دانش ریخته گری – چگونه از کربوریزر در ریخته گری برای ساختن ریخته گری های خوب استفاده کنیم؟

01. نحوه طبقه بندی مجدد کربوریزرها

کربوریزرها را می توان با توجه به مواد اولیه به چهار نوع تقسیم کرد.

1. گرافیت مصنوعی

ماده اولیه اصلی برای ساخت گرافیت مصنوعی پودر کک نفتی کلسینه شده با کیفیت بالا است که در آن آسفالت به عنوان چسب و مقدار کمی مواد کمکی دیگر به آن اضافه می شود. پس از اینکه مواد اولیه مختلف با هم مخلوط شدند، آنها را فشار داده و شکل می‌دهند و سپس در یک جو غیر اکسیدکننده در دمای 2500-3000 درجه سانتیگراد تحت عمل آوری قرار می‌گیرند تا گرافیتی شوند. پس از عملیات حرارتی بالا، میزان خاکستر، گوگرد و گاز تا حد زیادی کاهش می یابد.

با توجه به قیمت بالای محصولات گرافیتی مصنوعی، بیشتر کربوریزرهای گرافیت مصنوعی که معمولاً در ریخته‌گری‌ها استفاده می‌شوند، مواد بازیافتی مانند تراشه‌ها، الکترودهای ضایعاتی و بلوک‌های گرافیتی در هنگام تولید الکترودهای گرافیتی هستند تا هزینه‌های تولید کاهش یابد.

هنگام ذوب چدن داکتیل، برای بالا بردن کیفیت متالورژیکی چدن، گرافیت مصنوعی باید اولین انتخاب برای ریکاربورایزر باشد.

2. کک نفتی

کک نفتی یک ریکربورایزر پرکاربرد است.

کک نفتی یک محصول جانبی است که از پالایش نفت خام به دست می آید. پسماندها و زمین های نفتی به دست آمده از تقطیر تحت فشار معمولی یا تحت فشار کاهش یافته نفت خام می توانند به عنوان مواد اولیه برای تولید کک نفتی استفاده شوند و سپس پس از کک سازی می توان کک نفتی سبز را به دست آورد. تولید کک نفتی سبز تقریباً کمتر از 5 درصد مقدار نفت خام مصرفی است. تولید سالانه کک خام نفتی در ایالات متحده حدود 30 میلیون تن است. محتوای ناخالصی در کک پترولیوم سبز زیاد است، بنابراین نمی توان آن را مستقیماً به عنوان یک کربوریزر استفاده کرد و ابتدا باید کلسینه شود.

کک نفت خام به اشکال اسفنج مانند، سوزنی، دانه ای و سیال موجود است.

کک اسفنجی نفتی به روش کک سازی تاخیری تهیه می شود. به دلیل داشتن گوگرد و فلز زیاد، معمولاً به عنوان سوخت در هنگام تکلیس استفاده می شود و همچنین می تواند به عنوان ماده اولیه برای کک نفتی کلسینه شده استفاده شود. کک اسفنجی کلسینه شده عمدتاً در صنعت آلومینیوم و به عنوان کربوریزر استفاده می شود.

کک نفتی سوزنی به روش کک سازی تاخیری با مواد اولیه با محتوای هیدروکربن های معطر بالا و ناخالصی کم تهیه می شود. این کک دارای ساختار سوزنی مانندی است که به راحتی شکسته می شود و گاهی اوقات کک گرافیت نامیده می شود و عمدتاً برای ساخت الکترودهای گرافیتی پس از تکلیس استفاده می شود.

کک نفتی گرانول به صورت گرانول های سخت و از مواد اولیه با محتوای بالای گوگرد و آسفالتین به روش کک سازی تاخیری ساخته می شود و عمدتاً به عنوان سوخت استفاده می شود.

کک نفتی سیال شده از کک سازی مداوم در بستر سیال به دست می آید.

کلسیناسیون کک نفتی برای حذف گوگرد، رطوبت و مواد فرار است. کلسینه کردن کک نفتی سبز در دمای 1200-1350 درجه سانتی گراد می تواند آن را به طور قابل ملاحظه ای کربن خالص کند.

بزرگترین مصرف کننده کک نفتی کلسینه شده صنعت آلومینیوم است که 70 درصد آن برای ساخت آندهایی استفاده می شود که بوکسیت را کاهش می دهند. حدود 6 درصد از کک نفتی کلسینه شده تولید شده در ایالات متحده برای کربوریزرهای چدنی استفاده می شود.

3. گرافیت طبیعی

گرافیت طبیعی را می توان به دو نوع تقسیم کرد: گرافیت پولکی و گرافیت میکروکریستالی.

گرافیت ریز کریستالی دارای خاکستر بالایی است و به طور کلی به عنوان کربوریزر برای چدن استفاده نمی شود.

انواع مختلفی از گرافیت پولکی وجود دارد: گرافیت ورقه‌ای با کربن بالا باید با روش‌های شیمیایی استخراج شود یا تا دمای بالا حرارت داده شود تا اکسیدهای موجود در آن تجزیه و تبخیر شوند. محتوای خاکستر در گرافیت زیاد است، بنابراین برای استفاده به عنوان یک کربوریزر مناسب نیست. گرافیت کربن متوسط ​​عمدتاً به عنوان کاربورایزر استفاده می شود، اما مقدار آن زیاد نیست.

4. کک و آنتراسیت

در فرآیند فولادسازی کوره قوس الکتریکی، کک یا آنتراسیت را می توان به عنوان یک کربوریزر در هنگام شارژ اضافه کرد. چدن ذوب کوره القایی به دلیل محتوای خاکستر بالا و فرار آن، بندرت به عنوان کربوریزر استفاده می شود.

با بهبود مستمر الزامات حفاظت از محیط زیست، توجه بیشتر و بیشتر به مصرف منابع معطوف می شود و قیمت آهن خام و کک همچنان در حال افزایش است و در نتیجه هزینه های ریخته گری افزایش می یابد. ریخته گری های بیشتری شروع به استفاده از کوره های الکتریکی برای جایگزینی ذوب سنتی گنبد می کنند. در ابتدای سال 2011، کارگاه قطعات کوچک و متوسط ​​کارخانه ما نیز فرآیند ذوب کوره الکتریکی را برای جایگزینی فرآیند ذوب سنتی کوپول اتخاذ کرد. استفاده از مقدار زیادی ضایعات فولاد در ذوب کوره های الکتریکی نه تنها می تواند هزینه ها را کاهش دهد، بلکه خواص مکانیکی ریخته گری را نیز بهبود می بخشد، اما نوع کاربورایزر مورد استفاده و فرآیند کربورسازی نقش اساسی دارد.

02. نحوه استفاده از ریکاربورایزر در ذوب کوره القایی

1 انواع اصلی کربوریزرها

مواد زیادی به عنوان کربوریزر چدن مورد استفاده قرار می گیرند، معمولاً از گرافیت مصنوعی، کک نفتی کلسینه شده، گرافیت طبیعی، کک، آنتراسیت و مخلوط های ساخته شده از این مواد استفاده می شود.

(1) گرافیت مصنوعی در میان کربوریزرهای مختلف ذکر شده در بالا، بهترین کیفیت گرافیت مصنوعی است. ماده اولیه اصلی برای ساخت گرافیت مصنوعی پودر کک نفتی کلسینه شده با کیفیت بالا است که در آن آسفالت به عنوان چسب و مقدار کمی مواد کمکی دیگر به آن اضافه می شود. پس از اینکه مواد اولیه مختلف با هم مخلوط شدند، فشرده شده و شکل می‌گیرند و سپس در یک جو غیر اکسید کننده در دمای 2500-3000 درجه سانتیگراد تحت عمل آوری قرار می‌گیرند تا گرافیتی شوند. پس از عملیات حرارتی بالا، میزان خاکستر، گوگرد و گاز تا حد زیادی کاهش می یابد. اگر هیچ کک نفتی کلسینه شده در دمای بالا یا با دمای کلسیناسیون ناکافی وجود نداشته باشد، کیفیت کاربورایزر به طور جدی تحت تأثیر قرار می گیرد. بنابراین، کیفیت ریکاربورایزر عمدتاً به درجه گرافیتی شدن بستگی دارد. کربوریزر خوب حاوی کربن گرافیتی (کسر جرمی) در 95% تا 98%، محتوای گوگرد 0.02% تا 0.05% و محتوای نیتروژن (100 تا 200) × 10-6 است.

(2) کک نفتی یک کاربورایزر پرکاربرد است. کک نفتی یک محصول جانبی است که از پالایش نفت خام به دست می آید. باقیمانده ها و زمین های نفتی به دست آمده از تقطیر فشار معمولی یا تقطیر خلاء نفت خام می توانند به عنوان مواد خام برای تولید کک نفتی استفاده شوند. پس از کک کردن، می توان کک نفتی خام به دست آورد. محتوای آن زیاد است و نمی‌توان مستقیماً به‌عنوان کربوریزر از آن استفاده کرد و ابتدا باید کلسینه شود.

(3) گرافیت طبیعی را می توان به دو نوع تقسیم کرد: گرافیت پولکی و گرافیت میکروکریستالی. گرافیت ریز کریستالی دارای خاکستر بالایی است و به طور کلی به عنوان کربوریزر برای چدن استفاده نمی شود. انواع مختلفی از گرافیت پولکی وجود دارد: گرافیت ورقه‌ای با کربن بالا باید با روش‌های شیمیایی استخراج شود یا تا دمای بالا حرارت داده شود تا اکسیدهای موجود در آن تجزیه و تبخیر شوند. میزان خاکستر موجود در گرافیت زیاد است و نباید به عنوان کربوریزر مورد استفاده قرار گیرد. گرافیت کربن متوسط ​​عمدتاً به عنوان کاربورایزر استفاده می شود، اما مقدار آن زیاد نیست.

(4) کک و آنتراسیت در فرآیند ذوب کوره القایی، کک یا آنتراسیت را می توان به عنوان یک کربوریزر در هنگام شارژ اضافه کرد. چدن ذوب کوره القایی به دلیل محتوای خاکستر بالا و فرار آن، بندرت به عنوان کربوریزر استفاده می شود. ، قیمت این ریکاربورایزر پایین است و متعلق به ریکاربورایزر درجه پایین می باشد.

2. اصل کربوریزاسیون آهن مذاب

در فرآیند ذوب چدن مصنوعی به دلیل ضایعات زیاد اضافه شده و کم بودن C در آهن مذاب باید از کربوریزر برای افزایش کربن استفاده کرد. کربنی که به صورت عنصر در کاربورایزر وجود دارد دمای ذوب 3727 درجه سانتیگراد دارد و در دمای آهن مذاب ذوب نمی شود. بنابراین کربن موجود در ریکاربورایزر عمدتاً به دو روش انحلال و انتشار در آهن مذاب حل می شود. هنگامی که محتوای کربن مجدد گرافیت در آهن مذاب 2.1٪ باشد، گرافیت را می توان مستقیماً در آهن مذاب حل کرد. پدیده محلول مستقیم کربنیزاسیون غیر گرافیت اساساً وجود ندارد، اما با گذشت زمان، کربن به تدریج در آهن مذاب پخش و حل می شود. برای کربن‌سازی مجدد چدن ذوب شده توسط کوره القایی، نرخ کربن‌سازی مجدد کربوریزه شدن مجدد گرافیت کریستالی به طور قابل‌توجهی بیشتر از کربوریزرهای غیرگرافیتی است.

آزمایشات نشان می دهد که انحلال کربن در آهن مذاب با انتقال جرم کربن در لایه مرزی مایع روی سطح ذرات جامد کنترل می شود. با مقایسه نتایج به‌دست‌آمده با ذرات کک و زغال سنگ با نتایج به‌دست‌آمده با گرافیت، مشخص شد که سرعت انتشار و انحلال کربن‌دهنده‌های گرافیت در آهن مذاب به‌طور قابل‌توجهی سریع‌تر از ذرات کک و زغال سنگ است. نمونه‌های ذرات کک و زغال سنگ نیمه حل شده توسط میکروسکوپ الکترونی مشاهده شدند و مشخص شد که یک لایه خاکستر چسبنده نازک بر روی سطح نمونه‌ها تشکیل شده است که عامل اصلی تأثیرگذار بر عملکرد انتشار و انحلال آنها در آهن مذاب است.

3. عوامل موثر بر اثر افزایش کربن

(1) تاثير اندازه ذرات كاربورايزر مجدد نرخ جذب مجدد كاربورايزر به اثر تركيبي سرعت انحلال و انتشار مجدد كاربورايزر و سرعت از دست دادن اكسيداسيون بستگي دارد. به طور کلی، ذرات ریکاربورایزر کوچک هستند، سرعت انحلال سریع و سرعت تلفات زیاد است. ذرات کربوریزر بزرگ هستند، سرعت انحلال آهسته است و سرعت تلفات کوچک است. انتخاب اندازه ذرات ریکاربورایزر به قطر و ظرفیت کوره بستگی دارد. به طور کلی، زمانی که قطر و ظرفیت کوره بزرگ است، اندازه ذرات ریکاربورایزر باید بزرگتر باشد. برعکس، اندازه ذرات ریکاربورایزر باید کوچکتر باشد.

(2) تأثیر مقدار مجدد کربوریزر اضافه شده در شرایط دمای معین و ترکیب شیمیایی یکسان، غلظت اشباع کربن در آهن مذاب مشخص است. تحت درجه خاصی از اشباع، هرچه کربوریزر بیشتری اضافه شود، زمان بیشتری برای انحلال و انتشار لازم است، تلفات مربوطه بیشتر و نرخ جذب کمتر می شود.

(3) تأثیر دما بر میزان جذب مجدد کربوریزر در اصل، هر چه دمای آهن مذاب بالاتر باشد، برای جذب و انحلال مجدد کاربورایزر مساعدتر است. برعکس، کاربورایزر به سختی حل می شود و میزان جذب مجدد کربوریزر کاهش می یابد. با این حال، زمانی که دمای آهن مذاب بیش از حد بالا باشد، اگرچه احتمال حل شدن کامل مجدد کربوریزر بیشتر است، نرخ اتلاف سوخت کربن افزایش می‌یابد که در نهایت منجر به کاهش محتوای کربن و کاهش کل کربن می‌شود. میزان جذب مجدد کربوریزر به طور کلی، زمانی که دمای آهن مذاب بین 1460 تا 1550 درجه سانتی گراد باشد، راندمان جذب مجدد کربوریزر بهترین است.

(4) تأثیر همزدن آهن مذاب بر سرعت جذب کربوریزر همزن برای انحلال و انتشار کربن مفید است و از شناور شدن مجدد کربوریزر روی سطح آهن مذاب و سوختن جلوگیری می کند. قبل از حل شدن کامل ریکاربورایزر، زمان هم زدن طولانی و سرعت جذب بالاست. هم زدن می تواند زمان نگهداری کربن را کاهش دهد، چرخه تولید را کوتاه کند و از سوختن عناصر آلیاژی در آهن مذاب جلوگیری کند. با این حال، اگر زمان هم زدن بیش از حد طولانی باشد، نه تنها تأثیر زیادی بر طول عمر کوره دارد، بلکه باعث تشدید از دست دادن کربن در آهن مذاب پس از حل شدن مجدد کربوریزر می شود. بنابراین، زمان همزدن مناسب آهن مذاب باید مناسب باشد تا اطمینان حاصل شود که کربورایزر کاملاً حل شده است.

(5) تأثیر ترکیب شیمیایی آهن مذاب بر سرعت جذب مجدد کربوریزر هنگامی که محتوای کربن اولیه در آهن مذاب بالا باشد، تحت یک حد حلالیت خاص، سرعت جذب مجدد کربوریزر آهسته است، مقدار جذب کم است. ، و تلفات سوختگی نسبتاً زیاد است. میزان جذب ریکاربورایزر کم است. برعکس زمانی که میزان کربن اولیه آهن مذاب کم باشد صادق است. علاوه بر این، سیلیکون و گوگرد موجود در آهن مذاب مانع از جذب کربن و کاهش سرعت جذب مجدد کربوریزرها می شود. در حالی که منگنز به جذب کربن و بهبود سرعت جذب کربوریزرها کمک می کند. از نظر درجه نفوذ، سیلیکون بزرگترین و پس از آن منگنز است و کربن و گوگرد تأثیر کمتری دارند. بنابراین در فرآیند تولید واقعی ابتدا باید منگنز و سپس کربن و سپس سیلیسیم اضافه کرد.

4. تاثیر ریکربورایزرهای مختلف بر خواص چدن

(1) شرایط آزمایش دو کوره القایی بدون هسته فرکانس متوسط ​​5 تن برای ذوب استفاده شد، با حداکثر توان 3000 کیلووات و فرکانس 500 هرتز. با توجه به لیست بچینگ روزانه کارگاه (50% مواد برگشتی، 20% آهن خام، 30% ضایعات)، به ترتیب از یک کربن‌ساز کلسینه شده کم نیتروژن و یک کربن‌ساز از نوع گرافیت برای ذوب کوره آهن مذاب استفاده کنید. الزامات فرآیند پس از تنظیم ترکیب شیمیایی، به ترتیب یک درپوش یاتاقان اصلی سیلندر ریخته شود.

فرآیند تولید: ریکاربورایزر در طی فرآیند تغذیه برای ذوب به صورت دسته‌ای به کوره الکتریکی اضافه می‌شود، تلقیح اولیه 0.4% (تلقیح باریم سیلیکون) در فرآیند ضربه زدن و 0.1% تلقیح جریان ثانویه (تلقیح باریم سیلیکون) اضافه می‌شود. از خط استایل DISA2013 استفاده کنید.

(2) خواص مکانیکی به منظور بررسی اثر دو کربوریزر مختلف بر روی خواص چدن، و برای جلوگیری از تاثیر ترکیب آهن مذاب بر نتایج، ترکیب آهن مذاب ذوب شده توسط ریکربورایزرهای مختلف به گونه ای تنظیم شد که اساساً یکسان باشد. . به منظور بررسی کاملتر نتایج، در فرآیند آزمایش، علاوه بر اینکه دو مجموعه میله آزمایش Ø30 میلی متری در دو کوره آهن مذاب ریخته شد، 12 قطعه ریخته گری ریخته گری شده در هر آهن مذاب نیز به طور تصادفی برای تست سختی برینل انتخاب شد. (6 قطعه / جعبه، تست دو جعبه).

در مورد ترکیب تقریباً یکسان، استحکام میله‌های آزمایشی تولید شده با استفاده از کربن‌ساز نوع گرافیتی به‌طور قابل‌توجهی بیشتر از میله‌های آزمایشی که با استفاده از کربن‌ساز نوع کلسینه ریخته‌شده است، و عملکرد پردازشی ریخته‌گری‌های تولید شده توسط کاربورایزر گرافیت بدیهی است بهتر از آن است که با استفاده از کاربورایزر از نوع گرافیت تولید می شود. ریخته‌گری‌های تولید شده توسط کربن‌سازهای کلسینه‌شده (زمانی که سختی قطعات ریخته‌گری بیش از حد بالا باشد، لبه‌های ریخته‌گری در حین پردازش پدیده چاقوی پرشی ظاهر می‌شود).

(3) فرم های گرافیتی نمونه هایی که از دستگاه کربوریزر گرافیت استفاده می کنند همه گرافیت نوع A هستند و تعداد گرافیت بزرگتر و اندازه کوچکتر است.

نتایج زیر از نتایج آزمون فوق به دست می‌آید: کربوریزر گرافیت با کیفیت بالا نه تنها می‌تواند خواص مکانیکی ریخته‌گری‌ها را بهبود بخشد، ساختار متالوگرافیک را بهبود بخشد، بلکه عملکرد پردازش ریخته‌گری را نیز بهبود بخشد.

03. پایان

(1) عوامل مؤثر بر سرعت جذب مجدد کربوریزر عبارتند از: اندازه ذرات کربن‌ساز، مقدار کربوریزر اضافه شده، دمای کربن‌سازی مجدد، زمان هم زدن آهن مذاب و ترکیب شیمیایی آهن مذاب.

(2) کاربورایزر از نوع گرافیت با کیفیت بالا نه تنها می تواند خواص مکانیکی ریخته گری را بهبود بخشد، ساختار متالوگرافی را بهبود بخشد، بلکه عملکرد پردازش ریخته گری را نیز بهبود بخشد. بنابراین، هنگام تولید محصولات کلیدی مانند بلوک سیلندر و سرسیلندر در فرآیند ذوب کوره القایی، توصیه می شود از کربورایزرهای با کیفیت بالا از نوع گرافیت استفاده شود.