Механізм дії рекарбюризатора — це, по суті, процес масообміну, який переносить вуглець із рекарбюризатора в розплавлений чавун шляхом фізичного розчинення та хімічних реакцій.
Цей процес поділяється на три основні стадії: спливання та розподіл → розчинення та дифузія → абсорбція та гомогенізація.
Етап 1: Плаваючий і розподіл - Стадія фізичного контакту
Коли рекарбюризатор додається до розплавленого чавуну (зазвичай у ковші на пізніх стадіях плавки або під час випуску), він плаває на поверхні розплавленого чавуну через свою меншу щільність.
Ключовий момент: рекарбюризатор потребує достатньо великої площі контакту та достатньо тривалого часу контакту з розплавленим залізом.
Фактори впливу:
Спосіб додавання: безпосередньо розбризкування на поверхню розплавленого заліза або використання технології подачі дроту для глибокого проникнення в розплавлене залізо.
Останній більш ефективний і зменшує вигорання.
Перемішування змішаного заліза: механічне, електромагнітне або ручне перемішування може розщепити частинки рекарбюризатора, збільшити їхню площу контакту з розплавленим залізом, запобігти їх агломерації або утворенню містків і дозволити їм швидко розсіюватися в басейні розплавленого заліза.
Температура рідкого чавуну: чим вища температура, тим краща текучість рідкого чавуну, що полегшує змочування та дифузію рекарбюризатора.
Стадія 2: Розчинення та дифузія - Основна стадія масообміну
Після того, як частинки рекарбюризатора змочуються і оточуються рідким чавуном, починаються фізико-хімічні процеси в ядрі.
1. Міжфазне розчинення:
Основним компонентом рекарбюризатора є фіксований вуглець (наприклад, графітовий вуглець).
При високих температурах на межі між рідким чавуном (в основному складається з Fe) і твердими частинками вуглецю атоми вуглецю відриваються від решітки графіту та розчиняються безпосередньо в рідкому чавуні.
Цей процес можна спростити так: C(s) → [C] (твердий вуглець розчиняється на вуглець, розчинений у залізі).
У цей момент навколо частинок вуглецю утворюється локалізована зона високої концентрації вуглецю.
2. Конвекція та дифузія:
Оскільки концентрація вуглецю в рідкому чавуні навколо вуглецевих частинок висока, тоді як концентрація вуглецю в рідкому чавуні подалі від вуглецевих частинок низька, утворюється градієнт концентрації.
Атоми вуглецю дифундують із зони високої-концентрації в зону-низької концентрації (молекулярна дифузія).
У той же час потік розплавленого заліза (конвекція) безперервно видаляє залізо з високими концентраціями вуглецю і поповнює його залізом з низькими концентраціями вуглецю, що значно прискорює перенесення вуглецю. Цей процес називається конвективним масообміном.
Етап 3: поглинання та гомогенізація - Кінцевий цільовий етап
Розчинені та розсіяні атоми вуглецю поглинаються всім розплавленим залізом, у результаті досягаючи однорідного складу.
Поглинання вуглецю: розчинені атоми вуглецю поєднуються з атомами заліза, утворюючи сплави Fe-C, збільшуючи таким чином загальний вміст вуглецю в розплавленому залізі.
Гомогенізація: Завдяки безперервному перемішуванню та природній конвекції при високих температурах різниця в концентрації вуглецю в різних частинах розплавленого заліза поступово зменшується, в кінцевому підсумку досягаючи однорідного складу.
Неадекватна гомогенізація може призвести до неоднакових властивостей у різних частинах виливка і навіть до дефектів сегрегації вуглецю.
Коротко: механізм дії рекарбюризатора — це складний фізико-хімічний процес, зосереджений на перенесенні атомів вуглецю з твердої фази в рідку фазу розплавленого заліза шляхом розчинення та дифузії.
Щоб досягти високих показників поглинання, необхідно створити та підтримувати хороші умови фізичного контакту (перемішування та диспергування) та відповідні термодинамічні умови (температура), мінімізуючи при цьому хімічне вигорання (окислення). Високоякісний-рекарбюризатор і правильна робота процесу є гарантією досягнення ефективної та стабільної рекарбюризації.
