01. Како класификовати рекарбуризаторе
Карбуризатори се могу грубо поделити у четири типа према њиховим сировинама.
1. Вештачки графит
Главна сировина за производњу вештачког графита је прашкасти висококвалитетни калцинисани нафтни кокс, коме се додаје асфалт као везиво, а додаје се и мала количина других помоћних материјала. Након што се различите сировине помешају, оне се пресују и обликују, а затим се обрађују у неоксидујућој атмосфери на 2500-3000 °C да би се графитизовале. Након обраде на високој температури, садржај пепела, сумпора и гаса се значајно смањује.
Због високе цене производа од вештачког графита, већина рекарбуризатора од вештачког графита који се обично користе у ливницама су рециклирани материјали као што су чипови, отпадне електроде и графитни блокови приликом производње графитних електрода како би се смањили трошкови производње.
Приликом топљења дуктилног гвожђа, како би се постигао висок металуршки квалитет ливеног гвожђа, вештачки графит треба да буде први избор за рекарбуризатор.
2. Нафтни кокс
Нафтни кокс је широко коришћени рекарбуризатор.
Нафтни кокс је нуспроизвод добијен рафинирањем сирове нафте. Остаци и нафтни смоле добијени дестилацијом сирове нафте под нормалним притиском или под смањеним притиском могу се користити као сировине за производњу нафтног кокса, а затим се након коксовања може добити зелени нафтни кокс. Производња зеленог нафтног кокса је приближно мања од 5% количине коришћене сирове нафте. Годишња производња сировог нафтног кокса у Сједињеним Државама је око 30 милиона тона. Садржај нечистоћа у зеленом нафтном коксу је висок, тако да се не може директно користити као рекарбуризатор и прво се мора калцинисати.
Сирови нафтни кокс је доступан у облику сунђера, игличастог, грануларног и течног облика.
Сунђерасти нафтни кокс се производи методом одложеног коксовања. Због високог садржаја сумпора и метала, обично се користи као гориво током калцинације, а може се користити и као сировина за калцинисани нафтни кокс. Калцинисани сунђерасти кокс се углавном користи у индустрији алуминијума и као рекарбуризатор.
Игличасти нафтни кокс се производи методом одложеног коксовања са сировинама са високим садржајем ароматичних угљоводоника и ниским садржајем нечистоћа. Овај кокс има лако ломљиву игличасту структуру, понекад се назива графитни кокс, и углавном се користи за израду графитних електрода након калцинације.
Грануларни нафтни кокс је у облику тврдих гранула и производи се од сировина са високим садржајем сумпора и асфалтена методом одложеног коксовања, а углавном се користи као гориво.
Флуидизовани нафтни кокс се добија континуираним коксовањем у флуидизованом слоју.
Калцинација петролног кокса служи за уклањање сумпора, влаге и испарљивих материја. Калцинација зеленог петролног кокса на 1200-1350°C може га претворити у практично чист угљеник.
Највећи корисник калцинисаног нафтног кокса је индустрија алуминијума, од чега се 70% користи за производњу анода које редукују боксит. Око 6% калцинисаног нафтног кокса произведеног у Сједињеним Државама користи се за рекарбуризаторе ливеног гвожђа.
3. Природни графит
Природни графит се може поделити на две врсте: љуспичасти графит и микрокристални графит.
Микрокристални графит има висок садржај пепела и генерално се не користи као рекарбуризатор за ливено гвожђе.
Постоји много врста љуспичастог графита: љуспичасти графит са високим садржајем угљеника потребно је екстраховати хемијским методама или загрејати на високу температуру да би се оксиди у њему разложили и испарили. Садржај пепела у графиту је висок, тако да није погодан за употребу као рекарбуризатор; графит са средњим садржајем угљеника се углавном користи као рекарбуризатор, али количина није велика.
4. Кока-кола и антрацит
У процесу производње челика у електролучној пећи, кокс или антрацит се могу додати као рекарбуризатор приликом пуњења. Због високог садржаја пепела и испарљивих материја, ливено гвожђе за топљење у индукционој пећи се ретко користи као рекарбуризатор.
Са континуираним побољшањем захтева за заштиту животне средине, све више пажње се посвећује потрошњи ресурса, а цене сирово гвожђе и кокс настављају да расту, што резултира повећањем трошкова одливака. Све више ливница почиње да користи електричне пећи како би замениле традиционално топљење у куполи. Почетком 2011. године, радионица за мале и средње делове наше фабрике такође је усвојила процес топљења у електричној пећи како би заменила традиционални процес топљења у куполи. Употреба велике количине отпадног челика у топионици у електричној пећи не само да може смањити трошкове, већ и побољшати механичка својства одливака, али врста коришћеног рекарбуризатора и процес карбуризације играју кључну улогу.
02. Како користити рекарбуризатор у топионици индукционе пећи
1 Главне врсте рекарбуризатора
Постоји много материјала који се користе као рекарбуризатори од ливеног гвожђа, а најчешће се користе вештачки графит, калцинисани нафтни кокс, природни графит, кокс, антрацит и смеше направљене од таквих материјала.
(1) Вештачки графит Међу разним горе поменутим рекарбуризаторима, најбољег квалитета је вештачки графит. Главна сировина за производњу вештачког графита је прашкасти висококвалитетни калцинисани нафтни кокс, коме се додаје асфалт као везиво, а додаје се и мала количина других помоћних материјала. Након што се различите сировине помешају, оне се пресују и обликују, а затим се третирају у неоксидујућој атмосфери на 2500-3000 °C да би се графитизовале. Након обраде на високој температури, садржај пепела, сумпора и гаса се значајно смањује. Ако нема калцинисаног нафтног кокса на високој температури или са недовољном температуром калцинације, квалитет рекарбуризатора ће бити озбиљно погођен. Стога, квалитет рекарбуризатора углавном зависи од степена графитизације. Добар рекарбуризатор садржи графитни угљеник (масени удео) од 95% до 98%, садржај сумпора је од 0,02% до 0,05%, а садржај азота је (100 до 200) × 10-6.
(2) Нафтни кокс је широко коришћено средство за рекарбурисање. Нафтни кокс је нуспроизвод добијен рафинисањем сирове нафте. Остаци и нафтни катран добијени редовном дестилацијом под притиском или вакуумском дестилацијом сирове нафте могу се користити као сировине за производњу нафтног кокса. Након коксовања, може се добити сирови нафтни кокс. Садржај је висок и не може се директно користити као средство за рекарбурисање, већ се прво мора калцинисати.
(3) Природни графит се може поделити на две врсте: љуспичасти графит и микрокристални графит. Микрокристални графит има висок садржај пепела и генерално се не користи као рекарбуризатор за ливено гвожђе. Постоји много врста љуспичастог графита: љуспичасти графит са високим садржајем угљеника потребно је екстраховати хемијским методама или загрејати на високу температуру да би се разложили и испарили оксиди у њему. Садржај пепела у графиту је висок и не треба га користити као рекарбуризатор. Графит са средњим садржајем угљеника се углавном користи као рекарбуризатор, али количина није велика.
(4) Кокс и антрацит У процесу топљења у индукционој пећи, кокс или антрацит се могу додати као рекарбуризатор приликом пуњења. Због високог садржаја пепела и испарљивих материја, ливено гвожђе за топљење у индукционој пећи се ретко користи као рекарбуризатор. Цена овог рекарбуризатора је ниска и спада у нискоквалитетне рекарбуризаторе.
2. Принцип карбуризације растопљеног гвожђа
У процесу топљења синтетичког ливеног гвожђа, због велике количине додатог отпада и ниског садржаја C у растопљеном гвожђу, мора се користити карбуризатор да би се повећао садржај угљеника. Угљеник који постоји у облику елемента у рекарбуризатору има температуру топљења од 3727°C и не може се топити на температури растопљеног гвожђа. Стога се угљеник у рекарбуризатору углавном раствара у растопљеном гвожђу на два начина: растварање и дифузију. Када је садржај графитног рекарбуризатора у растопљеном гвожђу 2,1%, графит се може директно растворити у растопљеном гвожђу. Феномен директног раствора неграфитне карбонизације у основи не постоји, али током времена, угљеник постепено дифундује и раствара се у растопљеном гвожђу. Код рекарбуризације ливеног гвожђа топљеног у индукционој пећи, брзина рекарбуризације кристалног графита је знатно већа него код неграфитних рекарбуризатора.
Експерименти показују да је растварање угљеника у растопљеном гвожђу контролисано преносом масе угљеника у течном граничном слоју на површини чврстих честица. Упоређујући резултате добијене са честицама кокса и угља са резултатима добијеним са графитом, утврђено је да је брзина дифузије и растварања графитних рекарбуризатора у растопљеном гвожђу знатно бржа него код честица кокса и угља. Делимично растворени узорци честица кокса и угља посматрани су електронским микроскопом и утврђено је да се на површини узорака формирао танак лепљиви слој пепела, што је био главни фактор који је утицао на њихове перформансе дифузије и растварања у растопљеном гвожђу.
3. Фактори који утичу на ефекат повећања угљеника
(1) Утицај величине честица рекарбуризатора Брзина апсорпције рекарбуризатора зависи од комбинованог ефекта брзине растварања и дифузије рекарбуризатора и брзине губитка оксидације. Генерално, честице рекарбуризатора су мале, брзина растварања је велика, а брзина губитка је велика; честице карбуризатора су велике, брзина растварања је спора, а брзина губитка је мала. Избор величине честица рекарбуризатора повезан је са пречником и капацитетом пећи. Генерално, када су пречник и капацитет пећи велики, величина честица рекарбуризатора треба да буде већа; напротив, величина честица рекарбуризатора треба да буде мања.
(2) Утицај количине додатог рекарбуризатора Под условима одређене температуре и истог хемијског састава, засићена концентрација угљеника у растопљеном гвожђу је сигурна. Под одређеним степеном засићења, што се више рекарбуризатора дода, то је дуже време потребно за растварање и дифузију, већи је одговарајући губитак и нижа је брзина апсорпције.
(3) Утицај температуре на брзину апсорпције рекарбунизатора У принципу, што је температура растопљеног гвожђа виша, то је погодније за апсорпцију и растварање рекарбунизатора. Напротив, рекарбунизатор се тешко раствара, па се брзина апсорпције рекарбунизатора смањује. Међутим, када је температура растопљеног гвожђа превисока, иако је већа вероватноћа да ће се рекарбунизатор потпуно растворити, брзина губитка угљеника сагоревањем ће се повећати, што ће на крају довести до смањења садржаја угљеника и смањења укупне брзине апсорпције рекарбунизатора. Генерално, када је температура растопљеног гвожђа између 1460 и 1550 °C, ефикасност апсорпције рекарбунизатора је најбоља.
(4) Утицај мешања растопљеног гвожђа на брзину апсорпције рекарбунизатора Мешање је корисно за растварање и дифузију угљеника и спречава да рекарбунизатор плута на површини растопљеног гвожђа и сагорева. Пре него што се рекарбунизатор потпуно раствори, време мешања је дуго, а брзина апсорпције је висока. Мешање такође може смањити време задржавања карбонизације, скратити производни циклус и спречити сагоревање легирајућих елемената у растопљеном гвожђу. Међутим, ако је време мешања предуго, то не само да има велики утицај на век трајања пећи, већ и погоршава губитак угљеника у растопљеном гвожђу након што се рекарбунизатор раствори. Стога, одговарајуће време мешања растопљеног гвожђа треба да буде погодно како би се осигурало да се рекарбунизатор потпуно раствори.
(5) Утицај хемијског састава растопљеног гвожђа на брзину апсорпције рекарбуризатора Када је почетни садржај угљеника у растопљеном гвожђу висок, испод одређене границе растворљивости, брзина апсорпције рекарбуризатора је спора, количина апсорпције је мала, а губитак сагоревања је релативно велики. Брзина апсорпције рекарбуризатора је ниска. Супротно је када је почетни садржај угљеника у растопљеном гвожђу низак. Поред тога, силицијум и сумпор у растопљеном гвожђу ометају апсорпцију угљеника и смањују брзину апсорпције рекарбуризатора; док манган помаже у апсорпцији угљеника и побољшању брзине апсорпције рекарбуризатора. Што се тиче степена утицаја, силицијум је највећи, затим манган, а угљеник и сумпор имају мањи утицај. Стога, у стварном производном процесу, прво треба додати манган, затим угљеник, а затим силицијум.
4. Утицај различитих рекарбуризатора на својства ливеног гвожђа
(1) Услови испитивања За топљење су коришћене две индукционе пећи без језгра средње фреквенције од 5t, максималне снаге 3000 kW и фреквенције 500 Hz. Према дневној листи за производњу у радионици (50% повратног материјала, 20% сирово гвожђе, 30% отпад), користити рекарбуризатор калцинисаног са ниским садржајем азота и рекарбуризатор графитног типа за топљење растопљеног гвожђа у пећи, респективно, у складу са захтевима процеса. Након подешавања хемијског састава, излити поклопац главног лежаја цилиндра.
Производни процес: Рекарбуризатор се додаје у електричну пећ у серијама током процеса додавања за топљење, 0,4% примарног инокуланта (силицијум-баријумски инокулант) се додаје у процесу изливања, а 0,1% секундарног инокуланта (силицијум-баријумски инокулант). Користите линију за обликовање DISA2013.
(2) Механичка својства Да би се проверио утицај два различита рекарбуризатора на својства ливеног гвожђа и да би се избегао утицај састава растопљеног гвожђа на резултате, састав растопљеног гвожђа топљеног различитим рекарбуризаторима је подешен да буде у основи исти. Ради потпуније провере резултата, у процесу испитивања, поред два сета тест шипки пречника Ø30 мм које су изливене у две пећи растопљеног гвожђа, насумично је одабрано и 12 комада одливака ливених у сваком растопљеном гвожђу за испитивање тврдоће по Бринелу (6 комада/кутији, испитивање две кутије).
У случају скоро истог састава, чврстоћа тест шипки произведених употребом графитног рекарбуризатора је знатно већа од чврстоће тест шипки ливених употребом калцинисаног рекарбуризатора, а перформансе обраде одливака произведених графитним рекарбуризатором су очигледно боље од оних произведених употребом графитног рекарбуризатора. Одливци произведени калцинисаним рекарбуризаторима (када је тврдоћа одливака превисока, ивица одливака ће се током обраде појавити као „скакање ножа“).
(3) Графитни облици узорака који користе рекарбуризатор графитног типа су сви графит типа А, а број графита је већи, а величина мања.
Из горе наведених резултата испитивања извучени су следећи закључци: висококвалитетни рекарбуризатор графитног типа не само да може побољшати механичка својства одливака, побољшати металографску структуру, већ и побољшати перформансе обраде одливака.
03. Епилог
(1) Фактори који утичу на брзину апсорпције рекарбунизатора су величина честица рекарбунизатора, количина додатог рекарбунизатора, температура рекарбунизатора, време мешања растопљеног гвожђа и хемијски састав растопљеног гвожђа.
(2) Висококвалитетни графитни рекарбуризатор не само да може побољшати механичка својства одливака, побољшати металографску структуру, већ и побољшати перформансе обраде одливака. Стога се приликом производње кључних производа као што су блокови цилиндара и главе цилиндара у процесу топљења у индукционој пећи препоручује употреба висококвалитетних графитних рекарбуризатора.
Време објаве: 08.11.2022.