Opløsningshastigheden af karbureringsmidler i smeltet jern bestemmer direkte deres absorptionseffektivitet og endelige absorptionshastighed.
Dette er en kompleks fysisk-kemisk proces, hovedsageligt påvirket af følgende faktorer:
Følgende er de vigtigste faktorer, der påvirker opløsningshastigheden af karbureringsmidler, anført i rækkefølge efter betydning:
I. Temperatur (termisk faktor)
Dette er den mest afgørende og væsentlige faktor.
• Princip: Opløsningen af karbureringsmidler til smeltet jern er en endoterm proces, der kræver absorption af en stor mængde varme.
Højere temperaturer betyder:
Lavere viskositet af smeltet jern: bedre fluiditet, hvilket er gavnligt for konvektion og diffusion af kulstofatomer.
Øget aktivitet af kulstofatomer: større kinetisk energi, hvilket gør det lettere at løsne sig fra overfladen af karbureringsmidlet og diffundere ind i det indre af det smeltede jern.
Accelereret fast-væskegrænsefladereaktion: Højere temperaturer giver en stærkere termodynamisk drivkraft.
• Indflydelsesmønster: Opløsningshastigheden stiger kraftigt med stigende temperatur.
Over 1500 grader er opløsningshastigheden flere gange hurtigere end ved 1400 grader.
II. Materialeegenskaber for karbureringsmidler
1. Grad af grafitisering:
• Meget grafitiserede karbureringsmidler: Deres kulstofatomer er arrangeret i en ordnet grafitpladestruktur, svarende til grafitstrukturen i støbejern, og udviser således bedre fugtbarhed med smeltet jern.
Smeltet jern kan lettere "væde" ind i hullerne mellem grafitpladerne, hvilket får dem til at skalle af lag for lag, hvilket resulterer i en hurtigere opløsningshastighed.
• Ikke-grafitiseret (f.eks. brændt petroleumskoks): Kulstofstrukturen er uordnet og tæt, hvilket resulterer i dårlig befugtning med smeltet jern. Smeltet jern har svært ved at trænge ind, og opløsning afhænger hovedsageligt af langsom overfladeopløsning, hvilket fører til en langsom hastighed.
2. Partikelstørrelse og -form:
• Partikelstørrelse: Der findes et optimalt partikelstørrelsesområde (typisk 1-5 mm).
For fine partikler: Flyder nemt på væskeoverfladen, hvilket resulterer i alvorlig afbrænding-og en kort faktisk kontakttid med smeltet jern.
For store partikler: Lille samlet overflade, og synker let til bunden, hvilket resulterer i et lille kontaktareal med smeltet jern og lang opløsningstid.
• Porøsitet: Porøse, løse karbureringsmidler (såsom nogle lav-kvalitets karbureringsmidler) giver flere penetrationskanaler for smeltet jern, hvilket resulterer i hurtig indledende opløsning, men kan føre til en lav nettoabsorptionshastighed på grund af hurtig afbrænding.-
III. Smeltet Jern Tilstand
1. Kemisk sammensætning af smeltet jern:
• Kulstofmætning: Jo tættere kulstofindholdet i det smeltede jern er på dets mætningskoncentration (bestemt af kulstofækvivalent CE), jo svagere er "drivkraften" for at opløse kulstof, og jo langsommere er opløsningshastigheden.
• "Blokerende" elementer:
Silicium (Si): Det vigtigste blokerende element.
Silicium reducerer kulstofopløseligheden i smeltet jern og adsorberer på overfladen af karbureringsmidlet og danner et blokerende lag, der reducerer opløsningshastigheden betydeligt. Dette er den vigtige grund til, at kulstof skal tilsættes før silicium.
Mangan (Mn): Har en mindre påvirkning og kan endda indirekte eliminere de negative virkninger af svovl ved at reagere med svovl for at danne MnS.
• "Promoveringselementer":
Svovl (S): På overfladen reagerer svovl med kulstof eller ændrer overfladespænding, hvilket hindrer opløsning.
Endnu vigtigere er, at svovl reducerer befugteligheden af smeltet jern betydeligt med recarburizers (især grafitisk carbon), og fungerer som en stærk hæmmer af opløsningshastigheden.
2. Strømning og omrøring af smeltet jern:
• Princip: Stærk konvektion og omrøringsdåse:
Fjern hurtigt det mættede kul-rige lag på overfladen af recarburizeren, så nye overflader blotlægges for fortsat opløsning.
Forhindrer forkulningsapparatet i at agglomerere og bundfælde sig, hvilket sikrer ensartet fordeling i det smeltede jern.
• Metode: Elektromagnetisk omrøring i en medium-induktionsovn er en ekstremt effektiv metode.
Manuel omrøring har også en vis effekt.
IV. Driftsproces
1. Tilføjelsesmetoder:
• Bundtilsætning: Recarburizeren er dækket af ovnladningen og begynder langsomt at opløses fra det allerførste øjeblik, det smeltede jern smelter. Denne metode giver den længste effektive opløsningstid og forekommer i et område med relativt lav-temperatur, hvilket resulterer i minimal afbrænding- og den højeste samlede opløsnings- og absorptionseffektivitet.
• Mid-cyklustilsætning: Tilføjet, når der allerede eksisterer en smeltet pool, hvilket undgår indledende afbrænding-. Opløsning er afhængig af elektromagnetisk omrøring, hvilket resulterer i en hurtigere hastighed.
• Overfladesprinkling: Den værste metode.
Når karburatorer udsættes for høje temperaturer og luft, brænder en betydelig mængde væk, og de flyder på overfladen og kommer ikke i kontakt med det smeltede jern, hvilket resulterer i en ekstremt lav effektiv opløsningshastighed.
Ved systematisk at forstå og kontrollere disse faktorer kan opløsningshastigheden af karburatorer forbedres væsentligt og derved opnå effektive, stabile og billige karbureringseffekter.
