01. Kā klasificēt rekarburatorus
Karburatorus var aptuveni iedalīt četros veidos atkarībā no to izejvielām.
1. Mākslīgais grafīts
Galvenā mākslīgā grafīta ražošanas izejviela ir augstas kvalitātes kalcinēts naftas kokss pulverī, kam kā saistviela pievienots asfalts un neliels daudzums citu palīgmateriālu. Pēc dažādu izejvielu sajaukšanas tās presē un formē, un pēc tam apstrādā neoksidējošā atmosfērā 2500–3000 °C temperatūrā, lai tās grafitizētu. Pēc augstas temperatūras apstrādes ievērojami samazinās pelnu, sēra un gāzes saturs.
Mākslīgā grafīta izstrādājumu augstās cenas dēļ lielākā daļa mākslīgā grafīta rekarburizatoru, ko parasti izmanto lietuvēs, ir pārstrādāti materiāli, piemēram, skaidas, atkritumu elektrodi un grafīta bloki, ražojot grafīta elektrodus, lai samazinātu ražošanas izmaksas.
Lai kausētu kaļamo čugunu un uzlabotu tā metalurģisko kvalitāti, rekarburatoram jāizvēlas mākslīgais grafīts.
2. Naftas kokss
Naftas kokss ir plaši izmantots rekarburators.
Naftas kokss ir blakusprodukts, ko iegūst, rafinējot jēlnaftu. Atlikumus un naftas piķi, kas iegūti, destilējot jēlnaftu normālā vai pazeminātā spiedienā, var izmantot kā izejvielas naftas koksa ražošanā, un pēc koksēšanas var iegūt zaļo naftas koksu. Zaļā naftas koksa ražošana ir aptuveni mazāka par 5% no izmantotās jēlnaftas daudzuma. Neapstrādāta naftas koksa gada ražošana Amerikas Savienotajās Valstīs ir aptuveni 30 miljoni tonnu. Zaļā naftas koksa piemaisījumu saturs ir augsts, tāpēc to nevar tieši izmantot kā rekarburatoru, un tas vispirms ir jākalcinē.
Neapstrādāts naftas kokss ir pieejams sūkļveida, adatas formas, granulētā un šķidrā veidā.
Poraino naftas koksu iegūst ar aizkavētas koksēšanas metodi. Augstā sēra un metālu satura dēļ to parasti izmanto kā kurināmo kalcinēšanas laikā, un to var izmantot arī kā izejvielu kalcinēta naftas koksa ražošanai. Kalcinēto poraino koksu galvenokārt izmanto alumīnija rūpniecībā un kā rekarburatoru.
Adatu naftas koksu iegūst ar aizkavētas koksēšanas metodi no izejvielām ar augstu aromātisko ogļūdeņražu saturu un zemu piemaisījumu saturu. Šim koksam ir viegli lūztoša adatai līdzīga struktūra, ko dažreiz sauc par grafīta koksu, un to galvenokārt izmanto grafīta elektrodu ražošanai pēc kalcinēšanas.
Granulēts naftas kokss ir cietu granulu veidā un tiek ražots no izejvielām ar augstu sēra un asfaltēna saturu, izmantojot aizkavētas koksēšanas metodi, un to galvenokārt izmanto kā kurināmo.
Šķidrināta naftas koksa iegūšanai nepārtraukti koksē šķidrinātā slānī.
Naftas koksa kalcinēšana tiek veikta, lai atdalītu sēru, mitrumu un gaistošās vielas. Zaļā naftas koksa kalcinēšana 1200–1350 °C temperatūrā var padarīt to par praktiski tīru oglekli.
Lielākais kalcinētā naftas koksa patērētājs ir alumīnija rūpniecība, un 70% no šī apjoma tiek izmantoti anodu ražošanai, kas reducē boksītu. Aptuveni 6% no Amerikas Savienotajās Valstīs saražotā kalcinētā naftas koksa tiek izmantoti čuguna rekarburatoros.
3. Dabīgais grafīts
Dabisko grafītu var iedalīt divos veidos: pārslu grafīts un mikrokristālisks grafīts.
Mikrokristāliskajam grafītam ir augsts pelnu saturs, un to parasti neizmanto kā čuguna rekarburatoru.
Ir daudz pārslu grafīta šķirņu: augsta oglekļa satura pārslu grafīts ir jāiegūst ķīmiskā veidā vai jāuzkarsē augstā temperatūrā, lai sadalītu un iztvaicētu tajā esošos oksīdus. Grafīta pelnu saturs ir augsts, tāpēc tas nav piemērots izmantošanai kā rekarburizators; vidēja oglekļa satura grafīts galvenokārt tiek izmantots kā rekarburizators, bet tā daudzums nav liels.
4. Kokss un antracīts
Elektriskās loka krāsns tērauda ražošanas procesā koksu vai antracītu var pievienot kā rekarburizatoru uzlādes laikā. Augsta pelnu un gaistošo vielu satura dēļ indukcijas krāsns kausēšanas čugunu reti izmanto kā rekarburizatoru.
Pastāvīgi uzlabojoties vides aizsardzības prasībām, arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta resursu patēriņam, un čuguna un koksa cenas turpina pieaugt, kā rezultātā palielinās lējumu izmaksas. Arvien vairāk lietuvju sāk izmantot elektriskās krāsnis, lai aizstātu tradicionālo kupolveida kausēšanu. 2011. gada sākumā arī mūsu rūpnīcas mazo un vidējo detaļu cehs pārgāja uz elektriskās krāsns kausēšanas procesu, lai aizstātu tradicionālo kupolveida kausēšanas procesu. Liela daudzuma tērauda metāllūžņu izmantošana elektriskās krāsns kausēšanā var ne tikai samazināt izmaksas, bet arī uzlabot lējumu mehāniskās īpašības, taču galveno lomu spēlē izmantotā rekarburizatora veids un karburizācijas process.
02. Kā lietot rekarburatoru indukcijas krāsns kausēšanā
1 Galvenie rekarburizatoru veidi
Kā čuguna rekarburizatorus izmanto daudzus materiālus, parasti izmanto mākslīgo grafītu, kalcinētu naftas koksu, dabisko grafītu, koksu, antracītu un šādu materiālu maisījumus.
(1) Mākslīgais grafīts No iepriekšminētajiem dažādajiem rekarburatoriem vislabākās kvalitātes ir mākslīgais grafīts. Galvenā izejviela mākslīgā grafīta ražošanā ir augstas kvalitātes kalcinēts naftas kokss pulverī, kurā kā saistviela tiek pievienots asfalts un neliels daudzums citu palīgmateriālu. Pēc dažādu izejvielu sajaukšanas tās tiek presētas un formētas, un pēc tam apstrādātas neoksidējošā atmosfērā 2500–3000 °C temperatūrā, lai tās grafitizētu. Pēc augstas temperatūras apstrādes ievērojami samazinās pelnu, sēra un gāzes saturs. Ja naftas kokss netiek kalcinēts augstā temperatūrā vai ar nepietiekamu kalcinēšanas temperatūru, rekarburatora kvalitāte tiks nopietni ietekmēta. Tāpēc rekarburatora kvalitāte galvenokārt ir atkarīga no grafitizācijas pakāpes. Labs rekarburators satur grafītisku oglekli (masas daļa). 95–98 % sēra saturs ir 0,02–0,05 %, un slāpekļa saturs ir (100–200) × 10–6.
(2) Naftas kokss ir plaši izmantots rekarburizators. Naftas kokss ir blakusprodukts, ko iegūst, rafinējot jēlnaftu. Atlikumus un naftas piķi, kas iegūti no regulāras jēlnaftas spiediena destilācijas vai vakuuma destilācijas, var izmantot kā izejvielas naftas koksa ražošanā. Pēc koksēšanas var iegūt jēlnaftas koksu. Tā saturs ir augsts un to nevar tieši izmantot kā rekarburizatoru, un tas vispirms ir jākalcinē.
(3) Dabisko grafītu var iedalīt divos veidos: pārslu grafīts un mikrokristālisks grafīts. Mikrokristāliskajam grafītam ir augsts pelnu saturs, un to parasti neizmanto kā čuguna rekarburatoru. Ir daudz pārslu grafīta šķirņu: augsta oglekļa satura pārslu grafīts ir jāiegūst ar ķīmiskām metodēm vai jāuzkarsē augstā temperatūrā, lai sadalītu un iztvaicētu tajā esošos oksīdus. Grafīta pelnu saturs ir augsts, un to nevajadzētu izmantot kā rekarburatoru. Vidēja oglekļa satura grafītu galvenokārt izmanto kā rekarburatoru, taču tā daudzums nav liels.
(4) Kokss un antracīts Indukcijas krāsns kausēšanas procesā koksu vai antracītu var pievienot kā rekarburatoru uzlādes laikā. Augstā pelnu un gaistošo vielu satura dēļ indukcijas krāsns kausēšanas čuguns reti tiek izmantots kā rekarburators. Šī rekarburatora cena ir zema, un tas pieder pie zemas kvalitātes rekarburatoriem.
2. Izkausēta dzelzs karburizācijas princips
Sintētiskā čuguna kausēšanas procesā, pateicoties lielajam pievienotā metāllūžņu daudzumam un zemajam C saturam izkausētajā čugunā, oglekļa satura palielināšanai jāizmanto karburators. Oglekļa, kas atrodas rekarburatorā elementa formā, kušanas temperatūra ir 3727 °C, un to nevar izkausēt izkausētā čuguna temperatūrā. Tāpēc ogleklis rekarburatorā galvenokārt tiek izšķīdināts izkausētajā čugunā divos veidos: šķīdināšanas un difūzijas ceļā. Ja grafīta rekarburatora saturs izkausētajā čugunā ir 2,1%, grafītu var tieši izšķīdināt izkausētajā čugunā. Tiešas šķīdināšanas fenomens bez grafīta karbonizācijas būtībā nepastāv, bet laika gaitā ogleklis pakāpeniski difundē un izšķīst izkausētajā čugunā. Indukcijas krāsnī kausēta čuguna rekarburizācijas ātrums kristāliskā grafīta rekarburizācijas laikā ir ievērojami lielāks nekā bezgrafīta rekarburatoriem.
Eksperimenti liecina, ka oglekļa izšķīšanu izkausētā dzelzs veidā kontrolē oglekļa masas pārnešana šķidruma robežslānī uz cieto daļiņu virsmas. Salīdzinot ar koksa un ogļu daļiņām iegūtos rezultātus ar grafīta rezultātiem, konstatēts, ka grafīta rekarburaizatoru difūzijas un izšķīšanas ātrums izkausētā dzelzs veidā ir ievērojami lielāks nekā koksa un ogļu daļiņām. Daļēji izšķīdušie koksa un ogļu daļiņu paraugi tika novēroti ar elektronmikroskopu, un tika konstatēts, ka uz paraugu virsmas izveidojās plāns lipīgs pelnu slānis, kas bija galvenais faktors, kas ietekmēja to difūzijas un izšķīšanas veiktspēju izkausētā dzelzs veidā.
3. Faktori, kas ietekmē oglekļa pieauguma ietekmi
(1) Rekarburizatora daļiņu izmēra ietekme Rekarburizatora absorbcijas ātrums ir atkarīgs no rekarburizatora šķīšanas un difūzijas ātruma, kā arī oksidācijas zudumu ātruma kopējās ietekmes. Kopumā rekarburizatora daļiņas ir mazas, šķīšanas ātrums ir liels un zudumu ātrums ir liels; karburizatora daļiņas ir lielas, šķīšanas ātrums ir lēns un zudumu ātrums ir mazs. Rekarburizatora daļiņu izmēra izvēle ir saistīta ar krāsns diametru un ietilpību. Kopumā, ja krāsns diametrs un ietilpība ir lieli, rekarburizatora daļiņu izmēram jābūt lielākam; gluži pretēji, rekarburizatora daļiņu izmēram jābūt mazākam.
(2) Pievienotā rekarburizatora daudzuma ietekme. Noteiktā temperatūrā un vienā ķīmiskajā sastāvā izkausētā dzelzs piesātinātā oglekļa koncentrācija ir noteikta. Noteiktā piesātinājuma pakāpē, jo vairāk rekarburizatora tiek pievienots, jo ilgāks laiks nepieciešams šķīšanai un difūzijai, jo lielāki ir atbilstošie zudumi un jo zemāks ir absorbcijas ātrums.
(3) Temperatūras ietekme uz rekarburatora absorbcijas ātrumu. Principā, jo augstāka ir izkausētā dzelzs temperatūra, jo labāka ir rekarburatora absorbcija un izšķīšana. Gluži pretēji, rekarburatoru ir grūti izšķīdināt, un rekarburatora absorbcijas ātrums samazinās. Tomēr, ja izkausētā dzelzs temperatūra ir pārāk augsta, lai gan rekarburators, visticamāk, pilnībā izšķīdīs, palielinās oglekļa sadegšanas zudumu ātrums, kas galu galā novedīs pie oglekļa satura samazināšanās un kopējā rekarburatora absorbcijas ātruma samazināšanās. Parasti, kad izkausētā dzelzs temperatūra ir no 1460 līdz 1550 °C, rekarburatora absorbcijas efektivitāte ir vislabākā.
(4) Izkausēta dzelzs maisīšanas ietekme uz rekarburaizatora absorbcijas ātrumu Maisīšana ir labvēlīga oglekļa izšķīdināšanai un difūzijai, un tā novērš rekarburaizatora peldēšanu uz izkausēta dzelzs virsmas un piedegšanu. Pirms rekarburaizatora pilnīgas izšķīšanas maisīšanas laiks ir ilgs un absorbcijas ātrums ir augsts. Maisīšana var arī samazināt karbonizācijas aiztures laiku, saīsināt ražošanas ciklu un novērst leģējošo elementu piedegšanu izkausētā dzelzs maisījumā. Tomēr, ja maisīšanas laiks ir pārāk ilgs, tas ne tikai būtiski ietekmē krāsns kalpošanas laiku, bet arī palielina oglekļa zudumus izkausētā dzelzs maisījumā pēc rekarburaizatora izšķīšanas. Tāpēc atbilstošam izkausētā dzelzs maisīšanas laikam jābūt piemērotam, lai nodrošinātu, ka rekarburaizators ir pilnībā izšķīdis.
(5) Izkausēta dzelzs ķīmiskā sastāva ietekme uz rekarburatora absorbcijas ātrumu. Ja sākotnējais oglekļa saturs izkausētā dzelzs ir augsts un sasniedz noteiktu šķīdības robežu, rekarburatora absorbcijas ātrums ir lēns, absorbcijas daudzums ir mazs un degšanas zudumi ir relatīvi lieli. Rekarburatora absorbcijas ātrums ir zems. Ja sākotnējais oglekļa saturs izkausētā dzelzs ir zems, ir pretēji. Turklāt silīcijs un sērs izkausētā dzelzs sastāvā kavē oglekļa absorbciju un samazina rekarburatora absorbcijas ātrumu; savukārt mangāns palīdz absorbēt oglekli un uzlabot rekarburatora absorbcijas ātrumu. Runājot par ietekmes pakāpi, vislielākā ir silīcijs, kam seko mangāns, un oglekļa un sēra ietekme ir mazāka. Tāpēc faktiskajā ražošanas procesā vispirms jāpievieno mangāns, pēc tam ogleklis un pēc tam silīcijs.
4. Dažādu rekarburatoru ietekme uz čuguna īpašībām
(1) Testa apstākļi Kausēšanai tika izmantotas divas 5t vidējas frekvences bezserdeņa indukcijas krāsnis ar maksimālo jaudu 3000 kW un frekvenci 500 Hz. Saskaņā ar darbnīcas ikdienas partiju sarakstu (50% atgrieztais materiāls, 20% čuguns, 30% metāllūžņi), lai kausētu izkausēta dzelzs krāsni, tika izmantots attiecīgi zema slāpekļa satura kalcinēts rekarburizators un grafīta tipa rekarburizators atbilstoši procesa prasībām. Pēc ķīmiskā sastāva pielāgošanas attiecīgi tika izliets cilindra galvenā gultņa vāciņš.
Ražošanas process: Rekarburizators tiek pievienots elektriskajai krāsnij partijās kausēšanas padeves procesā, 0,4% primārā inokulanta (silīcija bārija inokulanta) tiek pievienots iesūkšanas procesā un 0,1% sekundārā plūsmas inokulanta (silīcija bārija inokulanta). Izmantojiet DISA2013 veidošanas līniju.
(2) Mehāniskās īpašības Lai pārbaudītu divu dažādu rekarburazeru ietekmi uz čuguna īpašībām un lai izvairītos no izkausētā dzelzs sastāva ietekmes uz rezultātiem, dažādu rekarburazeru kausētā dzelzs sastāvs tika pielāgots, lai tas būtu praktiski vienāds. Lai pilnīgāk pārbaudītu rezultātus, testa procesā papildus diviem Ø30 mm testa stieņu komplektiem, kas tika ielieti divās izkausētā dzelzs krāsnīs, Brinela cietības pārbaudei nejauši tika izvēlēti arī 12 lējumu gabali, kas lieti katrā izkausētajā čugunā (6 gabali/kaste, testējot divas kastes).
Gandrīz vienāda sastāva gadījumā ar grafīta tipa rekarburizatoru ražoto testa stieņu izturība ir ievērojami augstāka nekā ar kalcinētā tipa rekarburizatoru lieto testa stieņu izturība, un ar grafīta tipa rekarburizatoru ražoto lējumu apstrādes veiktspēja ir acīmredzami labāka nekā ar grafīta tipa rekarburizatoru ražoto lējumu apstrādes veiktspēja. Ar kalcinēto rekarburizatoru ražotiem lējumiem (ja lējumu cietība ir pārāk augsta, apstrādes laikā lējumu malās parādīsies lēkājoša naža fenomens).
(3) Izmantojot grafīta tipa rekarburatoru, paraugu grafīta formas ir A tipa grafīts, un grafīta skaits ir lielāks, bet izmērs ir mazāks.
No iepriekš minētajiem testa rezultātiem tiek izdarīti šādi secinājumi: augstas kvalitātes grafīta tipa rekarburizators var ne tikai uzlabot lējumu mehāniskās īpašības, uzlabot metalogrāfisko struktūru, bet arī uzlabot lējumu apstrādes veiktspēju.
03. Epilogs
(1) Faktori, kas ietekmē rekarburizatora absorbcijas ātrumu, ir rekarburizatora daļiņu izmērs, pievienotā rekarburizatora daudzums, rekarburizācijas temperatūra, izkausētā dzelzs maisīšanas laiks un izkausētā dzelzs ķīmiskais sastāvs.
(2) Augstas kvalitātes grafīta tipa rekarburizators var ne tikai uzlabot lējumu mehāniskās īpašības un metalogrāfisko struktūru, bet arī uzlabot lējumu apstrādes veiktspēju. Tāpēc, ražojot galvenos produktus, piemēram, cilindru blokus un cilindru galvas, indukcijas krāsns kausēšanas procesā ieteicams izmantot augstas kvalitātes grafīta tipa rekarburizatorus.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 8. novembris