خواندنی که برای مبتدیان ریخته گری ضروری است: چگونه می توان به طور ایمن و کارآمد محتوای کربن و سیلیکون را در طول ذوب چدن کنترل کرد؟

بخش اول: ایمنی در درجه اول اهمیت قرار دارد

هر عملیاتی که شامل فلز مذاب باشد خطرات بسیار بالایی دارد. به عنوان یک ریخته گری چدن مبتدی، شما باید قرار دهید ایمنی بالاتر از هر چیز دیگری و به شدت از استانداردهای عملیاتی زیر پیروی کنید:

1. اجرای دقیق تجهیزات حفاظت فردی (PPE)

• محافظت کامل بدن: شما باید مطابق با استانداردها بپوشید کت و شلوار ضد شعله/لباس کار چرمی برای محافظت در برابر گرمای تابشی و جلوگیری از پاشش فلز مذاب.
• محافظت از چشم و صورت: پوشیدن تخصصی سپرهای تمام صورت (دارای فیلترهای رنگی برای محافظت در برابر نور شدید و اشعه مادون قرمز) و ایمنی glasses .
• محافظت از دست: استفاده کنید دستکش های دسته بلند و مقاوم در برابر حرارت .
• محافظت از پا: بپوشید ایمنی boots (آنها باید به گونه ای طراحی شوند که در برابر ضربه مقاوم باشند، در برابر سوراخ شدن مقاوم باشند و از جریان یافتن فلز مذاب به داخل جلوگیری کنند).
• استفاده از ابزار: اطمینان حاصل کنید که تمام ابزارهایی که با فلز مذاب در تماس هستند دسته بلند و قبل از استفاده خشک و از قبل گرم شده است.

2. پیشگیری از خطرات انفجاری

• رطوبت زدایی شدید: این مهم ترین اقدام ایمنی است. اگر فلز مذاب با رطوبت تماس پیدا کند (حتی مقدار کمی در ابزارها، مواد شارژ یا آلیاژها)، فوراً حجم زیادی بخار تولید می کند و باعث ایجاد یک بخار شدید می شود. انفجار بخار که فلز مذاب را به همه جا می پاشد.
• پیش گرم کردن شارژ: قبل از افزودن ضایعات برگشتی، ضایعات فولادی یا حتی مواد افزودنی آلیاژی (مانند فروسیلیسیم، کربورایزرها) به کوره، آنها باید کاملاً پخته و از قبل گرم شود to drive off adsorbed surface and internal moisture. Preheating temperatures should ensure complete drying, e.g., reaching $\ge 200^{\circ}C$.

3. گازهای سمی و کنترل محیطی

• تهویه: به ویژه در حین ذوب، مقدار زیادی دود ایجاد می شود carbon monoxide ($\text{CO}$) از اکسیداسیون و احتراق روی سطح مذاب. کارخانه ذوب باید داشته باشد تهویه اگزوز محلی بسیار کارآمد و تهویه کلی مغازه خوب است.
• مانیتورینگ هوا: It is recommended to be equipped with $\text{CO}$ monitors to ensure the air quality in the working area meets safety standards.

بخش دوم: کنترل کارآمد محتوای کربن و سیلیکون

خواص چدن در درجه اول توسط محتوای کربن ($%C$) و محتوای سیلیکون ($%Si$) تعیین می‌شود که روی هم رفتار انجماد و ریزساختار نهایی را کنترل می‌کنند. این اغلب با استفاده از معادل کربن (CE) :

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

1. کنترل و تنظیم محتوای کربن ($%C$) (Carburization)

کربن عنصر اصلی برای تشکیل گرافیت و تعیین سیالیت چدن است. وقتی کربن در طول ذوب از بین می رود یا در شارژ کافی نیست، الف کاربراتور باید اضافه شود.

• انتخاب کاربراتور: خلوص و اندازه ذرات کاربراتور به طور مستقیم بر سرعت انحلال آن تأثیر می گذارد و راندمان کربورسازی (درصد کربن اضافه شده جذب شده توسط آهن مذاب).
  • گرافیت با خلوص بالا/گرافیت مصنوعی: خلوص بالا، کربن ثابت $> 98% $، بالاترین نرخ جذب (معمولا $> 90% $)، مناسب برای ذوب های با نیاز بالا یا ذوب کوره های القایی.
  • کک نفتی: کربن ثابت و مقرون به صرفه بین 90 تا 95 درصد دلار، یک کاربرساز معمولی.
• روش افزودن بهینه: راندمان کربورسازی ارتباط نزدیکی با موقعیت و زمان افزودن دارد.
  • اضافه کردن شارژ متوسط (کوره برقی): این است بیشتر توصیه می شود روش کاربورایزر را با بخشی از شارژ (مثل ضایعات برگشتی یا ضایعات فولادی) مخلوط کرده و آن را در قسمت میانی و پایینی حوضچه ذوب قرار دهید. در طول ذوب، کربورایزر زمان تماس طولانی تری در ناحیه فوق گرم برای حل شدن دارد و به نرخ جذب بالاتری دست می یابد.
  • افزودن سطح قبل از ضربه زدن: مناسب برای تنظیمات جزئی را سرباره باید کاملاً از بین برود ابتدا کاربورایزر را به طور مساوی روی سطح پاشیده و با استفاده از همزن الکترومغناطیسی (در کوره های القایی) یا هم زدن دستی برای ترویج انحلال. این روش کارایی نسبتاً کمتری دارد اما کارکرد آن آسان‌تر است.

2. کنترل و تنظیم محتوای سیلیکون ($%Si$) (سیلیکون سازی)

سیلیکون قوی است مروج گرافیت ، برای جلوگیری از تشکیل چدن سفید بسیار مهم است.

• منبع اصلی سیلیکون: Ferrosilicon ($\text{FeSi}$) . $\text{FeSi}75$ (containing approx. $75%$ silicon) is commonly used.
  • روش اضافه: معمولاً به فلز مایع درست قبل از ضربه زدن . برای اطمینان از یکنواختی، باید آن را پس از خشک کردن سرباره اضافه کرد و برای مدت زمان خیساندن کافی (حدود 5-10 دقیقه) نگه داشت تا ذوب و مخلوط شدن کامل شود.
  • اهمیت پیش گرمایش: توده های فروسیلیس باید از قبل گرم شوند تا از انفجار بخار ناشی از رطوبت جلوگیری شود.
• افزودنی ترکیبی کربن-سیلیکون: Silicon Carbide ($\text{SiC}$) یک افزودنی کامپوزیت عالی است.
  • اصل: $\text{SiC}$ 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.
  • مزایا: به طور همزمان $%C$ و $%Si$ را افزایش می دهد و عالی است قبل از تلقیح اثرات، کمک به تشکیل گرافیت ریز. معمولا به آن اضافه می شود شارژ as a supplement or alternative to $\text{FeSi}$ and carburizers.

3. اجتناب و جبران تلفات اکسیداسیون

در طی فرآیند ذوب، به ویژه در مراحل بعدی ذوب و فوق گرم شدن، کربن و سیلیکون می توانند به دلیل واکنش با جو یا اکسیدهای موجود در سرباره از بین بروند:

• واکنش های سوختگی:
  • $2[\text{C}] \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \uparrow$
  • $[\text{Si}] \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2$ (enters the slag)
• اقدامات متقابل:
  • کنترل سرباره: به موقع 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.
  • غرامت: هنگام تعیین ترکیب نهایی، مشخص است کمک هزینه سوختن باید در نظر گرفته شود، به این معنی که مقدار اضافه شده باید کمی بیشتر از مقدار هدف باشد تا تلفات طبیعی در طول ذوب جبران شود.

بخش سوم: مقایسه مواد کنترل کربن و سیلیکون رایج

برای کمک به شما در انتخاب آگاهانه، جدول زیر مواد متداول تنظیم کربن و سیلیکون و ویژگی های کلیدی آنها را فهرست می کند: