К вопросу о выборе науглероживателя при производстве синтетических чугунов.
Панов А.Г., Рогожина Т.В.
Сборник докладов Литейного консилиума №1 «Модифицирование как эффективный метод повышения качества чугунов и сталей» -
Челябинск: Челябинский Дом печати, 2006.
В производстве синтетических чугунов науглероживание расплавленного металла является одним из основных процессов их выплавки.
Вопросу науглероживания сплавов железа посвящено большое количество работ и статей различных авторов, но, тем не менее, точку в этом
вопросе ставить рано.
В отечественной практике литейного производства в качестве носителя углерода используются углеродистые или углеродсодержащие
материалы, как искусственного происхождения – это каменноугольные коксы, древесный уголь, графиты различных марок, так и
природные – это естественный или чешуйчатый графит, различные угли, в.т. числе антрацит и термообработанный антрацит или
термоантрацит. При этом НД с требованиями, которым должен отвечать науглероживатель по своим свойствам, отсутствует. Чаще всего
при выборе науглероживателя о качестве материала судят по регламентированному содержанию в нём углерода, а в технологическом
процессе – по усвоению из него углерода расплавом. Сравнительный анализ эффективности взаимодействия расплава с углеродистыми
материалами проводят, не принимая во внимание особенностей их микросостава и микростроения.
Рассмотрим, что может влиять на усваиваемость углерода при использовании различных углеродистых материалов. В таблице
представлены свойства некоторых материалов-науглероживателей и их усваиваемость расплавом при определенных температурных условиях [1].
Отечественными учеными в области литейного производства по практическим плавкам сделан вывод, что степень насыщения жидкого
металла углеродом тем выше, чем более чистый по химическому составу реагент используется.
Необходимо отметить, что зольность влияет не только на содержание углерода в науглероживателе, зола еще является и поставщиком
в расплав различных химических элементов.
Все составляющие золы делятся на макро- и микрокомпоненты. К макрокомпонентам относятся S, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti.
Микрокомпонентами могут быть As, Hg, V, Pb, Zn, Se, Mo, Ni, Sb, P, Co, Cr, Tl, Li, Mn, Ge, Ga, Re, Ag, Au и др.
Воздействие такой смеси разнообразных элементов как в отношении усваиваемости углерода, так и по влиянию на структуру и
конечные свойства чугуна весьма противоречиво.
Зольность науглероживателя может влиять на усваиваемость углерода расплавом в результате замедления молекулярной диффузии.
Зольные примеси, например, в антраците в основном находятся в виде прослоек в межкристаллитном пространстве. Раздвигая плоскости
кристаллитов и одновременно сшивая их, они, тем не менее, уменьшают прочность связи кристаллитов между собой. Именно минеральные
примеси вступают в первую очередь в реакцию с расплавом, отодвигая во времени собственно процесс науглероживания. Примеси в
углеродистом материале могут также входить и в химическую структуру кристаллитов. Такими гетероатомами чаще всего служат сера,
азот, водород, кислород.
Массовая доля золы в углеродистом материале зависит от количества зольных примесей исходного углеродсодержащего сырья, от
температуры производства или подготовки (термообработки) этого материала, крупности используемой фракции. Для твердых углеродистых
материалов природного происхождения (уголь, естественный графит: литейный, тигельный) или продуктов полученных на их основе,
например, каменноугольные коксы — доменный или литейный, характерна более высокая зольность. Состав зольных примесей также может
быть различен в зависимости от базового месторождения и температур термообработки, так как он, также как и структура углеродистого
материала претерпевают значительные изменения под воздействием высоких температур.
Анализируя вышесказанное, становится понятно, что без специальной подготовки науглероживателя, в частности по содержанию и
составу зольных примесей, невозможно добиться постоянства его качества, а соответственно и стабильных предсказуемых результатов
при его использовании.
Наиболее чистыми от примесей являются углеродистые материалы, подвергнутые процессу графитации или глубокой термообработке.
Процесс графитации при получении графитовой продукции разных марок осуществляют в промышленных условиях при температурах 2400-2600°С
без доступа воздуха. Графитация материала с исходной зольностью 5-8% позволяет снизить ее до 1,0-1,5%. Кроме того, при графитации
происходит перестройка структуры углеродистого материала в совершенную графитовую решетку или близкую к ней.
Как видно из таблицы, скорость науглероживания в наибольшей степени зависит от совершенства структуры используемого углеродистого
материала и размера кристаллитов.
Рассмотрим структуру ряда углеродистых материалов искусственного происхождения, используемых в качестве науглероживателей: графит,
термоантрацит, каменноугольный кокс, древесный уголь и сажа.
По сути, все рассматриваемые углеродистые материалы характеризуются кристаллическим строением по типу графита, но с разной
степенью совершенства и упорядоченности плоскослоистой структуры и разной степенью дисперсности кристаллитов.
Графит – гексагональная полиморфная модификация углерода. Он характеризуется идеальной кристаллографической решеткой с
расстоянием между слоями 0,3354 нм, представленной на рисунке. Основным элементом конструкции кристалла графита является
плоский атомный слой (атомная сетка). Атомные слои уложены в определенном порядке: один слой, непосредственно расположенный
над соседним слоем сдвигается в горизонтальном направлении на величину равную связи С–С (1,42 нм), т.е. атомы углерода в
каждом слое располагаются точно под центром правильных шестиугольников в соседнем верхнем слое, причем порядок упаковки
выражается чередованием слоев...>>
Здесь представлен отрывок статьи:
Панов А.Г., Рогожина Т.В. К вопросу о выборе науглероживателя при производстве синтетических чугунов -
Сб.докладов Литейного консилиума №2 «Теория и практика металлургических процессов при производстве отливок из чёрных сплавов» -
Челябинск: Челябинский Дом печати, 2007 - с. 56
Ознакомиться с полным текстом
статьи в формате PDF; 365 КБ >>>
Перейти к разделу "Статьи"
|
