Rekarburizer grafit vs. recarburizer berbahan dasar batubara dalam tungku induksi

Dalam peleburan tungku induksi, pilihan recarburizer secara langsung menentukan kualitas metalurgi dari pengecoran akhir.

Pendeknya, Rekarburizer Grafit lebih unggul dari Recarburizer berbahan dasar batubara terutama karena mengalami perubahan fase fisik selama perlakuan suhu tinggi, membentuk struktur mikro yang lebih teratur yang memiliki karakteristik termodinamika yang sama dengan serpihan grafit yang ditemukan pada besi cair.

Berikut ini adalah fokus analisis mendalam struktur kristal, kinetika dalam lingkungan tungku induksi, dan itu dampak metalurgi dari pengotor.

1. Struktur Kristal Mikroskopis: Susunan Atom Mendefinisikan Kelarutan

Pelarutan rekarburizer bukan sekedar proses pencampuran fisik, tapi sebuah proses perpindahan massal Dan difusi. Hal ini bergantung sepenuhnya pada susunan mikroskopis atom karbon.

A. Recarburizer berbahan dasar batubara (Struktur Amorf/Turbostratik)

• Karakteristik Struktural: Rekarburizer berbahan dasar batubara (seperti antrasit terkalsinasi) diproses pada suhu biasanya antara $1200teks{–}1300^circteks{C}$. Pada tahap ini, atom karbon ada di suatu amorf atau turbostratik (lapisan yang tidak teratur) negara.
• Ikatan Atom: Lapisan karbon tersusun sembarangan dengan jarak antar lapisan tidak beraturan. Ikatan silang yang kuat terjadi antar atom, membuat struktur menjadi padat dan kaku.
• Pembubaran Penghalang: Dalam besi cair, “menarik keluar” atom karbon individu untuk berdifusi ke dalam cairan memerlukan energi yang signifikan untuk memutus ikatan kimia yang kacau dan kuat ini.

B. Rekarburizer Grafit (Struktur Kisi Heksagonal)

• Karakteristik Struktural: Grafitisasi yang sebenarnya memerlukan pemanasan bahan mentah (biasanya kokas minyak bumi) ke 2500 – 3000 ℃. Pada titik ekstrim ini, atom karbon tersusun ulang menjadi sempurna struktur kristal berlapis heksagonal.
• Ikatan Atom:
  • Intralapisan: Atom terikat oleh ikatan kovalen yang sangat kuat.
  • antar lapisan: Lapisan-lapisan tersebut hanya disatukan oleh lapisan yang lemah pasukan Van der Waals.
• Pembubaran Keuntungan (Mekanisme Pengupasan): Dalam besi cair, struktur berlapis ini memungkinkan atom karbon terlepas dengan cepat “lembaran” pergi ke mekanisme pengelupasan. Ini seperti mendorong setumpuk kartu ke seberang meja dibandingkan dengan mencoba merobek balok kayu padat.

2. Kinetika Disolusi Dalam Kondisi Tungku Induksi

Tungku induksi mempunyai karakteristik peleburan spesifik yang menuntut tinggi “keterbasahan” dari rekarburizer.

A. Keterbatasan Pengadukan Elektromagnetik

Tungku induksi menggunakan induksi elektromagnetik untuk pemanasan. Meskipun hal ini menimbulkan gejolak internal, itu relatif lembut dibandingkan dengan dampak fisik dari Kubah atau konveksi intens dalam Tungku Busur Listrik (EAF).

• Berbasis batu bara: Karena struktur amorfnya yang padat, itu memiliki ukuran yang besar sudut pembasahan dengan besi cair. Tanpa agitasi yang intens, itu cenderung mengapung di lapisan terak, menyulitkan setrika untuk melakukannya “merebut” karbon, menyebabkan tingkat penyerapan yang rendah dan tidak konsisten (biasanya 60%–70%).
• Grafitasi: Strukturnya yang berlapis mudah dibasahi. Setelah kontak, atom besi dengan cepat menembus lapisan grafit, sangat meningkatkan area kontak. Dikombinasikan dengan pengadukan elektromagnetik, itu mudah tersedot ke kedalaman lelehan, mencapai tingkat penyerapan sebesar 90%–95% atau lebih tinggi.

B. Perbedaan Inti: Kecepatan Difusi Atom

Disolusi pada dasarnya adalah difusi karbon dari fase padat dengan konsentrasi tinggi ke fase cair dengan konsentrasi rendah..

Setelah di lelehkan, karbon grafit bertindak sebagai inti nukleasi. Kemiripan strukturnya dengan grafit yang pada akhirnya akan mengendap dari besi mengurangi penghalang energi untuk pelarutan.

3. Sulfur (S) dan Nitrogen (N): Kotoran dan Kualitas Pengecoran

Di luar perbedaan struktural, tingkat kemurnian yang dihasilkan dari suhu pemrosesan yang berbeda berdampak langsung pada integritas metalurgi besi.

A. Nitrogen (N): Penyebab Porositas dan Kerapuhan

• Berbasis batu bara (Nitrogen Tinggi): Antrasit secara alami mengandung nitrogen yang tinggi, dan kalsinasi suhu rendah tidak dapat menghilangkannya secara efektif. N konten biasanya 5000–8000 ppm.
• Grafitasi (Nitrogen Rendah): Selama grafitisasi pada $3000^circtext{C}$, atom nitrogen keluar dari kisi karena getaran termal yang kuat. Rekarburizer grafit berkualitas tinggi dapat memiliki level N di bawah 100 ppm.

Bahaya Nitrogen:

1. Gas Porositas: Ketika nitrogen terlarut melebihi batas kelarutan, itu mengendap selama pemadatan, pembentukan lubang kecil subkutan atau lubang gas tipe fisura.
2. Kerapuhan yang Diinduksi Nitrogen: Nitrogen menstabilkan perlit dan menghambat pembentukan ferit, menyebabkan kekerasan yang sangat tinggi, kemampuan mesin yang buruk, Dan kerapuhan usia.

B. Sulfur (S): Gangguan dengan Nodularisasi

• Berbasis batu bara: Kandungan belerang biasanya 0.3% – 0.5% atau lebih tinggi.
• Grafitasi: Belerang mudah menguap pada suhu tinggi, biasanya menghasilkan tingkat di bawah 0.05%.

Bahaya Belerang:

1. Konsumsi Nodulizer: Dalam produksi Besi Ulet, belerang bereaksi secara istimewa dengan Magnesium (mg) membentuk Magnesium Sulfida (MgS), langsung mengkonsumsi nodulizer dan menyebabkan nodularisasi yang buruk.
2. Interferensi Antarmuka: Belerang merupakan unsur aktif permukaan. Ini dapat membentuk lapisan tipis di sekitar partikel rekarburizer, menghambat difusi atom karbon dan selanjutnya menurunkan laju penyerapan.

Ringkasan: Tabel Perbandingan Kinerja

Kesimpulan

Dalam peleburan tungku induksi, menggunakan rekarburizer grafit bukan hanya tentang menambahkan karbon; itu adalah sebuah pra-perawatan lelehan. Struktur kristalnya yang teratur memastikan kinetika disolusi yang efisien, sementara profil nitrogen dan sulfurnya yang rendah menghilangkan akar penyebab cacat gas dan kegagalan nodularisasi.