01. Як класифікувати рекарбюризатори
Карбюризатори можна умовно розділити на чотири типи відповідно до їх сировини.
1. Штучний графіт
Основною сировиною для виготовлення штучного графіту є порошкоподібний високоякісний прожарений нафтовий кокс, в який в якості в'яжучого додається асфальт і невелика кількість інших допоміжних матеріалів. Після змішування різних сировинних матеріалів їх пресують і формують, а потім обробляють в неокислюваній атмосфері при 2500-3000 °C, щоб зробити їх графітизованими. Після високотемпературної обробки вміст золи, сірки та газу значно знижується.
Через високу ціну на продукти зі штучного графіту більшість установок для рекарбюризації штучного графіту, які зазвичай використовуються в ливарних цехах, є переробленими матеріалами, такими як стружка, відпрацьовані електроди та графітові блоки при виробництві графітових електродів, щоб зменшити виробничі витрати.
Під час виплавки ковкого чавуну, щоб зробити металургійну якість чавуну високою, штучний графіт повинен бути першим вибором для рекарбюризатора.
2. Нафтовий кокс
Нафтовий кокс є широко використовуваним рекарбюризатором.
Нафтовий кокс є побічним продуктом, отриманим при переробці сирої нафти. Залишки і нафтові пеки, отримані перегонкою сирої нафти при нормальному тиску або при зниженому тиску, можуть бути використані як сировина для виробництва нафтового коксу, а потім після коксування можна отримати сирий нафтовий кокс. Виробництво зеленого нафтового коксу становить приблизно менше 5% від кількості використовуваної сирої нафти. Щорічне виробництво нафтового коксу в США становить близько 30 млн. тонн. Вміст домішок у зеленому нафтовому коксі є високим, тому його не можна безпосередньо використовувати як рекарбюризатор, і його потрібно спочатку прожарити.
Неочищений нафтовий кокс доступний у формі губки, голки, гранул і рідини.
Нафтовий кокс губчастий отримують методом уповільненого коксування. Через високий вміст сірки та металів його зазвичай використовують як паливо під час кальцинації, а також можуть використовувати як сировину для кальцинованого нафтового коксу. Кальцинований губчастий кокс в основному використовується в алюмінієвій промисловості та як рекарбюризатор.
Нафтовий кокс голчастий отримують методом уповільненого коксування із сировини з високим вмістом ароматичних вуглеводнів і низьким вмістом домішок. Цей кокс має голчасту структуру, яка легко руйнується, іноді його називають графітовим коксом, і в основному використовується для виготовлення графітових електродів після прожарювання.
Гранульований нафтовий кокс має форму твердих гранул і виготовляється з сировини з високим вмістом сірки і асфальтену методом сповільненого коксування і використовується в основному як паливо.
Нафтовий кокс у псевдозрідженому стані отримують безперервним коксуванням у киплячому шарі.
Прожарювання нафтового коксу полягає в видаленні сірки, вологи та летких речовин. Прожарювання необробленого нафтового коксу при 1200-1350°C може зробити його практично чистим вуглецем.
Найбільшим споживачем кальцинованого нафтового коксу є алюмінієва промисловість, 70% якої використовується для виготовлення анодів, які відновлюють боксит. Близько 6% кальцинованого нафтового коксу, виробленого в Сполучених Штатах, використовується для рекарбюризаторів чавуну.
3. Природний графіт
Природний графіт можна розділити на два види: лусковий графіт і мікрокристалічний графіт.
Мікрокристалічний графіт має високу зольність і зазвичай не використовується як рекарбюризатор для чавуну.
Існує багато різновидів лускатого графіту: високовуглецевий лусковий графіт потрібно видобути хімічними методами або нагріти до високої температури, щоб розкласти та випарувати оксиди в ньому. Зольність графіту висока, тому його не можна використовувати як рекарбюризатор; середньовуглецевий графіт в основному використовується як рекарбюризатор, але його кількість невелика.
4. Кокс і антрацит
У процесі виплавки сталі в електродугових печах кокс або антрацит можуть бути додані як рекарбюризатор при завантаженні. Через високий вміст золи та летючих речовин чавун, виплавлений в індукційних печах, рідко використовується як рекарбюризатор.
З постійним удосконаленням вимог до охорони навколишнього середовища все більше уваги приділяється споживанню ресурсів, а ціни на чавун і кокс продовжують зростати, що призводить до збільшення вартості виливків. Все більше й більше ливарних виробництв починають використовувати електричні печі замість традиційної вагранки. На початку 2011 року цех малих і середніх деталей нашого заводу також прийняв процес плавлення в електричній печі, щоб замінити традиційний процес плавлення вагранки. Використання великої кількості сталевого брухту в електропечній плавці може не тільки знизити витрати, але й покращити механічні властивості виливків, але тип використовуваного рекарбюризатора та процес науглерожування відіграють ключову роль.
02. Як використовувати рекарбюризатор при індукційній плавці
1 Основні види рекарбюризаторов
Існує багато матеріалів, які використовуються як рекарбюризатори чавуну, зазвичай використовуються штучний графіт, кальцинований нафтовий кокс, природний графіт, кокс, антрацит та суміші таких матеріалів.
(1) Штучний графіт Серед різних рекарбюризаторів, згаданих вище, найкращої якості є штучний графіт. Основною сировиною для виготовлення штучного графіту є порошкоподібний високоякісний прожарений нафтовий кокс, в який в якості в'яжучого додається асфальт і невелика кількість інших допоміжних матеріалів. Після змішування різних сировинних матеріалів їх пресують і формують, а потім обробляють у неокислюваній атмосфері при 2500-3000 °C для графітизації. Після високотемпературної обробки вміст золи, сірки та газу значно знижується. Якщо немає нафтового коксу, кальцинованого при високій температурі або з недостатньою температурою кальцинування, це серйозно вплине на якість рекарбюризатора. Тому якість рекарбюризатора в основному залежить від ступеня графітизації. Хороший рекарбюризатор містить графітовий вуглець (масова частка) від 95% до 98%, вміст сірки становить від 0,02% до 0,05%, а вміст азоту становить (100-200) × 10-6.
(2) Нафтовий кокс є широко використовуваним рекарбюризатором. Нафтовий кокс є побічним продуктом, отриманим при переробці сирої нафти. Залишки та нафтові пеки, отримані від звичайної перегонки під тиском або вакуумної перегонки сирої нафти, можуть бути використані як сировина для виробництва нафтового коксу. Після коксування можна отримати сирий нафтовий кокс. Вміст високий і не може бути використаний безпосередньо як рекарбюризатор, і його необхідно спочатку прожарити.
(3) Природний графіт можна розділити на два типи: лусковий графіт і мікрокристалічний графіт. Мікрокристалічний графіт має високу зольність і зазвичай не використовується як рекарбюризатор для чавуну. Існує багато різновидів лускатого графіту: високовуглецевий лусковий графіт потрібно видобути хімічними методами або нагріти до високої температури, щоб розкласти та випарувати оксиди в ньому. Вміст золи в графіті високий, тому його не слід використовувати як рекарбюризатор. Середній вуглеграфіт в основному використовується як рекарбюризатор, але його кількість невелика.
(4) Кокс і антрацит У процесі плавки в індукційній печі кокс або антрацит можна додавати як рекарбюризатор під час завантаження. Через високий вміст золи та летючих речовин чавун, виплавлений в індукційних печах, рідко використовується як рекарбюризатор. , Ціна цього рекарбюризатора низька, і він відноситься до низькосортних рекарбюризаторів.
2. Принцип науглерожування розплавленого чавуну
У процесі плавки синтетичного чавуну, через велику кількість доданого брухту та низький вміст C у розплавленому чавуні, для збільшення вмісту вуглецю необхідно використовувати карбюризатор. Вуглець, який існує у вигляді елемента в рекарбюризаторі, має температуру плавлення 3727°C і не може бути розплавлений при температурі розплавленого заліза. Тому вуглець у рекарбюризаторі в основному розчиняється в розплавленому залізі двома способами розчинення та дифузії. Коли вміст рекарбюризатора графіту в розплавленому залізі становить 2,1%, графіт можна безпосередньо розчинити в розплавленому залізі. Явища прямого розчину неграфітної карбонізації в основному не існує, але з плином часу вуглець поступово дифундує та розчиняється в розплавленому чавуні. Для рекарбюризації чавуну, виплавленого в індукційній печі, швидкість рекарбюризації кристалічного графіту значно вища, ніж у безграфітових рекарбюризаторах.
Експерименти показують, що розчинення вуглецю в розплавленому чавуні контролюється масоперенесенням вуглецю в прикордонному шарі рідини на поверхні твердих частинок. Порівнюючи результати, отримані з частинками коксу та вугілля, з результатами, отриманими з графітом, виявлено, що швидкість дифузії та розчинення рекарбюризаторів графіту в розплавленому чавуні значно швидша, ніж у частинок коксу та вугілля. Частково розчинені зразки частинок коксу та вугілля спостерігали за допомогою електронного мікроскопа, і було виявлено, що на поверхні зразків утворився тонкий липкий шар золи, який був основним фактором, що впливав на їх дифузію та ефективність розчинення в розплавленому залізі.
3. Фактори, що впливають на ефект збільшення вуглецю
(1) Вплив розміру частинок рекарбюризатора Швидкість поглинання рекарбюризатора залежить від сумарного ефекту розчинення та швидкості дифузії рекарбюризатора та швидкості втрати від окислення. Загалом, частинки рекарбюризатора малі, швидкість розчинення висока, а швидкість втрати велика; частинки карбюризатора великі, швидкість розчинення повільна, а швидкість втрати невелика. Вибір розміру частинок рекарбюризатора пов'язаний з діаметром і потужністю печі. Загалом, коли діаметр і потужність печі великі, розмір частинок рекарбюризатора повинен бути більшим; навпаки, розмір частинок рекарбюризатора повинен бути меншим.
(2) Вплив кількості доданого рекарбюризатора За умов певної температури та такого самого хімічного складу насичена концентрація вуглецю в розплавленому чавуні є певною. За певного ступеня насичення, чим більше додано рекарбюризатора, тим довший час необхідний для розчинення та дифузії, тим більші відповідні втрати та нижча швидкість поглинання.
(3) Вплив температури на швидкість поглинання рекарбюризатора. В принципі, чим вища температура розплавленого заліза, тим більше сприяє поглинанню та розчиненню рекарбюризатора. Навпаки, рекарбюризатор важко розчинити, і швидкість поглинання рекарбюризатора зменшується. Однак, коли температура розплавленого чавуну занадто висока, хоча рекарбюризатор, швидше за все, буде повністю розчинений, швидкість втрати вуглецю при горінні збільшиться, що врешті-решт призведе до зниження вмісту вуглецю та загального зниження швидкість поглинання рекарбюризатора. Як правило, коли температура розплавленого чавуну становить від 1460 до 1550 °C, ефективність поглинання рекарбюризатора є найкращою.
(4) Вплив перемішування розплавленого заліза на швидкість поглинання рекарбюризатора. Перемішування сприятливо впливає на розчинення та дифузію вуглецю та запобігає плаванню рекарбюризатора на поверхні розплавленого заліза та спалюванню. До повного розчинення рекарбюризатора час перемішування є тривалим, а швидкість поглинання висока. Перемішування також може зменшити час витримки карбонізації, скоротити виробничий цикл і уникнути спалювання легуючих елементів у розплавленому чавуні. Однак, якщо час перемішування надто довгий, це не тільки сильно впливає на термін служби печі, але також посилює втрати вуглецю в розплавленому чавуні після розчинення рекарбюризатора. Таким чином, відповідний час перемішування розплавленого заліза має бути відповідним для забезпечення повного розчинення рекарбюризатора.
(5) Вплив хімічного складу розплавленого заліза на швидкість поглинання рекарбюризатора Коли початковий вміст вуглецю в розплавленому залізі високий, за певної межі розчинності, швидкість поглинання рекарбюризатора повільна, кількість поглинання мала , а втрати при горінні є відносно великими. Швидкість поглинання рекарбюризатора низька. Навпаки, коли початковий вміст вуглецю в розплавленому чавуні низький. Крім того, кремній і сірка в розплавленому чавуні перешкоджають поглинанню вуглецю та знижують швидкість поглинання рекарбюризаторів; тоді як марганець допомагає поглинати вуглець і покращувати швидкість поглинання рекарбюризаторів. За ступенем впливу найбільший кремній, потім марганець, менший вплив мають вуглець і сірка. Тому в реальному процесі виробництва спочатку слід додавати марганець, потім вуглець, а потім кремній.
4. Вплив різних рекарбюризаторів на властивості чавуну
(1) Умови випробування Для плавлення використовували дві індукційні печі без сердечника середньої частоти 5 т з максимальною потужністю 3000 кВт і частотою 500 Гц. Згідно зі списком щоденних партій цеху (50% вихідного матеріалу, 20% чавуну, 30% брухту), використовуйте рекарбюризатор з низьким вмістом азоту та рекарбюризатор графітового типу для виплавки печі з розплавленого чавуну відповідно, відповідно до вимоги до процесу Після регулювання хімічного складу відлийте відповідно кришку головного підшипника циліндра.
Виробничий процес: Рекарбюризатор додається в електричну піч партіями під час процесу подачі для плавки, 0,4% первинного модифікатора (кремнієво-барієвий модифікатор) додається в процесі випуску та 0,1% вторинного потоку модифікатора (кремнієво-барієвий модифікатор). Використовуйте лінію стилю DISA2013.
(2) Механічні властивості Для того, щоб перевірити вплив двох різних рекарбюризаторів на властивості чавуну та уникнути впливу складу розплавленого чавуну на результати, склад розплавленого чавуну, виплавленого різними рекарбюризаторами, був скоригований таким, щоб бути в основному однаковим. . Щоб більш повно перевірити результати, у процесі випробування, крім двох наборів тестових прутків Ø30 мм, які були залиті в дві печі з розплавленим чавуном, 12 частин виливків, відлитих у кожному розплавленому чавуні, також були випадковим чином відібрані для випробування твердості за Брінеллем (6 шт/коробка, тестування двох коробок).
У випадку майже однакового складу міцність пробних брусків, виготовлених за допомогою рекарбюризатора графітового типу, значно вища, ніж міцність пробних брусків, відлитих за допомогою рекарбюризатора кальцинованого типу, а продуктивність обробки виливків, виготовлених за допомогою рекарбюризатор графітового типу, очевидно, кращий, ніж той, що виробляється за допомогою рекарбюризатора графітового типу. Виливки, виготовлені за допомогою кальцинованих рекарбюризаторів (якщо твердість виливків надто висока, на кромці виливків з’явиться явище стрибка ножа під час обробки).
(3) Графітові форми зразків, які використовують рекарбюризатор графітового типу, є графітом типу А, кількість графіту більша, а розмір менший.
З наведених вище результатів випробувань зроблено наступні висновки: високоякісний рекарбюризатор графітового типу може не тільки покращити механічні властивості виливків, покращити металографічну структуру, але й покращити продуктивність обробки виливків.
03. Епілог
(1) Факторами, що впливають на швидкість поглинання рекарбюризатора, є розмір частинок рекарбюризатора, кількість доданого рекарбюризатора, температура рекарбюризації, час перемішування розплавленого заліза та хімічний склад розплавленого заліза.
(2) Високоякісний рекарбюризатор графітового типу може не тільки покращити механічні властивості виливків, покращити металографічну структуру, але й покращити продуктивність обробки виливків. Тому при виробництві ключових продуктів, таких як блоки циліндрів і головки циліндрів в процесі індукційної плавки, рекомендується використовувати високоякісні рекарбюризатори графітового типу.
Час публікації: 08 листопада 2022 р