01. Hvernig á að flokka endurkolefnisvélar
Hægt er að skipta kolvetnum gróflega í fjórar gerðir eftir hráefnum þeirra.
1. Gervi grafít
Helsta hráefnið til framleiðslu á gervigrafíti er duftkennd hágæða brennd jarðolíukók, þar sem asfalt er bætt við sem bindiefni og lítið magn af öðrum hjálparefnum er bætt við. Eftir að hinum ýmsu hráefnum hefur verið blandað saman eru þau pressuð og mótuð og síðan meðhöndluð í oxunarlausu andrúmslofti við 2500-3000°C til að gera þau grafítuð. Eftir háhitameðferð minnkar ösku-, brennisteins- og gasinnihald verulega.
Vegna mikils verðs á gervigrafítvörum eru flestir endurkolefnisþættir gervigrafíts, sem almennt eru notaðir í steypustöðvum, endurunnir efniviður eins og flísar, úrgangsrafskautar og grafítblokkir við framleiðslu á grafítrafskautum til að draga úr framleiðslukostnaði.
Til að hámarka málmgæði steypujárnsins við bræðslu á sveigjanlegu járni ætti gervigrafít að vera fyrsta valið fyrir endurkolefni.
2. Jarðolíukóks
Petroleumkók er mikið notað endurkolefni.
Jarðolíukók er aukaafurð sem fæst við hreinsun hráolíu. Leifar og jarðolíutjökk sem fást með eimingu hráolíu undir venjulegum þrýstingi eða undir lækkaðri þrýstingi má nota sem hráefni til framleiðslu á jarðolíukóksi og síðan er hægt að fá grænt jarðolíukók eftir kóksun. Framleiðsla á grænu jarðolíukóksi er um það bil minni en 5% af magni hráolíu sem notað er. Árleg framleiðsla á hráu jarðolíukóksi í Bandaríkjunum er um 30 milljónir tonna. Óhreinindainnihald græns jarðolíukóks er hátt, þannig að það er ekki hægt að nota það beint sem endurkolefni og verður að brenna það fyrst.
Óunnið jarðolíukók fæst í svampkenndu, nálarkenndu, kornkenndu og fljótandi formi.
Svampkók er framleitt með seinkuðu kóksunaraðferð. Vegna mikils brennisteins- og málmainnihalds er það venjulega notað sem eldsneyti við brennslu og er einnig hægt að nota sem hráefni fyrir brennt jarðolíukók. Brennt svampkók er aðallega notað í áliðnaði og sem endurkolefni.
Nálarkóks úr jarðolíu er framleitt með seinkuðu kókunaraðferð úr hráefnum með hátt innihald arómatískra kolvetna og lágt innihald óhreininda. Þetta kók hefur auðveldlega brotnandi nálarlaga uppbyggingu, stundum kallað grafítkók, og er aðallega notað til að búa til grafítrafskaut eftir brennslu.
Kornótt jarðolíukók er í formi harðra korna og er framleitt úr hráefnum með hátt innihald brennisteins og asfalts með seinkuðu kókunaraðferð og er aðallega notað sem eldsneyti.
Fljótandi jarðolíukók fæst með samfelldri kóksun í fljótandi rúmi.
Brenning jarðolíukokss er til að fjarlægja brennistein, raka og rokgjörn efni. Brenning græns jarðolíukokss við 1200-1350°C getur gert það að nánast hreinu kolefni.
Stærsti notandi brennds jarðolíukokss er áliðnaðurinn, en 70% af framleiðslu sinni fer fram til að framleiða anóður sem draga úr báxíti. Um 6% af brenndum jarðolíukoksi sem framleitt er í Bandaríkjunum er notað í endurkolunartæki fyrir steypujárn.
3. Náttúrulegt grafít
Náttúrulegt grafít má skipta í tvo flokka: flögugrafít og örkristallað grafít.
Örkristallað grafít hefur hátt öskuinnihald og er almennt ekki notað sem endurkolefni fyrir steypujárn.
Það eru margar tegundir af flögugrafíti: flögugrafít með háu kolefnisinnihaldi þarf að vinna út með efnafræðilegum aðferðum eða hita upp í háan hita til að brjóta niður og gufa upp oxíðin í því. Grafítið hefur hátt öskuinnihald, þannig að það hentar ekki til notkunar sem endurkolefni; grafít með miðlungs kolefnisinnihaldi er aðallega notað sem endurkolefni, en magnið er ekki mikið.
4. Kók og antrasít
Í stálframleiðslu í rafbogaofnum er hægt að bæta kóki eða antrasíti við sem endurkolefni við hleðslu. Vegna mikils öskuinnihalds og rokgjörns innihalds er steypujárn í rafofnum sjaldan notað sem endurkolefni.
Með sífelldum framförum í umhverfisverndarkröfum er sífellt meiri athygli gefin auðlindanotkun og verð á steypujárni og kóki heldur áfram að hækka, sem leiðir til hækkunar á kostnaði við steypu. Fleiri og fleiri steypustöðvar eru farnar að nota rafmagnsofna í stað hefðbundinnar kúpulabræðslu. Í byrjun árs 2011 tóku smá- og meðalstór hlutaverkstæði verksmiðjunnar okkar einnig upp rafmagnsbræðsluferli í stað hefðbundinnar kúpulabræðslu. Notkun mikils magns af stálskroti í rafmagnsbræðslu getur ekki aðeins dregið úr kostnaði heldur einnig bætt vélræna eiginleika steypu, en gerð endurkolunartækisins sem notað er og kolunarferlið gegna lykilhlutverki.
02. Hvernig á að nota endurkolefni í bræðslu í spanofni
1 Helstu gerðir endurkolefnisvéla
Margs konar efni eru notuð sem endurkolunartæki fyrir steypujárn, en algeng eru gervigrafít, brennt jarðolíukoks, náttúrulegt grafít, koks, antrasít og blöndur úr slíkum efnum.
(1) Gervigrafít Meðal hinna ýmsu endurkolunarvéla sem nefndar eru hér að ofan er gervigrafít sá gæðamesti. Helsta hráefnið til framleiðslu á gervigrafíti er duftkennt hágæða brennt jarðolíukók, þar sem asfalt er bætt við sem bindiefni og lítið magn af öðrum hjálparefnum er bætt við. Eftir að hinum ýmsu hráefnum hefur verið blandað saman eru þau pressuð og mótuð og síðan meðhöndluð í óoxandi andrúmslofti við 2500-3000 °C til að gera þau grafítuð. Eftir háhitameðferð minnkar ösku-, brennisteins- og gasinnihald verulega. Ef ekkert jarðolíukók er brennt við hátt hitastig eða við ófullnægjandi brennsluhitastig mun gæði endurkolunarvélarinnar verða fyrir alvarlegum áhrifum. Þess vegna fer gæði endurkolunarvélarinnar aðallega eftir grafítmyndunargráðu. Góður endurkolefnisbúnaður inniheldur grafítkolefni (massahlutfall). Við 95% til 98% er brennisteinsinnihaldið 0,02% til 0,05% og köfnunarefnisinnihaldið er (100 til 200) × 10-6.
(2) Jarðolíukók er mikið notað endurkolunarefni. Jarðolíukók er aukaafurð sem fæst við hreinsun hráolíu. Leifar og jarðolíubeik sem fást við hefðbundna þrýstieimingu eða lofttæmiseimingu hráolíu má nota sem hráefni til framleiðslu á jarðolíukóksi. Eftir kóksun er hægt að fá hráan jarðolíukók. Innihaldið er hátt og ekki hægt að nota það beint sem endurkolunarefni og verður að brenna það fyrst.
(3) Náttúrulegt grafít má skipta í tvo flokka: flögugrafít og örkristallað grafít. Örkristallað grafít hefur hátt öskuinnihald og er almennt ekki notað sem endurkolefni fyrir steypujárn. Það eru margar gerðir af flögugrafíti: kolefnisríkt flögugrafít þarf að vinna út með efnafræðilegum aðferðum eða hita upp í hátt hitastig til að brjóta niður og gufa upp oxíðin í því. Öskuinnihaldið í grafítinu er hátt og ætti ekki að nota það sem endurkolefni. Miðlungs kolefnisgrafít er aðallega notað sem endurkolefni, en magnið er ekki mikið.
(4) Kóks og antrasít Í bræðsluferli í spanofni er hægt að bæta kóki eða antrasíti við sem endurkolefni við hleðslu. Vegna mikils öskuinnihalds og rokgjörns innihalds er steypujárn í spanofni sjaldan notað sem endurkolefni. Verðið á þessu endurkolefni er lágt og það tilheyrir lággæða endurkolefnisflokkunum.
2. Meginreglan um kolefnismyndun bráðins járns
Í bræðsluferli tilbúins steypujárns, vegna mikils magns af úrgangi sem bætt er við og lágs kolefnisinnihalds í bráðna járninu, verður að nota kolefnisgjafa til að auka kolefnismagn. Kolefnið sem er til staðar sem frumefni í endurkolefnisgjafanum hefur bræðslumark upp á 3727°C og getur ekki brætt við hitastig bráðna járnsins. Þess vegna er kolefnið í endurkolefnisgjafanum aðallega leyst upp í bráðna járninu á tvo vegu, upplausn og dreifingu. Þegar innihald grafítkolefnis í bráðna járninu er 2,1% er hægt að leysa grafítið beint upp í bráðna járninu. Bein lausnarfyrirbæri án grafíts er í grundvallaratriðum ekki til staðar, en með tímanum dreifist kolefnið smám saman og leysist upp í bráðna járninu. Við endurkolningu steypujárns sem brætt er í spanofni er endurkolunarhraðinn í kristallaðri grafítkolefnisgjöf marktækt hærri en í endurkolefnum án grafíts.
Tilraunir sýna að upplausn kolefnis í bráðnu járni er stjórnað af flutningi kolefnismassa í vökvajaðarlaginu á yfirborði fastra agna. Við samanburð á niðurstöðum sem fengust með kóks- og kolögnum við niðurstöður sem fengust með grafíti kom í ljós að dreifingar- og upplausnarhraði grafítendurkolunartækja í bráðnu járni er marktækt hraðari en kóks- og kolögna. Sýni af hálfuppleystum kóks- og kolögnum voru skoðuð með rafeindasmásjá og kom í ljós að þunnt, klístrað öskulag myndaðist á yfirborði sýnanna, sem var aðalþátturinn sem hafði áhrif á dreifingar- og upplausnargetu þeirra í bráðnu járni.
3. Þættir sem hafa áhrif á áhrif kolefnisaukningar
(1) Áhrif agnastærðar endurkolefnisins Frásogshraði endurkolefnisins fer eftir sameinuðum áhrifum upplausnar- og dreifingarhraða endurkolefnisins og oxunartapshraða. Almennt eru agnir endurkolefnisins litlar, upplausnarhraðinn mikill og tapshraðinn mikill; agnir kolefnisins eru stórar, upplausnarhraðinn hægur og tapshraðinn lítill. Val á agnastærð endurkolefnisins tengist þvermáli og afkastagetu ofnsins. Almennt séð, þegar þvermál og afkastageta ofnsins eru stór, ætti agnastærð endurkolefnisins að vera stærri; þvert á móti ætti agnastærð endurkolefnisins að vera minni.
(2) Áhrif magns endurkolefnis sem bætt er við Við ákveðið hitastig og sömu efnasamsetningu er mettunarþéttni kolefnis í bráðnu járni vís. Við ákveðna mettunargráðu, því meira endurkolefni sem bætt er við, því lengri tekur upplausn og dreifing, því meira samsvarandi tap og því lægra frásogshraði.
(3) Áhrif hitastigs á frásogshraða endurkolefnisins. Í meginatriðum, því hærra sem hitastig bráðins járns er, því auðveldara er að frásogast og leysa upp endurkolefnisins. Þvert á móti er erfitt að leysa upp endurkolefnin og frásogshraði endurkolefnisins minnkar. Hins vegar, þegar hitastig bráðins járns er of hátt, þó að meiri líkur séu á að endurkolefnin leysist upp að fullu, mun brennslutap kolefnis aukast, sem að lokum mun leiða til lækkunar á kolefnisinnihaldi og lækkunar á heildarfrásogshraða endurkolefnisins. Almennt, þegar hitastig bráðins járns er á milli 1460 og 1550 °C, er frásogsnýtni endurkolefnisins best.
(4) Áhrif hræringar í bráðnu járni á frásogshraða endurkolefnisins Hræring er gagnleg fyrir upplausn og dreifingu kolefnis og kemur í veg fyrir að endurkolefnið fljóti á yfirborði bráðna járnsins og brenni. Áður en endurkolefnið er alveg uppleyst er hrærslutíminn langur og frásogshraðinn mikill. Hræring getur einnig dregið úr kolefnisgeymslutíma, stytt framleiðsluferlið og komið í veg fyrir bruna á málmblönduðum frumefnum í bráðna járninu. Hins vegar, ef hrærslutíminn er of langur, hefur það ekki aðeins mikil áhrif á endingartíma ofnsins, heldur eykur það einnig tap á kolefni í bráðna járninu eftir að endurkolefnið er uppleyst. Þess vegna ætti viðeigandi hræringartími fyrir bráðið járn að vera hentugur til að tryggja að endurkolefnið leysist alveg upp.
(5) Áhrif efnasamsetningar bráðins járns á frásogshraða endurkolefnisins Þegar upphaflegt kolefnisinnihald í bráðna járninu er hátt, undir ákveðnum leysnimörkum, er frásogshraði endurkolefnisins hægur, frásogsmagnið er lítið og brunatapið er tiltölulega mikið. Frásogshraði endurkolefnisins er lágur. Hið gagnstæða á við þegar upphaflegt kolefnisinnihald bráðins járns er lágt. Að auki hindra kísill og brennisteinn í bráðnu járni frásog kolefnis og draga úr frásogshraða endurkolefnisins; á meðan mangan hjálpar til við að frásogast kolefni og bæta frásogshraða endurkolefnisins. Hvað varðar áhrifastig er kísill mest, fylgt eftir af mangan, og kolefni og brennisteinn hafa minni áhrif. Þess vegna ætti að bæta mangani fyrst við í raunverulegu framleiðsluferlinu, síðan kolefni og að lokum kísill.
4. Áhrif mismunandi endurkolefna á eiginleika steypujárns
(1) Prófunarskilyrði Tveir 5t kjarnalausir spanofnar með miðlungs tíðni voru notaðir til bræðslu, með hámarksafli upp á 3000 kW og tíðni upp á 500 Hz. Samkvæmt daglegum bræðslulista verkstæðisins (50% endurunnið efni, 20% steypujárn, 30% rusl), skal nota kalsínerað endurkolefni með lágu köfnunarefnisinnihaldi og grafítgerð endurkolefni til að bræða bráðið járn í ofni, í samræmi við kröfur ferlisins. Eftir að efnasamsetningin hefur verið aðlöguð skal steypa aðallagerhettu sívalningsins.
Framleiðsluferli: Endurkolefninu er bætt við rafmagnsofninn í skömmtum meðan á bræðsluferlinu stendur, 0,4% aðalígræðsluefni (sílikonbaríumígræðsluefni) er bætt við í aftöppunarferlinu og 0,1% aukaflæðisígræðsluefni (sílikonbaríumígræðsluefni). Notið DISA2013 stíllínuna.
(2) Vélrænir eiginleikar Til að staðfesta áhrif tveggja mismunandi endurkolunartækja á eiginleika steypujárns og til að forðast áhrif bráðins járnsamsetningar á niðurstöðurnar var bráðna járnsamsetningin, sem brædd var með mismunandi endurkolunartækjum, stillt þannig að hún væri í grundvallaratriðum sú sama. Til að staðfesta niðurstöðurnar betur voru tvö sett af 30 mm prófunarstöngum, auk þess að hella tveimur settum af 30 mm prófunarstöngum í tvo ofna með bráðnu járni, einnig valdir af handahófi 12 stykki af steyptum hlutum úr hvoru bráðna járni fyrir Brinell hörkuprófun (6 stykki/kassi, prófanir á tveimur kössum).
Ef um er að ræða nánast sömu samsetningu er styrkur prófunarstanganna sem framleiddar eru með grafítkolefni marktækt hærri en styrkur prófunarstanganna sem steyptar eru með brenndum kolefnisbúnaði, og vinnslugeta steypunnar sem framleidd er með grafítkolefni er augljóslega betri en sú sem framleidd er með brenndum kolefnisbúnaði. Steypur framleiddar með brenndum kolefnisbúnaði (þegar hörku steypunnar er of mikil mun brún steypunnar birtast eins og stökkhnífur við vinnslu).
(3) Grafítform sýnanna sem notuð eru með grafítgerð endurkolefnis eru öll A-gerð grafít, og fjöldi grafítanna er stærri og stærðin er minni.
Eftirfarandi ályktanir eru dregnar af ofangreindum prófunarniðurstöðum: hágæða grafít-endurkolefni getur ekki aðeins bætt vélræna eiginleika steypu, bætt málmfræðilega uppbyggingu, heldur einnig bætt vinnslugetu steypu.
03. Eftirmáli
(1) Þættirnir sem hafa áhrif á frásogshraða endurkolefnisins eru agnastærð endurkolefnisins, magn endurkolefnisins sem bætt er við, endurkolefnishitastigið, hrærslutími bráðna járnsins og efnasamsetning bráðna járnsins.
(2) Hágæða grafítkolefni getur ekki aðeins bætt vélræna eiginleika steypu, bætt málmfræðilega uppbyggingu, heldur einnig bætt vinnslugetu steypu. Þess vegna er mælt með því að nota hágæða grafítkolefni þegar lykilvörur eins og strokkablokkir og strokkahausar eru framleiddar í bræðsluferli spanofna.
Birtingartími: 8. nóvember 2022