Plieno ir liejimo pramonėje naudojamų anglies keltuvų tipai

Įvadas
Šiuolaikinės juodosios metalurgijos pasaulyje anglis yra daug daugiau nei paprasta cheminė sudedamoji dalis; tai pagrindinis legiravimo elementas, reguliuojantis mechanines, šilumines ir mikrostruktūrines plieno ir ketaus savybes. Nepriklausomai nuo to, ar reikia reguliuoti didelio-anglies vielos strypų tempimo stiprumą, ar grafito dribsnių pasiskirstymą kaliojo ketaus liejiniuose, labai svarbu tiksliai kontroliuoti anglies dioksidą.
Lydant aukštoje -temperatūroje elektros lanko krosnyse, bazinėse deguonies krosnyse arba indukcinio lydymo įrenginiuose, oksidacijos, šlako reakcijų ir degimo metu prarandama didelė anglies dalis. Siekdami papildyti šią prarastą anglies dioksidą ir pasiekti tikslią chemiją, lydyklos operatoriai naudojasi specializuotu priedu, vadinamu anglies gerintuvu, -dažnai vadinamu rekarbonizatoriumi, anglies priedu arba karbonizuojančiu agentu.
Anglies keltuvas yra anglies medžiaga, sukurta taip, kad greitai ištirptų į išlydytą geležį arba plieną, padidindama bendrą lydalo anglies koncentraciją. Tačiau ne visos anglies turinčios medžiagos veikia vienodai. Anglies priedo pasirinkimas tiesiogiai įtakoja anglies sugėrimo efektyvumą, šlako susidarymą, krosnių ugniai atsparias medžiagas ir galutinio liejimo fizines savybes.
Įvertinę įvairių tipų anglies pakėlimo įrenginius, jų cheminę sudėtį, absorbcijos dinamiką ir pramoninio panaudojimo būdus, plieno gamintojai ir liejyklų inžinieriai gali optimizuoti anglies atgavimą, sumažinti kenksmingų priemaišų kiekį, sumažinti energijos sąnaudas ir nuosekliai gaminti aukštos -klasės geležies lydinius.

Pagrindiniai anglies surinktuvų tipai ir jų fizinės savybės
Anglies priedai visų pirma klasifikuojami pagal jų žaliavos šaltinį ir pramoninius terminio apdorojimo{0}}procesus, naudojamus jiems gaminti. Terminis apdorojimo laipsnis lemia medžiagos grafitizacijos laipsnį, fiksuotą anglies koncentraciją ir lakiųjų medžiagų kiekį.
Naftos / anglies žaliavos ──► terminis kalcinavimas / grafifikavimas ──► anglies dioksido surinkimo produktas
Grafituotas naftos koksas (GPC)
Graphitized Petroleum Coke, paprastai sutrumpintas kaip GPC, yra aukščiausios klasės sintetinių anglies priedų lygis. GPC gaminamas apdorojant žalią naftos koksą-, žalios naftos perdirbimo šalutinį produktą-, ypač termiškai apdorojant grafitizavimo krosnyse, kurių temperatūra svyruoja nuo 2 500 iki 3 000 laipsnių Celsijaus.
Šis ekstremalus terminis apdorojimas atsitiktinius anglies atomus pertvarko į tvarkingą, kristalinę šešiakampę grafito gardelę. Tuo pačiu metu aukštos temperatūros šiluminis valymas pašalina beveik visus lakiuosius junginius, sierą ir dujas. GPC paprastai fiksuotas anglies kiekis viršija 98,5 % arba 99,0 %, ypač mažas sieros kiekis (dažnai mažesnis nei 0,05 %) ir minimalus azoto kiekis. Dėl savo grafitinės struktūros GPC greitai ištirpsta į skystą metalą ir užtikrina puikų sugerties greitį, todėl jis yra tinkamiausias rekarburiatorius didelio tikslumo liejykloms, gaminančioms kaliojo ir pilkojo ketaus liejinius.
Kalcinuotas naftos koksas (CPC)
Degtas naftos koksas gaminamas kaitinant žaliąjį naftos koksą rotacinėse krosnyse žemesniuose terminiuose{0}}paprastai nuo 1 200 iki 1 400 laipsnių Celsijaus. Šis deginimo procesas pašalina drėgmę ir lakiuosius angliavandenilius, padidindamas medžiagos tankį ir fiksuotą anglies kiekį (paprastai nuo 97,0% iki 98,5%).
Tačiau, kadangi standartinio kalcinavimo metu temperatūra yra nepakankama, kad sukeltų tikrą grafitizaciją, CPC išlaiko amorfinę anglies struktūrą. Jo sieros kiekis yra pastebimai didesnis nei GPC, paprastai svyruoja nuo 0,5% iki 3,0%, priklausomai nuo žalios naftos šaltinio. CPC plačiai naudojamas kaip ekonomiškas-karbiuratorius pirminės plieno gamybos cechuose, kur gali būti toleruojamas didesnis sieros kiekis arba vėliau sieros pašalinimas kaušų metalurgijos stotyse.
Natūralus grafitas
Natūralus grafitas yra natūraliai susidarantis mineralas, išgaunamas iš metamorfinių uolienų telkinių. Jis tiekiamas metalurgijos pramonei dviejų pirminių formų: dribsnių grafito ir amorfinio grafito.
Grafito dribsniai: pasižymi kristaline struktūra su dideliu fiksuoto anglies kiekiu (paprastai nuo 90% iki 95%). Nors jis puikiai sugeria, jo natūralūs pelenų kiekis -daugiausia sudarytas iš silicio dioksido ir aliuminio oksido- gali padidinti šlako kiekį lydymosi krosnyje.
Amorfinis grafitas: mikrokristalinis natūralus grafitas, kuriame paprastai yra mažesnis fiksuotas anglies kiekis (75–85 %) ir žymiai didesnis pelenų kiekis. Dėl didesnio priemaišų profilio amorfinis grafitas paprastai apsiriboja žemos -klasės plieno karbiuravimu arba kaušų papildymu, kai nereikia griežtų cheminių nuokrypių.
Antracito anglies{0}}anglies keltuvai
Antracito anglis yra aukštos kokybės{0}}natūralūs anglies šaltinis, kurį galima termiškai apdoroti, kad būtų pagaminti ekonomiški rekarburatoriai. Jie skirstomi į dvi pagrindines kategorijas:
Elektra kalcinuotas antracitas (ECA): aukštos kokybės{0}}neapdorota antracitinė anglis kaitinama vertikaliose elektrinėse krosnyse 1 800–2 000 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Šis elektrinis apdorojimas pašalina drėgmę ir lakiąsias medžiagas, padidina elektros laidumą ir iš dalies sulygiuoja anglies gardelę. ECA paprastai siūlo fiksuotą anglies kiekį nuo 93% iki 96%, mažai lakiųjų medžiagų ir vidutinį sieros kiekį (0,1% iki 0,3%).
Dujinis kalcinuotas antracitas (GCA): žalias antracitas deginamas dujomis{0}}kūrenamose rotacinėse krosnyse žemesnėje temperatūroje (apie 1 200 laipsnių Celsijaus). GCA turi mažesnį fiksuotą anglies kiekį (88–93 %) ir didesnį pelenų bei lakiųjų medžiagų kiekį, palyginti su ECA. Produktai, kurių pagrindą sudaro antracitas{7}}, naudojami kaip ekonomiški karbiuratoriai gaminant konstrukcinį plieną elektros lanko krosnyse.

Metalurginis poveikis ir pagrindiniai kokybės parametrai
Norint pasirinkti tinkamą anglies surinkėją, reikia nuodugniai išanalizuoti jo chemines sudedamąsias dalis ir fizines savybes. Įvedus prastesnės kokybės anglies priedą, lydalas gali būti užterštas, gali atsirasti brangių poringumo defektų arba stipriai pažeisti krosnies įdėklus.
Fiksuota anglis prieš lakiąją medžiagą ir pelenus
Pirminė metrika, naudojama vertinant pakartotinį karbiuratorių, yra jo fiksuota anglies procentinė dalis{0}}faktinė anglies dalis, kuri gali ištirpti išlydytoje vonioje. Fiksuota anglis apskaičiuojama iš bendros masės atimant drėgmę, lakiąsias medžiagas ir pelenus.
Lakiąsias medžiagas sudaro lengvieji angliavandeniliai ir dujos, kurios akimirksniu išgaruoja susilietus su skystu plienu. Didelis lakiųjų medžiagų kiekis sukelia pernelyg didelį liepsnos susidarymą, dūmus ir mažesnį anglies atgavimą. Pelenus sudaro ne-degūs neorganiniai oksidai, tokie kaip silicio dioksidas, aliuminio oksidas ir geležies oksidas. Didelis pelenų kiekis sumažina anglies efektyvumą, padidina šlako tūrį, pagreitina krosnies ugniai atsparų susidėvėjimą ir sunaudoja papildomą elektros energiją, kad ištirptų susidaręs šlako sluoksnis.
Žalingas priemaišų poveikis
Priemaišų pėdsakai anglies priedo viduje gali labai pakenkti galutiniam mechaniniam lietų metalų vientisumui:
Siera: nors sieros tyčia dedama į tam tikrus laisvai{0}}apdirbamus anglinius plienus, ji labai kenkia kaliojo (mazginio) ketaus gamyboje. Sieros perteklius neutralizuoja magnio mazgelius, užkertant kelią sferinio grafito susidarymui ir sukeldama defektų dribsnių grafito morfologiją.
Azotas: azoto paėmimas iš žemos-klasės anglies priedų gali sukelti plieno liejinių poringumą ir tarpkristalinius įtrūkimus. Tačiau tam tikrose pilkosios geležies srityse kartais pageidautina kontroliuoti azoto kiekį, kad būtų skatinamas matricos perlito susidarymas.
Vandenilis ir drėgmė: Sugerta drėgmė ant anglies granulių suyra esant išlydyto plieno temperatūrai, išskirdama laisvąsias vandenilio dujas į skystą metalą. Ištirpęs vandenilis sukelia stiprų vandenilio trapumą, požeminį poringumą ir šaltą įtrūkimą kietėjančiuose liejiniuose.
Anglies sugėrimo efektyvumas ir tirpimo dinamika
Anglies sugerties efektyvumas reiškia pridėtos anglies procentą, kuri sėkmingai ištirpsta skysčio vonioje, palyginti su kiekiu, kuris prarandamas dėl šlako ar oksidacijos. Didelis kristalinis grafitizavimas (kaip nustatyta GPC) dramatiškai padidina tirpimo greitį, nes grafito atominiai sluoksniai šlyja ir lengvai susimaišo su išlydyta geležies matrica.
Dalelių dydis taip pat reguliuoja absorbcijos mechaniką. Smulkios anglies dulkės greitai išdega ištraukimo gaubtuose prieš patekdamos į skysčio vonią, o pernelyg stambūs gabalėliai tirpsta per lėtai ir plūduriuoja ant šlako sluoksnio. Optimalus dalelių dydis -paprastai nuo 1 iki 5 milimetrų krosnies papildymui-užtikrina greitą tirpimą ir didžiausią išeigą.

Taikymo strategijos plieno gamybos ir liejyklų liejimo srityje
Anglies keltuvui įvesti naudojama technika labai skiriasi priklausomai nuo lydymosi krosnies, tikslinės chemijos ir apdorojimo temperatūros.
Elektrinės lankinės krosnys ir kaušų metalurgija plieno gamyboje
Šiuolaikinės elektrinės lankinės krosnies (EAF) plieno gamybos operacijose perkarbiuratoriai įvedami keliuose apdorojimo etapuose. Pirminio laužo įkrovimo metu nebrangus degtas naftos koksas arba degtas antracitas įpilamas tiesiai į laužo krepšį, kad pakeltų pradinę lydalo anglies bazę.
Vėliau, bakstelėjus į perpylimo kaušą, didelio -grynumo degintas naftos koksas arba mažai -azoto turintis GPC įpurškiamas į skysto metalo srautą, kad būtų galima tiksliai sureguliuoti. Apdorojant kaušinėje krosnyje pirmenybė teikiama sintetiniam grafitui, nes greitas jo tirpimas leidžia greitai pridėti cheminių medžiagų, be reikalo nemažinant vonios temperatūros.
Indukcinės krosnys ketaus liejyklose
Vidutinio{0}}dažnio indukcinės šerdies krosnys plačiai naudojamos liejyklose, gaminančiose kaliąjį, pilkąjį ir sutankintą grafitinį ketų. Kadangi indukcinės krosnys nesukuria elektros lanko, joms reikia didelio-grynumo, greitai{3}}tirpstančių anglies priedų.
Indukcinio lydymo metu grafitizuotas naftos koksas (GPC) pridedamas lydymosi ciklo pradžioje, dažnai sluoksniuojant tarp plieno laužo užpildų. Tai užtikrina, kad anglies priedas liktų panardintas į skystą kulną, kur elektromagnetinės maišymo jėgos padidina anglies kontaktą ir pagreitina tirpimą. Į visiškai ištirpusią statinę vonią įdėjus perkarbiuratorių, gali atsirasti plūduriuojančių anglies plaustų, oksidacijos praradimo ir nenuoseklaus sugerties išeiga.
Inokuliacijos palaikymas ir mikrostruktūrinis grafitizavimas
Kaliojo ketaus liejyklose kristalinės grafitinės anglies keltuvo naudojimas suteikia svarbių mikrostruktūrinių privalumų, ne tik pridedant cheminės anglies. Ištirpusio GPC kristalinės gardelės fragmentai veikia kaip mikroskopinės branduolių susidarymo vietos (substratai) grafito nusodinimui kietėjimo metu. Šis patobulintas branduolių susidarymas skatina didelį kaliojo ketaus mazgelių skaičių, sumažina trapaus geležies karbido susidarymo tendenciją (atšalimo defektus) ir pagerina bendrą apdirbamumą.

5. Pirkimų svarstymai, ekonomika ir geriausia praktika
Norint pasirinkti anglies priedą, reikia subalansuoti pradines žaliavų sąnaudas su ilgalaikiu{0}} veiklos efektyvumu ir liejimo kokybe.
Išlaidų ir baudų už nešvarumus subalansavimas
Nors žaliaviniai antracito{0} priedai yra daug pigesni už toną nei grafitinis naftos koksas, naudojant žemesnės kokybės anglies priedus jautriose srityse gali padidėti bendrosios gamybos sąnaudos.
Pavyzdžiui, naudojant didelį{0}}peleninį antracitą, dėl papildomų šlako lydymosi reikalavimų padidėja elektros energijos sąnaudos, padidėja šlako šalinimo mokesčiai ir reikia papildomų desulfuravimo cheminių medžiagų. Atvirkščiai, mokant priemoką už didelio-grynumo GPC kaliojo ketaus liejyklose, smarkiai sumažėja išmestų liejinių skaičius, sumažėja magnio lydinio suvartojimas ir pailgėja ugniai atsparaus krosnies dangos eksploatavimo laikas.
Sandėliavimo, drėgmės prevencijos ir tvarkymo integravimas
Kadangi vandenilis susikaupia-iš aplinkos drėgmės, yra pagrindinė liejimo poringumo priežastis, anglies priedai turi būti laikomi sausose, drėgmei{1}}atspariose sąlygose. Aukščiausios kokybės recarburizeriai paprastai supakuoti į sandarius plastikinius -pamušalus birius maišus (FIBC) arba drėgmei{4}}atsparius popierinius maišus.
Šiuolaikinės liejyklos naudoja automatines pneumatines transportavimo sistemas arba svorio netekimo{0}}-tiektuvus, kad anglies granules perneštų tiesiai iš saugyklos silosų į krosnį. Automatizuotas tvarkymas sumažina aplinkos dulkių susidarymą, apsaugo nuo žmogaus svėrimo klaidų ir užtikrina pastovų cheminių medžiagų tikslumą.
Saugos protokolai ir dulkių sprogimo rizika
Smulkiai suskaidytos anglies dulkės kelia rimtą pavojų pramonės sveikatai ir saugai. Anglies dulkių įkvėpimas gali sukelti ilgalaikių-kvėpavimo problemų darbuotojams, o skendinčios ore esančios anglies dulkės sukelia didelį dulkių sprogimo pavojų, jei jas veikia statinė elektra arba atviros kibirkštys šalia lydymosi krosnių. Pramoninės lydyklos turi įrengti galingą-dulkių surinkimo ventiliaciją, laikytis dulkių kaukių protokolų ir naudoti kibirkščiuojančią mechaninę įrangą-saugojimo zonose.

Išvada
Šiuolaikinėje plieno gamybos ir liejyklų pramonėje tikslus anglies dioksido valdymas yra būtinas norint pasiekti tikslines mechanines savybes ir atitikti griežtus kokybės standartus. Anglies keltuvas yra gyvybiškai svarbus įrankis, leidžiantis metalurgams kompensuoti anglies oksidacijos nuostolius, tiksliai{1}}sureguliuoti galutines chemines specifikacijas ir optimizuoti kietėjančias mikrostruktūras.
Nors pigūs{0}} variantai, pvz., dujomis-degintas antracitas ir degintas naftos koksas, užtikrina veiksmingą pirminio plieno gamybos ir sunkiųjų konstrukcinių lydinių pakartotinį karbiuravimą, didelio -grynumo medžiagos, pvz., grafitinis naftos koksas (GPC), išlieka būtinos svarbiems kaliojo ketaus liejiniams ir aukštos kokybės specialiesiems plienams.
Kruopščiai įvertinę fiksuotą anglies kiekį, priemaišų profilius, tirpimo dinamiką ir padavimo krosnyje būdus, lydyklos operatoriai gali optimizuoti anglies atgavimo greitį, pašalinti liejimo defektus, sumažinti bendrą energijos suvartojimą ir išlaikyti aukštus kokybės standartus visose geležies lydymo operacijose.