I. Hoe hercarburatoren te classificeren
Carburatoren kunnen grofweg worden onderverdeeld in vier typen, afhankelijk van de grondstoffen.
1. Kunstmatig grafiet
De belangrijkste grondstof voor de productie van kunstmatig grafiet is gepoederde, hoogwaardige gecalcineerde petroleumcokes, waaraan asfalt als bindmiddel en een kleine hoeveelheid andere hulpstoffen zijn toegevoegd. Nadat de verschillende grondstoffen zijn gemengd, worden ze geperst en gevormd, en vervolgens in een niet-oxiderende atmosfeer bij 2500-3000 °C behandeld om ze te grafitiseren. Na de behandeling bij hoge temperatuur worden het as-, zwavel- en gasgehalte aanzienlijk verlaagd.
Vanwege de hoge prijs van kunstmatige grafietproducten worden de meeste kunstmatige grafiet-recarburators die doorgaans in gieterijen worden gebruikt, gemaakt van gerecyclede materialen zoals spanen, afvalelektroden en grafietblokken bij de productie van grafietelektroden om de productiekosten te verlagen.
Bij het smelten van nodulair gietijzer moet kunstmatig grafiet de eerste keuze zijn voor de hercarburator om de metallurgische kwaliteit van het gietijzer te verhogen.
2. Petroleumcokes
Petroleumcokes is een veelgebruikte herverkoler.
Petroleumcokes is een bijproduct dat ontstaat bij de raffinage van ruwe olie. Residuen en petroleumpek, verkregen door destillatie onder normale druk of onder verlaagde druk van ruwe olie, kunnen worden gebruikt als grondstof voor de productie van petroleumcokes. Na het vercooksen kan vervolgens groene petroleumcokes worden verkregen. De productie van groene petroleumcokes bedraagt ongeveer minder dan 5% van de hoeveelheid gebruikte ruwe olie. De jaarlijkse productie van ruwe petroleumcokes in de Verenigde Staten bedraagt ongeveer 30 miljoen ton. Het gehalte aan onzuiverheden in groene petroleumcokes is hoog, waardoor het niet direct kan worden gebruikt als recarburator en eerst moet worden gecalcineerd.
Ruwe petroleumcokes is verkrijgbaar in sponsachtige, naaldachtige, korrelige en vloeibare vorm.
Sponspetroleumcoke wordt bereid met behulp van een vertraagde cokesmethode. Vanwege het hoge zwavel- en metaalgehalte wordt het meestal gebruikt als brandstof tijdens het calcineren en kan het ook worden gebruikt als grondstof voor gecalcineerde petroleumcoke. De gecalcineerde sponscoke wordt voornamelijk gebruikt in de aluminiumindustrie en als recarburator.
Naaldcokes wordt bereid via een vertraagde cokesmethode met grondstoffen met een hoog gehalte aan aromatische koolwaterstoffen en een laag gehalte aan onzuiverheden. Deze cokes heeft een gemakkelijk te breken naaldachtige structuur, soms ook wel grafietcokes genoemd, en wordt na calcinatie voornamelijk gebruikt voor de productie van grafietelektroden.
Granulaire petroleumcokes bestaat uit harde korrels en wordt gemaakt van grondstoffen met een hoog gehalte aan zwavel en asfalteen door middel van een vertraagde cokesmethode. Ze wordt voornamelijk gebruikt als brandstof.
Gefluïdiseerde petroleumcokes wordt verkregen door continu vercooksen in een wervelbed.
Het calcineren van petroleumcokes dient om zwavel, vocht en vluchtige stoffen te verwijderen. Calcineren van groene petroleumcokes bij 1200-1350 °C kan het tot vrijwel zuivere koolstof maken.
De grootste gebruiker van gecalcineerde petroleumcokes is de aluminiumindustrie. 70% van de gecalcineerde petroleumcokes wordt gebruikt voor de productie van anoden die bauxiet reduceren. Ongeveer 6% van de in de Verenigde Staten geproduceerde gecalcineerde petroleumcokes wordt gebruikt voor gietijzeren recarburatoren.
3. Natuurlijk grafiet
Natuurlijk grafiet kan worden onderverdeeld in twee soorten: vlokkengrafiet en microkristallijn grafiet.
Microkristallijn grafiet heeft een hoog asgehalte en wordt over het algemeen niet gebruikt als herverkolingsmiddel voor gietijzer.
Er bestaan vele soorten lamelgrafiet: lamelgrafiet met een hoog koolstofgehalte moet chemisch worden gewonnen of tot hoge temperatuur worden verhit om de oxiden erin te ontbinden en te verdampen. Het asgehalte in grafiet is hoog, waardoor het niet geschikt is voor gebruik als recarburator; grafiet met een gemiddeld koolstofgehalte wordt voornamelijk gebruikt als recarburator, maar de hoeveelheid is beperkt.
4. Koolstofcola en antraciet
Bij de staalproductie in een elektrische vlamboogoven kan cokes of antraciet worden toegevoegd als herverkolingsmiddel tijdens het laden. Vanwege het hoge as- en vluchtige gehalte wordt het smelten van gietijzer in een inductieoven zelden gebruikt als herverkolingsmiddel.
Door de voortdurende verbetering van de milieueisen wordt er steeds meer aandacht besteed aan het verbruik van grondstoffen en blijven de prijzen van ruwijzer en cokes stijgen, wat resulteert in een stijging van de gietkosten. Steeds meer gieterijen beginnen elektrische ovens te gebruiken ter vervanging van traditioneel koepelsmelten. Begin 2011 heeft ook de werkplaats voor kleine en middelgrote onderdelen van onze fabriek het proces van het smelten met elektrische ovens overgenomen ter vervanging van het traditionele koepelsmeltproces. Het gebruik van een grote hoeveelheid schrootstaal bij het smelten met elektrische ovens kan niet alleen de kosten verlagen, maar ook de mechanische eigenschappen van gietstukken verbeteren. Het type recarburator en het carburatieproces spelen hierbij een belangrijke rol.
II. Hoe r te gebruikenecarburizer in inductieovensmelten
1. De belangrijkste soorten recarburizers
Er zijn veel materialen die gebruikt worden als herverkolingsmiddel voor gietijzer. Veelgebruikte materialen zijn kunstmatig grafiet, gecalcineerde petroleumcokes, natuurlijk grafiet, cokes, antraciet en mengsels van dergelijke materialen.
(1) Kunstmatig grafiet Van de verschillende hierboven genoemde recarburizers is kunstmatig grafiet de beste kwaliteit. De belangrijkste grondstof voor de vervaardiging van kunstmatig grafiet is gepoederde, hoogwaardige gecalcineerde petroleumcokes, waaraan asfalt als bindmiddel en een kleine hoeveelheid andere hulpstoffen zijn toegevoegd. Nadat de verschillende grondstoffen met elkaar zijn gemengd, worden ze geperst en gevormd en vervolgens behandeld in een niet-oxiderende atmosfeer bij 2500-3000 °C om ze te grafitiseren. Na behandeling bij hoge temperatuur worden het as-, zwavel- en gasgehalte sterk verlaagd. Als er geen petroleumcokes bij hoge temperatuur wordt gecalcineerd of bij een onvoldoende calcineringstemperatuur, zal de kwaliteit van de recarburizer ernstig worden beïnvloed. Daarom hangt de kwaliteit van de recarburizer voornamelijk af van de mate van grafitisering. Een goede recarburator bevat grafietkoolstof (massafractie). Het zwavelgehalte bedraagt 0,02% tot 0,05%, en het stikstofgehalte is (100 tot 200) × 10-6.
(2) Petroleumcokes is een veelgebruikte recarburator. Petroleumcokes is een bijproduct dat ontstaat bij het raffineren van ruwe olie. Residuen en petroleumpek, verkregen uit reguliere drukdestillatie of vacuümdestillatie van ruwe olie, kunnen worden gebruikt als grondstof voor de productie van petroleumcokes. Na cokesvorming kan ruwe petroleumcokes worden verkregen. Het gehalte is hoog en kan niet direct als recarburator worden gebruikt en moet eerst worden gecalcineerd.
(3) Natuurlijk grafiet kan worden onderverdeeld in twee soorten: lamelgrafiet en microkristallijn grafiet. Microkristallijn grafiet heeft een hoog asgehalte en wordt over het algemeen niet gebruikt als recarburator voor gietijzer. Er bestaan vele soorten lamelgrafiet: lamelgrafiet met een hoog koolstofgehalte moet chemisch worden gewonnen of tot hoge temperatuur worden verhit om de oxiden erin te ontbinden en te verdampen. Het asgehalte in grafiet is hoog en mag niet worden gebruikt als recarburator. Grafiet met een gemiddeld koolstofgehalte wordt voornamelijk gebruikt als recarburator, maar de hoeveelheid is niet groot.
(4) Koolcokes en antraciet. Tijdens het smelten in inductieovens kan cokes of antraciet worden toegevoegd als recarburator tijdens het vullen. Vanwege het hoge as- en vluchtige gehalte wordt gietijzer voor het smelten in inductieovens zelden gebruikt als recarburator. De prijs van deze recarburator is laag en hij behoort tot de laagwaardige recarburatoren.
2. Het principe van het opkolen van gesmolten ijzer
Bij het smeltproces van synthetisch gietijzer is het, vanwege de grote hoeveelheid schroot die wordt toegevoegd en het lage koolstofgehalte in het gesmolten ijzer, noodzakelijk om een carburator te gebruiken om het koolstofgehalte te verhogen. De koolstof die als element in de recarburator aanwezig is, heeft een smelttemperatuur van 3727 °C en kan niet smelten bij de temperatuur van het gesmolten ijzer. Daarom wordt de koolstof in de recarburator voornamelijk opgelost in het gesmolten ijzer via twee manieren: oplossen en diffusie. Wanneer het gehalte van de grafiet-recarburator in het gesmolten ijzer 2,1% bedraagt, kan grafiet direct in het gesmolten ijzer worden opgelost. Het directe oplossingsverschijnsel van niet-grafietcarbonisatie bestaat in principe niet, maar na verloop van tijd diffundeert en lost koolstof geleidelijk op in het gesmolten ijzer. Bij de recarburatie van gietijzer dat in een inductieoven is gesmolten, is de recarburatiesnelheid van kristallijn grafiet aanzienlijk hoger dan die van niet-grafiet-recarburatoren.
Experimenten tonen aan dat de oplosbaarheid van koolstof in gesmolten ijzer wordt gecontroleerd door de koolstofmassaoverdracht in de vloeibare grenslaag op het oppervlak van de vaste deeltjes. Een vergelijking van de resultaten verkregen met cokes- en steenkooldeeltjes met die verkregen met grafiet, toont aan dat de diffusie- en oplossnelheid van grafietrecarbonisers in gesmolten ijzer aanzienlijk sneller is dan die van cokes- en steenkooldeeltjes. De gedeeltelijk opgeloste cokes- en steenkooldeeltjesmonsters werden bekeken met een elektronenmicroscoop, waarbij een dunne, kleverige aslaag op het oppervlak van de monsters werd gevormd, wat de belangrijkste factor was die hun diffusie- en oplosprestaties in gesmolten ijzer beïnvloedde.
3. Factoren die het effect van de toename van koolstof beïnvloeden
(1) Invloed van de deeltjesgrootte van de recarburizer De absorptiesnelheid van de recarburizer hangt af van het gecombineerde effect van de oplos- en diffusiesnelheid van de recarburizer en de snelheid van oxidatieverlies. Over het algemeen zijn de deeltjes van de recarburizer klein, is de oplossnelheid snel en is de verliessnelheid groot; de carburizerdeeltjes zijn groot, de oplossnelheid is langzaam en de verliessnelheid is klein. De keuze van de deeltjesgrootte van de recarburizer is gerelateerd aan de diameter en capaciteit van de oven. Over het algemeen geldt dat wanneer de diameter en capaciteit van de oven groot zijn, de deeltjesgrootte van de recarburizer groter moet zijn; daarentegen moet de deeltjesgrootte van de recarburizer kleiner zijn.
(2) Invloed van de toegevoegde hoeveelheid recarburator. Onder omstandigheden van een bepaalde temperatuur en dezelfde chemische samenstelling is de verzadigde koolstofconcentratie in het gesmolten ijzer stabiel. Bij een bepaalde verzadigingsgraad geldt: hoe meer recarburator er wordt toegevoegd, hoe langer de tijd die nodig is voor oplossing en diffusie, hoe groter het bijbehorende verlies en hoe lager de absorptiesnelheid.
(3) Het effect van temperatuur op de absorptiesnelheid van de recarburizer In principe geldt: hoe hoger de temperatuur van het gesmolten ijzer, hoe gunstiger voor de absorptie en oplossing van de recarburizer. Integendeel, de recarburizer is moeilijk op te lossen en de absorptiesnelheid van de recarburizer neemt af. Wanneer de temperatuur van het gesmolten ijzer echter te hoog is, is de kans groter dat de recarburizer volledig oplost, maar de verbrandingsverliessnelheid van koolstof zal toenemen, wat uiteindelijk zal leiden tot een afname van het koolstofgehalte en een afname van de algehele absorptiesnelheid van de recarburizer. Over het algemeen is de absorptie-efficiëntie van de recarburizer het beste wanneer de temperatuur van het gesmolten ijzer tussen 1460 en 1550 °C ligt.
(4) Invloed van het roeren van gesmolten ijzer op de absorptiesnelheid van de recarburizer Roeren is gunstig voor het oplossen en diffunderen van koolstof en voorkomt dat de recarburizer op het oppervlak van gesmolten ijzer drijft en verbrandt. Voordat de recarburizer volledig is opgelost, is de roertijd lang en de absorptiesnelheid hoog. Roeren kan ook de carbonisatietijd verkorten, de productiecyclus verkorten en verbranding van legeringselementen in het gesmolten ijzer voorkomen. Als de roertijd echter te lang is, heeft dit niet alleen een grote invloed op de levensduur van de oven, maar verergert het ook het verlies van koolstof in het gesmolten ijzer nadat de recarburizer is opgelost. Daarom moet de juiste roertijd van gesmolten ijzer geschikt zijn om ervoor te zorgen dat de recarburizer volledig is opgelost.
(5) Invloed van de chemische samenstelling van gesmolten ijzer op de absorptiesnelheid van de recarburizer Wanneer het initiële koolstofgehalte in het gesmolten ijzer hoog is, onder een bepaalde oplosbaarheidsgrens, is de absorptiesnelheid van de recarburizer laag, is de absorptiehoeveelheid klein en is het verbrandingsverlies relatief groot. De absorptiesnelheid van de recarburizer is laag. Het tegenovergestelde is waar wanneer het initiële koolstofgehalte van het gesmolten ijzer laag is. Bovendien belemmeren silicium en zwavel in gesmolten ijzer de absorptie van koolstof en verminderen ze de absorptiesnelheid van recarburizers; terwijl mangaan helpt bij de absorptie van koolstof en de absorptiesnelheid van recarburizers verbetert. Qua mate van invloed is silicium het grootst, gevolgd door mangaan, en hebben koolstof en zwavel minder invloed. Daarom moet in het daadwerkelijke productieproces eerst mangaan worden toegevoegd, dan koolstof en dan silicium.
Plaatsingstijd: 4 november 2022