Coi chừng hiệu ứng di truyền của các yếu tố còn lại p, S, Cr, & NI từ thép phế liệu về hiệu suất đúc

Tóm tắt điều hành: Trong sản xuất đúc, Thép phế liệu là vật liệu nạp lò không thể thiếu, nhưng sự phức tạp về thành phần của nó giới thiệu “kẻ thù vô hình”-các nguyên tố còn sót lại như phốt pho (P), lưu huỳnh (S), crom (Cr), và niken (TRONG). Những dấu vết này, các yếu tố có hại được truyền vào, hoặc “kế thừa,” từ vật liệu sạc đến vật đúc cuối cùng. Ngay cả khi các thành phần hóa học chính (giống như cacbon, silic, và mangan) đáp ứng thông số kỹ thuật, những phần tử còn sót lại này có thể âm thầm làm suy giảm cấu trúc bên trong, dẫn đến độ dẻo dai của vật liệu giảm, khả năng hàn kém, và thậm chí các khuyết tật nghiêm trọng như rách nóng và gãy giòn trong quá trình xử lý nhiệt hoặc sử dụng. Bài viết này cung cấp sự khám phá chuyên sâu về các rủi ro di truyền của các nguyên tố vi phạm này và đưa ra các phương pháp thực tế để kiểm tra phí nạp và tính toán pha loãng để giúp các xưởng đúc ngăn chặn những vấn đề này trước khi chúng xảy ra..

TÔI. Các “Hiệu ứng di truyền”: Làm thế nào các phần tử còn sót lại trở thành mối đe dọa tiềm ẩn đối với vật đúc

Quá trình đúc về cơ bản là nấu chảy lại và kết tinh lại kim loại. Trong quá trình này, tất cả các yếu tố có trong thép phế liệu, dù có lợi hay có hại, gần như hòa tan hoàn toàn vào kim loại nóng chảy và trở thành một phần của thành phần hóa học của vật đúc mới. Việc chuyển giao này được gọi là “hiệu ứng di truyền” của các phần tử còn lại.

Không giống như một số tạp chất có thể được loại bỏ một cách hiệu quả thông qua quá trình tinh chế, các phần tử như P, S, Cr, và Ni khó bị oxy hóa hoặc loại bỏ qua xỉ trong lò điện hồ quang thông thường (EAF) hoặc quá trình nấu chảy lò cảm ứng. Vì thế, giống “đặc điểm di truyền,” chúng được truyền lại từ thế hệ sản phẩm trước (Thép phế liệu) tiếp theo (đúc), mang theo những tác động tiêu cực của chúng.

Tác động bất lợi chính:

• Phốt pho (P): Thủ phạm chính đằng sau “lạnh lùng” hoặc sự giòn ở nhiệt độ thấp trong thép. Trong khi phốt pho có tác dụng tăng cường dung dịch rắn đáng kể, nó làm tăng mạnh nhiệt độ chuyển tiếp từ dẻo sang giòn. Khi P phân ly ở ranh giới hạt, nó làm suy yếu nghiêm trọng sự gắn kết giữa các hạt, làm cho vật đúc rất dễ bị gãy giòn trong điều kiện nhiệt độ thấp hoặc tải trọng va đập.
• lưu huỳnh (S): Nguyên nhân chính của “nóng bức” hoặc rách nóng. Lưu huỳnh phản ứng với sắt tạo thành sắt sunfua có nhiệt độ nóng chảy thấp (FeS). Trong quá trình đông đặc thép, các sunfua này tự phân bố dưới dạng màng chất lỏng dọc theo ranh giới hạt austenit. Khi vật đúc được xử lý ở nhiệt độ cao hoặc ở trong môi trường dịch vụ có nhiệt độ cao, những pha có điểm nóng chảy thấp này tan chảy sớm, làm cho ranh giới hạt bị tách ra và tạo thành những giọt nước mắt nóng.
• crom (Cr): Mặc dù là một nguyên tố hợp kim quan trọng, khi xuất hiện dưới dạng nguyên tố dư trong thép không hợp kim hoặc thép hợp kim thấp, nó làm tăng độ cứng. Điều này có thể dẫn đến sự hình thành các cấu trúc martensitic ngoài ý muốn trong quá trình làm mát hoặc hàn., tăng độ cứng, độ giòn và gây ra các vết nứt. Đối với các loại thép yêu cầu đặc tính cụ thể, Cr dư thừa sẽ phá vỡ sự cân bằng hiệu suất dự kiến.
• Niken (TRONG): Tương tự như crom, niken là nguyên tố hợp kim quan trọng giúp cải thiện độ bền và độ dẻo dai. Tuy nhiên, như một yếu tố dư thừa không chủ ý, nó làm thay đổi các điểm biến đổi pha của thép và đặc tính xử lý nhiệt. Sự tích tụ Ni và Cr dư, đặc biệt là trong thép carbon, có thể làm giảm đáng kể khả năng hàn và khả năng gia công.

Một kịch bản điển hình: Một lô vật đúc đã vượt qua tất cả các cuộc kiểm tra đối với các nguyên tố thông thường như C, Và, và Mn, nhưng độ bền va đập của nó (đặc biệt ở nhiệt độ thấp) thấp hơn nhiều so với mong đợi. Nguyên nhân sâu xa rất có thể là thừa phốt pho thừa từ thép phế. Khiếm khuyết hiệu suất ẩn này trong một “đạt tiêu chuẩn” Sản phẩm là một trong những rủi ro nguy hiểm nhất về chất lượng trong sản xuất.

Ii. Phòng ngừa là chìa khóa: Kiểm tra và kiểm soát phí lò

Vì các phần tử còn sót lại khó loại bỏ trong quá trình nấu chảy, Phương pháp kiểm soát hiệu quả và tiết kiệm nhất là thực hiện kiểm tra, sàng lọc nghiêm ngặt vật liệu nạp trước khi đưa vào lò..

Phương pháp kiểm tra vật liệu tính phí

Các xưởng đúc hiện đại dựa vào thiết bị phân tích hóa học nhanh và chính xác để đảm bảo chất lượng nguyên liệu thô của họ.

• cầm tay Tia X huỳnh quang (XRF) Máy phân tích: Đây là công cụ kiểm tra thép phế liệu thông dụng và tiện lợi nhất hiện nay. Người vận hành có thể sử dụng nó như súng đo nhiệt độ để thực hiện nhanh chóng, phân tích tại chỗ các lô và dạng phế liệu khác nhau, có được số đọc chung về hàm lượng hợp kim và các nguyên tố còn lại trong vòng vài giây. Nó rất quan trọng cho việc sắp xếp ban đầu, định giá, và quản lý tồn kho phế liệu.
• Quang phổ phát xạ (OES): Đây là một phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm chính xác hơn. Các mẫu thường được lấy từ phế liệu trước khi sạc hoặc từ sự tan chảy trong quá trình. Thiết bị sử dụng tia lửa điện để kích thích mẫu và phân tích phổ ánh sáng phát ra của nó, cung cấp phép đo nhanh chóng và chính xác cao cho hàng chục nguyên tố, bao gồm P và S. Đây là nền tảng để tính toán công thức tính điện tích và kiểm soát hóa học nóng chảy.

Thiết lập các tiêu chuẩn kiểm soát đối với Dư Yếu tố

Các cơ sở đúc phải thiết lập các tiêu chuẩn chấp nhận nội bộ đối với thép phế liệu dựa trên cấp độ và thông số kỹ thuật của vật đúc mà họ sản xuất. Ví dụ, tiêu chuẩn cho các bộ phận hoặc vật đúc chịu áp suất tới hạn được sử dụng trong dịch vụ ở nhiệt độ thấp có giới hạn rất nghiêm ngặt đối với các nguyên tố dư như P, S, Cr, và Ni.

Ghi chú: Bảng liệt kê các giá trị tối đa cho phép theo tiêu chuẩn. Trong thực tế, để đảm bảo hiệu suất ổn định và mức an toàn, giới hạn kiểm soát nội bộ thường được đặt ra thậm chí còn chặt chẽ hơn những gì tiêu chuẩn yêu cầu.

Iii. Kiểm soát chính xác: Phương pháp tính toán pha loãng

Khi một phần phế liệu có sẵn có hàm lượng nguyên tố tồn dư cao nhưng phải sử dụng, giải pháp duy nhất là “pha loãng” nó bằng cách trộn nó với các nguyên liệu thô như gang, lợi nhuận nội bộ (xưởng đúc trở lại), hoặc phế liệu chất lượng cao có hàm lượng cặn thấp. Điều này đạt được thông qua một cách đơn giản Tính toán cân bằng khối lượng.

Nguyên tắc: Tổng khối lượng của một nguyên tố trong kim loại nóng chảy cuối cùng bằng tổng khối lượng của nguyên tố đó từ tất cả các vật liệu mang điện (bỏ qua sự đốt cháy).

Công thức:

Chung kết × Chung kết = (W1×C1) + (W2×C2) + ⋯ + (Wn×Cn)

Ở đâu:

• Wfinal là tổng trọng lượng của kim loại nóng chảy cuối cùng.
• Cfinal là nồng độ phần trăm mục tiêu của nguyên tố trong lần nấu chảy cuối cùng.
• W1, W2,…,Wn là trọng lượng của các vật liệu mang điện khác nhau (Phế liệu A, Phế liệu B, Sắt lợn, vân vân.).
• C1, C2,…,Cn là nồng độ phần trăm của nguyên tố có trong vật liệu mang điện tương ứng.

[Ví dụ tính toán thực tế]

Một xưởng đúc cần phải nấu chảy một 1000 kg nhiệt của thép và nhằm mục đích giữ lại lượng phốt pho cuối cùng (P) nội dung bằng hoặc thấp hơn 0.035%.

Vật liệu tính phí có sẵn:

1. Sắt lợn: Trọng lượng cần xác định (WPI), có hàm lượng P rất thấp 0.010%.
2. Trả lại: 300 Kilôgam (WR), với hàm lượng P đo được là 0.030%.
3. phế liệu đã mua: Trọng lượng cần xác định (WS), với hàm lượng P đo được cao 0.050%.

Các bước tính toán:

Bước chân 1: Xác định mối quan hệ tổng trọng lượng Tổng trọng lượng là 1000 Kilôgam, Vì thế:

WPI + WR + WS = 1000 Kilôgam

WR=300 kg, sau đó:

WPI+WS=700 kg ⇒ WPI=700−WS

Bước chân 2: Áp dụng công thức cân bằng khối lượng cho phốt pho Hàm lượng P mục tiêu là 0.035%. Thay các giá trị vào công thức:

1000×0,035%=(WPI×0,010%)+(300×0,030%)+(WS×0,050%)

Bước chân 3: Giải phương trình Để đơn giản hóa, chúng ta có thể loại bỏ các dấu phần trăm để tính toán:

1000×0,035=(WPI×0,010)+(300×0,030)+(WS×0,050)

35=0,010⋅WPI+9+0,050⋅WS

26=0,010⋅WPI+0,050⋅WS

Hiện nay, thay thế mối quan hệ từ Bước 1, WPI=700−WS:

26=0,010×(700−WS)+0.050⋅WS

26=7−0,010⋅WS+0,050⋅WS

19=0,040⋅WS

WS =19 / 0.040 = 475 Kilôgam

Bước chân 4: Xác định công thức tính phí cuối cùng

• phế liệu đã mua (WS): 475 Kilôgam
• Sắt lợn (WPI): WPI=700−475=225 kg
• Trả lại (WR): 300 Kilôgam

Phần kết luận: Để đảm bảo hàm lượng phốt pho cuối cùng của thép không vượt quá 0.035%, phí lò nên bao gồm 225 kg gang lợn, 300 kg Hoàn trả, Và 475 kg phế liệu được mua với 0.050% P.

Phương pháp này có thể được sử dụng để kiểm tra và cân bằng S, Cr, TRONG, và bất kỳ yếu tố còn lại quan trọng nào khác, cho phép tạo ra một công thức sạc tối ưu vừa tiết kiệm vừa đáp ứng mọi yêu cầu về chất lượng.

IV. Phần kết luận

Các “kẻ thù vô hình” nguy hiểm vì nó bị ẩn. Ảnh hưởng di truyền của các yếu tố còn sót lại đến hiệu suất đúc là một mối nguy hiểm thực sự và hiện tại, và bỏ qua nó có thể dẫn đến những thất bại nghiêm trọng về chất lượng và tổn thất tài chính. Các xưởng đúc hiện đại phải thiết lập một hệ thống kiểm soát toàn diện trải dài từ việc tiếp nhận thép phế liệu đến tính toán chi phí cuối cùng:

• Cánh tay Bản thân có tầm nhìn: Sử dụng các thiết bị tiên tiến như máy phân tích XRF và OES cầm tay để xác định nhanh chóng và chính xác thành phần hóa học của vật liệu tích điện.
• Xác định ranh giới rõ ràng: Dựa trên tiêu chuẩn sản phẩm và yêu cầu của khách hàng, thiết lập giới hạn kiểm soát nội bộ nghiêm ngặt đối với các yếu tố dư thừa.
• Tính toán khoa học: Nắm vững việc sử dụng các nguyên tắc cân bằng khối lượng để tính toán pha loãng điện tích nhằm đảm bảo thành phần hóa học của mọi nhiệt lượng được kiểm soát chính xác.

Chỉ bằng cách tích hợp cảnh giác chống lại những “kẻ thù vô hình” vào quản lý sản xuất hàng ngày và thực hành kỹ thuật, một xưởng đúc có thể đạt được sự nhất quán và độ tin cậy thực sự về chất lượng đúc, kiếm được niềm tin lâu dài trên thị trường.