I. Kuidas rekarburaatoreid liigitada
Karburaatorid võib tooraine järgi jagada laias laastus nelja tüüpi.
1. Kunstlik grafiit
Kunstliku grafiidi tootmise peamine tooraine on pulbriline kvaliteetne kaltsineeritud naftakoks, millele on sideainena lisatud asfalti ja väike kogus muid abimaterjale. Pärast erinevate toorainete segamist pressitakse ja vormitakse need ning seejärel töödeldakse neid mitteoksüdeerivas atmosfääris temperatuuril 2500–3000 °C, et need grafitiseeruksid. Pärast kõrgtemperatuurset töötlemist väheneb oluliselt tuha-, väävli- ja gaasisisaldus.
Kunstgrafiidist toodete kõrge hinna tõttu on enamik valukodades tavaliselt kasutatavaid tehisgrafiidist rekarbonisaatoreid grafiitelektroodide tootmisel tootmiskulude vähendamiseks taaskasutatud materjalid, näiteks laastud, jäätmeelektroodid ja grafiitplokid.
Kõrgtugeva malmi sulatamisel peaks malmi metallurgilise kvaliteedi parandamiseks rekarbonisaatori esimene valik olema tehisgrafiit.
2. Naftakoks
Naftakoks on laialdaselt kasutatav rekarbonisaator.
Naftakoks on toornafta rafineerimise kõrvalsaadus. Toornafta normaal- või alandatud rõhul destilleerimisel saadud jääke ja naftapigi saab kasutada naftakoksi tootmise toorainena ning seejärel, pärast koksimist, saab rohelist naftakoksi. Rohelise naftakoksi toodang moodustab ligikaudu alla 5% kasutatavast toornaftast. Toornaftakoksi aastane toodang Ameerika Ühendriikides on umbes 30 miljonit tonni. Rohelise naftakoksi lisandite sisaldus on kõrge, seega ei saa seda otse rekarbonisaatorina kasutada ja see tuleb kõigepealt kaltsineerida.
Toornaftakoksi on saadaval käsna-, nõela-, granuleeritud ja vedelal kujul.
Käsnkoksist valmistatakse aeglustatud koksimise meetodil. Tänu oma kõrgele väävli- ja metallisisaldusele kasutatakse seda tavaliselt kütusena kaltsineerimisel ning seda saab kasutada ka kaltsineeritud naftakoksi toorainena. Kaltsineeritud käsnkoksist kasutatakse peamiselt alumiiniumitööstuses ja rekarbonisaatorina.
Nõelnaftakoksi valmistatakse aeglustatud koksimise meetodil toorainest, milles on palju aromaatseid süsivesinikke ja vähe lisandeid. Sellel koksil on kergesti purunev nõeljas struktuur, mida mõnikord nimetatakse ka grafiitkoksiks, ja seda kasutatakse peamiselt grafiitelektroodide valmistamiseks pärast kaltsineerimist.
Granuleeritud naftakoks on kõvade graanulite kujul ja seda valmistatakse kõrge väävli- ja asfalteenisisaldusega toorainest aeglustatud koksistamise meetodil ning seda kasutatakse peamiselt kütusena.
Fluidiseeritud naftakoksi saadakse pideva koksistamise teel fluidiseeritud voodis.
Naftakoksi kaltsineerimine toimub väävli, niiskuse ja lenduvate ainete eemaldamiseks. Rohelise naftakoksi kaltsineerimine temperatuuril 1200–1350 °C võib muuta selle praktiliselt puhtaks süsinikuks.
Kaltsineeritud naftakoksi suurim kasutaja on alumiiniumitööstus, millest 70% kasutatakse boksiidi redutseerivate anoodide valmistamiseks. Umbes 6% Ameerika Ühendriikides toodetud kaltsineeritud naftakoksist kasutatakse malmist rekarbonisaatorites.
3. Looduslik grafiit
Looduslikku grafiiti saab jagada kahte tüüpi: helvesgrafiit ja mikrokristalne grafiit.
Mikrokristallilisel grafiidil on kõrge tuhasisaldus ja seda üldiselt malmi rekarbonisaatorina ei kasutata.
Helvestelist grafiiti on mitut tüüpi: kõrge süsinikusisaldusega helvestelist grafiiti tuleb keemiliselt ekstraheerida või kuumutada kõrgel temperatuuril, et lagundada ja lenduvaks muuta selles sisalduvad oksiidid. Grafiidi tuhasisaldus on kõrge, seega ei sobi see rekarbonisaatorina kasutamiseks; keskmise süsinikusisaldusega grafiiti kasutatakse peamiselt rekarbonisaatorina, kuid selle kogus pole suur.
4. Süsinikoks ja antratsiit
Elektrilise kaarahju terasetootmise protsessis saab laadimisel rekarbonisaatorina lisada koksi või antratsiiti. Suure tuhasisalduse ja lenduvate ainete sisalduse tõttu kasutatakse induktsioonahjus sulatatavat malmi rekarbonisaatorina harva.
Keskkonnakaitsenõuete pideva täiustumisega pööratakse üha enam tähelepanu ressursside tarbimisele ning malmi ja koksi hinnad jätkavad tõusu, mille tulemuseks on valandite maksumuse suurenemine. Üha rohkem valukodasid hakkab traditsioonilise kuppelvalu sulatamise asemel kasutama elektriahjusid. 2011. aasta alguses võttis meie tehase väikeste ja keskmise suurusega osade töökoda samuti kasutusele elektriahjusulatusprotsessi, et asendada traditsiooniline kuppelvalu sulatamine. Suure koguse vanaraua kasutamine elektriahjusulatuses aitab mitte ainult kulusid vähendada, vaid parandab ka valandite mehaanilisi omadusi, kuid võtmerolli mängivad ka kasutatava rekarbonisaatori tüüp ja karastamisprotsess.
II. Kuidas r-i kasutadaekarburizinduktsioonahju sulatamisel
1. Peamised rekarburisaatorite tüübid
Malmist rekarbonisaatoritena kasutatakse paljusid materjale, tavaliselt kasutatakse tehisgrafiiti, kaltsineeritud naftakoksi, looduslikku grafiiti, koksi, antratsiiti ja nende materjalide segusid.
(1) Kunstlik grafiit Ülalmainitud mitmesuguste rekarburisaatorite seas on parima kvaliteediga tehislik grafiit. Kunstliku grafiidi tootmise peamine tooraine on pulbriline kvaliteetne kaltsineeritud naftakoks, millele on sideainena lisatud asfalti ja väike kogus muid abimaterjale. Pärast erinevate toorainete segamist pressitakse ja vormitakse need ning seejärel töödeldakse neid mitteoksüdeerivas atmosfääris temperatuuril 2500–3000 °C, et need grafitiseeruksid. Pärast kõrgtemperatuurilist töötlemist väheneb oluliselt tuha-, väävli- ja gaasisisaldus. Kui kõrgel temperatuuril kaltsineeritud naftakoksi ei ole või kaltsineerimistemperatuur on ebapiisav, mõjutab see rekarburisaatori kvaliteeti tõsiselt. Seetõttu sõltub rekarburisaatori kvaliteet peamiselt grafitiseerumisastmest. Hea rekarburisaator sisaldab grafiitset süsinikku (massifraktsioon). 95–98% väävlisisaldus on 0,02–0,05% ja lämmastikusisaldus on (100–200) × 10-6.
(2) Naftakoks on laialdaselt kasutatav rekarbonisaator. Naftakoks on toornafta rafineerimisel saadav kõrvalsaadus. Toornafta regulaarsel rõhudestillatsioonil või vaakumdestillatsioonil saadud jääke ja naftapigi saab kasutada naftakoksi tootmise toorainena. Pärast koksistamist on võimalik saada toornaftakoksi. Selle sisaldus on kõrge ja seda ei saa otse rekarbonisaatorina kasutada ning see tuleb kõigepealt kaltsineerida.
(3) Looduslikku grafiiti saab jagada kahte tüüpi: helveste grafiit ja mikrokristalliline grafiit. Mikrokristallilisel grafiidil on kõrge tuhasisaldus ja seda üldiselt ei kasutata malmi rekarbonisaatorina. Helveste grafiiti on mitut tüüpi: kõrge süsinikusisaldusega helveste grafiiti tuleb keemiliselt eraldada või kuumutada kõrgel temperatuuril, et lagundada ja lenduvaks muuta selles sisalduvad oksiidid. Grafiidi tuhasisaldus on kõrge ja seda ei tohiks rekarbonisaatorina kasutada. Keskmise süsinikusisaldusega grafiiti kasutatakse peamiselt rekarbonisaatorina, kuid selle kogus pole suur.
(4) Süsinikoksiid ja antratsiit Induktsioonahju sulatamise protsessis saab laadimise ajal rekarbonisaatorina lisada koksi või antratsiiti. Kõrge tuhasisalduse ja lenduvate ainete sisalduse tõttu kasutatakse induktsioonahju sulatamiseks mõeldud malmi rekarbonisaatorina harva. Selle rekarbonisaatori hind on madal ja see kuulub madala kvaliteediga rekarbonisaatorite hulka.
2. Sula raua karastamise põhimõte
Sünteetilise malmi sulatamisprotsessis tuleb süsiniku sisalduse suurendamiseks kasutada karburaatorit, kuna lisatakse palju vanaraua jääke ja sulamalmi süsinikusisaldus on madal. Rekarburaatoris elemendi kujul oleva süsiniku sulamistemperatuur on 3727 °C ja seda ei saa sulatada sulamalmi temperatuuril. Seetõttu lahustub rekarburaatoris olev süsinik sulamalmis peamiselt kahel viisil: lahustumise ja difusiooni teel. Kui grafiidi rekarburaatori sisaldus sulamalmis on 2,1%, saab grafiiti sulamalmis otse lahustada. Mittegrafiidilise karboniseerimise otsese lahustumise fenomeni põhimõtteliselt ei esine, kuid aja jooksul difundeerub ja lahustub süsinik järk-järgult sulamalmis. Induktsioonahju abil sulatatud malmi rekarbureerimisel on kristallilise grafiidi rekarbureerimise rekarbureerimise kiirus oluliselt suurem kui mittegrafiidilise rekarburaatori puhul.
Katsed näitavad, et süsiniku lahustumist sulas rauas kontrollib süsiniku massiülekanne vedelas piirkihis tahkete osakeste pinnal. Koksi ja söeosakestega saadud tulemuste võrdlemisel grafiidiga saadud tulemustega leiti, et grafiidist rekarbonisaatorite difusiooni- ja lahustumiskiirus sulas rauas on oluliselt kiirem kui koksi ja söeosakestel. Osaliselt lahustunud koksi ja söeosakeste proove uuriti elektronmikroskoobiga ning leiti, et proovide pinnale tekkis õhuke kleepuv tuhakiht, mis oli peamine tegur, mis mõjutas nende difusiooni- ja lahustumisvõimet sulas rauas.
3. Süsiniku suurenemise mõju mõjutavad tegurid
(1) Rekarburisaatori osakeste suuruse mõju Rekarburisaatori neeldumiskiirus sõltub rekarburisaatori lahustumis- ja difusioonikiiruse ning oksüdatsioonikao kiiruse koosmõjust. Üldiselt on rekarburisaatori osakesed väikesed, lahustumiskiirus on kiire ja kadumiskiirus on suur; karburisaatori osakesed on suured, lahustumiskiirus on aeglane ja kadumiskiirus on väike. Rekarburisaatori osakeste suuruse valik on seotud ahju läbimõõdu ja mahutavusega. Üldiselt, kui ahju läbimõõt ja mahutavus on suured, peaks rekarburisaatori osakeste suurus olema suurem; vastupidi, rekarburisaatori osakeste suurus peaks olema väiksem.
(2) Lisatud rekarburaatori koguse mõju Teatud temperatuuri ja sama keemilise koostise tingimustes on sula raua küllastunud süsiniku kontsentratsioon kindel. Teatud küllastusastme korral, mida rohkem rekarburaatorit lisatakse, seda pikem on lahustumiseks ja difusiooniks vajalik aeg, seda suurem on vastav kadu ja seda madalam on neeldumiskiirus.
(3) Temperatuuri mõju rekarburaatori neeldumiskiirusele Põhimõtteliselt, mida kõrgem on sularaua temperatuur, seda soodsam on rekarburaatori neeldumine ja lahustumine. Vastupidi, rekarburaatorit on raskem lahustuda ja rekarburaatori neeldumiskiirus väheneb. Kui aga sularaua temperatuur on liiga kõrge, suureneb süsiniku põlemiskaod, kuigi rekarburaator lahustub tõenäolisemalt täielikult, mis viib lõpuks süsinikusisalduse vähenemiseni ja rekarburaatori üldise neeldumiskiiruse vähenemiseni. Üldiselt on rekarburaatori neeldumistõhusus parim, kui sularaua temperatuur on vahemikus 1460–1550 °C.
(4) Sula raua segamise mõju rekarburaatori neeldumiskiirusele Segamine on kasulik süsiniku lahustumisele ja difusioonile ning hoiab ära rekarburaatori hõljumise sula raua pinnal ja põlemise. Enne rekarburaatori täielikku lahustumist on segamisaeg pikk ja neeldumiskiirus kõrge. Segamine võib vähendada ka karboniseerimise hoidmisaega, lühendada tootmistsüklit ja vältida sula raua legeerelementide põlemist. Kui segamisaeg on aga liiga pikk, mõjutab see mitte ainult oluliselt ahju kasutusiga, vaid suurendab ka süsiniku kadu sula rauast pärast rekarburaatori lahustumist. Seetõttu peaks sula raua segamisaeg olema sobiv, et tagada rekarburaatori täielik lahustumine.
(5) Sula raua keemilise koostise mõju rekarburaatori neeldumiskiirusele Kui sula raua algne süsinikusisaldus on kõrge ja jääb alla teatud lahustuvuspiiri, on rekarburaatori neeldumiskiirus aeglane, neeldumiskogus väike ja põlemiskadu suhteliselt suur. Rekarburaatori neeldumiskiirus on madal. Vastupidine on tõsi, kui sula raua algne süsinikusisaldus on madal. Lisaks takistavad sula raua räni ja väävel süsiniku neeldumist ja vähendavad rekarburaatorite neeldumiskiirust; mangaan aga aitab süsinikku absorbeerida ja parandab rekarburaatorite neeldumiskiirust. Mõju astme poolest on suurim räni, millele järgneb mangaan, ning süsinikul ja väävlil on väiksem mõju. Seetõttu tuleks tegelikus tootmisprotsessis kõigepealt lisada mangaan, seejärel süsinik ja seejärel räni.
Postituse aeg: 04.11.2022