Piikarbidi on synteettinen materiaali, jota valmistetaan vastustusuuneissa piidioksidihiekasta ja hiilestä, ja metallurgiset laatulaadut sisältävät noin 88-90 prosenttia piikarbidia, ja pääepäpuhtauksina ovat vapaata hiiltä, rautaoksidia ja alumiinioksidia. Sen arvo raudan ja teräksen tuotannossa syntyy piin ja hiilen toimittamisesta yhdessä yhdellä lisäyksellä, minkä vuoksi sitä käytetään sekä hapettumisen ja seostuksen lähteenä teräksen valmistuksessa että ymppäyslisäaineena valuraudassa.
Miksi valimot käyttävät piikarbidia
Induktio- tai kupolipanoksessa piikarbidi liukenee asteittain ja antaa liuenneen piin ja hiilen muodossa, joka imeytyy helposti sulatteeseen. Koska lisäys tuo mukanaan kaksi elementtiä kerralla, se korvaa osittain ferrosipiin piin ja recarburisterin hiilen osalta. Liukenemiskäyttäytyminen tarkoittaa myös sitä, että hiili tulee sulatteeseen hallitusti eikä karkeina grafiittihiukkasina, jotka voivat kellua tai jäädä liukenematta panoksessa.
Kuusi metallurgista vaikutusta valuraudassa
Käytännön kokemus rautavalimoista tunnistaa kuusi toistettavaa vaikutusta. Ensinnäkin piikarbidi vähentää taipumusta muodostaa valkoista rautaa, joka näyttää kovalta, koneistettavalta kylmältä ohuissa osissa. Toiseksi se rajoittaa alijäähdytettyjen grafiittirakenteiden muodostumista, jotka liittyvät huonoihin mekaanisiin ominaisuuksiin. Kolmanneksi se alentaa leikkausherkkyyttä, joten ohuet ja paksut osat ovat samassa valupinnassa pienemmällä mikrorakenteen ja kovuuden erolla. Neljänneksi se tukee eutektisten solujen nukleaatiota, mikä lisää eutektisten solujen määrää pinta-alayksikköä kohti. Viidenneksi se edistää pääosin hienojakoista, tasaisesti jakautunutta ja hiutaletyyppistä tyyppiä A luokiteltua grafiittimuotoa. Kuudenneksi ferroseosten yhdistetty korvaaminen alentaa nestemäisen raudan tonnikohtaisia kustannuksia ja lyhentää lisäysaikaa.
Laajuudet ja mitoitus valimolatausta varten
| Tuotteen muoto | Tyypillinen piikarbidipitoisuus | Tyypillinen mitoitus | Pääkäyttö |
|---|---|---|---|
| Metallurginen pala | 88-90 % | 0-10 mm, 1-10 mm | Varauksen lisäys induktiouuneissa |
| Metallurgiset sakot | 85-90 % | 0 - 1 mm, 0 - 3 mm | Kauhan ja puron lisäyksiä |
| Jauhe | 90 % ja enemmän | 200 mesh ja hienompi | Briketit ja liimatuotteet |
| Korkean puhtauden hiomalaatu | 97 % ja enemmän | Lajiteltu ryyppy | Tulenkestävät ja hankaavat sovellukset |
Piikarbidi hapettuu korotetussa lämpötilassa, joten ulkona varastoitu materiaali imee kosteutta ja muodostaa pintakerroksen, joka vähentää talteenottoa. Katettu säilytys ja toimitetun hienon sisällön tarkistaminen ennen latausta välttävät odottamattomat häviöt.
Latauskäytäntö ja palautus
Lisäys sijoitetaan tavallisesti uunin pohjalle tai haudataan romupanoksen sisään siten, että se altistuu nestemäiselle metallille lämmön edetessä. Piin ja hiilen talteenotto riippuu käytettävissä olevasta liukenemisajasta: myöhään tehdyt lisäykset lämmössä tai uuneissa, joissa on lyhyt sulatusjakso, palautuvat vähemmän, koska hiukkaset eivät ehdi liueta täysin. Myös panoksen piidioksidipitoisuudella on merkitystä, sillä jo piiiin kyllästetty erittäin korkea piipanos hyväksyy vähemmän karbidin lisäystä.
Miten vaikutukset varmistetaan
Jäähtymistaipumus tarkistetaan kiilatestillä, ja grafiitin muoto- ja kokojakauma arvioidaan kiillotetuista näytteistä asiaankuuluvien mikrorakenteen luokitusstandardien mukaan, esimerkiksi ISO 945-1 tai ASTM A247 sen Type A - Type E -merkinnällä. Eutektisten solujen määrät antavat lisäosoituksen nukleaation laadusta. Nämä testit maksavat vähän ja antavat valimolle luotettavan perustan piikarbidin lisäysnopeuden päättämiselle sen sijaan, että se luottaisi valupinnan visuaaliseen arviointiin.
Kustannusarviointi
Kustannusvertailu tulee tehdä sulatteeseen toimitetun piin kilon hinnasta, ei ostohinnasta tonnia kohden. Piikarbidi tuottaa tyypillisesti 55–60 massaprosenttia metallurgisen laadun piitä noin 25–30 prosentin hiilen ohella, ja molemmat osat on laskettava korvaamaan ferropiin ja uudelleenhiiletin. Kun molemmat vaihdot on tehty kokonaan, nettolatauskustannukset yleensä laskevat, ja lisähyöty jäähtymiseen liittyvien{6}}hylkyjen määrästä voi ylittää raaka-ainesäästön.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Mitä piipitoisuutta metallurginen piikarbidi sisältää?
V: Tyypillinen metallurginen laatu sisältää 88-90 prosenttia piikarbidia, mikä vastaa noin 61-63 prosenttia piitä ja noin 27-28 massaprosenttia hiiltä. Loppuosa on vapaata hiiltä, rautaoksidia ja muita epäpuhtauksia.
Q:Voiko piikarbidi korvata täysin ferrosipiin valurautapanoksessa?
V: Se voi korvata piilisäyksen monissa harmaa- ja pallografiittiraudan kuumennuksissa, mutta myös sen tuoma hiili on tasapainotettava tavoitehiiliekvivalenttia vastaan. Useimmat valimot käyttävät sitä osittaisena korvaavana ferropiin rinnalla pikemminkin kuin täydellisenä korvaajana.
Q:Mitä mitoitusta käytetään induktiouunin latauksessa?
V: 1-10 mm:n kokkareet ovat yleisiä panoslisäyksissä, kun taas hienompaa 0-1 mm:n materiaalia käytetään myöhäisissä lisäyksissä tai silloin, kun vaaditaan nopeampaa liukenemista. Myös hienojakoista syntyy enemmän pölyä, joten käsittelylaitteet tulee valita sen mukaan.
Q:Miten grafiitin muoto arvioidaan inokuloinnin jälkeen?
V: Metallografiset näytteet kiillotetaan ja niitä verrataan standardiluokitustaulukkoon, kuten ASTM A247 tai ISO 945-1, joka määrittelee hiutalegrafiittityypit mukaan lukien tasaisesti jakautuneen hienon hiutalemuodon, joka on nimetty tyypiksi A.
Q:Toimiiko piikarbidi teräksen valmistuksessa samoin kuin valuraudassa?
V: Kyllä. Sitä käytetään piin ja hiilen lähteenä teräksen hapettumisenpoistoon ja seostukseen, ja sen eksoterminen reaktio kuonassa olevan rautaoksidin kanssa tukee kuonan käsittelyä, vaikka lisäysnopeus lasketaan eri tavalla kuin valurautakäytäntö.
