Как точно контролировать углеродный потенциал расплавленной стали с помощью графированного нефтяного кокса для достижения эффективной и низкоуглеродной плавки? 

Точная регулировка углеродного потенциала в стальной ванне и достижение эффективного низкоуглеродного сталеплавильного процесса: технические пути

I. Выбор сырья: высокочистый графитизированный нефтяной кокс как основа

Контроль основных показателей

• Содержание углерода ≥ 98%: за каждые 1% повышения чистоты прочность отливок увеличивается на 15%, объем сырья сокращается на 8%, а энергопотребление при плавке непосредственно снижается.
• Сера ≤ 0,03%: превышение лимита серы на 0,02% может вызвать 40%-ное увеличение пористости в блоках цилиндров двигателя, что требует строгого отбора низкосернистого кокса (например, импортный кокс из Южной Африки с содержанием серы ≤ 0,3%).
• Азот ≤ 150 ppm, зола ≤ 0,5%: избыток азота нарушает морфологию графита в чугуне с вермикулярным графитом, а высокое содержание золы формирует шлаковые включения, ухудшающие характеристики стали.

Проверка физических свойств

• Тест на металлический блеск: подлинные продукты имеют стеклообразные кристаллические поверхности разрушения, в то время как некачественные продукты выглядят тускло, как уголь, что отражает целостность кристаллической структуры.
• Лазерный анализ размера частиц:
  • 1–3 мм частицы для точного литья (скорость растворения соответствует скорости потока расплавленной стали).
  • 3–5 мм частицы для сталеплавильного процесса в электродуговой печи (задерживают потери от окисления).
  • Содержание порошка, превышающее 3%, образует барьерный слой, препятствующий поглощению углерода.

II. Оптимизация процесса: высокотемпературная графитизация и интеллектуальная подача

Технология высокотемпературного закалки при 3000°C

• Перестройка атомов углерода: в герметичных печах Ачесона коксовые блоки подвергаются 72-часовой обработке при температуре ≥ 3000°C, образуя сотовидные кристаллические структуры. Остаточное содержание серы снижается до ≤ 0,03%, а содержание углерода превышает 98%.
• Контроль энергопотребления: на каждый тонну продукции расходуется 8000 кВт·ч электроэнергии, при этом на электроэнергию приходится более 60% затрат. Оптимизация температурных кривых печи (например, поддержание температуры ≥ 2800°C) снижает удельное энергопотребление.

Интеллектуальная система подачи

• 5G+AI реальное время мониторинга: датчики отслеживают электромагнитные свойства железа, в сочетании с моделями предсказания углеродного эквивалента для точного расчета скорости добавления карбуризатора.
• Роботизированная подача с разделением по классам:
  • Крупные частицы (3–5 мм) для длительного карбурирования.
  • Мелкий порошок (<1 мм) для быстрой корректировки углерода, минимизируя потери от окисления.

III. Интеграция низкоуглеродных сталеплавильных технологий

Экологически чистое производство в электродуговой печи

• Утилизация отходящего тепла: использование высокотемпературного дымового газа для генерации электроэнергии, экономия энергии и косвенное снижение выбросов CO₂.
• Замена кокса: частичная замена кокса карбуризаторами из графитизированного нефтяного кокса, снижение потребления невозобновляемых ископаемых видов топлива.
• Предварительный нагрев металлолома: сокращение циклов плавки, снижение энергопотребления и соответствие тенденции “почти нулевых углеродных выбросов” в электродуговой печи.

Синергия сталеплавильного процесса на основе водорода

• Впрыск водорода в доменную печь: впрыск водородосодержащих газов (например, H₂, природный газ) заменяет часть кокса, сокращая выбросы углерода.
• Прямое восстановление железной руды в водородной шахтной печи: использование водорода в качестве восстановителя для прямого восстановления железной руды, снижение выбросов более чем на 60% по сравнению с традиционными доменными печами.

IV. Контроль качества: полная прослеживаемость процесса и инспекция

Прослеживаемость сырья с использованием блокчейна
Сканирование QR-кодов обеспечивает доступ к таможенным декларациям, видео тестирования на содержание серы и данным о производственных партиях, обеспечивая соответствие требованиям.

Инспекция с помощью электронного микроскопа
Инспекторы качества регулируют плотность кристаллической структуры с помощью электронной микроскопии, устраняя кремнеземно-алюминиевые включения для предотвращения аварий при производстве высокоточных отливок, таких как сталь для ядерных клапанов.

V. Сценарии применения и преимущества

Высокоточное литье

• Сталь для ядерных клапанов: подавление серы фиксирует ее содержание ниже 0,015%, предотвращая коррозию под напряжением в условиях высоких температур и давления.
• Блоки цилиндров двигателей: снижение дефектности с 15% до 3% и значительное снижение пористости.

Производство специальных сталей

• Авиационная высокопрочная сталь: поэтапное добавление 1–3 мм частиц обеспечивает поглощение углерода более чем на 97%, устраняет трещины при закалке стали 42CrMo и повышает выход готовой продукции выше 99%.

Применение в новых энергетических областях

• Аноды для литий-ионных батарей: переработка в 12-микронные модифицированные частицы, повышающие энергоемкость более чем на 350 Вт·ч/кг.
• Нейтронные замедлители для ядерных реакторов: каждые 1% изменения чистоты высокочистого продукта вызывает 10%-ные колебания поглощения нейтронов.