Анализ внутренних факторов, влияющих на скорость растворения рекарбюризаторов

Ключевые факторы, влияющие на скорость растворения науглероживателей, можно систематически разделить на две категории: свойства науглероживания (внутренние факторы) и условия процесса плавки (внешние факторы). Сегодня мы разберем внутренние факторы:
Ключевая концепция
Растворение науглероживателей в расплавленном железе по существу представляет собой процесс массопереноса, включающий смачивание, межфазные реакции, диффузию и конвекцию. Любой фактор, влияющий на эти процессы, в конечном итоге повлияет на скорость растворения.
Свойства рекарбюризатора (внутренние факторы)
Это фундаментальный фактор, определяющий скорость растворения.
1. Степень графитизации (наиболее важный фактор)
Mechanism: Graphitization refers to the transformation of carbon atoms from a disordered arrangement to an ordered layered crystal structure (similar to natural graphite) at high temperatures (>2500 градусов).
Влияние:
Высокографитизированные рекарбюризаторы: атомы углерода связаны друг с другом слабыми силами Ван-дер-Ваальса, что позволяет расплавленному железу легко проникать через прослойки, а атомам углерода «отслаиваться» и растворяться. Это приводит к чрезвычайно быстрой скорости растворения и высокой скорости абсорбции.
Не-графитирующие науглероживатели (например, обычный прокаленный нефтяной кокс). Углеродная структура неупорядоченная и плотная, поэтому атомам углерода требуется разрывать более прочные химические связи перед попаданием в расплавленное железо. Следовательно, скорость растворения медленная, и более летучие вещества сгорают.
Вывод: Искусственные графитированные докарбюризаторы имеют явное преимущество по скорости растворения.
2. Размер частиц и структура пор.
Размер частиц: Существует оптимальный диапазон.
Слишком мелкий: несмотря на большую площадь поверхности, он имеет тенденцию плавать на поверхности расплавленного железа, где окисляется и сгорает (проявляясь в виде пламени и дымления), не в состоянии эффективно погрузиться в расплавленный чугун и участвовать в растворении, снижая эффективную скорость растворения.
Слишком крупный: общая площадь контакта мала, что требует медленного растворения снаружи внутрь после погружения на дно. Это приводит к длительному времени растворения и может не полностью раствориться перед выходом из печи.
Принцип: Размер частиц должен гарантировать, что науглероживатель сможет быстро проникнуть в слой шлака и погрузиться в расплавленный чугун, обеспечивая при этом достаточную площадь реакции. Размер частиц обычно выбирают в зависимости от мощности печи. Пористость: пористая структура обеспечивает каналы для проникновения расплавленного железа, значительно увеличивая реакционноспособную поверхность раздела и поглощая расплавленное железо, как губка, значительно ускоряя скорость растворения.
3. Чистота (сера, зола и летучие вещества)
Содержание серы. Сера — это поверхностно--активный элемент, который адсорбируется на поверхности науглероживателя, снижая ее смачиваемость расплавленным железом и действуя как барьер на пути растворения атомов углерода. Чем выше содержание серы, тем медленнее скорость растворения.
Летучие вещества: Высокое содержание летучих веществ указывает на высокое содержание «сырого» науглероживания и неполную карбонизацию. При высоких температурах происходит быстрое выделение газов, в результате чего науглероживатель опрокидывается и всплывает в расплавленном чугуне, предотвращая стабильное растворение и продлевая время плавки.
Зола: Зола (в первую очередь SiO₂, Al₂O₃ и т. д.) не растворяется и образует барьерную пленку на поверхности науглероживания, препятствующую контакту между расплавленным железом и углеродом.