ردود الفعل المعدنية في فرن الحث, إزالة الأكسدة, سبائك, والسيطرة على العناصر

تستخدم الأفران الحثية على نطاق واسع في المسابك ولإنتاج الصلب الخاص بسبب مزاياه, مثل التسخين السريع, التحريك الكهرومغناطيسي القوي, وسهولة درجة الحرارة والتحكم في التكوين. يمكن تلخيص مهامهم المعدنية الأساسية ذوبان, التكرير, والتكييف. من بين هؤلاء, إزالة الأكسدة, صناعة السبائك, والتحكم في العناصر هي الخطوات الهامة لتحقيق جودة المنتج النهائي.

ⅰ. إزالة الأكسدة

إزالة الأكسدة خطوة حاسمة في عملية الانصهار. سوف يتفاعل محتوى الأكسجين المفرط في الصلب المنصهر أو السبائك مع عناصر مثل الحديد, السيليكون, والكربون أثناء التبريد والتصلب, تشكيل شوائب الأكسيد (على سبيل المثال, الحديد O, SIO2, Al2O3). هذه الادراجات تحط من صلابة المادة بشدة, قوة, وأداء التعب.

مصادر الأكسجين:

• مواد شحن: الصدأ (Fe2O3) على سطح الخردة من الصلب والمواد الإرجاع.
• أَجواء: ملامسة بين سطح الحمام المنصهر والهواء أثناء الذوبان.
• الحراريات: بعض أكاسيد غير مستقرة داخل بطانة الفرن.

طرق إزالة الأكسدة والتسلسل: يتم تنفيذ إزالة الأكسدة عادة باستخدام هطول الأمطار إزالة الأكسدة. يتضمن ذلك إضافة عناصر ذات تقارب أقوى للأكسجين من الحديد, مما تسبب لهم في تكوين أكاسيد مستقرة تطفو مع إزالتها في الخبث.

يتبع اختيار وتسلسل الإضافة من deoxidizers مبدأ “إزالة الأكسدة المتسلسلة,” بشكل عام ، انتقل من الأضعف إلى أقوى عامل إزالة الأكسدة:

• المنغنيز (MN) إزالة الأكسدة: ferromanganese (فام) يضاف خلال منتصف المرحلة من الانصهار. المنغنيز لديه قوة معتدلة إزالة الأكسدة, قادرة على إزالة جزء كبير من الأكسجين. منتج رد الفعل, سيليكات المنغنيز (mno⋅sio2), لديه نقطة انصهار منخفضة, مما يجعل من السهل أن تطفو على السطح.
  • التفاعلات الكيميائية: [الحديد]+[س]→(الحديد O)
  • [MN]+(الحديد O)→(mno)+[الحديد]
• السيليكون (و) إزالة الأكسدة: الفيروسيليكون (يرد) يضاف بعد إزالة الأكسدة المنغنيز. السيليكون عبارة عن مأكسد قوي يمكن أن يقلل من محتوى الأكسجين إلى مستوى أقل.
  • التفاعل الكيميائي: [و]+2(الحديد O)→(SIO2)+2[الحديد]
• الألومنيوم (آل) إزالة الأكسدة (إزالة الأكسدة النهائية): يضاف الألمنيوم المعدني قبل النقر مباشرة. الألومنيوم هو مأكسج قوي للغاية قادر على خفض محتوى الأكسجين في الفولاذ إلى مستويات منخفضة للغاية (عادة < 20 جزء في المليون). لكن, تجدر الإشارة إلى أن المنتج, الألومينا (Al2O3), لديه نقطة انصهار عالية ويمكن أن تتشكل بشكل جيد, الادراج المشتتة التي قد تضعف سيولة الصلب المنصهر إذا لم يتم التحكم فيها بشكل صحيح. لذلك, عادة ما يتم إضافة الألومنيوم في المرحلة النهائية, إما قبل النقر أو في مغرفة.
  • التفاعل الكيميائي: 2[آل]+3(الحديد O)→(Al2O3)+3[الحديد]

نقاط التشغيل الرئيسية:

• توقيت: يجب الانتهاء, خاصة تلك التي تتأكسد بسهولة.
• التحريك: إن التحريك الكهرومغناطيسي في الفرن التعريفي يساعد التصادم, تكتل, وتعويم منتجات إزالة الأكسدة.
• إزالة الخبث (deslagging): يجب إزالة الخبث المتكون من هذه التفاعلات على الفور لمنع الأكسجين من إعادة إدخال الذوبان (الارتداد).

ⅱ. سبائك

صناعة السبائك هي عملية إضافة عناصر محددة إلى المعدن المنصهر لضبط تركيبها الكيميائي, وبالتالي تحقيق الخصائص الميكانيكية والفيزيائية المطلوبة (مثل التآكل أو مقاومة الحرارة).

مفاتيح إضافة سبيكة دقيقة:

1. معدل العائد (استعادة): هذا هو المفهوم الأكثر أهمية. يشير معدل العائد إلى النسبة المئوية لعنصر صناعة السبائك المضافة الذي يذوب فعليًا في المعدن المنصهر. يتأثر بعدة عوامل:
   • التقارب الكيميائي: العناصر التي تتأكسد بسهولة, مثل الألومنيوم (آل), التيتانيوم (ل), وبورون (ب), لديك معدل عائد أقل وأقل استقرار. في المقابل, العناصر التي لا تتأكسد بسهولة, مثل النيكل (في), الموليبدينوم (شهر), والنحاس (النحاس), لديهم معدلات عائد مرتفعة جدا (typically >95%).
   • درجة حرارة الانصهار: كلما ارتفعت درجة الحرارة, كلما تتم أكسدة العناصر بسهولة, مما يؤدي إلى انخفاض معدل العائد.
   • ذوبان حالة: كلما كان إزالة الأكسدة من الذوبان أفضل, كلما زاد معدل العائد في وقت لاحق, العناصر المؤكسدة بسهولة.
   • طريقة الإضافة والتسلسل: تساعد إضافة سبائك إلى حمام جيد التوكسيد مع غطاء خبث وقائي على تحسين معدل العائد.
2. ترتيب الإضافة:
   • عناصر غير قابلة للأكسدة: النيكل (في), الموليبدينوم (شهر), نحاس (النحاس), إلخ., يمكن إضافتها مع مواد الشحن الأولية.
   • عناصر قابلة للأكسدة بشكل معتدل: الكروم (كر), المنغنيز (MN), وسيليكون (و) عادة ما يتم إضافتها بعد أن تكون الشحن منصهرة ويكمل إزالة الأكسدة الأولية.
   • العناصر القابلة للأكسدة بقوة: الألومنيوم (آل), التيتانيوم (ل), البورون (ب), الزركونيوم (Zr), إلخ., يجب إضافة في اللحظة الأخيرة, بعد إزالة الأكسدة النهائية وقبل النقر مباشرة, لتقليل خسائر الأكسدة.
3. حساب مبلغ الإضافة: حسابات صناعة السبائك الدقيقة أمر أساسي لتلبية مواصفات الصف.
4. الإضافة المبلغ = محتوى العنصر في معدل العائد ٪ × ٪(Target ٪ −actual ٪)× وزن المعادن المنصهرة
   • مثال: ل 1 أطنان (1000 كلغ) حرارة الصلب, محتوى المنغنيز المستهدف 1.5%, ويظهر التحليل الحالي 0.3%. ferromanganese مع 75% يتم استخدام محتوى MN, مع معدل العائد المقدر 90%.
   • يحتاج وزن MN النقي: (1.5%−0.3 ٪)× 1000 كجم = 12 كجم
   • وزن FEMN للإضافة: 75%× 90 ٪ 12 كجم 17.8 كجم
5. تحكم العملية:
   • تحليل أولي: استخدم مقياس الطيف لأخذ عينات أثناء عملية الانصهار لمراقبة التركيب الكيميائي في الوقت الفعلي وإجراء تعديلات دقيقة حسب الحاجة. هذا ضروري للتحكم الدقيق.
   • التحكم في درجة الحرارة: تتحكم بدقة في درجة حرارة التنصت. ستؤدي درجة الحرارة المرتفعة بشكل مفرط إلى تسريع فقدان العناصر ويمكن أن تلحق الضرر ببطانة الفرن.

ⅲ. عنصر التحكم في العناصر

بالإضافة إلى عناصر السبائك الرئيسية, السيطرة على العناصر مثل الكربون, الكبريت, والفوسفور مهم بنفس القدر.

الكربون (ج):

• المكربن (زيادة الكربون): عندما يكون محتوى الكربون منخفضًا, وكلاء المكربن مثل الجرافيت, فحم الكوك البترول, أو يمكن إضافة الفحم الأنثراسيت. لتحسين الامتصاص, يجب إضافتها بعد تسخين الذوبان ولكن قبل إزالة الأكسدة. التحريك الكهرومغناطيسي يعزز بشكل كبير من حل ونشر الكربون.
• decarburizing (تقليل الكربون): لا يحتوي الفرن الحث على قدرة محول مؤكسدة للمحول. يحدث فقدان الكربون بشكل أساسي من خلال التفاعل مع الأكسجين: [ج]+[س]→{شارك}. إذا كان محتوى الكربون يحتاج إلى خفض, عادة ما تدار عن طريق اختيار الرسوم (باستخدام خردة الكربون منخفضة) أو, في الحالات الخاصة, بواسطة الأكسجين lancing (أيّ, لكن, يسارع التآكل البطانة).

الكبريت (س): يعتبر إزالة الكبريت تحديًا في الأفران التعريفية, خاصة مع البطانة الحمضية (رمال السيليكا, SIO2).

• مبدأ إزالة الكبريت: يتطلب رد فعل إزالة الكبريت تقليل الجو بقوة و خبث عالي الأساس.
  • التفاعل الكيميائي: [س]+(O2−)→(S2−)+[س] أو بشكل أكثر تحديدا: [فاس]+(تساو)→(CaS)+[الحديد O]
• طرق التنفيذ:
  • بطانة أساسية: لتحقيق التخلص من الكبريت, أساسي (المغنيسيا, MGO) أو محايدة (الألومينا, Al2O3) يجب استخدام البطانة. سوف يتفاعل SiO2 في بطانة الحمضية مع الخبث الأساسي, تقليل كفاءتها.
  • الخبث الاصطناعي: مسبقا, عالي الأساس الخبث الاصطناعي (على سبيل المثال, CAO - Al2O3 - CAF2 نظام) يضاف إلى سطح الذوبان.
  • إزالة الأكسدة العميقة: رد فعل إزالة الكبريت مواتية في بيئة منخفضة الأكسجين. لذلك, يجب تنفيذها بعد إزالة الأكسدة العميقة. انخفض محتوى الأكسجين في الصلب, إزالة الكبريت الأكثر فعالية في الخبث. عادة ما تتم إزالة الكبريت بشكل فعال فقط بعد إزالة الأكسدة النهائية مع الألومنيوم.

الفسفور (ص): إزالة الفسفور غير ممكن بشكل عام في فرن الحث. تتطلب إزالة الفوسفور الجو المؤكسد مع درجة حرارة منخفضة, إمكانات الأكسجين العالية, والخبث عالي الأساس. هذه الشروط هي عكس ذلك تمامًا لبيئة ذوبان الحد العادية في فرن الحث. لذلك, يعتمد التحكم في الفوسفور بالكامل اختيار صارم للمواد الخام منخفضة الفوسفور.

ملخص: التدفق التشغيلي لتلبية متطلبات الصف المحددة

الجمع بين النقاط أعلاه, عملية ذوبان نموذجية في فرن تحريبي تهدف إلى إنتاج الصلب عالي الجودة على النحو التالي:

1. حساب الشحن: احسب بدقة وتحديد تنظيف, منخفضة الكبريت, ومواد شحن الفوسفور المنخفضة بناءً على معدلات العائد على الدرجة المستهدفة ومعدلات العائد.
2. ذوبان: إذابة مواد الشحن بسرعة, إضافة سبائك غير قابلة للأكسدة (في, شهر, إلخ.) مع التهمة.
3. التدفئة والكونبور: رفع درجة الحرارة إلى هدف العملية وإضافة عوامل المكربن حسب الحاجة.
4. تعديل الأوكسيد الأولي وتعديل التكوين: خذ عينة للتحليل. ثم, أضف ferromanganese, الفيروسيليكون, إلخ., لإزالة الأكسدة الأولية وضبط عناصر السبائك الرئيسية مثل الكروم.
5. deslagging والتكرير: قم بإزالة الخبث الأولي. اذا كان ضروري (على سبيل المثال, لتهدئة الكبريت), أضف خبثًا جديدًا جديدًا.
6. التكوين النهائي وتعديل درجة الحرارة: خذ عينة أخرى للتحليل وجعل عمليات التعديل الدقيقة النهائية للتكوين. اضبط درجة الحرارة إلى درجة حرارة التنصت على الهدف.
7. إزالة الأكسدة النهائية وإضافة العناصر الخاصة: قبل النقر أو في الفرن مباشرة, أضف الألومنيوم لإزالة الأكسدة النهائية وجعل الإضافات في اللحظة الأخيرة لعناصر ذات شمح صغير مثل التيتانيوم والبورون.
8. التنصت: صب المعدن المنصهر, الذي يلتقي الآن بكل التكوين, درجة حرارة, ومواصفات النقاء, في مغرفة أو قالب.

من خلال التحكم المنهجي في إزالة الأكسدة, صناعة السبائك, كيمياء الخبث, درجة حرارة, والطرق التحليلية, الفرن الحث القادر تمامًا على إنتاج مواد معدنية عالية الجودة تلبي مجموعة واسعة من متطلبات الصف الصعبة.