Lektura obowiązkowa dla początkujących odlewników: Jak bezpiecznie i skutecznie kontrolować zawartość węgla i krzemu podczas wytapiania żeliwa?

Część I: Bezpieczeństwo jest najważniejsze

Każda operacja z użyciem stopionego metalu niesie ze sobą niezwykle wysokie ryzyko. jako Odlew żeliwny początkujący, musisz umieścić bezpieczeństwo przede wszystkim i ściśle przestrzegać następujących standardów operacyjnych:

1. Ścisłe wdrażanie środków ochrony osobistej (PPE)

• Pełna ochrona ciała: Należy nosić zgodnie ze standardami kombinezony trudnopalne/skórzane ubrania robocze aby chronić przed promieniowaniem cieplnym i zapobiegać rozpryskom stopionego metalu.
• Ochrona oczu i twarzy: Noś specjalistyczne osłony pełnotwarzowe (z przyciemnianymi filtrami chroniącymi przed intensywnym światłem i promieniowaniem podczerwonym) oraz bezpieczeństwo glasses .
• Ochrona dłoni: Użyj rękawice z długimi uchwytami, odporne na ciepło .
• Ochrona stóp: Nosić bezpieczeństwo boots (muszą być zaprojektowane tak, aby były odporne na uderzenia, przebicie i zapobiegały przedostawaniu się stopionego metalu).
• Użycie narzędzia: Upewnij się, że wszystkie narzędzia mające kontakt z roztopionym metalem są prawidłowo zabezpieczone z długą rączką i potwierdzono, że są suche i podgrzane przed użyciem.

2. Zapobieganie zagrożeniom wybuchowym

• Ścisłe osuszanie: Jest to najważniejszy środek bezpieczeństwa. Jeśli stopiony metal zetknie się z wilgocią (nawet śladowymi ilościami w narzędziach, materiałach wsadowych lub stopach), natychmiast wytworzy się duża objętość pary, powodując gwałtowne eksplozja pary który rozpryskuje wszędzie stopiony metal.
• Rozgrzewanie ładowania: Przed dodaniem do pieca jakiegokolwiek złomu wtórnego, złomu stalowego lub nawet dodatków stopowych (takich jak żelazokrzem, nawęglacze) należy je muszą być dokładnie upieczone i podgrzane to drive off adsorbed surface and internal moisture. Preheating temperatures should ensure complete drying, e.g., reaching $\ge 200^{\circ}C$.

3. Gazy toksyczne i kontrola środowiska

• Wentylacja: Szczególnie podczas wytapiania powstaje duża ilość dymów carbon monoxide ($\text{CO}$) z utleniania i spalania na powierzchni stopu. Topialnia musi to mieć wysoce wydajna wentylacja miejscowa wywiewna i dobrą ogólną wentylację sklepu.
• Monitorowanie powietrza: It is recommended to be equipped with $\text{CO}$ monitors to ensure the air quality in the working area meets safety standards.

Część II: Skuteczna kontrola zawartości węgla i krzemu

Właściwości żeliwa zależą przede wszystkim od zawartości węgla ($%C$) i zawartości krzemu ($%Si$), które łącznie regulują zachowanie podczas krzepnięcia i końcową mikrostrukturę. Często ocenia się to za pomocą tzw Ekwiwalent węgla (CE) :

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

1. Kontrola i regulacja zawartości węgla ($%C$) (nawęglanie)

Węgiel jest głównym pierwiastkiem do formowania grafitu i określania płynności żeliwa. Gdy podczas topienia następuje utrata węgla lub niedobór wsadu, a nawęglacz trzeba dodać.

• Wybór nawęglacza: Czystość i wielkość cząstek nawęglacza bezpośrednio wpływają na szybkość jego rozpuszczania wydajność nawęglania (procent dodanego węgla wchłoniętego przez stopione żelazo).
  • Grafit o wysokiej czystości/sztuczny grafit: Wysoka czystość, węgiel związany $>98%$, najwyższy współczynnik absorpcji (zwykle $>90%$), odpowiedni do wytopów o wysokich wymaganiach lub wytapiania w piecu indukcyjnym.
  • Koks naftowy: Ekonomiczny, węgiel stały w cenie od 90% do 95% $, powszechnie stosowany nawęglacz.
• Optymalna metoda dodawania: Wydajność nawęglania jest ściśle powiązana z miejscem i czasem dodawania.
  • Dodatek średniego ładunku (piec elektryczny): To jest najbardziej zalecane metoda. Wymieszaj nawęglacz z częścią wsadu (np. złomem regeneracyjnym lub złomem stalowym) i umieść go w środkowej i dolnej części jeziorka. Podczas topienia nawęglacz ma dłuższy czas kontaktu w strefie przegrzania, aby się rozpuścić, osiągając wyższe szybkości absorpcji.
  • Dodawanie powierzchni przed gwintowaniem: Nadaje się do drobnych poprawek. The żużel musi zostać dokładnie odtłuszczony najpierw, następnie nawęglacz równomiernie posypuje się powierzchnię za pomocą mieszanie elektromagnetyczne (w piecach indukcyjnych) lub ręczne mieszanie w celu przyspieszenia rozpuszczania. Ta metoda jest stosunkowo mniej wydajna, ale łatwiejsza w obsłudze.

2. Kontrola i regulacja zawartości krzemu ($%Si$) (silikonowanie)

Silikon jest mocny promotor grafityzacji , kluczowe dla zapobiegania tworzeniu się żeliwa białego.

• Główne źródło krzemu: Ferrosilicon ($\text{FeSi}$) . $\text{FeSi}75$ (containing approx. $75%$ silicon) is commonly used.
  • Metoda dodawania: Zwykle dodawane do ciekły metal tuż przed stuknięciem . Aby zapewnić jednorodność, należy go dodawać po odtłuszczeniu żużla i trzymać przez odpowiedni czas nasiąkania (około 5-10 minut), aby umożliwić całkowite stopienie i wymieszanie.
  • Rozgrzewanie Znaczenie: Grudki żelazokrzemu należy podgrzać, aby zapobiec wybuchom pary spowodowanej wilgocią.
• Połączony dodatek węglowo-krzemowy: Silicon Carbide ($\text{SiC}$) jest doskonałym dodatkiem kompozytowym.
  • Zasada: $\text{SiC}$ 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.
  • Zalety: Jednocześnie zwiększa $%C$ i $%Si$ i ma doskonałe wyniki przed inokulacją efekty, przyczyniając się do powstawania drobnego grafitu. Zwykle dodaje się go do opłata as a supplement or alternative to $\text{FeSi}$ and carburizers.

3. Unikanie i kompensowanie strat utleniania

Podczas procesu wytapiania, szczególnie w późniejszych etapach topienia i przegrzania, węgiel i krzem mogą zostać utracone w wyniku reakcji z atmosferą lub tlenkami w żużlu:

• Reakcje wypalenia:
  • $2[\text{C}] \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \uparrow$
  • $[\text{Si}] \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2$ (enters the slag)
• Środki zaradcze:
  • Kontrola żużla: Terminowo 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.
  • Kompensacja: Przy ustalaniu ostatecznego składu pewien dodatek na spalanie należy uwzględnić, co oznacza, że dodana ilość powinna nieznacznie przekraczać wartość docelową, aby zrekompensować normalne straty podczas wytapiania.

Część III: Porównanie powszechnych materiałów kontrolnych węglowych i krzemowych

Aby pomóc Ci dokonać świadomego wyboru, poniższa tabela zawiera listę powszechnie stosowanych materiałów węglowych i silikonowych oraz ich najważniejsze właściwości: