合成鑄鐵溶煉過程中增碳劑與碳化娃的**配伍 （二）

二、高增碳率是獲取優質鐵液的主要條件

采用廢鋼+增碳劑+合金的工藝路線，熔煉合成鑄鐵能**程度實現高的增碳率，高的鑄鐵石墨化程度，高的鐵液純凈度，高的熔煉水平的鑄造工藝。

在高碳當量下，如何提高強度，前提是鐵液具有高的增碳率，只有高的增碳率才能充分石墨化，高的增碳率決定于活性碳含量。只有高活性碳含量的鐵液，在凝固過程中才能進行石墨化。電爐熔煉如果新生鐵用的多，新生鐵中的粗大石墨在感應爐溶煉的工況下（1 550°C 10 min)是不能溶解充分的，它是以游離石墨形態存在，這種沒能充分溶解的碳就不能參與石墨化，在凝固過程中被保留下來，就稱之為石墨的遺傳性。

感應電爐條件下，爐料中的新生鐵帶來的碳和采用廢鋼+增碳劑所達到的碳，雖然含量相同，但特性不一樣。用全廢鋼增碳工藝熔煉的鐵液與成份相同的，經沖天爐或沖天爐+感應爐雙聯熔煉的鐵澆注試樣，在相同的澆注參數下，鐵液的白口傾向、鐵液收縮傾向、截面硬度的差異、石墨形態、力學性能均顯示全廢鋼感應爐熔煉的鐵液更好。沖天爐熔煉HT200鐵液的成分，如果感應爐全廢鋼增碳工藝，已達到HT300的水平,熔煉水平提高兩個檔次，當感應電爐全廢鋼增碳工藝碳含量降到3.1-3.2%，灰鑄鐵的性能可達到HT350水平。表1是國內外機床鑄件碳當量對比。

表1國內外機床鑄件碳當量對比

國外感應電爐熔煉采用廢鋼+增碳劑工藝,新生鐵加入量低于10%,以前國內做HT300以上鑄件是在大幅度降低碳當量及合金化的條件下達到的。此時鐵液的縮孔增加、疏松增加、應力增加、加工性能變差，截面性能差異大?，F在用全廢鋼增碳工藝熔煉鑄鐵，可以在高碳當量下獲得高的強度。如果用這樣的高純度，高石墨化基礎的鐵液做球墨鑄鐵，石墨球數從未使用增碳劑的42個/mm2增 200個/mm2，這對改善球墨鑄鐵厚大斷面石墨形態變差“斷面效應”好處不言而喻。碳作為自發自發形核核心有個好處，它不自溶，是長效結晶核心，不象孕育劑，作為外來形核核心，會自溶、衰退。這對有低溫沖擊功能要求的球墨鑄鐵有很大好處，提高低溫沖擊值，且無須熱處理，更不需要合金化。這是其他熔煉工藝無法論比擬的。

三、增碳劑的品質和增碳效果

感應電爐熔煉時，加入到爐內或鐵液包中能提高鐵液中的碳量，并能降低鐵液中的氧含量，還能提高金屬和鑄件的力學性能的黑色或灰色的顆粒或塊狀的焦碳后續物稱為增碳劑。增碳劑中以單質形式存在的碳，熔點為3550°C，沸點為4 194°C，3500°C 開始升華。各種碳材料基本都不具備活性，在高溫下有很強的反應能力，在有氧的條件下加熱，無定形碳在350°C以上會發生氧化反應，石墨則在450°C 以上發生氧化反應。

在鐵液的溫度下，碳是不能熔化的，增碳劑中的碳主要通過溶解和擴散兩種方式溶于鐵液。當鐵液含碳在2.1%時，石墨化增碳劑中的石墨直接在鐵液中溶解——直溶。而非石墨增碳劑的直溶現象基本不存在，只是隨著時間推移，碳在鐵液中逐漸的擴散溶解。這使石墨化增碳劑的增碳速度明顯高于非石墨增碳劑。國外某大學曾對各種增碳劑在鐵夜中溶解進行試驗研究，試驗表明，碳在鐵液中的溶解受到固體粒子表面液體邊界層的碳傳質的控制。用焦炭和煤粒所得結果與石墨所得的結果對比，發現石墨增碳劑在鐵液中的擴散溶解速度明顯 快于焦炭和煤粒一類樣品，發現在樣品表面形成一層很薄的粘性灰層，這是影響其在鐵液中擴散和溶解性能的主要原因。

表2用常用增碳劑及成分

增碳劑的固定碳含量和含碳量的含義，固定碳值是根據樣品的水分、揮發分、灰分、硫分計算出的。而含碳量直接用碳硫測定儀便可獲得。片面從增碳劑的固定碳含量和其他物質斷定是否優質是不可取的。不少小型鑄造廠購買增碳劑時，只注意增碳劑的價格和增碳劑的固定碳、灰分、揮發分等， 往往忽視了一個重要元素--氮的含量的參數。通常氮以3種形態存在于鑄鐵中：①是以液態和固態在鑄鐵中;②是與鐵液中的某種元素形成氮化物，如氮化硼等;③是從鐵液析出，以單質氣體的形式存在， 當含氮量超過臨界點（一般認為約140x10,時，就會使鑄件產生氮氣孔。氮在鑄鐵中的作用具有兩面性，有關資料介紹：氮含量每增加10x10-6，灰鑄鐵抗拉強度可提高5-7 MPa，同時硬度可增加 3-4HBW。通常認為鐵液含氮量＜100x10-6則可穩定珠光體，使片狀石墨變短變粗，端部鈍化。在厚壁灰鐵中出現緊實狀石墨，故能有效的提高抗拉強度。 若含氮量超過140x10-6灰鑄鐵鐵液則易在厚壁部分產生縮松缺陷。因此，合成鑄鐵應選擇含氮量低的優質增碳劑或石墨電極碎作增碳劑。由于增碳劑中的氮含量缺乏簡便而準確的方法，經驗告訴我們，經2 000°C以上高溫石墨化處理的增碳劑，硫和氮的含量大幅降低，只要是硫含量在0.05%的石墨化增碳劑相應的氮含量也低。

為進一步理解不同品種增碳劑的品質和冶金效果，將以石油焦為原料生產的兩種增碳劑作以比較， 見表3。

表中可見石墨化增碳劑的增碳效果優于煅燒石油焦增碳劑。即便是晶體石墨增碳劑，石墨化增碳劑與石墨電極碎的增碳效果與吸收率不甚相同。多孔的“松糕”結構的晶狀石墨化增碳劑的比表面積大，有更大的表面浸潤于鐵液，加快C的溶解和擴散，故其增碳效果和吸收率比致密的石墨電極碎屑高 5%-15%，所以增碳劑的空隙率對增碳效果和增碳吸收率至關重要，同樣道理，煅燒石油焦增碳劑的增碳效果和吸收率優于鍛煤增碳劑。

表3 石油焦為原料的增碳劑的特性比照

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