W przemyśle odlewniczym jakość środków nawęglających bezpośrednio wpływa na jakość stopionego żelaza, wydajność odlewania i ostateczny koszt. Azot i siarka to dwa bardzo krytyczne pierwiastki, a ich działanie jest złożone i wymaga ścisłej kontroli.
I. Skutki azotu (N): miecz obosieczny-
Azot pełni w roztopionym żelazie podwójną rolę, a jego wpływ zależy od składu roztopionego żelaza, szybkości chłodzenia i końcowej zawartości azotu.
1. Pozytywne skutki (korzystne efekty w umiarkowanych i kontrolowanych warunkach):
• Wzmacniający ferryt: Azot rozpuszcza się w ferrycie, odgrywając rolę we wzmacnianiu roztworu stałego i nieznacznie zwiększając wytrzymałość żeliwa.
• Stabilizujący austenit: Pomaga ustabilizować strukturę austenitu.
• Promowanie tworzenia się węglików: Łączy się z pewnymi pierwiastkami, może sprzyjać tworzeniu się perlitu, zwiększając wytrzymałość i twardość.
• Jako pierwiastek stopowy: w niektórych wysokiej-gatunkach żeliwa szarego lub żeliwa sferoidalnego odpowiednie ilości azotu mogą tworzyć maleńkie azotki z magnezem, wapniem itp., działając jako zarodki krystalizacji grafitu, rafinując grafit, poprawiając morfologię grafitu, a tym samym poprawiając właściwości mechaniczne materiału.
2. Negatywne skutki (zagrożenia w przypadku zbyt dużej zawartości lub niesprzyjających warunków):
• Tworzenie się porów azotowych (otworków): Jest to najbardziej śmiertelne zagrożenie związane z azotem. Gdy zawartość rozpuszczonego azotu w roztopionym żelazie jest zbyt wysoka, rozpuszczalność azotu gwałtownie spada podczas procesu krzepnięcia odlewu. Przesycony azot wytrąca się w postaci pęcherzyków, tworząc pory podskórne lub drobne, rozproszone pory. Pory te poważnie pogarszają gęstość, właściwości mechaniczne i jakość powierzchni odlewu.
• Indukcja spękanego grafitu (deformacja grafitu wywołana azotem): w żeliwie szarym nadeutektycznym zbyt wysoka zawartość azotu prowadzi do nieprawidłowego wzrostu płatków grafitu, tworząc ostre, spękane morfologie grafitu, które poważnie rozrywają osnowę, drastycznie zmniejszając wytrzymałość i ciągliwość odlewu, zwłaszcza udarność i odporność na zmęczenie.
• Zwiększona kruchość odlewu: Nadmiar azotków zwiększa kruchość materiału.
Jednym z głównych źródeł azotu w roztopionym żelazie są środki nawęglające. Zwłaszcza w przypadku stosowania wsadu piecowego z dużą zawartością złomu stalowego, sam złom stalowy zawiera azot, a jeśli środek nawęglający ma wysoką zawartość azotu (taki jak niektóre środki nawęglające z koksu naftowego), może łatwo doprowadzić do nadmiernej zawartości azotu całkowitego w stopionym żelazie.
II. Wpływ siarki (S): od „szkodliwej” do „przydatnej”
Wpływ siarki różni się zasadniczo w przypadku żeliwa szarego i żeliwa sferoidalnego.
1. W żeliwie szarym:
• Tradycyjny pogląd (szkodliwy): Siarka tworzy siarczek żelaza o niskiej-topliwości-(FeS), rozmieszczony na granicach ziaren, zwiększający kruchość na gorąco odlewów, zmniejszający płynność i sprzyjający skurczowi. Powszechnie uważa się go za element szkodliwy i należy go kontrolować.
• Współczesne zrozumienie (umiarkowanie korzystne): odpowiednie ilości siarki (ogólnie zalecane 0,06%-0,12%) mogą łączyć się z manganem, tworząc cząsteczki siarczku manganu (MnS) o wysokiej{{3}temperaturze topnienia. Cząstki te mogą działać jako zarodki tworzenia grafitu, sprzyjając grafityzacji, rafinacji grafitu, a tym samym poprawiając wytrzymałość i twardość żeliwa szarego. Dlatego w nowoczesnych procesach odlewania niższa zawartość siarki nie zawsze jest lepsza; należy go raczej ustabilizować w odpowiednim zakresie.
• Rola środków nawęglających: Jeśli środek nawęglający zawiera zbyt dużo siarki, spowoduje to drastyczne wahania zawartości siarki w roztopionym żelazie, co utrudni kontrolę. Stabilne środki nawęglające o niskiej-siarce stanowią podstawę produkcji wysokiej-jakości żeliwa szarego.
2. W żeliwie sferoidalnym:
• Wysoce szkodliwy pierwiastek: Siarka jest „wrogiem numer jeden” żeliwa sferoidalnego. Siarka ma bardzo silne powinowactwo do środków sferoidyzujących (takich jak Mg, Ce itp.) i będzie preferencyjnie reagować ze środkami sferoidyzującymi, tworząc siarczki (takie jak MgS), zużywając dużą ilość cennych środków sferoidyzujących i prowadząc do degradacji sferoidyzacji.
• Uszkodzenie sferoidyzacji grafitu: Po zużyciu środka sferoidyzującego pozostała siarka będzie zakłócać sferoidalny wzrost grafitu, prowadząc do deformacji sferoidy grafitu, zmniejszenia liczby sferoid grafitu i pojawienia się grafitu płatkowego, co poważnie pogarsza właściwości mechaniczne.
• Ryzyko wtrąceń: Zwiększone tworzenie się żużla siarczkowego zwiększa ryzyko wystąpienia defektów wtrąceniowych.
• Surowe wymagania dotyczące nawęglaczy: dlatego do produkcji żeliwa sferoidalnego należy stosować nawęglacze o wyjątkowo niskiej zawartości siarki (zwykle S < 0,05%,-wysokiej jakości wymagają < 0,02%), aby zmniejszyć zawartość siarki w surowym żelazie i zapewnić efekt sferoidyzacji i stabilność.
III. Zalecenia dla przedsiębiorstw odlewniczych:
1. Określ potrzeby: Najpierw określ, czy chcesz produkować żeliwo szare, czy sferoidalne, i określ docelowy gatunek.
2. Ściśle kontroluj surowce: Zarządzaj nawęglaczami jako ważnymi materiałami procesowymi, a nie zwykłymi materiałami pomocniczymi. Ustanowienie jasnych i rygorystycznych norm zaopatrzenia w zakresie zawartości azotu i siarki.
3. Priorytetowo traktuj nawęglacze-wysokiej jakości:
• Nawęglacze grafitowe: wykonane z elektrod grafitowych lub skrawków, mają wysoką zawartość węgla, wyjątkowo niską zawartość siarki i azotu oraz wysoki współczynnik absorpcji, co czyni je najlepszym wyborem do produkcji wysokiej-żeliwa (zwłaszcza żeliwa sferoidalnego i wysokiej-żeliwa szarego), ale są droższe.
• Wysokotemperaturowe-nawęglacze na bazie koksu naftowego kalcynowanego: po dokładnym kalcynowaniu zawartość siarki, azotu i substancji lotnych ulega znacznej redukcji, co zapewnia wysoką-efektywność kosztową i sprawia, że są one powszechnie stosowanym wyborem od średniej-do-wyższej-klasy.
• Unikaj stosowania: Niekalcynowanego lub lekko kalcynowanego koksu naftowego lub nawęglania-na bazie węgla, ponieważ wysoka zawartość siarki, azotu i substancji lotnych w nich łatwo prowadzi do wad odlewniczych.
Wzmocnienie monitorowania procesu: regularnie wykonuj-analizę przed piecem (np. analizę spektralną) roztopionego żelaza, aby monitorować zmiany zawartości azotu i siarki, co pozwala na szybkie dostosowanie procesu.
Podsumowując, azot i siarka w nawęglaczach są podstawowymi zmiennymi decydującymi o stabilności jakości odlewów. Dzięki naukowemu wyborowi i kontroli jakości nawęglaczy można skutecznie uniknąć głównych wad, takich jak porowatość, deformacje grafitu i słaba sferoidyzacja, poprawiając jakość odlewów i wydajność produkcji.
