Швидкість розчинення науглерожувачів у розплавленому чавуні безпосередньо визначає їх ефективність поглинання та кінцеву швидкість поглинання.
Це складний фізико-хімічний процес, на який в основному впливають такі фактори:
Нижче наведено основні фактори, що впливають на швидкість розчинення науглерожувачів, перераховані в порядку важливості:
I. Температура (термічний фактор)
Це найважливіший і найважливіший фактор.
• Принцип: розчинення науглерожувачів у розплавленому залізі є ендотермічним процесом, що вимагає поглинання великої кількості тепла.
Вищі температури означають:
Нижча в'язкість розплавленого заліза: краща текучість, що сприяє конвекції та дифузії атомів вуглецю.
Підвищена активність атомів вуглецю: більша кінетична енергія, що полегшує відокремлення від поверхні цементуючого агента та дифузію всередину розплавленого заліза.
Прискорена реакція розділу тверде тіло-рідина: вищі температури створюють сильнішу термодинамічну рушійну силу.
• Схема впливу: Швидкість розчинення різко зростає з підвищенням температури.
При температурі вище 1500 градусів швидкість розчинення в кілька разів вища, ніж при 1400 градусах.
II. Матеріальні властивості цементаторів
1. Ступінь графітизації:
• Сильно графітизовані науглерожувачі: їхні атоми вуглецю розташовані у впорядкованій листовій структурі графіту, подібній до структури графіту в чавуні, таким чином демонструючи кращу змочуваність розплавленим залізом.
Розплавлене залізо може легше «змочувати» щілини між листами графіту, змушуючи їх шар за шаром відшаровуватися, що призводить до більш швидкого розчинення.
• Не-графітизований (наприклад, кальцинований нафтовий кокс): структура вуглецю є невпорядкованою та щільною, що призводить до поганої змочуваності розплавленим залізом. Розплавлене залізо важко проникає, і розчинення в основному залежить від повільного розчинення поверхні, що призводить до повільної швидкості.
2. Розмір і форма частинок:
• Розмір частинок: існує оптимальний діапазон розмірів частинок (зазвичай 1-5 мм).
Занадто дрібні частинки: легко плавають на поверхні рідини, що призводить до сильного опіку та короткого фактичного часу контакту з розплавленим залізом.
Занадто великі частинки: невелика загальна площа поверхні та легко опускаються на дно, що призводить до малої площі контакту з розплавленим залізом і тривалого часу розчинення.
• Пористість: пористі, пухкі науглерожувачі (такі як деякі-якісні науглерожувачі) забезпечують більше каналів проникнення для розплавленого заліза, що призводить до швидкого початкового розчинення, але може призвести до низького рівня чистого поглинання через швидке-вигорання.
III. Стан розплавленого заліза
1. Хімічний склад розплавленого заліза:
• Насичення вуглецем: чим ближче вміст вуглецю в розплавленому залізі до його концентрації насичення (визначається вуглецевим еквівалентом CE), тим слабша «рушійна сила» для розчинення вуглецю, і тим повільніше швидкість розчинення.
• "Блокувальні" елементи:
Кремній (Si): Основний блокуючий елемент.
Кремній знижує розчинність вуглецю в розплавленому залізі та адсорбується на поверхні цементуючого агента, утворюючи блокуючий шар, який значно знижує швидкість розчинення. Це важлива причина, чому вуглець потрібно додавати перед кремнієм.
Марганець (Mn): Має менший вплив і може навіть опосередковано усунути несприятливий вплив сірки шляхом реакції з сіркою з утворенням MnS.
• Елементи «просування»:
Сірка (S): на поверхні сірка реагує з вуглецем або змінює поверхневий натяг, перешкоджаючи розчиненню.
Що ще важливіше, сірка значно знижує змочуваність розплавленого заліза рекарбюризаторами (особливо графітним вуглецем), діючи як сильний інгібітор швидкості розчинення.
2. Потік і перемішування розплавленого заліза:
• Принцип: сильна конвекція та перемішування можуть:
Швидко видаліть насичений -вуглецем шар на поверхні рекарбюризатора, відкриваючи нові поверхні для подальшого розчинення.
Запобігайте агломерації та осіданню рекарбюризатора, забезпечуючи його рівномірний розподіл у розплавленому чавуні.
• Метод. Електромагнітне перемішування в-індукційній печі середньої частоти є надзвичайно ефективним методом.
Певний ефект має і ручне перемішування.
IV. Процес операції
1. Методи додавання:
• Додавання знизу: рекарбюризатор покритий шихтою печі та починає повільно розчинятися з самого першого моменту, коли розплавлене залізо плавиться. Цей метод забезпечує найдовший ефективний час розчинення та відбувається у відносно низькій-температурній області, що призводить до мінімального-вигорання та найвищої загальної ефективності розчинення та поглинання.
• Додавання в середині-циклу: додається, коли резервуар розплаву вже існує, щоб уникнути початкового вигоряння. Розчинення залежить від електромагнітного перемішування, що призводить до більшої швидкості.
• Обприскування поверхні: найгірший метод.
Коли карбюризатори піддаються дії високих температур і повітря, значна кількість згоряє, і вони плавають на поверхні, не вдаючись до ефективного контакту з розплавленим залізом, що призводить до надзвичайно низької ефективної швидкості розчинення.
Систематично розуміючи та контролюючи ці фактори, можна значно покращити швидкість розчинення науглерожувачів, досягнувши таким чином ефективного, стабільного та недорогого-ефекту науглерожування.
