لا تتطلب صناعة الصلب دائمًا أدوات رفع الكربون، ولكن في معظم الحالات، يعد استخدامها هو الطريقة الأكثر اقتصادية ودقة وفعالية لتحقيق متطلبات محتوى الكربون المستهدفة لدرجة الفولاذ.
1. جوهر صناعة الفولاذ: عملية إزالة الكربنة. المادة الخام الرئيسية لصناعة الصلب هي الحديد المنصهر (من الفرن العالي)، الذي يحتوي على نسبة عالية جدًا من الكربون، عادة ما بين 3.5% و4.5%.
كما أنه يحتوي على شوائب مثل الفوسفور والكبريت والسيليكون والمنغنيز. يعتبر هذا الحديد المنصهر ذو نسبة عالية من الكربون- هشًا وصلبًا للغاية، مع عدم وجود صلابة تقريبًا، مما يجعله غير مناسب للطرق أو الدرفلة أو أي معالجة بلاستيكية أخرى، مما يحد من تطبيقاته.
تتمثل المهمة الأساسية لصناعة الفولاذ في أكسدة وإزالة هذه العناصر الزائدة، وخاصة الكربون، من الحديد المنصهر عن طريق نفخ الأكسجين.
في النهاية، نحن نتحكم في محتوى الكربون إلى أقل من 2.0%، وبالنسبة لمعظم أنواع الفولاذ، يتراوح محتوى الكربون بين 0.03% و1.0%.
ولذلك، من منظور عياني، فإن صناعة الصلب هي عملية "إزالة الكربنة".
2. إذا كانت إزالة الكربنة ضرورية، فلماذا نضيف الكربون في نفس الوقت؟
قد يبدو هذا متناقضًا، لكنه على وجه التحديد جوهر المشكلة.
الأسباب الرئيسية هي كما يلي:
السبب 1: الحاجة إلى الإفراط في إزالة الكربنة والتحكم الدقيق
في صناعة الفولاذ المنفوخ بالأكسجين-، يكون تفاعل أكسدة الكربون قويًا وسريعًا للغاية.
إن خفض نسبة الكربون من 4% إلى 0.1% أمر سهل، ولكن التوقف بدقة عند نسبة 0.1% أمر بالغ الصعوبة.
التأثير "الذي لا يمكن إيقافه": من الناحية العملية، لضمان الإزالة الكافية للعناصر الضارة مثل الفوسفور والكبريت، غالبًا ما تستمر عملية نفخ الأكسجين حتى يصبح محتوى الكربون أقل من القيمة المستهدفة.
وهذا يؤدي إلى الإفراط في إزالة الكربنة.
التحكم في نقطة النهاية: عندما يكون الكربون الموجود في الفولاذ المصهور منخفضًا جدًا بالفعل، فإن تحديد محتوى الكربون النهائي من خلال عمليات مثل الاختبار وقياس درجة الحرارة قد يؤدي إلى نتيجة أقل بالفعل من القيمة المستهدفة.
ولذلك، فإن الإستراتيجية الشائعة في صناعة الصلب الحديثة هي: "إزالة الكربون قليلًا أولًا، ثم إضافته مرة أخرى."
وهذا يعني، أولاً إزالة الكربون من الكربون إلى مستوى أقل قليلاً من القيمة المستهدفة (وهذا يضمن إزالة الشوائب الأخرى بشكل كافٍ أيضًا)، ثم، أثناء عملية التنصت أو التنقية، قم بضبط محتوى الكربون بدقة على النطاق المستهدف عن طريق إضافة رافع الكربون.
السبب الثاني: استخدام خردة الفولاذ كمواد خام
تستخدم صناعة الصلب الحديثة في فرن القوس الكهربائي الفولاذ الخردة كمواد خام.
أثناء عملية الصهر، يمتص الفولاذ الخردة الأكسجين من الهواء، مما يتسبب في أكسدة الكربون الموجود في الفولاذ المنصهر وفقدانه. وفي الوقت نفسه، قد لا يحتوي الفولاذ الخردة نفسه على محتوى كربوني كافٍ. لذلك، بعد صهر الفولاذ الخردة، يجب إضافة رافع الكربون لتكملة وضبط محتوى الكربون.
السبب الثالث: الحاجة إلى إنتاج عالي-من الفولاذ الكربوني
بالنسبة لبعض درجات الفولاذ عالي الكربون-، مثل الفولاذ الزنبركي (محتوى الكربون حوالي 0.6%-0.75%)، وفولاذ الأدوات، والفولاذ المحمل (محتوى الكربون حوالي 1.0%)، حتى إذا تم الاحتفاظ بكل الكربون الموجود في الحديد المنصهر، فقد لا يتم استيفاء محتوى الكربون المطلوب.
وفي هذه الحالة يجب إضافة كمية كبيرة من رافع الكربون.
3. ما هو جهاز رفع الكربون؟
لماذا؟
Carbon raisers are not ordinary coal or coke, but rather specially treated carbonaceous materials with extremely high carbon content (usually >95٪) ومستويات منخفضة للغاية من الشوائب مثل الكبريت والفوسفور والنيتروجين.
تشمل الأنواع الشائعة ما يلي: فحم الكوك البترولي المكلس، وهو النوع الأكثر استخدامًا، ويتميز بأداء جيد وسعر معتدل.
عامل إعادة الكربنة الجرافيتي: أعلى معدل امتصاص، وعدد أقل من الشوائب، ولكنه أيضًا الأكثر تكلفة.
يتم استخدامه عادةً في-الفولاذ الخاص عالي الجودة.
عامل إعادة الكربنة المعتمد على الفحم-: تكلفة منخفضة، ولكن به شوائب أعلى. تستخدم بشكل عام لأجزاء الحديد الزهر ذات المتطلبات الأقل صرامة؛ نادرا ما تستخدم في صناعة الصلب.
مزايا استخدام عوامل إعادة الكربنة:
* دقيقة ويمكن التحكم فيها: يمكن إضافتها بأوزان محسوبة، مثل إضافة الملح، لضبط التركيبة النهائية للفولاذ المصهور.
* درجة نقاء عالية:-لا تؤدي عوامل إعادة الكربنة عالية الجودة إلى ظهور شوائب ضارة جديدة، مما يؤدي إلى تجنب "تلوث" الفولاذ المنصهر.
* معدل امتصاص عالي: في ظل ظروف المعالجة المناسبة (مثل استخدام التحريك بالصدمة من الفولاذ المنصهر أثناء النقر)، يمكن أن يصل معدل امتصاص الكربون إلى 85%-95%.
* فعال من حيث التكلفة-: بالمقارنة مع "الاحتفاظ" بالكربون عن طريق التحكم في نفخ الأكسجين، فإن استخدام عوامل إعادة الكربنة "لضبط" محتوى الكربون يعد أكثر بساطة وموثوقية وتكلفة إجمالية أقل.
ملخص
باختصار: صناعة الصلب هي عملية واسعة النطاق نسبيًا تركز في المقام الأول على إزالة الكربنة، في حين تتطلب الصناعة الحديثة متطلبات دقيقة للغاية لتركيب الفولاذ.
تعمل أجهزة إعادة الكربنة الكربونية، باعتبارها أسلوب "-"ضبط دقيق"، على حل التناقض بين "إزالة الكربنة الشاملة" و"التحكم الدقيق". إنها تتيح إمكانية إنتاج الفولاذ على نطاق واسع-وفعال ومنخفض التكلفة-بتركيبة دقيقة وأداء مستقر.
ويمكن القول أنه بدون إعادة الكربنة الكربونية، وهي مادة بسيطة وفعالة، فإن كفاءة وجودة المنتج في صناعة الصلب الحديثة سوف تتعرض للخطر بشكل كبير.
