I. Como classificar recarburizadores
Os carburadores podem ser divididos em quatro tipos, de acordo com suas matérias-primas.
1. Grafite artificial
A principal matéria-prima para a fabricação de grafite artificial é o coque de petróleo calcinado em pó de alta qualidade, ao qual se adiciona asfalto como ligante e uma pequena quantidade de outros materiais auxiliares. Após a mistura das diversas matérias-primas, elas são prensadas e conformadas, sendo então tratadas em atmosfera não oxidante a 2500-3000 °C para grafitização. Após o tratamento em alta temperatura, o teor de cinzas, enxofre e gases é bastante reduzido.
Devido ao alto preço dos produtos de grafite artificial, a maioria dos recarburadores de grafite artificial comumente usados em fundições são materiais reciclados, como cavacos, eletrodos residuais e blocos de grafite na fabricação de eletrodos de grafite para reduzir os custos de produção.
Ao fundir ferro dúctil, para aumentar a qualidade metalúrgica do ferro fundido, o grafite artificial deve ser a primeira escolha para o recarburizador.
2. Coque de petróleo
O coque de petróleo é um recarburizador amplamente utilizado.
O coque de petróleo é um subproduto obtido do refino do petróleo bruto. Resíduos e piches de petróleo obtidos pela destilação sob pressão normal ou reduzida do petróleo bruto podem ser utilizados como matéria-prima para a fabricação de coque de petróleo, obtendo-se, então, coque verde de petróleo após a coqueificação. A produção de coque verde de petróleo é aproximadamente inferior a 5% da quantidade de petróleo bruto utilizada. A produção anual de coque de petróleo bruto nos Estados Unidos é de cerca de 30 milhões de toneladas. O teor de impurezas no coque verde de petróleo é alto, portanto, não pode ser usado diretamente como recarburizador e deve ser calcinado primeiro.
O coque de petróleo bruto está disponível em formas esponjosas, em forma de agulha, granulares e fluidas.
O coque esponja de petróleo é preparado pelo método de coqueamento retardado. Devido ao seu alto teor de enxofre e metais, é geralmente usado como combustível durante a calcinação e também pode ser usado como matéria-prima para coque de petróleo calcinado. O coque esponja calcinado é usado principalmente na indústria do alumínio e como recarburador.
O coque de petróleo em forma de agulha é preparado pelo método de coqueamento retardado com matérias-primas com alto teor de hidrocarbonetos aromáticos e baixo teor de impurezas. Este coque possui uma estrutura em forma de agulha facilmente fraturada, às vezes chamada de coque de grafite, e é usado principalmente para fabricar eletrodos de grafite após calcinação.
O coque de petróleo granular está na forma de grânulos duros e é feito de matérias-primas com alto teor de enxofre e asfalteno pelo método de coqueificação retardada, sendo usado principalmente como combustível.
O coque de petróleo fluidizado é obtido por coqueificação contínua em leito fluidizado.
A calcinação do coque de petróleo visa remover enxofre, umidade e voláteis. A calcinação do coque de petróleo verde a 1200-1350 °C pode torná-lo carbono substancialmente puro.
O maior consumidor de coque de petróleo calcinado é a indústria do alumínio, sendo 70% dele utilizado na fabricação de ânodos que reduzem a bauxita. Cerca de 6% do coque de petróleo calcinado produzido nos Estados Unidos é utilizado em recarburizadores de ferro fundido.
3. Grafite natural
A grafite natural pode ser dividida em dois tipos: grafite em flocos e grafite microcristalina.
O grafite microcristalino tem um alto teor de cinzas e geralmente não é usado como recarburizador para ferro fundido.
Existem muitas variedades de grafite em flocos: o grafite em flocos com alto teor de carbono precisa ser extraído por métodos químicos ou aquecido a altas temperaturas para decompor e volatilizar os óxidos presentes. O teor de cinzas no grafite é alto, portanto, não é adequado para uso como recarburizador; o grafite com médio teor de carbono é usado principalmente como recarburizador, mas em quantidades pequenas.
4. Coque de Carbono e Antracito
No processo de fabricação de aço em forno elétrico a arco, coque ou antracito podem ser adicionados como recarburizador durante o carregamento. Devido ao seu alto teor de cinzas e voláteis, o ferro fundido em forno de indução raramente é usado como recarburizador.
Com a melhoria contínua dos requisitos de proteção ambiental, o consumo de recursos é cada vez mais levado em conta, e os preços do ferro-gusa e do coque continuam a subir, resultando em um aumento no custo das peças fundidas. Cada vez mais fundições estão começando a utilizar fornos elétricos para substituir a fusão tradicional em cúpula. No início de 2011, a oficina de peças de pequeno e médio porte de nossa fábrica também adotou o processo de fusão em forno elétrico para substituir o processo tradicional de fusão em cúpula. O uso de uma grande quantidade de sucata de aço na fundição em forno elétrico pode não apenas reduzir custos, mas também melhorar as propriedades mecânicas das peças fundidas, mas o tipo de recarburizador utilizado e o processo de cementação desempenham um papel fundamental.
II.Como usar recarburizer em fundição de forno de indução
1. Os principais tipos de recarburizadores
Existem muitos materiais usados como recarburizadores de ferro fundido, os mais usados são grafite artificial, coque de petróleo calcinado, grafite natural, coque, antracito e misturas feitas desses materiais.
(1) Grafite artificial Entre os vários recarburizadores mencionados acima, o de melhor qualidade é o grafite artificial. A principal matéria-prima para a fabricação de grafite artificial é o coque de petróleo calcinado em pó de alta qualidade, ao qual se adiciona asfalto como ligante e uma pequena quantidade de outros materiais auxiliares. Depois que as várias matérias-primas são misturadas, elas são prensadas e moldadas e, em seguida, tratadas em uma atmosfera não oxidante a 2500-3000 °C para torná-las grafitadas. Após o tratamento em alta temperatura, o teor de cinzas, enxofre e gás é bastante reduzido. Se não houver coque de petróleo calcinado em alta temperatura ou com temperatura de calcinação insuficiente, a qualidade do recarburizador será seriamente afetada. Portanto, a qualidade do recarburizador depende principalmente do grau de grafitização. Um bom recarburizador contém carbono grafítico (fração de massa). De 95% a 98%, o teor de enxofre é de 0,02% a 0,05% e o teor de nitrogênio é (100 a 200) × 10-6.
(2) O coque de petróleo é um recarburizador amplamente utilizado. O coque de petróleo é um subproduto obtido do refino de petróleo bruto. Resíduos e piches de petróleo obtidos da destilação sob pressão regular ou da destilação a vácuo do petróleo bruto podem ser utilizados como matérias-primas para a fabricação de coque de petróleo. Após a coqueificação, obtém-se coque de petróleo bruto. O teor é alto e não pode ser usado diretamente como recarburizador, devendo ser calcinado previamente.
(3) A grafita natural pode ser dividida em dois tipos: grafita em flocos e grafita microcristalina. A grafita microcristalina possui alto teor de cinzas e geralmente não é utilizada como recarburizador para ferro fundido. Existem muitas variedades de grafita em flocos: a grafita em flocos com alto teor de carbono precisa ser extraída por métodos químicos ou aquecida a altas temperaturas para decompor e volatilizar os óxidos presentes. O teor de cinzas na grafita é alto e não deve ser utilizada como recarburizador. A grafita com médio teor de carbono é utilizada principalmente como recarburizador, mas em quantidades pequenas.
(4) Coque de Carbono e antracito: No processo de fundição em forno de indução, coque ou antracito podem ser adicionados como recarburizadores durante o carregamento. Devido ao seu alto teor de cinzas e voláteis, o ferro fundido em forno de indução raramente é usado como recarburizador. O preço deste recarburador é baixo e pertence aos recarburadores de baixa qualidade.
2. O princípio da carburação do ferro fundido
No processo de fundição de ferro fundido sintético, devido à grande quantidade de sucata adicionada e ao baixo teor de C no ferro fundido, um carburador deve ser usado para aumentar o carbono. O carbono que existe na forma de elemento no recarburador tem uma temperatura de fusão de 3727 °C e não pode ser fundido à temperatura do ferro fundido. Portanto, o carbono no recarburador é dissolvido principalmente no ferro fundido por duas vias: dissolução e difusão. Quando o teor de recarburador de grafite no ferro fundido é de 2,1%, o grafite pode ser dissolvido diretamente no ferro fundido. O fenômeno de solução direta da carbonização sem grafite basicamente não existe, mas com o passar do tempo, o carbono se difunde gradualmente e se dissolve no ferro fundido. Para a recarburação de ferro fundido fundido por forno de indução, a taxa de recarburação da recarburação de grafite cristalina é significativamente maior do que a dos recarburadores sem grafite.
Experimentos mostram que a dissolução do carbono no ferro fundido é controlada pela transferência de massa de carbono na camada limite líquida na superfície das partículas sólidas. Comparando os resultados obtidos com partículas de coque e carvão com os resultados obtidos com grafite, verifica-se que a taxa de difusão e dissolução dos recarburizadores de grafite no ferro fundido é significativamente mais rápida do que a das partículas de coque e carvão. As amostras de partículas de coque e carvão parcialmente dissolvidas foram observadas por microscópio eletrônico, e verificou-se a formação de uma fina camada de cinza pegajosa na superfície das amostras, que foi o principal fator que afetou seu desempenho de difusão e dissolução no ferro fundido.
3. Fatores que afetam o efeito do aumento de carbono
(1) Influência do tamanho de partícula do recarburizador A taxa de absorção do recarburizador depende do efeito combinado da taxa de dissolução e difusão do recarburizador e da taxa de perda por oxidação. Em geral, as partículas do recarburizador são pequenas, a velocidade de dissolução é rápida e a velocidade de perda é grande; as partículas do carburador são grandes, a velocidade de dissolução é lenta e a velocidade de perda é pequena. A escolha do tamanho de partícula do recarburizador está relacionada ao diâmetro e à capacidade do forno. Em geral, quando o diâmetro e a capacidade do forno são grandes, o tamanho de partícula do recarburizador deve ser maior; ao contrário, o tamanho de partícula do recarburizador deve ser menor.
(2) Influência da quantidade de recarburizador adicionado. Sob condições de uma determinada temperatura e da mesma composição química, a concentração saturada de carbono no ferro fundido é determinada. Sob um certo grau de saturação, quanto mais recarburizador adicionado, maior o tempo necessário para dissolução e difusão, maior a perda correspondente e menor a taxa de absorção.
(3) O efeito da temperatura na taxa de absorção do recarburizador Em princípio, quanto maior a temperatura do ferro fundido, mais propício é à absorção e dissolução do recarburizador. Ao contrário, o recarburizador é difícil de dissolver e a taxa de absorção do recarburizador diminui. No entanto, quando a temperatura do ferro fundido é muito alta, embora o recarburizador tenha maior probabilidade de ser totalmente dissolvido, a taxa de perda de carbono na queima aumentará, o que eventualmente levará a uma diminuição no teor de carbono e a uma diminuição na taxa geral de absorção do recarburizador. Geralmente, quando a temperatura do ferro fundido está entre 1460 e 1550 °C, a eficiência de absorção do recarburizador é a melhor.
(4) Influência da agitação do ferro fundido na taxa de absorção do recarburizador A agitação é benéfica para a dissolução e difusão do carbono e evita que o recarburizador flutue na superfície do ferro fundido e seja queimado. Antes que o recarburizador esteja completamente dissolvido, o tempo de agitação é longo e a taxa de absorção é alta. A agitação também pode reduzir o tempo de retenção da carbonização, encurtar o ciclo de produção e evitar a queima de elementos de liga no ferro fundido. No entanto, se o tempo de agitação for muito longo, não só tem uma grande influência na vida útil do forno, mas também agrava a perda de carbono no ferro fundido após a dissolução do recarburizador. Portanto, o tempo de agitação apropriado do ferro fundido deve ser adequado para garantir que o recarburizador esteja completamente dissolvido.
(5) Influência da composição química do ferro fundido na taxa de absorção do recarburizador Quando o teor inicial de carbono no ferro fundido é alto, abaixo de um certo limite de solubilidade, a taxa de absorção do recarburizador é lenta, a quantidade de absorção é pequena e a perda por queima é relativamente grande. A taxa de absorção do recarburizador é baixa. O oposto é verdadeiro quando o teor inicial de carbono do ferro fundido é baixo. Além disso, o silício e o enxofre no ferro fundido dificultam a absorção de carbono e reduzem a taxa de absorção dos recarburizadores; enquanto o manganês ajuda a absorver o carbono e melhorar a taxa de absorção dos recarburizadores. Em termos do grau de influência, o silício é o maior, seguido pelo manganês, e o carbono e o enxofre têm menos influência. Portanto, no processo de produção real, o manganês deve ser adicionado primeiro, depois o carbono e, em seguida, o silício.
Horário da postagem: 04/11/2022