01. Comment classer les recarburateurs
Les carburateurs peuvent être grossièrement divisés en quatre types selon leurs matières premières.
1. Graphite artificiel
La principale matière première pour la fabrication de graphite artificiel est du coke de pétrole calciné en poudre de haute qualité, dans lequel de l'asphalte est ajouté comme liant et une petite quantité d'autres matériaux auxiliaires sont ajoutés. Une fois les différentes matières premières mélangées, elles sont pressées et mises en forme, puis traitées sous atmosphère non oxydante à 2500-3000°C pour les rendre graphitisées. Après un traitement à haute température, la teneur en cendres, en soufre et en gaz est considérablement réduite.
En raison du prix élevé des produits en graphite artificiel, la plupart des recarburateurs de graphite artificiel couramment utilisés dans les fonderies sont des matériaux recyclés tels que des copeaux, des électrodes usagées et des blocs de graphite lors de la fabrication d'électrodes en graphite afin de réduire les coûts de production.
Lors de la fusion de la fonte ductile, afin d'améliorer la qualité métallurgique de la fonte, le graphite artificiel doit être le premier choix pour le recarburateur.
2. Coke de pétrole
Le coke de pétrole est un recarburateur largement utilisé.
Le coke de pétrole est un sous-produit obtenu lors du raffinage du pétrole brut. Les résidus et brais de pétrole obtenus par distillation sous pression normale ou sous pression réduite du pétrole brut peuvent être utilisés comme matières premières pour la fabrication de coke de pétrole, puis du coke de pétrole vert peut être obtenu après cokéfaction. La production de coke de pétrole vert représente environ moins de 5 % de la quantité de pétrole brut utilisée. La production annuelle de coke de pétrole brut aux États-Unis est d'environ 30 millions de tonnes. La teneur en impuretés du coke de pétrole vert est élevée, il ne peut donc pas être directement utilisé comme recarburateur et doit d'abord être calciné.
Le coke de pétrole brut est disponible sous forme d'éponge, d'aiguille, de granulés et de fluide.
Le coke de pétrole éponge est préparé par la méthode de cokéfaction retardée. En raison de sa teneur élevée en soufre et en métaux, il est généralement utilisé comme combustible lors de la calcination et peut également être utilisé comme matière première pour le coke de pétrole calciné. Le coke éponge calciné est principalement utilisé dans l’industrie de l’aluminium et comme recarburant.
Le coke de pétrole aiguilleté est préparé par la méthode de cokéfaction retardée avec des matières premières à haute teneur en hydrocarbures aromatiques et à faible teneur en impuretés. Ce coke a une structure en forme d'aiguille facilement fracturée, parfois appelée coke de graphite, et est principalement utilisé pour fabriquer des électrodes de graphite après calcination.
Le coke de pétrole granulaire se présente sous forme de granulés durs et est fabriqué à partir de matières premières à haute teneur en soufre et en asphaltène par méthode de cokéfaction retardée, et est principalement utilisé comme carburant.
Le coke de pétrole fluidisé est obtenu par cokéfaction continue dans un lit fluidisé.
La calcination du coke de pétrole consiste à éliminer le soufre, l'humidité et les substances volatiles. La calcination du coke de pétrole vert à 1 200-1 350°C peut en faire du carbone sensiblement pur.
Le plus grand utilisateur de coke de pétrole calciné est l’industrie de l’aluminium, dont 70 % servent à fabriquer des anodes réduisant la bauxite. Environ 6 % du coke de pétrole calciné produit aux États-Unis est utilisé dans les recarburateurs en fonte.
3. Graphite naturel
Le graphite naturel peut être divisé en deux types : le graphite en paillettes et le graphite microcristallin.
Le graphite microcristallin a une teneur élevée en cendres et n'est généralement pas utilisé comme recarburateur pour la fonte.
Il existe de nombreuses variétés de graphite en paillettes : le graphite en paillettes à haute teneur en carbone doit être extrait par des méthodes chimiques ou chauffé à haute température pour décomposer et volatiliser les oxydes qu'il contient. La teneur en cendres du graphite est élevée, il ne convient donc pas à son utilisation comme recarburateur ; le graphite à carbone moyen est principalement utilisé comme recarburateur, mais la quantité n'est pas grande.
4. Coca et Anthracite
Dans le processus de fabrication de l'acier au four à arc électrique, du coke ou de l'anthracite peuvent être ajoutés comme recarburant lors du chargement. En raison de sa teneur élevée en cendres et en matières volatiles, la fonte fondue au four à induction est rarement utilisée comme recarburateur.
Avec l'amélioration continue des exigences en matière de protection de l'environnement, une attention de plus en plus grande est accordée à la consommation des ressources et les prix de la fonte brute et du coke continuent d'augmenter, ce qui entraîne une augmentation du coût des pièces moulées. De plus en plus de fonderies commencent à utiliser des fours électriques pour remplacer la fusion traditionnelle en cubilot. Début 2011, l'atelier de petites et moyennes pièces de notre usine a également adopté le procédé de fusion au four électrique pour remplacer le procédé de fusion traditionnel en cubilot. L'utilisation d'une grande quantité de ferraille dans la fusion au four électrique peut non seulement réduire les coûts, mais également améliorer les propriétés mécaniques des pièces moulées, mais le type de recarburateur utilisé et le processus de carburation jouent un rôle clé.
02. Comment utiliser le recarburateur dans la fusion au four à induction
1 Les principaux types de recarburateurs
Il existe de nombreux matériaux utilisés comme recarburateurs de fonte, les plus couramment utilisés étant le graphite artificiel, le coke de pétrole calciné, le graphite naturel, le coke, l'anthracite et les mélanges constitués de ces matériaux.
(1) Graphite artificiel Parmi les différents recarburateurs mentionnés ci-dessus, la meilleure qualité est le graphite artificiel. La principale matière première pour la fabrication de graphite artificiel est du coke de pétrole calciné en poudre de haute qualité, dans lequel de l'asphalte est ajouté comme liant et une petite quantité d'autres matériaux auxiliaires sont ajoutés. Une fois les différentes matières premières mélangées, elles sont pressées et formées, puis traitées dans une atmosphère non oxydante à 2 500-3 000 °C pour les rendre graphitisées. Après un traitement à haute température, la teneur en cendres, en soufre et en gaz est considérablement réduite. S'il n'y a pas de coke de pétrole calciné à haute température ou avec une température de calcination insuffisante, la qualité du recarburateur sera sérieusement affectée. Par conséquent, la qualité du recarburateur dépend principalement du degré de graphitisation. Un bon recarburateur contient du carbone graphitique (fraction massique). De 95 % à 98 %, la teneur en soufre est de 0,02 % à 0,05 % et la teneur en azote est de (100 à 200) × 10-6.
(2) Le coke de pétrole est un recarburateur largement utilisé. Le coke de pétrole est un sous-produit obtenu lors du raffinage du pétrole brut. Les résidus et brais de pétrole obtenus par distillation sous pression régulière ou par distillation sous vide du pétrole brut peuvent être utilisés comme matières premières pour la fabrication de coke de pétrole. Après cokéfaction, du coke de pétrole brut peut être obtenu. Le contenu est élevé et ne peut pas être utilisé directement comme recarburateur et doit d'abord être calciné.
(3) Le graphite naturel peut être divisé en deux types : le graphite en paillettes et le graphite microcristallin. Le graphite microcristallin a une teneur élevée en cendres et n'est généralement pas utilisé comme recarburateur pour la fonte. Il existe de nombreuses variétés de graphite en paillettes : le graphite en paillettes à haute teneur en carbone doit être extrait par des méthodes chimiques ou chauffé à haute température pour décomposer et volatiliser les oxydes qu'il contient. La teneur en cendres du graphite est élevée et ne doit pas être utilisée comme recarburateur. Le graphite de carbone moyen est principalement utilisé comme recarburant, mais en quantité limitée.
(4) Coke et anthracite Dans le processus de fusion au four à induction, du coke ou de l'anthracite peuvent être ajoutés comme recarburateur lors du chargement. En raison de sa teneur élevée en cendres et en matières volatiles, la fonte fondue au four à induction est rarement utilisée comme recarburateur. , Le prix de ce recarburateur est bas et il appartient au recarburateur de basse qualité.
2. Le principe de carburation du fer en fusion
Dans le processus de fusion de la fonte synthétique, en raison de la grande quantité de ferraille ajoutée et de la faible teneur en carbone de la fonte fondue, un carburateur doit être utilisé pour augmenter la teneur en carbone. Le carbone qui existe sous forme d'élément dans le recarburateur a une température de fusion de 3727°C et ne peut pas fondre à la température du fer en fusion. Par conséquent, le carbone présent dans le recarburateur est principalement dissous dans le fer fondu par deux voies de dissolution et de diffusion. Lorsque la teneur en recarburateur de graphite dans le fer fondu est de 2,1 %, le graphite peut être directement dissous dans le fer fondu. Le phénomène de solution directe de carbonisation sans graphite n'existe fondamentalement pas, mais avec le temps, le carbone se diffuse et se dissout progressivement dans le fer fondu. Pour la recarburation de la fonte fondue au four à induction, le taux de recarburation de la recarburation du graphite cristallin est nettement supérieur à celui des recarburations sans graphite.
Les expériences montrent que la dissolution du carbone dans le fer fondu est contrôlée par le transfert de masse de carbone dans la couche limite liquide à la surface des particules solides. En comparant les résultats obtenus avec les particules de coke et de charbon avec les résultats obtenus avec le graphite, on constate que la vitesse de diffusion et de dissolution des recarburateurs de graphite dans le fer fondu est nettement plus rapide que celle des particules de coke et de charbon. Les échantillons de particules de coke et de charbon partiellement dissous ont été observés au microscope électronique et il a été constaté qu'une fine couche de cendres collantes se formait à la surface des échantillons, ce qui était le principal facteur affectant leurs performances de diffusion et de dissolution dans le fer fondu.
3. Facteurs affectant l’effet de l’augmentation du carbone
(1) Influence de la taille des particules du recarburateur Le taux d'absorption du recarburateur dépend de l'effet combiné de la vitesse de dissolution et de diffusion du recarburateur et du taux de perte par oxydation. En général, les particules du recarburateur sont petites, la vitesse de dissolution est rapide et la vitesse de perte est grande ; les particules de carburateur sont grosses, la vitesse de dissolution est lente et la vitesse de perte est faible. Le choix de la granulométrie du recarburateur est lié au diamètre et à la capacité du four. En général, lorsque le diamètre et la capacité du four sont grands, la taille des particules du recarburateur doit être plus grande ; au contraire, la taille des particules du recarburateur doit être plus petite.
(2) Influence de la quantité de recarburateur ajoutée Dans les conditions d'une certaine température et de la même composition chimique, la concentration saturée de carbone dans le fer fondu est certaine. Sous un certain degré de saturation, plus on ajoute de recarburant, plus le temps nécessaire à la dissolution et à la diffusion est long, plus la perte correspondante est importante et plus le taux d'absorption est faible.
(3) L'effet de la température sur le taux d'absorption du recarburateur En principe, plus la température du fer fondu est élevée, plus elle est propice à l'absorption et à la dissolution du recarburateur. Au contraire, le recarburateur est difficile à dissoudre et le taux d'absorption du recarburateur diminue. Cependant, lorsque la température du fer fondu est trop élevée, même si le recarburateur est plus susceptible d'être complètement dissous, le taux de perte de carbone par combustion augmentera, ce qui entraînera éventuellement une diminution de la teneur en carbone et une diminution de la quantité globale de carbone. taux d'absorption du recarburateur. Généralement, lorsque la température du fer fondu est comprise entre 1 460 et 1 550 °C, l’efficacité d’absorption du recarburateur est la meilleure.
(4) Influence de l'agitation du fer fondu sur le taux d'absorption du recarburateur L'agitation est bénéfique à la dissolution et à la diffusion du carbone et évite au recarburateur de flotter à la surface du fer fondu et d'être brûlé. Avant que le recarburateur ne soit complètement dissous, le temps d'agitation est long et le taux d'absorption est élevé. L'agitation peut également réduire le temps de maintien de la carbonisation, raccourcir le cycle de production et éviter la combustion des éléments d'alliage dans le fer fondu. Cependant, si le temps d'agitation est trop long, cela a non seulement une grande influence sur la durée de vie du four, mais aggrave également la perte de carbone dans le fer fondu après la dissolution du recarburateur. Par conséquent, le temps d’agitation approprié du fer fondu doit être adapté pour garantir que le recarburateur est complètement dissous.
(5) Influence de la composition chimique du fer fondu sur le taux d'absorption du recarburateur Lorsque la teneur initiale en carbone dans le fer fondu est élevée, sous une certaine limite de solubilité, le taux d'absorption du recarburateur est lent, la quantité d'absorption est faible , et la perte par combustion est relativement importante. Le taux d’absorption du recarburateur est faible. L’inverse est vrai lorsque la teneur initiale en carbone du fer fondu est faible. De plus, le silicium et le soufre présents dans le fer fondu entravent l'absorption du carbone et réduisent le taux d'absorption des recarburateurs ; tandis que le manganèse aide à absorber le carbone et à améliorer le taux d'absorption des recarburateurs. En termes de degré d'influence, le silicium est le plus important, suivi du manganèse, et le carbone et le soufre ont moins d'influence. Par conséquent, dans le processus de production proprement dit, le manganèse doit être ajouté en premier, puis le carbone et enfin le silicium.
4. L'effet des différents recarburateurs sur les propriétés de la fonte
(1) Conditions de test Deux fours à induction sans noyau à fréquence intermédiaire de 5 t ont été utilisés pour la fusion, avec une puissance maximale de 3 000 kW et une fréquence de 500 Hz. Selon la liste de lots quotidienne de l'atelier (50 % de matière de retour, 20 % de fonte brute, 30 % de ferraille), utilisez respectivement un recarburateur calciné à faible teneur en azote et un recarburateur de type graphite pour faire fondre un four de fer en fusion, selon le Exigences du processus Après avoir ajusté la composition chimique, coulez respectivement un chapeau de palier principal de cylindre.
Processus de production : le recarburateur est ajouté au four électrique par lots pendant le processus d'alimentation pour la fusion, 0,4 % d'inoculant primaire (inoculant de baryum de silicium) est ajouté dans le processus de taraudage et 0,1 % d'inoculant de flux secondaire (inoculant de baryum de silicium). Utilisez la ligne de style DISA2013.
(2) Propriétés mécaniques Afin de vérifier l'effet de deux recarburateurs différents sur les propriétés de la fonte et d'éviter l'influence de la composition du fer fondu sur les résultats, la composition du fer fondu fondu par différents recarburateurs a été ajustée pour être fondamentalement la même. . Afin de vérifier plus complètement les résultats, au cours du processus de test, en plus de deux jeux de barres d'essai de Ø30 mm ont été coulés dans les deux fours de fer en fusion, 12 pièces moulées coulées dans chaque fer en fusion ont également été sélectionnées au hasard pour les tests de dureté Brinell. (6 pièces/boîte, test de deux boîtes).
Dans le cas d'une composition presque identique, la résistance des barres d'essai produites en utilisant le recarburateur de type graphite est nettement supérieure à celle des barres d'essai coulées en utilisant le recarburateur de type calciné, et les performances de traitement des pièces moulées produites par le recarburateur de type graphite est évidemment meilleur que celui produit en utilisant le recarburateur de type graphite. Pièces moulées produites par des recarburateurs calcinés (lorsque la dureté des pièces moulées est trop élevée, le bord des pièces moulées apparaîtra comme un phénomène de couteau sautant pendant le traitement).
(3) Les formes de graphite des échantillons utilisant le recarburateur de type graphite sont toutes du graphite de type A, le nombre de graphite est plus grand et la taille est plus petite.
Les conclusions suivantes sont tirées des résultats des tests ci-dessus : un recarburateur de type graphite de haute qualité peut non seulement améliorer les propriétés mécaniques des pièces moulées, améliorer la structure métallographique, mais également améliorer les performances de traitement des pièces moulées.
03. Épilogue
(1) Les facteurs affectant le taux d'absorption du recarburateur sont la taille des particules du recarburateur, la quantité de recarburateur ajoutée, la température de recarburation, le temps d'agitation du fer fondu et la composition chimique du fer fondu.
(2) Le recarburateur de type graphite de haute qualité peut non seulement améliorer les propriétés mécaniques des pièces moulées, améliorer la structure métallographique, mais également améliorer les performances de traitement des pièces moulées. Par conséquent, lors de la production de produits clés tels que des blocs-cylindres et des culasses dans le processus de fusion au four à induction, il est recommandé d’utiliser des recarburateurs de type graphite de haute qualité.
Heure de publication : 08 novembre 2022