I. Jak klasyfikować rekarburatory
Nawęglacze można podzielić na cztery typy w zależności od surowców, z których są wykonane.
1. Sztuczny grafit
Głównym surowcem do produkcji sztucznego grafitu jest wysokiej jakości sproszkowany kalcynowany koks naftowy, do którego dodaje się asfalt jako lepiszcze oraz niewielką ilość innych materiałów pomocniczych. Po zmieszaniu różnych surowców są one prasowane i formowane, a następnie poddawane obróbce w atmosferze nieutleniającej w temperaturze 2500-3000°C w celu uzyskania grafityzacji. Po obróbce w wysokiej temperaturze zawartość popiołu, siarki i gazów ulega znacznemu obniżeniu.
Ze względu na wysoką cenę produktów z grafitu sztucznego, większość sztucznych grafitowych środków nawęglających powszechnie stosowanych w odlewniach to materiały pochodzące z recyklingu, takie jak wióry, zużyte elektrody i bloki grafitowe, które służą do redukcji kosztów produkcji.
Przy wytopie żeliwa sferoidalnego, w celu uzyskania wysokiej jakości metalurgicznej żeliwa, pierwszym wyborem środka nawęglającego powinien być grafit sztuczny.
2. Koks naftowy
Koks naftowy jest powszechnie stosowanym środkiem nawęglającym.
Koks naftowy to produkt uboczny otrzymywany w procesie rafinacji ropy naftowej. Pozostałości i smoły naftowe, otrzymywane w procesie destylacji ropy naftowej pod ciśnieniem normalnym lub obniżonym, mogą być wykorzystywane jako surowce do produkcji koksu naftowego, a następnie, po koksowaniu, można uzyskać zielony koks naftowy. Produkcja zielonego koksu naftowego stanowi mniej niż 5% ilości zużytej ropy naftowej. Roczna produkcja surowego koksu naftowego w Stanach Zjednoczonych wynosi około 30 milionów ton. Zawartość zanieczyszczeń w zielonym koksie naftowym jest wysoka, dlatego nie może on być bezpośrednio stosowany jako nawęglacz i musi zostać uprzednio poddany kalcynacji.
Surowy koks naftowy dostępny jest w postaci gąbczastej, igłowej, granulowanej i płynnej.
Gąbczasty koks naftowy jest wytwarzany metodą opóźnionego koksowania. Ze względu na wysoką zawartość siarki i metali, jest on zazwyczaj wykorzystywany jako paliwo podczas kalcynacji, a także może być surowcem do produkcji kalcynowanego koksu naftowego. Kalcynowany koks gąbczasty jest wykorzystywany głównie w przemyśle aluminiowym oraz jako środek nawęglający.
Igłowaty koks naftowy jest wytwarzany metodą opóźnionego koksowania z surowców o wysokiej zawartości węglowodorów aromatycznych i niskiej zawartości zanieczyszczeń. Koks ten ma łatwo pękającą, igłowatą strukturę, czasami nazywaną koksem grafitowym, i jest wykorzystywany głównie do produkcji elektrod grafitowych po kalcynacji.
Granulowany koks naftowy ma postać twardych granulek i jest wytwarzany z surowców o wysokiej zawartości siarki i asfaltenów metodą opóźnionego koksowania. Stosowany jest głównie jako paliwo.
Fluidalny koks naftowy otrzymuje się w wyniku ciągłego koksowania w złożu fluidalnym.
Kalcynacja koksu naftowego ma na celu usunięcie siarki, wilgoci i substancji lotnych. Kalcynacja zielonego koksu naftowego w temperaturze 1200-1350°C pozwala na uzyskanie zasadniczo czystego węgla.
Największym użytkownikiem kalcynowanego koksu naftowego jest przemysł aluminiowy, którego 70% jest wykorzystywane do produkcji anod redukujących boksyt. Około 6% kalcynowanego koksu naftowego produkowanego w Stanach Zjednoczonych jest wykorzystywane do nawęglaczy żeliwa.
3. Grafit naturalny
Grafit naturalny można podzielić na dwa rodzaje: grafit płatkowy i grafit mikrokrystaliczny.
Grafit mikrokrystaliczny ma wysoką zawartość popiołu i generalnie nie jest stosowany jako środek nawęglający żeliwo.
Istnieje wiele odmian grafitu płatkowego: wysokowęglowy grafit płatkowy wymaga ekstrakcji chemicznej lub podgrzania do wysokiej temperatury w celu rozkładu i ulotnienia zawartych w nim tlenków. Wysoka zawartość popiołu w graficie sprawia, że nie nadaje się on do nawęglania; grafit średniowęglowy jest stosowany głównie jako nawęglanie, ale jego ilość jest niewielka.
4. Koks węglowy i antracyt
W procesie produkcji stali w piecu łukowym, koks lub antracyt mogą być dodawane jako nawęglacz podczas załadunku. Ze względu na wysoką zawartość popiołu i substancji lotnych, wytapianie żeliwa w piecach indukcyjnych jest rzadko stosowane jako nawęglacz.
Wraz z ciągłym wzrostem wymagań w zakresie ochrony środowiska, coraz większą uwagę przywiązuje się do zużycia zasobów, a ceny surówki i koksu stale rosną, co przekłada się na wzrost kosztów odlewów. Coraz więcej odlewni zaczyna stosować piece elektryczne zamiast tradycyjnego topienia w żeliwiakach. Na początku 2011 roku, również mały i średni zakład produkcji części w naszej fabryce wprowadził proces topienia w piecach elektrycznych, zastępując tradycyjny proces topienia w żeliwiakach. Wykorzystanie dużej ilości złomu stalowego w procesie topienia w piecach elektrycznych może nie tylko obniżyć koszty, ale także poprawić właściwości mechaniczne odlewów. Kluczową rolę odgrywa tu rodzaj zastosowanego nawęglacza i proces nawęglania.
II.Jak używać rekarburizer w piecu indukcyjnym do wytapiania
1. Główne rodzaje rekarburatorów
Do nawęglania żeliwa stosuje się wiele materiałów. Najczęściej stosuje się grafit sztuczny, kalcynowany koks naftowy, grafit naturalny, koks, antracyt i mieszanki wykonane z takich materiałów.
(1) Sztuczny grafit Spośród różnych recarburizerów wymienionych powyżej, najlepszej jakości jest sztuczny grafit. Głównym surowcem do produkcji sztucznego grafitu jest sproszkowany wysokiej jakości kalcynowany koks naftowy, do którego dodaje się asfalt jako lepiszcze i niewielką ilość innych materiałów pomocniczych. Po zmieszaniu różnych surowców są one prasowane i formowane, a następnie poddawane obróbce w atmosferze nieutleniającej w temperaturze 2500-3000 °C w celu ich grafityzacji. Po obróbce w wysokiej temperaturze zawartość popiołu, siarki i gazu ulega znacznemu zmniejszeniu. Jeśli nie ma koksu naftowego kalcynowanego w wysokiej temperaturze lub przy niewystarczającej temperaturze kalcynacji, jakość recarburizera będzie poważnie zagrożona. Dlatego jakość recarburizera zależy głównie od stopnia grafityzacji. Dobry recarburizer zawiera węgiel grafitowy (ułamek masowy). Przy zawartości siarki na poziomie 95% do 98% wynosi ona od 0,02% do 0,05%, a zawartość azotu wynosi (100 do 200) × 10-6.
(2) Koks naftowy jest powszechnie stosowanym nawęglaczem. Koks naftowy jest produktem ubocznym otrzymywanym w procesie rafinacji ropy naftowej. Pozostałości i smoły naftowe otrzymywane w procesie standardowej destylacji ciśnieniowej lub próżniowej ropy naftowej mogą być wykorzystywane jako surowce do produkcji koksu naftowego. Po koksowaniu można uzyskać surowy koks naftowy. Jego zawartość jest wysoka i nie może być bezpośrednio wykorzystana jako nawęglacz, dlatego musi zostać uprzednio poddana kalcynacji.
(3) Grafit naturalny można podzielić na dwa rodzaje: grafit płatkowy i grafit mikrokrystaliczny. Grafit mikrokrystaliczny charakteryzuje się wysoką zawartością popiołu i zazwyczaj nie jest stosowany jako nawęglacz do żeliwa. Istnieje wiele odmian grafitu płatkowego: wysokowęglowy grafit płatkowy wymaga ekstrakcji chemicznej lub podgrzania do wysokiej temperatury w celu rozkładu i ulotnienia zawartych w nim tlenków. Zawartość popiołu w graficie jest wysoka i nie powinien być stosowany jako nawęglacz. Grafit średniowęglowy jest stosowany głównie jako nawęglacz, ale jego ilość jest niewielka.
(4) Koks węglowy i antracyt. W procesie wytopu w piecu indukcyjnym koks lub antracyt można dodać jako nawęglacz podczas załadunku. Ze względu na wysoką zawartość popiołu i substancji lotnych, żeliwo w piecu indukcyjnym jest rzadko stosowane jako nawęglacz. Cena tego nawęglacza jest niska i należy on do nawęglaczy niskiej jakości.
2. Zasada nawęglania ciekłego żelaza
W procesie wytopu żeliwa syntetycznego, ze względu na dużą ilość dodawanego złomu i niską zawartość węgla w ciekłym żelazie, konieczne jest zastosowanie nawęglacza w celu zwiększenia zawartości węgla. Węgiel występujący w postaci pierwiastka w nawęglaczu ma temperaturę topnienia 3727°C i nie może się stopić w temperaturze ciekłego żelaza. Dlatego węgiel w nawęglaczu rozpuszcza się w ciekłym żelazie głównie na dwa sposoby – rozpuszczanie i dyfuzję. Gdy zawartość grafitowego nawęglacza w ciekłym żelazie wynosi 2,1%, grafit może się bezpośrednio rozpuścić w ciekłym żelazie. Zjawisko bezpośredniego rozpuszczania się węgla niegrafitowego zasadniczo nie występuje, ale wraz z upływem czasu węgiel stopniowo dyfunduje i rozpuszcza się w ciekłym żelazie. W przypadku nawęglania żeliwa wytopionego w piecu indukcyjnym, szybkość nawęglania grafitu krystalicznego jest znacznie wyższa niż w przypadku nawęglaczy niegrafitowych.
Eksperymenty pokazują, że rozpuszczanie węgla w stopionym żelazie jest kontrolowane przez przenoszenie masy węgla w ciekłej warstwie granicznej na powierzchni cząstek stałych. Porównując wyniki uzyskane dla cząstek koksu i węgla z wynikami uzyskanymi dla grafitu, stwierdzono, że szybkość dyfuzji i rozpuszczania nawęglaczy grafitowych w stopionym żelazie jest znacznie szybsza niż w przypadku cząstek koksu i węgla. Częściowo rozpuszczone próbki cząstek koksu i węgla obserwowano pod mikroskopem elektronowym i stwierdzono, że na powierzchni próbek utworzyła się cienka, lepka warstwa popiołu, która była głównym czynnikiem wpływającym na ich właściwości dyfuzyjne i rozpuszczalne w stopionym żelazie.
3. Czynniki wpływające na efekt wzrostu emisji dwutlenku węgla
(1) Wpływ wielkości cząstek nawęglacza Szybkość absorpcji nawęglacza zależy od łącznego efektu szybkości rozpuszczania i dyfuzji nawęglacza oraz szybkości utraty utleniania. Ogólnie rzecz biorąc, cząstki nawęglacza są małe, szybkość rozpuszczania jest duża, a szybkość utraty jest duża; cząstki nawęglacza są duże, szybkość rozpuszczania jest mała, a szybkość utraty jest mała. Wybór wielkości cząstek nawęglacza jest związany ze średnicą i pojemnością pieca. Ogólnie rzecz biorąc, gdy średnica i pojemność pieca są duże, wielkość cząstek nawęglacza powinna być większa; wręcz przeciwnie, wielkość cząstek nawęglacza powinna być mniejsza.
(2) Wpływ ilości dodanego nawęglacza. W warunkach określonej temperatury i tego samego składu chemicznego, nasycone stężenie węgla w stopionym żelazie jest pewne. Przy określonym stopniu nasycenia, im więcej dodanego nawęglacza, tym dłuższy czas potrzebny na rozpuszczenie i dyfuzję, tym większa strata i niższa szybkość absorpcji.
(3) Wpływ temperatury na szybkość absorpcji nawęglacza Zasadniczo im wyższa temperatura stopionego żelaza, tym bardziej sprzyja to absorpcji i rozpuszczaniu nawęglacza. Wręcz przeciwnie, nawęglacz jest trudny do rozpuszczenia, a szybkość absorpcji nawęglacza spada. Jednakże, gdy temperatura stopionego żelaza jest zbyt wysoka, chociaż nawęglacz ma większe szanse na całkowite rozpuszczenie, szybkość utraty węgla podczas spalania wzrośnie, co ostatecznie doprowadzi do zmniejszenia zawartości węgla i zmniejszenia całkowitej szybkości absorpcji nawęglacza. Ogólnie rzecz biorąc, gdy temperatura stopionego żelaza wynosi od 1460 do 1550 °C, wydajność absorpcji nawęglacza jest najlepsza.
(4) Wpływ mieszania stopionego żelaza na szybkość absorpcji nawęglacza Mieszanie jest korzystne dla rozpuszczania i dyfuzji węgla oraz zapobiega unoszeniu się nawęglacza na powierzchni stopionego żelaza i jego spalaniu. Zanim nawęglacz ulegnie całkowitemu rozpuszczeniu, czas mieszania jest długi, a szybkość absorpcji wysoka. Mieszanie może również skrócić czas utrzymywania karbonizacji, skrócić cykl produkcyjny i uniknąć spalania pierwiastków stopowych w stopionym żelazie. Jednakże, jeśli czas mieszania jest zbyt długi, ma to nie tylko duży wpływ na żywotność pieca, ale także pogarsza utratę węgla w stopionym żelazie po rozpuszczeniu nawęglacza. Dlatego odpowiedni czas mieszania stopionego żelaza powinien być odpowiedni, aby zapewnić całkowite rozpuszczenie nawęglacza.
(5) Wpływ składu chemicznego stopionego żelaza na szybkość absorpcji nawęglacza Gdy początkowa zawartość węgla w stopionym żelazie jest wysoka, poniżej pewnej granicy rozpuszczalności, szybkość absorpcji nawęglacza jest niska, ilość absorpcji jest niewielka, a strata spalania jest stosunkowo duża. Szybkość absorpcji nawęglacza jest niska. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy początkowa zawartość węgla w stopionym żelazie jest niska. Ponadto krzem i siarka w stopionym żelazie utrudniają absorpcję węgla i zmniejszają szybkość absorpcji nawęglaczy; podczas gdy mangan pomaga absorbować węgiel i poprawia szybkość absorpcji nawęglaczy. Pod względem stopnia wpływu, krzem ma największy wpływ, następnie mangan, a węgiel i siarka mają mniejszy wpływ. Dlatego w rzeczywistym procesie produkcyjnym mangan powinien być dodawany najpierw, następnie węgiel, a na końcu krzem.
Czas publikacji: 04-11-2022