I. Cómo clasificar los recarburadores
Los carburadores se pueden dividir aproximadamente en cuatro tipos según sus materias primas.
1. Grafito artificial
La principal materia prima para la fabricación de grafito artificial es coque de petróleo calcinado en polvo de alta calidad, al que se añade asfalto como aglutinante y una pequeña cantidad de otros materiales auxiliares. Tras mezclar las diversas materias primas, se prensan y moldean, y posteriormente se tratan en una atmósfera no oxidante a 2500-3000 °C para grafitizarlas. Tras el tratamiento a alta temperatura, el contenido de cenizas, azufre y gases se reduce considerablemente.
Debido al alto precio de los productos de grafito artificial, la mayoría de los recarburantes de grafito artificial utilizados comúnmente en las fundiciones son materiales reciclados como virutas, electrodos de desecho y bloques de grafito cuando se fabrican electrodos de grafito para reducir los costos de producción.
Al fundir hierro dúctil, para aumentar la calidad metalúrgica del hierro fundido, el grafito artificial debe ser la primera opción para el recarburador.
2. Coque de petróleo
El coque de petróleo es un recarburante ampliamente utilizado.
El coque de petróleo es un subproducto obtenido de la refinación del petróleo crudo. Los residuos y las breas de petróleo obtenidos por destilación a presión normal o reducida del petróleo crudo pueden utilizarse como materia prima para la fabricación de coque de petróleo, y posteriormente, tras la coquización, se puede obtener coque de petróleo verde. La producción de coque de petróleo verde representa aproximadamente menos del 5% de la cantidad de petróleo crudo utilizado. La producción anual de coque de petróleo crudo en Estados Unidos es de aproximadamente 30 millones de toneladas. El contenido de impurezas del coque de petróleo verde es elevado, por lo que no puede utilizarse directamente como recarburante y debe calcinarse previamente.
El coque de petróleo crudo está disponible en formas esponjosas, aciculares, granulares y fluidas.
El coque de petróleo esponja se prepara mediante el método de coquización retardada. Debido a su alto contenido de azufre y metales, se suele utilizar como combustible durante la calcinación y también como materia prima para el coque de petróleo calcinado. El coque de petróleo esponja calcinado se utiliza principalmente en la industria del aluminio y como recarburante.
El coque de petróleo de aguja se prepara mediante el método de coquización retardada con materias primas con alto contenido de hidrocarburos aromáticos y bajo contenido de impurezas. Este coque tiene una estructura acicular que se fractura fácilmente, a veces llamado coque de grafito, y se utiliza principalmente para fabricar electrodos de grafito tras la calcinación.
El coque de petróleo granular tiene forma de gránulos duros y se fabrica a partir de materias primas con alto contenido de azufre y asfaltenos mediante el método de coquización retardada, y se utiliza principalmente como combustible.
El coque de petróleo fluidizado se obtiene mediante coquización continua en un lecho fluidizado.
La calcinación del coque de petróleo tiene como objetivo eliminar el azufre, la humedad y los volátiles. La calcinación del coque de petróleo verde a 1200-1350 °C puede convertirlo en carbono prácticamente puro.
El mayor usuario de coque de petróleo calcinado es la industria del aluminio, del cual el 70 % se utiliza para fabricar ánodos que reducen la bauxita. Aproximadamente el 6 % del coque de petróleo calcinado producido en Estados Unidos se utiliza para recarburadores de hierro fundido.
3. Grafito natural
El grafito natural se puede dividir en dos tipos: grafito en escamas y grafito microcristalino.
El grafito microcristalino tiene un alto contenido de cenizas y generalmente no se utiliza como recarburante para hierro fundido.
Existen diversas variedades de grafito en escamas: el grafito en escamas con alto contenido de carbono requiere extracción química o calentamiento a alta temperatura para descomponer y volatilizar sus óxidos. Debido a su alto contenido de cenizas, no es adecuado para su uso como recarburante; el grafito con contenido medio de carbono se utiliza principalmente como recarburante, pero en cantidades limitadas.
4. Coque de carbón y antracita
En el proceso de fabricación de acero en hornos de arco eléctrico, se puede añadir coque o antracita como recarburante durante la carga. Debido a su alto contenido de cenizas y volátiles, la fundición de hierro en hornos de inducción rara vez se utiliza como recarburante.
Con la mejora continua de los requisitos de protección ambiental, se presta cada vez más atención al consumo de recursos, y los precios del arrabio y el coque siguen subiendo, lo que resulta en un aumento del costo de las piezas fundidas. Cada vez más fundiciones están empezando a utilizar hornos eléctricos para reemplazar la fundición tradicional en cubilote. A principios de 2011, el taller de piezas pequeñas y medianas de nuestra fábrica también adoptó el proceso de fundición en horno eléctrico para reemplazar el proceso tradicional de fundición en cubilote. El uso de una gran cantidad de chatarra de acero en la fundición en horno eléctrico no solo reduce los costos, sino que también mejora las propiedades mecánicas de las piezas fundidas. El tipo de recarburante utilizado y el proceso de cementación juegan un papel clave.
II.Cómo utilizar recarburizarer en fundición en horno de inducción
1. Los principales tipos de recarburadores
Existen muchos materiales utilizados como recarburantes de hierro fundido, los más utilizados son el grafito artificial, el coque de petróleo calcinado, el grafito natural, el coque, la antracita y mezclas de dichos materiales.
(1) Grafito artificial Entre los diversos recarburantes mencionados anteriormente, el de mejor calidad es el grafito artificial. La principal materia prima para la fabricación de grafito artificial es coque de petróleo calcinado en polvo de alta calidad, al que se añade asfalto como aglutinante y una pequeña cantidad de otros materiales auxiliares. Después de mezclar las diversas materias primas, se prensan y conforman, y luego se tratan en una atmósfera no oxidante a 2500-3000 °C para grafitizarlas. Después del tratamiento a alta temperatura, el contenido de cenizas, azufre y gases se reduce considerablemente. Si no hay coque de petróleo calcinado a alta temperatura o con una temperatura de calcinación insuficiente, la calidad del recarburante se verá gravemente afectada. Por lo tanto, la calidad del recarburante depende principalmente del grado de grafitización. Un buen recarburador contiene carbono grafítico (fracción de masa) del 95% al 98%, el contenido de azufre es del 0,02% al 0,05% y el contenido de nitrógeno es de (100 a 200) × 10-6.
(2) El coque de petróleo es un recarburante ampliamente utilizado. Es un subproducto obtenido de la refinación del petróleo crudo. Los residuos y las breas de petróleo obtenidos mediante la destilación a presión regular o al vacío del petróleo crudo pueden utilizarse como materia prima para la fabricación de coque de petróleo. Tras la coquización, se puede obtener coque de petróleo crudo. Su alto contenido no permite su uso directo como recarburante, por lo que debe calcinarse previamente.
(3) El grafito natural se divide en dos tipos: grafito en escamas y grafito microcristalino. El grafito microcristalino tiene un alto contenido de cenizas y generalmente no se utiliza como recarburante para hierro fundido. Existen muchas variedades de grafito en escamas: el grafito en escamas con alto contenido de carbono debe extraerse químicamente o calentarse a alta temperatura para descomponer y volatilizar sus óxidos. El grafito tiene un alto contenido de cenizas y no debe utilizarse como recarburante. El grafito con contenido medio de carbono se utiliza principalmente como recarburante, pero en cantidades limitadas.
(4) Coque de carbón y antracita. En el proceso de fundición en horno de inducción, se puede añadir coque o antracita como recarburante durante la carga. Debido a su alto contenido de cenizas y volátiles, el hierro fundido fundido en horno de inducción rara vez se utiliza como recarburante. Este recarburante es económico y se considera de baja calidad.
2. El principio de carburación del hierro fundido.
En el proceso de fundición de hierro fundido sintético, debido a la gran cantidad de chatarra añadida y al bajo contenido de carbono en el hierro fundido, se requiere un carburador para aumentar el carbono. El carbono presente en forma de elemento en el recarburador tiene una temperatura de fusión de 3727 °C y no puede fundirse a la temperatura del hierro fundido. Por lo tanto, el carbono en el recarburador se disuelve principalmente en el hierro fundido por dos vías: disolución y difusión. Cuando el contenido de grafito recarburador en el hierro fundido es del 2,1 %, el grafito puede disolverse directamente en el hierro fundido. El fenómeno de carbonización sin grafito prácticamente no existe, pero con el paso del tiempo, el carbono se difunde y disuelve gradualmente en el hierro fundido. En la recarburación de hierro fundido fundido en horno de inducción, la tasa de recarburación con grafito cristalino es significativamente mayor que la de los recarburadores sin grafito.
Los experimentos demuestran que la disolución del carbono en el hierro fundido está controlada por la transferencia de masa de carbono en la capa límite líquida sobre la superficie de las partículas sólidas. Al comparar los resultados obtenidos con partículas de coque y carbón con los obtenidos con grafito, se observa que la velocidad de difusión y disolución de los recarburantes de grafito en el hierro fundido es significativamente mayor que la de las partículas de coque y carbón. Las muestras de partículas de coque y carbón parcialmente disueltas se observaron con microscopio electrónico y se observó la formación de una fina capa de ceniza pegajosa en la superficie de las muestras, factor principal que afecta su capacidad de difusión y disolución en el hierro fundido.
3. Factores que afectan el efecto del aumento del carbono
(1) Influencia del tamaño de partícula del recarburador La tasa de absorción del recarburador depende del efecto combinado de la tasa de disolución y difusión del recarburador y la tasa de pérdida por oxidación. En general, las partículas del recarburador son pequeñas, la velocidad de disolución es rápida y la velocidad de pérdida es grande; las partículas del carburador son grandes, la velocidad de disolución es lenta y la velocidad de pérdida es pequeña. La elección del tamaño de partícula del recarburador está relacionada con el diámetro y la capacidad del horno. En general, cuando el diámetro y la capacidad del horno son grandes, el tamaño de partícula del recarburador debe ser mayor; por el contrario, el tamaño de partícula del recarburador debe ser menor.
(2) Influencia de la cantidad de recarburante añadido. A una temperatura determinada y con la misma composición química, la concentración de carbono saturado en el hierro fundido es constante. Con un cierto grado de saturación, cuanto más recarburante se añade, mayor es el tiempo necesario para la disolución y difusión, mayor la pérdida correspondiente y menor la tasa de absorción.
(3) El efecto de la temperatura en la tasa de absorción del recarburador En principio, cuanto mayor sea la temperatura del hierro fundido, más propicio será la absorción y disolución del recarburador. Por el contrario, el recarburador es difícil de disolver y la tasa de absorción del recarburador disminuye. Sin embargo, cuando la temperatura del hierro fundido es demasiado alta, aunque es más probable que el recarburador se disuelva completamente, la tasa de pérdida de carbono por combustión aumentará, lo que eventualmente conducirá a una disminución en el contenido de carbono y una disminución en la tasa de absorción general del recarburador. Generalmente, cuando la temperatura del hierro fundido está entre 1460 y 1550 °C, la eficiencia de absorción del recarburador es la mejor.
(4) Influencia de la agitación del hierro fundido en la tasa de absorción del recarburante. La agitación favorece la disolución y difusión del carbono, evitando que el recarburante flote en la superficie del hierro fundido y se queme. Antes de que el recarburante se disuelva por completo, el tiempo de agitación es largo y la tasa de absorción es alta. La agitación también puede reducir el tiempo de retención de la carbonización, acortar el ciclo de producción y evitar la quema de elementos de aleación en el hierro fundido. Sin embargo, un tiempo de agitación demasiado prolongado no solo afecta considerablemente la vida útil del horno, sino que también agrava la pérdida de carbono en el hierro fundido tras la disolución del recarburante. Por lo tanto, el tiempo de agitación del hierro fundido debe ser adecuado para garantizar la completa disolución del recarburante.
(5) Influencia de la composición química del hierro fundido en la tasa de absorción del recarburante Cuando el contenido inicial de carbono en el hierro fundido es alto, por debajo de un cierto límite de solubilidad, la tasa de absorción del recarburante es lenta, la cantidad de absorción es pequeña y la pérdida por combustión es relativamente grande. La tasa de absorción del recarburante es baja. Lo contrario es cierto cuando el contenido inicial de carbono del hierro fundido es bajo. Además, el silicio y el azufre en el hierro fundido dificultan la absorción de carbono y reducen la tasa de absorción de los recarburantes; mientras que el manganeso ayuda a absorber el carbono y mejora la tasa de absorción de los recarburantes. En términos del grado de influencia, el silicio es el más grande, seguido del manganeso, y el carbono y el azufre tienen menos influencia. Por lo tanto, en el proceso de producción real, se debe agregar primero el manganeso, luego el carbono y luego el silicio.
Hora de publicación: 04-nov-2022