I. Come classificare i ricarburatori
I carburatori possono essere grossolanamente suddivisi in quattro tipologie, in base alle materie prime impiegate.
1. Grafite artificiale
La materia prima principale per la produzione di grafite artificiale è il coke di petrolio calcinato in polvere di alta qualità, a cui viene aggiunto asfalto come legante e una piccola quantità di altri materiali ausiliari. Dopo la miscelazione, le varie materie prime vengono pressate e formate, quindi trattate in atmosfera non ossidante a 2500-3000 °C per ottenere la grafite. Dopo il trattamento ad alta temperatura, il contenuto di ceneri, zolfo e gas viene notevolmente ridotto.
A causa dell'elevato prezzo dei prodotti di grafite artificiale, la maggior parte dei ricarburanti di grafite artificiale comunemente utilizzati nelle fonderie sono materiali riciclati quali trucioli, elettrodi di scarto e blocchi di grafite utilizzati nella produzione di elettrodi di grafite per ridurre i costi di produzione.
Nella fusione della ghisa duttile, per aumentare la qualità metallurgica della ghisa, la grafite artificiale dovrebbe essere la prima scelta per il ricarburatore.
2. Coke di petrolio
Il coke di petrolio è un ricarburante ampiamente utilizzato.
Il coke di petrolio è un sottoprodotto ottenuto dalla raffinazione del petrolio greggio. I residui e le peci di petrolio ottenuti dalla distillazione a pressione normale o a pressione ridotta del petrolio greggio possono essere utilizzati come materie prime per la produzione di coke di petrolio, da cui si può poi ricavare coke di petrolio verde dopo la coking. La produzione di coke di petrolio verde è pari a circa meno del 5% della quantità di petrolio greggio utilizzata. La produzione annua di coke di petrolio grezzo negli Stati Uniti è di circa 30 milioni di tonnellate. L'elevato contenuto di impurità nel coke di petrolio verde è quindi impossibile da utilizzare direttamente come ricarburante e deve essere prima calcinato.
Il coke di petrolio grezzo è disponibile in forma spugnosa, aghiforme, granulare e fluida.
Il coke di petrolio spugnoso viene preparato con il metodo del coking ritardato. Grazie al suo elevato contenuto di zolfo e metalli, viene solitamente utilizzato come combustibile durante la calcinazione e può anche essere utilizzato come materia prima per il coke di petrolio calcinato. Il coke di petrolio spugnoso calcinato viene utilizzato principalmente nell'industria dell'alluminio e come ricarburante.
Il coke di petrolio aghiforme viene preparato con il metodo del coking ritardato a partire da materie prime ad alto contenuto di idrocarburi aromatici e basso contenuto di impurità. Questo coke ha una struttura aghiforme facilmente fratturabile, talvolta chiamata coke di grafite, e viene utilizzato principalmente per produrre elettrodi di grafite dopo calcinazione.
Il coke di petrolio granulare si presenta sotto forma di granuli duri ed è prodotto da materie prime con un elevato contenuto di zolfo e asfalteni mediante il metodo della coking ritardata; viene utilizzato principalmente come combustibile.
Il coke di petrolio fluidizzato si ottiene mediante coking continuo in un letto fluidizzato.
La calcinazione del coke di petrolio serve a rimuovere zolfo, umidità e sostanze volatili. La calcinazione del coke di petrolio verde a 1200-1350 °C può trasformarlo in carbonio sostanzialmente puro.
Il maggiore utilizzatore di coke di petrolio calcinato è l'industria dell'alluminio, il cui 70% viene utilizzato per produrre anodi che riducono la bauxite. Circa il 6% del coke di petrolio calcinato prodotto negli Stati Uniti viene utilizzato per i ricarburatori in ghisa.
3. Grafite naturale
La grafite naturale può essere divisa in due tipi: grafite lamellare e grafite microcristallina.
La grafite microcristallina ha un elevato contenuto di ceneri e generalmente non viene utilizzata come ricarburante per la ghisa.
Esistono molte varietà di grafite lamellare: la grafite lamellare ad alto tenore di carbonio deve essere estratta con metodi chimici o riscaldata ad alte temperature per decomporre e volatilizzare gli ossidi in essa contenuti. L'elevato contenuto di ceneri nella grafite non la rende adatta all'uso come ricarburante; la grafite a medio tenore di carbonio viene utilizzata principalmente come ricarburante, ma in quantità limitata.
4. Carbonio-coke e antracite
Nel processo di produzione dell'acciaio con forno ad arco elettrico, coke o antracite possono essere aggiunti come ricarburanti durante la carica. A causa dell'elevato contenuto di ceneri e volatili, la fusione della ghisa con forno a induzione viene raramente utilizzata come ricarburante.
Con il continuo miglioramento dei requisiti di tutela ambientale, si presta sempre più attenzione al consumo di risorse e i prezzi della ghisa e del coke continuano ad aumentare, con conseguente aumento del costo dei getti. Sempre più fonderie stanno iniziando a utilizzare forni elettrici per sostituire la tradizionale fusione a cubilotto. All'inizio del 2011, anche l'officina di componenti di piccole e medie dimensioni del nostro stabilimento ha adottato il processo di fusione in forno elettrico per sostituire il tradizionale processo di fusione a cubilotto. L'utilizzo di grandi quantità di rottami di acciaio nella fusione in forno elettrico può non solo ridurre i costi, ma anche migliorare le proprietà meccaniche dei getti, ma il tipo di ricarburatore utilizzato e il processo di cementazione svolgono un ruolo chiave.
II.Come usare recarburizer nella fusione in forno a induzione
1. I principali tipi di ricarburatori
Esistono molti materiali utilizzati come ricarburatori di ghisa; quelli comunemente impiegati sono grafite artificiale, coke di petrolio calcinato, grafite naturale, coke, antracite e miscele realizzate con tali materiali.
(1) Grafite artificiale Tra i vari ricarburanti sopra menzionati, la migliore qualità è la grafite artificiale. La principale materia prima per la produzione di grafite artificiale è il coke di petrolio calcinato in polvere di alta qualità, a cui viene aggiunto asfalto come legante e una piccola quantità di altri materiali ausiliari. Dopo che le varie materie prime sono state miscelate insieme, vengono pressate e formate, quindi trattate in un'atmosfera non ossidante a 2500-3000 °C per renderle grafitizzate. Dopo il trattamento ad alta temperatura, il contenuto di ceneri, zolfo e gas si riduce notevolmente. Se non c'è coke di petrolio calcinato ad alta temperatura o con una temperatura di calcinazione insufficiente, la qualità del ricarburante sarà seriamente compromessa. Pertanto, la qualità del ricarburante dipende principalmente dal grado di grafitizzazione. Un buon ricarburante contiene carbonio grafitico (frazione di massa) al 95% - 98%, il contenuto di zolfo è compreso tra lo 0,02% e lo 0,05% e il contenuto di azoto è compreso tra (100 e 200) × 10-6.
(2) Il coke di petrolio è un ricarburante ampiamente utilizzato. Il coke di petrolio è un sottoprodotto ottenuto dalla raffinazione del petrolio greggio. I residui e le peci di petrolio ottenuti dalla distillazione a pressione o sotto vuoto del petrolio greggio possono essere utilizzati come materie prime per la produzione di coke di petrolio. Dopo la coking, si può ottenere coke di petrolio grezzo. Il contenuto è elevato e non può essere utilizzato direttamente come ricarburante, ma deve essere prima calcinato.
(3) La grafite naturale può essere suddivisa in due tipologie: grafite lamellare e grafite microcristallina. La grafite microcristallina ha un elevato contenuto di ceneri e generalmente non viene utilizzata come ricarburante per la ghisa. Esistono molte varietà di grafite lamellare: la grafite lamellare ad alto tenore di carbonio deve essere estratta con metodi chimici o riscaldata ad alta temperatura per decomporre e volatilizzare gli ossidi in essa contenuti. Il contenuto di ceneri nella grafite è elevato e non dovrebbe essere utilizzata come ricarburante. La grafite a medio tenore di carbonio viene utilizzata principalmente come ricarburante, ma in quantità limitata.
(4) Coke di carbone e antracite. Nel processo di fusione a induzione, coke o antracite possono essere aggiunti come ricarburanti durante la carica. A causa dell'elevato contenuto di ceneri e volatili, la fusione a induzione della ghisa viene raramente utilizzata come ricarburante. Il prezzo di questo ricarburante è basso e rientra tra i ricarburanti di bassa qualità.
2. Il principio della carburazione del ferro fuso
Nel processo di fusione della ghisa sintetica, a causa dell'elevata quantità di rottami aggiunti e del basso contenuto di carbonio nella ghisa fusa, è necessario utilizzare un carburatore per aumentare il carbonio. Il carbonio presente sotto forma di elemento nel carburatore ha una temperatura di fusione di 3727 °C e non può essere fuso alla temperatura della ghisa fusa. Pertanto, il carbonio nel carburatore si discioglie nella ghisa fusa principalmente attraverso due meccanismi: dissoluzione e diffusione. Quando il contenuto di grafite nel carburatore è del 2,1%, la grafite può essere disciolta direttamente nella ghisa fusa. Il fenomeno della soluzione diretta della carbonizzazione non grafitica è sostanzialmente assente, ma con il passare del tempo, il carbonio diffonde gradualmente e si dissolve nella ghisa fusa. Nella ricarburazione della ghisa fusa in forno a induzione, la velocità di ricarburazione della grafite cristallina è significativamente superiore a quella dei carburatori non grafitici.
Gli esperimenti dimostrano che la dissoluzione del carbonio nella ghisa fusa è controllata dal trasferimento di massa di carbonio nello strato limite del liquido sulla superficie delle particelle solide. Confrontando i risultati ottenuti con particelle di coke e carbone con quelli ottenuti con la grafite, si è riscontrato che la velocità di diffusione e dissoluzione dei ricarburanti di grafite nella ghisa fusa è significativamente maggiore di quella delle particelle di coke e carbone. I campioni di particelle di coke e carbone parzialmente disciolti sono stati osservati al microscopio elettronico e si è riscontrato che sulla superficie dei campioni si era formato un sottile strato di cenere appiccicosa, che era il fattore principale che influenzava le loro prestazioni di diffusione e dissoluzione nella ghisa fusa.
3. Fattori che influenzano l'effetto dell'aumento del carbonio
(1) Influenza della granulometria del ricarburatore La velocità di assorbimento del ricarburatore dipende dall'effetto combinato della velocità di dissoluzione e diffusione del ricarburatore e dalla velocità di perdita per ossidazione. In generale, le particelle del ricarburatore sono piccole, la velocità di dissoluzione è rapida e la velocità di perdita è elevata; le particelle del carburatore sono grandi, la velocità di dissoluzione è lenta e la velocità di perdita è ridotta. La scelta della granulometria del ricarburatore è correlata al diametro e alla capacità del forno. In generale, quando il diametro e la capacità del forno sono grandi, la granulometria del ricarburatore dovrebbe essere maggiore; al contrario, la granulometria del ricarburatore dovrebbe essere minore.
(2) Influenza della quantità di ricarburante aggiunto. A una certa temperatura e a parità di composizione chimica, la concentrazione satura di carbonio nella ghisa fusa è certa. A un certo grado di saturazione, maggiore è la quantità di ricarburante aggiunto, maggiore è il tempo necessario per la dissoluzione e la diffusione, maggiore è la perdita corrispondente e minore è il tasso di assorbimento.
(3) L'effetto della temperatura sulla velocità di assorbimento del ricarburante In linea di principio, maggiore è la temperatura del ferro fuso, maggiore è l'assorbimento e la dissoluzione del ricarburante. Al contrario, il ricarburante è difficile da sciogliere e la velocità di assorbimento del ricarburante diminuisce. Tuttavia, quando la temperatura del ferro fuso è troppo elevata, sebbene sia più probabile che il ricarburante si dissolva completamente, la velocità di perdita di carbonio per combustione aumenterà, il che porterà infine a una diminuzione del contenuto di carbonio e a una diminuzione della velocità di assorbimento complessiva del ricarburante. Generalmente, quando la temperatura del ferro fuso è compresa tra 1460 e 1550 °C, l'efficienza di assorbimento del ricarburante è migliore.
(4) Influenza dell'agitazione del ferro fuso sulla velocità di assorbimento del ricarburante L'agitazione favorisce la dissoluzione e la diffusione del carbonio ed evita che il ricarburante galleggi sulla superficie del ferro fuso e venga bruciato. Prima che il ricarburante sia completamente dissolto, il tempo di agitazione è lungo e la velocità di assorbimento è elevata. L'agitazione può anche ridurre il tempo di mantenimento della carbonizzazione, abbreviare il ciclo di produzione ed evitare la combustione degli elementi di lega nel ferro fuso. Tuttavia, un tempo di agitazione troppo lungo non solo influisce notevolmente sulla durata del forno, ma aggrava anche la perdita di carbonio nel ferro fuso dopo la dissoluzione del ricarburante. Pertanto, il tempo di agitazione del ferro fuso appropriato deve essere tale da garantire la completa dissoluzione del ricarburante.
(5) Influenza della composizione chimica della ghisa fusa sulla velocità di assorbimento del ricarburatore Quando il contenuto iniziale di carbonio nella ghisa fusa è elevato, al di sotto di un certo limite di solubilità, la velocità di assorbimento del ricarburatore è lenta, la quantità di assorbimento è piccola e la perdita per combustione è relativamente grande. La velocità di assorbimento del ricarburatore è bassa. Il contrario è vero quando il contenuto iniziale di carbonio della ghisa fusa è basso. Inoltre, il silicio e lo zolfo nella ghisa fusa ostacolano l'assorbimento del carbonio e riducono la velocità di assorbimento dei ricarburatori; mentre il manganese aiuta ad assorbire il carbonio e a migliorare la velocità di assorbimento dei ricarburatori. In termini di grado di influenza, il silicio è il maggiore, seguito dal manganese, mentre carbonio e zolfo hanno un'influenza minore. Pertanto, nel processo di produzione effettivo, il manganese dovrebbe essere aggiunto prima, poi il carbonio e infine il silicio.
Data di pubblicazione: 04-11-2022