Hitrost raztapljanja sredstev za naogljičenje v staljenem železu neposredno določa njihovo absorpcijsko učinkovitost in končno stopnjo absorpcije.
To je kompleksen fizikalno-kemijski proces, na katerega vplivajo predvsem naslednji dejavniki:
Sledijo glavni dejavniki, ki vplivajo na hitrost raztapljanja sredstev za naogljičenje, navedeni po pomembnosti:
I. Temperatura (toplotni faktor)
To je najpomembnejši in najpomembnejši dejavnik.
• Princip: raztapljanje naogljičenih sredstev v staljenem železu je endotermni proces, ki zahteva absorpcijo velike količine toplote.
Višje temperature pomenijo:
Nižja viskoznost staljenega železa: boljša fluidnost, kar je koristno za konvekcijo in difuzijo ogljikovih atomov.
Povečana aktivnost atomov ogljika: večja kinetična energija, zaradi česar se lažje loči od površine sredstva za naogljičenje in difundira v notranjost staljenega železa.
Pospešena reakcija vmesnika trdno-tekoče: višje temperature zagotavljajo močnejšo termodinamično gonilno silo.
• Vzorec vpliva: Hitrost raztapljanja močno naraste z naraščajočo temperaturo.
Nad 1500 stopinjami je stopnja raztapljanja nekajkrat večja kot pri 1400 stopinjah.
II. Materialne lastnosti naogljičevalnih sredstev
1. Stopnja grafitizacije:
• Visoko grafitizirana sredstva za naogljičenje: njihovi atomi ogljika so razporejeni v urejeni strukturi grafitne plošče, podobno strukturi grafita v litem železu, kar kaže boljšo omočljivost s staljenim železom.
Staljeno železo se lahko lažje "zmoči" v reže med grafitnimi ploščami, zaradi česar se le-te luščijo plast za plastjo, kar povzroči hitrejšo stopnjo raztapljanja.
• Ne-grafitiziran (npr. žgan naftni koks): struktura ogljika je neurejena in gosta, kar ima za posledico slabo omočljivost s staljenim železom. Staljeno železo težko prodre, raztapljanje pa je v glavnem odvisno od počasnega površinskega raztapljanja, kar vodi do počasne hitrosti.
2. Velikost in oblika delcev:
• Velikost delcev: Obstaja optimalno območje velikosti delcev (običajno 1-5 mm).
Preveč drobni delci: zlahka lebdijo na površini tekočine, kar povzroči močan opek-in kratek dejanski čas stika s staljenim železom.
Preveliki delci: majhna skupna površina in zlahka potonejo na dno, kar povzroči majhno kontaktno površino s staljenim železom in dolg čas raztapljanja.
• Poroznost: Porozna, ohlapna sredstva za naogljičenje (kot so nekatera -kakovostna sredstva za naogljičenje) zagotavljajo več kanalov za prodor staljenega železa, kar ima za posledico hitro začetno raztapljanje, vendar lahko vodi do nizke neto stopnje absorpcije zaradi hitrega izgorevanja-.
III.Stanje staljenega železa
1. Kemična sestava staljenega železa:
• Nasičenost z ogljikom: bližje kot je vsebnost ogljika v staljenem železu njegovi koncentraciji nasičenja (določeno z ogljikovim ekvivalentom CE), šibkejša je "gonilna sila" za raztapljanje ogljika in počasnejša je stopnja raztapljanja.
• Elementi "Blokiranje":
Silicij (Si): Glavni blokirni element.
Silicij zmanjša topnost ogljika v staljenem železu in se adsorbira na površino sredstva za naogljičenje ter tvori blokirno plast, ki znatno zmanjša stopnjo raztapljanja. To je pomemben razlog, zakaj je treba ogljik dodati pred silicij.
Mangan (Mn): ima manjši vpliv in lahko celo posredno odpravi škodljive učinke žvepla tako, da reagira z žveplom in tvori MnS.
• "Promocijski" elementi:
Žveplo (S): na površini žveplo reagira z ogljikom ali spremeni površinsko napetost, kar ovira raztapljanje.
Še pomembneje je, da žveplo znatno zmanjša omočljivost staljenega železa z recarburizatorji (zlasti z grafitnim ogljikom) in deluje kot močan zaviralec hitrosti raztapljanja.
2. Pretok in mešanje staljenega železa:
• Načelo: močna konvekcija in mešanje lahko:
Hitro odstranite nasičeno plast-, bogato z ogljikom, s površine naogljičila in izpostavite nove površine za nadaljnje raztapljanje.
Preprečite aglomeracijo in usedanje recarburizerja in zagotovite njegovo enakomerno porazdelitev v staljenem železu.
• Metoda: Elektromagnetno mešanje v srednje{0}}frekvenčni indukcijski peči je izjemno učinkovita metoda.
Nekaj učinka ima tudi ročno mešanje.
IV. Postopek delovanja
1. Metode dodajanja:
• Spodnji dodatek: Recarburizer je pokrit s polnilom peči in se začne počasi raztapljati od prvega trenutka, ko se staljeno železo stopi. Ta metoda ponuja najdaljši učinkoviti čas raztapljanja in poteka v razmeroma nizko-temperaturnem območju, kar ima za posledico minimalno izgorevanje-in najvišjo splošno učinkovitost raztapljanja in absorpcije.
• Dodatek sredi-cikla: doda se, ko že obstaja bazen staljene raztopine, s čimer se prepreči začetno izgorevanje. Raztapljanje temelji na elektromagnetnem mešanju, zaradi česar je hitrost hitrejša.
• Škropljenje površin: najslabša metoda.
Ko so naplinjači izpostavljeni visokim temperaturam in zraku, znatna količina zgori in lebdijo na površini, pri čemer ne uspejo učinkovito stopiti v stik s staljenim železom, kar ima za posledico izjemno nizko učinkovito stopnjo raztapljanja.
S sistematičnim razumevanjem in nadzorom teh dejavnikov je mogoče znatno izboljšati stopnjo raztapljanja karburizatorjev in s tem doseči učinkovite, stabilne in nizko-cenovne učinke karburizatorjev.
