يحدد معدل ذوبان عوامل الكربنة في الحديد المنصهر بشكل مباشر كفاءة امتصاصها ومعدل الامتصاص النهائي.
هذه عملية فيزيائية كيميائية معقدة، تتأثر بشكل رئيسي بالعوامل التالية:
فيما يلي العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل إذابة عوامل الكربنة، وهي مدرجة حسب الأهمية:
I. درجة الحرارة (العامل الحراري)
وهذا هو العامل الأكثر أهمية وأهمية.
• المبدأ: إن إذابة عوامل الكربنة إلى الحديد المنصهر هي عملية ماصة للحرارة، وتتطلب امتصاص كمية كبيرة من الحرارة.
ارتفاع درجات الحرارة يعني:
اللزوجة المنخفضة للحديد المنصهر: سيولة أفضل، وهو مفيد للحمل الحراري وانتشار ذرات الكربون.
زيادة نشاط ذرات الكربون: طاقة حركية أكبر، مما يسهل انفصالها عن سطح عامل الكربنة وانتشارها إلى داخل الحديد المنصهر.
تفاعل الواجهة الصلبة السائلة-المتسارعة: توفر درجات الحرارة المرتفعة قوة دافعة ديناميكية حرارية أقوى.
• نمط التأثير: يزداد معدل الذوبان بشكل حاد مع زيادة درجة الحرارة.
فوق 1500 درجة، يكون معدل الذوبان أسرع بعدة مرات من 1400 درجة.
ثانيا. خصائص المواد من وكلاء الكربنة
1. درجة الرسم البياني:
• عوامل كربنة عالية الجرافيت: يتم ترتيب ذرات الكربون الخاصة بها في هيكل من صفائح الجرافيت مرتبة، على غرار هيكل الجرافيت في الحديد الزهر، وبالتالي تظهر قابلية أفضل للبلل مع الحديد المنصهر.
يمكن أن "يبلل" الحديد المنصهر بسهولة أكبر في الفجوات الموجودة بين صفائح الجرافيت، مما يؤدي إلى تقشرها طبقة تلو الأخرى، مما يؤدي إلى معدل ذوبان أسرع.
• غير -جرافيتي (على سبيل المثال، فحم الكوك المكلس): يكون هيكل الكربون مضطربًا وكثيفًا، مما يؤدي إلى ضعف قابلية البلل مع الحديد المنصهر. يواجه الحديد المنصهر صعوبة في الاختراق، ويعتمد الذوبان بشكل أساسي على الذوبان البطيء للسطح، مما يؤدي إلى معدل بطيء.
2. حجم الجسيمات وشكلها:
• حجم الجسيمات: يوجد نطاق مثالي لحجم الجسيمات (عادةً 1-5 ملم).
جزيئات دقيقة جدًا: تطفو بسهولة على سطح السائل، مما يؤدي إلى حدوث احتراق شديد-ووقت اتصال فعلي قصير بالحديد المنصهر.
جزيئات كبيرة جدًا: مساحة سطح إجمالية صغيرة، وتغوص بسهولة إلى القاع، مما يؤدي إلى وجود منطقة تلامس صغيرة مع الحديد المنصهر ووقت ذوبان طويل.
• المسامية: توفر عوامل الكربنة المسامية السائبة (مثل بعض عوامل الكربنة-منخفضة الجودة) المزيد من قنوات اختراق الحديد المنصهر، مما يؤدي إلى ذوبان أولي سريع، ولكنها قد تؤدي إلى انخفاض معدل الامتصاص الصافي بسبب الاحتراق السريع-.
III.حالة الحديد المنصهر
1. التركيب الكيميائي للحديد المنصهر:
• تشبع الكربون: كلما اقترب محتوى الكربون في الحديد المنصهر من تركيز التشبع (الذي يحدده مكافئ الكربون CE)، كلما كانت "القوة الدافعة" لإذابة الكربون أضعف، وكان معدل الذوبان أبطأ.
• عناصر "الحجب":
السيليكون (Si): عنصر الحجب الرئيسي.
يقلل السيليكون من قابلية ذوبان الكربون في الحديد المنصهر ويمتص على سطح عامل الكربنة، مما يشكل طبقة مانعة تقلل بشكل كبير من معدل الذوبان. وهذا هو السبب المهم وراء ضرورة إضافة الكربون قبل السيليكون.
المنغنيز (Mn): له تأثير أقل ويمكنه أيضًا القضاء بشكل غير مباشر على الآثار الضارة للكبريت عن طريق التفاعل مع الكبريت لتكوين MnS.
• عناصر "الترويج":
الكبريت (S): على السطح، يتفاعل الكبريت مع الكربون أو يغير التوتر السطحي، مما يعيق الذوبان.
والأهم من ذلك، أن الكبريت يقلل بشكل كبير من قابلية بلل الحديد المنصهر باستخدام أجهزة إعادة الكربنة (خاصة الكربون الجرافيتي)، حيث يعمل كمثبط قوي لمعدل الذوبان.
2. تدفق وتحريك الحديد المنصهر:
• المبدأ: الحمل الحراري القوي والتحريك يمكن أن:
قم بإزالة الطبقة الغنية بالكربون-الغنية بسرعة على سطح جهاز إعادة الكربنة، مما يؤدي إلى الكشف عن أسطح جديدة لاستمرار الذوبان.
منع إعادة الكربنة من التكتل والتسوية، مما يضمن توزيعها الموحد في الحديد المنصهر.
• الطريقة: يعد التحريك الكهرومغناطيسي في فرن الحث ذي التردد المتوسط{0}}طريقة فعالة للغاية.
التحريك اليدوي له أيضًا بعض التأثير.
رابعا. عملية التشغيل
1. طرق الإضافة:
• الإضافة السفلية: تتم تغطية وحدة إعادة الكربنة بشحنة الفرن وتبدأ في الذوبان ببطء منذ اللحظة الأولى لذوبان الحديد المنصهر. توفر هذه الطريقة أطول وقت فعال للذوبان وتحدث في منطقة ذات درجة حرارة منخفضة نسبيًا-، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من الاحتراق-وأعلى كفاءة إجمالية في الذوبان والامتصاص.
• إضافة منتصف-الدورة: تتم إضافتها عند وجود تجمع منصهر بالفعل، لتجنب إيقاف الحرق الأولي-. يعتمد الذوبان على التحريك الكهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى معدل أسرع.
• الرش السطحي: أسوأ طريقة.
عندما تتعرض الكربنات لدرجات حرارة عالية وهواء، تحترق كمية كبيرة منها، وتطفو على السطح، وتفشل في الاتصال بشكل فعال بالحديد المنصهر، مما يؤدي إلى معدل ذوبان فعال منخفض للغاية.
من خلال فهم هذه العوامل والتحكم فيها بشكل منهجي، يمكن تحسين معدل ذوبان المكربنات بشكل كبير، وبالتالي تحقيق تأثيرات كربنة فعالة ومستقرة ومنخفضة التكلفة-.
