Скорость растворения науглероживателей в расплавленном чугуне напрямую определяет эффективность их абсорбции и конечную скорость абсорбции.
Это сложный физико-химический процесс, на который главным образом влияют следующие факторы:
Ниже приведены основные факторы, влияющие на скорость растворения науглероживателей, перечисленные в порядке значимости:
I. Температура (Термический фактор)
Это самый важный и значимый фактор.
• Принцип: Растворение науглероживателей в расплавленном железе представляет собой эндотермический процесс, требующий поглощения большого количества тепла.
Более высокие температуры означают:
Более низкая вязкость расплавленного железа: лучшая текучесть, что благоприятно для конвекции и диффузии атомов углерода.
Повышенная активность атомов углерода: большая кинетическая энергия, облегчающая отделение науглероживающего агента от поверхности и диффундирование внутрь расплавленного железа.
Ускоренная реакция на границе твердого тела-жидкости: более высокие температуры обеспечивают более сильную термодинамическую движущую силу.
• Характер влияния: Скорость растворения резко возрастает с повышением температуры.
Выше 1500 градусов скорость растворения в несколько раз быстрее, чем при 1400 градусах.
II. Свойства материалов науглероживателей
1. Степень графитизации:
• Высокографитированные науглероживающие агенты: их атомы углерода расположены в виде упорядоченной структуры графитового листа, аналогичной структуре графита в чугуне, что обеспечивает лучшую смачиваемость расплавленным железом.
Расплавленное железо легче «намачивается» в зазорах между графитовыми листами, заставляя их слой за слоем отслаиваться, что приводит к более высокой скорости растворения.
• Не-графитированный (например, прокаленный нефтяной кокс): углеродная структура неупорядоченная и плотная, что приводит к плохой смачиваемости расплавленным железом. Расплавленное железо с трудом проникает, и растворение в основном зависит от медленного растворения поверхности, что приводит к низкой скорости.
2. Размер и форма частиц:
• Размер частиц: существует оптимальный диапазон размеров частиц (обычно 1–5 мм).
Слишком мелкие частицы: легко плавают на поверхности жидкости, что приводит к сильному выгоранию-и короткому фактическому времени контакта с расплавленным железом.
Слишком крупные частицы: общая площадь поверхности мала и они легко оседают на дно, что приводит к небольшой площади контакта с расплавленным железом и длительному времени растворения.
• Пористость. Пористые, рыхлые науглероживающие агенты (например, некоторые-науглероживающие агенты низкого качества) обеспечивают больше каналов проникновения расплавленного железа, что приводит к быстрому начальному растворению, но может привести к низкой чистой скорости поглощения из-за быстрого выгорания-выгорания.
III.Состояние расплавленного железа
1. Химический состав расплавленного железа:
• Насыщение углеродом: Чем ближе содержание углерода в расплавленном железе к его концентрации насыщения (определяемой углеродным эквивалентом CE), тем слабее «движущая сила» растворения углерода и тем медленнее скорость растворения.
• «Блокирующие» элементы:
Кремний (Si): основной блокирующий элемент.
Кремний снижает растворимость углерода в расплавленном железе и адсорбируется на поверхности науглероживателя, образуя блокирующий слой, существенно снижающий скорость растворения. Это важная причина, по которой углерод необходимо добавлять перед кремнием.
Марганец (Mn): оказывает меньшее воздействие и может даже косвенно устранить неблагоприятное воздействие серы, реагируя с серой с образованием MnS.
• «Продвигающие» элементы:
Сера (S): На поверхности сера реагирует с углеродом или изменяет поверхностное натяжение, препятствуя растворению.
Что еще более важно, сера значительно снижает смачиваемость расплавленного железа науглероживателями (особенно графитовым углеродом), действуя как сильный ингибитор скорости растворения.
2. Поток и перемешивание расплавленного железа:
• Принцип: Сильная конвекция и перемешивание могут:
Быстро удалите слой, насыщенный-углеродом, с поверхности науглероживателя, открывая новые поверхности для дальнейшего растворения.
Не допускайте агломерации и осаждения рекарбюризатора, обеспечивая его равномерное распределение в расплавленном чугуне.
• Метод. Электромагнитное перемешивание в индукционной печи средней-частоты — чрезвычайно эффективный метод.
Ручное перемешивание также имеет некоторый эффект.
IV. Операционный процесс
1. Методы добавления:
• Нижнее дополнение: Науглероживатель покрыт шихтой и начинает медленно растворяться с самого первого момента плавления расплавленного железа. Этот метод обеспечивает самое длительное эффективное время растворения и происходит в области относительно низких-температур, что приводит к минимальному выгоранию-и самой высокой общей эффективности растворения и абсорбции.
• Добавление в середине-цикла: добавляется, когда расплавленная ванна уже существует, чтобы избежать начального выгорания-отключения. Растворение основано на электромагнитном перемешивании, что приводит к более высокой скорости.
• Поверхностное опрыскивание: худший метод.
Когда карбюризаторы подвергаются воздействию высоких температур и воздуха, значительное их количество сгорает, и они плавают на поверхности, не имея возможности эффективно контактировать с расплавленным железом, что приводит к чрезвычайно низкой эффективной скорости растворения.
Систематически понимая и контролируя эти факторы, можно значительно улучшить скорость растворения науглероживания, тем самым достигая эффективного, стабильного и недорогого-эффекта науглероживания.
