01. Jak klasifikovat rekarburizátory
Nauhličovače lze zhruba rozdělit do čtyř typů podle jejich surovin.
1. Umělý grafit
Hlavní surovinou pro výrobu umělého grafitu je práškový vysoce kvalitní kalcinovaný ropný koks, do kterého je přidáván asfalt jako pojivo a malé množství dalších pomocných materiálů. Poté, co jsou různé suroviny smíchány, jsou lisovány a tvarovány a poté zpracovány v neoxidační atmosféře při 2500-3000 °C, aby byly grafitizovány. Po zpracování při vysoké teplotě se obsah popela, síry a plynu výrazně sníží.
Vzhledem k vysoké ceně produktů z umělého grafitu je většina umělých grafitových rekarburizátorů běžně používaných ve slévárnách recyklovanými materiály, jako jsou třísky, odpadní elektrody a grafitové bloky při výrobě grafitových elektrod, aby se snížily výrobní náklady.
Při tavení tvárné litiny, aby byla metalurgická kvalita litiny vysoká, by měl být umělý grafit první volbou pro rekarbonizátor.
2. Ropný koks
Ropný koks je široce používaný rekarbonizátor.
Ropný koks je vedlejší produkt získaný rafinací ropy. Zbytky a ropné smoly získané destilací za normálního tlaku nebo za sníženého tlaku ropy lze použít jako suroviny pro výrobu ropného koksu a následně lze po koksování získat zelený ropný koks. Produkce zeleného ropného koksu je přibližně 5 % z množství použité ropy. Roční produkce surového ropného koksu ve Spojených státech je asi 30 milionů tun. Obsah nečistot v zeleném ropném koksu je vysoký, takže jej nelze přímo použít jako rekarbonizátor a musí být nejprve kalcinován.
Surový ropný koks je dostupný v houbovité, jehlovité, granulované a tekuté formě.
Houbový ropný koks se připravuje metodou zpožděného koksování. Díky vysokému obsahu síry a kovů se obvykle používá jako palivo při kalcinaci a lze jej použít i jako surovinu pro kalcinovaný ropný koks. Kalcinovaný houbový koks se používá hlavně v průmyslu hliníku a jako rekarbonizátor.
Jehlový petrolejový koks se připravuje metodou zpožděného koksování ze surovin s vysokým obsahem aromatických uhlovodíků a nízkým obsahem nečistot. Tento koks má snadno prasklou jehlicovitou strukturu, někdy nazývanou grafitový koks, a používá se hlavně k výrobě grafitových elektrod po kalcinaci.
Granulovaný ropný koks je ve formě tvrdých granulí a vyrábí se ze surovin s vysokým obsahem síry a asfaltenu metodou zpožděného koksování a používá se především jako palivo.
Fluidizovaný ropný koks se získává kontinuálním koksováním ve fluidní vrstvě.
Kalcinace ropného koksu má odstranit síru, vlhkost a těkavé látky. Kalcinací zeleného ropného koksu při 1200-1350°C lze vyrobit v podstatě čistý uhlík.
Největším uživatelem kalcinovaného ropného koksu je průmysl hliníku, z něhož se 70 % používá k výrobě anod redukujících bauxit. Asi 6 % kalcinovaného ropného koksu vyrobeného ve Spojených státech se používá pro rekarburizátory litiny.
3. Přírodní grafit
Přírodní grafit lze rozdělit na dva typy: vločkový grafit a mikrokrystalický grafit.
Mikrokrystalický grafit má vysoký obsah popela a obecně se nepoužívá jako rekarbonizátor pro litinu.
Existuje mnoho druhů vločkového grafitu: vločkový grafit s vysokým obsahem uhlíku je třeba extrahovat chemickými metodami nebo zahřát na vysokou teplotu, aby se rozložily a odpařily oxidy v něm obsažené. Obsah popela v grafitu je vysoký, proto není vhodný pro použití jako rekarbonizátor; Jako rekarbonizátor se používá hlavně středně uhlíkový grafit, ale množství není nic moc.
4. Koks a antracit
V procesu výroby oceli v elektrické obloukové peci lze při plnění přidávat koks nebo antracit jako rekarbonizátor. Vzhledem k vysokému obsahu popela a těkavých látek se tavící litina v indukční peci zřídka používá jako rekarbonizátor.
S neustálým zlepšováním požadavků na ochranu životního prostředí je stále větší pozornost věnována spotřebě zdrojů a ceny surového železa a koksu stále rostou, což má za následek zvýšení nákladů na odlitky. Stále více sléváren začíná používat elektrické pece, které nahrazují tradiční kuplovnu. Na začátku roku 2011 přijala dílna malých a středních dílů naší továrny také proces tavení v elektrické peci, který nahradil tradiční proces tavení kuplovny. Použití velkého množství ocelového odpadu při tavení v elektrické peci může nejen snížit náklady, ale také zlepšit mechanické vlastnosti odlitků, ale klíčovou roli hraje typ použitého rekarbonizátoru a proces nauhličování.
02. Jak používat rekarburátor při tavení v indukční peci
1 Hlavní typy rekarburizátorů
Existuje mnoho materiálů používaných jako litinové rekarburizátory, běžně používanými jsou umělý grafit, kalcinovaný ropný koks, přírodní grafit, koks, antracit a směsi z takových materiálů.
(1) Umělý grafit Mezi různými výše uvedenými rekarburizátory je nejkvalitnější umělý grafit. Hlavní surovinou pro výrobu umělého grafitu je práškový vysoce kvalitní kalcinovaný ropný koks, do kterého je přidáván asfalt jako pojivo a malé množství dalších pomocných materiálů. Poté, co jsou různé suroviny smíchány dohromady, jsou lisovány a tvarovány a poté zpracovány v neoxidační atmosféře při 2500-3000 °C, aby byly grafitizovány. Po zpracování při vysoké teplotě se obsah popela, síry a plynu výrazně sníží. Pokud není žádný ropný koks kalcinovaný při vysoké teplotě nebo s nedostatečnou teplotou kalcinace, bude kvalita rekarbonizátoru vážně ovlivněna. Kvalita rekarburizátoru proto závisí především na stupni grafitizace. Dobrý rekarbonizátor obsahuje grafitický uhlík (hmotnostní zlomek) Při 95 % až 98 % je obsah síry 0,02 % až 0,05 % a obsah dusíku je (100 až 200) × 10-6.
(2) Ropný koks je široce používaný rekarbonizátor. Ropný koks je vedlejší produkt, který se získává při rafinaci ropy. Zbytky a ropné smoly získané z běžné tlakové destilace nebo vakuové destilace ropy lze použít jako suroviny pro výrobu ropného koksu. Po koksování lze získat surový ropný koks. Obsah je vysoký a nelze jej přímo použít jako rekarbonizátor a musí být nejprve kalcinován.
(3) Přírodní grafit lze rozdělit na dva typy: vločkový grafit a mikrokrystalický grafit. Mikrokrystalický grafit má vysoký obsah popela a obecně se nepoužívá jako rekarbonizátor pro litinu. Existuje mnoho druhů vločkového grafitu: vločkový grafit s vysokým obsahem uhlíku je třeba extrahovat chemickými metodami nebo zahřát na vysokou teplotu, aby se rozložily a odpařily oxidy v něm obsažené. Obsah popela v grafitu je vysoký a neměl by být používán jako rekarbonizátor. Jako rekarbonizátor se používá hlavně středně uhlíkový grafit, ale množství není nic moc.
(4) Koks a antracit V procesu tavení v indukční peci lze při plnění přidávat koks nebo antracit jako rekarbonizátor. Vzhledem k vysokému obsahu popela a těkavých látek se tavící litina v indukční peci zřídka používá jako rekarbonizátor. , Cena tohoto nauhličovače je nízká a patří mezi méně kvalitní rekarburizátory.
2. Princip nauhličování roztaveného železa
Při procesu tavení syntetické litiny se kvůli velkému množství přidávaného šrotu a nízkému obsahu C v roztaveném železe musí pro zvýšení uhlíku použít nauhličovač. Uhlík, který existuje ve formě prvku v rekarbonizátoru, má teplotu tání 3727 °C a nemůže být roztaven při teplotě roztaveného železa. Proto se uhlík v rekarbonizátoru rozpouští hlavně v roztaveném železe dvěma způsoby rozpouštění a difúze. Když je obsah grafitového rekarbonizátoru v roztaveném železe 2,1 %, může být grafit přímo rozpuštěn v roztaveném železe. Jev přímého řešení negrafitové karbonizace v podstatě neexistuje, ale s postupem času uhlík postupně difunduje a rozpouští se v roztaveném železe. Pro rekarbonizaci litiny tavené indukční pecí je rychlost rekarbonizace krystalického grafitu výrazně vyšší než u negrafitových rekarburizátorů.
Experimenty ukazují, že rozpouštění uhlíku v roztaveném železe je řízeno přenosem uhlíkové hmoty v mezní vrstvě kapaliny na povrchu pevných částic. Porovnáním výsledků získaných s částicemi koksu a uhlí s výsledky získanými s grafitem bylo zjištěno, že rychlost difúze a rozpouštění grafitových rekarburizátorů v roztaveném železe je výrazně rychlejší než u částic koksu a uhlí. Částečně rozpuštěné vzorky částic koksu a uhlí byly pozorovány elektronovým mikroskopem a bylo zjištěno, že se na povrchu vzorků vytvořila tenká lepkavá vrstva popela, což byl hlavní faktor ovlivňující jejich difúzní a rozpouštěcí výkon v roztaveném železe.
3. Faktory ovlivňující vliv nárůstu uhlíku
(1) Vliv velikosti částic rekarburizátoru Rychlost absorpce rekarburizátoru závisí na kombinovaném účinku rychlosti rozpouštění a difúze rekarburizátoru a rychlosti oxidačních ztrát. Obecně jsou částice rekarbonizátoru malé, rychlost rozpouštění je vysoká a rychlost ztráty je velká; částice karburátoru jsou velké, rychlost rozpouštění je pomalá a rychlost ztráty je malá. Volba velikosti částic rekarburizátoru souvisí s průměrem a kapacitou pece. Obecně, když je průměr a kapacita pece velký, velikost částic rekarburizátoru by měla být větší; naopak velikost částic rekarbonizátoru by měla být menší.
(2) Vliv množství přidaného rekarbonizátoru Za podmínek určité teploty a stejného chemického složení je jistá nasycená koncentrace uhlíku v roztaveném železe. Při určitém stupni nasycení platí, že čím více rekarburizátoru se přidá, tím delší je doba potřebná k rozpuštění a difúzi, tím větší je odpovídající ztráta a tím nižší je rychlost absorpce.
(3) Vliv teploty na rychlost absorpce rekarburizátoru V zásadě platí, že čím vyšší je teplota roztaveného železa, tím více přispívá k absorpci a rozpouštění rekarbonizátoru. Naopak, rekarburizátor se obtížně rozpouští a rychlost absorpce rekarburizátoru klesá. Pokud je však teplota roztaveného železa příliš vysoká, ačkoli je pravděpodobnější, že se rekarbonizátor zcela rozpustí, rychlost ztráty uhlíku se zvýší, což nakonec povede ke snížení obsahu uhlíku a snížení celkového obsahu uhlíku. rychlost absorpce rekarbonizátoru. Obecně platí, že když je teplota roztaveného železa mezi 1460 a 1550 °C, absorpční účinnost rekarbonizátoru je nejlepší.
(4) Vliv míchání roztaveného železa na rychlost absorpce rekarburizátoru Míchání je prospěšné pro rozpouštění a difúzi uhlíku a zabraňuje tomu, aby rekarbonizátor plaval na povrchu roztaveného železa a byl spálen. Než se rekarbonizátor úplně rozpustí, doba míchání je dlouhá a rychlost absorpce je vysoká. Míchání může také zkrátit dobu zdržení karbonizace, zkrátit výrobní cyklus a zabránit spalování legujících prvků v roztaveném železe. Pokud je však doba míchání příliš dlouhá, má to nejen velký vliv na životnost pece, ale také prohlubuje ztrátu uhlíku v roztaveném železe po rozpuštění rekarbonizátoru. Proto by měla být vhodná doba míchání roztaveného železa, aby se zajistilo úplné rozpuštění rekarbonizátoru.
(5) Vliv chemického složení roztaveného železa na rychlost absorpce nauhličovače Když je počáteční obsah uhlíku v roztaveném železe vysoký, pod určitou mez rozpustnosti, rychlost absorpce nauhličovače je pomalá, absorbční množství je malé a ztráta hořením je poměrně velká. Míra absorpce rekarbonizátoru je nízká. Opak je pravdou, když je počáteční obsah uhlíku v roztaveném železe nízký. Kromě toho křemík a síra v roztaveném železe brání absorpci uhlíku a snižují rychlost absorpce rekarburizátorů; zatímco mangan pomáhá absorbovat uhlík a zlepšuje rychlost absorpce rekarburizátorů. Co do míry vlivu je největší křemík, následuje mangan a menší vliv má uhlík a síra. Proto by se ve vlastním výrobním procesu měl nejprve přidat mangan, poté uhlík a poté křemík.
4. Vliv různých rekarburizátorů na vlastnosti litiny
(1) Zkušební podmínky Pro tavení byly použity dvě 5t mezifrekvenční bezjádrové indukční pece s maximálním výkonem 3000 kW a frekvencí 500 Hz. Podle denního seznamu dávek dílny (50 % vratného materiálu, 20 % surového železa, 30 % šrotu) použijte k tavení pece roztaveného železa kalcinovaný rekarburátor s nízkým obsahem dusíku a rekarburátor grafitového typu. požadavky na proces Po úpravě chemického složení odlijte víko hlavního ložiska válce.
Výrobní proces: Rekarbonizátor se přidává do elektrické pece po dávkách během procesu plnění pro tavení, 0,4 % primárního očkovadla (křemíkové baryové očkovadlo) se přidává v procesu odpichu a 0,1 % sekundárního průtokového očkovadla (křemíkové baryové inokulant). Použijte stylingovou řadu DISA2013.
(2) Mechanické vlastnosti Aby se ověřil účinek dvou různých rekarburizátorů na vlastnosti litiny a aby se zabránilo vlivu složení roztaveného železa na výsledky, bylo složení roztaveného železa tavené různými rekarburizátory upraveno tak, aby bylo v zásadě stejné. . Za účelem úplnějšího ověření výsledků bylo v testovacím procesu kromě dvou sad zkušebních tyčí Ø30mm nalitých do dvou pecí roztaveného železa také náhodně vybráno 12 kusů odlitků odlitých v každé roztavené ližině pro testování tvrdosti podle Brinella. (6 kusů/krabice, testování dvou krabic).
V případě téměř stejného složení je pevnost zkušebních tyčí vyrobených použitím rekarbonizátoru výrazně vyšší než pevnost zkušebních tyčí odlitých použitím kalcinovaného rekarburizátoru a zpracovatelnost odlitků vyrobených rekarburizátor grafitového typu je zjevně lepší než ten, který se vyrábí použitím rekarbonizátoru grafitového typu. Odlitky vyráběné kalcinovanými rekarburizátory (při příliš vysoké tvrdosti odlitků se na hraně odlitků objeví jev skákavého nože při zpracování).
(3) Grafitové formy vzorků používajících rekarburizátor grafitového typu jsou všechny grafitové typu A a počet grafitu je větší a velikost je menší.
Z výše uvedených výsledků zkoušek jsou vyvozeny následující závěry: vysoce kvalitní rekarbonizátor grafitového typu může nejen zlepšit mechanické vlastnosti odlitků, zlepšit metalografickou strukturu, ale také zlepšit zpracovatelský výkon odlitků.
03. Epilog
(1) Faktory ovlivňující rychlost absorpce rekarburizátoru jsou velikost částic rekarburizátoru, množství přidaného rekarburizátoru, teplota rekarburizace, doba míchání roztaveného železa a chemické složení roztaveného železa.
(2) Vysoce kvalitní rekarbonizátor grafitového typu může nejen zlepšit mechanické vlastnosti odlitků, zlepšit metalografickou strukturu, ale také zlepšit zpracovatelský výkon odlitků. Proto se při výrobě klíčových produktů, jako jsou bloky válců a hlavy válců v procesu tavení v indukční peci, doporučuje používat vysoce kvalitní rekarbonizátory grafitového typu.
Čas odeslání: List-08-2022