Mechanismus působení rekarburizátoru je v podstatě proces přenosu hmoty, který přenáší uhlík z rekarbonizátoru do roztaveného železa prostřednictvím fyzikálního rozpouštění a chemických reakcí.
Tento proces je rozdělen do tří hlavních fází: plavení a distribuce → rozpouštění a difúze → absorpce a homogenizace.
Fáze 1: Plovoucí a distribuční - Fáze fyzického kontaktu
Když je rekarburátor přidán do roztaveného železa (obvykle v pánvi během pozdějších fází tavení nebo při odpichu), plave na povrchu roztaveného železa kvůli jeho nižší hustotě.
Klíčový bod: Rekarbonizátor vyžaduje dostatečně velkou kontaktní plochu a dostatečně dlouhou dobu kontaktu s roztaveným železem.
Ovlivňující faktory:
Způsob přidávání: Přímo nastříkaný na povrch roztaveného železa nebo pomocí technologie podávání drátu, aby pronikl hluboko do roztaveného železa.
Ten druhý je efektivnější a snižuje vyhoření.
Míchání se smíšeným železem: Mechanické, elektromagnetické nebo ruční míchání může rozbít částice rekarbonizátoru, zvětšit jejich kontaktní plochu s roztaveným železem, zabránit jim v aglomeraci nebo tvorbě můstků a umožnit jejich rychlé rozptýlení v celé lázni roztaveného železa.
Teplota tekutého železa: Čím vyšší je teplota, tím lepší je tekutost tekutého železa, což usnadňuje smáčení a difúzi rekarbonizátoru.
Fáze 2: Rozpouštění a difúze - Fáze přenosu hmoty jádra
Poté, co jsou částice rekarbonizátoru navlhčeny a obklopeny tekutým železem, začnou fyzikální a chemické procesy v jádře.
1. Rozpouštění na rozhraní:
Hlavní součástí rekarburizátoru je pevný uhlík (jako je grafitický uhlík).
Při vysokých teplotách se na rozhraní mezi tekutým železem (složeným převážně z Fe) a pevnými částicemi uhlíku oddělují atomy uhlíku z mřížky grafitu a rozpouštějí se přímo v tekutém železe.
Tento proces lze zjednodušit jako: C(s) → [C] (pevný uhlík se rozpouští na uhlík rozpuštěný v železe).
V tomto bodě se kolem uhlíkových částic vytvoří lokalizovaná zóna s vysokou koncentrací uhlíku.
2. Konvekce a difúze:
Protože koncentrace uhlíku v tekutém železe kolem uhlíkových částic je vysoká, zatímco koncentrace uhlíku v tekutém železe mimo uhlíkové částice je nízká, vytváří se koncentrační gradient.
Atomy uhlíku difundují ze zóny vysoké-koncentrace do zóny nízké-koncentrace (molekulární difúze).
Současně proud roztaveného železa (konvekce) nepřetržitě odebírá železo s vysokými koncentracemi uhlíku a doplňuje jej železem s nízkými koncentracemi uhlíku, čímž se přenos uhlíku značně urychluje. Tento proces se nazývá konvekční přenos hmoty.
Fáze 3: Absorpce a homogenizace - Konečná cílová fáze
Rozpuštěné a difundované atomy uhlíku jsou absorbovány celým roztaveným železem, čímž se nakonec dosáhne jednotného složení.
Absorpce uhlíku: Rozpuštěné atomy uhlíku se spojují s atomy železa za vzniku slitin Fe-C, čímž se zvyšuje celkový obsah uhlíku v roztaveném železe.
Homogenizace: Nepřetržitým mícháním a přirozenou konvekcí při vysokých teplotách se rozdíly v koncentraci uhlíku mezi různými částmi roztaveného železa postupně snižují, čímž se nakonec dosáhne jednotného složení.
Nedostatečná homogenizace může vést k nestejným vlastnostem v různých částech odlitku a dokonce k poruchám segregace uhlíku.
Shrnutí: Mechanismus účinku rekarburizátoru je složitý fyzikální a chemický proces, zaměřený na přenos atomů uhlíku z pevné fáze do tekuté fáze roztaveného železa prostřednictvím rozpouštění a difúze.
Pro dosažení vysokých rychlostí absorpce je nutné vytvořit a udržovat dobré podmínky fyzikálního kontaktu (míchání a dispergace) a vhodné termodynamické podmínky (teplota), při minimalizaci chemického vyhoření (oxidace). Vysoce-kvalitní rekarbonizátor a správný procesní provoz jsou zárukou dosažení účinné a stabilní rekarbonizace.
