در صنعت ریخته گری، کیفیت مواد کربورکننده مستقیماً بر کیفیت آهن مذاب، عملکرد ریخته گری و هزینه نهایی تأثیر می گذارد. نیتروژن و گوگرد دو عنصر بسیار حیاتی هستند و اثرات آنها پیچیده است و نیاز به کنترل دقیق دارد.
I. اثرات نیتروژن (N): یک شمشیر دو لبه-
نیتروژن نقش دوگانه ای در آهن مذاب دارد و تاثیر آن به ترکیب آهن مذاب، سرعت سرد شدن و محتوای نیتروژن نهایی بستگی دارد.
1. اثرات مثبت (اثرات مفید، در شرایط متوسط و کنترل شده):
• تقویت کننده فریت: نیتروژن در فریت حل می شود و در تقویت محلول جامد نقش دارد و اندکی استحکام چدن را افزایش می دهد.
• تثبیت کننده آستنیت: به تثبیت ساختار آستنیت کمک می کند.
• تقویت تشکیل کاربید: با عناصر خاصی ترکیب می شود، می تواند باعث تشکیل پرلیت، افزایش استحکام و سختی شود.
• به عنوان یک عنصر آلیاژی: در برخی از چدن خاکستری درجه بالا یا چدن انعطاف پذیر، مقادیر مناسبی از نیتروژن می تواند نیتریدهای ریز را با منیزیم، کلسیم و غیره تشکیل دهد که به عنوان هسته برای تبلور گرافیت، پالایش گرافیت، بهبود خواص مورفانولوژی گرافیت و در نتیجه بهبود خواص مکانیکی گرافیت عمل می کند.
2. اثرات منفی (خطرات، زمانی که محتوا خیلی زیاد است یا شرایط نامطلوب است):
• تشکیل منافذ نیتروژن (پین چاله): این کشنده ترین خطر نیتروژن است. وقتی مقدار نیتروژن محلول در آهن مذاب خیلی زیاد باشد، حلالیت نیتروژن در طی فرآیند انجماد ریخته گری به شدت کاهش می یابد. نیتروژن فوق اشباع به شکل حباب رسوب می کند و منافذ زیر پوستی یا منافذ ریز و پراکنده را تشکیل می دهد. این منافذ به شدت چگالی، خواص مکانیکی و کیفیت سطح ریخته گری را مختل می کند.
• القای گرافیت شکسته (ناهنجاری گرافیت ناشی از نیتروژن{{0}): در چدن خاکستری هایپریوتکتیک، محتوای نیتروژن بیش از حد بالا منجر به رشد غیرطبیعی پوسته گرافیت میشود و مورفولوژیهای گرافیت تیز و شکسته را تشکیل میدهد که بهشدت ماتریکس را پاره میکند، بهویژه استحکام و ضخامت شدید و کاهش شدید آن. مقاومت در برابر خستگی
• افزایش شکنندگی ریخته گری: نیتریدهای بیش از حد باعث افزایش شکنندگی مواد می شود.
عوامل کربور کننده یکی از منابع اصلی نیتروژن در آهن مذاب هستند. مخصوصاً هنگام استفاده از شارژ کوره با نسبت بالایی از ضایعات فولادی، ضایعات فولادی خود حاوی نیتروژن است و اگر عامل کربورکننده دارای محتوای نیتروژن بالایی باشد (مانند برخی از مواد کربورکننده کک نفتی)، به راحتی می تواند منجر به نیتروژن کل بیش از حد در آهن مذاب شود.
II. تأثیر گوگرد (S): از «مضر» به «مفید»
تأثیر گوگرد اساساً بین چدن خاکستری و چدن داکتیل متفاوت است.
1. در چدن خاکستری:
• نمای سنتی (مضر): گوگرد دارای سولفید آهن با نقطه ذوب پایین (FeS) است که در مرز دانهها توزیع میشود، شکنندگی داغ قطعات ریختهگری را افزایش میدهد، سیالیت را کاهش میدهد و انقباض را افزایش میدهد. به طور کلی یک عنصر مضر در نظر گرفته می شود و نیاز به کنترل دارد.
• درک مدرن (در حد متوسط مفید): مقادیر مناسب گوگرد (به طور کلی 0.06٪-0.12٪) توصیه می شود می تواند با منگنز ترکیب شود و ذرات سولفید منگنز با نقطه ذوب بالا (MnS) را تشکیل دهد. این ذرات می توانند به عنوان هسته برای تشکیل گرافیت، ترویج گرافیت شدن، پالایش گرافیت و در نتیجه بهبود استحکام و سختی چدن خاکستری عمل کنند. بنابراین، در فرآیندهای ریخته گری مدرن، محتوای گوگرد کمتر همیشه بهتر نیست. بلکه باید در یک محدوده مناسب تثبیت شود.
• نقش کربوهیدرات ها: اگر ماده کربوهیدرات حاوی گوگرد بیش از حد باشد، نوسانات شدیدی در میزان گوگرد آهن مذاب ایجاد می کند و کنترل آن را دشوار می کند. عوامل کربندار کننده گوگرد کم-پایه پایه تولید چدن خاکستری با کیفیت بالا هستند.
2. در چدن نشکن:
• یک عنصر بسیار مضر: گوگرد "دشمن شماره یک" آهن شکل پذیر است. گوگرد میل بسیار قوی برای عوامل کروی سازی (مانند منیزیم، CE و غیره) دارد و ترجیحاً با عوامل کروی ساز واکنش داده و سولفیدها را تشکیل می دهد (مانند MgS)، مقدار زیادی از عوامل کروی ساز با ارزش را مصرف می کند و منجر به تخریب کروی می شود.
• آسیب به کروی شدن گرافیت: پس از مصرف عامل کروی، گوگرد باقیمانده با رشد کروی گرافیت تداخل پیدا می کند و منجر به تغییر شکل کروی گرافیت، کاهش تعداد کروی های گرافیت، و ظاهر شدن گرافیت پولکی می شود و خواص مکانیکی به شدت بدتر می شود.
• خطر انکلوژن: افزایش تشکیل سرباره سولفیدی خطر نقص انکلوژن را افزایش می دهد.
• الزامات سختگیرانه برای کربورایزرها: بنابراین، برای تولید آهن داکتیل باید از کربوریزرهایی با محتوای گوگرد بسیار کم (معمولاً S <0.05٪،-با کیفیت بالا <0.02%) استفاده شود تا میزان گوگرد آهن خام کاهش یابد و از اثر کروی شدن و پایداری اطمینان حاصل شود.
III. توصیه هایی برای شرکت های ریخته گری:
1. روشن کردن نیازها: ابتدا تعیین کنید که چدن خاکستری یا چدن داکتیل تولید کنید و عیار مورد نظر را مشخص کنید.
2. کنترل دقیق مواد خام: کربوریزرها را به عنوان مواد فرآیندی مهم به جای مواد کمکی معمولی مدیریت کنید. برای محتوای نیتروژن و گوگرد آنها استانداردهای روشن و سختگیرانه تهیه کنید.
3. کربوریزرهای{1} با کیفیت بالا را در اولویت قرار دهید:
• کربورایزرهای گرافیتی شده: ساخته شده از الکترودها یا ضایعات گرافیت، دارای محتوای کربن بالا، محتوای گوگرد و نیتروژن بسیار کم، و سرعت جذب بالا هستند، که آنها را بهترین انتخاب برای تولید{0}چدن با کیفیت بالا (به ویژه آهن انعطاف پذیر و آهن خاکستری درجه بالا{{1} گران تر) می کند.
• کربورایزرهای کک پترولیوم کلسینه شده با دمای بالا: پس از کلسینه کردن کامل، گوگرد، نیتروژن و مواد فرار به میزان قابل توجهی کاهش مییابد که کارایی بالا{1}} ارائه میکند و آنها را به گزینهای پرکاربرد میانجامد.
• از استفاده از این موارد خودداری کنید: ککهای نفتی کلسینه نشده یا کمی کلسینهشده یا کربنسازهای{0} بر پایه ذغال سنگ، زیرا محتوای بالای گوگرد، نیتروژن و مواد فرار آنها به راحتی منجر به عیوب ریختهگری میشود.
تقویت نظارت بر فرآیند: به طور منظم تجزیه و تحلیل قبل از کوره (به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل طیفی) را روی آهن مذاب انجام دهید تا تغییرات در محتوای نیتروژن و گوگرد را کنترل کنید و امکان تنظیمات به موقع فرآیند را فراهم کنید.
به طور خلاصه، نیتروژن و گوگرد در کربوریزرها متغیرهای اصلی تعیین کننده ثبات کیفیت ریخته گری هستند. با انتخاب علمی و کنترل کیفیت کربورایزرها، می توان از عیوب عمده مانند تخلخل، بدشکلی های گرافیت و کروی شدن ضعیف به طور موثر جلوگیری کرد و کیفیت ریخته گری و راندمان تولید را بهبود بخشید.
