Virkningsmekanismen til en forgasser er i hovedsak en masseoverføringsprosess som overfører karbon fra forgasseren til det smeltede jernet gjennom fysisk oppløsning og kjemiske reaksjoner.
Denne prosessen er delt inn i tre hovedtrinn: flyting og distribusjon → oppløsning og diffusjon → absorpsjon og homogenisering.
Trinn 1: Flytende og distribusjon - fysisk kontaktstadium
Når forgasseren tilsettes det smeltede jernet (vanligvis i øsen under de senere stadiene av smelting eller ved tapping), flyter den på overflaten av det smeltede jernet på grunn av dens lavere tetthet.
Nøkkelpunkt: Forgasseren krever et tilstrekkelig stort kontaktareal og en tilstrekkelig lang kontakttid med det smeltede jernet.
Påvirkningsfaktorer:
Tilsetningsmetode: Drysses direkte på overflaten av smeltet jern eller ved hjelp av trådmatingsteknologi for å trenge dypt inn i det smeltede jernet.
Sistnevnte er mer effektiv og reduserer utbrenthet.
Blandet jernomrøring: Mekanisk, elektromagnetisk eller manuell omrøring kan bryte opp forkullerpartiklene, øke kontaktarealet deres med det smeltede jernet, hindre dem i å agglomerere eller danne broer, og la dem raskt spres gjennom bassenget med smeltet jern.
Flytende jerntemperatur: Jo høyere temperatur, desto bedre flytende er det flytende jernet, noe som letter fuktingen og diffusjonen av forgasseren.
Trinn 2: Oppløsning og diffusjon - Kjernemasseoverføringsstadiet
Etter at forgasserpartiklene er fuktet og omgitt av det flytende jernet, begynner de fysiske og kjemiske prosessene i kjernen.
1. Grensesnittoppløsning:
Hovedkomponenten i forgasseren er fast karbon (som grafittisk karbon).
Ved høye temperaturer, ved grenseflaten mellom det flytende jernet (hovedsakelig sammensatt av Fe) og de faste karbonpartiklene, løsner karbonatomer fra grafittgitteret og løses opp direkte i det flytende jernet.
Denne prosessen kan forenkles som: C(s) → [C] (fast karbon løses opp til karbon oppløst i jernet).
På dette tidspunktet dannes en lokalisert sone med høy karbonkonsentrasjon rundt karbonpartiklene.
2. Konveksjon og diffusjon:
Fordi karbonkonsentrasjonen i det flytende jernet rundt karbonpartiklene er høy, mens karbonkonsentrasjonen i det flytende jernet vekk fra karbonpartiklene er lav, dannes det en konsentrasjonsgradient.
Karbonatomer diffunderer fra sonen med høy-konsentrasjon til sonen med lav-konsentrasjon (molekylær diffusjon).
Samtidig fjerner strømmen av det smeltede jernet (konveksjon) kontinuerlig jern med høye karbonkonsentrasjoner og fyller det på med jern med lave karbonkonsentrasjoner, noe som akselererer karbonoverføringen kraftig. Denne prosessen kalles konvektiv masseoverføring.
Trinn 3: Absorpsjon og homogenisering - The Final Target Stage
De oppløste og diffuse karbonatomene absorberes av hele det smeltede jernet, og oppnår til slutt en jevn sammensetning.
Karbonabsorpsjon: Oppløste karbonatomer kombineres med jernatomer for å danne Fe-C-legeringer, og øker dermed det totale karboninnholdet i det smeltede jernet.
Homogenisering: Gjennom kontinuerlig omrøring og naturlig konveksjon ved høye temperaturer reduseres karbonkonsentrasjonsforskjellene mellom ulike deler av det smeltede jernet gradvis, og oppnår til slutt en jevn sammensetning.
Utilstrekkelig homogenisering kan føre til ujevne egenskaper i forskjellige deler av støpingen og til og med karbonseparasjonsdefekter.
Oppsummert: Virkningsmekanismen til en forgasser er en kompleks fysisk og kjemisk prosess, sentrert om overføring av karbonatomer fra den faste fasen til den flytende smeltede jernfasen gjennom oppløsning og diffusjon.
For å oppnå høye absorpsjonshastigheter er det nødvendig å skape og opprettholde gode fysiske kontaktforhold (røring og dispersjon) og hensiktsmessige termodynamiske forhold (temperatur), samtidig som kjemisk utbrenthet (oksidasjon) minimeres. Høy-kvalitets forgasser og korrekt prosessdrift er garantien for å oppnå effektiv og stabil forgassing.
