Grafīta naftas koksa fiksētā oglekļa, sēra, slāpekļa un pelnu satura ietekme uz lējumiem

Grafīta naftas kokss ir naftas rafinēšanas blakusprodukts. Pēc augstas-temperatūras kalcinēšanas vai grafitizācijas tas ir kļuvis par neaizstājamu palīgmateriālu lietuves nozarē, pateicoties ārkārtīgi augstajam fiksētā oglekļa saturam un zemam piemaisījumu saturam. Čuguna kausēšanas procesā grafīta naftas koksu galvenokārt izmanto kā karburēšanas līdzekli, lai pielāgotu oglekļa saturu izkausētā dzelzē, tādējādi uzlabojot metāllūžņu izmantošanu un samazinot ražošanas izmaksas. Tomēr dažādie grafīta naftas koksa -fiksētā oglekļa, sēra, slāpekļa un pelnu satura- ķīmiskie rādītāji tieši nosaka tā karburēšanas efektu izkausētā dzelzē un ietekmi uz liešanas kvalitāti. Šo rādītāju mehānismu dziļai izpratnei ir liela nozīme lietuvju uzņēmumiem, lai racionāli izvēlētos karburatorus, kontrolētu ražošanas izmaksas un uzlabotu liešanas kvalitāti.

Fiksētais ogleklis ir galvenais rādītājs karburēšanas līdzekļu kvalitātes novērtēšanai un vistiešākais faktors, kas nosaka karburēšanas efektu. Jo augstāks fiksētais oglekļa saturs, jo lielāks ir efektīvā oglekļa īpatsvars karburatorā un jo mazāk piemaisījumu. Čuguna kausēšanā ogleklis izkausētajā čugunā galvenokārt rodas no karburatoriem, un šiem oglekļa elementiem ir izšķiroša nozīme lējumu kvalitātē.

Ogleklis ir čuguna pamatelements, kas pastāv divos veidos: brīvais ogleklis (grafīts) un salikts ogleklis (cementīts). Ogleklis spēcīgi veicina grafitizāciju; oglekļa satura palielināšana veicina grafīta kodolu veidošanos un augšanu, bet rada rupjas grafīta daļiņas; otrādi, samazinot oglekļa saturu, veidojas smalkākas grafīta daļiņas.

Fiksēta oglekļa satura ietekme uz mikrostruktūru un īpašībām atšķiras atkarībā no čuguna veida: pelēkajā čugunā oglekļa saturs parasti tiek kontrolēts diapazonā no 2,7% līdz 3,8%, ogleklis galvenokārt ir pārslu grafīta veidā. Augsta-oglekļa pelēkajam čugunam ir ferīta un rupja pārslu grafīta mikrostruktūra, kas uzrāda zemāku mehānisko izturību un cietību, bet labāku elastību; pelēkajam čugunam ar zemu-oglekļa saturu ir perlīta un smalka pārslveida grafīta mikrostruktūra, kam ir augstāka mehāniskā izturība un cietība, bet mazāka elastība.

Kaļamā čugunā oglekļa saturs tiek kontrolēts robežās no 3,5% līdz 3,9%. Ogleklis pastāv sferoidāla grafīta veidā; Kad grafīts ir sfērisks, oglekļa satura ietekme uz mehāniskajām īpašībām ir relatīvi vājāka. Tomēr oglekļa saturs joprojām ietekmē liešanas procesu: virs eitektiskā sastāva oglekļa satura palielināšana viegli noved pie grafīta peldēšanas, samazinot mehāniskās īpašības; zem eitektiskā sastāva oglekļa satura samazināšanās viegli noved pie brīva cementīta, izraisot mehānisko īpašību samazināšanos, paaugstinātu trauslumu un palielinātus liešanas defektus, piemēram, saraušanās dobumus un porainību.

No karburatora izvēles viedokļa dažādos scenārijos ir noteiktas noteiktas prasības attiecībā uz fiksētu oglekļa saturu: kaļamā čuguna, vermikulārā grafīta čuguna un precīzā pelēkā čuguna detaļās jāizmanto augstas -tīrības grafitizēts naftas kokss ar fiksētu oglekļa saturu, kas ir lielāks par vai vienāds ar 98%; parastajās pelēkā čuguna detaļās var izmantot rūpnieciskas -gradācijas vielas ar fiksētu oglekļa saturu no 95% līdz 97%; savukārt zemas -vērtības neapstrādātā čuguna daļām un tērauda ražošanas karburēšanai var izmantot ekonomiskus produktus ar fiksētu oglekļa saturu no 85% līdz 94%. Fiksētais oglekļa saturs ir negatīvi korelēts ar pelnu un gaistošo vielu saturu,-jo augstāks ir fiksētais oglekļa saturs, jo mazāks ir piemaisījumu īpatsvars. Tāpēc augstas-fiksācijas-oglekļa pārkarsēšanas iekārtas var samazināt kaitīgo piemaisījumu iekļūšanu.

Sērs ir piemaisījumu elements, kam nepieciešama stingra kontrole čuguna kausēšanā. Tā ietekme uz liešanas kvalitāti ir divējāda, taču vairumā gadījumu to uzskata par kaitīgu elementu. Sērs grafīta naftas koksā galvenokārt pastāv organiskā sēra (sulfīdi, tioli utt.) un neorganiskā sēra (dzelzs sulfīda uc) veidā. Pirmo var noņemt zemākā temperatūrā, savukārt otrajam ir nepieciešama augstas-temperatūras grafitizācijas apstrāde, lai iztvaikotu.

Sēra ietekme uz pelēko čugunu: Sērs var stabilizēt cementītu, novērst pārmērīgu grafitizāciju un veicināt grafīta pārslu locīšanu un galu notrulināšanu. Noteiktā diapazonā tas var pat uzlabot lējumu stiepes izturību un cietību. Tāpēc pelēkajam čugunam ir salīdzinoši augsta tolerance pret sēra saturu rekarburatoros; parasti pietiek ar sēra saturu zem 0,5%.

Spēcīgā sēra ietekme uz kaļamo čugunu: Sērs ir elements, kas spēcīgi reaģē ar sferoidizatoriem, piemēram, magniju un retzemju elementiem. Sērs reaģē ar sferoidizētājiem, veidojot sulfīdus, patērējot aģentu un veidojot ieslēgumus, izraisot grafīta sferoīda kropļojumus, samazinātu sferoīdu daudzumu un pat grafīta pārslu veidošanos, nopietni kaitējot sferoidizējošajam efektam. Tāpēc kaļamā čuguna ražošanā kausētā čuguna sēra saturs ir stingri jākontrolē, lai tas būtu mazāks par 0,015% vai vienāds ar to, un sēra saturam karburatorā jābūt pēc iespējas zemākam; augstas-kvalitātes karburatoru sēra saturam jābūt mazākam par vai vienādam ar 0,05%. Izmantojot zema -sēra satura karburatorus, tiek nodrošināta ne tikai sferoidizācijas kvalitāte, bet arī tiek samazināts izmantotā sferoidizējošā līdzekļa daudzums par 15–20%, tādējādi ietaupot izmaksas.

Citas sēra negatīvās sekas: augstas{0}sēra saturošas vielas (piemēram, kalcinēts naftas kokss ar sēra saturu 0,5–1%) kausēšanas laikā viegli veido sulfīdu ieslēgumus, izolējot oglekļa daļiņas un samazinot oglekļa absorbcijas ātrumu. Pētījumi liecina, ka, palielinoties sēra saturam no 0,5% līdz 1%, oglekļa absorbcijas ātrums var samazināties par 10% ~ 15%. Turklāt sērs var reaģēt ar krāsns oderējumu un citām iekārtām augstā temperatūrā, paātrinot iekārtu koroziju. Ja sēra saturs pārsniedz līdzsvara koncentrāciju (aptuveni 0,14%), ja arī slāpekļa saturs karburatorā ir augsts, lējumam ir tendence uz plaisām, piemēram, slāpekļa porainības defektiem, kā rezultātā samazinās stingrība.

Augstas-kvalitātes karburatori, kas apstrādāti ar augstas-temperatūras grafitizāciju, var samazināt sēra saturu līdz mazākam vai vienādam ar 0,05%, un vēl labākus produktus<0.03%. This is also an important indirect indicator of whether the carburizer has undergone sufficient graphitization treatment.

Slāpeklis ir mikroelements, kas pēdējos gados ir saņēmis plašu uzmanību. Tam ir "divējāda ietekme" uz čuguna īpašībām-labvēlīga mērenībā, kaitīga pārmērīgi. Galvenie slāpekļa avoti izkausētajā dzelzē ir karburatori, metāllūžņi, veidnes un smilšu serdeņi, sakausējumi un inokulanti. Īpaši līdz ar "sintētiskā čuguna" procesu popularizēšanu ievērojami pieaudzis izmantoto metāllūžņu daudzums, un slāpekļa saturs izkausētajā dzelzē ir pietuvojies kritiskajai augšējai robežai. Šajā brīdī slāpekļa saturs karburatorā kļūst izšķirošs kontrolei.

Slāpekļa pozitīvā ietekme: atbilstošs slāpekļa daudzums var stabilizēt pelēkā čuguna perlīta struktūru, uzlabot grafītu un uzlabot mehāniskās īpašības. Ja slāpekļa saturs izkausētā dzelzē tiek kontrolēts diapazonā no 70 līdz 120 ppm, var iegūt labu kopējo veiktspēju. Tādi savienojumi kā bora nitrīds veicina grafīta kodolu veidošanos un paātrina grafitizācijas procesu.

Slāpekļa negatīvā ietekme: ja slāpekļa saturs pārsniedz noteiktu slieksni (parasti tiek uzskatīts par virs 120{3}}140 ppm), ievērojami palielinās slāpekļa porainības defektu risks lējumos. Slāpekļa porainība parasti ir sastopama lējumu iekšpusē, uz virsmas vai tās tuvumā, un tā ir dažāda izmēra apaļa, taisnstūra vai neregulāra forma, un tā ir viens no izplatītākajiem defektiem lējumu ražošanā. Kad slāpekļa saturs vēl vairāk palielinās, var parādīties plaisas-piemēram, slāpekļa porainība,-apkārt porām trūkst grafīta, tām ir spilgti baltas malas un parādās "oglekļa deficīta" parādība. Kaļamā čugunā pārmērīgs slāpeklis var saplēst grafīta sferoīdus, izraisot mehāniskās izturības samazināšanos par 30%.

Slāpekļa satura kontroles prasības rekarburatoriem: slāpekļa saturs rekarburatoros ļoti atšķiras atkarībā no to kvalitātes. Dabiski kalcinēto naftas koksa rekarburatoru slāpekļa saturs ir aptuveni 1000 ppm, savukārt ogļu-pārkarsēšanas aparātos var sasniegt 2000-7000 ppm. Augstas-kvalitatīvas augstas temperatūras{10}}naftas koksa rekarburatoros slāpekļa saturs var būt mazāks par 100 ppm. Kaļamā čuguna rekarburatoriem parasti nepieciešams slāpekļa saturs, kas ir mazāks par vai vienāds ar 300 ppm, savukārt augstas klases precizitātes lējumiem ir nepieciešams mazāks par vai vienāds ar 100 ppm. Liešanas uzņēmumiem vajadzētu būt piesardzīgiem pret granulētiem rekarburatoriem, kas izgatavoti, ekstrudējot grafīta pulveri ar saistvielām. Lai gan ogleklis šajos produktos parādās grafīta formā, slāpekļa saturs bieži vien ir aptuveni 2000 ppm, kas viegli izraisa slāpekļa porainības defektus.

Pelni attiecas uz neorganisko minerālu atlikumiem rekarburatoros, kas nevar sadegt augstā temperatūrā, galvenokārt ieskaitot oksīdus, piemēram, SiO₂ un Al2O3. Pelnu saturs tieši ietekmē rekarburizatora tīrību un veiktspēju un ir svarīgs rādītājs tā kvalitātes novērtēšanai.

Pelnu satura ietekme uz rekarburizācijas procesu: pelni kavē oglekļa daļiņu šķīšanu un difūziju izkausētā dzelzē. Novērojot daļēji izšķīdušu koksa un ogļu daļiņu paraugus ar elektronu mikroskopu, uz parauga virsmas veidojas plāns, lipīgs pelnu slānis, kas ir galvenais faktors, kas ietekmē oglekļa daļiņu difūzijas un šķīdināšanas veiktspēju izkausētā dzelzē. Augsta-pelnu rekarburatoriem ir ievērojami zemāks oglekļa absorbcijas līmenis nekā zemiem-pelnu produktiem, tādējādi pagarinot kausēšanas laiku un palielinot enerģijas patēriņu.

Pelnu satura ietekme uz lējuma kvalitāti: pelnos esošo lielo nemetālisko oksīdu daudzumu var iekļaut lējumos kā ieslēgumus, piesārņojot izkausēto dzelzi un samazinot lējumu mehāniskās īpašības un virsmas kvalitāti. Vienlaikus šie oksīdi var pielipt krāsns oderējuma virsmai, pastiprinot eroziju un bojājumus, kā arī saīsinot krāsns oderējuma kalpošanas laiku.

Pelnu satura kontroles standarti augstas-kvalitātes rekarburatoriem: augstas-kvalitātes grafitizēta naftas koksa rekarburatoriem pēc augstas -temperatūras apstrādes 2500–3000 grādu temperatūrā ir ievērojami samazināts pelnu, sēra un gāzu saturs, un pelnu saturs tiek kontrolēts zem 0,5%. Izvēloties karburatorus lējumu ražošanā, priekšroka jādod produktiem ar zemu pelnu saturu un augstu fiksētā oglekļa saturu, lai nodrošinātu izkausētā dzelzs tīrību un lējumu kvalitāti.

Dažādiem lējumu veidiem ir būtiski atšķirīgas prasības dažādiem grafīta naftas koksa rādītājiem. Liešanas uzņēmumiem zinātniski jāizvēlas karburēšanas līdzekļi, pamatojoties uz īpašām produkta un procesa prasībām:

Kaļamais čuguns: ir jāatlasa produkti ar augstu-oglekļa saturu un zemu-sēra saturu, kas ir apstrādāti ar grafitizāciju. Pamatprasības ir fiksēts ogleklis, kas lielāks par vai vienāds ar 98,5%, sērs ir mazāks vai vienāds ar 0,05% un slāpeklis, mazāks vai vienāds ar 200 ppm. Tas var uzlabot sferoidizācijas ātrumu un samazināt izmantotā sferoidizējošā līdzekļa daudzumu par 15% ~ 20%.

Pelēks čuguns (vidējais-līdz-augsts-gals): jāizvēlas grafitizēts naftas kokss vai augstas-kvalitātes kalcinēts kokss ar fiksētu oglekli, kas ir lielāks vai vienāds ar 95% ~ 98%, sērs ir mazāks vai vienāds ar 0,5%, un slāpekļa daudzums ir vienāds ar 0,0 vai ppm Les. Tādējādi var sasniegt labas mehāniskās īpašības un apstrādājamību.

Parastie lējumi/izmaksas{0}}jutīgi scenāriji: saskaņā ar priekšnoteikumu, ka tiek nodrošināta lējumu pamatkvalitāte, var izmantot uz naftas koksa- bāzes izgatavotus karburēšanas līdzekļus (jākontrolē sēra saturs), taču no sēra atdalīšanas procesa ir jāizvairās no ogļu saturošas vielas ar augstu -sēra saturu{3}}, ja vien netiek izmantots. Precīzām plānām -sienu detaļām/lielgabarīta detaļām: jāizvēlas pilnībā grafitizēti pārkarburēšanas līdzekļi ar augstas-temperatūras grafitizāciju virs 2600 grādiem, ar fiksētu oglekli, kas ir lielāks vai vienāds ar 99%, sērs ir mazāks vai vienāds ar 0,03%, un slāpeklis ir mazāks vai vienāds ar 0,03% un uzlabot liešanas blīvumu.

Ir vērts atzīmēt, ka grafīta naftas koksa kvalitātes kontrole ietver virkni testēšanas standartu, galvenokārt ietverot GB/T 26310 sēriju (karsēts kokss primārajam alumīnijam), YS/T 587 sēriju (kalcinēts kokss oglekļa anodiem) un starptautiskos standartus, piemēram, ASTM un ISO, kas aptver testēšanas metodes vairākiem elementiem, piemēram, pelnu saturam un sēra saturam. Lietuvju uzņēmumi, iepērkot un izmantojot kopīgu produktu iegādi un produktu kvalitāti, var atsaukties uz tādiem pašreizējiem nozares standartiem kā JB/T 14236-2023 "Atkārtoti pārkarbēšanas līdzekļi lietuvēm" un YB/T 6261-2024 "Atkārtoti pārkarbēšanas līdzekļi - slāpekļa satura noteikšana - formaldehīda metode". stabilitāte.

Noslēgumā jāsaka, ka dažādās grafīta naftas koksa ķīmiskās īpašības-fiksētā oglekļa, sēra, slāpekļa un pelnu saturs-ir izšķirošas katrā čuguna kausēšanas posmā, būtiski ietekmējot lējumu mikrostruktūru, mehāniskās īpašības, virsmas kvalitāti un ražošanas izmaksas. Fiksētais oglekļa saturs nosaka oglekļa bagātināšanas efektivitāti, pārmērīga sēra un slāpekļa ievadīšana var izraisīt nopietnus liešanas defektus, savukārt pelnu saturs netieši ietekmē krāsns stabilitāti un sakausējuma kvalitāti. Mūsdienu lietuvju uzņēmumiem ir jāizveido holistiska kvalitātes kontroles pieeja, racionāli atlasot augstas kvalitātes grafīta naftas koksa produktus ar atbilstošiem rādītājiem, pamatojoties uz to produktu novietojumu un procesa īpašībām. Vienlaikus tiem kausēšanas procesā jāizveido visaptverošs testēšanas un uzraudzības mehānisms, lai panāktu optimālu līdzsvaru starp liešanas kvalitāti un ražošanas izmaksām. Liešanas nozarē pieaugot pieprasījumam pēc augstas-kvalitatīvas lējumiem un arvien stingrākām prasībām attiecībā uz enerģijas taupīšanu un emisiju samazināšanu, augstas kvalitātes grafitizēts naftas kokss ar zemu sēra, zema slāpekļa un augstu fiksētā oglekļa saturu kļūst par galveno nozares attīstības virzienu.