يجب قراءته للمبتدئين في الصب: كيفية التحكم بأمان وكفاءة في محتوى الكربون والسيليكون أثناء صهر الحديد الزهر؟

الجزء الأول: السلامة أمر بالغ الأهمية

أي عملية تنطوي على معدن منصهر تحمل مخاطر عالية للغاية. ك صب الحديد الزهر مبتدئ، يجب أن تضع سلامة قبل كل شيء، والالتزام الصارم بالمعايير التشغيلية التالية:

1. التنفيذ الصارم لمعدات الحماية الشخصية (PPE)

• حماية الجسم بالكامل: يجب أن ترتدي ملابس متوافقة مع المعايير بدلات مقاومة للهب/ملابس عمل جلدية للحماية من الحرارة المشعة ومنع تناثر المعدن المنصهر.
• حماية العين والوجه: ارتداء المتخصصة دروع الوجه الكامل (مع مرشحات ملونة للحماية من الضوء الشديد والأشعة تحت الحمراء) و سلامة glasses .
• حماية اليد: استخدم قفازات مقاومة للحرارة ذات مقبض طويل .
• حماية القدم: ارتداء سلامة boots (يجب أن تكون مصممة لتكون مقاومة للصدمات، ومقاومة للثقب، وتمنع تدفق المعدن المنصهر).
• استخدام الأداة: تأكد من سلامة جميع الأدوات التي تتلامس مع المعدن المنصهر التعامل معها منذ فترة طويلة وتم التأكد من جفافها وتسخينها مسبقًا قبل الاستخدام.

2. الوقاية من المخاطر المتفجرة

• التجفيف الصارم: هذا هو مقياس السلامة الأكثر أهمية. إذا لامس المعدن المنصهر أي رطوبة (حتى بكميات ضئيلة في الأدوات أو المواد المشحونة أو السبائك)، فإنه سيولد على الفور كمية كبيرة من البخار، مما يسبب عنفًا انفجار البخار الذي يتناثر المعدن المنصهر في كل مكان.
• شحن التسخين المسبق: قبل إضافة أي خردة مرتجعة، أو خردة فولاذية، أو حتى إضافات صناعة السبائك (مثل الفيروسيليكون، والكربوريزر) إلى الفرن، يجب عليهم يجب خبزها جيدًا وتسخينها مسبقًا to drive off adsorbed surface and internal moisture. Preheating temperatures should ensure complete drying, e.g., reaching $\ge 200^{\circ}C$.

3. الغازات السامة والرقابة البيئية

• التهوية: سيتم توليد كمية كبيرة من الأبخرة أثناء الصهر، على وجه الخصوص carbon monoxide ($\text{CO}$) من الأكسدة والاحتراق على سطح المنصهر. يجب أن يكون لدى متجر الصهر تهوية عادم محلية عالية الكفاءة وتهوية جيدة للمتجر بشكل عام.
• مراقبة الهواء: It is recommended to be equipped with $\text{CO}$ monitors to ensure the air quality in the working area meets safety standards.

الجزء الثاني: التحكم الفعال في محتوى الكربون والسيليكون

يتم تحديد خصائص الحديد الزهر بشكل أساسي من خلال محتوى الكربون ($%C$) ومحتوى السيليكون ($%Si$)، اللذين يحكمان معًا سلوك التصلب والبنية المجهرية النهائية. غالبًا ما يتم تقييم ذلك باستخدام مكافئ الكربون (CE) :

$$CE = %C \frac{%Si %P}{3}$$

1. التحكم في محتوى الكربون وتعديله ($%C$) (الكربنة)

الكربون هو العنصر الأساسي لتشكيل الجرافيت وتحديد سيولة الحديد الزهر. عند فقدان الكربون أثناء الذوبان أو عدم كفاية الشحن، أ المكربن يجب أن تضاف.

• اختيار المكربن: يؤثر نقاء وحجم جسيمات الكربنة بشكل مباشر على معدل ذوبانها و كفاءة الكربنة (نسبة الكربون المضاف الذي يمتصه الحديد المنصهر).
  • الجرافيت عالي النقاء / الجرافيت الاصطناعي: درجة نقاء عالية، كربون ثابت $> 98%$، أعلى معدل امتصاص (عادة $> 90%$)، مناسب للمصهورات ذات المتطلبات العالية أو صهر الفرن التعريفي.
  • فحم الكوك البترولي: فعال من حيث التكلفة، كربون ثابت يتراوح سعره بين 90%-95%$، وهو مكربن شائع الاستخدام.
• طريقة الإضافة المثالية: ترتبط كفاءة الكربنة ارتباطًا وثيقًا بموضع وتوقيت الإضافة.
  • إضافة منتصف الشحن (الفرن الكهربائي): هذا هو الأكثر الموصى بها طريقة. امزج المكربن ​​مع جزء من الشحنة (مثل الخردة المرتدة أو خردة الفولاذ) وضعها في الجزء الأوسط والسفلي من حوض الصهر. أثناء الذوبان، يتمتع المكربن ​​بوقت اتصال أطول في المنطقة شديدة السخونة حتى يذوب، مما يحقق معدلات امتصاص أعلى.
  • إضافة السطح قبل التنصت: مناسبة للتعديلات الطفيفة. ال يجب أن يكون الخبث منزوع الدسم تمامًا أولاً، يتم رش الكربنة بالتساوي على السطح باستخدام التحريك الكهرومغناطيسي (في أفران الحث) أو التحريك اليدوي لتعزيز الذوبان. هذه الطريقة أقل كفاءة نسبيًا ولكنها أسهل في التشغيل.

2. التحكم وتعديل محتوى السيليكون ($%Si$) (السيليكون)

السيليكون قوي مروج الجرافيت ، وهو أمر حاسم لمنع تشكيل الحديد الزهر الأبيض.

• مصدر السيليكون الرئيسي: Ferrosilicon ($\text{FeSi}$) . $\text{FeSi}75$ (containing approx. $75%$ silicon) is commonly used.
  • طريقة الإضافة: عادة ما تضاف إلى المعدن السائل قبل التنصت مباشرة . ولضمان التجانس، يجب إضافته بعد قشط الخبث، وحفظه لمدة كافية من النقع (حوالي 5-10 دقائق) للسماح بالذوبان والخلط الكاملين.
  • أهمية التسخين: يجب تسخين كتل الفيروسيليكون مسبقًا لمنع انفجارات البخار من الرطوبة.
• مادة مضافة للكربون والسيليكون مجتمعة: Silicon Carbide ($\text{SiC}$) هي مادة مضافة مركبة ممتازة.
  • المبدأ: $\text{SiC}$ does not melt in the iron melt but dissociates via the reaction $\text{SiC} \rightarrow [\text{Si}] [\text{C}]$, releasing both silicon and carbon into the iron.
  • المزايا: إنه يزيد في نفس الوقت $%C$ و $%Si$ ويتمتع بميزة ممتازة ما قبل التلقيح التأثيرات التي تساهم في تكوين الجرافيت الناعم. وعادة ما يتم إضافته إلى تهمة as a supplement or alternative to $\text{FeSi}$ and carburizers.

3. تجنب وتعويض خسائر الأكسدة

أثناء عملية الصهر، وخاصة في المراحل اللاحقة من الذوبان والتسخين الزائد، يمكن فقدان الكربون والسيليكون بسبب التفاعل مع الجو أو الأكاسيد الموجودة في الخبث:

• تفاعلات الاحتراق:
  • $2[\text{C}] \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \uparrow$
  • $[\text{Si}] \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2$ (enters the slag)
• التدابير المضادة:
  • التحكم في الخبث: في الوقت المناسب removal of slag containing high iron oxide ($\text{FeO}$) . $\text{FeO}$ in the slag will continuously oxidize the $\text{C}$ and $\text{Si}$ in the molten iron.
  • التعويض: عند تحديد التكوين النهائي، معين بدل الاحتراق يجب أن تؤخذ في الاعتبار، مما يعني أن الكمية المضافة يجب أن تتجاوز قليلاً القيمة المستهدفة للتعويض عن الخسائر العادية أثناء الصهر.

الجزء الثالث: مقارنة مواد التحكم الشائعة بالكربون والسيليكون

لمساعدتك في اتخاذ قرار مستنير، يسرد الجدول أدناه مواد تعديل الكربون والسيليكون الشائعة وخصائصها الرئيسية: