01. Como classificar os recarburizadores
Os carburizadores 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 de alta qualidade em pó, ao qual se adiciona asfalto como aglutinante e uma pequena quantidade de outros materiais auxiliares. Depois que as diversas matérias-primas são misturadas, elas são prensadas e formadas, e então tratadas em uma atmosfera não oxidante a 2500-3000 ° C para torná-las grafitadas. Após o tratamento a alta temperatura, o teor de cinzas, enxofre e gás é bastante reduzido.
Devido ao alto preço dos produtos de grafite artificial, a maioria dos recarburizadores de grafite artificial comumente usados em fundições são materiais reciclados, como chips, eletrodos residuais e blocos de grafite na fabricação de eletrodos de grafite para reduzir custos de produção.
Na fundição de ferro dúctil, para aumentar a qualidade metalúrgica do ferro fundido, a 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 piche de petróleo obtidos por destilação sob pressão normal ou sob pressão reduzida de petróleo bruto podem ser usados como matéria-prima para a fabricação de coque de petróleo e, em seguida, o coque de petróleo verde pode ser obtido após a coqueificação. A produção de coque de petróleo verde é aproximadamente inferior a 5% da quantidade de petróleo bruto utilizado. 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 de petróleo verde é alto, por isso não pode ser usado diretamente como recarburizador e deve ser calcinado primeiro.
O coque de petróleo bruto está disponível nas formas esponjosa, semelhante a agulha, granular e fluida.
O coque esponja de petróleo é preparado pelo método de coqueamento retardado. Devido ao seu alto teor de enxofre e metal, costuma ser utilizado como combustível durante a calcinação, podendo também ser utilizado como matéria-prima para coque de petróleo calcinado. O coque esponja calcinado é utilizado principalmente na indústria do alumínio e como recarburizador.
O coque de petróleo tipo agulha é preparado pelo método de coqueamento retardado com matérias-primas com alto teor de hidrocarbonetos aromáticos e baixo teor de impurezas. Este coque tem uma estrutura semelhante a uma agulha facilmente fraturada, às vezes chamada de coque de grafite, e é usado principalmente para fazer eletrodos de grafite após a calcinação.
O coque de petróleo granulado está na forma de grânulos duros e é feito de matérias-primas com alto teor de enxofre e asfalteno pelo método de coqueamento retardado e é usado principalmente como combustível.
O coque fluidizado de petróleo 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 usuário de coque de petróleo calcinado é a indústria do alumínio, 70% do qual é utilizado na fabricação de ânodos que reduzem a bauxita. Cerca de 6% do coque de petróleo calcinado produzido nos Estados Unidos é usado para recarburizadores de ferro fundido.
3. Grafite natural
A grafite natural pode ser dividida em dois tipos: grafite em flocos e grafite microcristalina.
A grafite microcristalina tem alto teor de cinzas e geralmente não é usada como recarburizador para ferro fundido.
Existem muitas variedades de grafite em flocos: a grafite em flocos com alto teor de carbono precisa ser extraída por métodos químicos ou aquecida a alta temperatura para decompor e volatilizar os óxidos contidos nela. O teor de cinzas no grafite é alto, por isso não é adequado para uso como recarburizador; o grafite de médio carbono é usado principalmente como recarburizador, mas a quantidade não é muito.
4. Coca-Cola e Antracite
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 para fundição em forno de indução raramente é usado como recarburizador.
Com a melhoria contínua dos requisitos de proteção ambiental, cada vez mais atenção é dada ao consumo de recursos, e os preços do ferro gusa e do coque continuam a subir, resultando num aumento no custo das peças fundidas. Cada vez mais fundições estão começando a usar 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 tradicional processo 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.
02. Como usar o recarburizador na fundição em forno de indução
1 Os principais tipos de recarburizadores
Existem muitos materiais usados como recarburizadores de ferro fundido, comumente usados são grafite artificial, coque de petróleo calcinado, grafite natural, coque, antracite e misturas feitas de tais materiais.
(1) Grafite artificial Dentre os diversos 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 de alta qualidade em pó, ao qual se adiciona asfalto como aglutinante e uma pequena quantidade de outros materiais auxiliares. Depois que as diversas matérias-primas são misturadas, elas são prensadas e formadas, e então tratadas em uma atmosfera não oxidante a 2500-3000 °C para torná-las grafitadas. Após o tratamento a 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 da refinação do petróleo bruto. Resíduos e piche de petróleo obtidos da destilação sob pressão regular ou da destilação a vácuo de petróleo bruto podem ser utilizados como matéria-prima para a fabricação de coque de petróleo. Após a coqueificação, pode-se obter coque de petróleo bruto. O teor é alto e não pode ser usado diretamente como recarburizante, devendo ser calcinado primeiro.
(3) A grafite natural pode ser dividida em dois tipos: grafite em flocos e grafite microcristalina. A grafite microcristalina tem alto teor de cinzas e geralmente não é usada como recarburizador para ferro fundido. Existem muitas variedades de grafite em flocos: a grafite em flocos com alto teor de carbono precisa ser extraída por métodos químicos ou aquecida a alta temperatura para decompor e volatilizar os óxidos contidos nela. O teor de cinzas no grafite é alto e não deve ser usado como recarburizador. A grafite de médio carbono é usada principalmente como recarburizador, mas a quantidade não é muito.
(4) Coque e antracito No processo de fundição em forno de indução, coque ou antracito podem ser adicionados como recarburizador durante o carregamento. Devido ao seu alto teor de cinzas e voláteis, o ferro fundido para fundição em forno de indução raramente é usado como recarburizador. , O preço deste recarburizador é baixo e pertence ao recarburizador de baixa qualidade.
2. O princípio da carburação do ferro fundido
No processo de fundição do ferro fundido sintético, devido à grande quantidade de sucata adicionada e ao baixo teor de C no ferro fundido, deve-se utilizar um carburizador para aumentar o carbono. O carbono que existe na forma de elemento no recarburizador tem uma temperatura de fusão de 3727°C e não pode ser fundido à temperatura do ferro fundido. Portanto, o carbono no recarburizador é dissolvido principalmente no ferro fundido por duas formas de dissolução e difusão. Quando o conteúdo do recarburizador de grafite no ferro fundido é de 2,1%, a grafite pode ser dissolvida diretamente no ferro fundido. O fenômeno de solução direta da carbonização não-grafite basicamente não existe, mas com o passar do tempo, o carbono gradualmente se difunde e se dissolve no ferro fundido. Para a recarburação de ferro fundido fundido em forno de indução, a taxa de recarburação da recarburação de grafite cristalina é significativamente maior do que a dos recarburação 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 coque parcialmente dissolvidas e partículas de carvão foram observadas por microscópio eletrônico, e constatou-se que uma fina camada pegajosa de cinzas se formou na superfície das amostras, que foi o principal fator que afetou seu desempenho de difusão e dissolução em 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 da granulometria do recarburizador está relacionada ao diâmetro e capacidade do forno. Em geral, quando o diâmetro e a capacidade do forno são grandes, o tamanho das partículas do recarburizador deve ser maior; pelo contrário, o tamanho das partículas do recarburizador deve ser menor.
(2) Influência da quantidade de recarburizador adicionado Nas condições de uma determinada temperatura e mesma composição química, a concentração saturada de carbono no ferro fundido é certa. Sob um certo grau de saturação, quanto mais recarburizador for adicionado, maior será o tempo necessário para dissolução e difusão, maior será a perda correspondente e menor será 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 à absorção e dissolução do recarburizador. Pelo 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 seja mais provável que o recarburizador seja totalmente dissolvido, a taxa de perda de carbono na queima aumentará, o que acabará por levar a uma diminuição no teor de carbono e a uma diminuição no total taxa de absorção do recarburizador. Geralmente, quando a temperatura do ferro fundido está entre 1460 e 1550 °C, a eficiência de absorção do recarburizador é 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. Porém, se o tempo de agitação for muito longo, não só tem 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, sob um certo limite de solubilidade, a taxa de absorção do recarburizador é lenta, a quantidade de absorção é pequena , e a perda de 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 carbono e melhorar a taxa de absorção dos recarburizadores. Em termos de grau de influência, o silício é o maior, seguido pelo manganês, e o carbono e o enxofre têm menor influência. Portanto, no processo de produção real, deve-se adicionar primeiro o manganês, depois o carbono e depois o silício.
4. O efeito de diferentes recarburizadores nas propriedades do ferro fundido
(1) Condições de teste Para a fusão foram utilizados dois fornos de indução sem núcleo de frequência intermediária de 5t, com potência máxima de 3000kW e frequência de 500Hz. De acordo com a lista diária de lotes da oficina (50% de material devolvido, 20% de ferro-gusa, 30% de sucata), use um recarburizador calcinado com baixo teor de nitrogênio e um recarburizador tipo grafite para fundir um forno de ferro fundido, respectivamente, de acordo com o requisitos do processo Após ajustar a composição química, fundir uma tampa do mancal principal do cilindro, respectivamente.
Processo de produção: O recarburizador é adicionado ao forno elétrico em lotes durante o processo de alimentação para fundição, 0,4% de inoculante primário (inoculante de silício e bário) é adicionado no processo de vazamento e 0,1% de inoculante de fluxo secundário (inoculante de silício e bário). Use a linha de estilo DISA2013.
(2) Propriedades mecânicas Para verificar o efeito de dois recarburizadores diferentes nas propriedades do ferro fundido e para evitar a influência da composição do ferro fundido nos resultados, a composição do ferro fundido fundido por diferentes recarburizadores foi ajustada para ser basicamente a mesma . A fim de verificar mais completamente os resultados, no processo de teste, além de dois conjuntos de barras de teste de Ø30mm terem sido vazados nos dois fornos de ferro fundido, 12 peças fundidas fundidas em cada ferro fundido também foram selecionadas aleatoriamente para testes de dureza Brinell. (6 peças/caixa, testando duas caixas).
No caso de quase a mesma composição, a resistência das barras de teste produzidas usando o recarburizador do tipo grafite é significativamente maior do que a das barras de teste fundidas usando o recarburizador do tipo calcinado, e o desempenho de processamento das peças fundidas produzidas por o recarburizador do tipo grafite é obviamente melhor do que aquele produzido usando o recarburizador do tipo grafite. Fundições produzidas por recarburizadores calcinados (quando a dureza das peças fundidas é muito alta, a borda das peças fundidas aparecerá um fenômeno de faca saltitante durante o processamento).
(3) As formas de grafite das amostras que usam o recarburizador do tipo grafite são todas de grafite do tipo A, e o número de grafite é maior e o tamanho é menor.
As seguintes conclusões são tiradas dos resultados dos testes acima: o recarburizador do tipo grafite de alta qualidade pode não apenas melhorar as propriedades mecânicas das peças fundidas, melhorar a estrutura metalográfica, mas também melhorar o desempenho de processamento das peças fundidas.
03. Epílogo
(1) Os fatores que afetam a taxa de absorção do recarburizador são o tamanho da partícula do recarburizador, a quantidade de recarburizador adicionado, a temperatura de recarburização, o tempo de agitação do ferro fundido e a composição química do ferro fundido.
(2) O recarburizador do tipo grafite de alta qualidade pode não apenas melhorar as propriedades mecânicas das peças fundidas, melhorar a estrutura metalográfica, mas também melhorar o desempenho de processamento das peças fundidas. Portanto, ao produzir produtos importantes, como blocos de cilindros e cabeçotes de cilindro no processo de fusão em forno de indução, recomenda-se o uso de recarburizadores do tipo grafite de alta qualidade.
Horário da postagem: 08 de novembro de 2022