I. Jak klasyfikować rekarburatory
Nawęglacze można podzielić na cztery typy w zależności od surowców, z których są wykonane.
1. Grafit sztuczny
Głównym surowcem do produkcji sztucznego grafitu jest sproszkowany wysokiej jakości kalcynowany koks naftowy, do którego dodaje się asfalt jako spoiwo 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.
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 powstają w wyniku produkcji elektrod grafitowych w celu obniżenia 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 nawęglania.
Koks naftowy jest produktem ubocznym uzyskiwanym w procesie rafinacji ropy naftowej. Pozostałości i smoły naftowe uzyskane w wyniku destylacji pod normalnym ciśnieniem lub pod zmniejszonym ciśnieniem ropy naftowej 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 wykorzystanej ropy naftowej. Roczna produkcja surowego koksu naftowego w Stanach Zjednoczonych wynosi około 30 milionów ton. Zawartość zanieczyszczeń w zielonym koksie naftowym jest wysoka, więc nie może być on bezpośrednio stosowany jako nawęglanie i musi zostać najpierw poddany kalcynacji.
Surowy koks naftowy dostępny jest w postaci gąbczastej, igłowatej, granulowanej i płynnej.
Gąbczasty koks naftowy jest przygotowywany metodą opóźnionego koksowania. Ze względu na wysoką zawartość siarki i metali jest zwykle stosowany jako paliwo podczas kalcynacji, a także może być stosowany jako surowiec do kalcynowanego koksu naftowego. Kalcynowany koks gąbczasty jest stosowany głównie w przemyśle aluminiowym i jako nawęglacz.
Koks naftowy igłowy jest przygotowywany metodą opóźnionego koksowania z surowców o wysokiej zawartości węglowodorów aromatycznych i niskiej zawartości zanieczyszczeń. Koks ten ma łatwo pękającą strukturę przypominającą igłę, czasami nazywaną koksem grafitowym, i jest głównie stosowany do produkcji elektrod grafitowych po kalcynacji.
Granulowany koks naftowy ma postać twardych granulek i powstaje z surowców o wysokiej zawartości siarki i asfaltenów metodą opóźnionego koksowania. Stosowany jest głównie jako paliwo.
Koks naftowy fluidalny powstaje 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 może sprawić, że stanie się on zasadniczo czystym węglem.
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 nawęglania 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: grafit płatkowy o wysokiej zawartości węgla musi być ekstrahowany metodami chemicznymi lub podgrzewany do wysokiej temperatury, aby rozłożyć i ulotnić zawarte w nim tlenki. Zawartość popiołu w graficie jest wysoka, więc nie nadaje się do stosowania jako nawęglacz; grafit o średniej zawartości węgla jest głównie stosowany jako nawęglacz, ale jego ilość nie jest duża.
4. Koks węglowy i antracyt
W procesie produkcji stali w piecu łukowym elektrycznym koks lub antracyt mogą być dodawane jako nawęglacz podczas ładowania. Ze względu na wysoką zawartość popiołu i substancji lotnych, piec indukcyjny do wytopu żeliwa jest rzadko stosowany jako nawęglacz.
Wraz z ciągłym doskonaleniem wymogów ochrony środowiska coraz większą uwagę zwraca się na zużycie zasobów, a ceny surówki i koksu nadal rosną, co powoduje wzrost kosztów odlewów. Coraz więcej odlewni zaczyna używać pieców elektrycznych, aby zastąpić tradycyjne wytapianie w żeliwnych piecach. Na początku 2011 r. małe i średnie warsztaty części naszej fabryki również przyjęły proces wytapiania w piecach elektrycznych, aby zastąpić tradycyjny proces wytapiania w żeliwnych piecach. Zastosowanie dużej ilości złomu stalowego w wytopie w piecach elektrycznych może nie tylko obniżyć koszty, ale także poprawić właściwości mechaniczne odlewów, ale rodzaj stosowanego nawęglania i proces nawęglania odgrywają kluczową rolę.
II.Jak używać rekarburizer w piecu indukcyjnym do wytopu
1. Główne rodzaje rekarburatorów
Do nawęglaczy żeliwa stosuje się wiele materiałów. Najczęściej używanymi materiałami są grafit sztuczny, kalcynowany koks naftowy, grafit naturalny, koks, antracyt oraz mieszanki 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 spoiwo 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 zostanie poważnie naruszona. Dlatego jakość recarburizera zależy głównie od stopnia grafityzacji. Dobry recarburizer zawiera węgiel grafitowy (ułamek masowy). Przy stężeniu od 95% do 98% zawartość siarki wynosi od 0,02% do 0,05%, a zawartość azotu wynosi (100 do 200) × 10-6.
(2) Koks naftowy jest szeroko stosowanym nawęglaniem. Koks naftowy jest produktem ubocznym otrzymywanym z rafinacji ropy naftowej. Pozostałości i smoły naftowe otrzymywane z regularnej destylacji ciśnieniowej lub destylacji próżniowej ropy naftowej mogą być używane jako surowce do produkcji koksu naftowego. Po koksowaniu można uzyskać surowy koks naftowy. Jego zawartość jest wysoka i nie można go używać bezpośrednio jako nawęglania, a najpierw należy go kalcynować.
(3) Naturalny grafit można podzielić na dwa typy: grafit płatkowy i grafit mikrokrystaliczny. Grafit mikrokrystaliczny ma wysoką zawartość popiołu i na ogół nie jest stosowany jako nawęglacz do żeliwa. Istnieje wiele odmian grafitu płatkowego: grafit płatkowy o wysokiej zawartości węgla musi być ekstrahowany metodami chemicznymi lub podgrzewany do wysokiej temperatury, aby rozłożyć i ulotnić zawarte w nim tlenki. Zawartość popiołu w graficie jest wysoka i nie powinien być stosowany jako nawęglacz. Grafit średniowęglowy jest stosowany głównie jako nawęglacz, ale jego ilość nie jest duża.
(4) Koks węglowy i antracyt W procesie wytopu w piecu indukcyjnym koks lub antracyt można dodać jako nawęglacz podczas ładowania. Ze względu na wysoką zawartość popiołu i substancji lotnych, piec indukcyjny do wytopu żeliwa jest rzadko stosowany 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 dodanego złomu i niską zawartość C w stopionym żelazie, konieczne jest użycie nawęglacza w celu zwiększenia zawartości węgla. Węgiel występujący w formie pierwiastka w nawęglaczu ma temperaturę topnienia 3727°C i nie może być stopiony w temperaturze stopionego żelaza. Dlatego węgiel w nawęglaczu rozpuszcza się głównie w stopionym żelazie na dwa sposoby: rozpuszczania i dyfuzji. Gdy zawartość grafitowego nawęglacza w stopionym żelazie wynosi 2,1%, grafit może być bezpośrednio rozpuszczony w stopionym żelazie. Zjawisko bezpośredniego roztworu karbonizacji niegrafitowej zasadniczo nie istnieje, ale wraz z upływem czasu węgiel stopniowo dyfunduje i rozpuszcza się w stopionym 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 warstwie granicznej cieczy na powierzchni cząstek stałych. Porównując wyniki uzyskane dla cząstek koksu i węgla z wynikami uzyskanymi dla grafitu, stwierdzono, że szybkość dyfuzji i rozpuszczania recarburizerów 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, co było głównym czynnikiem wpływającym na ich wydajność dyfuzji i rozpuszczania 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 szybka, a szybkość utraty jest duża; cząstki nawęglacza są duże, szybkość rozpuszczania jest wolna, 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 takiego samego składu chemicznego, nasycone stężenie węgla w stopionym żelazie jest pewne. Przy określonym stopniu nasycenia, im więcej dodanego nawęglacza, tym dłuższy czas potrzebny do rozpuszczenia i dyfuzji, tym większa odpowiednia strata i niższa szybkość absorpcji.
(3) Wpływ temperatury na szybkość absorpcji recarburatora Zasadniczo im wyższa temperatura stopionego żelaza, tym bardziej sprzyja to absorpcji i rozpuszczaniu recarburatora. Wręcz przeciwnie, recarburator jest trudny do rozpuszczenia, a szybkość absorpcji recarburatora spada. Jednak gdy temperatura stopionego żelaza jest zbyt wysoka, chociaż recarburator jest bardziej prawdopodobne, że zostanie całkowicie rozpuszczony, szybkość utraty węgla podczas spalania wzrośnie, co ostatecznie doprowadzi do zmniejszenia zawartości węgla i zmniejszenia ogólnej szybkości absorpcji recarburatora. Ogólnie rzecz biorąc, gdy temperatura stopionego żelaza wynosi od 1460 do 1550 °C, wydajność absorpcji recarburatora 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 zostanie całkowicie rozpuszczony, czas mieszania jest długi, a szybkość absorpcji wysoka. Mieszanie może również skrócić czas utrzymywania karbonizacji, skrócić cykl produkcyjny i uniknąć spalania elementów 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 pewnego limitu 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 jest największy, a następnie mangan, a węgiel i siarka mają mniejszy wpływ. Dlatego w rzeczywistym procesie produkcyjnym mangan powinien być dodawany najpierw, następnie węgiel, a następnie krzem.
Czas publikacji: 04-11-2022