01. Как классифицировать докарбюризаторы
Карбюризаторы можно условно разделить на четыре типа в зависимости от сырья, из которого они изготовлены.
1. Искусственный графит
Основным сырьем для изготовления искусственного графита является порошкообразный высококачественный прокаленный нефтяной кокс, в который в качестве связующего вещества добавляют асфальт и небольшое количество других вспомогательных материалов. После того, как различное сырье смешано, его прессуют и формуют, а затем обрабатывают в неокисляющей атмосфере при температуре 2500-3000°С для графитизации. После высокотемпературной обработки содержание золы, серы и газа значительно снижается.
Из-за высокой цены на изделия из искусственного графита большинство науглероживателей искусственного графита, обычно используемых в литейном производстве, представляют собой переработанные материалы, такие как стружка, отходы электродов и графитовые блоки, при производстве графитовых электродов для снижения производственных затрат.
При выплавке ковкого чугуна, чтобы обеспечить высокое металлургическое качество чугуна, искусственный графит должен быть первым выбором в качестве науглероживателя.
2. Нефтяной кокс
Нефтяной кокс является широко используемым донауглероживателем.
Нефтяной кокс – побочный продукт, получаемый при переработке сырой нефти. Остатки и нефтяные пеки, полученные перегонкой при нормальном или пониженном давлении сырой нефти, могут быть использованы в качестве сырья для производства нефтяного кокса, а затем после коксования можно получить зеленый нефтяной кокс. Производство зеленого нефтяного кокса составляет примерно менее 5% от количества используемой сырой нефти. Годовое производство сырого нефтяного кокса в США составляет около 30 миллионов тонн. Содержание примесей в зеленом нефтяном коксе велико, поэтому его нельзя использовать непосредственно в качестве науглероживателя, и его необходимо сначала прокалить.
Нефтяной кокс-сырец доступен в губчатой, игольчатой, гранулированной и жидкой формах.
Губчатый нефтяной кокс получают методом замедленного коксования. Из-за высокого содержания серы и металлов его обычно используют в качестве топлива при обжиге, а также можно использовать в качестве сырья для прокаленного нефтяного кокса. Прокаленный губчатый кокс в основном используется в алюминиевой промышленности и в качестве науглероживателя.
Игольчатый нефтяной кокс получают методом замедленного коксования из сырья с высоким содержанием ароматических углеводородов и низким содержанием примесей. Этот кокс имеет легко разрушающуюся игольчатую структуру, иногда его называют графитовым коксом, и в основном его используют для изготовления графитовых электродов после прокаливания.
Гранулированный нефтяной кокс представляет собой твердые гранулы, производится из сырья с высоким содержанием серы и асфальтенов методом замедленного коксования и в основном используется в качестве топлива.
Кипящий нефтяной кокс получают путем непрерывного коксования в кипящем слое.
Целью прокаливания нефтяного кокса является удаление серы, влаги и летучих веществ. Прокаливанием зеленого нефтяного кокса при 1200-1350°С можно получить практически чистый углерод.
Крупнейшим потребителем прокаленного нефтяного кокса является алюминиевая промышленность, 70% которой используется для изготовления анодов, восстанавливающих боксит. Около 6% прокаленного нефтяного кокса, производимого в США, используется для донауглероживания чугуна.
3. Природный графит
Природный графит можно разделить на два типа: чешуйчатый графит и микрокристаллический графит.
Микрокристаллический графит имеет высокую зольность и обычно не используется в качестве науглероживателя чугуна.
Существует множество разновидностей чешуйчатого графита: чешуйчатый графит с высоким содержанием углерода необходимо экстрагировать химическими методами или нагревать до высокой температуры, чтобы разложить и улетучить содержащиеся в нем оксиды. Зольность графита высока, поэтому его нельзя использовать в качестве науглероживателя; В качестве донауглероживателя в основном используют среднеуглеродистый графит, но его количество невелико.
4. Кокс и антрацит
В процессе электродуговой выплавки стали при шихте в качестве науглероживателя можно добавлять кокс или антрацит. Из-за высокого содержания золы и летучих чугун, выплавляемый в индукционных печах, редко используется в качестве науглероживателя.
При постоянном совершенствовании требований по охране окружающей среды все больше внимания уделяется ресурсоемкости, а цены на чугун и кокс продолжают расти, что приводит к увеличению стоимости отливок. Все больше литейных предприятий начинают использовать электрические печи для замены традиционной вагранки. В начале 2011 года цех мелких и средних деталей нашего завода также внедрил процесс плавки в электрической печи взамен традиционного процесса вагранки. Использование большого количества стального лома при электропечной плавке позволяет не только снизить затраты, но и улучшить механические свойства отливок, при этом ключевую роль играют тип используемого доцементатора и процесс цементации.
02. Как использовать науглероживатель при плавке в индукционных печах
1 Основные виды докарбюризаторов
В качестве науглероживателей чугуна используется множество материалов, обычно используются искусственный графит, прокаленный нефтяной кокс, природный графит, кокс, антрацит и смеси таких материалов.
(1) Искусственный графит Среди различных науглероживателей, упомянутых выше, лучшим по качеству является искусственный графит. Основным сырьем для изготовления искусственного графита является порошкообразный высококачественный прокаленный нефтяной кокс, в который в качестве связующего вещества добавляют асфальт и небольшое количество других вспомогательных материалов. После смешивания различных сырьевых материалов их прессуют и формуют, а затем обрабатывают в неокисляющей атмосфере при температуре 2500–3000 °C для графитизации. После высокотемпературной обработки содержание золы, серы и газа значительно снижается. Если нет нефтяного кокса, прокаленного при высокой температуре или при недостаточной температуре прокаливания, качество науглероживателя серьезно пострадает. Поэтому качество донауглероживания во многом зависит от степени графитации. Хороший рекарбюратор содержит графитовый углерод (массовая доля) При 95–98 % содержание серы составляет от 0,02 % до 0,05 %, а содержание азота (от 100 до 200) × 10-6.
(2) Нефтяной кокс является широко используемым донауглероживателем. Нефтяной кокс – побочный продукт, получаемый при переработке сырой нефти. Остатки и нефтяные пеки, полученные при обычной барогонке или вакуумной перегонке сырой нефти, могут быть использованы в качестве сырья для производства нефтяного кокса. После коксования можно получить сырой нефтяной кокс. Содержание высоко, и его нельзя использовать непосредственно в качестве науглероживателя, и его необходимо сначала прокалить.
(3) Природный графит можно разделить на два типа: чешуйчатый графит и микрокристаллический графит. Микрокристаллический графит имеет высокую зольность и обычно не используется в качестве науглероживателя чугуна. Существует множество разновидностей чешуйчатого графита: чешуйчатый графит с высоким содержанием углерода необходимо экстрагировать химическими методами или нагревать до высокой температуры, чтобы разложить и улетучить содержащиеся в нем оксиды. Содержание золы в графите высокое, и его не следует использовать в качестве науглероживателя. Среднеуглеродистый графит в основном используется в качестве донауглероживателя, но его количество невелико.
(4) Кокс и антрацит. В процессе плавки в индукционных печах при загрузке в качестве науглероживателя можно добавлять кокс или антрацит. Из-за высокого содержания золы и летучих чугун, выплавляемый в индукционных печах, редко используется в качестве науглероживателя. , Цена этого науглероживателя низкая, и он относится к низкосортным науглероживателям.
2. Принцип цементации расплавленного железа.
В процессе выплавки синтетического чугуна из-за большого количества добавляемого лома и низкого содержания С в расплавленном чугуне необходимо использовать науглероживатель для увеличения содержания углерода. Углерод, который существует в виде элемента в науглерожителе, имеет температуру плавления 3727°С и не может плавиться при температуре расплавленного железа. Поэтому углерод в науглерожителе в основном растворяется в расплавленном чугуне двумя способами: растворением и диффузией. Когда содержание науглероживателя графита в расплавленном железе составляет 2,1%, графит можно растворять непосредственно в расплавленном железе. Явления прямого решения неграфитовой карбонизации в принципе не существует, но с течением времени углерод постепенно диффундирует и растворяется в расплавленном железе. При перенауглероживании чугуна, выплавленного в индукционной печи, скорость перенауглероживания кристаллического графита значительно выше, чем у неграфитовых науглероживателей.
Эксперименты показывают, что растворение углерода в расплавленном железе контролируется массопереносом углерода в пограничном слое жидкости на поверхности твердых частиц. Сравнивая результаты, полученные с частицами кокса и угля, с результатами, полученными с графитом, установлено, что скорость диффузии и растворения графитовых науглероживателей в расплавленном чугуне значительно выше, чем у частиц кокса и угля. Частично растворенные образцы кокса и частиц угля наблюдались с помощью электронного микроскопа и было обнаружено, что на поверхности образцов образовывался тонкий липкий слой золы, что было основным фактором, влияющим на их диффузию и эффективность растворения в расплавленном чугуне.
3. Факторы, влияющие на эффект увеличения выбросов углерода
(1) Влияние размера частиц науглероживателя. Скорость поглощения науглероживателя зависит от совокупного эффекта растворения и скорости диффузии науглероживателя, а также скорости потерь от окисления. Как правило, частицы науглероживателя малы, скорость растворения высокая, а скорость потерь большая; Частицы науглероживания большие, скорость растворения низкая, а скорость потерь небольшая. Выбор размера частиц донауглероживателя зависит от диаметра и мощности печи. Обычно, когда диаметр и мощность печи велики, размер частиц науглероживателя должен быть больше; наоборот, размер частиц донауглероживателя должен быть меньше.
(2) Влияние количества добавляемого науглероживателя. В условиях определенной температуры и одного и того же химического состава определенная концентрация углерода в расплавленном чугуне является определенной. При определенной степени насыщения, чем больше добавлено науглероживания, тем больше времени требуется для растворения и диффузии, тем больше соответствующие потери и тем ниже скорость абсорбции.
(3) Влияние температуры на скорость абсорбции науглероживателя. В принципе, чем выше температура расплавленного железа, тем больше способствует абсорбции и растворению науглероживателя. Наоборот, рекарбюратор трудно растворяется, и скорость абсорбции рекарбюратора снижается. Однако при слишком высокой температуре расплавленного железа, хотя рекарбюризатор с большей вероятностью полностью растворится, скорость потерь углерода при выгорании увеличится, что в конечном итоге приведет к уменьшению содержания углерода и снижению общего содержания углерода. скорость поглощения рекарбюризатора. Обычно, когда температура расплавленного железа находится между 1460 и 1550 °C, эффективность поглощения науглероживания является наилучшей.
(4) Влияние перемешивания расплавленного железа на скорость поглощения науглероживателя Перемешивание благотворно влияет на растворение и диффузию углерода и позволяет избежать науглероживания на поверхности расплавленного железа и его возгорания. Прежде чем рекарбюризатор полностью растворится, время перемешивания будет долгим, а скорость абсорбции высокой. Перемешивание также может сократить время выдержки карбонизации, сократить производственный цикл и избежать сгорания легирующих элементов в расплавленном чугуне. Однако если время перемешивания слишком продолжительное, это не только оказывает большое влияние на срок службы печи, но и усугубляет потери углерода в расплавленном чугуне после растворения науглероживателя. Следовательно, подходящее время перемешивания расплавленного железа должно быть таким, чтобы обеспечить полное растворение науглероживателя.
(5) Влияние химического состава расплавленного железа на скорость абсорбции науглероживателя. Когда исходное содержание углерода в расплавленном чугуне высокое, при определенном пределе растворимости скорость абсорбции науглероживателя низкая, количество абсорбции небольшое. , и потери при горении относительно велики. Скорость поглощения рекарбюризатора низкая. Обратное верно, когда начальное содержание углерода в расплавленном железе низкое. Кроме того, кремний и сера в расплавленном чугуне препятствуют поглощению углерода и снижают скорость поглощения науглероживателей; в то время как марганец помогает поглощать углерод и улучшать скорость поглощения науглероживателей. По степени влияния наибольшую роль играет кремний, за ним следует марганец, меньшее влияние имеют углерод и сера. Поэтому в реальном производственном процессе сначала следует добавлять марганец, затем углерод, а затем кремний.
4. Влияние различных науглероживателей на свойства чугуна.
(1) Условия испытаний Для плавки использовались две 5-тонные индукционные печи без сердечника средней частоты с максимальной мощностью 3000 кВт и частотой 500 Гц. Согласно суточной ведомости цеха (50% возвратного материала, 20% чугуна, 30% лома) для выплавки печи расплавленного чугуна использовать низкоазотный прокаленный науглероживатель и науглерожник графитового типа соответственно, согласно Требования к процессу После корректировки химического состава отлейте крышку главного подшипника цилиндра соответственно.
Производственный процесс: Науглероживатель добавляется в электропечь порциями в процессе подачи для плавки, 0,4% первичного модификатора (кремний-бариевый модификатор) добавляется в процессе выпуска и 0,1% вторичного модификатора потока (кремний-барий-модификатор). Используйте строку стиля DISA2013.
(2) Механические свойства Чтобы проверить влияние двух разных науглероживателей на свойства чугуна и избежать влияния состава расплавленного чугуна на результаты, состав расплавленного железа, выплавленного с помощью разных науглероживателей, был отрегулирован так, чтобы он был в основном одинаковым. . Для более полной проверки результатов в процессе испытаний помимо двух наборов испытательных прутков Ø30 мм, залитых в двух печах расплавленного чугуна, также случайным образом было отобрано по 12 отливок, отлитых в каждый расплав чугуна, для определения твердости по Бринеллю. (6 шт./коробка, тестируем две коробки).
При практически одинаковом составе прочность образцов, полученных с использованием донауглероживания графитового типа, значительно выше, чем у образцов, отлитых с использованием прокаленного типа, а производительность обработки отливок, полученных с помощью донауглероживания графитового типа явно лучше, чем науглероживания, полученного с использованием донауглероживания графитового типа. Отливки, полученные с помощью обожженных науглероживателей (когда твердость отливок слишком высока, во время обработки на краях отливок появляется явление прыгающего ножа).
(3) Все графитовые формы образцов, в которых используется донауглероживатель графитового типа, представляют собой графит А-типа, причем количество графита больше, а размер меньше.
По результатам приведенных выше испытаний сделаны следующие выводы: высококачественный донауглероживатель графитового типа позволяет не только улучшить механические свойства отливок, улучшить металлографическую структуру, но и улучшить технологические характеристики отливок.
03. Эпилог
(1) Факторами, влияющими на скорость поглощения науглероживания, являются размер частиц науглероживания, количество добавленного науглероживания, температура повторного науглероживания, время перемешивания расплавленного железа и химический состав расплавленного железа.
(2) Высококачественный науглероживатель графитового типа может не только улучшить механические свойства отливок, улучшить металлографическую структуру, но и улучшить характеристики обработки отливок. Поэтому при производстве ключевых изделий, таких как блоки цилиндров и головки цилиндров, в процессе плавки в индукционных печах рекомендуется использовать высококачественные науглероживания графитового типа.
Время публикации: 08 ноября 2022 г.