01. Cara mengklasifikasikan alat rekarburisasi
Secara garis besar, karburator dapat dibagi menjadi empat jenis berdasarkan bahan bakunya.
1. Grafit buatan
Bahan baku utama untuk pembuatan grafit buatan adalah kokas minyak bumi berkualitas tinggi yang telah dikalsinasi dan dihaluskan, di mana aspal ditambahkan sebagai pengikat, dan sejumlah kecil bahan pembantu lainnya ditambahkan. Setelah berbagai bahan baku dicampur bersama, bahan-bahan tersebut ditekan dan dibentuk, kemudian diproses dalam atmosfer non-oksidasi pada suhu 2500-3000 °C untuk membuatnya menjadi grafit. Setelah perlakuan suhu tinggi, kandungan abu, sulfur, dan gas sangat berkurang.
Karena harga produk grafit buatan yang tinggi, sebagian besar bahan pengisi ulang grafit buatan yang umum digunakan di pengecoran logam menggunakan bahan daur ulang seperti serpihan, limbah elektroda, dan blok grafit saat memproduksi elektroda grafit untuk mengurangi biaya produksi.
Saat melebur besi cor ulet, untuk meningkatkan kualitas metalurgi besi cor, grafit buatan harus menjadi pilihan utama untuk bahan rekarburisasi.
2. Kokas minyak bumi
Kokas minyak bumi adalah bahan rekarburisasi yang banyak digunakan.
Kokas minyak bumi adalah produk sampingan yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah. Residu dan pitch minyak bumi yang diperoleh dari distilasi minyak mentah di bawah tekanan normal atau tekanan rendah dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan kokas minyak bumi, dan kemudian kokas minyak bumi hijau dapat diperoleh setelah proses kokasifikasi. Produksi kokas minyak bumi hijau kurang lebih kurang dari 5% dari jumlah minyak mentah yang digunakan. Produksi tahunan kokas minyak bumi mentah di Amerika Serikat sekitar 30 juta ton. Kandungan pengotor dalam kokas minyak bumi hijau tinggi, sehingga tidak dapat langsung digunakan sebagai bahan rekarburisasi, dan harus dikalsinasi terlebih dahulu.
Kokas minyak mentah tersedia dalam bentuk seperti spons, seperti jarum, butiran, dan cair.
Kokas minyak bumi spons diproduksi dengan metode kokas tunda. Karena kandungan sulfur dan logamnya yang tinggi, kokas ini biasanya digunakan sebagai bahan bakar selama kalsinasi, dan juga dapat digunakan sebagai bahan baku untuk kokas minyak bumi terkalsinasi. Kokas spons terkalsinasi terutama digunakan dalam industri aluminium dan sebagai bahan rekarburisasi.
Kokas minyak bumi berbentuk jarum diproduksi dengan metode kokas tunda menggunakan bahan baku dengan kandungan hidrokarbon aromatik tinggi dan kandungan pengotor rendah. Kokas ini memiliki struktur seperti jarum yang mudah pecah, kadang-kadang disebut kokas grafit, dan terutama digunakan untuk membuat elektroda grafit setelah kalsinasi.
Kokas minyak bumi granular berbentuk butiran keras dan dibuat dari bahan baku dengan kandungan sulfur dan aspalten yang tinggi melalui metode kokas tunda, dan terutama digunakan sebagai bahan bakar.
Kokas minyak bumi terfluidisasi diperoleh melalui proses kokasifikasi kontinu dalam unggun terfluidisasi.
Kalsinasi kokas minyak bumi bertujuan untuk menghilangkan sulfur, kelembapan, dan zat volatil. Kalsinasi kokas minyak bumi mentah pada suhu 1200-1350°C dapat menghasilkan karbon yang hampir murni.
Pengguna terbesar kokas minyak bumi terkalsinasi adalah industri aluminium, 70% di antaranya digunakan untuk membuat anoda yang mereduksi bauksit. Sekitar 6% dari kokas minyak bumi terkalsinasi yang diproduksi di Amerika Serikat digunakan untuk rekarburisasi besi cor.
3. Grafit alami
Grafit alami dapat dibagi menjadi dua jenis: grafit serpihan dan grafit mikrokristalin.
Grafit mikrokristalin memiliki kandungan abu yang tinggi dan umumnya tidak digunakan sebagai bahan rekarburisasi untuk besi cor.
Terdapat banyak jenis grafit serpihan: grafit serpihan karbon tinggi perlu diekstraksi dengan metode kimia, atau dipanaskan hingga suhu tinggi untuk menguraikan dan menguapkan oksida di dalamnya. Kandungan abu dalam grafit tinggi, sehingga tidak cocok digunakan sebagai bahan pengisi ulang (recarburizer); grafit karbon menengah terutama digunakan sebagai bahan pengisi ulang, tetapi jumlahnya tidak banyak.
4. Kokas dan Antrasit
Dalam proses pembuatan baja menggunakan tungku busur listrik, kokas atau antrasit dapat ditambahkan sebagai bahan pengisi ulang saat pengisian. Karena kandungan abu dan volatilnya yang tinggi, besi cor hasil peleburan tungku induksi jarang digunakan sebagai bahan pengisi ulang.
Dengan terus meningkatnya persyaratan perlindungan lingkungan, semakin banyak perhatian diberikan pada konsumsi sumber daya, dan harga besi kasar dan kokas terus meningkat, sehingga mengakibatkan kenaikan biaya pengecoran. Semakin banyak pabrik pengecoran mulai menggunakan tungku listrik untuk menggantikan peleburan kupola tradisional. Pada awal tahun 2011, bengkel suku cadang kecil dan menengah di pabrik kami juga mengadopsi proses peleburan tungku listrik untuk menggantikan proses peleburan kupola tradisional. Penggunaan sejumlah besar baja bekas dalam peleburan tungku listrik tidak hanya dapat mengurangi biaya, tetapi juga meningkatkan sifat mekanik hasil coran, namun jenis bahan rekarburisasi yang digunakan dan proses karburisasi memainkan peran kunci.
02. Cara menggunakan rekarburizer dalam peleburan tungku induksi
1. Jenis-jenis utama alat rekarburisasi
Terdapat banyak material yang digunakan sebagai bahan rekarburisasi besi cor, yang umum digunakan adalah grafit buatan, kokas minyak bumi yang dikalsinasi, grafit alami, kokas, antrasit, dan campuran dari material-material tersebut.
(1) Grafit Buatan Di antara berbagai rekarburizer yang disebutkan di atas, kualitas terbaik adalah grafit buatan. Bahan baku utama untuk pembuatan grafit buatan adalah kokas minyak bumi berkualitas tinggi yang dikalsinasi dalam bentuk bubuk, di mana aspal ditambahkan sebagai pengikat, dan sejumlah kecil bahan pembantu lainnya ditambahkan. Setelah berbagai bahan baku dicampur bersama, bahan-bahan tersebut ditekan dan dibentuk, kemudian diolah dalam atmosfer non-oksidasi pada suhu 2500-3000 °C untuk membuatnya tergrafitisasi. Setelah pengolahan suhu tinggi, kandungan abu, sulfur, dan gas sangat berkurang. Jika tidak ada kokas minyak bumi yang dikalsinasi pada suhu tinggi atau dengan suhu kalsinasi yang tidak mencukupi, kualitas rekarburizer akan sangat terpengaruh. Oleh karena itu, kualitas rekarburizer terutama bergantung pada tingkat grafitisasi. Rekarburizer yang baik mengandung karbon grafit (fraksi massa) sebesar 95% hingga 98%, kandungan sulfur sebesar 0,02% hingga 0,05%, dan kandungan nitrogen sebesar (100 hingga 200) × 10⁻⁶.
(2) Kokas minyak bumi merupakan bahan rekarburisasi yang banyak digunakan. Kokas minyak bumi merupakan produk sampingan yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah. Residu dan pitch minyak bumi yang diperoleh dari distilasi tekanan atau distilasi vakum minyak mentah dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan kokas minyak bumi. Setelah proses kokasifikasi, kokas minyak bumi mentah dapat diperoleh. Kandungannya tinggi dan tidak dapat langsung digunakan sebagai bahan rekarburisasi, dan harus dikalsinasi terlebih dahulu.
(3) Grafit alami dapat dibagi menjadi dua jenis: grafit serpihan dan grafit mikrokristalin. Grafit mikrokristalin memiliki kandungan abu yang tinggi dan umumnya tidak digunakan sebagai bahan rekarburisasi untuk besi cor. Terdapat banyak varietas grafit serpihan: grafit serpihan karbon tinggi perlu diekstraksi dengan metode kimia, atau dipanaskan hingga suhu tinggi untuk menguraikan dan menguapkan oksida di dalamnya. Kandungan abu dalam grafit tinggi dan tidak boleh digunakan sebagai bahan rekarburisasi. Grafit karbon sedang terutama digunakan sebagai bahan rekarburisasi, tetapi jumlahnya tidak banyak.
(4) Kokas dan antrasit Dalam proses peleburan tungku induksi, kokas atau antrasit dapat ditambahkan sebagai rekarburizer saat pengisian. Karena kandungan abu dan volatilnya yang tinggi, besi cor hasil peleburan tungku induksi jarang digunakan sebagai rekarburizer. , Harga rekarburizer ini rendah, dan termasuk rekarburizer kelas rendah.
2. Prinsip karburisasi besi cair
Dalam proses peleburan besi cor sintetis, karena banyaknya skrap yang ditambahkan dan kandungan C yang rendah dalam besi cair, karburizer harus digunakan untuk meningkatkan kandungan karbon. Karbon yang ada dalam bentuk unsur dalam rekarburizer memiliki suhu leleh 3727°C dan tidak dapat meleleh pada suhu besi cair. Oleh karena itu, karbon dalam rekarburizer terutama larut dalam besi cair melalui dua cara, yaitu pelarutan dan difusi. Ketika kandungan rekarburizer grafit dalam besi cair adalah 2,1%, grafit dapat langsung larut dalam besi cair. Fenomena pelarutan langsung pada karbonisasi non-grafit pada dasarnya tidak ada, tetapi seiring berjalannya waktu, karbon secara bertahap berdifusi dan larut dalam besi cair. Untuk rekarburisasi besi cor yang dilebur dengan tungku induksi, laju rekarburisasi grafit kristalin jauh lebih tinggi daripada rekarburizer non-grafit.
Eksperimen menunjukkan bahwa pelarutan karbon dalam besi cair dikendalikan oleh perpindahan massa karbon dalam lapisan batas cairan di permukaan partikel padat. Membandingkan hasil yang diperoleh dengan partikel kokas dan batubara dengan hasil yang diperoleh dengan grafit, ditemukan bahwa laju difusi dan pelarutan rekarburisasi grafit dalam besi cair secara signifikan lebih cepat daripada partikel kokas dan batubara. Sampel partikel kokas dan batubara yang sebagian larut diamati dengan mikroskop elektron, dan ditemukan bahwa lapisan abu tipis yang lengket terbentuk di permukaan sampel, yang merupakan faktor utama yang memengaruhi kinerja difusi dan pelarutannya dalam besi cair.
3. Faktor-faktor yang mempengaruhi dampak peningkatan karbon
(1) Pengaruh ukuran partikel rekarburizer Tingkat penyerapan rekarburizer bergantung pada efek gabungan dari laju pelarutan dan difusi rekarburizer serta laju kehilangan oksidasi. Secara umum, partikel rekarburizer berukuran kecil, kecepatan pelarutan cepat, dan kecepatan kehilangan besar; partikel karburizer berukuran besar, kecepatan pelarutan lambat, dan kecepatan kehilangan kecil. Pemilihan ukuran partikel rekarburizer berkaitan dengan diameter dan kapasitas tungku. Secara umum, ketika diameter dan kapasitas tungku besar, ukuran partikel rekarburizer harus lebih besar; sebaliknya, ukuran partikel rekarburizer harus lebih kecil.
(2) Pengaruh jumlah rekarburizer yang ditambahkan Pada kondisi suhu tertentu dan komposisi kimia yang sama, konsentrasi jenuh karbon dalam besi cair adalah tertentu. Pada tingkat kejenuhan tertentu, semakin banyak rekarburizer yang ditambahkan, semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk pelarutan dan difusi, semakin besar kehilangan yang sesuai, dan semakin rendah tingkat penyerapan.
(3) Pengaruh suhu terhadap laju penyerapan rekarburizer Pada prinsipnya, semakin tinggi suhu besi cair, semakin kondusif untuk penyerapan dan pelarutan rekarburizer. Sebaliknya, rekarburizer sulit larut, dan laju penyerapan rekarburizer menurun. Namun, ketika suhu besi cair terlalu tinggi, meskipun rekarburizer lebih mungkin larut sepenuhnya, laju kehilangan karbon akibat pembakaran akan meningkat, yang pada akhirnya akan menyebabkan penurunan kandungan karbon dan penurunan laju penyerapan rekarburizer secara keseluruhan. Umumnya, ketika suhu besi cair berada antara 1460 dan 1550 °C, efisiensi penyerapan rekarburizer adalah yang terbaik.
(4) Pengaruh pengadukan besi cair terhadap laju penyerapan rekarburizer Pengadukan bermanfaat untuk pelarutan dan difusi karbon, dan mencegah rekarburizer mengapung di permukaan besi cair dan terbakar. Sebelum rekarburizer larut sepenuhnya, waktu pengadukan yang lama dan laju penyerapan yang tinggi. Pengadukan juga dapat mengurangi waktu penahanan karbonisasi, memperpendek siklus produksi, dan mencegah terbakarnya unsur paduan dalam besi cair. Namun, jika waktu pengadukan terlalu lama, hal itu tidak hanya sangat memengaruhi umur pakai tungku, tetapi juga memperburuk kehilangan karbon dalam besi cair setelah rekarburizer larut. Oleh karena itu, waktu pengadukan besi cair yang tepat harus sesuai untuk memastikan bahwa rekarburizer larut sepenuhnya.
(5) Pengaruh komposisi kimia besi cair terhadap laju penyerapan rekarburizer Ketika kandungan karbon awal dalam besi cair tinggi, di bawah batas kelarutan tertentu, laju penyerapan rekarburizer lambat, jumlah penyerapan kecil, dan kehilangan pembakaran relatif besar. Laju penyerapan rekarburizer rendah. Sebaliknya berlaku ketika kandungan karbon awal besi cair rendah. Selain itu, silikon dan sulfur dalam besi cair menghambat penyerapan karbon dan mengurangi laju penyerapan rekarburizer; sedangkan mangan membantu menyerap karbon dan meningkatkan laju penyerapan rekarburizer. Dalam hal tingkat pengaruh, silikon adalah yang terbesar, diikuti oleh mangan, dan karbon serta sulfur memiliki pengaruh yang lebih kecil. Oleh karena itu, dalam proses produksi aktual, mangan harus ditambahkan terlebih dahulu, kemudian karbon, dan kemudian silikon.
4. Pengaruh berbagai bahan rekarburisasi terhadap sifat-sifat besi cor
(1) Kondisi pengujian Dua tungku induksi tanpa inti frekuensi menengah 5 ton digunakan untuk peleburan, dengan daya maksimum 3000 kW dan frekuensi 500 Hz. Sesuai dengan daftar batching harian bengkel (50% bahan retur, 20% besi kasar, 30% skrap), gunakan rekarburizer kalsinasi rendah nitrogen dan rekarburizer tipe grafit untuk melebur besi cair masing-masing tungku, sesuai dengan persyaratan proses. Setelah menyesuaikan komposisi kimia, cor tutup bantalan utama silinder masing-masing.
Proses produksi: Rekarburizer ditambahkan ke tungku listrik secara bertahap selama proses pengumpanan untuk peleburan, 0,4% inokulan primer (inokulan silikon barium) ditambahkan dalam proses penyadapan, dan 0,1% inokulan aliran sekunder (inokulan silikon barium). Gunakan jalur penataan DISA2013.
(2) Sifat mekanik Untuk memverifikasi pengaruh dua rekarburizer berbeda terhadap sifat besi cor, dan untuk menghindari pengaruh komposisi besi cair terhadap hasil, komposisi besi cair yang dilebur dengan rekarburizer berbeda disesuaikan agar pada dasarnya sama. Untuk memverifikasi hasil secara lebih lengkap, dalam proses pengujian, selain dua set batang uji Ø30mm yang dituang ke dalam dua tungku besi cair, 12 buah coran yang dituang ke dalam setiap besi cair juga dipilih secara acak untuk pengujian kekerasan Brinell (6 buah/kotak, pengujian dua kotak).
Dalam kasus komposisi yang hampir sama, kekuatan batang uji yang dihasilkan dengan menggunakan rekarburizer tipe grafit secara signifikan lebih tinggi daripada batang uji yang dicetak dengan menggunakan rekarburizer tipe kalsinasi, dan kinerja pemrosesan coran yang dihasilkan oleh rekarburizer tipe grafit jelas lebih baik daripada yang dihasilkan oleh rekarburizer tipe grafit. Coran yang dihasilkan oleh rekarburizer kalsinasi (ketika kekerasan coran terlalu tinggi, tepi coran akan menunjukkan fenomena pisau melompat selama pemrosesan).
(3) Bentuk grafit dari sampel yang menggunakan rekarburizer tipe grafit semuanya adalah grafit tipe A, dan jumlah grafitnya lebih besar dan ukurannya lebih kecil.
Kesimpulan berikut dapat ditarik dari hasil pengujian di atas: bahan rekarburisasi tipe grafit berkualitas tinggi tidak hanya dapat meningkatkan sifat mekanik coran, memperbaiki struktur metalografi, tetapi juga meningkatkan kinerja pemrosesan coran.
03. Epilog
(1) Faktor-faktor yang mempengaruhi tingkat penyerapan rekarburizer adalah ukuran partikel rekarburizer, jumlah rekarburizer yang ditambahkan, suhu rekarburisasi, waktu pengadukan besi cair dan komposisi kimia besi cair.
(2) Rekarburisasi tipe grafit berkualitas tinggi tidak hanya dapat meningkatkan sifat mekanik coran, meningkatkan struktur metalografi, tetapi juga meningkatkan kinerja pemrosesan coran. Oleh karena itu, ketika memproduksi produk-produk utama seperti blok silinder dan kepala silinder dalam proses peleburan tungku induksi, disarankan untuk menggunakan rekarburisasi tipe grafit berkualitas tinggi.
Waktu posting: 08-Nov-2022