بيريت في صناعة الحديد

الحديد بيريت (الحديد (2) ديبريتيد، فيس_2،ويشار إليها هنا باسم بيريت) هو كبريتيد تحدث بشكل طبيعي من الحديد، وهو واحد من كبريتيدات الأكثر شيوعا. تم العثور على البيريت بكميات كبيرة في طبقات الكوارتز، في الصخور الرسوبية والمتحولة، وجنب جنب مع رواسب الفحم. وبصرف النظر عن بريقه المعدني مما يعطيها مظهر جذاب بصريا، فإنه يجد استخدامها في الصناعة في صناعة منصات الفرامل وكمضافة في إنتاج الزجاج،من بين مجالات أخرى،وكثير منها تعتمد على نقاوتها الطبيعية العالية ومستويات مثيرة للإعجاب من صلابة.

ولكن دورا هاما المعاصرة للبيريت عندما تستخدم كمادة تكميلية في إنتاج الحديد الزهر. غالبا ما تضاف في شكل مسحوق في ما يقرب من 100 شبكة، يمكن أن يكون البيريت بمثابة مصدر للكبريت، كوسيلة مساعدة على المكائد. كمصدر للكبريت ، فهو غير مكلف وغير سام بالمقارنة مع مصادر بارزة أخرى.

لا يعتبر البيريت مصدرا جيدا للحديد نفسه ، خاصة بالمقارنة مع المغنتيت والهيماتيت - على الرغم من كونه نصف الحديد تقريبا من حيث الوزن - ولكنه مصدر جيد للكبريت (1). ويشار إلى إضافة مواد مثل البيريت إلى الحديد المنصهر/الزهر باسم التطعيم، وهو علاج شائع في حالة سائلة للحديد (2).

منتجات الصلب المصنوعة باستخدام قوالب مع حشو الأحجار الحديدية

كمصدر للكبريت في الحديد الزهر الجرافيتي

الحديد الجرافيتي هو مادة الحديد الزهر الهامة في حد ذاتها، وتطبيقات هذه المواد حيث صلابة المواد هو أكثر أهمية من قوة الشد، على سبيل المثال كتل المحرك من السيارات ومساكن مضخة. الحديد الجرافيتي هو، بطبيعته، الحديد الذي يحتوي على الجرافيت. يتم إضافة المواد الكربونية إلى الحديد المنصهر ، الذي يعجل على التبريد لتوفير شبكة جرافيت مشتتة من خلال الحديد. ويعزز هذا هطول الأمطار من خلال وجود البيريت، الذي يوفر الكبريت في ذوبان وبالتالي تنتج العديد من نقاط النوى لهطول الأمطار من الجرافيت(3).

يتم تعديل خصائص الشد من الحديد الجرافيتي من خلال وجود الكبريت - تسببت التجارب التي تضيف ما بين 0.023 و 0.080 وزن٪ من الكبريت (من إضافة مسحوق بيريت قطره 200 ميكرومتر كحد أقصى) في بنية دقيقة أكثر اتساقا ومحددة بوضوح ، ولكن وراء نقطة معينة ، تساهم إضافة البيريت التي تسبب زيادة محتوى الكبريت في تقليل قوة الشد(4). في الطرف الآخر من تصنيع الحديد الجرافيتي هو تشكيل العقيدات - حيث الجرافيت شكلت كروية في الطبيعة ويتيح الحديد الزهر أكثر الدكتايل. ومن نفس الدراسة، تبين أن الإضافات العالية للكبريت من البيريت توفر المزيد من نقاط النوى وبالتالي أشكالا أكثر إحكاما وتقشرا من الجرافيت، أي عدد أقل من العقيدات. يتم التطعيم من أجل زيادة نقاط النوى أكثر كفاءة عن طريق زيادة محتوى الكبريت عبر البيريت (5).

تميل أعداد العقيدات إلى أن تكون أكبر عندما تضاف حبيبات الكبريت/البيريت إلى الحديد المنصهر في مراحل لاحقة من العملية عبر مجموعة من التراكيب الحديدية(6). ما يصل إلى 0.55٪ من وزن الكبريت كمنحل أمر شائع. وتشير براءات الاختراع لإنتاج الحديد الزهر من الدرجة السيارات محتويات الكبريت المشتركة في المنطقة من 0.2 إلى 0.3٪ من حيث الوزن الكبريت(7).

وعموما، يقال إن إضافة البيريت إلى إنتاج الحديد الجرافيتي مفيد بشكل خاص لنشر الحديد الجرافيتي المضغوط للغاية، بالإضافة إلى الحديد حيث تكون هناك حاجة إلى درجة معتدلة من ليونة. الحديد الجرافيت المضغوط، المنتجة مع الكبريت المضافة من البيريت، لديه خصائص القوة والصلابة تقترب تلك التي ينظر إليها مع الحديد الدكتايل(8).

لتحسين الآلات في الحديد الرمادي الزهر

الحديد الزهر الرمادي هو نوع من الحديد الجرافيتي ، ما يسمى بسبب لونه الرمادي ، ولكن المكائد يمكن أن تكون إشكالية بسبب صلابته. الآلات هي مصدر قلق بالغ في إنتاج أي معدن ، ولكن خاصة واحدة ذات أهمية اقتصادية عالمية مثل الحديد. يمكن أن تكون الآلات أي عملية من الحفر، وتحول، والطحن والطحن.

طريقة واحدة لضمان أسهل الآلات هو عن طريق إضافة ما يسمى "إدراج الهندسة" التي قد تسبب تخفيضات في ارتداء لالأدوات و / أو أقل القوى الآلات اللازمة لتحقيق نفس النتيجة(9). يتم تحويل الكبريتيدات الزائدة (الناشئة عن البيريت) إلى إدراجات هندسية باستخدام المنغنيز ، وتشكيل كبريتيد المنغنيز ، والتي تعتبر إدراجات مثالية. زيادة محتوى الكبريت من البيريت يزيد من حجم التضمينات. تشير الأبحاث إلى أن المكائد لا تتأثر مورفولوجيا التضمينات ولكن منطقة النسبة المئوية بدلا من ذلك (10). يتم التسامح مع محتويات الكبريت التي تتجاوز 0.2٪ من الوزن. تحديد مناسب ودقيق للشوائب الهندسية أمر حتمي حيث يمكن أن تتشكل الشقوق الدقيقة في واجهة مصفوفة الشمول مما يؤدي إلى تقليل قوة القطع واستهلاك الطاقة(11). المنغنيز هو إدراج شائع في الحديد الزهر.

وقد أظهرت دراسات أخرى أن إضافة الكبريت (عن طريق البيريت أو وسائل أخرى) في مرحلة لاحقة، بكميات منخفضة يصل إلى 0.06 الوزن٪ يؤدي إلى تحسين الآلات إلى حد كبير (12)، وأن مستوى إدراج الكبريت المستهدف ينبغي أن يكون أكثر من 0.12 الوزن٪ لتعزيز القدرة على التصنيع الأمثل.

تأثير إضافة بيريت على عملية الصب

يمكن للتضمينات غير المعدنية مثل الجرافيت والكبريت أن تعدل بشكل كبير صلابة الحديد وبنيته وجودته العالمية. ويكشف فحص أدبيات براءات الاختراع أن إنتاج الحديد عن طريق التكتل يتعزز بإضافة مساحيق كبريتيد معدنية (مثل البيريت) إلى جانب أكاسيد المعادن - بدون ربط كيميائي - مناسبة للاستخدام في المتداول (13). وأشارت دراسة من اليابان إلى أن زيادة محتوى الكبريت في الذوبان يمكن أن تسبب عيوبا سطحية عند استخدامها في حالة صب الرمال الخضراء، ولكن يمكن إبطال ذلك باستخدام مستويات مرتفعة من المواد الكربونية في القالب (14).

في الحديد الزهر، ترتبط مستويات الكبريت أقل من 0.04٪ من حيث الوزن مع مستويات أعلى من التبريد الناقص eutectic، والتي يمكن أن تؤدي إلى تشكيل الجرافيت و / أو كاربيدس(15)؛ يمكن التحكم في التبريد الناقص eutectic وإبطاء بإضافة مصدر الكبريت في مرحلة لاحقة في المعالجة الشاملة للمرحلة السائلة من الحديد المنصهر (16). وينبغي تجنب تكوين الكربوهيدرات الزائدة مثل هذه المواد تقلل من القدرة على الآلات، وتركيزات معتدلة إلى عالية الكبريت / البيريت يمكن أن ينفي هذه الآثار. يدعم هذه الفكرة بحث صيني ينص على أن كمية الجرافيت غير المبردة في الصلب الرمادي يتم القضاء عليها بشكل أساسي عندما يتم زيادة إدراج الكبريت إلى ما بعد 0.143٪ حسب الوزن (17) والبنية المجهرية المثلى في الكبريت من نطاق البيريت 0.078 إلى 0.121٪.

كمصدر للكبريت، البيريت هو واحد من المصادر الرئيسية الثلاثة جنبا إلى جنب مع كبريتيد الحديد (FeS) والكبريت عنصري (S₈). ويلاحظ FeS لمحتوى الكبريت عالية ولكن ارتفاع التكاليف; يمكن القول إن الكبريت الأولي هو أفضل مصدر للكبريت ولكن يتم تبخيره بسهولة وبسرعة عند إضافة إلى ذوبان - مثل هذا الكبريت المتبخر يجعل أي استرداد لذلك الكبريت صعبا وغير مستقر. لا يمكن التغلب على المشاكل المتعلقة بإضافة البيريت إلى الحديد المنصهر هي أن البيريت يمكن أن يطفو في الخبث بسبب كثافته المنخفضة - الإصلاح عن طريق إضافة بطيئة من البيريت الحديدي في المقام الأول. ويلاحظ أن الميل إلى تشكيل الخبث في المقام الأول يرتبط بطريقة الصهر ووعاء الصهر بقدر ارتباطه بالمواد المصهرة نفسها(18).

في الحديد الزهر الرمادي ، في حين أن هناك تحمل واسع لمستويات الكبريت ، فإن وجود FeS يسبب قصرا ساخنا. قصر الساخنة هي عملية حيث في درجات حرارة العمل العالية، والمعادن المدلى بها المعرض قوة ميكانيكية منخفضة بشكل خاص والميول إلى الكراك بدلا من تشوه. الشوائب الهندسية المذكورة أعلاه التي تنشأ من وجود الكبريت (من أي مصدر) والمنغنيز ينفي هذه إلى حد ما(19).

موجز

البيريت (الحديد (2) ثاني كبريتيد، فيس_2)،هو مصدر متاح على نطاق واسع ونقية للغاية من الكبريت المستخدمة في صناعة صب الحديد
في صناعة الحديد الزهر الجرافيتي ، يكون البيريت / الكبريت مسؤولا عن توفير مواقع النوى ، مما يسمح بتكوين الجرافيت
ومن المعروف الحديد الزهر المصنوعة من إضافات البيريت / الكبريت لهياكلها الدقيقة محددة بوضوح ومنتظمة للغاية
شوائب البيريت / الكبريت تمنع تكوين العقيدات ، والتي يمكن أن تؤدي إلى المزيد من الحديد الدكتايل
في تصنيع الحديد الرمادي ، يتم تحسين قابلية التصنيع عن طريق استخدام البيريت / الكبريت بسبب إنتاج كبريتيدات المنغنيز كشوائب هندسية - مثل هذه التضمينات تجعل العديد من عمليات الآلات أسهل
في الحديد الزهر بشكل عام ، فإن استخدام البيريت كمصدر للكبريت يعدل جودة الصب من الحديد ، بالإضافة إلى تقليل آثار التبريد الناقص eutectic
بالمقارنة مع مصادر الكبريت الأخرى ، فإن البيريت أرخص ولديه مشاكل تبخير أقل

مراجع

1 ج. ر. أ. رايت، ج. ر. سوك. فنون, 1873, 22, 536

2 I. Riposan و T. Skaland، تعديل وتطعيم الحديد الزهر، في: D.M. ستيفانيسكو (ed.) علوم وتكنولوجيا الحديد الزهر، ASM International ، الجدة ، أوهايو ، الولايات المتحدة ، 2017

3 I. Riposan وآخرون, AFS Trans., 2003, 3, 93

4 ح. ر. عباسي وآخرون، (ج. ماتر) بروك. التكنولوجيا., 2009, 209, 1701

5 أ. دي أ. فيسنتي وآخرون، ج. سبائك المركبات، 2018، 10.1016/j.j.jallcom.2018.10.136

6 O.M. سواريز وآخرون. الباحث. J. يلقي المعادن ريس., 2003, 16, 1

7 براءة اختراع أمريكي US2887421A, 1955; فرنسا براءة اختراع FR2887421X, 1955

8 S. داوسون و T. شرودر, AFS Trans., 2004, 2, 9

9 ه. أوفيتز، بروك. الباحث. همز. المهندس. القرار. Conf.157., 1963, 107

10 أ. أ. بيريرا وآخرون، (ج. ماتر) بروك. التكنولوجيا., 2006, 179, 165

11 B. ميلز وآخرون, Wear, 1997, 208, 61

12 ر. ز. وو، صناعة الحديد وصناعة الصلب، 2008، 35، 638

13 براءة اختراع أمريكي US6866696B1, 2002

14 Y. Awano وآخرون، J. JFS، 2011، 83 ، 20 (باللغة اليابانية)

15 I. Riposan وآخرون، الكبريت - عنصر أساسي في تكوين الجرافيت في الحديد، في: UgalMet 2016: المؤتمر السابع لعلوم وهندسة المواد، غالاتي ، رومانيا ، 2016

16 I. Riposan وآخرون، الكبريت في الحديد الزهر - صديق أو عدو؟، في: AFS المؤتمر الدولي لذوبان الحديد، ناشفيل ، الولايات المتحدة الأمريكية ، 2015

17 W. ليو وآخرون, مسبك, 2011, 1, 1

18 أ. س. زافيرتكين، الانكسار. الصناعيه. (سيرام), 2013, 54, 35

19 ك. ك. ساكسينا وآخرون، الام. اليوم: بروك., 2020, 10.1016/j.matpr.2020.02.577