Pyrite Dalam Pembuatan Besi

Pyrite besi (besi(ii) disulfide, FeS₂, di sini dirujuk sebagai pyrite) adalah sulfide semulajadi yang berlaku besi, dan merupakan salah satu sulfides yang paling biasa. Pyrite ditemui dalam jumlah yang besar dalam jahitan kuarza, dalam batu-batu sedimen dan metamorfik, dan bersama-sama dengan deposit arang batu. Selain daripada kilauan logamnya memberikan penampilan visual yang menarik, ia mendapati penggunaan dalam industri dalam pembuatan pad brek dan sebagai aditif dalam pengeluaran kaca, di antara kawasan lain,kebanyakannya bergantung kepada kesucian semula jadi yang tinggi dan tahap kekerasan yang mengagumkan.

Tetapi peranan kontemporari yang penting untuk pyrite adalah apabila digunakan sebagai bahan tambahan dalam pengeluaran besi tuang. Selalunya ditambah dalam bentuk serbuk pada kira-kira 100 mesh, pyrite boleh bertindak sebagai sumber sulfur, sebagai bantuan kepada kebolehpasaran. Sebagai sumber sulfur, ia murah dan tidak toksik jika dibandingkan dengan sumber-sumber lain yang ketara.

Pyrite tidak dianggap sebagai sumber besi yang baik itu sendiri, terutamanya berbanding magnetit dan hematite - walaupun kira-kira separuh besi dengan berat - tetapi ia adalah sumber sulfur yang baik(1). Penambahan bahan-bahan seperti tulisan pyrite kepada besi lebur/tuang dirujuk sebagai inokulasi, dan merupakan rawatan biasa keadaan cecair seterika(2).

produk keluli yang dibuat menggunakan kulat dengan Pasir pengisi

Sebagai Sumber Sulfur Dalam Besi Pelakon Grafik

Besi grafik adalah bahan besi tuang penting dalam haknya sendiri, aplikasi bahan ini adalah di mana kekakuan bahan adalah lebih penting daripada kekuatan tegangan, contohnya blok enjin kereta dan perumahan pam. Besi grafik adalah, dengan sifatnya, seterika yang mengandungi graphite. Bahan-bahan karbonaceous ditambah ke seterika peleburan, yang mendakan penyejukan untuk menyediakan rangkaian graphite tersebar melalui seterika. Pemendakan sedemikian dipertingkatkan dengan kehadiran pyrite, yang menyediakan sulfur dalam cair dan oleh itu menghasilkan banyak titik nukleasi untuk pemendakan graphite(3).

Ciri-ciri tegangan besi grafik diubahsuai oleh kehadiran sulfur - eksperimen yang menambah antara 0.023 dan 0.080 berat badan% sulfur (dari penambahan maksimum 200 diameter μm serbuk pyrite) telah menyebabkan mikrostruktur yang lebih seragam dan jelas, tetapi di luar titik tertentu, penambahan pyrite menyebabkan peningkatan kandungan sulfur menyumbang kepada pengurangan kekuatan tegangan (4). Di hujung lain pembuatan besi grafik adalah pembentukan nodul - di mana graphite yang terbentuk bersifat sfera dan mampu besi pelakon yang lebih ductile. Dari kajian yang sama, didapati bahawa penambahan sulfur yang lebih tinggi dari pyrite menyediakan lebih banyak titik nukleasi dan dengan itu lebih padat- dan bentuk seperti serpihan graphite, iaitu kurang nodul. Inokulasi untuk menimbulkan lebih banyak titik nukleasi dibuat lebih cekap dengan meningkatkan kandungan sulfur melalui pyrite(5).

Kiraan nodul cenderung menjadi lebih besar apabila bijirin sulfur/pyrite ditambah ke seterika molten pada peringkat kemudian dalam proses merentasi pelbagai komposisi besi (6). Sehingga 0.55% dengan berat sulfur sebagai inokulan adalah perkara biasa. Paten untuk menghasilkan besi pelakon gred automotif mencadangkan kandungan sulfur biasa di rantau ini 0.2 hingga 0.3% oleh sulfur berat(7).

Secara keseluruhan, dikatakan bahawa penambahan pyrite kepada pengeluaran besi grafik sangat bermanfaat untuk penggunaan besi grafik yang sangat padat, selain besi di mana tahap kesopanan yang sederhana diperlukan. Besi graphite padat, yang dihasilkan dengan sulfur yang ditambah dari pyrite, mempunyai kekuatan dan sifat kekuatan mendekati mereka yang dilihat dengan besi ductile (8).

Meningkatkan Kebolehpasuaian Dalam Besi Kelabu Cast

Besi tuang kelabu adalah sejenis besi grafik, jadi dipanggil kerana warna kelabu, bagaimanapun machinability boleh bermasalah kerana kekerasannya. Machinability adalah kebimbangan utama dalam pengeluaran mana-mana logam, tetapi terutamanya satu sebagai global ekonomi penting sebagai besi. Machinability boleh menjadi apa-apa proses dari penggerudian, giliran, pengilangan dan pengisaran.

Salah satu kaedah memastikan pemesinan yang lebih mudah adalah dengan penambahan apa yang dipanggil 'kemasukan kejuruteraan' yang boleh menyebabkan pengurangan dalam memakai kepada kuasa pemerkasaan dan/atau kurang diperlukan untuk mencapai hasil yang sama (9). Sulfides berlebihan (timbul daripada pyrite) diubah menjadi kemasukan kejuruteraan menggunakan mangan, membentuk sulfides mangan, yang dianggap sebagai kemasukan optimum. Peningkatan kandungan sulfur dari pyrite meningkatkan saiz kemasukan. Penyelidikan menunjukkan bahawa kemesraan terjejas bukan oleh morfologi kemasukan tetapi kawasan peratusan sebaliknya (10). Kandungan Sulfur melebihi 0.2 berat badan% diterima. Penentuan kemasukan kejuruteraan yang sesuai dan tepat adalah penting kerana retak mikro boleh terbentuk pada antara muka kemasukan-matrix menyebabkan pengurangan kekerasan memotong dan penggunaan tenaga (11). Mangan adalah kemasukan biasa dalam besi tuang.

Kajian lain telah menunjukkan bahawa penambahan sulfur (melalui pyrite atau cara lain) pada peringkat kemudian, dalam kuantiti serendah 0.06 berat% menghasilkan peningkatan kemesraan yang lebih baik(12), dan tahap kemasukan sulfur sasaran harus melebihi 0.12 berat badan% untuk peningkatan kebolehpasaran optimum.

Impak Pyrite Tambahan Pada Proses Pemutus

Kemasukan bukan logam seperti graphite dan sulfur secara dramatik boleh memodulasikan pepejal, struktur dan kualiti pemutus global besi. Pemeriksaan sastera paten mendedahkan pengeluaran besi melalui agglomeration dipertingkatkan dengan penambahan serbuk sulfide logam (seperti pyrite) bersama oksida logam - tanpa pengikat kimia - sesuai untuk digunakan dalam rolling(13). Satu kajian dari Jepun mencadangkan bahawa peningkatan kandungan sulfur dalam cair boleh menyebabkan kecacatan permukaan apabila bekerja dalam keadaan pemutus pasir hijau, tetapi ini boleh diabaikan dengan penggunaan tahap tinggi bahan karbonaceous dalam acuan (14).

Dalam besi tuang, paras sulfur lebih rendah daripada 0.04% oleh berat badan dikaitkan dengan tahap yang lebih tinggi eutektual undercooling, yang boleh membawa kepada pembentukan graphite undercooled dan / atau karbid(15); Undercooling eutektik boleh dikawal dan diperlahankan dengan menambah sumber sulfur pada peringkat kemudian dalam rawatan peringkat cecair keseluruhan besi bulan (16). Pembentukan karbien yang berlebihan harus dielakkan kerana bahan-bahan tersebut mengurangkan kebolehpasaran, dan sederhana kepada kepekatan sulfur / pyrite yang tinggi boleh menafikan kesan-kesan ini. Notion ini disokong oleh penyelidikan Cina yang menyatakan bahawa jumlah graphite undercooled dalam keluli kelabu pada dasarnya dihapuskan apabila kemasukan sulfur meningkat melebihi 0.143% dengan berat (17) dan mikrostruktur optimum dalam sulfur dari julat pyrite 0.078 hingga 0.121%.

Sebagai sumber sulfur, pyrite adalah salah satu daripada tiga sumber utama bersama sulfide besi (FeS) dan sulfur elemen (S_8). FeS disebut untuk kandungan sulfur yang tinggi tetapi kos yang tinggi; sulfur elemen boleh dikatakan sumber sulfur terbaik tetapi ia mudah dan cepat dikosongkan sebagai tambahan kepada cair - sulfur berkubah itu menjadikan apa-apa pemulihan sulfur itu sukar dan tidak stabil. Tidak dapat diatasi masalah yang berkaitan dengan penambahan pyrite kepada besi pelebur adalah bahawa pyrite boleh terapung ke dalam papak kerana ketumpatan rendah - pemulihan adalah melalui penambahan perlahan pyrite besi pada mulanya. Adalah diperhatikan bahawa kecenderungan untuk membentuk papak di tempat pertama adalah seperti yang berkaitan dengan kaedah peburu dan periuk peburu kerana ia adalah bahan-bahan yang disembutkan sendiri (18).

Dalam besi tuang kelabu, manakala terdapat toleransi yang luas tahap sulfur, kehadiran FeS menyebabkan kekurangan panas. Sesak nafas panas adalah satu proses di mana pada suhu kerja yang tinggi, membuang logam mempamerkan kekuatan dan kecenderungan mekanikal yang rendah untuk retak dan bukannya cacat. Kemasukan kejuruteraan yang disebutkan di atas yang timbul daripada kehadiran sulfur (dari mana-mana sumber) dan mangan menafikan ini agak (19).

Ringkasan

Pyrite (besi(ii) disulfide, FeS₂), adalah sumber sulfur yang boleh didapati secara meluas dan sangat tulen yang digunakan dalam industri pemutus besi
Dalam pembuatan besi pelakon grafik, pyrite / sulfur bertanggungjawab untuk penyediaan tapak nukleasi, membolehkan pembentukan graphite
Seterika tuang yang dibuat dengan penambahan pyrite/sulfur dikenali dengan mikrostruktur mereka yang jelas dan sangat kerap
Kemasukan Pyrite / sulfur menghalang pembentukan nodul, yang boleh membawa kepada besi yang lebih ductile
Dalam pembuatan besi kelabu, kebolehcapaian diperbaiki melalui penggunaan pyrite / sulfur kerana pengeluaran sulfides mangan sebagai kemasukan kejuruteraan - kemasukan sedemikian menjadikan beberapa proses pemesinan lebih mudah
Dalam seterika tuang secara umum, penggunaan pyrite sebagai sumber sulfur memodulasi kualiti pemutus besi, selain meminimumkan kesan undercooling eutektik
Berbanding dengan sumber sulfur lain, pyrite lebih murah dan mempunyai masalah vaporisasi yang lebih sedikit

Rujukan

1 C. R. A. Wright, J. R. SoC. Seni, 1873, 22, 536

2 I. Riposan dan T. Skaland, Pengubahsuaian dan pengenaanbesi tuang , dalam: D.M. Stefanescu (ed.) Cast Iron Science and Technology, ASM International, Novelty, Ohio, Amerika Syarikat, 2017

3 I. Riposan et al., AFS Trans., 2003, 3, 93

4 H. R. Abbasi et al., J. Proc. Tech., 2009, 209, 1701

5 A. de A. Vicente et al., J. Alloys Compounds, 2018, 10.1016/j.jallcom.2018.10.136

6 O.M. Suárez et al. Int. J. Cast Metals Res., 2003, 16, 1

7 Paten AMERIKA Syarikat US2887421A, 1955; Paten Perancis FR2887421X, 1955

8 S. Dawson dan T. Schroeder, AFS Trans., 2004, 2, 9

9 H. Opitz, Proc. Int. Timbullah. Eng. Res. Conf., 1963, 107

10 A.A. Pereira et al. J. Proc. Tech., 2006, 179, 165

11 B. Kilang et al., Pakai, 1997, 208, 61

12 R. Z. Wu, Ironmaking dan Steelmaking, 2008, 35, 638

13 Paten AS US6866696B1, 2002

14 Y. Awano et al., J. JFS, 2011, 83, 20 (dalam bahasa Jepun)

15 I. Riposan et al., Sulfur - elemen utama dalam pembentukan graphite dalam besi, dalam: UgalMet 2016: Persidangan ke-7 mengenai Sains bahan dan Kejuruteraan, Galati, Romania, 2016

16 I. Riposan et al., Sulfur dalam besi tuang - kawan atau musuh?, dalam: AFS International Ferrous Melting Conference, Nashville, Amerika Syarikat, 2015

17 W. Liu et al., Foundry, 2011, 1, 1

18 A. S. Zavertkin, Refrakta. Ind. Ceram., 2013, 54, 35

19 K. K. Saxena et al., Mater. Hari ini: Proc., 2020, 10.1016/j.matpr.2020.02.577