تكرير فرن الصهر بالحث: تطبيق الكربنة أمر بالغ الأهمية.
مع التحسين المستمر لمتطلبات حماية البيئة ، يتم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام لاستهلاك الموارد ، وأدى ارتفاع أسعار الحديد الخام وفحم الكوك إلى زيادة تكلفة الصب ، وبدأت المزيد والمزيد من مصانع المسبك في استخدام صهر الأفران الكهربائية ، لتحل محل صهر كولوت التقليدي. في بداية عام 2010 ، اعتمدت ورشة عمل الأجزاء الصغيرة والمتوسطة في JAC Automobile Factory أيضًا عملية صهر الفرن الكهربائي بدلاً من عملية صهر القبة التقليدية. يمكن أن تقلل التكلفة وتحسن الخصائص الميكانيكية للمسبوكات ، لكن نوع عامل الكربنة وعملية الكربنة مهمان للغاية.
1. الأنواع الرئيسية لعوامل الكربنة
هناك العديد من المواد المستخدمة في كربونات الحديد الزهر ، مثل الجرافيت الاصطناعي ، وفحم الكوك المكلس ، والجرافيت الطبيعي ، وفحم الكوك ، والأنثراسيت ، والمواد المختلطة المصنوعة من هذه المواد.
(1) الجرافيت الاصطناعي لجميع عوامل الكربنة المذكورة أعلاه ، فإن أفضل جودة هي الجرافيت الاصطناعي. المادة الخام الرئيسية لتصنيع الجرافيت الصناعي هي فحم الكوك المكلس عالي الجودة في شكل مسحوق ، حيث يضاف الإسفلت كمواد رابطة وتضاف كمية صغيرة من المواد المساعدة الأخرى. بعد مطابقة جميع أنواع المواد الخام بشكل جيد ، يتم ضغطها في الشكل ومن ثم معالجتها عند 2500 ~ 3000 ℃ في جو غير مؤكسد لتحويلها إلى رسوم بيانية. بعد المعالجة بدرجات حرارة عالية ، يتم تقليل محتوى الرماد والكبريت والغاز بشكل كبير. إذا لم يكن هناك فحم بترولي تم تكليسه في درجات حرارة عالية أو تم تحميصه في درجة حرارة غير كافية ، فإن جودة المكربن ستؤثر بشكل خطير على جودة الكربنة. لذلك ، تعتمد جودة المكربن بشكل أساسي على درجة الرسم البياني. يحتوي المكربن الجيد على 95٪ ~ 98٪ كربون جرافيت (جزء كتلة) ، 0.02٪ ~ 0.05٪ كبريت ، و (100-200) × 10-6 نيتروجين.
(2) فحم الكوك البترولي هو مادة كربنة تستخدم على نطاق واسع في الوقت الحاضر. فحم الكوك البترولي منتج ثانوي لتكرير النفط الخام. يمكن استخدام البقايا والبيتومين الناتج عن التقطير بالضغط أو التقطير بالتفريغ للزيت الخام كمواد خام لإنتاج كوك البترول. بعد التكويك ، يمكن الحصول على كوك البترول الخام.
(3) يمكن تقسيم الجرافيت الطبيعي إلى الجرافيت المتقشر والجرافيت الجريزوفولفين. محتوى رماد الجرافيت الجريزوفولفين مرتفع ، وعمومًا لا يستخدم كمكربن من الحديد الزهر. هناك أنواع عديدة من الجرافيت المتقشر: يجب استخراج الجرافيت عالي الكربون بالطريقة الكيميائية أو تسخينه إلى درجة حرارة عالية لجعل تحلل الأكسيد ، والتطاير ، ومخرج الجرافيت المقشر هذا ليس كثيرًا ، والسعر مرتفع ، وعمومًا لا يستخدم كمكربن يحتوي الجرافيت ذو الرقائق المنخفضة الكربون على نسبة عالية من الرماد ولا يجب استخدامه كمكربن. يستخدم الجرافيت الكربوني المتوسط بشكل أساسي كعامل كربنة ، لكن الكمية ليست كثيرة.
(4) في عملية الصهر لفحم الكوك وفرن الصهر بالحث ، يمكن إضافة فحم الكوك أو أنثراسايت كمكربن عند الشحن. بسبب محتواها العالي من الرماد والتطاير ، نادرًا ما يتم استخدام الحديد الزهر في الفرن الحثي كمكربن ، بمحتوى كربوني بنسبة 80٪ ~ 90٪ ، محتوى كبريت أعلى من 0.5٪ ، محتوى نيتروجين (500 ~ 4000) × 10-6. هذا النوع من المكربن له سعر منخفض وينتمي إلى مكربن منخفض الدرجة.
2. مبدأ كربنة الحديد السائل
في عملية صهر الحديد الزهر الصناعي ، يجب استخدام المكربن بسبب الكمية الكبيرة من خردة الفولاذ المضافة والمحتوى المنخفض لسائل الحديد C. الكربون الموجود في الشكل الأولي في المكربن يذوب عند 3727 ولا يمكن صهره عند درجة حرارة الحديد المصهور. لذلك ، يتم إذابة الكربون الموجود في المكربن في الحديد المصهور بشكل أساسي من خلال الذوبان والانتشار. عندما يكون محتوى مكربن الجرافيت في محلول الحديد 2.1٪ ، يمكن إذابة الجرافيت مباشرة في محلول الحديد. لا يوجد بشكل أساسي الانحلال المباشر للكربنة غير الجرافيت ، ولكن مع مرور الوقت ، ينتشر الكربون تدريجياً ويذوب في محلول حديدي. معدل كربنة الحديد الزهر المصهور بواسطة فرن الحث باستخدام الجرافيت البلوري أعلى بكثير من عامل الكربنة غير الجرافيت.
أظهرت النتائج أن انحلال الكربون في الحديد المصهور يتم التحكم فيه عن طريق انتقال الكربون في الطبقة الحدودية السائلة على سطح الجسيمات الصلبة. تمت مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها من فحم الكوك وجزيئات الفحم مع تلك التي تم الحصول عليها من الجرافيت ، ووجد أن معدل إذابة انتشار كربوريزر الجرافيت في محلول الحديد كان أسرع بكثير من جزيئات فحم الكوك والفحم. من خلال مراقبة جزيئات فحم الكوك والفحم المذابة جزئيًا باستخدام المجهر الإلكتروني ، وجد أن طبقة رقيقة جدًا من الرماد اللزج تتشكل على سطح العينة ، وهو العامل الرئيسي الذي يؤثر على قابلية الذوبان في الحديد المصهور.
3- زيادة العوامل المؤثرة في تأثير الكربون
(1) يعتمد تأثير حجم المكربن على معدل امتصاص المكربن على التأثير الشامل لمعدل الانحلال والانتشار للمكربن ومعدل فقدان الأكسدة. بشكل عام ، تكون جزيئات الكربوريزر صغيرة ، ومعدل الانحلال سريع ، ومعدل الفقد كبير ؛ يحتوي المكربن على حجم جسيم كبير ، ومعدل انحلال بطيء ومعدل خسارة صغير. يرتبط اختيار حجم المكربن بقطر وسعة الفرن. بشكل عام ، قطر وسعة الفرن ، يجب أن يكون حجم المكربن أكبر ؛ على العكس من ذلك ، يجب أن يكون حجم عامل الكربنة أصغر.
(2) تأثير كمية الكربوريزر المضافة بشرط درجة حرارة معينة ونفس التركيب الكيميائي ، تركيز تشبع الكربون في محلول الحديد مؤكد. تحت درجة معينة من التشبع ، كلما تمت إضافة المزيد من الكربوريزر ، كلما تطلب الأمر وقتًا أطول للانحلال والانتشار ، وكلما زادت الخسارة المقابلة ، وانخفض معدل الامتصاص.
(3) تأثير درجة الحرارة على معدل امتصاص المكربن من حيث المبدأ ، فكلما ارتفعت درجة حرارة السائل الحديدي ، زادت فائدة امتصاص وتفكك المكربن ، على العكس من ذلك ، يصعب إذابة المكربن ، ومعدل الامتصاص من الكربورات ينخفض. ومع ذلك ، عندما تكون درجة حرارة محلول الحديد مرتفعة للغاية ، على الرغم من سهولة إذابة المكربن بالكامل ، فإن معدل احتراق الكربون سيزداد ، مما يؤدي إلى انخفاض محتوى الكربون ومعدل الامتصاص الكلي للمكربن. تكون كفاءة امتصاص المكربن أفضل عندما تكون درجة حرارة محلول الحديد 1460 ~ 1550 ℃.
(4) تأثير تقليب سائل الحديد على معدل امتصاص المكربن التحريك يساعد على إذابة وانتشار الكربون ، وتجنب المكربن العائم على سطح سائل الحديد وحرقه. وقت التحريك طويل ومعدل الامتصاص مرتفع قبل أن يذوب المكربن تمامًا. يمكن أن يقلل التحريك أيضًا من وقت زيادة الكربون والحفاظ على الحرارة ، وتقصير دورة الإنتاج ، وتجنب فقد حرق عناصر صناعة السبائك في محلول الحديد. لكن وقت التحريك طويل جدًا ، ليس فقط له تأثير كبير على عمر خدمة الفرن ، وفي محلول عامل الكربنة ، سيزيد التقليب من فقد الكربون في محلول الحديد. لذلك ، يجب أن يكون وقت التحريك المناسب لمحلول الحديد هو ضمان الذوبان الكامل للمكربن.
(5) تأثير مكونات إسالة الحديد على معدل امتصاص المكربن عندما يكون محتوى الكربون الأولي في محلول الحديد مرتفعًا ، وتحت حد معين من الذوبان ، يكون معدل امتصاص المكربن بطيئًا ، وكمية الامتصاص صغيرة ، وفقدان الاحتراق نسبيًا كبير ، ومعدل امتصاص المكربن منخفض. العكس صحيح عندما يكون محتوى الكربون الأولي للحديد المنصهر منخفضًا. بالإضافة إلى ذلك ، يعمل السيليكون والكبريت في محلول الحديد على إعاقة امتصاص الكربون وتقليل معدل امتصاص المكربن. يساهم المنغنيز في امتصاص الكربون ويزيد من معدل امتصاص المكربن. من حيث درجة التأثير ، السيليكون هو الأكبر ، والمنغنيز هو الثاني ، والكربون والكبريت لهما تأثير ضئيل. لذلك ، في عملية الإنتاج الفعلية ، يجب زيادة المنجنيز أولاً ، ثم الكربون ، ثم السيليكون.
4- تأثير عوامل التفحيم المختلفة على خواص الحديد الزهر
(1) عدد 5 أفران حثي عديمة النواة تستخدم في الصهر بقوة 3000 طن وبقدرة قصوى تبلغ 500 كيلو وات وتردد 50 هرتز وفقًا لقائمة الضرب اليومية للورشة (شحنة إرجاع الجسم 20٪ ، حديد خام 30٪ ، خردة الصلب XNUMX ٪) ، مكربن من نوع تكليس منخفض النيتروجين ومكربن من نوع الجرافيت يستخدمان لصهر فرن من سائل الحديد على التوالي ، ويتم سكب غطاء محمل رئيسي لكتلة الأسطوانة على التوالي بعد تعديل التركيب الكيميائي وفقًا لمتطلبات العملية.
عملية الإنتاج: يضاف المكربن إلى الفرن الكهربائي للصهر على دفعات أثناء عملية التغذية ، ويضاف 0.4٪ من اللقاح الأولي (لقاح السيليكا-الباريوم) في عملية الحديد المنصهر للتلقيح ، و 0.1٪ من اللقاح الثانوي ( يضاف لقاح السيليكا الباريوم) في عملية الصب. استخدم خط التصميم DISA2013.
(2) الخصائص الميكانيكية للتحقق من تأثير اثنين من عوامل الكربنة المختلفة على خصائص الحديد الزهر ، ولتجنب تأثير تركيبة الحديد المنصهر على النتائج ، تم تعديل تركيبة الحديد المنصهر بواسطة عوامل كربنة مختلفة ليكون بشكل أساسي ، من أجل الحصول على نتائج اختبار التحقق من الصحة بشكل كامل ، بالإضافة إلى مجموعة من قضبان الاختبار المصبوبة بفرن الحديد بقطر 30 مم على التوالي ، يتم اختيار 12 قطعة من مصبوبات الحديد السائلة للفرن بشكل عشوائي. صلابة برينل في علم الوجود (6 قطع / صندوق ، حالتان).
في التركيب هو نفس الموقف تقريبًا ، كان استخدام شدة شريط اختبار نوع الجرافيت لإنتاج معيد الكربنة أعلى بشكل واضح من استخدام ذوبان نوع إعادة تكربن الكالسيوم من خلال سكب شريط الاختبار ، ومعالجة صب معيد الكربنة من نوع الجرافيت لأداء الإنتاج أفضل من استخدام نوع الكالسين إعادة إنتاج المصبوبات (صلابة عالية جدًا ، ستقفز حواف عملية الصب).
(3) الجرافيت المجهرية
نوعان مختلفان من إعادة صهر الحديد المصبوب بواسطة شريط اختبار Ø 30 مم من مورفولوجيا الجرافيت ، مقارنة ، يمكنك أن ترى أن استخدام عينة من نوع الجرافيت معيد الكربنة لتشكل الجرافيت هو نوع من الجرافيت والجرافيت والكمية صغيرة الحجم أكثر فأكثر.
من نتائج الاختبار أعلاه ، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية: لا يمكن لمكربن الجرافيت عالي الجودة فقط تحسين الخواص الميكانيكية للصب ، وتحسين الهيكل المعدني ، ولكن أيضًا تحسين خصائص المعالجة للسبك.
5. في الختام
(1) تشمل العوامل التي تؤثر على معدل امتصاص المكربن حجم المكربن ، وكمية المكربن المضافة ، ودرجة حرارة المكربن ، ووقت التحريك لمحلول الحديد ، والتركيب الكيميائي لمحلول الحديد.
(2) لا يمكن لمكربن الجرافيت عالي الجودة فقط تحسين الخواص الميكانيكية للصب ، وتحسين الهيكل المعدني ، ولكن أيضًا تحسين خصائص تصنيع الصب. لذلك ، يوصى باستخدام مكربن الجرافيت عالي الجودة عندما ينتج عن عملية صهر فرن الحث كتلة الأسطوانة ورأس الأسطوانة ومنتجات رئيسية أخرى.
