Скоростта на разтваряне на карбуризиращите агенти в разтопеното желязо директно определя тяхната ефективност на абсорбция и крайна скорост на абсорбция.
Това е сложен физикохимичен процес, който се влияе основно от следните фактори:
По-долу са основните фактори, влияещи върху скоростта на разтваряне на карбуризиращите агенти, изброени по важност:
I. Температура (термичен фактор)
Това е най-важният и значим фактор.
• Принцип: Разтварянето на карбуризиращи агенти в разтопено желязо е ендотермичен процес, изискващ абсорбиране на голямо количество топлина.
По-високите температури означават:
По-нисък вискозитет на разтопеното желязо: по-добра течливост, което е от полза за конвекцията и дифузията на въглеродните атоми.
Повишена активност на въглеродните атоми: по-голяма кинетична енергия, което улеснява отделянето от повърхността на карбуризиращия агент и дифузията във вътрешността на разтопеното желязо.
Ускорена реакция на повърхността между твърдо{0}}течно вещество: по-високите температури осигуряват по-силна термодинамична движеща сила.
• Модел на влияние: Скоростта на разтваряне нараства рязко с повишаване на температурата.
Над 1500 градуса скоростта на разтваряне е няколко пъти по-бърза, отколкото при 1400 градуса.
II. Материални свойства на карбуризиращите агенти
1. Степен на графитизация:
• Силно графитизирани карбуризиращи агенти: Техните въглеродни атоми са подредени в подредена графитна листова структура, подобна на графитната структура в чугуна, като по този начин показват по-добра омокряемост с разтопено желязо.
Разтопеното желязо може по-лесно да се "намокри" в пролуките между графитните листове, което ги кара да се отлепват слой по слой, което води до по-бърза скорост на разтваряне.
• Не-графитизиран (напр. калциниран петролен кокс): Въглеродната структура е неподредена и плътна, което води до слаба омокряемост с разтопено желязо. Разтопеното желязо трудно прониква и разтварянето зависи главно от бавно повърхностно разтваряне, което води до бавна скорост.
2. Размер и форма на частиците:
• Размер на частиците: Съществува оптимален диапазон на размера на частиците (обикновено 1-5 mm).
Твърде фини частици: Лесно изплуват върху повърхността на течността, което води до силно изгаряне-и кратко действително време за контакт с разтопено желязо.
Твърде големи частици: Малка обща повърхност и лесно потъват на дъното, което води до малка контактна площ с разтопено желязо и дълго време за разтваряне.
• Порьозност: Порьозните, хлабави карбуризиращи агенти (като някои ниско{0}}качествени карбуризиращи агенти) осигуряват повече канали за проникване на разтопеното желязо, което води до бързо първоначално разтваряне, но може да доведе до ниска нетна степен на абсорбция поради бързо изгаряне-.
III. Състояние на стопено желязо
1. Химичен състав на стопеното желязо:
• Насищане на въглерод: Колкото по-близо е съдържанието на въглерод в разтопеното желязо до неговата концентрация на насищане (определена от въглеродния еквивалент CE), толкова по-слаба е "движещата сила" за разтваряне на въглерода и толкова по-бавна е скоростта на разтваряне.
• "Блокиращи" елементи:
Силиций (Si): Основният блокиращ елемент.
Силицият намалява разтворимостта на въглерода в разтопеното желязо и се адсорбира върху повърхността на карбуризиращия агент, образувайки блокиращ слой, който значително намалява скоростта на разтваряне. Това е важната причина, поради която въглеродът трябва да се добави преди силиций.
Манган (Mn): Има по-малко въздействие и може дори индиректно да елиминира неблагоприятните ефекти на сярата, като реагира със сярата, за да образува MnS.
• "Насърчаващи" елементи:
Сяра (S): На повърхността сярата реагира с въглерода или променя повърхностното напрежение, възпрепятствайки разтварянето.
По-важното е, че сярата значително намалява омокряемостта на разтопеното желязо с рекарбюризатори (особено графитен въглерод), действайки като силен инхибитор на скоростта на разтваряне.
2. Поток и разбъркване на стопено желязо:
• Принцип: Силната конвекция и разбъркване могат:
Бързо отстранете наситения слой, богат на въглерод- върху повърхността на рекарбюризатора, излагайки нови повърхности за продължително разтваряне.
Предотвратете агломерирането и утаяването на рекарбюризатора, като гарантирате равномерното му разпределение в разтопеното желязо.
• Метод: Електромагнитното разбъркване в средно{0}}честотна индукционна пещ е изключително ефективен метод.
Ръчното разбъркване също има известен ефект.
IV. Операционен процес
1. Методи за добавяне:
• Долно добавяне: Рекарбюризаторът е покрит от зареждането на пещта и започва да се разтваря бавно от първия момент, когато стопеното желязо се стопи. Този метод предлага най-дългото ефективно време на разтваряне и се извършва в област с относително ниска-температура, което води до минимално изгаряне-и най-висока обща ефективност на разтваряне и абсорбция.
• Добавяне в-среден цикъл: Добавя се, когато вече съществува резервоар от разтопено вещество, като се избягва първоначалното изгаряне-. Разтварянето разчита на електромагнитно разбъркване, което води до по-бърза скорост.
• Повърхностно пръскане: Най-лошият метод.
Когато карбуризаторите са изложени на високи температури и въздух, значително количество изгаря и те изплуват на повърхността, като не успяват ефективно да контактуват с разтопеното желязо, което води до изключително ниска ефективна скорост на разтваряне.
Чрез системно разбиране и контролиране на тези фактори, скоростта на разтваряне на карбуризаторите може да бъде значително подобрена, като по този начин се постигат ефективни, стабилни и евтини-ефекти на карбуризиране.
