od 500 Hz. Prema dnevnom popisu doziranja u radionici (50% povratnog materijala, 20% sirovog željeza, 30% otpada), upotrijebite kalcinirani recarburizer s niskim sadržajem dušika i grafitni recarburizer za taljenje peći rastaljenog željeza, redom, prema zahtjevi procesa Nakon podešavanja kemijskog sastava, izlijte poklopac glavnog ležaja cilindra.
Proizvodni proces: Recarburizer se dodaje u električnu peć u serijama tijekom procesa punjenja za taljenje, 0,4% primarnog inokulanta (silikonski barijev inokulant) dodaje se u procesu točenja, a 0,1% sekundarnog protoka inokulanta (silikonski barijev inokulant). Koristite DISA2013 styling liniju.
(2) Mehanička svojstva Kako bi se provjerio učinak dva različita recarburizatora na svojstva lijevanog željeza, i kako bi se izbjegao utjecaj sastava rastaljenog željeza na rezultate, sastav rastaljenog željeza taljenog različitim recarburizatorima prilagođen je da bude u osnovi isti . Kako bi se potpunije provjerili rezultati, u postupku ispitivanja, osim dva seta ispitnih šipki Ø30 mm izlivenih u dvije peći rastaljenog željeza, 12 komada odljevaka izlivenih u svakom rastaljenom željezu također je nasumično odabrano za ispitivanje tvrdoće po Brinellu (6 komada po kutiji, testiranje dvije kutije).
U slučaju gotovo istog sastava, čvrstoća ispitnih šipki proizvedenih korištenjem recarburizatora grafitnog tipa znatno je veća od čvrstoće ispitnih šipki lijevanih korištenjem kalciniranog tipa recarburizatora, a učinak obrade odljevaka proizvedenih pomoću rekarburizator grafitnog tipa očito je bolji od onog proizvedenog korištenjem reugljičnika grafitnog tipa. Odljevci proizvedeni kalciniranim rekarburizatorima (kada je tvrdoća odljevaka previsoka, pojavit će se fenomen skakanja na rubu odljevaka tijekom obrade).
(3) Grafitni oblici uzoraka koji koriste rekarburizator grafitnog tipa su grafit tipa A, a broj grafita je veći, a veličina manja.
Sljedeći zaključci izvučeni su iz gornjih rezultata ispitivanja: visokokvalitetni rekarburizator grafitnog tipa ne samo da može poboljšati mehanička svojstva odljevaka, poboljšati metalografsku strukturu, već također poboljšati performanse obrade odljevaka.
03. Epilog
(1) Čimbenici koji utječu na brzinu apsorpcije sredstva za pougljičenje su veličina čestica sredstva za pougljičenje, količina dodanog sredstva za pougljičenje, temperatura pougljičenja, vrijeme miješanja rastaljenog željeza i kemijski sastav rastaljenog željeza.
(2) Visokokvalitetni grafitni rekarburizator ne samo da može poboljšati mehanička svojstva odljevaka, poboljšati metalografsku strukturu, već također poboljšati performanse obrade odljevaka. Stoga se pri proizvodnji ključnih proizvoda kao što su blokovi cilindra i glave cilindra u procesu taljenja u indukcijskim pećima preporučuje korištenje visokokvalitetnih rekarburizatora tipa grafita.
Vrijeme objave: 8. studenog 2022