ไนโตรเจนและซัลเฟอร์ในสารคาร์บูไรซิ่งมีผลกระทบต่ออุตสาหกรรมโรงหล่ออย่างไร?

ในอุตสาหกรรมโรงหล่อ คุณภาพของสารคาร์บูไรซิ่งส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของเหล็กหลอม ประสิทธิภาพการหล่อ และต้นทุนขั้นสุดท้าย ไนโตรเจนและซัลเฟอร์เป็นองค์ประกอบที่สำคัญมากสองอย่าง และผลกระทบของพวกมันมีความซับซ้อนและต้องมีการควบคุมอย่างเข้มงวด

I. ผลกระทบของไนโตรเจน (N): ดาบสองคม-
ไนโตรเจนมีบทบาทสองประการในเหล็กหลอมเหลว และผลกระทบของมันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเหล็กหลอมเหลว อัตราการเย็นตัว และปริมาณไนโตรเจนสุดท้าย

1. ผลเชิงบวก (ผลประโยชน์ภายใต้สภาวะปานกลางและควบคุม):

• การเสริมความแข็งแกร่งให้กับเฟอร์ไรต์: ไนโตรเจนละลายในเฟอร์ไรต์ โดยมีบทบาทในสารละลายของแข็งที่เสริมความแข็งแกร่งและเพิ่มความแข็งแกร่งของเหล็กหล่อเล็กน้อย

• การทำให้ออสเทนไนต์คงตัว: ช่วยให้โครงสร้างของออสเทนไนต์มีความเสถียร

• ส่งเสริมการก่อตัวของคาร์ไบด์: เมื่อรวมกับองค์ประกอบบางอย่าง ก็สามารถส่งเสริมการก่อตัวของเพิร์ลไลต์ เพิ่มความแข็งแรงและความแข็ง

• ในฐานะองค์ประกอบโลหะผสม: ในเหล็กหล่อสีเทาเกรดสูง-หรือเหล็กหล่อเหนียวบางประเภท ปริมาณไนโตรเจนที่เหมาะสมสามารถก่อตัวเป็นไนไตรด์เล็กๆ ด้วยแมกนีเซียม แคลเซียม ฯลฯ ซึ่งทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสสำหรับการตกผลึกของกราไฟท์ การทำให้กราไฟท์บริสุทธิ์ การปรับปรุงสัณฐานวิทยาของกราไฟท์ และทำให้คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุดีขึ้น

2. ผลกระทบเชิงลบ (อันตราย เมื่อเนื้อหาสูงเกินไปหรือสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย):

• การก่อตัวของรูพรุนไนโตรเจน (รูเข็ม): นี่เป็นอันตรายร้ายแรงที่สุดของไนโตรเจน เมื่อปริมาณไนโตรเจนที่ละลายในเหล็กหลอมเหลวสูงเกินไป ความสามารถในการละลายของไนโตรเจนจะลดลงอย่างรวดเร็วในระหว่างกระบวนการแข็งตัวของการหล่อ ไนโตรเจนอิ่มตัวยวดยิ่งตกตะกอนในรูปของฟองอากาศ ก่อตัวเป็นรูใต้ผิวหนังหรือรูพรุนละเอียดกระจายตัว รูพรุนเหล่านี้ทำให้ความหนาแน่น คุณสมบัติทางกล และคุณภาพพื้นผิวของการหล่อลดลงอย่างมาก

• การเหนี่ยวนำกราไฟท์ที่แตกหัก (ไนโตรเจน-ทำให้เกิดความผิดปกติของกราไฟท์ที่เหนี่ยวนำ): ในเหล็กหล่อสีเทาไฮเปอร์ยูเทคติก ปริมาณไนโตรเจนที่สูงเกินไปนำไปสู่การเจริญเติบโตของเกล็ดกราไฟท์ที่ผิดปกติ ทำให้เกิดรูปร่างทางสัณฐานวิทยาของกราไฟท์ที่แตกหักแหลมคม ซึ่งจะทำให้เมทริกซ์แตกอย่างรุนแรง ส่งผลให้ความแข็งแรงและความเหนียวของการหล่อลดลงอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่งผลกระทบต่อความเหนียวและความต้านทานต่อความเมื่อยล้า

• ความเปราะของการหล่อเพิ่มขึ้น: ไนไตรด์ที่มากเกินไปจะเพิ่มความเปราะบางของวัสดุ

สารคาร์บูไรซิ่งเป็นหนึ่งในแหล่งหลักของไนโตรเจนในเหล็กหลอมเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ประจุจากเตาหลอมที่มีเศษเหล็กในสัดส่วนสูง เศษเหล็กในตัวจะมีไนโตรเจน และหากสารเติมแต่งคาร์บอนมีปริมาณไนโตรเจนสูง (เช่น สารเติมแต่งคาร์บอนโค้กปิโตรเลียมบางชนิด) ก็อาจทำให้มีปริมาณไนโตรเจนรวมมากเกินไปในเหล็กหลอมเหลวได้อย่างง่ายดาย

ครั้งที่สอง อิทธิพลของซัลเฟอร์ (S): จาก "อันตราย" ถึง "มีประโยชน์"

อิทธิพลของกำมะถันมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐานระหว่างเหล็กหล่อสีเทาและเหล็กหล่อเหนียว

1. ในเหล็กหล่อสีเทา:

• มุมมองแบบดั้งเดิม (เป็นอันตราย): ซัลเฟอร์ก่อตัว-จุดหลอมเหลว-จุดหลอมเหลวของเหล็กซัลไฟด์ (FeS) ต่ำ (FeS) ซึ่งกระจายอยู่ที่ขอบเขตของเกรน เพิ่มความเปราะร้อนของการหล่อ ลดความลื่นไหล และส่งเสริมการหดตัว โดยทั่วไปถือว่าเป็นองค์ประกอบที่เป็นอันตรายและจำเป็นต้องได้รับการควบคุม

• ความเข้าใจสมัยใหม่ (มีประโยชน์ปานกลาง): ปริมาณซัลเฟอร์ที่เหมาะสม (โดยทั่วไปแนะนำ 0.06%-0.12%) สามารถรวมกับแมงกานีสเพื่อสร้างอนุภาคแมงกานีสซัลไฟด์ (MnS) ที่มีจุดหลอมเหลวสูง อนุภาคเหล่านี้สามารถทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสสำหรับการก่อตัวของกราไฟท์ ส่งเสริมการเกิดกราไฟท์ การกลั่นกราไฟท์ และทำให้ความแข็งแกร่งและความแข็งของเหล็กหล่อสีเทาดีขึ้น ดังนั้นในกระบวนการหล่อสมัยใหม่ ปริมาณซัลเฟอร์ที่ต่ำกว่าไม่ได้ดีกว่าเสมอไป แต่จะต้องมีความเสถียรภายในช่วงที่เหมาะสม

• บทบาทของสารคาร์บูไรซิ่ง: หากสารคาร์บูไรซิ่งมีกำมะถันมากเกินไป จะทำให้เกิดความผันผวนอย่างมากในปริมาณกำมะถันของเหล็กหลอมเหลว ทำให้ควบคุมได้ยาก สารคาร์บูไรซิ่ง-กำมะถันต่ำที่เสถียรเป็นรากฐานสำหรับการผลิตเหล็กหล่อสีเทาคุณภาพสูง-

2. ในเหล็กดัด:

• องค์ประกอบที่เป็นอันตรายอย่างมาก: ซัลเฟอร์คือ "ศัตรูอันดับหนึ่ง" ของเหล็กดัด ซัลเฟอร์มีความสัมพันธ์กันอย่างมากกับสารทำให้เกิดทรงกลม (เช่น Mg, Ce เป็นต้น) และจะทำปฏิกิริยาเป็นพิเศษกับสารที่เป็นทรงกลมเพื่อสร้างซัลไฟด์ (เช่น MgS) โดยใช้สารที่เป็นทรงกลมอันมีค่าจำนวนมาก และนำไปสู่การย่อยสลายของทรงกลม

• ความเสียหายต่อการเกิดทรงกลมของกราไฟท์: หลังจากใช้สารก่อทรงกลมของกราไฟท์ กำมะถันที่ตกค้างจะรบกวนการเจริญเติบโตของกราไฟท์ทรงกลม ทำให้เกิดการเสียรูปของกราไฟท์ทรงกลม ลดจำนวนกราไฟท์ทรงกลมของกราไฟท์ และลักษณะของกราไฟท์เกล็ด ส่งผลให้คุณสมบัติเชิงกลเสื่อมลงอย่างรุนแรง

• ความเสี่ยงของการรวมตัวกัน: การก่อตัวของตะกรันซัลไฟด์ที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มความเสี่ยงของข้อบกพร่องในการรวมตัว

• ข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับคาร์บูไรเซอร์: ดังนั้น การผลิตเหล็กดัดจะต้องใช้คาร์บูไรเซอร์ที่มีปริมาณกำมะถันต่ำมาก (โดยทั่วไปคือ S < 0.05% ส่วนคุณภาพสูง-ต้องใช้ < 0.02%) เพื่อลดปริมาณกำมะถันของเหล็กดิบ และรับประกันผลการเกิดทรงกลมและความเสถียร

ที่สาม คำแนะนำสำหรับวิสาหกิจโรงหล่อ:

1. ชี้แจงความต้องการ: ขั้นแรก พิจารณาว่าจะผลิตเหล็กหล่อสีเทาหรือเหล็กดัด และเกรดเป้าหมายหรือไม่

2. ควบคุมวัตถุดิบอย่างเข้มงวด: จัดการคาร์บูไรเซอร์ให้เป็นวัสดุกระบวนการที่สำคัญมากกว่าวัสดุเสริมทั่วไป กำหนดมาตรฐานการจัดซื้อที่ชัดเจนและเข้มงวดสำหรับปริมาณไนโตรเจนและซัลเฟอร์

3. จัดลำดับความสำคัญของคาร์บูไรเซอร์คุณภาพสูง-:

• คาร์บูไรเซอร์แบบกราไฟต์: ผลิตจากอิเล็กโทรดกราไฟต์หรือเศษเหล็ก ซึ่งมีปริมาณคาร์บอนสูง มีปริมาณซัลเฟอร์และไนโตรเจนต่ำมาก และมีอัตราการดูดซับสูง ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตเหล็กหล่อคุณภาพสูง- (โดยเฉพาะเหล็กดัดและเหล็กสีเทาเกรด-สูง) แต่มีราคาแพงกว่า

• สารคาร์บูไรเซอร์ปิโตรเลียมโค้กเผาที่อุณหภูมิสูง: หลังจากการเผาอย่างละเอียด ซัลเฟอร์ ไนโตรเจน และสารระเหยจะลดลงอย่างมาก ทำให้ต้นทุนสูง-มีประสิทธิผล และทำให้เป็นตัวเลือกขั้นกลาง-ถึง-สูง{4}}ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

• หลีกเลี่ยงการใช้: สารรีคาร์บูไรเซอร์ที่ทำจากปิโตรเลียมหรือถ่านหินที่ไม่ผ่านการเผาหรือเผาเล็กน้อย- เนื่องจากมีซัลเฟอร์ ไนโตรเจน และสารระเหยสูงทำให้เกิดข้อบกพร่องในการหล่อได้ง่าย

เสริมสร้างการตรวจสอบกระบวนการ: ทำการวิเคราะห์ก่อน-เตาหลอม (เช่น การวิเคราะห์สเปกตรัม) บนเหล็กหลอมเหลวอย่างสม่ำเสมอ เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของปริมาณไนโตรเจนและซัลเฟอร์ ช่วยให้สามารถปรับกระบวนการได้ทันท่วงที

โดยสรุป ไนโตรเจนและซัลเฟอร์ในสารเติมแต่งคาร์บอนเป็นตัวแปรหลักที่กำหนดความเสถียรของคุณภาพการหล่อ ด้วยการเลือกและควบคุมคุณภาพของสารเติมแต่งคาร์บูไรเซอร์ทางวิทยาศาสตร์ จึงสามารถหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องที่สำคัญ เช่น ความพรุน ความผิดปกติของกราไฟท์ และการเกิดทรงกลมที่ไม่ดีได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพการหล่อและประสิทธิภาพการผลิต