ידע יציקה - כיצד להשתמש בפחמן ביציקה כדי ליצור יציקות טובות?

01. כיצד לסווג פחמים חוזרים

ניתן לחלק באופן גס את הקרבורייזרים לארבעה סוגים לפי חומרי הגלם שלהם.

1. גרפיט מלאכותי

חומר הגלם העיקרי לייצור גרפיט מלאכותי הוא קוקי נפט מבושל באבקה איכותית, בה מוסיפים אספלט כחומר מקשר ומוסיפים כמות קטנה של חומרי עזר אחרים. לאחר ערבוב חומרי הגלם השונים, הם נלחצים ויוצרים, ולאחר מכן מטופלים באווירה לא מחמצנת בטמפרטורה של 2500-3000 מעלות צלזיוס כדי להפוך אותם לגרפיטים. לאחר טיפול בטמפרטורה גבוהה, תכולת האפר, הגופרית והגז מופחתת מאוד.

בשל המחיר הגבוה של מוצרי גרפיט מלאכותי, רוב מפחמי הגרפיט המלאכותי הנפוצים בשימוש בבתי יציקה הם חומרים ממוחזרים כגון שבבים, פסולת אלקטרודות ובלוקי גרפיט בעת ייצור אלקטרודות גרפיט להפחתת עלויות הייצור.

בעת התכת ברזל רקיע, על מנת להעלות את האיכות המתכתית של הברזל היצוק, גרפיט מלאכותי צריך להיות הבחירה הראשונה עבור ה-recarburizer.

2. קולה פטרוליום

קולה נפט הוא קרבורייזר בשימוש נרחב.

קולה נפט הוא תוצר לוואי המתקבל על ידי זיקוק נפט גולמי. שאריות וגפת נפט המתקבלים על ידי זיקוק בלחץ רגיל או בלחץ מופחת של נפט גולמי יכולים לשמש כחומרי גלם לייצור קוקה נפט, ולאחר מכן ניתן לקבל קוק נפט ירוק לאחר בישול קוקי. הייצור של קוקי נפט ירוק הוא פחות מ-5% בערך מכמות הנפט הגולמי המשמש. הייצור השנתי של קולה נפט גולמי בארצות הברית הוא כ-30 מיליון טון. תכולת הטומאה בקולה נפט ירוקה היא גבוהה, ולכן לא ניתן להשתמש בו ישירות כמחזרן מחדש, ויש לסייל אותו תחילה.

קולה נפט גולמי זמין בצורות דמוי ספוג, דמוי מחט, גרגיר ונוזל.

קוקי נפט ספוג מוכן בשיטת קוקינג מושהה. בשל תכולת הגופרית והמתכת הגבוהה שלו, הוא משמש בדרך כלל כדלק במהלך ההסתייד, ויכול לשמש גם כחומר גלם לקוקס נפט מבוייד. הקולה הספוגית המבודדת משמשת בעיקר בתעשיית האלומיניום וכמשחזר.

קולה נפט מחט מוכן בשיטת קוקינג מושהה עם חומרי גלם בעלי תכולה גבוהה של פחמימנים ארומטיים ותכולה נמוכה של זיהומים. לקוק זה יש מבנה דמוי מחט שנשבר בקלות, הנקרא לפעמים קוקי גרפיט, והוא משמש בעיקר לייצור אלקטרודות גרפיט לאחר סידוד.

קוקי נפט גרגירי הוא בצורת גרגירים קשים ומיוצר מחומרי גלם בעלי תכולה גבוהה של גופרית ואספלטן בשיטת קוקינג מושהית, ומשמש בעיקר כדלק.

קוק נפט נוזלי מתקבל על ידי קוקינג רציף במיטה נוזלית.

ההסתיידות של קולה נפט היא להסיר גופרית, לחות וחומרים נדיפים. סידוד של קוקס נפט ירוק ב-1200-1350 מעלות צלזיוס יכול להפוך אותו לפחמן טהור באופן מהותי.

המשתמש הגדול ביותר בקוקס נפט מבודד הוא תעשיית האלומיניום, ש-70% ממנה משמשים לייצור אנודות המפחיתות בוקסיט. כ-6% מהקוק הנפט המבודד המיוצר בארצות הברית משמש לקרבוריזרים מברזל יצוק.

3. גרפיט טבעי

ניתן לחלק גרפיט טבעי לשני סוגים: גרפיט פתיתים וגרפיט מיקרו-גבישי.

לגרפיט מיקרו-גבישי יש תכולת אפר גבוהה ובדרך כלל אינו משמש כקרבורייזר לברזל יצוק.

ישנם סוגים רבים של גרפיט פתיתים: גרפיט פתיתים עתירי פחמן צריך להיות מופק בשיטות כימיות, או לחמם לטמפרטורה גבוהה כדי לפרק ולהניף את התחמוצות שבו. תכולת האפר בגרפיט גבוהה, ולכן היא אינה מתאימה לשמש כקרבורייזר מחדש; גרפיט פחמן בינוני משמש בעיקר כפחמן חוזר, אך הכמות אינה גדולה.

4. קולה ואנתרציט

בתהליך של ייצור פלדה בכבשן קשת חשמלי, ניתן להוסיף קוקה או אנתרציט כקרבורייזר מחדש בעת הטעינה. בשל האפר הגבוה ותכולת הנדיפות שלו, תנור אינדוקציה להתכת ברזל יצוק משמש רק לעתים רחוקות כ-recarburizer.

עם השיפור המתמשך של דרישות הגנת הסביבה, יותר ויותר תשומת לב מוקדשת לצריכת משאבים, ומחירי הברזל והקולה ממשיכים לעלות, מה שמביא לעלייה בעלות היציקות. יותר ויותר בתי יציקה מתחילים להשתמש בתנורים חשמליים כדי להחליף את המסת הכיפה המסורתית. בתחילת 2011, סדנת החלקים הקטנים והבינוניים של המפעל שלנו אימצה גם את תהליך התכת הכבשן החשמלי כדי להחליף את תהליך התכת הכיפלה המסורתי. השימוש בכמות גדולה של גרוטאות פלדה בהתכת תנור חשמלי יכול לא רק להפחית עלויות, אלא גם לשפר את התכונות המכניות של יציקות, אבל סוג הקרבורייזר המשמש ותהליך הקרבוריזציה ממלאים תפקיד מפתח.

02. כיצד להשתמש ב-recarburizer בהתכה של תנור אינדוקציה

1 הסוגים העיקריים של קרבורייזרים

ישנם חומרים רבים המשמשים כמחזרים מברזל יצוק, בשימוש נפוץ הם גרפיט מלאכותי, קוק נפט מבושל, גרפיט טבעי, קוק, אנתרציט ותערובות מחומרים כאלה.

(1) גרפיט מלאכותי מבין ה-recarburizers השונים שהוזכרו לעיל, האיכות הטובה ביותר היא גרפיט מלאכותי. חומר הגלם העיקרי לייצור גרפיט מלאכותי הוא קוקי נפט מבושל באבקה איכותית, בה מוסיפים אספלט כחומר מקשר ומוסיפים כמות קטנה של חומרי עזר אחרים. לאחר ערבוב חומרי הגלם השונים יחד, הם נלחצים ויוצרים, ולאחר מכן מטופלים באווירה לא מחמצנת ב-2500-3000 מעלות צלזיוס כדי להפוך אותם לגרפיטים. לאחר טיפול בטמפרטורה גבוהה, תכולת האפר, הגופרית והגז מופחתת מאוד. אם אין קולה נפט מבורך בטמפרטורה גבוהה או עם טמפרטורת סילוק לא מספקת, איכות הקרבורייזר תיפגע באופן חמור. לכן, איכות ה-recarburizer תלויה בעיקר במידת הגרפיטיזציה. קרבורייזר טוב מכיל פחמן גרפיטי (חלק מסה) ב-95% עד 98%, תכולת הגופרית היא 0.02% עד 0.05%, ותכולת החנקן היא (100 עד 200) × 10-6.

(2) קולה נפט הוא קרבורייזר בשימוש נרחב. קולה נפט הוא תוצר לוואי המתקבל מזיקוק נפט גולמי. שאריות וגפת נפט המתקבלים מזיקוק בלחץ רגיל או זיקוק ואקום של נפט גולמי יכולים לשמש כחומרי גלם לייצור קוק של נפט. לאחר בישול קוק, ניתן להשיג קולה נפט גולמי. התכולה גבוהה ואינה יכולה לשמש ישירות כקרבורייזר, ויש לסייל תחילה.

(3) ניתן לחלק גרפיט טבעי לשני סוגים: גרפיט פתיתי וגרפיט מיקרו-גבישי. לגרפיט מיקרו-גבישי יש תכולת אפר גבוהה ובדרך כלל אינו משמש כקרבורייזר לברזל יצוק. ישנם סוגים רבים של גרפיט פתיתים: גרפיט פתיתים עתירי פחמן צריך להיות מופק בשיטות כימיות, או לחמם לטמפרטורה גבוהה כדי לפרק ולהניף את התחמוצות שבו. תכולת האפר בגרפיט גבוהה ואין להשתמש בה כמחצב מחדש. גרפיט פחמן בינוני משמש בעיקר כקרבורייזר מחדש, אך הכמות אינה גדולה.

(4) קולה ואנתרציט בתהליך ההתכה של תנור אינדוקציה, ניתן להוסיף קוק או אנתרציט כקרבורייזר מחדש בעת הטעינה. בשל האפר הגבוה ותכולת הנדיפות שלו, תנור אינדוקציה להתכת ברזל יצוק משמש רק לעתים רחוקות כ-recarburizer. , המחיר של ה-recarburizer הזה נמוך, והוא שייך ל-recarburizer בדרגה נמוכה.

2. עקרון הקרבוריזציה של ברזל מותך

בתהליך ההתכה של ברזל יצוק סינטטי, עקב כמות הגרוטאות הגדולה שנוספה ותכולת ה-C הנמוכה בברזל המותך, יש להשתמש בפחמן להגדלת הפחמן. לפחמן הקיים בצורת יסוד ב-recarburizer יש טמפרטורת התכה של 3727°C ולא ניתן להמיס אותו בטמפרטורת הברזל המותך. לכן, הפחמן ב-recarburizer מומס בעיקר בברזל המותך בשתי דרכים של פירוק ודיפוזיה. כאשר תכולת הגרפיט מחדש בברזל מותך היא 2.1%, ניתן להמיס גרפיט ישירות בברזל מותך. תופעת הפתרון הישיר של פחמול ללא גרפיט בעצם לא קיימת, אך עם חלוף הזמן, הפחמן מתפזר בהדרגה ומתמוסס בברזל המותך. עבור קרבוריזציה מחדש של ברזל יצוק שהומס על ידי תנור אינדוקציה, שיעור הקרבוריזציה מחדש של קרבוריזציה של גרפיט גבישי גבוה משמעותית מזה של קרבורייזרים שאינם גרפיטים.

ניסויים מראים כי פירוק הפחמן בברזל מותך נשלט על ידי העברת מסת הפחמן בשכבת הגבול הנוזלית על פני החלקיקים המוצקים. בהשוואה בין התוצאות המתקבלות עם חלקיקי קוק ופחם לתוצאות המתקבלות עם גרפיט, נמצא כי קצב הדיפוזיה וההתמוססות של מקרבי גרפיט בברזל מותך מהירים משמעותית מזה של חלקיקי קוק ופחם. דגימות הקוקס וחלקיקי הפחם המומסים חלקית נצפו במיקרוסקופ אלקטרוני, ונמצא כי על פני הדגימות נוצרה שכבת אפר דביקה דקה, שהייתה הגורם העיקרי שהשפיע על ביצועי הדיפוזיה והפירוק שלהן בברזל מותך.

3. גורמים המשפיעים על השפעת עליית הפחמן

(1) השפעת גודל החלקיקים של ה-recarburizer קצב הספיגה של ה-recarburizer תלוי בהשפעה המשולבת של קצב הפירוק והדיפוזיה של ה-recarburizer וקצב אובדן החמצון. באופן כללי, החלקיקים של ה-recarburizer קטנים, מהירות הפירוק מהירה ומהירות האובדן גדולה; חלקיקי הקרבורייזר גדולים, מהירות הפירוק איטית ומהירות האובדן קטנה. בחירת גודל החלקיקים של ה-recarburizer קשורה לקוטר ולקיבולת של התנור. באופן כללי, כאשר הקוטר והקיבולת של התנור גדולים, גודל החלקיקים של ה-recarburizer צריך להיות גדול יותר; להיפך, גודל החלקיקים של ה-recarburizer צריך להיות קטן יותר.

(2) השפעת כמות ה-recarburizer המווספת בתנאים של טמפרטורה מסוימת ובאותו הרכב כימי, ריכוז הפחמן הרווי בברזל המותך בטוח. תחת דרגת רוויה מסוימת, ככל שנוספו יותר קרבורייזר, ככל שהזמן הנדרש לפירוק ודיפוזיה ארוך יותר, כך ההפסד המקביל גדול יותר וקצב הספיגה נמוך יותר.

(3) השפעת הטמפרטורה על קצב הספיגה של הקרבורייזר באופן עקרוני, ככל שטמפרטורת הברזל המותך גבוהה יותר, כך תורם יותר לספיגה ופירוק של הקרבורייזר. להיפך, קשה להמיס את הקרבורייזר, וקצב הספיגה של הקרבורייזר יורד. עם זאת, כאשר טמפרטורת הברזל המותך גבוהה מדי, אם כי יש סבירות גבוהה יותר שה-Recarburizer יתמוסס במלואו, שיעור איבוד השריפה של הפחמן יגדל, מה שיוביל בסופו של דבר לירידה בתכולת הפחמן ולירידה בכמות הכוללת. קצב הספיגה של ה-recarburizer. בדרך כלל, כאשר טמפרטורת הברזל המותך היא בין 1460 ל-1550 מעלות צלזיוס, יעילות הספיגה של הקרבורייזר היא הטובה ביותר.

(4) השפעת ערבוב ברזל מותך על קצב הספיגה של הפחמן מחדש ערבוב מועיל לפירוק ודיפוזיה של פחמן, ומונע מהפחמן מחדש לצוף על פני הברזל המותך ולהישרף. לפני שהקרבורייזר נמס לחלוטין, זמן הערבול ארוך וקצב הספיגה גבוה. ערבוב יכול גם להפחית את זמן החזקת הפחממה, לקצר את מחזור הייצור ולהימנע משריפת יסודות סגסוגת בברזל המותך. עם זאת, אם זמן הערבול ארוך מדי, יש לו לא רק השפעה רבה על חיי השירות של התנור, אלא גם מחמיר את אובדן הפחמן בברזל המותך לאחר המסת הקרבורייזר. לכן, זמן הערבול המתאים של ברזל מותך צריך להיות מתאים כדי להבטיח שה-recarburizer מומס לחלוטין.

(5) השפעת ההרכב הכימי של ברזל מותך על קצב הספיגה של ה-recarburizer כאשר תכולת הפחמן הראשונית בברזל המותך גבוהה, תחת מגבלת מסיסות מסוימת, קצב הספיגה של ה-recarburizer איטי, כמות הספיגה קטנה. , ואובדן השריפה גדול יחסית. קצב הספיגה של הקרבורייזר נמוך. ההיפך הוא הנכון כאשר תכולת הפחמן הראשונית של הברזל המותך נמוכה. בנוסף, סיליקון וגופרית בברזל מותך מעכבים את ספיגת הפחמן ומפחיתים את קצב הספיגה של מפחמים מחדש; בעוד מנגן עוזר לספיגת פחמן ולשפר את קצב הספיגה של מפחמים מחדש. מבחינת מידת ההשפעה, הסיליקון הוא הגדול ביותר, ואחריו מנגן, ולפחמן וגופרית יש פחות השפעה. לכן, בתהליך הייצור בפועל, יש להוסיף תחילה מנגן, לאחר מכן פחמן, ולאחר מכן סיליקון.

4. ההשפעה של מחזרים שונים על תכונות ברזל יצוק

(1) תנאי בדיקה שני תנורי אינדוקציה נטולי ליבה בתדר ביניים של 5t שימשו להתכה, עם הספק מרבי של 3000kW ותדר של 500Hz. על פי רשימת האצווה היומית של הסדנה (50% חומר החזרה, 20% ברזל חזיר, 30% גרוטאות), השתמשו ב-recarburizer דל חנקן וב-recarburizer מסוג גרפיט להיתוך תנור של ברזל מותך בהתאמה, לפי דרישות התהליך לאחר התאמת ההרכב הכימי, יצוק מכסה מיסב ראשי של צילינדר בהתאמה.

תהליך ייצור: ה-Recarburizer מתווסף לכבשן החשמלי בקבוצות בתהליך ההזנה להיתוך, 0.4% חיסון ראשוני (חומר חיסון סיליקון בריום) מתווסף בתהליך ההקשה ו-0.1% חיסון זרימה משני (חמר סיליקון בריום). השתמש בקו הסטיילינג DISA2013.

(2) מאפיינים מכניים על מנת לאמת את ההשפעה של שני קרבורייזרים שונים על תכונות ברזל יצוק, וכדי למנוע את השפעת הרכב הברזל המותך על התוצאות, הרכב הברזל המותך שהומס על ידי מחזרים שונים הותאם להיות זהה בעצם. . על מנת לאמת את התוצאות בצורה מלאה יותר, בתהליך הבדיקה, בנוסף לשני סטים של מוטות בדיקה Ø30 מ"מ נשפכו בשני תנורי הברזל המותך, נבחרו באקראי גם 12 חתיכות של יציקות יציקות בכל ברזל מותך לבדיקת קשיות ברינל. (6 יח'\קופסה, בדיקת שתי קופסאות).

במקרה של הרכב כמעט זהה, חוזקם של מוטות הבדיקה המיוצרים על ידי שימוש ב-recarburizer מסוג גרפיט גבוה משמעותית מזה של מוטות הבדיקה שנוצקו על ידי שימוש ב-recarburizer מסוג calcined, וביצועי העיבוד של היציקות המיוצרות על ידי ברור שה-recarburizer מסוג גרפיט טוב יותר מזה המיוצר על ידי שימוש ב-recarburizer מסוג גרפיט. יציקות המיוצרות על ידי מפחידים חוזרים (כאשר קשיות היציקות גבוהה מדי, קצה היציקות יופיע תופעת סכין קופצת במהלך העיבוד).

(3) צורות הגרפיט של הדגימות המשתמשות ב-recarburizer מסוג גרפיט הן כולן גרפיט מסוג A, ומספר הגרפיט גדול יותר והגודל קטן יותר.

המסקנות הבאות מתקבלות מתוצאות הבדיקה שלעיל: מחזר באיכות גבוהה מסוג גרפיט יכול לא רק לשפר את התכונות המכניות של יציקות, לשפר את המבנה המטאלוגרפי, אלא גם לשפר את ביצועי העיבוד של יציקות.

03. אפילוג

(1) הגורמים המשפיעים על קצב הספיגה של ה-recarburizer הם גודל החלקיקים של ה-recarburizer, כמות ה-recarburizer שנוסף, טמפרטורת ה-recarburizer, זמן הערבול של הברזל המותך וההרכב הכימי של הברזל המותך.

(2) קרבוריזר באיכות גבוהה מסוג גרפיט יכול לא רק לשפר את התכונות המכניות של יציקות, לשפר את המבנה המטאלוגרפי, אלא גם לשפר את ביצועי העיבוד של יציקות. לכן, בעת ייצור מוצרי מפתח כגון בלוקי צילינדר וראשי צילינדר בתהליך התכה של תנור אינדוקציה, מומלץ להשתמש ב-recarburizers איכותיים מסוג גרפיט.