01. Cara mengklasifikasikan pengkarbon semula
Karburizer boleh dibahagikan kepada empat jenis mengikut bahan mentahnya.
1. Grafit buatan
Bahan mentah utama untuk pembuatan grafit buatan ialah serbuk kok petroleum berkalsinasi berkualiti tinggi, di mana asfalt ditambah sebagai pengikat, dan sedikit bahan tambahan lain ditambah. Selepas pelbagai bahan mentah dicampur bersama, ia ditekan dan dibentuk, dan kemudian dirawat dalam atmosfera bukan pengoksidaan pada suhu 2500-3000 °C untuk menjadikannya tergrafit. Selepas rawatan suhu tinggi, kandungan abu, sulfur dan gas berkurangan dengan ketara.
Disebabkan harga produk grafit tiruan yang tinggi, kebanyakan pengkarbon semula grafit tiruan yang biasa digunakan dalam faundri adalah bahan kitar semula seperti cip, elektrod buangan dan blok grafit semasa mengeluarkan elektrod grafit untuk mengurangkan kos pengeluaran.
Apabila melebur besi mulur, untuk menjadikan kualiti metalurgi besi tuang tinggi, grafit buatan harus menjadi pilihan pertama untuk pengkarbur semula.
2. Kok petroleum
Kok petroleum ialah pengkarbon semula yang digunakan secara meluas.
Kok petroleum ialah hasil sampingan yang diperoleh melalui penapisan minyak mentah. Sisa dan pitch petroleum yang diperoleh melalui penyulingan di bawah tekanan biasa atau di bawah tekanan minyak mentah yang dikurangkan boleh digunakan sebagai bahan mentah untuk pembuatan kok petroleum, dan kemudian kok petroleum hijau boleh diperoleh selepas pengkokan. Pengeluaran kok petroleum hijau adalah kira-kira kurang daripada 5% daripada jumlah minyak mentah yang digunakan. Pengeluaran tahunan kok petroleum mentah di Amerika Syarikat adalah kira-kira 30 juta tan. Kandungan bendasing dalam kok petroleum hijau adalah tinggi, jadi ia tidak boleh digunakan secara langsung sebagai pengkarbon semula, dan mesti dikalsinasi terlebih dahulu.
Kok petroleum mentah boleh didapati dalam bentuk seperti span, seperti jarum, berbutir dan cecair.
Kok petroleum span disediakan melalui kaedah kok tertunda. Disebabkan kandungan sulfur dan logamnya yang tinggi, ia biasanya digunakan sebagai bahan api semasa pengkalsinasan, dan juga boleh digunakan sebagai bahan mentah untuk kok petroleum yang dikalsinasi. Kok span yang dikalsinasi terutamanya digunakan dalam industri aluminium dan sebagai pengkarbon semula.
Kok petroleum jarum disediakan melalui kaedah kok tertunda dengan bahan mentah dengan kandungan hidrokarbon aromatik yang tinggi dan kandungan bendasing yang rendah. Kok ini mempunyai struktur seperti jarum yang mudah patah, kadangkala dipanggil kok grafit, dan digunakan terutamanya untuk membuat elektrod grafit selepas pengkalsinan.
Kok petroleum berbutir adalah dalam bentuk granul keras dan diperbuat daripada bahan mentah dengan kandungan sulfur dan asfalt yang tinggi melalui kaedah koking tertunda, dan kebanyakannya digunakan sebagai bahan api.
Kok petroleum terbendalir diperoleh melalui pembakaran berterusan di dalam lapisan terbendalir.
Pengkalsinan kok petroleum adalah untuk menyingkirkan sulfur, kelembapan dan bahan meruap. Pengkalsinan kok petroleum hijau pada suhu 1200-1350°C boleh menjadikannya karbon tulen sepenuhnya.
Pengguna terbesar kok petroleum terkalsinasi ialah industri aluminium, 70% daripadanya digunakan untuk membuat anod yang mengurangkan bauksit. Kira-kira 6% daripada kok petroleum terkalsinasi yang dihasilkan di Amerika Syarikat digunakan untuk pengkarbon semula besi tuang.
3. Grafit semula jadi
Grafit semula jadi boleh dibahagikan kepada dua jenis: grafit kepingan dan grafit mikrokristalin.
Grafit mikrokristalin mempunyai kandungan abu yang tinggi dan secara amnya tidak digunakan sebagai pengkarbon semula untuk besi tuang.
Terdapat banyak jenis grafit serpihan: grafit serpihan karbon tinggi perlu diekstrak melalui kaedah kimia, atau dipanaskan pada suhu tinggi untuk mengurai dan meruap oksida di dalamnya. Kandungan abu dalam grafit adalah tinggi, jadi ia tidak sesuai digunakan sebagai pengkarbon semula; grafit karbon sederhana terutamanya digunakan sebagai pengkarbon semula, tetapi jumlahnya tidak banyak.
4. Coke dan Antrasit
Dalam proses pembuatan keluli relau arka elektrik, kok atau antrasit boleh ditambah sebagai pengkarbon semula semasa pengecasan. Disebabkan abu yang tinggi dan kandungan meruapnya, besi tuang peleburan relau induksi jarang digunakan sebagai pengkarbon semula.
Dengan penambahbaikan berterusan keperluan perlindungan alam sekitar, semakin banyak perhatian diberikan kepada penggunaan sumber, dan harga besi kasar dan kok terus meningkat, mengakibatkan peningkatan kos tuangan. Semakin banyak faundri mula menggunakan relau elektrik untuk menggantikan peleburan kupola tradisional. Pada awal tahun 2011, bengkel alat ganti kecil dan sederhana kilang kami juga menerima pakai proses peleburan relau elektrik untuk menggantikan proses peleburan kupola tradisional. Penggunaan sejumlah besar keluli skrap dalam peleburan relau elektrik bukan sahaja dapat mengurangkan kos, tetapi juga meningkatkan sifat mekanikal tuangan, tetapi jenis pengkarbon semula yang digunakan dan proses pengkarbonan memainkan peranan penting.
02. Cara menggunakan recarburizer dalam peleburan relau induksi
1 Jenis-jenis utama pengkarbon semula
Terdapat banyak bahan yang digunakan sebagai pengkarbur semula besi tuang, yang biasa digunakan ialah grafit buatan, kok petroleum terkalsinasi, grafit semula jadi, kok, antrasit, dan campuran yang diperbuat daripada bahan tersebut.
(1) Grafit tiruan Antara pelbagai pengkarbon semula yang dinyatakan di atas, kualiti terbaik ialah grafit tiruan. Bahan mentah utama untuk pembuatan grafit tiruan ialah serbuk kok petroleum berkalsinasi berkualiti tinggi, di mana asfalt ditambah sebagai pengikat, dan sedikit bahan tambahan lain ditambah. Selepas pelbagai bahan mentah dicampur bersama, ia ditekan dan dibentuk, dan kemudian dirawat dalam atmosfera bukan pengoksidaan pada suhu 2500-3000 °C untuk menjadikannya tergrafit. Selepas rawatan suhu tinggi, kandungan abu, sulfur dan gas berkurangan dengan ketara. Jika tiada kok petroleum yang dikalsinasi pada suhu tinggi atau dengan suhu pengkalsinasi yang tidak mencukupi, kualiti pengkarbon semula akan terjejas teruk. Oleh itu, kualiti pengkarbon semula bergantung terutamanya pada tahap penggrafitan. Pengkarbur semula yang baik mengandungi karbon grafit (pecahan jisim). Pada 95% hingga 98%, kandungan sulfur adalah 0.02% hingga 0.05%, dan kandungan nitrogen adalah (100 hingga 200) × 10-6.
(2) Kok petroleum ialah pengkarbur semula yang digunakan secara meluas. Kok petroleum ialah hasil sampingan yang diperoleh daripada penapisan minyak mentah. Sisa dan pitch petroleum yang diperoleh daripada penyulingan tekanan biasa atau penyulingan vakum minyak mentah boleh digunakan sebagai bahan mentah untuk pembuatan kok petroleum. Selepas pengkokan, kok petroleum mentah boleh diperolehi. Kandungannya tinggi dan tidak boleh digunakan secara langsung sebagai pengkarbur semula, dan mesti dikalsinasi terlebih dahulu.
(3) Grafit semula jadi boleh dibahagikan kepada dua jenis: grafit kepingan dan grafit mikrokristalin. Grafit mikrokristalin mempunyai kandungan abu yang tinggi dan secara amnya tidak digunakan sebagai pengkarbon semula untuk besi tuang. Terdapat banyak jenis grafit kepingan: grafit kepingan karbon tinggi perlu diekstrak melalui kaedah kimia, atau dipanaskan pada suhu tinggi untuk mengurai dan meruap oksida di dalamnya. Kandungan abu dalam grafit adalah tinggi dan tidak boleh digunakan sebagai pengkarbon semula. Grafit karbon sederhana terutamanya digunakan sebagai pengkarbon semula, tetapi jumlahnya tidak banyak.
(4) Kok dan antrasit Dalam proses peleburan relau induksi, kok atau antrasit boleh ditambah sebagai pengkarbon semula semasa pengecasan. Disebabkan abu yang tinggi dan kandungan meruapnya, besi tuang peleburan relau induksi jarang digunakan sebagai pengkarbon semula. Harga pengkarbon semula ini rendah, dan ia tergolong dalam pengkarbon semula gred rendah.
2. Prinsip pengkarburisasi besi cair
Dalam proses peleburan besi tuang sintetik, disebabkan oleh jumlah skrap yang banyak ditambah dan kandungan C yang rendah dalam besi cair, karburator mesti digunakan untuk meningkatkan karbon. Karbon yang wujud dalam bentuk unsur dalam karburator semula mempunyai suhu lebur 3727°C dan tidak boleh dicairkan pada suhu besi cair. Oleh itu, karbon dalam karburator semula terutamanya dilarutkan dalam besi cair melalui dua cara pembubaran dan penyebaran. Apabila kandungan karburator semula grafit dalam besi cair ialah 2.1%, grafit boleh dilarutkan terus dalam besi cair. Fenomena larutan langsung pengkarbonan bukan grafit pada asasnya tidak wujud, tetapi dengan peredaran masa, karbon secara beransur-ansur meresap dan larut dalam besi cair. Untuk pengkarbonan semula besi tuang yang dilebur oleh relau induksi, kadar pengkarbonan semula grafit kristal adalah jauh lebih tinggi daripada pengkarbonan semula bukan grafit.
Eksperimen menunjukkan bahawa pelarutan karbon dalam besi lebur dikawal oleh pemindahan jisim karbon dalam lapisan sempadan cecair pada permukaan zarah pepejal. Membandingkan keputusan yang diperoleh dengan zarah kok dan arang batu dengan keputusan yang diperoleh dengan grafit, didapati bahawa kadar resapan dan pelarutan pengkarbon semula grafit dalam besi lebur adalah jauh lebih cepat daripada zarah kok dan arang batu. Sampel kok dan zarah arang batu yang terlarut separa telah diperhatikan dengan mikroskop elektron, dan didapati bahawa lapisan abu melekit nipis terbentuk pada permukaan sampel, yang merupakan faktor utama yang mempengaruhi prestasi resapan dan pelarutannya dalam besi lebur.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi kesan peningkatan karbon
(1) Pengaruh saiz zarah pengkarbur semula Kadar penyerapan pengkarbur semula bergantung pada kesan gabungan kadar pembubaran dan penyebaran pengkarbur semula dan kadar kehilangan pengoksidaan. Secara amnya, zarah pengkarbur semula adalah kecil, kelajuan pembubarannya cepat, dan kelajuan kehilangannya besar; zarah pengkarbur semula adalah besar, kelajuan pembubarannya perlahan, dan kelajuan kehilangannya kecil. Pemilihan saiz zarah pengkarbur semula berkaitan dengan diameter dan kapasiti relau. Secara amnya, apabila diameter dan kapasiti relau besar, saiz zarah pengkarbur semula haruslah lebih besar; sebaliknya, saiz zarah pengkarbur semula haruslah lebih kecil.
(2) Pengaruh jumlah pengkarbur semula yang ditambah Di bawah keadaan suhu tertentu dan komposisi kimia yang sama, kepekatan tepu karbon dalam besi lebur adalah pasti. Di bawah tahap tepu tertentu, lebih banyak pengkarbur semula yang ditambah, lebih lama masa yang diperlukan untuk pembubaran dan penyebaran, lebih besar kehilangan yang sepadan, dan lebih rendah kadar penyerapan.
(3) Kesan suhu terhadap kadar penyerapan recarburizer Pada prinsipnya, semakin tinggi suhu besi cair, semakin kondusif untuk penyerapan dan pembubaran recarburizer. Sebaliknya, recarburizer sukar untuk dilarutkan, dan kadar penyerapan recarburizer berkurangan. Walau bagaimanapun, apabila suhu besi cair terlalu tinggi, walaupun recarburizer lebih cenderung untuk dilarutkan sepenuhnya, kadar kehilangan pembakaran karbon akan meningkat, yang akhirnya akan menyebabkan penurunan kandungan karbon dan penurunan kadar penyerapan keseluruhan recarburizer. Secara amnya, apabila suhu besi cair adalah antara 1460 dan 1550 °C, kecekapan penyerapan recarburizer adalah yang terbaik.
(4) Pengaruh pengadukan besi lebur terhadap kadar penyerapan recarburizer Pengadukan bermanfaat untuk pembubaran dan penyebaran karbon, dan mengelakkan recarburizer terapung di permukaan besi lebur dan terbakar. Sebelum recarburizer larut sepenuhnya, masa pengadukan adalah panjang dan kadar penyerapan adalah tinggi. Pengadukan juga boleh mengurangkan masa pegangan karbonisasi, memendekkan kitaran pengeluaran, dan mengelakkan pembakaran unsur pengaloi dalam besi lebur. Walau bagaimanapun, jika masa pengadukan terlalu lama, ia bukan sahaja mempunyai pengaruh yang besar terhadap hayat perkhidmatan relau, tetapi juga memburukkan lagi kehilangan karbon dalam besi lebur selepas recarburizer larut. Oleh itu, masa pengadukan besi lebur yang sesuai haruslah sesuai untuk memastikan recarburizer larut sepenuhnya.
(5) Pengaruh komposisi kimia besi lebur terhadap kadar penyerapan rekarburizer Apabila kandungan karbon awal dalam besi lebur tinggi, di bawah had keterlarutan tertentu, kadar penyerapan rekarburizer adalah perlahan, jumlah penyerapan adalah kecil, dan kehilangan pembakaran agak besar. Kadar penyerapan rekarburizer adalah rendah. Sebaliknya adalah benar apabila kandungan karbon awal besi lebur adalah rendah. Di samping itu, silikon dan sulfur dalam besi lebur menghalang penyerapan karbon dan mengurangkan kadar penyerapan rekarburizer; manakala mangan membantu menyerap karbon dan meningkatkan kadar penyerapan rekarburizer. Dari segi tahap pengaruh, silikon adalah yang terbesar, diikuti oleh mangan, dan karbon dan sulfur mempunyai pengaruh yang kurang. Oleh itu, dalam proses pengeluaran sebenar, mangan harus ditambah terlebih dahulu, kemudian karbon, dan kemudian silikon.
4. Kesan pengkarbon semula yang berbeza terhadap sifat besi tuang
(1) Keadaan ujian Dua relau aruhan tanpa teras frekuensi pertengahan 5t telah digunakan untuk peleburan, dengan kuasa maksimum 3000kW dan frekuensi 500Hz. Mengikut senarai pengelompokan harian bengkel (50% bahan pulangan, 20% besi kasar, 30% skrap), gunakan pengkarbur semula berkalsin rendah nitrogen dan pengkarbur semula jenis grafit untuk meleburkan relau besi cair masing-masing, mengikut keperluan proses. Selepas melaraskan komposisi kimia, tuangkan penutup galas utama silinder masing-masing.
Proses pengeluaran: Pengkarbon semula ditambah ke dalam relau elektrik secara berkelompok semasa proses penyuapan untuk peleburan, 0.4% inokulan primer (inokulan silikon barium) ditambah dalam proses penorehan, dan 0.1% inokulan aliran sekunder (inokulan silikon barium). Gunakan rangkaian penggayaan DISA2013.
(2) Sifat mekanikal Untuk mengesahkan kesan dua pengkarbon semula yang berbeza terhadap sifat besi tuang, dan untuk mengelakkan pengaruh komposisi besi lebur terhadap keputusan, komposisi besi lebur yang dilebur oleh pengkarbon semula yang berbeza telah diselaraskan agar pada asasnya sama. Untuk mengesahkan keputusan dengan lebih lengkap, dalam proses ujian, selain dua set bar ujian Ø30mm dituang ke dalam dua relau besi lebur, 12 keping tuangan yang dituang ke dalam setiap besi lebur juga dipilih secara rawak untuk ujian kekerasan Brinell (6 keping/kotak, ujian dua kotak).
Dalam kes komposisi yang hampir sama, kekuatan bar ujian yang dihasilkan dengan menggunakan pengkarbur semula jenis grafit adalah jauh lebih tinggi daripada bar ujian yang dituang dengan menggunakan pengkarbur semula jenis terkalsinasi, dan prestasi pemprosesan tuangan yang dihasilkan oleh pengkarbur semula jenis grafit jelas lebih baik daripada yang dihasilkan dengan menggunakan pengkarbur semula jenis grafit. Tuangan yang dihasilkan oleh pengkarbur semula terkalsinasi (apabila kekerasan tuangan terlalu tinggi, tepi tuangan akan kelihatan seperti pisau lompat semasa pemprosesan).
(3) Bentuk grafit sampel yang menggunakan pengkarbur jenis grafit semuanya adalah grafit jenis-A, dan bilangan grafit lebih besar dan saiznya lebih kecil.
Kesimpulan berikut diambil daripada keputusan ujian di atas: pengkarbur semula jenis grafit berkualiti tinggi bukan sahaja boleh meningkatkan sifat mekanikal tuangan, memperbaiki struktur metalografi, tetapi juga meningkatkan prestasi pemprosesan tuangan.
03. Epilog
(1) Faktor-faktor yang mempengaruhi kadar penyerapan recarburizer ialah saiz zarah recarburizer, jumlah recarburizer yang ditambah, suhu recarburization, masa pengadukan besi cair dan komposisi kimia besi cair.
(2) Pengkarbur semula jenis grafit berkualiti tinggi bukan sahaja dapat meningkatkan sifat mekanikal tuangan, memperbaiki struktur metalografi, tetapi juga meningkatkan prestasi pemprosesan tuangan. Oleh itu, apabila menghasilkan produk utama seperti blok silinder dan kepala silinder dalam proses peleburan relau induksi, adalah disyorkan untuk menggunakan pengkarbur semula jenis grafit berkualiti tinggi.
Masa siaran: 8 Nov-2022