El mecanisme d'acció d'un recarburitzador és essencialment un procés de transferència de massa que transfereix carboni des del recarburitzador al ferro fos mitjançant reaccions químiques i dissolució física.
Aquest procés es divideix en tres etapes principals: flotació i distribució → dissolució i difusió → absorció i homogeneïtzació.
Etapa 1: flotació i distribució - Etapa de contacte físic
Quan el recarburitzador s'afegeix al ferro fos (generalment a la cullera durant les etapes posteriors de la fosa o després de l'aprofitament), flota a la superfície del ferro fos a causa de la seva menor densitat.
Punt clau: el recarburitzador requereix una àrea de contacte prou gran i un temps de contacte prou llarg amb el ferro fos.
Factors que influeixen:
Mètode d'addició: ruixat directament a la superfície del ferro fos o utilitzant tecnologia d'alimentació de filferro per penetrar profundament en el ferro fos.
Aquest últim és més eficient i redueix l'esgotament.
Agitació mixta de ferro: l'agitació mecànica, electromagnètica o manual pot trencar les partícules del recarburador, augmentar la seva àrea de contacte amb el ferro fos, evitar que s'aglomeran o formen ponts i permetre que es dispersin ràpidament per la piscina de ferro fos.
Temperatura del ferro líquid: Com més alta sigui la temperatura, millor serà la fluïdesa del ferro líquid, la qual cosa facilita la humectació i la difusió del recarburador.
Etapa 2: dissolució i difusió - Etapa de transferència de massa del nucli
Després que les partícules del recarburador s'hagin mullat i envoltades pel ferro líquid, comencen els processos físics i químics al nucli.
1. Dissolució interfacial:
El component principal del recarburador és el carboni fix (com el carboni grafitic).
A altes temperatures, a la interfície entre el ferro líquid (composat principalment per Fe) i les partícules de carboni sòlides, els àtoms de carboni es desprenen de la xarxa de grafit i es dissolen directament en el ferro líquid.
Aquest procés es pot simplificar com: C(s) → [C] (el carboni sòlid es dissol en carboni dissolt en el ferro).
En aquest punt, es forma una zona localitzada d'alta concentració de carboni al voltant de les partícules de carboni.
2. Convecció i difusió:
Com que la concentració de carboni en el ferro líquid al voltant de les partícules de carboni és alta, mentre que la concentració de carboni en el ferro líquid lluny de les partícules de carboni és baixa, es forma un gradient de concentració.
Els àtoms de carboni es difonen des de la zona d'-alta concentració a la zona de-baixa concentració (difusió molecular).
Al mateix temps, el flux del ferro fos (convecció) elimina contínuament el ferro amb altes concentracions de carboni i el reomple amb ferro amb concentracions baixes de carboni, accelerant molt la transferència de carboni. Aquest procés s'anomena transferència de massa convectiva.
Etapa 3: Absorció i homogeneïtzació - Etapa objectiu final
Els àtoms de carboni dissolts i difosos són absorbits per tot el ferro fos, aconseguint finalment una composició uniforme.
Absorció de carboni: els àtoms de carboni dissolts es combinen amb àtoms de ferro per formar aliatges de Fe-C, augmentant així el contingut total de carboni del ferro fos.
Homogeneïtzació: mitjançant l'agitació contínua i la convecció natural a altes temperatures, les diferències de concentració de carboni entre les diferents parts del ferro fos disminueixen gradualment, aconseguint finalment una composició uniforme.
Una homogeneïtzació inadequada pot provocar propietats desiguals en diferents parts de la fosa i fins i tot defectes de segregació de carboni.
En resum: El mecanisme d'acció d'un recarburador és un procés físic i químic complex, centrat en la transferència d'àtoms de carboni de la fase sòlida a la fase líquida de ferro fos mitjançant la dissolució i la difusió.
Per aconseguir altes taxes d'absorció, cal crear i mantenir bones condicions de contacte físic (agitació i dispersió) i unes condicions termodinàmiques adequades (temperatura), alhora que es minimitzen l'esgotament químic (oxidació). Un recarburador d'alta-qualitat i un correcte funcionament del procés són la garantia per aconseguir una recarburació eficient i estable.
