合成铸铁溶炼过程中增碳剂与碳化娃的**配伍 （二）

二、高增碳率是获取优质铁液的主要条件

采用废钢+增碳剂+合金的工艺路线，熔炼合成铸铁能**程度实现高的增碳率，高的铸铁石墨化程度，高的铁液纯净度，高的熔炼水平的铸造工艺。

在高碳当量下，如何提高强度，前提是铁液具有高的增碳率，只有高的增碳率才能充分石墨化，高的增碳率决定于活性碳含量。只有高活性碳含量的铁液，在凝固过程中才能进行石墨化。电炉熔炼如果新生铁用的多，新生铁中的粗大石墨在感应炉溶炼的工况下（1 550°C 10 min)是不能溶解充分的，它是以游离石墨形态存在，这种没能充分溶解的碳就不能参与石墨化，在凝固过程中被保留下来，就称之为石墨的遗传性。

感应电炉条件下，炉料中的新生铁带来的碳和采用废钢+增碳剂所达到的碳，虽然含量相同，但特性不一样。用全废钢增碳工艺熔炼的铁液与成份相同的，经冲天炉或冲天炉+感应炉双联熔炼的铁浇注试样，在相同的浇注参数下，铁液的白口倾向、铁液收缩倾向、截面硬度的差异、石墨形态、力学性能均显示全废钢感应炉熔炼的铁液更好。冲天炉熔炼HT200铁液的成分，如果感应炉全废钢增碳工艺，已达到HT300的水平,熔炼水平提高两个档次，当感应电炉全废钢增碳工艺碳含量降到3.1-3.2%，灰铸铁的性能可达到HT350水平。表1是国内外机床铸件碳当量对比。

表1国内外机床铸件碳当量对比

国外感应电炉熔炼采用废钢+增碳剂工艺,新生铁加入量低于10%,以前国内做HT300以上铸件是在大幅度降低碳当量及合金化的条件下达到的。此时铁液的缩孔增加、疏松增加、应力增加、加工性能变差，截面性能差异大。现在用全废钢增碳工艺熔炼铸铁，可以在高碳当量下获得高的强度。如果用这样的高纯度，高石墨化基础的铁液做球墨铸铁，石墨球数从未使用增碳剂的42个/mm2增 200个/mm2，这对改善球墨铸铁厚大断面石墨形态变差“断面效应”好处不言而喻。碳作为自发自发形核核心有个好处，它不自溶，是长效结晶核心，不象孕育剂，作为外来形核核心，会自溶、衰退。这对有低温冲击功能要求的球墨铸铁有很大好处，提高低温冲击值，且无须热处理，更不需要合金化。这是其他熔炼工艺无法论比拟的。

三、增碳剂的品质和增碳效果

感应电炉熔炼时，加入到炉内或铁液包中能提高铁液中的碳量，并能降低铁液中的氧含量，还能提高金属和铸件的力学性能的黑色或灰色的颗粒或块状的焦碳后续物称为增碳剂。增碳剂中以单质形式存在的碳，熔点为3550°C，沸点为4 194°C，3500°C 开始升华。各种碳材料基本都不具备活性，在高温下有很强的反应能力，在有氧的条件下加热，无定形碳在350°C以上会发生氧化反应，石墨则在450°C 以上发生氧化反应。

在铁液的温度下，碳是不能熔化的，增碳剂中的碳主要通过溶解和扩散两种方式溶于铁液。当铁液含碳在2.1%时，石墨化增碳剂中的石墨直接在铁液中溶解——直溶。而非石墨增碳剂的直溶现象基本不存在，只是随着时间推移，碳在铁液中逐渐的扩散溶解。这使石墨化增碳剂的增碳速度明显高于非石墨增碳剂。国外某大学曾对各种增碳剂在铁夜中溶解进行试验研究，试验表明，碳在铁液中的溶解受到固体粒子表面液体边界层的碳传质的控制。用焦炭和煤粒所得结果与石墨所得的结果对比，发现石墨增碳剂在铁液中的扩散溶解速度明显 快于焦炭和煤粒一类样品，发现在样品表面形成一层很薄的粘性灰层，这是影响其在铁液中扩散和溶解性能的主要原因。

表2用常用增碳剂及成分

增碳剂的固定碳含量和含碳量的含义，固定碳值是根据样品的水分、挥发分、灰分、硫分计算出的。而含碳量直接用碳硫测定仪便可获得。片面从增碳剂的固定碳含量和其他物质断定是否优质是不可取的。不少小型铸造厂购买增碳剂时，只注意增碳剂的价格和增碳剂的固定碳、灰分、挥发分等， 往往忽视了一个重要元素--氮的含量的参数。通常氮以3种形态存在于铸铁中：①是以液态和固态在铸铁中;②是与铁液中的某种元素形成氮化物，如氮化硼等;③是从铁液析出，以单质气体的形式存在， 当含氮量超过临界点（一般认为约140x10,时，就会使铸件产生氮气孔。氮在铸铁中的作用具有两面性，有关资料介绍：氮含量每增加10x10-6，灰铸铁抗拉强度可提高5-7 MPa，同时硬度可增加 3-4HBW。通常认为铁液含氮量＜100x10-6则可稳定珠光体，使片状石墨变短变粗，端部钝化。在厚壁灰铁中出现紧实状石墨，故能有效的提高抗拉强度。 若含氮量超过140x10-6灰铸铁铁液则易在厚壁部分产生缩松缺陷。因此，合成铸铁应选择含氮量低的优质增碳剂或石墨电极碎作增碳剂。由于增碳剂中的氮含量缺乏简便而准确的方法，经验告诉我们，经2 000°C以上高温石墨化处理的增碳剂，硫和氮的含量大幅降低，只要是硫含量在0.05%的石墨化增碳剂相应的氮含量也低。

为进一步理解不同品种增碳剂的品质和冶金效果，将以石油焦为原料生产的两种增碳剂作以比较， 见表3。

表中可见石墨化增碳剂的增碳效果优于煅烧石油焦增碳剂。即便是晶体石墨增碳剂，石墨化增碳剂与石墨电极碎的增碳效果与吸收率不甚相同。多孔的“松糕”结构的晶状石墨化增碳剂的比表面积大，有更大的表面浸润于铁液，加快C的溶解和扩散，故其增碳效果和吸收率比致密的石墨电极碎屑高 5%-15%，所以增碳剂的空隙率对增碳效果和增碳吸收率至关重要，同样道理，煅烧石油焦增碳剂的增碳效果和吸收率优于锻煤增碳剂。

表3 石油焦为原料的增碳剂的特性比照

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