01. Hogyan osztályozzuk az újrakarburátorokat?
A karburátorok alapanyagaik szerint nagyjából négy típusba sorolhatók.
1. Mesterséges grafit
A mesterséges grafit gyártásának fő nyersanyaga a porított, kiváló minőségű kalcinált petrolkoksz, amelyhez kötőanyagként aszfaltot, valamint kis mennyiségű egyéb segédanyagot adnak. A különböző nyersanyagok összekeverése után préseléssel és formázással alakítják őket, majd nem oxidáló atmoszférában 2500-3000 °C-on kezelik a grafitizálás érdekében. Magas hőmérsékletű kezelés után a hamu-, kén- és gáztartalom jelentősen csökken.
A mesterséges grafittermékek magas ára miatt az öntödékben általában használt mesterséges grafit rekarburátorok többsége újrahasznosított anyagokból, például forgácsból, hulladékelektródából és grafittömbből készül, amikor grafitelektródákat gyártanak a termelési költségek csökkentése érdekében.
A gömbgrafitos öntöttvas olvasztásakor az öntöttvas kohászati minőségének magas szintre emelése érdekében a mesterséges grafitnak kell az elsődleges választásnak lennie az újraporlasztóhoz.
2. Petrolkoksz
A petrolkoksz egy széles körben használt rekarburátor.
A kőolajkoksz a nyersolaj finomításának mellékterméke. A nyersolaj normál vagy csökkentett nyomáson történő desztillálásával kapott maradékok és kőolajszurok nyersanyagként használhatók fel kőolajkoksz gyártásához, majd kokszolás után zöld kőolajkoksz nyerhető. A zöld kőolajkoksz termelése a felhasznált kőolaj mennyiségének körülbelül kevesebb mint 5%-át teszi ki. Az Egyesült Államokban a nyers kőolajkoksz éves termelése körülbelül 30 millió tonna. A zöld kőolajkoksz szennyeződéstartalma magas, ezért nem használható közvetlenül rekarburátorként, és először kalcinálni kell.
A nyers petrolkoksz szivacsszerű, tűszerű, granulált és folyékony formában kapható.
A szivacsos kőolajkokszt késleltetett kokszolási módszerrel állítják elő. Magas kén- és fémtartalma miatt általában tüzelőanyagként használják a kalcinálás során, valamint nyersanyagként is felhasználható a kalcinált kőolajkokszhoz. A kalcinált szivacsos kőolajkokszt főként az alumíniumiparban és rekarburátorként használják.
A tűs petrolkokszot késleltetett kokszolási módszerrel állítják elő magas aromás szénhidrogén- és alacsony szennyeződéstartalmú nyersanyagokból. Ez a koksz könnyen töredező tűszerű szerkezetű, néha grafitkoksznak is nevezik, és főként grafitelektródák előállítására használják kalcinálás után.
A granulált petrolkoksz kemény granulátum formájában van, magas kén- és aszfalténtartalmú nyersanyagokból készül késleltetett kokszolási módszerrel, és főként üzemanyagként használják.
A fluidizált petrolkokszt folyamatos kokszolással állítják elő fluidágyas környezetben.
A petrolkoksz kalcinálása a kén, a nedvesség és az illékony anyagok eltávolítását célozza. A zöld petrolkoksz 1200-1350°C-on történő kalcinálása lényegében tiszta szenet eredményezhet.
A kalcinált petrolkoksz legnagyobb felhasználója az alumíniumipar, amelynek 70%-át bauxit redukáló anódok gyártására használják fel. Az Egyesült Államokban termelt kalcinált petrolkoksz körülbelül 6%-át öntöttvas rekarburátorokhoz használják fel.
3. Természetes grafit
A természetes grafit két típusra osztható: pelyhes grafit és mikrokristályos grafit.
A mikrokristályos grafit magas hamutartalommal rendelkezik, és általában nem használják öntöttvas újrakarburátoraként.
A pehelygrafitnak számos fajtája létezik: a magas széntartalmú pehelygrafitot kémiai módszerekkel kell kivonni, vagy magas hőmérsékletre kell hevíteni, hogy az oxidok lebomoljanak és elpárologjanak. A grafit hamutartalma magas, ezért nem alkalmas rekarburátorként való felhasználásra; a közepes széntartalmú grafitot főként rekarburátorként használják, de a mennyisége nem nagy.
4. Koksz és antracit
Az elektromos ívkemencés acélgyártás során kokszot vagy antracitot lehet hozzáadni rekarburátorként adagoláskor. Magas hamu- és illékonyanyag-tartalma miatt az indukciós kemencében olvasztott öntöttvasat ritkán használják rekarburátorként.
A környezetvédelmi követelmények folyamatos javulásával egyre nagyobb figyelmet fordítanak az erőforrás-fogyasztásra, a nyersvas és a koksz ára pedig folyamatosan emelkedik, ami az öntvények költségeinek növekedését eredményezi. Egyre több öntöde kezd elektromos kemencéket használni a hagyományos kupolós olvasztás helyettesítésére. 2011 elején gyárunk kis- és közepes alkatrészgyártó műhelye is áttért az elektromos kemencés olvasztásos eljárásra a hagyományos kupolós olvasztás helyettesítésére. A nagy mennyiségű acélhulladék felhasználása az elektromos kemencés olvasztásban nemcsak a költségeket csökkentheti, hanem javíthatja az öntvények mechanikai tulajdonságait is, de a használt rekarburátor típusa és a karburálási eljárás kulcsszerepet játszik.
02. Hogyan kell használni az újraporlasztót az indukciós kemencében történő olvasztásban
1 A rekarburátorok fő típusai
Számos anyagot használnak öntöttvas rekarburátorként, általában a mesterséges grafitot, a kalcinált petrolkokszt, a természetes grafitot, a kokszot, az antracitot és az ilyen anyagok keverékeit.
(1) Mesterséges grafit A fent említett különféle rekarburátorok közül a legjobb minőségű a mesterséges grafit. A mesterséges grafit előállításának fő alapanyaga a porított, kiváló minőségű kalcinált petrolkoksz, amelyhez kötőanyagként aszfaltot és kis mennyiségű egyéb segédanyagot adnak hozzá. A különböző alapanyagokat összekeverik, préselik és formázzák, majd nem oxidáló atmoszférában 2500-3000 °C-on kezelik, hogy grafitizálják őket. Magas hőmérsékletű kezelés után a hamu-, kén- és gáztartalom jelentősen csökken. Ha nincs magas hőmérsékleten kalcinált petrolkoksz, vagy nem megfelelő kalcinálási hőmérsékleten kalcinálják, az rekarburátor minősége jelentősen romlik. Ezért a rekarburátor minősége főként a grafitizáció mértékétől függ. Egy jó rekarburátor grafitikus szenet (tömegarány) tartalmaz. 95% és 98% között a kéntartalom 0,02% és 0,05% között van, a nitrogéntartalom pedig (100-200) × 10-6.
(2) A petrolkoksz egy széles körben használt rekarburátor. A petrolkoksz a nyersolaj finomításának mellékterméke. A nyersolaj rendszeres nyomásdesztillációjából vagy vákuumdesztillációjából származó maradékok és kőolajszurok nyersanyagként használhatók fel a petrolkoksz gyártásához. Kokszolás után nyers petrolkoksz nyerhető. Magas a tartalma, és nem használható közvetlenül rekarburátorként, ezért először kalcinálni kell.
(3) A természetes grafit két típusra osztható: pehelygrafit és mikrokristályos grafit. A mikrokristályos grafit magas hamutartalmú, és általában nem használják öntöttvas rekarburátoraként. A pehelygrafitnak számos fajtája létezik: a magas széntartalmú pehelygrafitot kémiai módszerekkel kell kivonni, vagy magas hőmérsékletre kell hevíteni, hogy az oxidok lebomoljanak és elpárologjanak. A grafit hamutartalma magas, és nem szabad rekarburátorként használni. A közepes széntartalmú grafitot főként rekarburátorként használják, de a mennyisége nem nagy.
(4) Koksz és antracit Az indukciós kemencében történő olvasztás során kokszot vagy antracitot lehet hozzáadni rekarburátorként a betöltés során. Magas hamu- és illékonyanyag-tartalma miatt az indukciós kemencében olvasztott öntöttvasat ritkán használják rekarburátorként. Ennek a rekarburátornak az ára alacsony, és az alacsony minőségű rekarburátorok közé tartozik.
2. Az olvadt vas karbonizációjának elve
A szintetikus öntöttvas olvasztási folyamatában a hozzáadott nagy mennyiségű hulladék és az olvadt vas alacsony széntartalma miatt karburátort kell használni a széntartalom növelése érdekében. A rekarburátorban elem formájában jelen lévő szén olvadáspontja 3727°C, és nem olvad meg az olvadt vas hőmérsékletén. Ezért a rekarburátorban lévő szén főként az olvadt vasban oldódik kétféleképpen: oldódás és diffúzió útján. Amikor az olvadt vas grafit rekarburátor tartalma 2,1%, a grafit közvetlenül oldódhat az olvadt vasban. A nem grafitos karbonizáció közvetlen oldódási jelensége alapvetően nem létezik, de az idő múlásával a szén fokozatosan diffundál és feloldódik az olvadt vasban. Az indukciós kemencében olvasztott öntöttvas rekarburálásakor a kristályos grafitos rekarburáció rekarburációs sebessége jelentősen magasabb, mint a nem grafitos rekarburátoroké.
Kísérletek kimutatták, hogy a szén oldódását az olvadt vasban a szilárd részecskék felületén lévő folyékony határrétegben lévő szén tömegátadás szabályozza. A koksz- és szénrészecskékkel kapott eredményeket összehasonlítva a grafittal kapott eredményekkel azt találtuk, hogy a grafit rekarburátorok diffúziós és oldódási sebessége az olvadt vasban lényegesen gyorsabb, mint a koksz- és szénrészecskéké. A részlegesen oldott koksz- és szénrészecske mintákat elektronmikroszkóppal megfigyeltük, és azt tapasztaltuk, hogy egy vékony, ragacsos hamuréteg képződött a minták felületén, ami a fő tényező volt, amely befolyásolta diffúziós és oldódási teljesítményüket az olvadt vasban.
3. A szén-dioxid-növekedés hatását befolyásoló tényezők
(1) A rekarburátor részecskeméretének hatása A rekarburátor abszorpciós sebessége a rekarburátor oldódási és diffúziós sebességének, valamint az oxidációs veszteség sebességének együttes hatásától függ. Általánosságban elmondható, hogy a rekarburátor részecskéi kicsik, az oldódási sebesség gyors, a veszteség sebessége pedig nagy; a karburátor részecskéi nagyok, az oldódási sebesség lassú, a veszteség sebessége pedig kicsi. A rekarburátor részecskeméretének megválasztása a kemence átmérőjéhez és kapacitásához kapcsolódik. Általánosságban elmondható, hogy ha a kemence átmérője és kapacitása nagy, a rekarburátor részecskeméretének is nagyobbnak kell lennie; ellenkezőleg, a rekarburátor részecskeméretének kisebbnek kell lennie.
(2) A hozzáadott rekarburátor mennyiségének hatása Bizonyos hőmérséklet és azonos kémiai összetétel mellett az olvadt vas telített szénkoncentrációja biztos. Bizonyos telítettségi fok mellett minél több rekarburátort adagolunk, annál hosszabb az oldódáshoz és a diffúzióhoz szükséges idő, annál nagyobb a megfelelő veszteség, és annál alacsonyabb az abszorpciós sebesség.
(3) A hőmérséklet hatása a rekarburátor abszorpciós sebességére Elvileg minél magasabb az olvadt vas hőmérséklete, annál kedvezőbb a rekarburátor abszorpciója és oldódása. Ezzel szemben a rekarburátor nehezen oldódik, és a rekarburátor abszorpciós sebessége csökken. Azonban, ha az olvadt vas hőmérséklete túl magas, bár a rekarburátor nagyobb valószínűséggel oldódik teljesen, a szén égési vesztesége megnő, ami végül a széntartalom csökkenéséhez és a rekarburátor teljes abszorpciós sebességének csökkenéséhez vezet. Általában, ha az olvadt vas hőmérséklete 1460 és 1550 °C között van, a rekarburátor abszorpciós hatékonysága a legjobb.
(4) Az olvadt vas keverésének hatása a rekarburátor abszorpciós sebességére A keverés előnyös a szén oldódása és diffúziója szempontjából, és megakadályozza, hogy a rekarburátor az olvadt vas felületén lebegjen és megégjen. Mielőtt a rekarburátor teljesen feloldódik, a keverési idő hosszú, és az abszorpciós sebesség magas. A keverés csökkentheti a karbonizációs tartási időt, lerövidítheti a gyártási ciklust, és elkerülheti az ötvözőelemek elégését az olvadt vasban. Ha azonban a keverési idő túl hosszú, az nemcsak a kemence élettartamára van nagy hatással, hanem a rekarburátor feloldása után az olvadt vasban a szénveszteséget is súlyosbítja. Ezért az olvadt vas megfelelő keverési idejét úgy kell megválasztani, hogy a rekarburátor teljesen feloldódjon.
(5) Az olvadt vas kémiai összetételének hatása a rekarburátor abszorpciós sebességére Amikor az olvadt vas kezdeti széntartalma magas, egy bizonyos oldhatósági határ alatt, a rekarburátor abszorpciós sebessége lassú, az abszorpció mennyisége kicsi, és az égési veszteség viszonylag nagy. A rekarburátor abszorpciós sebessége alacsony. Az ellenkezője igaz, ha az olvadt vas kezdeti széntartalma alacsony. Ezenkívül az olvadt vasban lévő szilícium és kén akadályozza a szén abszorpcióját és csökkenti a rekarburátorok abszorpciós sebességét; míg a mangán segíti a szén abszorpcióját és javítja a rekarburátorok abszorpciós sebességét. A befolyásolás mértékét tekintve a szilícium a legnagyobb, ezt követi a mangán, a szén és a kén pedig kisebb hatással bír. Ezért a tényleges gyártási folyamatban először a mangánt, majd a szenet, és csak ezután a szilíciumot kell hozzáadni.
4. Különböző rekarburátorok hatása az öntöttvas tulajdonságaira
(1) Vizsgálati feltételek Két 5 tonnás, középfrekvenciás, mag nélküli indukciós kemencét használtak az olvasztáshoz, maximális teljesítményük 3000 kW, frekvenciájuk 500 Hz. A műhely napi adaglistája (50% visszanyert anyag, 20% nyersvas, 30% hulladék) szerint alacsony nitrogéntartalmú kalcinált rekarburátort, illetve grafit típusú rekarburátort használtak az olvadt vas kemencéjének beolvasztásához, a folyamatkövetelményeknek megfelelően. A kémiai összetétel beállítása után hengeres főcsapágyfedelet öntöttek.
Gyártási folyamat: Az újraporlasztót részletekben adagolják az elektromos kemencébe az olvasztási adagolási folyamat során, 0,4% elsődleges oltóanyagot (szilícium-bárium oltóanyag) a csapolási folyamat során, és 0,1% másodlagos áramlási oltóanyagot (szilícium-bárium oltóanyag). Használja a DISA2013 formázó termékcsaládot.
(2) Mechanikai tulajdonságok Annak érdekében, hogy ellenőrizzük két különböző rekarburátor hatását az öntöttvas tulajdonságaira, és elkerüljük az olvadt vas összetételének az eredményekre gyakorolt hatását, a különböző rekarburátorok által olvasztott olvadt vas összetételét lényegében azonosra állították be. Az eredmények teljesebb ellenőrzése érdekében a vizsgálati folyamat során amellett, hogy két készlet Ø30 mm-es próbarudat öntöttek a két olvadt vas kemencébe, véletlenszerűen kiválasztottak 12 darab öntvényt is Brinell-keménységvizsgálathoz (6 darab/doboz, két doboz vizsgálata).
Közel azonos összetétel esetén a grafitos rekarburátorral öntött próbarudak szilárdsága jelentősen nagyobb, mint a kalcinált rekarburátorral öntött próbarudaké, és a grafitos rekarburátorral előállított öntvények feldolgozási teljesítménye nyilvánvalóan jobb, mint a grafitos rekarburátorral előállítottaké. Kalcinált rekarburátorral előállított öntvények (ha az öntvények keménysége túl magas, az öntvények szélén ugráló kés jelenség jelenik meg a feldolgozás során).
(3) A grafit típusú rekarburátorral előállított minták grafitformái mind A típusú grafitot tartalmaznak, a grafit száma nagyobb, a mérete pedig kisebb.
A fenti teszteredményekből a következő következtetéseket vonták le: a kiváló minőségű grafit típusú újraporlasztó nemcsak az öntvények mechanikai tulajdonságait javíthatja, a metallográfiai szerkezetet javíthatja, hanem az öntvények feldolgozási teljesítményét is javíthatja.
03. Epilógus
(1) Az újraporlasztó abszorpciós sebességét befolyásoló tényezők a reporlasztó részecskemérete, a hozzáadott reporlasztó mennyisége, az újraporlasztási hőmérséklet, az olvadt vas keverési ideje és az olvadt vas kémiai összetétele.
(2) A kiváló minőségű grafit típusú rekarburátor nemcsak az öntvények mechanikai tulajdonságait és metallográfiai szerkezetét javíthatja, hanem az öntvények feldolgozási teljesítményét is. Ezért olyan kulcsfontosságú termékek, mint a hengerblokkok és hengerfejek indukciós kemencében történő olvasztási eljárás során történő előállításakor ajánlott kiváló minőségű grafit típusú rekarburátort használni.
Közzététel ideje: 2022. november 8.