I. Jak klasyfikować nawęglacze
Nawęglacze można z grubsza podzielić na cztery typy w zależności od ich surowców.
1. Sztuczny grafit
Głównym surowcem do produkcji sztucznego grafitu jest wysokiej jakości sproszkowany kalcynowany koks naftowy, do którego jako spoiwo dodaje się asfalt 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 grafitu. Po obróbce w wysokiej temperaturze zawartość popiołu, siarki i gazu znacznie się zmniejsza.
Ze względu na wysoką cenę produktów ze sztucznego grafitu większość nawęglaczy ze sztucznego grafitu powszechnie stosowanych w odlewniach to materiały pochodzące z recyklingu, takie jak wióry, elektrody odpadowe i bloki grafitowe podczas produkcji elektrod grafitowych w celu zmniejszenia kosztów produkcji.
Aby podczas wytapiania żeliwa sferoidalnego podnieść jakość metalurgiczną żeliwa, pierwszym wyborem jako nawęglacz powinien być sztuczny grafit.
2. Koks naftowy
Koks naftowy jest szeroko stosowanym nawęglaniem.
Koks naftowy jest produktem ubocznym otrzymywanym podczas rafinacji ropy naftowej. Pozostałości i pak naftowy otrzymane w wyniku destylacji pod ciśnieniem normalnym lub pod obniżonym ciśnieniem ropy naftowej można wykorzystać jako surowce do produkcji koksu naftowego, a następnie po koksowaniu można otrzymać zielony koks naftowy. Produkcja zielonego koksu naftowego stanowi w przybliżeniu niecałe 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, dlatego nie można go bezpośrednio stosować jako nawęglacza i należy go najpierw wypalić.
Surowy koks naftowy jest dostępny w postaci gąbczastej, igłowej, granulowanej i płynnej.
Koks naftowy gąbczasty otrzymywany jest metodą opóźnionego koksowania. Ze względu na dużą zawartość siarki i metali wykorzystywany jest najczęściej jako paliwo podczas kalcynacji, może być także surowcem do kalcynowanego koksu naftowego. Kalcynowany koks gąbczasty stosowany jest głównie w przemyśle aluminiowym oraz jako nawęglacz.
Koks naftowy igłowy otrzymywany jest metodą opóźnionego koksowania z surowców o dużej zawartości węglowodorów aromatycznych i niskiej zawartości zanieczyszczeń. Koks ten ma łatwo pękającą igłową strukturę, czasami nazywany koksem grafitowym i jest używany głównie do wytwarzania elektrod grafitowych po kalcynacji.
Granulowany koks naftowy ma postać twardego granulatu, otrzymywany z surowców o dużej zawartości siarki i asfaltenów metodą opóźnionego koksowania i wykorzystywany jest głównie jako paliwo.
Fluidyzowany koks naftowy otrzymywany jest w procesie ciągłego koksowania w złożu fluidalnym.
Kalcynacja koksu naftowego ma na celu usunięcie siarki, wilgoci i substancji lotnych. Kalcynacja surowego koksu naftowego w temperaturze 1200–1350°C pozwala uzyskać zasadniczo czysty węgiel.
Największym użytkownikiem kalcynowanego koksu naftowego jest przemysł aluminiowy, którego 70% wykorzystuje się do produkcji anod redukujących boksyt. Około 6% kalcynowanego koksu naftowego produkowanego w Stanach Zjednoczonych wykorzystuje się 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 nawęglacz do żeliwa.
Istnieje wiele odmian grafitu płatkowego: grafit płatkowy o wysokiej zawartości węgla należy ekstrahować metodami chemicznymi lub podgrzewać do wysokiej temperatury, aby rozłożyć i ulatnić zawarte w nim tlenki. Zawartość popiołu w graficie jest wysoka, dlatego nie nadaje się on do stosowania jako nawęglacz; Grafit średniowęglowy stosowany jest głównie jako nawęglacz, ale jego ilość nie jest duża.
4. Koks węglowy i antracyt
W procesie wytwarzania stali w elektrycznym piecu łukowym podczas ładowania można dodać koks lub antracyt jako nawęglanie. Ze względu na wysoką zawartość popiołu i substancji lotnych, żeliwo wytapiane w piecu indukcyjnym jest rzadko stosowane jako nawęglanie.
W miarę ciągłego doskonalenia wymagań ochrony środowiska coraz większą uwagę zwraca się na zużycie zasobów, a ceny surówki i koksu stale rosną, co skutkuje wzrostem kosztów odlewów. Coraz więcej odlewni zaczyna stosować piece elektryczne w miejsce tradycyjnego topienia żeliwiaków. Na początku 2011 roku mały i średni warsztat części naszej fabryki również przyjął proces topienia w piecu elektrycznym, aby zastąpić tradycyjny proces topienia żeliwiaka. Zastosowanie dużej ilości złomu stalowego w wytopie w piecach elektrycznych może nie tylko obniżyć koszty, ale także poprawić właściwości mechaniczne odlewów, ale kluczową rolę odgrywa rodzaj zastosowanego nawęglania i proces nawęglania.
II.Jak korzystać z rekarburizw wytapianiu w piecu indukcyjnym
1. Główne rodzaje nawęglaczy
Istnieje wiele materiałów stosowanych jako nawęglacze żeliwa, powszechnie stosowanymi są grafit sztuczny, kalcynowany koks naftowy, grafit naturalny, koks, antracyt i mieszaniny wykonane z tych materiałów.
(1) Sztuczny grafit Spośród różnych wymienionych powyżej nawęglaczy najlepszej jakości jest grafit sztuczny. Głównym surowcem do produkcji sztucznego grafitu jest wysokiej jakości sproszkowany kalcynowany koks naftowy, do którego jako spoiwo dodaje się asfalt 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 grafitu. Po obróbce w wysokiej temperaturze zawartość popiołu, siarki i gazu znacznie się zmniejsza. Jeżeli nie będzie koksu naftowego kalcynowanego w wysokiej temperaturze lub w niewystarczającej temperaturze kalcynacji, jakość nawęglacza będzie poważnie ograniczona. Dlatego jakość nawęglacza zależy głównie od stopnia grafityzacji. Dobry nawęglacz zawiera węgiel grafitowy (ułamek masowy). Przy zawartości siarki 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 podczas rafinacji ropy naftowej. Pozostałości i smoła naftowa otrzymane z destylacji ciśnieniowej lub destylacji próżniowej ropy naftowej mogą być wykorzystane jako surowiec do produkcji koksu naftowego. Po koksowaniu można otrzymać surowy koks naftowy. Zawartość jest wysoka i nie można go stosować bezpośrednio jako nawęglania i należy go najpierw kalcynować.
(3) Grafit naturalny można podzielić na dwa typy: grafit płatkowy i grafit mikrokrystaliczny. Grafit mikrokrystaliczny ma wysoką zawartość popiołu i generalnie nie jest stosowany jako nawęglacz do żeliwa. Istnieje wiele odmian grafitu płatkowego: grafit płatkowy o wysokiej zawartości węgla należy ekstrahować metodami chemicznymi lub podgrzewać do wysokiej temperatury, aby rozłożyć i ulatnić zawarte w nim tlenki. Zawartość popiołu w graficie jest wysoka i nie należy go stosować jako nawęglacza. Grafit średniowęglowy stosowany jest głównie jako nawęglacz, jednak jego ilość nie jest duża.
(4) Koks węglowy i antracyt W procesie wytapiania w piecu indukcyjnym podczas ładowania można dodać koks lub antracyt jako nawęglanie. Ze względu na wysoką zawartość popiołu i substancji lotnych, żeliwo wytapiane w piecu indukcyjnym jest rzadko stosowane jako nawęglanie. , Cena tego nawęglacza jest niska i należy on do nawęglacza niskiej jakości.
2. Zasada nawęglania stopionego żelaza
W procesie wytapiania żeliwa syntetycznego, ze względu na dużą ilość dodanego złomu i niską zawartość C w roztopionym żelazie, w celu zwiększenia zawartości węgla konieczne jest zastosowanie nawęglacza. Węgiel występujący w postaci pierwiastka w nawęglaczu ma temperaturę topnienia 3727°C i nie daje się stopić w temperaturze roztopionego żelaza. Dlatego węgiel w nawęglaczu rozpuszcza się głównie w stopionym żelazie na dwa sposoby: rozpuszczania i dyfuzji. Gdy zawartość nawęglania grafitowego w roztopionym żelazie wynosi 2,1%, grafit można bezpośrednio rozpuścić w roztopionym żelazie. Bezpośrednie rozwiązanie zjawiska karbonizacji niegrafitowej w zasadzie nie istnieje, ale wraz z upływem czasu węgiel stopniowo dyfunduje i rozpuszcza się w stopionym żelazie. W przypadku ponownego nawęglania żeliwa wytapianego w piecu indukcyjnym, stopień nawęglania przy nawęglaniu z grafitem krystalicznym jest znacznie wyższy niż w przypadku nawęglania niegrafitowego.
Doświadczenia pokazują, że rozpuszczanie węgla w roztopionym 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 nawęglaczy grafitowych w roztopionym żelazie jest znacznie większa niż cząstek koksu i węgla. Próbki częściowo rozpuszczonego koksu i cząstek węgla obserwowano za pomocą mikroskopu elektronowego i stwierdzono, że na powierzchni próbek utworzyła się cienka, lepka warstwa popiołu, co było głównym czynnikiem wpływającym na ich zdolność do 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 połączonego efektu szybkości rozpuszczania i dyfuzji nawęglacza oraz szybkości utraty utleniania. Ogólnie rzecz biorąc, cząstki nawęglacza są małe, prędkość rozpuszczania jest duża, a prędkość strat jest duża; cząstki nawęglacza są duże, prędkość rozpuszczania jest mała, a prędkość utraty jest mała. Wybór wielkości cząstek nawęglacza zależy od średnicy i wydajności 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 pewne jest stężenie nasyconego węgla w roztopionym żelazie. Przy pewnym stopniu nasycenia, im więcej dodanego nawęglacza, tym dłuższy czas wymagany do rozpuszczenia i dyfuzji, tym większa odpowiednia strata i niższa szybkość absorpcji.
(3) Wpływ temperatury na szybkość absorpcji nawęglacza. W zasadzie im wyższa temperatura roztopionego żelaza, tym bardziej sprzyja absorpcji i rozpuszczaniu nawęglacza. Wręcz przeciwnie, nawęglacz jest trudny do rozpuszczenia i zmniejsza się szybkość wchłaniania nawęglacza. Jednakże, gdy temperatura roztopionego żelaza jest zbyt wysoka, chociaż jest bardziej prawdopodobne, że nawęglacz całkowicie się rozpuści, stopień strat węgla podczas spalania wzrośnie, co ostatecznie doprowadzi do zmniejszenia zawartości węgla i zmniejszenia całkowitego szybkość wchłaniania nawęglacza. Ogólnie rzecz biorąc, gdy temperatura stopionego żelaza wynosi od 1460 do 1550 ° C, skuteczność absorpcji nawęglacza jest najlepsza.
(4) Wpływ mieszania roztopionego żelaza na szybkość wchłaniania nawęglacza. Mieszanie jest korzystne dla rozpuszczania i dyfuzji węgla oraz pozwala uniknąć unoszenia się nawęglacza na powierzchni roztopionego żelaza i spalania. Zanim nawęglacz całkowicie się rozpuści, czas mieszania jest długi, a szybkość wchłaniania wysoka. Mieszanie może również skrócić czas utrzymywania karbonizacji, skrócić cykl produkcyjny i uniknąć spalania pierwiastków stopowych w roztopionym żelazie. Jeśli jednak czas mieszania jest zbyt długi, ma to nie tylko duży wpływ na żywotność pieca, ale także pogarsza utratę węgla w roztopionym żelazie po rozpuszczeniu nawęglacza. Dlatego też odpowiedni czas mieszania roztopionego żelaza powinien być odpowiedni, aby zapewnić całkowite rozpuszczenie nawęglacza.
(5) Wpływ składu chemicznego roztopionego żelaza na szybkość absorpcji nawęglacza. Gdy początkowa zawartość węgla w roztopionym żelazie jest wysoka, poniżej pewnej granicy rozpuszczalności, szybkość absorpcji nawęglania jest powolna, a ilość absorpcji jest mała , a straty podczas spalania są stosunkowo duże. Stopień absorpcji nawęglacza jest niski. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy początkowa zawartość węgla w roztopionym żelazie jest niska. Ponadto krzem i siarka w roztopionym żelazie utrudniają wchłanianie węgla i zmniejszają szybkość wchłaniania nawęglaczy; podczas gdy mangan pomaga w absorpcji węgla i poprawia szybkość absorpcji nawęglaczy. Pod względem stopnia wpływu największy wpływ ma krzem, następnie mangan, a mniejszy wpływ mają węgiel i siarka. Dlatego w rzeczywistym procesie produkcyjnym należy najpierw dodać mangan, następnie węgiel, a na końcu krzem.
Czas publikacji: 04 listopada 2022 r