01. Як класіфікаваць рэкарбюрызатары
Карбюрызатары можна ўмоўна падзяліць на чатыры тыпы ў залежнасці ад сыравіны.
1. Штучны графіт
Асноўнай сыравінай для вырабу штучнага графіту з'яўляецца парашкападобны высакаякасны кальцынаваны нафтавы кокс, у які ў якасці звязальнага рэчыва дадаецца асфальт і невялікая колькасць іншых дапаможных матэрыялаў. Пасля змешвання розных сыравін іх прэсуюць і фармуюць, а затым апрацоўваюць у неакісляльнай атмасферы пры тэмпературы 2500-3000°C для графітызацыі. Пасля апрацоўкі пры высокай тэмпературы ўтрыманне попелу, серы і газу значна зніжаецца.
З-за высокай цаны на вырабы са штучнага графіту большасць рэкарбюрызатараў са штучнага графіту, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў ліцейных заводах, з'яўляюцца перапрацаванымі матэрыяламі, такімі як стружка, адходы электродаў і графітавыя блокі пры вытворчасці графітавых электродаў, каб знізіць вытворчыя выдаткі.
Пры выплаўцы высокатрывалага чыгуну, каб забяспечыць высокую металургічную якасць чыгуну, штучны графіт павінен быць першым выбарам для рэкарбюрызатара.
2. Нафтавы кокс
Нафтавы кокс — шырока выкарыстоўваны рэкарбюрызатар.
Нафтавы кокс — гэта пабочны прадукт, які атрымліваецца пры перапрацоўцы сырой нафты. Рэшткі і нафтавыя пекі, атрыманыя шляхам дыстыляцыі сырой нафты пры нармальным або паніжаным ціску, могуць быць выкарыстаны ў якасці сыравіны для вытворчасці нафтавага коксу, а затым пасля каксавання можна атрымаць зялёны нафтавы кокс. Вытворчасць зялёнага нафтавага коксу складае прыблізна менш за 5% ад колькасці выкарыстоўванай сырой нафты. Штогадовая вытворчасць сырога нафтавага коксу ў Злучаных Штатах складае каля 30 мільёнаў тон. Змест прымешак у зялёным нафтавым коксе высокі, таму яго нельга непасрэдна выкарыстоўваць у якасці рэкарбюрызатара, і яго трэба спачатку пракалінуць.
Неапрацаваны нафтавы кокс выпускаецца ў губчастай, ігольчастай, грануляванай і вадкай формах.
Губкавы нафтавы кокс атрымліваюць метадам запаволенага каксавання. З-за высокага ўтрымання серы і металаў ён звычайна выкарыстоўваецца ў якасці паліва падчас кальцынацыі, а таксама можа быць выкарыстаны ў якасці сыравіны для кальцынаванага нафтавага коксу. Кальцынаваны губкавы кокс у асноўным выкарыстоўваецца ў алюмініевай прамысловасці і ў якасці рэкарбюрызатара.
Ігольчасты нафтавы кокс атрымліваюць метадам запаволенага каксавання з сыравіны з высокім утрыманнем араматычных вуглевадародаў і нізкім утрыманнем прымешак. Гэты кокс мае лёгка ламаную ігольчастую структуру, часам яго называюць графітавым коксам, і ў асноўным выкарыстоўваецца для вырабу графітавых электродаў пасля кальцынацыі.
Грануляваны нафтавы кокс мае выгляд цвёрдых гранул і вырабляецца з сыравіны з высокім утрыманнем серы і асфальтэну метадам запаволенага коксавання і ў асноўным выкарыстоўваецца ў якасці паліва.
Псеўдазгушчаны нафтавы кокс атрымліваюць шляхам бесперапыннага каксавання ў псеўдазгушчаным слоі.
Абпал нафтавага коксу праводзіцца для выдалення серы, вільгаці і лятучых рэчываў. Абпал зялёнага нафтавага коксу пры тэмпературы 1200-1350°C можа зрабіць яго практычна чыстым вугляродам.
Найбуйнейшым спажыўцом кальцынаванага нафтавага коксу з'яўляецца алюмініевая прамысловасць, 70% якой выкарыстоўваецца для вырабу анодаў, якія аднаўляюць баксіты. Каля 6% кальцынаванага нафтавага коксу, які вырабляецца ў ЗША, выкарыстоўваецца для чыгунных рэкарбюрызатараў.
3. Натуральны графіт
Натуральны графіт можна падзяліць на два тыпы: лускаваты графіт і мікракрышталічны графіт.
Мікракрышталічны графіт мае высокае ўтрыманне попелу і звычайна не выкарыстоўваецца ў якасці рэкарбюрызатара для чыгуну.
Існуе мноства разнавіднасцяў лускаватага графіту: высокавугляродзісты лускаваты графіт трэба здабываць хімічным спосабам або награваць да высокай тэмпературы, каб раскласці і выпарыць аксіды, якія ў ім знаходзяцца. У графіце высокае ўтрыманне попелу, таму ён не падыходзіць для выкарыстання ў якасці рэкарбюрызатара; графіт са сярэднім утрыманнем вугляроду ў асноўным выкарыстоўваецца ў якасці рэкарбюрызатара, але яго колькасць невялікая.
4. Кока-кола і антрацыт
У працэсе выплаўкі сталі ў электрадугавой печы кокс або антрацыт могуць быць дададзены ў якасці рэкарбюрызатара падчас зарадкі. З-за высокага ўтрымання попелу і лятучых рэчываў чыгун для індукцыйнай выплаўкі рэдка выкарыстоўваецца ў якасці рэкарбюрызатара.
З пастаянным удасканаленнем патрабаванняў аховы навакольнага асяроддзя ўсё большая ўвага надаецца спажыванню рэсурсаў, а цэны на чыгун і кокс працягваюць расці, што прыводзіць да павелічэння кошту адлівак. Усё больш і больш ліцейных заводаў пачынаюць выкарыстоўваць электрычныя печы для замены традыцыйнай плаўкі ў вагранках. У пачатку 2011 года цэх дробных і сярэдніх дэталяў нашага завода таксама ўкараніў працэс плаўкі ў электрычнай печы для замены традыцыйнага працэсу плаўкі ў вагранках. Выкарыстанне вялікай колькасці сталёвага лому ў электрычнай печы можа не толькі знізіць выдаткі, але і палепшыць механічныя ўласцівасці адлівак, але тып выкарыстоўванага рэкарбюрызатара і працэс цэментацыі адыгрываюць ключавую ролю.
02. Як выкарыстоўваць рэкарбюрызатар у індукцыйнай печы для плаўлення
1 Асноўныя тыпы рэкарбюрызатараў
У якасці рэкарбюрызатараў чыгуну выкарыстоўваецца мноства матэрыялаў, звычайна выкарыстоўваюцца штучны графіт, кальцынаваны нафтавы кокс, натуральны графіт, кокс, антрацыт і сумесі, зробленыя з такіх матэрыялаў.
(1) Штучны графіт Сярод розных вышэйзгаданых рэкарбурызатараў найлепшай якасці з'яўляецца штучны графіт. Асноўнай сыравінай для вырабу штучнага графіту з'яўляецца парашкападобны высакаякасны кальцынаваны нафтавы кокс, у які ў якасці звязальнага рэчыва дадаецца асфальт і невялікая колькасць іншых дапаможных матэрыялаў. Пасля змешвання розных сыравінных матэрыялаў іх прэсуюць і фармуюць, а затым апрацоўваюць у неакісляльнай атмасферы пры тэмпературы 2500-3000 °C для графітызацыі. Пасля апрацоўкі пры высокай тэмпературы ўтрыманне попелу, серы і газу значна зніжаецца. Калі нафтавы кокс не кальцыніруецца пры высокай тэмпературы або пры недастатковай тэмпературы кальцынацыі, якасць рэкарбурызатара сур'ёзна пацерпіць. Такім чынам, якасць рэкарбурызатара ў асноўным залежыць ад ступені графітызацыі. Добры рэкарбурызатар утрымлівае графітавы вуглярод (масавая доля) у памеры ад 95% да 98%, утрыманне серы складае ад 0,02% да 0,05%, а ўтрыманне азоту — ад (100 да 200) × 10-6.
(2) Нафтавы кокс шырока выкарыстоўваецца як рэкарбюрызатар. Нафтавы кокс — гэта пабочны прадукт, які атрымліваецца пры перапрацоўцы сырой нафты. Рэшткі і нафтавыя пекі, атрыманыя ў выніку звычайнай дыстыляцыі пад ціскам або вакуумнай дыстыляцыі сырой нафты, могуць быць выкарыстаны ў якасці сыравіны для вытворчасці нафтавага коксу. Пасля коксавання можна атрымаць сыры нафтавы кокс. Яго ўтрыманне высокае, і яго нельга выкарыстоўваць непасрэдна ў якасці рэкарбюрызатара, і яго трэба спачатку пракалінуць.
(3) Натуральны графіт можна падзяліць на два тыпы: лускаваты графіт і мікракрышталічны графіт. Мікракрышталічны графіт мае высокае ўтрыманне попелу і звычайна не выкарыстоўваецца ў якасці рэкарбюрызатара для чыгуну. Існуе мноства разнавіднасцяў лускаватага графіту: высокавугляродзісты лускаваты графіт трэба здабываць хімічнымі метадамі або награваць да высокай тэмпературы, каб раскласці і выпарыць аксіды, якія ў ім знаходзяцца. Утрыманне попелу ў графіце высокае, і яго не варта выкарыстоўваць у якасці рэкарбюрызатара. Сярэдневугляродзісты графіт у асноўным выкарыстоўваецца ў якасці рэкарбюрызатара, але яго колькасць невялікая.
(4) Кокс і антрацыт. У працэсе плаўлення ў індукцыйнай печы кокс або антрацыт можна дадаваць у якасці рэкарбюрызатара падчас загрузкі. З-за высокага ўтрымання попелу і лятучых рэчываў чыгун для плаўлення ў індукцыйнай печы рэдка выкарыстоўваецца ў якасці рэкарбюрызатара. Кошт гэтага рэкарбюрызатара нізкі, і ён адносіцца да нізкагатунковага рэкарбюрызатара.
2. Прынцып цэментацыі расплаўленага жалеза
У працэсе плаўлення сінтэтычнага чыгуну, з-за вялікай колькасці дададзенага металалому і нізкага ўтрымання вугляроду ў расплаўленым чыгуне, для павелічэння ўтрымання вугляроду неабходна выкарыстоўваць цэментацыя. Вуглярод, які знаходзіцца ў выглядзе элемента ў рэцэментацыі, мае тэмпературу плаўлення 3727°C і не можа расплавіцца пры тэмпературы расплаўленага чыгуну. Такім чынам, вуглярод у рэцэментацыі ў асноўным раствараецца ў расплаўленым чыгуне двума спосабамі: растварэннем і дыфузіяй. Калі ўтрыманне графіту ў рэцэментацыі ў расплаўленым чыгуне складае 2,1%, графіт можа непасрэдна растварацца ў расплаўленым жалезе. З'ява прамога растварэння неграфітавай карбанізацыі практычна адсутнічае, але з цягам часу вуглярод паступова дыфузуе і раствараецца ў расплаўленым жалезе. Пры рэцэментацыі чыгуну, выплаўленага ў індукцыйнай печы, хуткасць рэцэментацыі крышталічнага графіту значна вышэйшая, чым у рэцэментацыі неграфітавых рэцэментацыяў.
Эксперыменты паказваюць, што растварэнне вугляроду ў расплаўленым жалезе кантралюецца масапераносам вугляроду ў памежным пласце вадкасці на паверхні цвёрдых часціц. Параўноўваючы вынікі, атрыманыя з часціцамі коксу і вугалю, з вынікамі, атрыманымі з графітам, было ўстаноўлена, што хуткасць дыфузіі і растварэння графітавых рэкарбюрызатараў у расплаўленым жалезе значна вышэйшая, чым у часціц коксу і вугалю. Часткова раствораныя ўзоры часціц коксу і вугалю былі даследаваны пад электронным мікраскопам, і было выяўлена, што на паверхні ўзораў утварыўся тонкі ліпкі пласт попелу, які з'яўляецца асноўным фактарам, які ўплывае на іх дыфузію і растварэнне ў расплаўленым жалезе.
3. Фактары, якія ўплываюць на павелічэнне выкідаў вугляроду
(1) Уплыў памеру часціц рэкарбюрызатара Хуткасць паглынання рэкарбюрызатара залежыць ад сукупнага эфекту хуткасці растварэння і дыфузіі рэкарбюрызатара і хуткасці страт акіслення. Як правіла, часціцы рэкарбюрызатара малыя, хуткасць растварэння высокая, а хуткасць страт вялікая; часціцы карбюрызатара вялікія, хуткасць растварэння павольная, а хуткасць страт малая. Выбар памеру часціц рэкарбюрызатара звязаны з дыяметрам і магутнасцю печы. Як правіла, калі дыяметр і магутнасць печы вялікія, памер часціц рэкарбюрызатара павінен быць большым; наадварот, памер часціц рэкарбюрызатара павінен быць меншым.
(2) Уплыў колькасці дададзенага рэкарбюрызатара. Пры пэўнай тэмпературы і аднолькавым хімічным складзе насычаная канцэнтрацыя вугляроду ў расплаўленым жалезе пэўная. Пры пэўнай ступені насычэння, чым больш дададзена рэкарбюрызатара, тым даўжэйшы час, неабходны для растварэння і дыфузіі, тым большыя адпаведныя страты і тым ніжэйшая хуткасць паглынання.
(3) Уплыў тэмпературы на хуткасць паглынання рэкарбюрызатарам. У прынцыпе, чым вышэй тэмпература расплаўленага жалеза, тым больш спрыяе паглынанню і растварэнню рэкарбюрызатара. Наадварот, рэкарбюрызатар цяжка раствараецца, і хуткасць паглынання рэкарбюрызатарам зніжаецца. Аднак, калі тэмпература расплаўленага жалеза занадта высокая, хоць рэкарбюрызатар, хутчэй за ўсё, цалкам растварыцца, хуткасць страты вугляроду пры гарэнні павялічваецца, што ў канчатковым выніку прыводзіць да зніжэння ўтрымання вугляроду і зніжэння агульнай хуткасці паглынання рэкарбюрызатарам. Як правіла, эфектыўнасць паглынання рэкарбюрызатарам найлепшая, калі тэмпература расплаўленага жалеза знаходзіцца ў дыяпазоне ад 1460 да 1550 °C.
(4) Уплыў перамешвання расплаўленага жалеза на хуткасць паглынання рэкарбюрызатара. Перамешванне спрыяе растварэнню і дыфузіі вугляроду, а таксама прадухіляе ўсплыванне рэкарбюрызатара на паверхню расплаўленага жалеза і яго згаранне. Перад тым, як рэкарбюрызатар цалкам растворыцца, час перамешвання доўгі, а хуткасць паглынання высокая. Перамешванне таксама можа скараціць час вытрымкі пры карбанізацыі, скараціць вытворчы цыкл і пазбегнуць згарання легіруючых элементаў у расплаўленым жалезе. Аднак, калі час перамешвання занадта доўгі, гэта не толькі моцна ўплывае на тэрмін службы печы, але і павялічвае страту вугляроду ў расплаўленым жалезе пасля растварэння рэкарбюрызатара. Такім чынам, адпаведны час перамешвання расплаўленага жалеза павінен быць прыдатным для таго, каб рэкарбюрызатар цалкам растварыўся.
(5) Уплыў хімічнага складу расплаўленага жалеза на хуткасць паглынання рэкарбюрызатарам. Калі пачатковае ўтрыманне вугляроду ў расплаўленым жалезе высокае, але ніжэй за пэўную мяжу растваральнасці, хуткасць паглынання рэкарбюрызатарам павольная, колькасць паглынання невялікая, а страты пры гарэнні адносна вялікія. Хуткасць паглынання рэкарбюрызатарам нізкая. Наадварот, калі пачатковае ўтрыманне вугляроду ў расплаўленым жалезе нізкае, усё наадварот. Акрамя таго, крэмній і сера ў расплаўленым жалезе перашкаджаюць паглынанню вугляроду і зніжаюць хуткасць паглынання рэкарбюрызатарам; у той час як марганец дапамагае паглынаць вуглярод і паляпшаць хуткасць паглынання рэкарбюрызатарам. Па ступені ўплыву найбольшы ўплыў мае крэмній, за ім ідзе марганец, а вуглярод і сера маюць меншы ўплыў. Таму ў рэальным вытворчым працэсе спачатку трэба дадаваць марганец, потым вуглярод, а потым крэмній.
4. Уплыў розных рэкарбюрызатараў на ўласцівасці чыгуну
(1) Умовы выпрабаванняў Для плаўлення выкарыстоўваліся дзве 5-тонныя індукцыйныя печы сярэдняй частаты без стрыжня, максімальнай магутнасцю 3000 кВт і частатой 500 Гц. Згодна з штодзённым спісам партый цэха (50% зваротнага матэрыялу, 20% чыгуну, 30% лому), для плаўлення расплаўленага жалеза ў печы выкарыстоўваўся адпаведна кальцынаваны рэкарбюрызатар з нізкім утрыманнем азоту і графітавы рэкарбюрызатар, у адпаведнасці з патрабаваннямі працэсу. Пасля карэкціроўкі хімічнага складу адлівалася адпаведна крышка карэннага падшыпніка цыліндру.
Вытворчы працэс: Рэкарбюрызатар дадаецца ў электрычную печ партыямі падчас працэсу падачы для плаўкі, 0,4% першаснага інакулянта (крэмніевага барыевага інакулянта) дадаецца ў працэсе выпуску, а 0,1% другаснага інакулянта (крэмніевага барыевага інакулянта). Выкарыстоўвайце лінейку мадэлявання DISA2013.
(2) Механічныя ўласцівасці. Каб праверыць уплыў двух розных рэкарбюрызатараў на ўласцівасці чыгуну і пазбегнуць уплыву складу расплаўленага жалеза на вынікі, склад расплаўленага жалеза, выплаўленага рознымі рэкарбюрызатарамі, быў скарэкціраваны так, каб ён быў практычна аднолькавым. Для больш поўнай праверкі вынікаў у працэсе выпрабаванняў, акрамя двух камплектаў выпрабавальных пруткоў Ø30 мм, якія былі заліты ў дзве печы расплаўленага жалеза, таксама выпадковым чынам былі адабраны 12 адлівак, адлітых з кожнага расплаўленага жалеза, для выпрабавання цвёрдасці па Брынэлю (6 адлівак/скрынка, выпрабаванне дзвюх скрынак).
У выпадку практычна аднолькавага складу, трываласць выпрабавальных пруткоў, атрыманых з выкарыстаннем графітавага рэкарбюрызатара, значна вышэйшая, чым у выпрабавальных пруткоў, адлітых з выкарыстаннем кальцынаванага рэкарбюрызатара, і прадукцыйнасць апрацоўкі адлівак, атрыманых з дапамогай графітавага рэкарбюрызатара, відавочна лепшая, чым адлівак, атрыманых з выкарыстаннем графітавага рэкарбюрызатара. Адліўкі, атрыманыя з дапамогай кальцынаваных рэкарбюрызатараў (калі цвёрдасць адлівак занадта высокая, падчас апрацоўкі на краях адлівак будзе назірацца эфект скачка нажа).
(3) Графітавыя формы ўзораў, атрыманых з дапамогай рэкарбюрызатара графітавага тыпу, усе з'яўляюцца графітам тыпу А, прычым колькасць графіту большая, а памер меншы.
З вышэйзгаданых вынікаў выпрабаванняў можна зрабіць наступныя высновы: высакаякасны графітавы рэкарбюрызатар можа не толькі палепшыць механічныя ўласцівасці адлівак, палепшыць металаграфічную структуру, але і палепшыць апрацоўчыя характарыстыкі адлівак.
03. Эпілог
(1) Фактары, якія ўплываюць на хуткасць паглынання рэкарбурызатара, - гэта памер часціц рэкарбурызатара, колькасць дададзенага рэкарбурызатара, тэмпература рэкарбурызацыі, час перамешвання расплаўленага жалеза і хімічны склад расплаўленага жалеза.
(2) Высокаякасны графітавы рэкарбюрызатар можа не толькі палепшыць механічныя ўласцівасці адлівак і металаграфічную структуру, але і палепшыць іх апрацоўку. Таму пры вытворчасці такіх ключавых вырабаў, як блокі цыліндраў і галоўкі цыліндраў, у працэсе індукцыйнай плаўкі ў печы рэкамендуецца выкарыстоўваць высакаякасныя графітавыя рэкарбюрызатары.
Час публікацыі: 08 лістапада 2022 г.