Mecanismul de acțiune al unui recarburizator este în esență un proces de transfer de masă care transferă carbonul de la recarburizator la fierul topit prin dizolvare fizică și reacții chimice.
Acest proces este împărțit în trei etape principale: plutire și distribuție → dizolvare și difuzie → absorbție și omogenizare.
Etapa 1: Flotare și distribuție - Etapa contactului fizic
Când recarburizatorul este adăugat fierului topit (de obicei în oală în timpul etapelor ulterioare de topire sau la atingere), acesta plutește pe suprafața fierului topit datorită densității sale mai mici.
Punct cheie: Recarburizatorul necesită o zonă de contact suficient de mare și un timp de contact suficient de lung cu fierul topit.
Factori de influență:
Metodă de adăugare: stropit direct pe suprafața fierului topit sau folosind tehnologia de alimentare cu sârmă pentru a pătrunde adânc în fierul topit.
Acesta din urmă este mai eficient și reduce epuizarea.
Agitarea fierului mixt: Agitația mecanică, electromagnetică sau manuală poate sparge particulele de recarburizator, poate crește aria de contact a acestora cu fierul topit, le poate împiedica aglomerarea sau formarea de punți și le permite să fie dispersate rapid în bazinul de fier topit.
Temperatura fierului lichid: Cu cât temperatura este mai mare, cu atât fluiditatea fierului lichid este mai bună, ceea ce facilitează umezirea și difuzia recarburizatorului.
Etapa 2: Dizolvarea și difuzarea - Etapa de transfer de masă de bază
După ce particulele de recarburizator sunt umezite și înconjurate de fierul lichid, încep procesele fizice și chimice din miez.
1. Dizolvarea interfacială:
Componenta principală a recarburizatorului este carbonul fix (cum ar fi carbonul grafitic).
La temperaturi ridicate, la interfața dintre fierul lichid (compus în principal din Fe) și particulele de carbon solide, atomii de carbon se desprind din rețeaua de grafit și se dizolvă direct în fierul lichid.
Acest proces poate fi simplificat ca: C(s) → [C] (carbonul solid se dizolvă în carbon dizolvat în fier).
În acest moment, în jurul particulelor de carbon se formează o zonă localizată cu concentrație ridicată de carbon.
2. Convecție și difuzie:
Deoarece concentrația de carbon în fierul lichid din jurul particulelor de carbon este ridicată, în timp ce concentrația de carbon în fierul lichid departe de particulele de carbon este scăzută, se formează un gradient de concentrație.
Atomii de carbon difuzează din zona de-concentrație ridicată în zona de-concentrație scăzută (difuzie moleculară).
În același timp, fluxul de fier topit (convecție) îndepărtează continuu fierul cu concentrații mari de carbon și îl reumple cu fier cu concentrații scăzute de carbon, accelerând foarte mult transferul de carbon. Acest proces se numește transfer de masă convectiv.
Etapa 3: Absorbție și omogenizare - Etapa țintă finală
Atomii de carbon dizolvați și difuzați sunt absorbiți de întregul fier topit, obținând în final o compoziție uniformă.
Absorbția carbonului: atomii de carbon dizolvați se combină cu atomii de fier pentru a forma aliaje de Fe-C, crescând astfel conținutul total de carbon al fierului topit.
Omogenizare: Prin agitare continuă și convecție naturală la temperaturi ridicate, diferențele de concentrație de carbon între diferitele părți ale fierului topit scad treptat, obținându-se în cele din urmă o compoziție uniformă.
Omogenizarea necorespunzătoare poate duce la proprietăți inegale în diferite părți ale turnării și chiar la defecte de segregare a carbonului.
În rezumat: Mecanismul de acțiune al unui recarburizator este un proces fizic și chimic complex, centrat pe transferul atomilor de carbon din faza solidă în faza lichidă a fierului topit prin dizolvare și difuzie.
Pentru a obține rate mari de absorbție, este necesar să se creeze și să se mențină condiții bune de contact fizic (agitare și dispersie) și condiții termodinamice adecvate (temperatura), minimizând în același timp arderea chimică (oxidarea). Recarburatorul de-înaltă calitate și funcționarea corectă a procesului sunt garanția realizării unei recarburări eficiente și stabile.
