I. Cách phân loại bộ chế hòa khí
Máy chế hòa khí có thể được chia thành bốn loại theo nguyên liệu thô của chúng.
1. Than chì nhân tạo
Nguyên liệu thô chính để sản xuất than chì nhân tạo là than cốc dầu mỏ nung chất lượng cao dạng bột, trong đó có thêm nhựa đường làm chất kết dính và một lượng nhỏ các vật liệu phụ trợ khác. Sau khi các nguyên liệu thô khác nhau được trộn với nhau, chúng được ép và tạo hình, sau đó được xử lý trong môi trường không oxy hóa ở nhiệt độ 2500-3000 ° C để làm cho chúng được than hóa. Sau khi xử lý ở nhiệt độ cao, hàm lượng tro, lưu huỳnh và khí giảm đáng kể.
Do giá thành sản phẩm than chì nhân tạo cao nên hầu hết các bộ chế hòa khí than chì nhân tạo thường được sử dụng trong các xưởng đúc đều là vật liệu tái chế như phoi, điện cực thải và khối than chì khi sản xuất điện cực than chì để giảm chi phí sản xuất.
Khi nấu chảy gang dẻo, để nâng cao chất lượng luyện kim của gang, than chì nhân tạo nên là lựa chọn đầu tiên cho bộ chế hòa khí.
2. Cốc dầu mỏ
Cốc dầu mỏ là chất tái chế được sử dụng rộng rãi.
Cốc dầu mỏ là sản phẩm phụ thu được từ quá trình tinh chế dầu thô. Cặn và nhựa dầu mỏ thu được từ quá trình chưng cất dưới áp suất thường hoặc dưới áp suất giảm của dầu thô có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất cốc dầu mỏ, sau đó cốc hóa có thể thu được cốc dầu mỏ xanh. Sản lượng cốc dầu mỏ xanh xấp xỉ ít hơn 5% lượng dầu thô được sử dụng. Sản lượng cốc dầu mỏ thô hàng năm tại Hoa Kỳ là khoảng 30 triệu tấn. Hàm lượng tạp chất trong cốc dầu mỏ xanh cao, vì vậy không thể sử dụng trực tiếp làm chất tái chế mà phải nung trước.
Than cốc dầu thô có dạng giống như bọt biển, dạng kim, dạng hạt và dạng lỏng.
Cốc dầu mỏ xốp được chế tạo bằng phương pháp cốc hóa chậm. Do hàm lượng lưu huỳnh và kim loại cao, thường được sử dụng làm nhiên liệu trong quá trình nung, và cũng có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho cốc dầu mỏ nung. Cốc dầu mỏ xốp nung chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp nhôm và làm chất tái chế.
Than cốc dầu mỏ kim được chế tạo bằng phương pháp cốc hóa chậm với nguyên liệu có hàm lượng hydrocarbon thơm cao và hàm lượng tạp chất thấp. Than cốc này có cấu trúc giống như kim dễ gãy, đôi khi được gọi là than cốc than chì, và chủ yếu được sử dụng để chế tạo điện cực than chì sau khi nung.
Cốc dầu mỏ dạng hạt có dạng hạt cứng, được chế biến từ nguyên liệu có hàm lượng lưu huỳnh và asphalten cao bằng phương pháp cốc hóa chậm, chủ yếu dùng làm nhiên liệu.
Cốc dầu mỏ lưu hóa thu được bằng cách cốc hóa liên tục trong tầng sôi.
Quá trình nung cốc dầu mỏ là để loại bỏ lưu huỳnh, độ ẩm và các chất dễ bay hơi. Quá trình nung cốc dầu mỏ xanh ở nhiệt độ 1200-1350°C có thể làm cho nó trở thành cacbon tinh khiết đáng kể.
Người sử dụng lớn nhất của than cốc dầu mỏ nung là ngành công nghiệp nhôm, 70% trong số đó được sử dụng để làm anode khử bauxite. Khoảng 6% than cốc dầu mỏ nung được sản xuất tại Hoa Kỳ được sử dụng cho bộ chế hòa khí gang.
3. Than chì tự nhiên
Than chì tự nhiên có thể được chia thành hai loại: than chì dạng vảy và than chì dạng vi tinh thể.
Than chì vi tinh thể có hàm lượng tro cao và thường không được sử dụng làm chất tái chế cho gang.
Than chì vảy có nhiều loại: than chì vảy cacbon cao cần phải được chiết xuất bằng phương pháp hóa học hoặc nung ở nhiệt độ cao để phân hủy và bay hơi các oxit trong than chì. Hàm lượng tro trong than chì cao nên không thích hợp để sử dụng làm chất tái chế cacbon; than chì cacbon trung bình chủ yếu được sử dụng làm chất tái chế cacbon, nhưng số lượng không nhiều.
4. Than cốc và than antraxit
Trong quá trình luyện thép bằng lò hồ quang điện, than cốc hoặc than antraxit có thể được thêm vào làm chất tái chế khi nạp. Do hàm lượng tro và chất dễ bay hơi cao, gang luyện trong lò cảm ứng hiếm khi được sử dụng làm chất tái chế.
Với việc liên tục cải thiện các yêu cầu về bảo vệ môi trường, ngày càng có nhiều sự chú ý đến việc tiêu thụ tài nguyên, giá gang và than cốc tiếp tục tăng, dẫn đến chi phí đúc tăng. Ngày càng có nhiều xưởng đúc bắt đầu sử dụng lò điện để thay thế phương pháp nấu chảy vòm truyền thống. Vào đầu năm 2011, xưởng sản xuất linh kiện vừa và nhỏ của nhà máy chúng tôi cũng đã áp dụng quy trình nấu chảy lò điện để thay thế phương pháp nấu chảy vòm truyền thống. Việc sử dụng một lượng lớn thép phế liệu trong quá trình nấu chảy lò điện không chỉ có thể giảm chi phí mà còn cải thiện các tính chất cơ học của vật đúc, nhưng loại bộ chế hòa khí được sử dụng và quy trình thấm cacbon đóng vai trò quan trọng.
II.Cách sử dụng recarburizer trong lò luyện cảm ứng
1. Các loại chính của bộ chế hòa khí
Có nhiều vật liệu được sử dụng làm bộ chế hòa khí gang, thường dùng là than chì nhân tạo, than cốc dầu mỏ nung, than chì tự nhiên, than cốc, than antraxit và hỗn hợp làm từ các vật liệu như vậy.
(1) Than chì nhân tạo Trong số các loại than chì tái chế được đề cập ở trên, chất lượng tốt nhất là than chì nhân tạo. Nguyên liệu thô chính để sản xuất than chì nhân tạo là than cốc dầu mỏ nung chất lượng cao dạng bột, trong đó có thêm nhựa đường làm chất kết dính và một lượng nhỏ các vật liệu phụ trợ khác được thêm vào. Sau khi các nguyên liệu thô khác nhau được trộn với nhau, chúng được ép và tạo hình, sau đó được xử lý trong môi trường không oxy hóa ở nhiệt độ 2500-3000 °C để làm cho chúng được than hóa. Sau khi xử lý ở nhiệt độ cao, hàm lượng tro, lưu huỳnh và khí giảm đáng kể. Nếu không có than cốc dầu mỏ nung ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ nung không đủ, chất lượng của than chì tái chế sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Do đó, chất lượng của than chì tái chế chủ yếu phụ thuộc vào mức độ than hóa. Một bộ chế hòa khí tốt chứa cacbon graphit (phần khối lượng). Ở mức 95% đến 98%, hàm lượng lưu huỳnh là 0,02% đến 0,05% và hàm lượng nitơ là (100 đến 200) × 10-6.
(2) Cốc dầu mỏ là một chất tái chế được sử dụng rộng rãi. Cốc dầu mỏ là sản phẩm phụ thu được từ quá trình lọc dầu thô. Cặn và nhựa dầu mỏ thu được từ quá trình chưng cất áp suất thường xuyên hoặc chưng cất chân không dầu thô có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất cốc dầu mỏ. Sau khi cốc hóa, có thể thu được cốc dầu mỏ thô. Hàm lượng cao và không thể sử dụng trực tiếp làm chất tái chế, và phải nung trước.
(3) Than chì tự nhiên có thể được chia thành hai loại: than chì dạng vảy và than chì dạng vi tinh thể. Than chì dạng vi tinh thể có hàm lượng tro cao và thường không được sử dụng làm chất tái chế cacbon cho gang. Than chì dạng vảy có nhiều loại: than chì dạng vảy cacbon cao cần được chiết xuất bằng phương pháp hóa học hoặc nung ở nhiệt độ cao để phân hủy và làm bay hơi các oxit trong đó. Hàm lượng tro trong than chì cao và không nên được sử dụng làm chất tái chế cacbon. Than chì cacbon trung bình chủ yếu được sử dụng làm chất tái chế cacbon, nhưng số lượng không nhiều.
(4) Than cốc và than antraxit Trong quá trình luyện lò cảm ứng, than cốc hoặc than antraxit có thể được thêm vào làm chất tái chế khi nạp. Do hàm lượng tro và chất dễ bay hơi cao nên gang luyện lò cảm ứng ít khi được sử dụng làm chất tái chế. Giá của chất tái chế này thấp và thuộc loại chất tái chế cấp thấp.
2. Nguyên lý thấm cacbon của sắt nóng chảy
Trong quá trình nấu chảy gang tổng hợp, do lượng phế liệu thêm vào lớn và hàm lượng C trong gang nóng chảy thấp nên phải sử dụng bộ chế hòa khí để tăng hàm lượng cacbon. Cacbon tồn tại dưới dạng nguyên tố trong bộ chế hòa khí có nhiệt độ nóng chảy là 3727°C và không thể nóng chảy ở nhiệt độ của gang nóng chảy. Do đó, cacbon trong bộ chế hòa khí chủ yếu được hòa tan trong gang nóng chảy theo hai cách là hòa tan và khuếch tán. Khi hàm lượng bộ chế hòa khí graphite trong gang nóng chảy là 2,1%, than chì có thể được hòa tan trực tiếp trong gang nóng chảy. Hiện tượng hòa tan trực tiếp của quá trình cacbon hóa không phải graphite về cơ bản là không tồn tại, nhưng theo thời gian, cacbon dần khuếch tán và hòa tan trong gang nóng chảy. Đối với quá trình cacbon hóa lại gang nấu chảy bằng lò cảm ứng, tốc độ cacbon hóa lại của quá trình cacbon hóa graphite tinh thể cao hơn đáng kể so với tốc độ cacbon hóa lại của bộ chế hòa khí không phải graphite.
Các thí nghiệm cho thấy sự hòa tan của cacbon trong sắt nóng chảy được kiểm soát bởi sự truyền khối cacbon trong lớp ranh giới lỏng trên bề mặt các hạt rắn. So sánh các kết quả thu được với các hạt than cốc và than đá với các kết quả thu được với than chì, người ta thấy rằng tốc độ khuếch tán và hòa tan của chất tái cacbon hóa than chì trong sắt nóng chảy nhanh hơn đáng kể so với các hạt than cốc và than đá. Các mẫu than cốc và hạt than hòa tan một phần đã được quan sát bằng kính hiển vi điện tử và người ta thấy rằng một lớp tro mỏng dính đã hình thành trên bề mặt của các mẫu, đây là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất khuếch tán và hòa tan của chúng trong sắt nóng chảy.
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu ứng tăng Carbon
(1) Ảnh hưởng của kích thước hạt của bộ chế hòa khí Tỷ lệ hấp thụ của bộ chế hòa khí phụ thuộc vào hiệu ứng kết hợp của tốc độ hòa tan và khuếch tán của bộ chế hòa khí và tốc độ mất oxy hóa. Nhìn chung, các hạt của bộ chế hòa khí nhỏ, tốc độ hòa tan nhanh và tốc độ mất lớn; các hạt bộ chế hòa khí lớn, tốc độ hòa tan chậm và tốc độ mất nhỏ. Việc lựa chọn kích thước hạt của bộ chế hòa khí liên quan đến đường kính và công suất của lò. Nhìn chung, khi đường kính và công suất của lò lớn, kích thước hạt của bộ chế hòa khí phải lớn hơn; ngược lại, kích thước hạt của bộ chế hòa khí phải nhỏ hơn.
(2) Ảnh hưởng của lượng chất tái cacbon hóa được thêm vào Trong điều kiện nhiệt độ nhất định và cùng thành phần hóa học, nồng độ cacbon bão hòa trong sắt nóng chảy là nhất định. Trong mức độ bão hòa nhất định, lượng chất tái cacbon hóa được thêm vào càng nhiều, thời gian cần thiết để hòa tan và khuếch tán càng dài, tổn thất tương ứng càng lớn và tỷ lệ hấp thụ càng thấp.
(3) Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ hấp thụ của bộ chế hòa khí Về nguyên tắc, nhiệt độ của sắt nóng chảy càng cao thì càng có lợi cho quá trình hấp thụ và hòa tan của bộ chế hòa khí. Ngược lại, bộ chế hòa khí khó hòa tan, tốc độ hấp thụ của bộ chế hòa khí giảm. Tuy nhiên, khi nhiệt độ của sắt nóng chảy quá cao, mặc dù bộ chế hòa khí có khả năng hòa tan hoàn toàn hơn, nhưng tốc độ mất cacbon khi cháy sẽ tăng lên, cuối cùng sẽ dẫn đến giảm hàm lượng cacbon và giảm tốc độ hấp thụ chung của bộ chế hòa khí. Nhìn chung, khi nhiệt độ của sắt nóng chảy nằm trong khoảng từ 1460 đến 1550 °C, hiệu suất hấp thụ của bộ chế hòa khí là tốt nhất.
(4) Ảnh hưởng của việc khuấy sắt nóng chảy đến tốc độ hấp thụ của bộ chế hòa khí Khuấy có lợi cho quá trình hòa tan và khuếch tán cacbon, tránh việc bộ chế hòa khí nổi trên bề mặt sắt nóng chảy và bị đốt cháy. Trước khi bộ chế hòa khí hòa tan hoàn toàn, thời gian khuấy dài và tốc độ hấp thụ cao. Khuấy cũng có thể làm giảm thời gian giữ cacbon hóa, rút ngắn chu kỳ sản xuất và tránh cháy các nguyên tố hợp kim trong sắt nóng chảy. Tuy nhiên, nếu thời gian khuấy quá dài, không chỉ ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của lò mà còn làm trầm trọng thêm tình trạng mất cacbon trong sắt nóng chảy sau khi bộ chế hòa khí hòa tan. Do đó, thời gian khuấy sắt nóng chảy thích hợp phải phù hợp để đảm bảo bộ chế hòa khí hòa tan hoàn toàn.
(5) Ảnh hưởng của thành phần hóa học của sắt nóng chảy đến tốc độ hấp thụ của bộ chế hòa khí Khi hàm lượng cacbon ban đầu trong sắt nóng chảy cao, dưới một giới hạn hòa tan nhất định, tốc độ hấp thụ của bộ chế hòa khí chậm, lượng hấp thụ nhỏ và tổn thất cháy tương đối lớn. Tốc độ hấp thụ của bộ chế hòa khí thấp. Ngược lại, khi hàm lượng cacbon ban đầu của sắt nóng chảy thấp. Ngoài ra, silic và lưu huỳnh trong sắt nóng chảy cản trở sự hấp thụ cacbon và làm giảm tốc độ hấp thụ của bộ chế hòa khí; trong khi mangan giúp hấp thụ cacbon và cải thiện tốc độ hấp thụ của bộ chế hòa khí. Về mức độ ảnh hưởng, silic là lớn nhất, tiếp theo là mangan, còn cacbon và lưu huỳnh có ảnh hưởng ít hơn. Do đó, trong quá trình sản xuất thực tế, trước tiên phải thêm mangan, sau đó là cacbon, sau đó mới đến silic.
Thời gian đăng: 04-11-2022