Tegundir kolefnishækkana sem notaðar eru í stál- og steypuiðnaði

Inngangur
Í heimi nútíma járnmálmvinnslu er kolefni miklu meira en einfalt efnafræðilegt efni; það er grundvallaratriði málmblöndunnar sem stjórnar vélrænni, hitauppstreymi og örbyggingareiginleikum stáls og steypujárns. Hvort sem þú stillir togstyrk há-kolefnisvíra eða stjórnar dreifingu grafítflaga í sveigjanlegum járnsteypum, þá er nákvæm kolefnisstýring mikilvæg.
Við há-hitabræðslu í ljósbogaofnum, grunnsúrefnisofnum eða örvunarbræðslueiningum tapast verulegur hluti kolefnis við oxun, gjallhvörf og bruna. Til að endurnýja þetta tapaða kolefni og ná nákvæmri markefnafræði, treysta rekstraraðilar bræðsluverksmiðja á sérhæft aukefni sem kallast kolefnishækkun -oft kallað endurkolunarefni, kolefnisaukefni eða kolefnisefni.
Kolefnishækkun er kolefniskennt efni sem er hannað til að leysast hratt upp í bráðið járn eða stál, sem hækkar heildarkolefnisstyrk bræðslunnar. Hins vegar virka ekki öll kolefnisrík efni eins. Val á kolefnisaukefni hefur bein áhrif á skilvirkni kolefnisupptöku, gjallmyndun, eldföst efni í ofni og eðliseiginleika endanlegrar steypu.
Með því að meta mismunandi gerðir kolefnishækkana, efnasamsetningu þeirra, frásogsvirkni og iðnaðarnotkunartækni gerir stálframleiðendum og verkfræðingum í steypuvinnslu kleift að hámarka endurheimt kolefnis, lágmarka skaðleg óhreinindi, draga úr orkukostnaði og stöðugt framleiða hágæða járnblendi.

Aðaltegundir kolefnishækkana og eðliseiginleikar þeirra
Kolefnisaukefni eru flokkuð fyrst og fremst eftir hráefnisuppsprettu þeirra og iðnaðarhita-meðferðarferlum sem notuð eru til að framleiða þau. Hitameðferðarstigið ákvarðar grafítgerð efnisins, fastan kolefnisstyrk og rokgjarnt innihald.
Jarðolíu / kol hráefni ──► Varmabrennsla / grafitvæðing ──► Kolefnishækkunarvara
Grafískt jarðolíukók (GPC)
Grafískt jarðolíukók, venjulega skammstafað sem GPC, táknar úrvalsflokkinn meðal tilbúinna kolefnisaukefna. GPC er framleitt með því að láta grænt jarðolíukok-aukaafurð hráolíuhreinsunar-ofna með mikilli hitameðferð í grafítvinnsluofnum við hitastig á bilinu 2.500 til 3.000 gráður á Celsíus.
Þessi mikla varmavinnsla endurskipulagir tilviljunarkennd kolefnisatóm í skipaðar, kristallaðar sexhyrndar grafítgrindur. Á sama tíma rekur háhitahreinsun nánast öll rokgjörn efnasambönd, brennisteinn og lofttegundir frá sér. GPC er venjulega með fast kolefnisinnihald sem fer yfir 98,5% eða 99,0%, með einstaklega lágu brennisteinsmagni (oft undir 0,05%) og lágmarks köfnunarefnisinnihaldi. Vegna grafítískrar uppbyggingar sinnar leysist GPC hratt upp í fljótandi málm og skilar yfirburða frásogshraða, sem gerir það að ákjósanlegu endurkolunarefni fyrir há-nákvæmni steypu sem framleiða sveigjanlegt og grátt járnsteypuefni.
Brennt jarðolíukók (CPC)
Brennt jarðolíukók er framleitt með því að hita grænt jarðolíukoks í snúningsofnum við lægri hitasvið -venjulega á milli 1.200 og 1.400 gráður á Celsíus. Þetta brennsluferli fjarlægir raka og rokgjörn kolvetni og eykur þéttleika efnisins og fast kolefnisinnihald (venjulega á milli 97,0% og 98,5%).
Hins vegar, vegna þess að hitastigið við staðlaða brennslu er ófullnægjandi til að framkalla raunverulega grafítmyndun, heldur CPC formlausri kolefnisbyggingu. Brennisteinsinnihald þess er áberandi hærra en í GPC, almennt á bilinu 0,5% til 3,0%, allt eftir uppsprettu hráolíu. CPC er mikið notað sem -hagkvæmur endurbrennsli í aðalstálframleiðsluverslunum, þar sem hægt er að þola hærra brennisteinsmagn eða í kjölfarið brennisteinshreinsað í málmvinnslustöðvum með sleif.
Náttúrulegt grafít
Náttúrulegt grafít er náttúrulegt steinefni sem unnið er úr myndbreyttu bergi. Það er afhent málmvinnsluiðnaðinum í tveimur aðalformum: flögugrafít og myndlaust grafít.
Flake Graphite: Er með kristallaða uppbyggingu með hátt fast kolefnisinnihald (venjulega 90% til 95%). Þó að það gefi ágætis frásog, getur náttúrulegt öskuinnihald-sem samanstendur aðallega af kísil og súráli- aukið gjallrúmmál í bræðsluofninum.
Formlaust grafít: Örkristallað náttúrulegt grafít sem sýnir venjulega lægra fast kolefnismagn (75% til 85%) og verulega hærra öskuinnihald. Vegna meiri óhreinindasniðs er myndlaust grafít almennt takmarkað við lág-endurkolun úr stáli eða sleif íblöndun þar sem ekki er þörf á þéttum efnafræðilegum vikmörkum.
Antrasít kol-undirstaða kolefnishækkanir
Antrasítkol táknar-hágæða, náttúrulegan kolefnisgjafa sem hægt er að hitavinnsla til að framleiða hagkvæma endurkolunarefni. Þessum er skipt í tvo meginflokka:
Rafmagnsbrennt antrasít (ECA): Hágæða hrá antrasítkol eru hituð í lóðréttum rafmagnsofnum við hitastig á milli 1.800 og 2.000 gráður á Celsíus. Þessi rafmagnsmeðferð fjarlægir raka og rokgjörn efni, eykur rafleiðni og samstillir kolefnisgrindur að hluta. ECA býður venjulega upp á fast kolefnisinnihald á bilinu 93% til 96%, með litlum rokgjörnum efnum og í meðallagi brennisteinsgildi (0,1% til 0,3%).
Gasbrennt antrasít (GCA): Hrátt antrasít er brennt í gas-kveiktum snúningsofnum við lægra hitastig (um 1.200 gráður á Celsíus). GCA hefur lægra fast kolefnisinnihald (88% til 93%) og hærra magn ösku og rokgjarnra samanborið við ECA. Vörur sem eru byggðar á antrasíti- þjóna sem hagkvæmir endurbrennslutæki fyrir burðarstálframleiðslu í ljósbogaofnum.

Málmvinnsluáhrif og lykilgæðabreytur
Til að velja viðeigandi kolefnishækkun þarf ítarlega greiningu á efnafræðilegum innihaldsefnum þess og eðliseiginleikum. Innleiðing á óæðri kolefnisaukefni getur mengað bræðsluna, valdið kostnaðarsömum gropagalla eða skaðað ofnfóðringar verulega.
Föst kolefni á móti rokgjörnu efni og ösku
Aðal mæligildið sem notað er til að meta endurbrennslutæki er fast kolefnishlutfall hans -raunverulegt hlutfall kolefnis sem er tiltækt til upplausnar í bráðnu baðinu. Fast kolefni er reiknað með því að draga raka, rokgjarnt efni og öskuleifar frá heildarmassanum.
Rokgjarnt efni samanstendur af léttum kolvetnum og lofttegundum sem gufa upp samstundis við snertingu við fljótandi stál. Mikið rokgjarnt innihald leiðir til óhóflegrar logamyndunar, reyks og minni endurheimt kolefnis. Aska samanstendur af ó-brennanlegum ólífrænum oxíðum eins og kísildíoxíði, áloxíði og járnoxíði. Hátt öskuinnihald dregur úr kolefnisnýtni, eykur gjallrúmmál, flýtir fyrir eldföstum sliti í ofninum og eyðir aukinni raforku til að bræða gjalllagið sem myndast.
Skaðleg áhrif óhreininda
Snefilóhreinindi inni í kolefnisaukefni geta verulega dregið úr endanlegum vélrænni heilleika steyptra málma:
Brennisteinn: Þó að brennisteini sé viljandi bætt við tiltekin-frjáls vinnsla kolefnisstál, er það mjög skaðlegt við framleiðslu á sveigjanlegu (hnúðulaga) járni. Ofgnótt brennisteini hlutleysir magnesíumhnúta, kemur í veg fyrir myndun kúlulaga grafíts og veldur gölluðu grafítformi.
Köfnunarefni: Köfnunarefnisupptaka úr lágum-kolefnisaukefnum getur framkallað porosity og millikorna sprungu í stálsteypu. Hins vegar er stýrt köfnunarefnismagn stundum æskilegt í sérstökum grájárnsnotkun til að stuðla að myndun fylkisperlíts.
Vetni og raki: Frásogaður raki á kolefniskornum brotnar niður við hitastig bráðins stáls og losar frítt vetnisgas í fljótandi málminn. Uppleyst vetni veldur alvarlegu vetnisbroti, gropi undir yfirborði og kuldasprungum í storknandi steypu.
Skilvirkni kolefnisupptöku og upplausnarvirkni
Skilvirkni kolefnisupptöku vísar til hlutfalls viðbætts kolefnis sem leysist upp í vökvabaðinu á móti magninu sem tapast vegna gjalls eða oxunar. Mikil kristallað grafítgerð (eins og er að finna í GPC) eykur upplausnarhraða verulega vegna þess að grafítatómalögin skerast og blandast auðveldlega inn í bráðið járnfylki.
Kornastærð stjórnar einnig frásogsaflfræði. Fínt kolefnisryk brennur hratt af í útsogshettunum áður en það kemur í vökvabaðið, á meðan of grófir molar leysast of hægt upp og fljóta ofan á gjalllagið. Ákjósanleg kornastærð-venjulega 1 til 5 millimetrar fyrir viðbætur í ofni-tryggir hraða upplausn og hámarksafrakstur.

Notkunaraðferðir í stálframleiðslu og steypusteypu
Tæknin sem notuð er til að kynna kolefnishækkunartæki er verulega breytileg eftir bræðsluofni, markefnafræði og vinnsluhitastigi.
Rafmagnsbogaofnar og sleif málmvinnsla í stálframleiðslu
Í nútíma rafbogaofni (EAF) stálframleiðslu eru endurkolunartæki kynnt á mörgum vinnslustigum. Við upphafshleðslu rusl er lággjalda-brenndu jarðolíukoki eða brenndu antrasíti bætt beint í ruslakörfuna til að hækka upphaflega kolefnisgrunnlínu bræðslunnar.
Síðar, þegar bankað er á flutningssleifina, er há-hreinleika brenndu jarðolíukók eða lágt-köfnunarefnis GPC sprautað í fljótandi málmstrauminn til að gera nákvæmar lokastillingar. Tilbúið grafít er ákjósanlegt við vinnslu á sleifarofni vegna þess að hröð upplausn þess gerir kleift að bæta við hröðum efnasnyrtingu án þess að lækka hitastig baðsins að óþörfu.
Innleiðsluofnar í steypujárnssteypum
Kjarnalausir meðal-örvunarofnar eru mikið notaðir í steypuhúsum sem framleiða sveigjanlegt járn, grátt járn og þjappað grafítjárn. Vegna þess að örvunarofnar mynda ekki rafboga, krefjast þeir mikils-hreinleika,-hrattuppleysandi kolefnisaukefna.
Við örvunarbræðslu er grafískt jarðolíukók (GPC) bætt við snemma í bræðsluferlinu, oft lagskipt á milli stálbrotshleðslu. Þetta tryggir að kolefnisaukefnið haldist á kafi í vökvahælnum, þar sem rafsegulhrærikraftar hámarka kolefnissnertingu og flýta fyrir upplausn. Að bæta endurkolunarefnum við fullbráðið, kyrrstætt bað getur leitt til fljótandi kolefnisfleka, oxunartaps og ósamræmis frásogsuppskeru.
Stuðningur við sáningu og grafíkvæðingu í smágerð
Í sveigjanlegum járnsteypum veitir notkun kristallaðs grafítískrar kolefnishækkunar mikilvæga örbyggingarávinning umfram efnasamsetningu kolefnis. Kristölluðu grindarbrotin úr uppleystu GPC virka sem smásæir kjarnastaðir (hvarfefni) fyrir grafítútfellingu meðan á storknun stendur. Þessi aukna kjarnamyndun stuðlar að háum hnútafjölda í sveigjanlegu járni, dregur úr tilhneigingu til að mynda stökkt járnkarbíð (kuldagalla) og bætir heildarvinnsluhæfni.

5. Innkaupasjónarmið, hagfræði og bestu starfsvenjur meðhöndlunar
Val á kolefnisaukefni krefst jafnvægis við upphaf hráefniskostnaðar á móti -langtíma rekstrarhagkvæmni og steypugæði.
Jöfnun kostnaðar á móti viðurlögum fyrir óhreinindi
Þó að hrá antrasít-aukefni séu umtalsvert ódýrari á hvert tonn en grafískt jarðolíukók, getur notkun kolefnisaukefna af lægri-gráðu í viðkvæmum forritum aukið heildarframleiðslukostnað.
Til dæmis eykur notkun antrasíts með mikilli -ösku raforkunotkun vegna aukinna krafna um gjallbræðslu, eykur gjald fyrir förgun gjalls og krefst aukinna brennisteinshreinsunarefna. Aftur á móti, að borga aukagjald fyrir há-hreinleika GPC í sveigjanlegum járnsteypum dregur verulega úr hraða steypuhraða, dregur úr magnesíumblendinotkun og lengir endingu eldföstrar fóðurs ofnsins.
Geymsla, rakavarnir og samþætting meðhöndlunar
Vegna þess að vetnisupptaka-upp úr raka umhverfisins er aðalorsök steypunnar, verður að geyma kolefnisaukefni við þurrar, raka-heldar aðstæður. Hágæða endurbrennslutæki eru venjulega pakkað í lokuðum plast-fóðruðum magnpokum (FIBC) eða raka-pappírssekkjum.
Nútíma steypustöðvar nota sjálfvirkt pneumatic flutningskerfi eða tap-í-þyngdarmatara til að flytja kolefniskorn beint úr geymslusílóum inn í ofninn. Sjálfvirk meðhöndlun dregur úr rykmyndun í umhverfinu, kemur í veg fyrir mannleg vigtarvillur og tryggir stöðuga nákvæmni efna-til-lotu.
Öryggisreglur og ryksprengingarhætta
Fínskipt kolefnisryk hefur í för með sér alvarlega heilsu- og öryggishættu í iðnaði. Innöndun kolefnisryks getur valdið-langtímavandamálum í öndunarfærum starfsmanna, en svifryk í lofti skapar alvarlega ryksprengingarhættu ef það verður fyrir stöðurafmagni eða opnum neistagjöfum nálægt bræðsluofnum. Iðnaðarbræðsluverkstæði verða að setja upp þunga-ryksöfnunarloftræstingu, framfylgja reglum um rykgrímur og nota-neistalausan vélbúnað á geymslusvæðum.

Niðurstaða
Í nútíma stálframleiðslu og steypuiðnaði er nákvæm kolefnisstjórnun ómissandi til að ná fram vélrænum eiginleikum og uppfylla ströng gæðaviðmið. Kolefnishækkunin þjónar sem mikilvægt tæki, sem gerir málmfræðingum kleift að bæta upp kolefnisoxunartap, fínstilla-endanlegar efnaforskriftir og fínstilla storknandi örbyggingar.
Þótt ódýrir-kostir eins og gas-brennt antrasít og brennt jarðolíukok veiti skilvirka endurkolun fyrir aðal stálframleiðslu og þungar burðarblöndur, eru há-hrein efni eins og grafískt jarðolíukók (GPC) enn nauðsynleg fyrir mikilvæga sveigjanlega járnsteypu og há-stálgráða.
Með því að meta vandlega fast kolefnisinnihald, óhreinindasnið, upplausnarvirkni og ofnafóðrunartækni geta rekstraraðilar bræðsluverkstæði hámarkað endurheimt kolefnis, útrýmt steypugöllum, dregið úr heildarorkunotkun og viðhaldið háum gæðastöðlum í öllum járnbræðsluaðgerðum.