DOI: 10.52150/2522-9117-2023-37-62-75

Губинський Михайло Володимирович, д.т.н., проф., провідний науковий співробітник, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0003-3770-4397. E-mail: gubinm58@gmail.com

Сибір Артем Віталійович, к.т.н., доц., старший науковий співробітник, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-9974-0636

Федоров Сергій Сергійович, д.т.н., проф. Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, Україна, 49107. ORCID: 0000-0002-5409-882X

Меркулов Олексій Євгенович, д.т.н., с.н.с., заступник директора, Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, площа Академіка Стародубова, 1, Дніпро, 49107, Україна. ORCID: 0000-0002-7867-0659. E-mail: office.isi@nas.gov.ua

Мазорчук Володимир Федорович, кандидат технічних наук, доцент, Український державний університет науки і технологій, вул. Лазаряна, 2, Дніпро, 49010, Україна. ORCID: 0000-0002-8512-0727

Форись Олексій Михайлович, аспірант, Український державний університет науки і технологій,  вул. Лазаряна, 2, Дніпро, 49010, Україна. ORCID: 0000-0002-9524-2381

ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСУ НАВУГЛЕЦЮВАННЯ Fe-C РОЗПЛАВУ ТА ВПЛИВ НА НЬОГО ВИДУ КАРБЮРИЗАТОРІВ

Анотація. Одним з напрямків підвищення конкурентоспроможності вітчизняної продукції металургійної й машинобудівної галузей та  переходу до безвуглецевої економіки є розвиток технології отримання синтетичного чавуну. Виробництво синтетичний чавуну забезпечує  ефективність та якість ливарного виробництва . Заміна дорогих ливарних і передільних чавунів сталевим брухтом дозволяє знизити собівартість виробництва лиття та використовувати більш якісні матеріали, вільні від шкідливих домішок і включень. Однак їх застосування у складі шихти призводить до необхідності проведення вуглецювання розплаву. Процес навуглецювання розплаву при цьому набуває важливої ролі в багатоланковому ланцюжку отримання виливків. У цій ситуації особливого значення має вибір карбюрізатора, який забезпечить якість кінцевого продукту та зниження витрат при виробництві. Саме це завдання вирішувалося у роботі  на основі дослідження процесів навуглецювання Fe-C розплаву та визначення вимог до якості карбюрізаторів та визначення технологічних параметрів їх отримання у агрегатах з електротермічним киплячим шаром. Аналіз досліджень навуглецювання Fe-C розплаву різними видами карбюрізаторів визначив основні фактори які впливають на процес навуглецювання та якість виливок з синтетичного чавуну: технологічні параметри (температура розплаву, ступінь перемішування, вихідний склад розплаву), характеристики карбюрізаторів (вміст золи та її склад, вміст сірки, вміст азоту, кристалічна структура). На основі результатів експериментальних досліджень сформульовані вимоги до  оптимальних параметрів карбюрізаторів синтетичного чавуну: вміст золи та  газів повинен бути як можливо меншим, кристалічна структура повинна включати 80-90% графітованих матеріалів з кристалічністю більш 100 А при отриманні чавунів з пластинчастим графітом. Це дозволило визначити основні технологічні параметри отримання карбюрізаторів на основі вітчизняної сировини (антрацит донецького родовища): температура термічної обробки 2400-2700°С, тривалість обробки 10 хв.

Ключові слова: синтетичний чавун, навуглецювання, дифузійний процес,  карбюрізатор, електротермічний киплячий шар.

DOI: https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-62-75

Посилання для цитування: Особливості процесу навуглецювання Fe-C розплаву та вплив на нього виду карбюризаторів / М. В. Губинський, A. В. Сибір, С. С. Федоров, О. Є. Меркулов, С. М. Губинський, В.Ф. Мазорчук, О.М. Форись // Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. 2023. Вип. 37. С. 62-75. https://doi.org/10.52150/2522-9117-2023-37-62-75

Перелік посилань

1. Сіренко К. А. Розвиток виробництва лиття з синтетичного чавуну. Метал та лиття України. 2021. Т 29, № 3. С. 79-86. 
2. Сіренко К. А., Мазур В. Л. Переваги та недоліки методів розрахунку шихти для виплавки синтетичного чавуну в ливарному виробництві. Процеси лиття. 2023. № 3, С. 49-60. https://doi.org/10.15407/plit2023.03.049
3. Сіренко К. А., Мазур В. Л. Оцінка стабільності хімічного складу і механічних властивостей промислових партій синтетичного чавуну. Процеси лиття. 2021. № 4. С. 66-75.
4. Шумихин В. С., Лузан П. П., Жельнис М. В. Синтетический чугун. Киев : Нукава думка, 1971. 157 с.
5. Dissolution of carbon from coke and char in liquid Fe-C alloys / Xing X. et al. Archives of Materials Science and Engineering. 2018. V. 92. Issue 1. P. 22-27
6. Janerka K. Therate and effectiveness of carburization to the sort of carburizer. Archives of foundry engineering. 2007. Vol. 7, Issue 4. P. 95-100
7. Dissolution Behaviors of Various Carbonaceous Materials in Liquid Iron. Min-Min Sun et al. Interaction Between Graphite and Iron JOM. 2019. Vol. 71. No. 12. https://doi.org/10.1007/s11837-019-03664-9
8. Hamideh Kaffash, Merete Tangstad. Factors influencing dissolution of carbonaceous materials in liquid Fe–Mn. J. Iron Steel Res. Int. 2020. Vol. 27. P. 1153–1162. https://doi.org/10.1007/s42243-020-00487-w
9. Cham S. Tsuey. Investigating factors that influence carbon dissolution from Coke into Molten iron. Submitted in Partial Fulfilment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy. 2007. https://doi.org/10.26190/unsworks/17751
10. Мурзин А. В. Разработка технологии науглераживания металла при выплавке трубных сталей с использованием полупродукта ДСП. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Уральский федеральный университет. Екатеринбург. 2016, 186 с.
11. Janerka K., Jezierski J., Szajnar J. Quality and properties of the cast iron produced on the steel scrap.Archives of Materials Science and Engineering. 2012. Vol. 53. Issue 2. P. 92-101
12. Elliott, R. Ph. D. Cast iron technology: Butterworth & Co. (Publishers) Ltd. 1988. 243 p.
13. Janerka K. et al. Carburizer Effect on Cast Iron Solidification. JMEPEG. 2014. Vol. 23. P. 2174–2181. https://doi.org/10.1007/s11665-014-1016-6
14. Carbon Recovery and Inoculation Effect Of Carbonic Materials in Cast Iron Processing. Chisamera M. et al. Institute of Cast Metals Engineers – 67th World Foundry Congress. wfc06: 2006. Casting the Future (129).
15. Cham S. Tsuey et al. Factors Influencing Carbon Dissolution from Cokes into Liquid Iron. ISIJ International, 2004. Vol. 44 , No. 11, P. 1835–1841
16. Sun H., Mori K., Sahajwalla V., Pehlke R. D. Carbon Solution in Liquid Iron and Iron Alloys High Temperature. Materials and Processes. 1998. Vol. 17. No. 4. P.257-270
17. Recarburizer for synthetic cast iron application case URL: https://www.baiyuncarbon.com/NEWS/117. (Дата звернення: 16.11.2023)
18. Shahmarova R. S. Obtaining of high quality synthenic cast iron. GBSSJAR. 2021. 58(2), P.1-6. https://doi.org/10.36962/gbssjar/58.2.007
19. Mourao M. B., Murthy G. G. K., Elliott, J. F. Experimental investigation of dissolution rates of carbonaceous materials in liquid iron-carbon melts. Metall Trans. 1993. B 24. P. 629–637. https://doi.org/10.1007/BF02673178
20. Rita Khanna et al. Dissolution of Carbon from Coal-Chars into Liquid Iron at 1550 °C. Metallurgical and materials transactions. 2005. Vol. 36B. P. 719
21. Bandyopadhyay, D. et al. A study on dissolution kinetics of carbon in liquid iron bath. Chemical Engineering Journal. 2003. 94. P. 79–92
22. Influence of Ash on Interfacial Reactions between Coke and Liquid Iron Fiona McCarthy et al. Metallurgical and materials transactions. 2003. Vol. 34B, P.573
23. Macha Jaroslav et al. Termodynamika a kinetika nauhličování slitin železa pevným nauhličovadlem. Hutn. listy. 1988. 43. No. 1. P. 10-14
24. Lеszеk Krol et al. Model kinetyczny naweglania cieklego zelasa w procesie wytwarzania sur’owki syntetycznej. Arch. hutn. 1983. 28, No 1.
25. Романова А. В. Структура металлических расплавов. Структура реальных металлов. Сб. науч. тр. Киев : Наук. Думка, 1988. С. 204-235.
26. Loper C. R., Shirvani S., Witter, T. H. Graphite Inoculants for Gray Cast Iron. MRS Online Proceedings Library. 1984. No 4. P. 89–98. https://doi.org/10.1557/PROC-34-89
27. Фиалков А. Углеграфитовые материалы. Москва : Энергия, 1979. 320 с.
28. Sybir A. V. et al. Effect of anthracite heat treatment parameters during shock heating on the properties of carbon materials. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 2022. No. 5. P. 94-101
29. Sybir A. V. et al. Рeculiarities of high-temperature refining of cabon materials. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 2023. No. 6.