กราไฟท์ไรเซอร์เทียบกับ. สารเติมแต่งคาร์บอนที่ใช้ถ่านหินในเตาเหนี่ยวนำ

ในเตาหลอมเหนี่ยวนำ, การเลือกใช้รีคาร์บูไรเซอร์จะกำหนดคุณภาพทางโลหะวิทยาของการหล่อขั้นสุดท้ายโดยตรง.

ในระยะสั้น, สารเติมแต่งคาร์บอนกราไฟต์ จะดีกว่า สารเติมแต่งคาร์บอนที่ใช้ถ่านหิน สาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนแปลงระยะทางกายภาพระหว่างการบำบัดที่อุณหภูมิสูง, สร้างโครงสร้างจุลภาคที่มีลำดับมากขึ้นซึ่งมีลักษณะทางอุณหพลศาสตร์ร่วมกับเกล็ดกราไฟท์ที่พบในเหล็กหลอมเหลว.

ต่อไปนี้เป็นการวิเคราะห์เชิงลึกที่เน้นไปที่ โครงสร้างคริสตัล, จลนพลศาสตร์ในสภาพแวดล้อมเตาเหนี่ยวนำ, และ ผลกระทบทางโลหะวิทยาของสิ่งสกปรก.

1. โครงสร้างคริสตัลด้วยกล้องจุลทรรศน์: การจัดเรียงอะตอมกำหนดความสามารถในการละลาย

การละลายของสารเติมแต่งคาร์บอนไม่ได้เป็นเพียงกระบวนการผสมทางกายภาพเท่านั้น, แต่เป็นกระบวนการของ การถ่ายโอนมวล และ การแพร่กระจาย. ขึ้นอยู่กับการจัดเรียงอะตอมของคาร์บอนด้วยกล้องจุลทรรศน์.

ก. สารเติมแต่งคาร์บอนที่ใช้ถ่านหิน (โครงสร้างอสัณฐาน/เทอร์โบสตราติก)

• ลักษณะโครงสร้าง: สารเติมแต่งจากถ่านหิน (เช่น แอนทราไซต์เผา) ได้รับการประมวลผลที่อุณหภูมิโดยทั่วไประหว่าง $1200ข้อความ{–}1300^circข้อความ{C}$. ในขั้นตอนนี้, อะตอมของคาร์บอนมีอยู่ใน สัณฐาน หรือ เทอร์โบสเตติก (ชั้นที่ไม่เป็นระเบียบ) สถานะ.
• พันธะอะตอม: ชั้นคาร์บอนถูกจัดเรียงอย่างไม่ตั้งใจโดยมีระยะห่างระหว่างชั้นไม่สม่ำเสมอ. มีพันธะเชื่อมโยงข้ามที่แข็งแกร่งระหว่างอะตอม, ทำให้โครงสร้างมีความหนาแน่นและแข็งแรง.
• การละลาย สิ่งกีดขวาง: ในเหล็กหลอมเหลว, “ดึงออก” อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมที่จะกระจายไปสู่ของเหลวต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อทำลายพันธะเคมีที่วุ่นวายและรุนแรงเหล่านี้.

บี. สารเติมแต่งคาร์บอนกราไฟต์ (โครงสร้างขัดแตะหกเหลี่ยม)

• ลักษณะโครงสร้าง: การทำกราฟิติเซชันอย่างแท้จริงต้องใช้ความร้อนแก่วัตถุดิบ (มักจะเป็นโค้กปิโตรเลียม) ถึง 2500 – 3000 ℃. ที่สุดขั้วเหล่านี้, อะตอมของคาร์บอนจัดเรียงใหม่ให้สมบูรณ์แบบ โครงสร้างคริสตัลชั้นหกเหลี่ยม.
• พันธะอะตอม:
  • ภายในชั้น: อะตอมถูกพันธะด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งมาก.
  • อินเตอร์เลเยอร์: ชั้นต่างๆ ถูกยึดเข้าด้วยกันโดยผู้อ่อนแอเท่านั้น กองกำลังฟาน เดอร์ วาลส์.
• การละลาย ข้อได้เปรียบ (กลไกการปอกเปลือก): ในเหล็กหลอมเหลว, โครงสร้างที่เป็นชั้นนี้ช่วยให้อะตอมของคาร์บอนแยกตัวออกอย่างรวดเร็ว “แผ่นงาน” ออกไป กลไกการปอกเปลือก. มันเหมือนกับการดันไพ่สำรับบนโต๊ะเมื่อเทียบกับการพยายามทำลายท่อนไม้.

2. จลนพลศาสตร์ของการละลายภายใต้สภาวะเตาเหนี่ยวนำ

เตาเหนี่ยวนำมีลักษณะการหลอมเฉพาะซึ่งมีความต้องการสูง “ความสามารถในการเปียกน้ำ” จากเครื่องเติมคาร์บูไรเซอร์.

ก. ข้อจำกัดของการกวนแม่เหล็กไฟฟ้า

เตาเหนี่ยวนำใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อน. ขณะนี้ทำให้เกิดความปั่นป่วนภายใน, มันค่อนข้างจะ อ่อนโยน เมื่อเทียบกับผลกระทบทางกายภาพของโดมหรือการพาความร้อนที่รุนแรงในเตาอาร์คไฟฟ้า (EAF).

• ที่ใช้ถ่านหิน: เนื่องจากมีโครงสร้างอสัณฐานหนาแน่น, มันมีขนาดใหญ่ มุมเปียก ด้วยเหล็กหลอม. โดยไม่เกิดความปั่นป่วนอย่างรุนแรง, มันมักจะลอยอยู่บนชั้นตะกรัน, ทำให้เหล็กทำได้ยาก “คว้า” คาร์บอน, ส่งผลให้อัตราการดูดซึมต่ำและไม่สม่ำเสมอ (ปกติ 60%–70%).
• กราฟิค: โครงสร้างเป็นชั้นๆ เปียกได้ง่าย. เมื่อได้รับการติดต่อ, อะตอมของเหล็กจะทะลุผ่านชั้นกราไฟท์ได้อย่างรวดเร็ว, เพิ่มพื้นที่สัมผัสอย่างมาก. ผสมผสานกับการกวนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า, มันถูกดูดเข้าไปในส่วนลึกของน้ำที่ละลายได้อย่างง่ายดาย, บรรลุอัตราการดูดซึมของ 90%–95% หรือสูงกว่า.

บี. ความแตกต่างหลัก: ความเร็วการแพร่กระจายของอะตอม

การละลายคือการแพร่กระจายของคาร์บอนจากสถานะของแข็งที่มีความเข้มข้นสูงไปยังสถานะของเหลวที่มีความเข้มข้นต่ำ.

ครั้งหนึ่งในการหลอมละลาย, คาร์บอนกราไฟต์ทำหน้าที่เป็นแกนกลางของนิวเคลียส. โครงสร้างที่คล้ายคลึงกันกับกราไฟท์ที่จะตกตะกอนออกจากเหล็กในที่สุดจะช่วยลดอุปสรรคด้านพลังงานในการละลาย.

3. กำมะถัน (ส) และไนโตรเจน (เอ็น): สิ่งเจือปนและคุณภาพการหล่อ

เหนือความแตกต่างทางโครงสร้าง, ระดับความบริสุทธิ์ที่เกิดจากอุณหภูมิการประมวลผลที่แตกต่างกันส่งผลโดยตรงต่อความสมบูรณ์ทางโลหะวิทยาของเหล็ก.

ก. ไนโตรเจน (เอ็น): ต้นเหตุของความพรุนและความเปราะบาง

• ที่ใช้ถ่านหิน (ไนโตรเจนสูง): แอนทราไซต์มีไนโตรเจนสูงตามธรรมชาติ, และการเผาที่อุณหภูมิต่ำไม่สามารถกำจัดออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ. โดยทั่วไปเนื้อหา N 5000–8000 ppm.
• กราฟิค (ไนโตรเจนต่ำ): ระหว่างการสร้างกราฟที่ $3,000^circtext{C}$, อะตอมไนโตรเจนจะหลุดออกจากโครงตาข่ายเนื่องจากการสั่นสะเทือนทางความร้อนที่รุนแรง. รีคาร์บูไรเซอร์แบบกราไฟต์คุณภาพสูงสามารถมีระดับ N ต่ำกว่าได้ 100 ppm.

อันตรายจากไนโตรเจน:

1. แก๊ส ความพรุน: เมื่อไนโตรเจนละลายเกินขีดจำกัดความสามารถในการละลาย, มันตกตะกอนระหว่างการแข็งตัว, การขึ้นรูป รูเข็มใต้ผิวหนัง หรือ รูแก๊สแบบรอยแยก.
2. ความเปราะที่เกิดจากไนโตรเจน: ไนโตรเจนทำให้เพิร์ลไลท์คงตัวและขัดขวางการก่อตัวของเฟอร์ไรต์, ทำให้เกิดความแข็งสูงผิดปกติ, การแปรรูปไม่ดี, และ อายุที่เปราะบาง.

บี. กำมะถัน (ส): การแทรกแซงด้วย Nodularization

• ที่ใช้ถ่านหิน: มักจะมีปริมาณซัลเฟอร์ 0.3% – 0.5% หรือสูงกว่า.
• กราฟิค: ซัลเฟอร์ระเหยได้ที่อุณหภูมิสูง, มักส่งผลให้มีระดับต่ำกว่า 0.05%.

อันตรายจากซัลเฟอร์:

1. การบริโภค Nodulizers: ในการผลิตเหล็กดัด, ซัลเฟอร์ทำปฏิกิริยากับแมกนีเซียมเป็นพิเศษ (มก) ให้เกิดแมกนีเซียมซัลไฟด์ (มก), การบริโภค nodulizer โดยตรงและทำให้เกิด nodularization ที่ไม่ดี.
2. การรบกวนอินเทอร์เฟซ: ซัลเฟอร์เป็นองค์ประกอบที่ออกฤทธิ์ที่พื้นผิว. สามารถสร้างฟิล์มบางๆ รอบๆ อนุภาคของสารเติมแต่งคาร์บอนได้, ขัดขวางการแพร่กระจายของอะตอมคาร์บอนและลดอัตราการดูดซับอีกด้วย.

สรุป: ตารางเปรียบเทียบประสิทธิภาพ

บทสรุป

ในเตาหลอมเหนี่ยวนำ, การใช้รีคาร์บูไรเซอร์แบบกราไฟท์ไม่ได้เป็นเพียงการเพิ่มคาร์บอนเท่านั้น; มันคือ การเตรียมการหลอมล่วงหน้า. โครงสร้างผลึกที่ได้รับคำสั่งทำให้แน่ใจจลนพลศาสตร์การละลายที่มีประสิทธิภาพ, ในขณะที่โปรไฟล์ไนโตรเจนและซัลเฟอร์ต่ำช่วยขจัดสาเหตุที่แท้จริงของข้อบกพร่องของก๊าซและความล้มเหลวของการสร้างก้อนกลม.