01. Cómo clasificar los recarburadores
Los carburadores se pueden dividir a grandes rasgos en cuatro tipos según su materia prima.
1. Grafito artificial
La principal materia prima para la fabricación de grafito artificial es el coque de petróleo calcinado en polvo de alta calidad, al que se le añade asfalto como aglutinante y una pequeña cantidad de otros materiales auxiliares. Después de mezclar las diversas materias primas, se prensan y forman, 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.
Debido al alto precio de los productos de grafito artificial, la mayoría de los recarburadores de grafito artificial comúnmente utilizados 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 mejorar la calidad metalúrgica del hierro fundido, el grafito artificial debe ser la primera opción para el recarburizador.
2. Coque de petróleo
El coque de petróleo es un recarburizador muy utilizado.
El coque de petróleo es un subproducto que se obtiene del refinado del petróleo crudo. Los residuos y breas de petróleo obtenidos por destilación a presión normal o a presión reducida de petróleo crudo se pueden utilizar como materias primas para la fabricación de coque de petróleo, y luego se puede obtener coque de petróleo verde después de la coquización. La producción de coque de petróleo verde es aproximadamente menos del 5% de la cantidad de petróleo crudo utilizado. La producción anual de coque de petróleo crudo en los Estados Unidos es de unos 30 millones de toneladas. El contenido de impurezas en el coque de petróleo verde es alto, por lo que no puede usarse directamente como recarburizador y debe calcinarse primero.
El coque de petróleo crudo está disponible en forma esponjosa, acicular, granular y fluida.
El coque de petróleo esponjoso 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 puede utilizarse como materia prima para el coque de petróleo calcinado. El coque esponjoso calcinado se utiliza principalmente en la industria del aluminio y como recarburizador.
El coque de petróleo en 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 en forma de aguja que se fractura fácilmente, a veces llamada coque de grafito, y se utiliza principalmente para fabricar electrodos de grafito después de la calcinación.
El coque de petróleo granulado se presenta en forma de gránulos duros y se fabrica a partir de materias primas con un alto contenido de azufre y asfalteno mediante el método de coquización retardada, y se utiliza principalmente como combustible.
El coque de petróleo fluidizado se obtiene mediante coquización continua en 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 sustancialmente puro.
El mayor usuario de coque de petróleo calcinado es la industria del aluminio, el 70% del cual se utiliza para fabricar ánodos que reducen la bauxita. Alrededor del 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 recarburador de hierro fundido.
Hay muchas variedades de grafito en escamas: el grafito en escamas con alto contenido de carbono debe extraerse mediante métodos químicos o calentarse a altas temperaturas para descomponerse y volatilizar los óxidos que contiene. El contenido de cenizas en el grafito es elevado, por lo que no es apto para ser utilizado como recarburador; El grafito de carbono medio se utiliza principalmente como recarburador, pero la cantidad no es mucha.
4. Coca-Cola y Antracita
En el proceso de fabricación de acero en hornos de arco eléctrico, se puede agregar coque o antracita como recarburizador durante la carga. Debido a su alto contenido de cenizas y volátiles, el hierro fundido de fundición en hornos de inducción rara vez se utiliza como recarburizador.
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 continúan aumentando, lo que resulta en un aumento en el costo de las piezas fundidas. Cada vez más fundiciones están empezando a utilizar hornos eléctricos para sustituir la fusión tradicional en cubilote. A principios de 2011, el taller de piezas pequeñas y medianas de nuestra fábrica también adoptó el proceso de fusión en horno eléctrico para reemplazar el proceso tradicional de fusión en cúpula. El uso de una gran cantidad de chatarra de acero en la fundición en hornos eléctricos no sólo puede reducir los costos, sino también mejorar las propiedades mecánicas de las piezas fundidas, pero el tipo de recarburador utilizado y el proceso de cementación desempeñan un papel clave.
02. Cómo utilizar el recarburador en la fundición en horno de inducción.
1 Los principales tipos de recarburadores.
Hay muchos materiales utilizados como recarburizadores de hierro fundido, los más utilizados son grafito artificial, coque de petróleo calcinado, grafito natural, coque, antracita y mezclas hechas de dichos materiales.
(1) Grafito artificial Entre los diversos recarburadores mencionados anteriormente, el de mejor calidad es el grafito artificial. La principal materia prima para la fabricación de grafito artificial es el coque de petróleo calcinado en polvo de alta calidad, al que se le añade asfalto como aglutinante y una pequeña cantidad de otros materiales auxiliares. Después de mezclar las diversas materias primas, se prensan y forman, 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 temperatura de calcinación insuficiente, la calidad del recarburador se verá seriamente afectada. Por tanto, la calidad del recarburador 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 (100 a 200) × 10-6.
(2) El coque de petróleo es un recarburizador ampliamente utilizado. El coque de petróleo es un subproducto que se obtiene del refinado del petróleo crudo. Los residuos y breas de petróleo obtenidos de la destilación a presión regular o de la destilación al vacío del petróleo crudo se pueden utilizar como materias primas para la fabricación de coque de petróleo. Después de la coquización se puede obtener coque de petróleo en bruto. El contenido es elevado y no se puede utilizar directamente como recarburante, debiendo calcinarse primero.
(3) 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 recarburador de hierro fundido. Hay muchas variedades de grafito en escamas: el grafito en escamas con alto contenido de carbono debe extraerse mediante métodos químicos o calentarse a altas temperaturas para descomponerse y volatilizar los óxidos que contiene. El contenido de cenizas del grafito es alto y no debe utilizarse como recarburador. El grafito de carbono medio se utiliza principalmente como recarburizador, pero la cantidad no es mucha.
(4) Coque y antracita En el proceso de fundición en horno de inducción, se puede agregar coque o antracita como recarburizador durante la carga. Debido a su alto contenido de cenizas y volátiles, el hierro fundido de fundición en hornos de inducción rara vez se utiliza como recarburizador. El precio de este recarburador es bajo y pertenece al recarburador 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 C en el hierro fundido, se debe utilizar un carburador para aumentar el carbono. El carbono que existe como 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 mediante dos formas de disolución y difusión. Cuando el contenido de recarburador de grafito en hierro fundido es del 2,1%, el grafito se puede disolver directamente en hierro fundido. El fenómeno de solución directa de la carbonización sin grafito básicamente no existe, pero con el paso del tiempo, el carbono se difunde y disuelve gradualmente en el hierro fundido. Para la recarburación de hierro fundido fundido mediante horno de inducción, la tasa de recarburación de la recarburación con grafito cristalino es significativamente mayor que la de los recarburadores sin grafito.
Los experimentos muestran que la disolución del carbono en el hierro fundido está controlada por la transferencia de masa de carbono en la capa límite líquida en la superficie de las partículas sólidas. Comparando los resultados obtenidos con partículas de coque y carbón con los resultados obtenidos con grafito, se encuentra que la velocidad de difusión y disolución de los recarburizadores de grafito en hierro fundido es significativamente más rápida que la de las partículas de coque y carbón. Las muestras de partículas de carbón y coque parcialmente disueltas se observaron mediante un microscopio electrónico y se descubrió que se formaba una fina capa de ceniza pegajosa en la superficie de las muestras, que era el factor principal que afectaba su rendimiento de difusión y disolución en el hierro fundido.
3. Factores que afectan el efecto del aumento de carbono.
(1) Influencia del tamaño de partícula del recarburador La tasa de absorción del recarburador depende del efecto combinado de la velocidad 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 debería ser menor.
(2) Influencia de la cantidad de recarburador agregado. Bajo condiciones de cierta temperatura y la misma composición química, la concentración saturada de carbono en el hierro fundido es cierta. Bajo un cierto grado de saturación, cuanto más recarburador se agrega, mayor es el tiempo requerido para la disolución y difusión, mayor es la pérdida correspondiente y menor es la tasa de absorción.
(3) El efecto de la temperatura sobre la tasa de absorción del recarburador En principio, cuanto mayor sea la temperatura del hierro fundido, más propicia para 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 esté completamente disuelto, 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 el total. tasa de absorción 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 recarburador. La agitación es beneficiosa para la disolución y difusión del carbono y evita que el recarburador flote en la superficie del hierro fundido y se queme. Antes de que el recarburador se disuelva por completo, el tiempo de agitación es prolongado y la tasa de absorción es alta. La agitación también puede reducir el tiempo de mantenimiento de la carbonización, acortar el ciclo de producción y evitar la quema de elementos de aleación en el hierro fundido. Sin embargo, si el tiempo de agitación es demasiado largo, no sólo tiene una gran influencia en la vida útil del horno, sino que también agrava la pérdida de carbono en el hierro fundido después de que se disuelve el recarburador. Por lo tanto, el tiempo de agitación adecuado del hierro fundido debe ser el adecuado para garantizar que el recarburizador se disuelva por completo.
(5) Influencia de la composición química del hierro fundido en la tasa de absorción del recarburador Cuando el contenido inicial de carbono en el hierro fundido es alto, bajo un cierto límite de solubilidad, la tasa de absorción del recarburador es lenta, la cantidad de absorción es pequeña Y la pérdida por combustión es relativamente grande. La tasa de absorción del recarburador es baja. Lo contrario ocurre 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 recarburadores; mientras que el manganeso ayuda a absorber el carbono y mejorar la tasa de absorción de los recarburadores. En cuanto al grado de influencia, el silicio es el mayor, seguido del manganeso, y el carbono y el azufre tienen menos influencia. Por lo tanto, en el proceso de producción real, primero se debe agregar manganeso, luego carbono y luego silicio.
4. El efecto de diferentes recarburadores sobre las propiedades del hierro fundido.
(1) Condiciones de prueba Para la fusión se utilizaron dos hornos de inducción sin núcleo de frecuencia intermedia de 5t, con una potencia máxima de 3000kW y una frecuencia de 500Hz. De acuerdo con la lista de lotes diarios del taller (50% de material de retorno, 20% de arrabio, 30% de chatarra), utilice un recarburador calcinado con bajo contenido de nitrógeno y un recarburador de tipo grafito para fundir un horno de hierro fundido respectivamente, según el Requisitos del proceso Después de ajustar la composición química, moldee una tapa del cojinete principal del cilindro respectivamente.
Proceso de producción: el recarburador se agrega al horno eléctrico en lotes durante el proceso de alimentación para la fundición, se agrega un 0,4% de inoculante primario (inoculante de silicio y bario) en el proceso de extracción y un 0,1% de inoculante de flujo secundario (inoculante de silicio y bario). Utilice la línea de peinado DISA2013.
(2) Propiedades mecánicas Para verificar el efecto de dos recarburadores diferentes sobre las propiedades del hierro fundido, y para evitar la influencia de la composición del hierro fundido en los resultados, la composición del hierro fundido fundido por diferentes recarburadores se ajustó para que fuera básicamente la misma. . Para verificar más completamente los resultados, en el proceso de prueba, además de dos juegos de barras de prueba de Ø30 mm que se vertieron en los dos hornos de hierro fundido, también se seleccionaron al azar 12 piezas fundidas en cada hierro fundido para la prueba de dureza Brinell. (6 piezas/caja, probando dos cajas).
En el caso de casi la misma composición, la resistencia de las barras de prueba producidas usando el recarburador de tipo grafito es significativamente mayor que la de las barras de prueba fundidas usando el recarburador de tipo calcinado, y el rendimiento de procesamiento de las piezas fundidas producidas por el recarburador de tipo grafito es obviamente mejor que el producido usando el recarburador de tipo grafito. Piezas fundidas producidas por recarburadores calcinados (cuando la dureza de las piezas fundidas es demasiado alta, el borde de las piezas fundidas aparecerá como un fenómeno de cuchillo saltador durante el procesamiento).
(3) Las formas de grafito de las muestras que utilizan el recarburador de tipo grafito son todas de grafito tipo A, y la cantidad de grafito es mayor y el tamaño es menor.
De los resultados de las pruebas anteriores se extraen las siguientes conclusiones: el recarburador de tipo grafito de alta calidad no solo puede mejorar las propiedades mecánicas de las piezas fundidas, mejorar la estructura metalográfica, sino también mejorar el rendimiento del procesamiento de las piezas fundidas.
03. Epílogo
(1) Los factores que afectan la tasa de absorción del recarburador son el tamaño de partícula del recarburador, la cantidad de recarburador agregado, la temperatura de recarburación, el tiempo de agitación del hierro fundido y la composición química del hierro fundido.
(2) El recarburador de tipo grafito de alta calidad no solo puede mejorar las propiedades mecánicas de las piezas fundidas, mejorar la estructura metalográfica, sino también mejorar el rendimiento del procesamiento de las piezas fundidas. Por lo tanto, al producir productos clave como bloques de cilindros y culatas de cilindros en el proceso de fusión en horno de inducción, se recomienda utilizar recarburadores de tipo grafito de alta calidad.
Hora de publicación: 08-nov-2022