Et must for nybegynnere i støping: Hvordan kontrollere karbon- og silisiuminnholdet på en sikker og effektiv måte under støpejernssmelting?

Del I: Sikkerhet er viktigst

Enhver operasjon som involverer smeltet metall har ekstremt høy risiko. Som en Støpejernsstøping nybegynner, må du plassere sikkerhet fremfor alt annet og strengt overholde følgende driftsstandarder:

1. Streng implementering av personlig verneutstyr (PPE)

• Helkroppsbeskyttelse: Du må bruke standard-kompatibel flammehemmende dresser/arbeidsklær i skinn for å skjerme mot strålevarme og forhindre sprut av smeltet metall.
• Øye- og ansiktsbeskyttelse: Slitasje spesialisert helansiktsskjermer (med tonede filtre for å beskytte mot intenst lys og infrarød stråling) og sikkerhet glasses .
• Håndbeskyttelse: Bruk varmebestandige hansker med lang skaft .
• Fotbeskyttelse: Slitasje sikkerhet boots (de må være utformet for å være slagfaste, punkteringsbestandige og forhindre at smeltet metall strømmer inn).
• Verktøybruk: Sørg for at alt verktøy som kommer i kontakt med smeltet metall er det langskaftet og har blitt bekreftet tørr og forvarmet før bruk.

2. Forebygging av eksplosive farer

• Streng avfukting: Dette er det mest kritiske sikkerhetstiltaket. Hvis smeltet metall kommer i kontakt med fuktighet (selv spormengder i verktøy, ladningsmaterialer eller legeringer), vil det umiddelbart generere et stort volum av damp, og forårsake en voldsom dampeksplosjon som spruter smeltet metall overalt.
• Ladeforvarming: Før du legger til noe returskrot, stålskrap eller til og med legeringstilsetningsstoffer (som ferrosilisium, forgassere) til ovnen, må være gjennomstekt og forvarmet to drive off adsorbed surface and internal moisture. Preheating temperatures should ensure complete drying, e.g., reaching $\ge 200^{\circ}C$.

3. Giftige gasser og miljøkontroll

• Ventilasjon: Spesielt vil det dannes store mengder røyk under smelting carbon monoxide ($\text{CO}$) fra oksidasjon og forbrenning på smelteoverflaten. Smelteverkstedet må ha høyeffektiv lokal avtrekksventilasjon og god generell butikkventilasjon.
• Luftovervåking: It is recommended to be equipped with $\text{CO}$ monitors to ensure the air quality in the working area meets safety standards.

Del II: Effektiv kontroll av karbon- og silisiuminnhold

Egenskapene til støpejern bestemmes først og fremst av karboninnholdet ($%C$) og silisiuminnholdet ($%Si$), som sammen styrer størkningsatferden og den endelige mikrostrukturen. Dette vurderes ofte ved hjelp av Karbonekvivalent (CE) :

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

1. Kontroll og justering av karboninnhold ($%C$) (karbonisering)

Karbon er kjerneelementet for å danne grafitt og bestemme flyten til støpejern. Når karbon går tapt under smelting eller utilstrekkelig i ladningen, a forgasser må legges til.

• Forgasservalg: Renheten og partikkelstørrelsen til forgasseren påvirker direkte oppløsningshastigheten og karburiseringseffektivitet (prosentandelen tilsatt karbon absorbert av det smeltede jernet).
  • Høyrenhetsgrafitt/kunstig grafitt: Høy renhet, fast karbon $>98%$, høyeste absorpsjonshastighet (vanligvis $>90%$), egnet for smelter med høye krav eller induksjonsovnssmelting.
  • Petroleum Coke: Kostnadseffektiv, fast karbon mellom $90%-95%$, en vanlig forgasser.
• Optimal tilleggsmetode: Karburiseringseffektivitet er nært knyttet til posisjonen og tidspunktet for tilsetning.
  • Mid-Charge tillegg (elektrisk ovn): Dette er mest anbefalt metode. Bland forgasseren med en del av ladningen (som returskrap eller stålskrap) og plasser den i den midtre og nedre delen av smeltebassenget. Under smelting har forgasseren lengre kontakttid i den overopphetede sonen for å løse seg opp, og oppnå høyere absorpsjonshastigheter.
  • Overflatetilsetning før banking: Egnet for mindre justeringer. Den slagg må skummes grundig først, deretter er forgasseren jevnt drysset på overflaten ved hjelp av elektromagnetisk omrøring (i induksjonsovner) eller manuell omrøring for å fremme oppløsning. Denne metoden er relativt mindre effektiv, men enklere å betjene.

2. Kontroll og justering av silisiuminnhold ($%Si$) (silikonisering)

Silisium er en sterk grafitiseringspromoter , avgjørende for å forhindre dannelse av hvitt støpejern.

• Hovedkilde for silisium: Ferrosilicon ($\text{FeSi}$) . $\text{FeSi}75$ (containing approx. $75%$ silicon) is commonly used.
  • Tilleggsmetode: Vanligvis lagt til flytende metall rett før banking . For å sikre homogenitet, bør det tilsettes etter å ha skummet slagget, og holdes i tilstrekkelig bløtleggingstid (ca. 5-10 minutter) for å tillate fullstendig smelting og blanding.
  • Viktig med forvarming: Ferrosilisiumklumper må forvarmes for å forhindre dampeksplosjoner fra fuktighet.
• Kombinert karbon-silisiumtilsetning: Silicon Carbide ($\text{SiC}$) er et utmerket sammensatt tilsetningsstoff.
  • Prinsipp: $\text{SiC}$ 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.
  • Fordeler: Den øker samtidig $%C$ og $%Si$ og har utmerket pre-inokulering effekter, som bidrar til dannelsen av fin grafitt. Det legges vanligvis til lade as a supplement or alternative to $\text{FeSi}$ and carburizers.

3. Unngå og kompensere for oksidasjonstap

Under smelteprosessen, spesielt i de senere stadiene av smelting og overoppheting, kan karbon og silisium gå tapt på grunn av reaksjon med atmosfæren eller oksider i slagget:

• Avbrenningsreaksjoner:
  • $2[\text{C}] \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \uparrow$
  • $[\text{Si}] \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2$ (enters the slag)
• Mottiltak:
  • Slaggkontroll: Betimelig 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.
  • Kompensasjon: Ved bestemmelse av den endelige sammensetningen, en viss avbrenningsgodtgjørelse bør tas med, noe som betyr at mengden som tilsettes bør overstige målverdien litt for å kompensere for normale tap under smelting.

Del III: Sammenligning av vanlige karbon- og silisiumkontrollmaterialer

For å hjelpe deg med å ta et informert valg, viser tabellen nedenfor vanlige karbon- og silisiumjusteringsmaterialer og deres viktigste egenskaper: