01. Cum se clasifică recarburatoarele
Carburatoarele pot fi împărțite aproximativ în patru tipuri, în funcție de materiile prime folosite.
1. Grafit artificial
Principala materie primă pentru fabricarea grafitului artificial este cocsul de petrol calcinat de înaltă calitate, sub formă de pulbere, în care se adaugă asfalt ca liant și o cantitate mică de alte materiale auxiliare. După amestecarea diferitelor materii prime, acestea sunt presate și formate, apoi tratate într-o atmosferă neoxidantă la 2500-3000 °C pentru a fi grafitizate. După tratamentul la temperatură înaltă, conținutul de cenușă, sulf și gaze este redus considerabil.
Datorită prețului ridicat al produselor din grafit artificial, majoritatea recarburatorilor de grafit artificial utilizați în mod obișnuit în turnătorii sunt materiale reciclate, cum ar fi așchii, electrozi reziduali și blocuri de grafit, la fabricarea electrozilor de grafit, pentru a reduce costurile de producție.
La topirea fontei ductile, pentru a crește calitatea metalurgică a fontei, grafitul artificial ar trebui să fie prima alegere pentru recarburator.
2. Cocs de petrol
Cocsul de petrol este un recarburator utilizat pe scară largă.
Cocsul de petrol este un produs secundar obținut prin rafinarea țițeiului. Reziduurile și smoala petrolieră obținute prin distilarea țițeiului sub presiune normală sau sub presiune redusă pot fi utilizate ca materii prime pentru fabricarea cocsului de petrol, iar după cocsificare se poate obține cocs de petrol verde. Producția de cocs de petrol verde este de aproximativ mai puțin de 5% din cantitatea de țiței utilizată. Producția anuală de cocs de petrol brut în Statele Unite este de aproximativ 30 de milioane de tone. Conținutul de impurități din cocsul de petrol verde este ridicat, deci nu poate fi utilizat direct ca recarburator și trebuie calcinat mai întâi.
Cocsul de petrol brut este disponibil sub formă de burete, ace, granular și fluid.
Cocsul de petrol spongios este preparat prin metoda cocsificării întârziate. Datorită conținutului ridicat de sulf și metal, este de obicei utilizat drept combustibil în timpul calcinării și poate fi folosit și ca materie primă pentru cocsul de petrol calcinat. Cocsul spongios calcinat este utilizat în principal în industria aluminiului și ca recarburator.
Cocsul de petrol cu ace este preparat prin metoda cocsificării întârziate din materii prime cu conținut ridicat de hidrocarburi aromatice și conținut scăzut de impurități. Acest cocs are o structură aciculară ușor fracturabilă, uneori numit cocs de grafit, și este utilizat în principal pentru fabricarea electrozilor de grafit după calcinare.
Cocsul de petrol granulat se prezintă sub formă de granule dure și este fabricat din materii prime cu conținut ridicat de sulf și asfaltenă prin metoda cocsificării întârziate și este utilizat în principal drept combustibil.
Cocsul de petrol fluidizat se obține prin cocsificare continuă într-un pat fluidizat.
Calcinarea cocsului de petrol are ca scop îndepărtarea sulfului, a umezelii și a substanțelor volatile. Calcinarea cocsului de petrol verde la 1200-1350°C îl poate transforma în carbon substanțial pur.
Cel mai mare utilizator de cocs de petrol calcinat este industria aluminiului, 70% din aceasta fiind utilizată pentru a produce anozi care reduc bauxita. Aproximativ 6% din cocsul de petrol calcinat produs în Statele Unite este utilizat pentru recarburatoarele de fontă.
3. Grafit natural
Grafitul natural poate fi împărțit în două tipuri: grafit sub formă de fulgi și grafit microcristalin.
Grafitul microcristalin are un conținut ridicat de cenușă și, în general, nu este utilizat ca recarburator pentru fontă.
Există multe varietăți de grafit sub formă de fulgi: grafitul sub formă de fulgi cu conținut ridicat de carbon trebuie extras prin metode chimice sau încălzit la temperaturi ridicate pentru a descompune și volatiliza oxizii din acesta. Conținutul de cenușă din grafit este ridicat, deci nu este potrivit pentru a fi utilizat ca recarburator; grafitul cu conținut mediu de carbon este utilizat în principal ca recarburator, dar cantitatea nu este mare.
4. Coca-Cola și antracit
În procesul de fabricare a oțelului în cuptorul cu arc electric, cocsul sau antracitul pot fi adăugate ca recarburator la încărcare. Datorită conținutului ridicat de cenușă și substanțe volatile, fonta topită în cuptorul cu inducție este rareori utilizată ca recarburator.
Odată cu îmbunătățirea continuă a cerințelor de protecție a mediului, se acordă din ce în ce mai multă atenție consumului de resurse, iar prețurile fontei și cocsului continuă să crească, ceea ce duce la o creștere a costului pieselor turnate. Tot mai multe turnătorii încep să utilizeze cuptoare electrice pentru a înlocui topirea tradițională în cubil. La începutul anului 2011, atelierul de piese mici și mijlocii al fabricii noastre a adoptat, de asemenea, procesul de topire în cuptor electric pentru a înlocui procesul tradițional de topire în cubil. Utilizarea unei cantități mari de oțel uzat în topirea în cuptor electric nu numai că poate reduce costurile, dar poate și îmbunătăți proprietățile mecanice ale pieselor turnate, dar tipul de recarburator utilizat și procesul de carburare joacă un rol cheie.
02. Cum se utilizează recarburatorul în topirea în cuptorul cu inducție
1 Principalele tipuri de recarburatoare
Există multe materiale utilizate ca recarburatoare de fontă, printre care se numără grafitul artificial, cocsul de petrol calcinat, grafitul natural, cocsul, antracitul și amestecurile obținute din astfel de materiale.
(1) Grafit artificial Printre diverșii recarburatori menționați mai sus, grafitul artificial este de cea mai bună calitate. Principala materie primă pentru fabricarea grafitului artificial este cocsul de petrol calcinat sub formă de pulbere de înaltă calitate, în care se adaugă asfalt ca liant și o cantitate mică de alte materiale auxiliare. După amestecarea diferitelor materii prime, acestea sunt presate și formate, apoi tratate într-o atmosferă neoxidantă la 2500-3000 °C pentru a le grafitiza. După tratamentul la temperatură înaltă, conținutul de cenușă, sulf și gaze este redus considerabil. Dacă nu există cocs de petrol calcinat la temperatură înaltă sau cu o temperatură de calcinare insuficientă, calitatea recarburatorului va fi serios afectată. Prin urmare, calitatea recarburatorului depinde în principal de gradul de grafitizare. Un recarburator bun conține carbon grafitic (fracție masică). La 95% până la 98%, conținutul de sulf este de 0,02% până la 0,05%, iar conținutul de azot este de (100 până la 200) × 10-6.
(2) Cocsul de petrol este un recarburator utilizat pe scară largă. Cocsul de petrol este un produs secundar obținut din rafinarea țițeiului. Reziduurile și smoala petrolieră obținute prin distilarea obișnuită sub presiune sau distilarea în vid a țițeiului pot fi utilizate ca materii prime pentru fabricarea cocsului de petrol. După cocsificare, se poate obține cocs de petrol brut. Conținutul este ridicat și nu poate fi utilizat direct ca recarburator și trebuie calcinat mai întâi.
(3) Grafitul natural poate fi împărțit în două tipuri: grafit sub formă de fulgi și grafit microcristalin. Grafitul microcristalin are un conținut ridicat de cenușă și, în general, nu este utilizat ca recarburator pentru fontă. Există multe varietăți de grafit sub formă de fulgi: grafitul sub formă de fulgi cu conținut ridicat de carbon trebuie extras prin metode chimice sau încălzit la temperatură ridicată pentru a se descompune și volatiliza oxizii din acesta. Conținutul de cenușă din grafit este ridicat și nu ar trebui utilizat ca recarburator. Grafitul cu conținut mediu de carbon este utilizat în principal ca recarburator, dar cantitatea nu este mare.
(4) Cocs și antracit În procesul de topire în cuptorul cu inducție, se poate adăuga cocs sau antracit ca recarburator la încărcare. Datorită conținutului ridicat de cenușă și substanțe volatile, fonta topită în cuptorul cu inducție este rar utilizată ca recarburator. Prețul acestui recarburator este scăzut și aparține recarburatoarelor de calitate inferioară.
2. Principiul carburării fontei topite
În procesul de topire a fontei sintetice, din cauza cantității mari de deșeuri adăugate și a conținutului scăzut de C din fonta topită, trebuie utilizat un carburator pentru a crește conținutul de carbon. Carbonul existent sub formă de element în recarburator are o temperatură de topire de 3727°C și nu poate fi topit la temperatura fontei topite. Prin urmare, carbonul din recarburator este dizolvat în principal în fonta topită prin două căi: dizolvare și difuzie. Când conținutul de recarburator de grafit în fonta topită este de 2,1%, grafitul poate fi dizolvat direct în fonta topită. Fenomenul de soluționare directă a carbonizării non-grafitice practic nu există, dar odată cu trecerea timpului, carbonul difuzează treptat și se dizolvă în fonta topită. Pentru recarburarea fontei topite prin cuptor cu inducție, rata de recarburare a recarburizării grafitului cristalin este semnificativ mai mare decât cea a recarburatoarelor non-grafitice.
Experimentele arată că dizolvarea carbonului în fierul topit este controlată de transferul de masă de carbon în stratul limită lichid de la suprafața particulelor solide. Comparând rezultatele obținute cu particule de cocs și cărbune cu rezultatele obținute cu grafit, se constată că rata de difuzie și dizolvare a recarburatorilor de grafit în fierul topit este semnificativ mai rapidă decât cea a particulelor de cocs și cărbune. Probele de cocs și particule de cărbune parțial dizolvate au fost observate la microscop electronic și s-a constatat că la suprafața probelor s-a format un strat subțire și lipicios de cenușă, acesta fiind principalul factor care afectează performanța lor de difuzie și dizolvare în fierul topit.
3. Factorii care afectează efectul creșterii emisiilor de carbon
(1) Influența dimensiunii particulelor recarburatorului Rata de absorbție a recarburatorului depinde de efectul combinat al ratei de dizolvare și difuzie a recarburatorului și al ratei de pierdere prin oxidare. În general, particulele recarburatorului sunt mici, viteza de dizolvare este rapidă, iar viteza de pierdere este mare; particulele carburatorului sunt mari, viteza de dizolvare este lentă, iar viteza de pierdere este mică. Alegerea dimensiunii particulelor recarburatorului este legată de diametrul și capacitatea cuptorului. În general, atunci când diametrul și capacitatea cuptorului sunt mari, dimensiunea particulelor recarburatorului ar trebui să fie mai mare; dimpotrivă, dimensiunea particulelor recarburatorului ar trebui să fie mai mică.
(2) Influența cantității de recarburator adăugată În condițiile unei anumite temperaturi și aceleiași compoziții chimice, concentrația saturată de carbon din fonta topită este determinată. Sub un anumit grad de saturație, cu cât se adaugă mai mult recarburator, cu atât este mai lung timpul necesar pentru dizolvare și difuzie, cu atât este mai mare pierderea corespunzătoare și cu atât este mai mică rata de absorbție.
(3) Efectul temperaturii asupra ratei de absorbție a recarburatorului În principiu, cu cât temperatura fontei topite este mai mare, cu atât este mai favorabilă absorbția și dizolvarea recarburatorului. Dimpotrivă, recarburatorul este dificil de dizolvat, iar rata de absorbție a recarburatorului scade. Cu toate acestea, atunci când temperatura fontei topite este prea mare, deși este mai probabil ca recarburatorul să se dizolve complet, rata de pierdere a carbonului prin ardere va crește, ceea ce va duce în cele din urmă la o scădere a conținutului de carbon și la o scădere a ratei generale de absorbție a recarburatorului. În general, atunci când temperatura fontei topite este între 1460 și 1550 °C, eficiența de absorbție a recarburatorului este cea mai bună.
(4) Influența agitării fontului topit asupra ratei de absorbție a recarburatorului. Agitarea este benefică pentru dizolvarea și difuzia carbonului și evită ca recarburatorul să plutească la suprafața fontului topit și să se ardă. Înainte de dizolvarea completă a recarburatorului, timpul de agitare este lung, iar rata de absorbție este mare. Agitarea poate reduce, de asemenea, timpul de menținere a carbonizării, poate scurta ciclul de producție și poate evita arderea elementelor de aliere din fonta topită. Cu toate acestea, dacă timpul de agitare este prea lung, nu numai că are o influență mare asupra duratei de viață a cuptorului, dar agravează și pierderea de carbon din fonta topită după dizolvarea recarburatorului. Prin urmare, timpul de agitare adecvat al fontului topit ar trebui să fie adecvat pentru a asigura dizolvarea completă a recarburatorului.
(5) Influența compoziției chimice a fontei topite asupra ratei de absorbție a recarburatorului. Atunci când conținutul inițial de carbon din fontea topită este ridicat, sub o anumită limită de solubilitate, rata de absorbție a recarburatorului este lentă, cantitatea de absorbție este mică, iar pierderea prin ardere este relativ mare. Rata de absorbție a recarburatorului este scăzută. Opusul este valabil atunci când conținutul inițial de carbon al fontei topite este scăzut. În plus, siliciul și sulful din fontea topită împiedică absorbția carbonului și reduc rata de absorbție a recarburatorilor; în timp ce manganul ajută la absorbția carbonului și la îmbunătățirea ratei de absorbție a recarburatorilor. În ceea ce privește gradul de influență, siliciul este cel mai mare, urmat de mangan, iar carbonul și sulful au o influență mai mică. Prin urmare, în procesul de producție propriu-zis, manganul ar trebui adăugat mai întâi, apoi carbonul și apoi siliciul.
4. Efectul diferiților recarburatori asupra proprietăților fontei
(1) Condiții de testare Pentru topire s-au folosit două cuptoare cu inducție fără miez, cu frecvență intermediară, de 5t, cu o putere maximă de 3000 kW și o frecvență de 500 Hz. Conform listei zilnice de producție a atelierului (50% material returnat, 20% fontă brută, 30% fier vechi), se utilizează un recarburator calcinat cu conținut scăzut de azot, respectiv un recarburator de tip grafit, pentru topirea fierului topit într-un cuptor, în funcție de cerințele procesului. După ajustarea compoziției chimice, se turnează respectiv un capac de lagăr principal al cilindrului.
Procesul de producție: Recarburatorul este adăugat în cuptorul electric în loturi în timpul procesului de alimentare pentru topire, 0,4% inoculant primar (inoculant siliciu-bariu) este adăugat în procesul de topire și 0,1% inoculant secundar (inoculant siliciu-bariu). Se utilizează linia de coafare DISA2013.
(2) Proprietăți mecanice Pentru a verifica efectul a două recarburatoare diferite asupra proprietăților fontei și pentru a evita influența compoziției fontei topite asupra rezultatelor, compoziția fontei topite de recarburatoare diferite a fost ajustată pentru a fi practic aceeași. Pentru a verifica mai complet rezultatele, în procesul de testare, pe lângă cele două seturi de bare de testare cu diametrul de Ø30 mm turnate în cele două cuptoare de fontă topită, au fost selectate aleatoriu 12 piese turnate în fiecare fontă topită pentru testarea durității Brinell (6 bucăți/cutie, testând două cutii).
În cazul unei compoziții aproape identice, rezistența barelor de testare produse prin utilizarea recarburatorului de tip grafit este semnificativ mai mare decât cea a barelor de testare turnate folosind recarburatorul de tip calcinat, iar performanța de procesare a pieselor turnate produse de recarburatorul de tip grafit este evident mai bună decât cea produsă prin utilizarea recarburatorului de tip grafit. Piese turnate produse prin recarburatoare calcinate (când duritatea pieselor turnate este prea mare, marginea pieselor turnate va apărea fenomenul de cuțit săritor în timpul procesării).
(3) Formele de grafit ale probelor care utilizează recarburatorul de tip grafit sunt toate grafit de tip A, iar numărul de grafit este mai mare și dimensiunea este mai mică.
Din rezultatele testelor de mai sus se trag următoarele concluzii: recarburatorul de tip grafit de înaltă calitate nu numai că poate îmbunătăți proprietățile mecanice ale pieselor turnate, poate îmbunătăți structura metalografică, dar poate îmbunătăți și performanța de procesare a pieselor turnate.
03. Epilog
(1) Factorii care afectează rata de absorbție a recarburatorului sunt dimensiunea particulelor recarburatorului, cantitatea de recarburator adăugată, temperatura de recarburare, timpul de agitare a fontei topite și compoziția chimică a fontei topite.
(2) Recarburatoarele de tip grafit de înaltă calitate nu numai că pot îmbunătăți proprietățile mecanice ale pieselor turnate, pot îmbunătăți structura metalografică, dar și performanța de procesare a pieselor turnate. Prin urmare, la producerea de produse cheie, cum ar fi blocuri de cilindri și chiulase, în procesul de topire în cuptor cu inducție, se recomandă utilizarea recarburatoarelor de tip grafit de înaltă calitate.
Data publicării: 08 noiembrie 2022