I. Kako klasificirati rekarburizatore
Karburizatori se mogu grubo podijeliti u četiri vrste prema njihovim sirovinama.
1. Umjetni grafit
Glavna sirovina za proizvodnju umjetnog grafita je praškasti visokokvalitetni kalcinirani petrolejni koks, kojem se kao vezivo dodaje asfalt, te mala količina drugih pomoćnih materijala. Nakon što se različite sirovine pomiješaju, one se presuju 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 se znatno 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 topljenja nodularnog liva, kako bi se postigla visoka metalurška kvaliteta livanog gvožđa, vještački grafit bi trebao biti prvi izbor za rekarburizator.
2. Naftni koks
Naftni koks je široko korišteni rekarburizator.
Naftni koks je nusproizvod dobijen rafiniranjem sirove nafte. Ostaci i naftne smole dobijeni destilacijom sirove nafte pod normalnim pritiskom ili pod smanjenim pritiskom mogu se koristiti kao sirovine za proizvodnju naftnog koksa, a zatim se nakon koksiranja može dobiti zeleni naftni koks. Proizvodnja zelenog naftnog koksa je približno manja od 5% količine korištene sirove nafte. Godišnja proizvodnja sirovog naftnog koksa u Sjedinjenim Američkim Državama je oko 30 miliona tona. Sadržaj nečistoća u zelenom naftnom koksu je visok, tako da se ne može direktno koristiti kao rekarburizator i prvo se mora kalcinirati.
Sirovi petrolejni koks dostupan je u obliku spužve, igle, granula i tekućine.
Spužvasti petrolejski koks se proizvodi metodom odgođenog koksiranja. Zbog visokog sadržaja sumpora i metala, obično se koristi kao gorivo tokom kalcinacije, a može se koristiti i kao sirovina za kalcinirani petrolejski koks. Kalcinirani spužvasti koks se uglavnom koristi u industriji aluminija i kao rekarburizator.
Igličasti petrolejski koks se proizvodi metodom odgođenog koksiranja sa sirovinama sa visokim sadržajem aromatičnih ugljikovodika i niskim sadržajem nečistoća. Ovaj koks ima lako lomljivu igličastu strukturu, ponekad se naziva grafitni koks, i uglavnom se koristi za izradu grafitnih elektroda nakon kalcinacije.
Granulirani petrolejni koks je u obliku tvrdih granula i proizvodi se od sirovina sa visokim sadržajem sumpora i asfaltena metodom odgođenog koksiranja, a uglavnom se koristi kao gorivo.
Fluidizirani naftni koks se dobija kontinuiranim koksiranjem u fluidiziranom sloju.
Kalcinacija petrolejskog koksa služi za uklanjanje sumpora, vlage i isparljivih materija. Kalcinacija zelenog petrolejskog koksa na 1200-1350°C može ga pretvoriti u praktično čisti ugljik.
Najveći korisnik kalciniranog naftnog koksa je industrija aluminija, od čega se 70% koristi za proizvodnju anoda koje redukuju boksit. Oko 6% kalciniranog naftnog koksa proizvedenog u Sjedinjenim Državama koristi se za rekarburizatore lijevanog željeza.
3. Prirodni grafit
Prirodni grafit se može podijeliti na dvije vrste: ljuskavi grafit i mikrokristalni grafit.
Mikrokristalni grafit ima visok sadržaj pepela i uglavnom se ne koristi kao rekarburizator za liveno gvožđe.
Postoji mnogo vrsta ljuskastog grafita: ljuskasti 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, tako da nije pogodan za upotrebu kao rekarburizator; grafit sa srednjim udjelom ugljika se uglavnom koristi kao rekarburizator, ali količina nije velika.
4. Ugljični koks i antracit
U procesu proizvodnje čelika u elektrolučnoj peći, koks ili antracit se mogu dodati kao rekarburizator prilikom punjenja. Zbog visokog sadržaja pepela i hlapljivih materija, liveno gvožđe za topljenje u indukcijskoj peći se rijetko koristi kao rekarburizator.
S kontinuiranim poboljšanjem zahtjeva za zaštitu okoliša, sve se više pažnje posvećuje potrošnji resursa, a cijene sirovog željeza i koksa nastavljaju rasti, što rezultira povećanjem troškova odljevaka. Sve više ljevaonica počinje koristiti električne peći umjesto tradicionalnog topljenja u kupolnoj peći. Početkom 2011. godine, radionica za male i srednje dijelove naše tvornice također je usvojila proces topljenja u električnoj peći kako bi zamijenila tradicionalni proces topljenja u kupolnoj peći. Upotreba velike količine otpadnog čelika u topljenju 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 topljenju u indukcijskoj peći
1. Glavne vrste rekarburizatora
Postoji mnogo materijala koji se koriste kao rekarburizatori od lijevanog željeza, a najčešće se koriste umjetni grafit, kalcinirani petrolejni koks, prirodni grafit, koks, antracit i mješavine napravljene od takvih materijala.
(1) Umjetni grafit Među raznim gore navedenim rekarburizatorima, najbolji kvalitet je umjetni grafit. Glavna sirovina za proizvodnju umjetnog grafita je praškasti visokokvalitetni kalcinirani petrolej koks, kojem se dodaje asfalt kao vezivo, a dodaje se i mala količina drugih pomoćnih materijala. Nakon što se različite sirovine pomiješaju, one se presuju 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 se znatno smanjuje. Ako nema petrolej koksa kalciniranog na visokoj temperaturi ili ako temperatura kalcinacije nije dovoljna, kvalitet rekarburizatora će biti ozbiljno pogođen. Stoga, kvalitet rekarburizatora uglavnom ovisi o stepenu grafitizacije. Dobar rekarburizator sadrži grafitni ugljik (maseni udio) od 95% do 98%, sadržaj sumpora je od 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 dobijen rafiniranjem sirove nafte. Ostaci i naftne smole dobijeni redovnom destilacijom pod pritiskom 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 direktno koristiti kao sredstvo za rekarburizaciju, već se prvo mora kalcinirati.
(3) Prirodni grafit se može podijeliti na dvije vrste: ljuskavi grafit i mikrokristalni grafit. Mikrokristalni grafit ima visok sadržaj pepela i uglavnom se ne koristi kao rekarburizator za liveno gvožđe. Postoje mnoge vrste ljuskavog grafita: ljuskavi grafit sa visokim sadržajem ugljika treba se ekstrahovati hemijskim metodama ili zagrijati na visoku temperaturu da bi se razgradili i isparili oksidi u njemu. Sadržaj pepela u grafitu je visok i ne bi se trebao koristiti kao rekarburizator. Grafit sa srednjim udjelom ugljika se uglavnom koristi kao rekarburizator, ali količina nije velika.
(4) Ugljični koks i antracit U procesu topljenja u indukcijskoj peći, koks ili antracit mogu se dodati kao rekarburizator prilikom punjenja. Zbog visokog sadržaja pepela i hlapljivih tvari, liveno gvožđe za topljenje u indukcijskoj peći se rijetko koristi kao rekarburizator. Cijena ovog rekarburizatora je niska i spada u niskokvalitetne rekarburizatore.
2. Princip cementacije rastopljenog željeza
U procesu topljenja sintetičkog lijevanog željeza, zbog velike količine dodanog otpada i niskog sadržaja C u rastopljenom željezu, mora se koristiti naugljičnik kako bi se povećao sadržaj ugljika. Ugljik koji postoji u obliku elementa u rekarburizatoru ima temperaturu topljenja od 3727°C i ne može se topiti na temperaturi rastopljenog željeza. Stoga se ugljik u rekarburizatoru uglavnom rastvara u rastopljenom željezu na dva načina: rastvaranjem i difuzijom. Kada je sadržaj grafitnog rekarburizatora u rastopljenom željezu 2,1%, grafit se može direktno rastvoriti u rastopljenom željezu. Fenomen direktnog rastvaranja negrafitne karbonizacije u osnovi ne postoji, ali s protokom vremena, ugljik postepeno difundira i rastvara se u rastopljenom željezu. Kod rekarburizacije lijevanog željeza topljenog u indukcijskoj peći, brzina rekarburizacije kristalnog grafita je znatno veća nego kod negrafitnih rekarburizatora.
Eksperimenti pokazuju da je rastvaranje ugljika u rastopljenom željezu kontrolirano prijenosom mase ugljika u graničnom sloju tekućine na površini čvrstih čestica. Upoređujući rezultate dobivene s česticama koksa i uglja s rezultatima dobivenim s grafitom, utvrđeno je da je brzina difuzije i rastvaranja grafitnih rekarburizatora u rastopljenom željezu znatno brža od brzine difuzije i rastvaranja čestica koksa i uglja. Djelomično otopljeni uzorci čestica koksa i uglja promatrani su elektronskim mikroskopom i utvrđeno je da se na površini uzoraka formirao tanki ljepljivi sloj pepela, što je bio glavni faktor koji utječe na njihove performanse difuzije i rastvaranja u rastopljenom željezu.
3. Faktori koji utiču na efekat povećanja ugljika
(1) Utjecaj veličine čestica rekarburizatora Brzina apsorpcije rekarburizatora ovisi o kombiniranom učinku brzine otapanja i difuzije rekarburizatora i 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 treba biti veća; naprotiv, veličina čestica rekarburizatora treba biti manja.
(2) Utjecaj količine dodanog rekarburizatora Pod uvjetima određene temperature i istog hemijskog sastava, zasićena koncentracija ugljika u rastopljenom željezu je sigurna. Pod određenim stepenom zasićenja, što se više rekarburizatora doda, to je duže vrijeme potrebno za otapanje i difuziju, veći je odgovarajući gubitak i niža je stopa apsorpcije.
(3) Utjecaj temperature na brzinu apsorpcije rekarburizatora U principu, što je viša temperatura rastopljenog željeza, to je povoljnije za apsorpciju i otapanje rekarburizatora. Naprotiv, rekarburizator se teško otapa, a brzina apsorpcije rekarburizatora se smanjuje. Međutim, kada je temperatura rastopljenog željeza previsoka, iako je veća vjerovatnoća da će se rekarburizator potpuno otopiti, brzina gubitka ugljika sagorijevanjem će se povećati, što će na kraju dovesti do smanjenja sadržaja ugljika i smanjenja ukupne brzine apsorpcije rekarburizatora. Općenito, kada je temperatura rastopljenog željeza između 1460 i 1550 °C, efikasnost apsorpcije rekarburizatora je najbolja.
(4) Utjecaj miješanja rastopljenog željeza na brzinu apsorpcije rekarburizatora Miješanje je korisno za otapanje i difuziju ugljika i sprječava da rekarburizator pluta na površini rastopljenog željeza i sagorijeva. 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 spriječiti sagorijevanje legirajućih elemenata u rastopljenom željezu. Međutim, ako je vrijeme miješanja predugo, to ne samo da ima veliki utjecaj na vijek trajanja peći, već i pogoršava gubitak ugljika u rastopljenom željezu nakon što se rekarburizator otopi. Stoga, odgovarajuće vrijeme miješanja rastopljenog željeza treba biti prikladno kako bi se osiguralo da se rekarburizator potpuno otopi.
(5) Utjecaj hemijskog sastava rastopljenog željeza na brzinu apsorpcije rekarburizatora Kada je početni sadržaj ugljika u rastopljenom željezu visok, ispod određene granice topljivosti, brzina apsorpcije rekarburizatora je spora, količina apsorpcije je mala, a gubitak sagorijevanjem je relativno velik. Brzina apsorpcije rekarburizatora je niska. Suprotno je kada je početni sadržaj ugljika u rastopljenom željezu nizak. Osim toga, silicij i sumpor u rastopljenom željezu ometaju apsorpciju ugljika i smanjuju brzinu apsorpcije rekarburizatora; dok mangan pomaže u apsorpciji ugljika i poboljšanju brzine apsorpcije rekarburizatora. Što se tiče stepena 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.