I. Hoe hercarburisatiemachines te classificeren
Carburatiemachines kunnen grofweg in vier typen worden verdeeld op basis van hun grondstoffen.
1. Kunstmatig grafiet
De belangrijkste grondstof voor de productie van kunstmatig grafiet is hoogwaardig gecalcineerd petroleumcokespoeder, waaraan asfalt als bindmiddel en een kleine hoeveelheid andere hulpstoffen worden toegevoegd. Nadat de verschillende grondstoffen zijn gemengd, worden ze geperst en gevormd, waarna ze in een niet-oxiderende atmosfeer bij 2500-3000 °C worden behandeld om ze te grafitiseren. Na deze behandeling bij hoge temperatuur worden het as-, zwavel- en gasgehalte sterk verlaagd.
Vanwege de hoge prijs van kunstmatig grafiet worden de meeste kunstmatig grafietrecarburatie-installaties die in gieterijen worden gebruikt, gemaakt van gerecyclede materialen zoals spanen, afvalelektroden en grafietblokken die bij de productie van grafietelektroden vrijkomen, om de productiekosten te verlagen.
Bij het smelten van nodulair gietijzer is kunstgrafiet de aangewezen recarburator om de metallurgische kwaliteit van het gietijzer te verhogen.
2. Petroleumcokes
Petroleumcokes wordt veel gebruikt als recarburatiemiddel.
Petroleumcokes is een bijproduct van de raffinage van ruwe olie. Residuen en petroleumpekken die ontstaan door destillatie van ruwe olie onder normale of verlaagde druk, kunnen worden gebruikt als grondstoffen voor de productie van petroleumcokes. Na het coken wordt groene petroleumcokes 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. Groene petroleumcokes bevat een hoog gehalte aan onzuiverheden, waardoor het niet direct geschikt is als recarburizer en eerst gecalcineerd moet worden.
Ruwe petroleumcokes is verkrijgbaar in sponsachtige, naaldvormige, korrelige en vloeibare vormen.
Sponsachtige petroleumcokes worden geproduceerd via de vertraagde cokesmethode. Vanwege het hoge zwavel- en metaalgehalte wordt het meestal gebruikt als brandstof tijdens het calcineren en kan het ook dienen als grondstof voor gecalcineerde petroleumcokes. De gecalcineerde sponsachtige cokes worden voornamelijk gebruikt in de aluminiumindustrie en als recarburisatiemiddel.
Naaldvormige petroleumcokes worden bereid via de vertraagde cokesmethode met grondstoffen die een hoog gehalte aan aromatische koolwaterstoffen en een laag gehalte aan onzuiverheden bevatten. Deze cokes heeft een gemakkelijk breekbare naaldvormige structuur, wordt soms grafietcokes genoemd en wordt na calcinatie voornamelijk gebruikt voor de productie van grafietelektroden.
Korrelige petroleumcokes bestaat uit harde korrels en wordt gemaakt van grondstoffen met een hoog zwavel- en asfalteengehalte door middel van een vertraagd cokesproces. Het wordt hoofdzakelijk gebruikt als brandstof.
Gefluidiseerde petroleumcokes worden verkregen door continu coken in een wervelbed.
Het calcineren van petroleumcokes dient om zwavel, vocht en vluchtige stoffen te verwijderen. Door groene petroleumcokes te calcineren bij 1200-1350 °C kan het materiaal nagenoeg zuivere koolstof worden.
De grootste afnemer van gecalcineerde petroleumcokes is de aluminiumindustrie, waarvan 70% wordt gebruikt voor de productie van anodes die bauxiet reduceren. Ongeveer 6% van de in de Verenigde Staten geproduceerde gecalcineerde petroleumcokes wordt gebruikt voor het opnieuw carboniseren van gietijzer.
3. Natuurlijk grafiet
Natuurlijk grafiet kan worden onderverdeeld in twee typen: vlokgrafiet en microkristallijn grafiet.
Microkristallijn grafiet heeft een hoog asgehalte en wordt over het algemeen niet gebruikt als herverharder voor gietijzer.
Er bestaan veel soorten vlokgrafiet: vlokgrafiet met een hoog koolstofgehalte moet chemisch worden gewonnen of tot een hoge temperatuur worden verhit om de oxiden erin te ontbinden en te vervluchtigen. Het asgehalte in grafiet is hoog, waardoor het niet geschikt is als recarburatiemiddel; grafiet met een gemiddeld koolstofgehalte wordt voornamelijk gebruikt als recarburatiemiddel, maar in kleinere hoeveelheden.
4. Koolstofcokes en antraciet
Bij de productie van staal in een elektrische vlamboogoven kan cokes of antraciet als hercarburisatiemiddel worden toegevoegd tijdens het laden. Vanwege het hoge as- en vluchtige gehalte wordt cokes of antraciet zelden als hercarburisatiemiddel gebruikt bij de productie van gietijzer in een inductieoven.
Door de steeds strengere milieueisen wordt er steeds meer aandacht besteed aan het grondstoffenverbruik. De prijzen van ruw ijzer en cokes blijven stijgen, wat leidt tot hogere productiekosten. Steeds meer gieterijen stappen over op elektrische ovens ter vervanging van de traditionele koepelovens. Begin 2011 heeft ook de werkplaats voor kleine en middelgrote onderdelen van onze fabriek het elektrische ovenproces ingevoerd ter vervanging van de traditionele koepelovens. Het gebruik van grote hoeveelheden schrootstaal in elektrische ovens kan niet alleen de kosten verlagen, maar ook de mechanische eigenschappen van de gietstukken verbeteren. Het type recarburisatiemiddel en het carburisatieproces spelen hierbij echter een cruciale rol.
II. Hoe gebruik je R?ecarburizer bij het smelten in een inductieoven
1. De belangrijkste typen recarburatiemachines
Er worden veel materialen gebruikt als recarburatiemiddel voor gietijzer; veelgebruikte materialen zijn kunstgrafiet, gecalcineerde petroleumcokes, natuurlijk grafiet, cokes, antraciet en mengsels van dergelijke materialen.
(1) Kunstmatig grafiet Van de verschillende hierboven genoemde recarburatiemiddelen is kunstmatig grafiet van de beste kwaliteit. De belangrijkste grondstof voor de productie van kunstmatig grafiet is hoogwaardig gecalcineerd petroleumcokespoeder, waaraan asfalt als bindmiddel en een kleine hoeveelheid andere hulpstoffen worden toegevoegd. Nadat de verschillende grondstoffen zijn gemengd, worden ze geperst en gevormd, en vervolgens behandeld in een niet-oxiderende atmosfeer bij 2500-3000 °C om ze te grafitiseren. Na deze behandeling bij hoge temperatuur worden het as-, zwavel- en gasgehalte sterk verlaagd. Als er geen petroleumcokes bij hoge temperatuur gecalcineerd zijn of als de calcineertemperatuur onvoldoende is, zal de kwaliteit van het recarburatiemiddel ernstig worden beïnvloed. De kwaliteit van het recarburatiemiddel hangt daarom voornamelijk af van de mate van grafitisatie. Een goede recarburateur bevat grafietkoolstof (massafractie) van 95% tot 98%, het zwavelgehalte is 0,02% tot 0,05% en het stikstofgehalte is (100 tot 200) × 10-6.
(2) Petroleumcokes is een veelgebruikt middel voor het opnieuw carburiseren. Petroleumcokes is een bijproduct van de raffinage van ruwe olie. Residuen en petroleumpekken die ontstaan bij de reguliere drukdestillatie of vacuümdestillatie van ruwe olie kunnen als grondstoffen worden gebruikt voor de productie van petroleumcokes. Na het cokesproces wordt ruwe petroleumcokes verkregen. Het gehalte is hoog en kan niet direct als middel voor het opnieuw carburiseren worden gebruikt; het moet eerst worden gecalcineerd.
(3) Natuurlijk grafiet kan worden onderverdeeld in twee typen: vlokgrafiet en microkristallijn grafiet. Microkristallijn grafiet heeft een hoog asgehalte en wordt over het algemeen niet gebruikt als recarburatiemiddel voor gietijzer. Er bestaan veel soorten vlokgrafiet: vlokgrafiet met een hoog koolstofgehalte moet worden gewonnen door middel van chemische methoden, of tot een hoge temperatuur worden verhit om de oxiden erin te ontbinden en te vervluchtigen. Het asgehalte in dit grafiet is hoog en het mag niet als recarburatiemiddel worden gebruikt. Grafiet met een gemiddeld koolstofgehalte wordt voornamelijk als recarburatiemiddel gebruikt, maar in beperkte hoeveelheden.
(4) Koolstofcokes en antraciet. Bij het inductieovensmelten kunnen cokes of antraciet als hercarburisatiemiddel worden toegevoegd tijdens het laden. Vanwege het hoge as- en vluchtige gehalte wordt dit hercarburisatiemiddel zelden gebruikt bij het inductieovensmelten van gietijzer. De prijs van dit hercarburisatiemiddel is laag en het behoort tot de laagwaardige hercarburisatiemiddelen.
2. Het principe van de carburisatie van gesmolten ijzer
Bij het smeltproces van synthetisch gietijzer moet, vanwege de grote hoeveelheid toegevoegd schroot en het lage koolstofgehalte in het gesmolten ijzer, een carburatiemiddel worden gebruikt om het koolstofgehalte te verhogen. De koolstof in de carburatiemiddel heeft een smeltpunt van 3727 °C en kan niet smelten bij de temperatuur van het gesmolten ijzer. Daarom lost de koolstof in de carburatiemiddel voornamelijk op in het gesmolten ijzer via twee mechanismen: oplossen en diffusie. Wanneer het gehalte aan grafiet in het carburatiemiddel 2,1% bedraagt, kan grafiet direct oplossen in het gesmolten ijzer. Dit directe oplossen bij niet-grafietcarburatie treedt in principe niet op, maar na verloop van tijd diffundeert en lost de koolstof geleidelijk op in het gesmolten ijzer. Bij de carburatie van gietijzer gesmolten in een inductieoven is de carburatiesnelheid met kristallijn grafiet aanzienlijk hoger dan met niet-grafietcarburatiemiddelen.
Experimenten tonen aan dat de oplossing van koolstof in gesmolten ijzer wordt bepaald door de koolstofmassaoverdracht in de vloeibare grenslaag aan het oppervlak van de vaste deeltjes. Door de resultaten verkregen met cokes- en kooldeeltjes te vergelijken met de resultaten verkregen met grafiet, blijkt dat de diffusie- en oplossnelheid van grafietrecarburatiemiddelen in gesmolten ijzer aanzienlijk hoger is dan die van cokes- en kooldeeltjes. De gedeeltelijk opgeloste cokes- en kooldeeltjes werden onderzocht met een elektronenmicroscoop, waarbij een dunne, kleverige aslaag op het oppervlak van de monsters werd aangetroffen. Deze laag bleek de belangrijkste factor te zijn die hun diffusie- en oplosprestaties in gesmolten ijzer beïnvloedde.
3. Factoren die het effect van de koolstoftoename beïnvloeden
(1) Invloed van de deeltjesgrootte van de recarburator De absorptiesnelheid van de recarburator hangt af van het gecombineerde effect van de oplos- en diffusiesnelheid van de recarburator en de snelheid van oxidatieverlies. Over het algemeen geldt dat hoe kleiner de deeltjes van de recarburator, hoe sneller de oplossnelheid en hoe groter het verlies; hoe groter de deeltjes van de recarburator, hoe langzamer de oplossnelheid en hoe kleiner het verlies. De keuze van de deeltjesgrootte van de recarburator hangt samen met de diameter en het volume van de oven. Over het algemeen geldt dat wanneer de diameter en het volume van de oven groot zijn, de deeltjesgrootte van de recarburator groter moet zijn; omgekeerd moet de deeltjesgrootte van de recarburator kleiner zijn.
(2) Invloed van de hoeveelheid toegevoegde recarburator Onder de omstandigheden van een bepaalde temperatuur en dezelfde chemische samenstelling is de verzadigingsconcentratie van koolstof in het gesmolten ijzer vast. Bij een bepaalde mate van verzadiging geldt dat hoe meer recarburator wordt toegevoegd, hoe langer de tijd duurt die nodig is voor oplossen en diffusie, hoe groter het overeenkomstige verlies en hoe lager de absorptiesnelheid.
(3) Het effect van temperatuur op de absorptiesnelheid van de recarburizer. In principe geldt dat hoe hoger de temperatuur van het gesmolten ijzer, hoe gunstiger de absorptie en oplossing van de recarburizer is. Omgekeerd lost de recarburizer moeilijker op en neemt de absorptiesnelheid af. Wanneer de temperatuur van het gesmolten ijzer echter te hoog is, zal de recarburizer weliswaar eerder volledig oplossen, maar zal het verbrandingsverlies van koolstof 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 bevordert de oplossing en diffusie van koolstof en voorkomt dat de recarburizer op het oppervlak van het gesmolten ijzer blijft drijven en verbrandt. Voordat de recarburizer volledig is opgelost, is een lange roertijd nodig en is de absorptiesnelheid hoog. Roeren kan ook de carbonisatietijd verkorten, de productiecyclus verkorten en verbranding van legeringselementen in het gesmolten ijzer voorkomen. Een te lange roertijd heeft echter niet alleen een grote invloed op de levensduur van de oven, maar verergert ook het koolstofverlies in het gesmolten ijzer nadat de recarburizer is opgelost. Daarom moet de juiste roertijd van het gesmolten ijzer worden gekozen om ervoor te zorgen dat de recarburizer volledig oplost.
(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, is de absorptiesnelheid van de recarburizer onder een bepaalde oplosbaarheidsgrens laag, is de absorptiehoeveelheid klein en is het verbrandingsverlies relatief groot. De absorptiesnelheid van de recarburizer is laag. Het tegenovergestelde geldt wanneer het initiële koolstofgehalte van het gesmolten ijzer laag is. Bovendien remmen silicium en zwavel in gesmolten ijzer de absorptie van koolstof en verlagen ze de absorptiesnelheid van de recarburizer; terwijl mangaan de absorptie van koolstof bevordert en de absorptiesnelheid van de recarburizer verbetert. Qua invloed is silicium het sterkst, gevolgd door mangaan, terwijl koolstof en zwavel een kleinere invloed hebben. Daarom moet in het daadwerkelijke productieproces eerst mangaan worden toegevoegd, dan koolstof en vervolgens silicium.
Geplaatst op: 4 november 2022