معرفة الصب - كيفية استخدام المكربن ​​​​في الصب لعمل مصبوبات جيدة؟

01. كيفية تصنيف أجهزة إعادة الكربنة

يمكن تقسيم الكربنات تقريبًا إلى أربعة أنواع وفقًا لموادها الخام.

1. الجرافيت الاصطناعي

المادة الخام الرئيسية لتصنيع الجرافيت الاصطناعي هي مسحوق فحم الكوك المكلس عالي الجودة، حيث يضاف الأسفلت كمواد رابطة، وتضاف كمية صغيرة من المواد المساعدة الأخرى. بعد خلط المواد الخام المختلفة معًا، يتم ضغطها وتشكيلها، ومن ثم معالجتها في جو غير مؤكسد عند درجة حرارة 2500-3000 درجة مئوية لجعلها جرافيتية. بعد المعالجة بدرجة حرارة عالية، يتم تقليل محتوى الرماد والكبريت والغاز بشكل كبير.

نظرًا لارتفاع أسعار منتجات الجرافيت الاصطناعي، فإن معظم أجهزة إعادة الكربنة الاصطناعية للجرافيت المستخدمة بشكل شائع في المسابك هي مواد معاد تدويرها مثل الرقائق وأقطاب النفايات وكتل الجرافيت عند تصنيع أقطاب الجرافيت لتقليل تكاليف الإنتاج.

عند صهر الحديد المرن، من أجل جعل الجودة المعدنية للحديد الزهر عالية، يجب أن يكون الجرافيت الاصطناعي هو الخيار الأول لإعادة الكربنة.

2. فحم الكوك البترولي

فحم الكوك البترولي هو عبارة عن أداة إعادة كربنة مستخدمة على نطاق واسع.

فحم الكوك هو منتج ثانوي يتم الحصول عليه عن طريق تكرير النفط الخام. ويمكن استخدام المخلفات والزرات البترولية التي يتم الحصول عليها عن طريق التقطير تحت الضغط العادي أو تحت ضغط مخفض من النفط الخام كمواد خام لتصنيع فحم الكوك البترولي، ومن ثم يمكن الحصول على فحم الكوك البترولي الأخضر بعد فحم الكوك. ويبلغ إنتاج فحم الكوك الأخضر أقل من 5% تقريبًا من كمية النفط الخام المستخدمة. ويبلغ الإنتاج السنوي من فحم الكوك النفطي الخام في الولايات المتحدة حوالي 30 مليون طن. محتوى الشوائب في فحم الكوك البترولي الأخضر مرتفع، لذلك لا يمكن استخدامه مباشرة كمعيد كربنة، ويجب تكليسه أولاً.

يتوفر فحم الكوك البترولي الخام في أشكال تشبه الإسفنج، تشبه الإبرة، وحبيبية وسائلة.

يتم تحضير فحم الكوك البترولي الإسفنجي بطريقة التكويك المؤجل. بسبب محتواه العالي من الكبريت والمعادن، فإنه عادة ما يستخدم كوقود أثناء التكليس، ويمكن استخدامه أيضًا كمادة خام لفحم الكوك البترولي المكلس. يتم استخدام فحم الكوك الإسفنجي المكلس بشكل رئيسي في صناعة الألومنيوم وكمعيد الكربنة.

يتم تحضير فحم الكوك البترولي الإبري بطريقة التكويك المؤجل بمواد خام ذات محتوى عالي من الهيدروكربونات العطرية ومحتوى منخفض من الشوائب. يحتوي فحم الكوك هذا على بنية تشبه الإبرة سهلة الكسر، تسمى أحيانًا فحم الكوك الجرافيت، ويستخدم بشكل أساسي في صنع أقطاب الجرافيت بعد التكليس.

يكون فحم الكوك البترولي الحبيبي على شكل حبيبات صلبة ويتم تصنيعه من مواد خام تحتوي على نسبة عالية من الكبريت والأسفلتين بطريقة التكويك المؤجل، ويستخدم بشكل أساسي كوقود.

يتم الحصول على فحم الكوك البترولي المميع عن طريق التكويك المستمر في طبقة مميعة.

يهدف تكليس فحم الكوك إلى إزالة الكبريت والرطوبة والمواد المتطايرة. إن تكليس فحم الكوك البترولي الأخضر عند درجة حرارة 1200-1350 درجة مئوية يمكن أن يجعله كربونًا نقيًا إلى حد كبير.

أكبر مستخدم لفحم الكوك البترولي المكلس هي صناعة الألومنيوم، حيث يستخدم 70٪ منها في صناعة الأنودات التي تقلل البوكسيت. يتم استخدام حوالي 6% من فحم الكوك المكلس المنتج في الولايات المتحدة في عمليات إعادة الكربنة المصنوعة من الحديد الزهر.

3. الجرافيت الطبيعي

يمكن تقسيم الجرافيت الطبيعي إلى نوعين: الجرافيت الرقيق والجرافيت البلوري الدقيق.

يحتوي الجرافيت البلوري الدقيق على نسبة عالية من الرماد ولا يستخدم بشكل عام كمكربن ​​للحديد الزهر.

هناك العديد من أنواع رقائق الجرافيت: يجب استخلاص رقائق الجرافيت عالية الكربون بالطرق الكيميائية، أو تسخينها إلى درجة حرارة عالية لتحلل وتطاير الأكاسيد الموجودة فيها. محتوى الرماد في الجرافيت مرتفع، لذا فهو غير مناسب لاستخدامه كمعيد كربنة؛ يستخدم الجرافيت الكربوني المتوسط ​​بشكل أساسي كمعيد الكربنة، لكن الكمية ليست كبيرة.

4. فحم الكوك والأنثراسايت

في عملية صناعة الفولاذ بفرن القوس الكهربائي، يمكن إضافة فحم الكوك أو الأنثراسايت كمواد إعادة كربنة عند الشحن. نظرًا لارتفاع رمادها ومحتواها المتطاير، نادرًا ما يتم استخدام الحديد الزهر في فرن الحث كمواد إعادة كربنة.

مع التحسين المستمر لمتطلبات حماية البيئة، يتم إيلاء المزيد من الاهتمام لاستهلاك الموارد، وتستمر أسعار الحديد الخام وفحم الكوك في الارتفاع، مما يؤدي إلى زيادة في تكلفة المسبوكات. بدأت المزيد والمزيد من المسابك في استخدام الأفران الكهربائية لتحل محل ذوبان القبة التقليدي. في بداية عام 2011، اعتمدت ورشة الأجزاء الصغيرة والمتوسطة في مصنعنا أيضًا عملية صهر الفرن الكهربائي لتحل محل عملية صهر القبة التقليدية. إن استخدام كمية كبيرة من الفولاذ الخردة في صهر الأفران الكهربائية لا يمكن أن يقلل التكاليف فحسب، بل يحسن أيضًا الخواص الميكانيكية للمسبوكات، ولكن نوع إعادة الكربنة المستخدم وعملية الكربنة يلعبان دورًا رئيسيًا.

02. كيفية استخدام إعادة الكربنة في صهر فرن الحث

1 الأنواع الرئيسية من recarburizers

هناك العديد من المواد المستخدمة كمعادن كربنة من الحديد الزهر، ومن الشائع استخدامها الجرافيت الاصطناعي، وفحم الكوك المكلس، والجرافيت الطبيعي، وفحم الكوك، والأنثراسايت، والمخاليط المصنوعة من هذه المواد.

(1) الجرافيت الاصطناعي من بين مختلف أجهزة إعادة الكربنة المذكورة أعلاه، فإن أفضل نوعية هي الجرافيت الاصطناعي. المادة الخام الرئيسية لتصنيع الجرافيت الاصطناعي هي مسحوق فحم الكوك المكلس عالي الجودة، حيث يضاف الأسفلت كمواد رابطة، وتضاف كمية صغيرة من المواد المساعدة الأخرى. بعد خلط المواد الخام المختلفة معًا، يتم ضغطها وتشكيلها، ومن ثم معالجتها في جو غير مؤكسد عند درجة حرارة 2500-3000 درجة مئوية لجعلها جرافيتية. بعد المعالجة بدرجة حرارة عالية، يتم تقليل محتوى الرماد والكبريت والغاز بشكل كبير. إذا لم يكن هناك فحم الكوك المكلس عند درجة حرارة عالية أو مع درجة حرارة تكليس غير كافية، فسوف تتأثر جودة جهاز إعادة الكربنة بشكل خطير. لذلك، فإن جودة إعادة الكربنة تعتمد بشكل أساسي على درجة الجرافيت. يحتوي جهاز إعادة الكربنة الجيد على الكربون الجرافيتي (الجزء الكتلي) بنسبة 95% إلى 98%، ومحتوى الكبريت من 0.02% إلى 0.05%، ومحتوى النيتروجين (100 إلى 200) × 10-6.

(2) فحم الكوك البترولي عبارة عن أداة إعادة كربنة مستخدمة على نطاق واسع. فحم الكوك هو منتج ثانوي يتم الحصول عليه من تكرير النفط الخام. يمكن استخدام المخلفات والزرات البترولية التي يتم الحصول عليها من التقطير بالضغط العادي أو التقطير الفراغي للزيت الخام كمواد خام لتصنيع فحم الكوك البترولي. بعد فحم الكوك، يمكن الحصول على فحم الكوك البترولي الخام. المحتوى مرتفع ولا يمكن استخدامه مباشرة كمعيد الكربنة، ويجب تكلسه أولاً.

(3) يمكن تقسيم الجرافيت الطبيعي إلى نوعين: الجرافيت الرقيق والجرافيت البلوري الدقيق. يحتوي الجرافيت البلوري الدقيق على نسبة عالية من الرماد ولا يستخدم بشكل عام كمكربن ​​للحديد الزهر. هناك العديد من أنواع رقائق الجرافيت: يجب استخلاص رقائق الجرافيت عالية الكربون بالطرق الكيميائية، أو تسخينها إلى درجة حرارة عالية لتحلل وتطاير الأكاسيد الموجودة فيها. محتوى الرماد في الجرافيت مرتفع ولا ينبغي استخدامه كمكربن. يستخدم الجرافيت الكربوني المتوسط ​​بشكل أساسي كمعيد كربنة، لكن الكمية ليست كبيرة.

(4) فحم الكوك والأنثراسايت في عملية صهر الفرن التعريفي، يمكن إضافة فحم الكوك أو الأنثراسايت كمواد إعادة كربنة عند الشحن. نظرًا لارتفاع رمادها ومحتواها المتطاير، نادرًا ما يتم استخدام الحديد الزهر في فرن الحث كمواد إعادة كربنة. ، سعر جهاز إعادة الكربنة هذا منخفض، وهو ينتمي إلى آلة إعادة الكربنة منخفضة الجودة.

2. مبدأ كربنة الحديد المنصهر

في عملية صهر الحديد الزهر الاصطناعي، نظرًا للكمية الكبيرة من الخردة المضافة وانخفاض محتوى C في الحديد المنصهر، يجب استخدام الكربنة لزيادة الكربون. الكربون الموجود على شكل عنصر في إعادة الكربنة له درجة حرارة انصهار تبلغ 3727 درجة مئوية ولا يمكن صهره عند درجة حرارة الحديد المنصهر. لذلك، يذوب الكربون الموجود في إعادة الكربنة بشكل أساسي في الحديد المنصهر بطريقتين: الذوبان والانتشار. عندما يكون محتوى إعادة الكربنة الجرافيت في الحديد المنصهر 2.1%، يمكن إذابة الجرافيت مباشرة في الحديد المنصهر. لا توجد في الأساس ظاهرة الحل المباشر المتمثلة في الكربنة غير الجرافيتية، ولكن مع مرور الوقت، ينتشر الكربون تدريجيًا ويذوب في الحديد المنصهر. بالنسبة لإعادة الكربنة للحديد الزهر المصهور بواسطة فرن الحث، فإن معدل إعادة الكربنة لإعادة الكربنة للجرافيت البلوري أعلى بكثير من معدل إعادة الكربنة غير الجرافيت.

تظهر التجارب أن انحلال الكربون في الحديد المنصهر يتم التحكم فيه عن طريق نقل كتلة الكربون في الطبقة الحدودية السائلة على سطح الجزيئات الصلبة. وبمقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع فحم الكوك وجزيئات الفحم مع النتائج التي تم الحصول عليها مع الجرافيت، وجد أن معدل انتشار وحل إعادة الكربنة الجرافيت في الحديد المنصهر أسرع بكثير من فحم الكوك وجزيئات الفحم. تمت ملاحظة عينات فحم الكوك وجزيئات الفحم الذائبة جزئيا بواسطة المجهر الإلكتروني، وتبين أن طبقة رماد رقيقة لزجة تكونت على سطح العينات، وهو العامل الرئيسي الذي يؤثر على أداء انتشارها وذوبانها في الحديد المنصهر.

3. العوامل المؤثرة على تأثير زيادة الكربون

(1) تأثير حجم جسيمات إعادة الكربنة يعتمد معدل امتصاص إعادة الكربنة على التأثير المشترك لمعدل الذوبان والانتشار في إعادة الكربنة ومعدل فقدان الأكسدة. بشكل عام، جزيئات إعادة الكربنة صغيرة، وسرعة الذوبان سريعة، وسرعة الخسارة كبيرة؛ جزيئات الكربنة كبيرة، وسرعة الذوبان بطيئة، وسرعة الخسارة صغيرة. يرتبط اختيار حجم جسيمات إعادة الكربنة بقطر الفرن وقدرته. بشكل عام، عندما يكون قطر الفرن وقدرته كبيرًا، يجب أن يكون حجم جسيمات إعادة الكربنة أكبر؛ على العكس من ذلك، يجب أن يكون حجم جسيمات إعادة الكربنة أصغر.

(2) تأثير كمية إعادة الكربنة المضافة في ظل ظروف درجة حرارة معينة ونفس التركيب الكيميائي، يكون التركيز المشبع للكربون في الحديد المنصهر مؤكدًا. تحت درجة معينة من التشبع، كلما زادت كمية إعادة الكربنة المضافة، كلما زاد الوقت اللازم للذوبان والانتشار، زادت الخسارة المقابلة، وانخفض معدل الامتصاص.

(3) تأثير درجة الحرارة على معدل امتصاص إعادة الكربنة من حيث المبدأ، كلما ارتفعت درجة حرارة الحديد المنصهر، كلما كان ذلك أكثر ملاءمة لامتصاص وحل إعادة الكربنة. على العكس من ذلك، يصعب إذابة مادة إعادة الكربنة، وينخفض ​​معدل امتصاص مادة إعادة الكربنة. ومع ذلك، عندما تكون درجة حرارة الحديد المنصهر مرتفعة جدًا، على الرغم من أنه من المرجح أن يذوب جهاز إعادة الكربنة بالكامل، فإن معدل حرق الكربون سيزيد، مما سيؤدي في النهاية إلى انخفاض في محتوى الكربون وانخفاض في إجمالي الكربون. معدل امتصاص recarburizer. بشكل عام، عندما تتراوح درجة حرارة الحديد المنصهر بين 1460 و1550 درجة مئوية، تكون كفاءة الامتصاص لجهاز إعادة الكربنة هي الأفضل.

(4) تأثير تقليب الحديد المنصهر على معدل امتصاص إعادة الكربنة التحريك مفيد في إذابة وانتشار الكربون، ويتجنب طفو إعادة الكربنة على سطح الحديد المنصهر وحرقها. قبل أن يذوب جهاز إعادة الكربنة تمامًا، يكون وقت التحريك طويلًا ويكون معدل الامتصاص مرتفعًا. يمكن أن يؤدي التقليب أيضًا إلى تقليل وقت احتجاز الكربنة، وتقصير دورة الإنتاج، وتجنب حرق عناصر السبائك في الحديد المنصهر. ومع ذلك، إذا كان وقت التحريك طويل جدًا، فلن يكون له تأثير كبير على عمر خدمة الفرن فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تفاقم فقدان الكربون في الحديد المنصهر بعد إذابة جهاز إعادة الكربنة. لذلك، يجب أن يكون وقت التحريك المناسب للحديد المنصهر مناسبًا لضمان إذابة جهاز إعادة الكربنة تمامًا.

(5) تأثير التركيب الكيميائي للحديد المنصهر على معدل امتصاص إعادة الكربنة عندما يكون محتوى الكربون الأولي في الحديد المنصهر مرتفعًا، تحت حد معين من الذوبان، يكون معدل امتصاص إعادة الكربنة بطيئًا، وتكون كمية الامتصاص صغيرة ، وخسارة الحرق كبيرة نسبيًا. معدل امتصاص ريكربوريزر منخفض. والعكس صحيح عندما يكون محتوى الكربون الأولي للحديد المنصهر منخفضًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن السيليكون والكبريت الموجود في الحديد المنصهر يعيق امتصاص الكربون ويقلل من معدل امتصاص إعادة الكربنة؛ بينما يساعد المنغنيز على امتصاص الكربون وتحسين معدل امتصاص إعادة الكربنة. ومن حيث درجة التأثير فإن السيليكون هو الأكبر يليه المنجنيز، والكربون والكبريت لهما تأثير أقل. ولذلك، في عملية الإنتاج الفعلية، ينبغي إضافة المنغنيز أولا، ثم الكربون، ومن ثم السيليكون.

4. تأثير المكربنات المختلفة على خواص حديد الزهر

(1) ظروف الاختبار تم استخدام اثنين من أفران الحث بدون قلب بتردد متوسط ​​5 طن للصهر، مع طاقة قصوى تبلغ 3000 كيلو وات وتردد 500 هرتز. وفقًا لقائمة الدفعات اليومية لورشة العمل (50% مادة مرتجعة، 20% حديد خام، 30% خردة)، استخدم أداة إعادة كربنة مكلسة منخفضة النيتروجين وأداة إعادة كربنة من نوع الجرافيت لصهر فرن الحديد المنصهر على التوالي، وفقًا لـ متطلبات العملية بعد ضبط التركيب الكيميائي، قم بصب غطاء المحمل الرئيسي للأسطوانة على التوالي.

عملية الإنتاج: تتم إضافة مادة إعادة الكربنة إلى الفرن الكهربائي على دفعات أثناء عملية التغذية للصهر، ويتم إضافة 0.4% من الملقح الأولي (ملقح باريوم السيليكون) في عملية التنصت، و0.1% من ملقح التدفق الثانوي (ملقح باريوم السيليكون). استخدم خط التصميم DISA2013.

(2) الخواص الميكانيكية من أجل التحقق من تأثير اثنين من أجهزة إعادة الكربنة المختلفة على خصائص الحديد الزهر، ولتجنب تأثير تركيبة الحديد المنصهر على النتائج، تم تعديل تركيبة الحديد المنصهر المصهور بواسطة أجهزة إعادة الكربنة المختلفة لتكون نفسها بشكل أساسي . من أجل التحقق بشكل كامل من النتائج، في عملية الاختبار، بالإضافة إلى مجموعتين من قضبان الاختبار بقطر 30 مم تم صبها في فرني الحديد المنصهر، تم أيضًا اختيار 12 قطعة من المسبوكات المصبوبة في كل حديد منصهر بشكل عشوائي لاختبار صلابة برينل (6 قطع/صندوق، اختبار صندوقين).

في حالة نفس التركيب تقريبًا، تكون قوة قضبان الاختبار التي يتم إنتاجها باستخدام جهاز إعادة الكربنة من النوع الجرافيت أعلى بكثير من قوة قضبان الاختبار المصبوبة باستخدام جهاز إعادة الكربنة من النوع المكلس، وأداء المعالجة للمسبوكات التي يتم إنتاجها بواسطة من الواضح أن جهاز إعادة الكربنة من نوع الجرافيت أفضل من ذلك الذي يتم إنتاجه باستخدام جهاز إعادة الكربنة من نوع الجرافيت. المسبوكات التي يتم إنتاجها بواسطة أجهزة إعادة الكربنة المكلسة (عندما تكون صلابة المسبوكات عالية جدًا، ستظهر حافة المسبوكات ظاهرة سكين القفز أثناء المعالجة).

(3) أشكال الجرافيت للعينات التي تستخدم جهاز إعادة الكربنة من نوع الجرافيت كلها من الجرافيت من النوع A، وعدد الجرافيت أكبر والحجم أصغر.

يتم استخلاص الاستنتاجات التالية من نتائج الاختبار المذكورة أعلاه: لا يمكن لجهاز إعادة الكربنة عالي الجودة من نوع الجرافيت تحسين الخواص الميكانيكية للمسبوكات فحسب، بل تحسين الهيكل المعدني، ولكن أيضًا تحسين أداء معالجة المسبوكات.

03. الخاتمة

(1) العوامل التي تؤثر على معدل امتصاص إعادة الكربنة هي حجم جسيمات إعادة الكربنة، وكمية إعادة الكربنة المضافة، ودرجة حرارة إعادة الكربنة، ووقت التحريك للحديد المنصهر والتركيب الكيميائي للحديد المنصهر.

(2) لا يمكن لجهاز إعادة الكربنة عالي الجودة من نوع الجرافيت تحسين الخواص الميكانيكية للمسبوكات فحسب، بل تحسين الهيكل المعدني، ولكن أيضًا تحسين أداء معالجة المسبوكات. ولذلك، عند إنتاج المنتجات الرئيسية مثل كتل الأسطوانات ورؤوس الأسطوانات في عملية الصهر في الفرن التعريفي، فمن المستحسن استخدام أجهزة إعادة الكربنة من نوع الجرافيت عالية الجودة.