增碳劑的選擇及使用，有個(gè)重要參數(shù)易忽視！

一、合成鑄鐵

　　近年來(lái)，鑄件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，而鑄件質(zhì)量要求越來(lái)越高，價(jià)格卻是低來(lái)越低，而對(duì)企業(yè)的環(huán)保要求也越來(lái)越嚴(yán)格，所以在很多地方，已用感應(yīng)電爐取代沖天爐熔化鐵液。從原材料的價(jià)格上來(lái)說(shuō)，由于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的廢鋼供應(yīng)充足，我國(guó)廢鋼在社會(huì)上沉淀存留量較多，廢鋼價(jià)格比新生鐵價(jià)格低的多，所以這幾年廣泛采用廢鋼加增碳劑的方法生產(chǎn)鑄鐵，即“合成鑄鐵”。在生產(chǎn)過(guò)程中如果工藝操作正確，不但鑄鐵的化學(xué)成分和溫度便于控制，還可以提高鑄件的綜合物理性能，同時(shí)也可以降低鑄件的生產(chǎn)成本。在合成鑄鐵技術(shù)不斷發(fā)展、不斷完善的過(guò)程中，廢鋼的加入量也越來(lái)越多，從最初的少量加入，現(xiàn)已經(jīng)增加到80%，電爐熔煉鑄鐵不像沖天爐那樣有增碳源，為了得到合格的含碳量，添加增碳劑是必不可少的措施，這樣增碳劑的選擇和使用方法，對(duì)改善鑄鐵組織、提高鑄鐵的綜合物理性能，是至關(guān)重要的問(wèn)題。

　　二、增碳劑的選擇

　　增碳劑的種類很多，可以用作鑄鐵增碳劑的材料也很多，但質(zhì)量懸殊很大，價(jià)格差也很大，在保證鑄件質(zhì)量的前提下，應(yīng)根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品的特點(diǎn)和質(zhì)量要求，正確選擇增碳劑。

　　增碳劑的種類很多，根據(jù)大多數(shù)工廠的使用情況，僅扼要介紹兩種常用的增碳劑：

　　１．人造石墨

　　在常用的增碳劑中，人造石墨是品質(zhì)好的增碳劑。

　　制造人造石墨的主要原料是粉狀的優(yōu)質(zhì)煅燒石油焦，在其中加入少量其他輔料。原料配齊后壓制成形，然后經(jīng)2500～3000℃、非氧化性氣氛中處理，使之石墨化。經(jīng)高溫處理后，灰分、硫、氣體含量都大幅度減少。由于其生產(chǎn)工序多及生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，所以價(jià)格較高。

　　鑄造廠常用的人造石墨增碳劑，大都是制造石墨電極時(shí)的切屑，廢舊電極和石墨塊等循環(huán)利用的材料。

　　2.石油焦

　　石油焦是目前廣泛使用的增碳劑。

　　石油焦是精煉原油得到的副產(chǎn)品。原油經(jīng)過(guò)常壓蒸餾或減壓蒸餾得到的油渣及石油瀝青，都可以作為制造石油焦的原料，再經(jīng)焦化后就得到生石油焦。生石油焦中的雜質(zhì)含量高，不能直接用作增碳劑，必須先經(jīng)過(guò)煅燒處理。石油焦的煅燒是為了脫除硫、水分和揮發(fā)物。將生石油焦在1200～1350℃煅燒，可以使其成為基本純凈的碳。各種石油焦制品的成分列于表1（供參考）。

　　除此之外，還有天然石墨以及焦炭和無(wú)煙煤，由于在合成鑄鐵中很少使用，故不做介紹。

　　有資料介紹：

　　（1）普通煅燒石油焦增碳劑，其因?yàn)闆](méi)有經(jīng)過(guò)高溫煅燒，可能煅燒溫度偏低，時(shí)間偏短。氮含量一般在9000ppm左右，硫含量也高。在白紙上無(wú)法畫出清晰的痕跡。

　　（2）高溫煅燒石油焦增碳劑，氮含量在300～500ppm，硫比前者低很多。在白紙上可以留下清楚痕跡。

　　（3）質(zhì)量好的高溫煅燒石油焦增碳劑，氮含量在100ppm。硫比前者更低。在白紙上可以留下清晰痕跡，手感舒適，就像6B鉛筆一樣。

　　根據(jù)筆者到過(guò)幾個(gè)企業(yè)所知，很多工廠在購(gòu)買增碳劑時(shí)，一般注意的：一是增碳劑的價(jià)格；二是增碳劑中的固定碳、硫、灰分、揮發(fā)分、水分的含量，雖然這些對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本固然很重要，但往往忽視了一個(gè)重要參數(shù)，那就是增碳劑中的氮含量。

　　氮在鑄鐵中的作用具有兩面性：一般認(rèn)為當(dāng)?shù)吭?0～120ppm時(shí)，氮具有穩(wěn)定珠光體、提高鑄鐵力學(xué)性能的作用；當(dāng)鑄鐵的含氮量超過(guò)臨界點(diǎn)（一般認(rèn)為約140ppm）時(shí)，就會(huì)使鑄件產(chǎn)生氮?dú)饪住?/p>

　　雖然國(guó)外很多企業(yè)尤其是近年日本的很多企業(yè)，要求鑄鐵的氮含量在60～120ppm，鈦含量要求小于0.025%。但是，氮畢竟是惰性氣體，通常氮以三種形態(tài)存在于鑄鐵中：①溶于液態(tài)或固態(tài)鑄鐵中。②與鐵液中的元素形成氮化物。③從鐵液中析出，以單質(zhì)氣體的形式存在，形成氣孔。有資料介紹，爐料中廢鋼的使用量為15%時(shí)，鑄鐵中的氮含量為0.003%～0.005%；爐料中廢鋼的使用量為50%時(shí)，鑄鐵中的氮含量約為0.008%～0.012%；爐料全部為廢鋼時(shí)，氮含量可能高達(dá)0.014%以上。由于廢鋼的加入量不斷增加，增碳劑的加入量也不斷增加，所以必須重視增碳劑中的氮含量。為了避免鑄件出現(xiàn)氣孔缺陷，在購(gòu)買增碳劑時(shí)，一定要選購(gòu)含氮量低的品種，如有可能，應(yīng)該查增碳劑的中的氮含量。現(xiàn)在，不要說(shuō)增碳劑中的氮含量，就是鑄鐵中的氮含量，很多企業(yè)都不能準(zhǔn)確地分析出來(lái)。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，在購(gòu)買增碳劑時(shí)，要購(gòu)買大型企業(yè)的產(chǎn)品，可以在購(gòu)買前到生產(chǎn)廠家去考察，到已經(jīng)使用過(guò)的用戶里去了解，一旦使用后鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，就不要輕易更換供應(yīng)商。即便是固定的供應(yīng)商，在又一次批量進(jìn)貨時(shí)，也要先試用幾爐，確定對(duì)鑄件質(zhì)量沒(méi)有影響時(shí)，再正常使用。

　　我公司和駐馬店某企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)一直使用舞鋼市某公司生產(chǎn)的增碳劑，產(chǎn)品質(zhì)量很穩(wěn)定，后間斷使用SD某公司生產(chǎn)的增碳劑，鑄件加工后成批出現(xiàn)氣孔，嚴(yán)重時(shí)鑄件落砂后就可以發(fā)現(xiàn)。金相分析：氣孔周圍沒(méi)有石墨，邊沿白亮，呈“貧碳”現(xiàn)象。與“埃肯國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司”提供的金相圖譜相對(duì)比，應(yīng)該屬于氮?dú)饪住１?為出現(xiàn)氣孔爐次的化驗(yàn)結(jié)果。

　　三、增碳劑的使用方法

　　影響增碳劑吸收的因素有：

　　（1）增碳劑的自身質(zhì)量。

　　（2）鐵液的含碳量 一般情況下，鐵液的含碳量越低，增碳劑的吸收率越高，當(dāng)原鐵液的wC在3.6%以上時(shí)，再往上增碳就困難了。

　　（3）鐵液的含硅量 原鐵液中的硅越高，越影響增碳劑的吸收，這是因?yàn)楣杈哂信盘甲饔茫档土颂荚阼F液中的溶解度。

　　（4）鐵液的含錳量 原鐵液中的錳含量高，有利于增碳劑的吸收。

　　有資料介紹，初始碳量每增加0.1% , 增碳劑吸收率可降低1%～2%；硅量每增加0.11% , 增碳劑吸收率可降3%～4%；硫量每增加0.1% , 增碳劑吸收率可降低1%～2%；錳量每增加0.1% , 增碳劑吸收率可提高2%～3%。由此可見(jiàn), 當(dāng)鐵液中初始碳含量高時(shí), 在一定的溶解極限下, 增碳劑的吸收速度慢,吸收量少, 燒損相對(duì)較多, 增碳劑吸收率低。當(dāng)鐵液初始碳含量較低時(shí), 情況相反。另外, 鐵液中硅和硫阻礙碳的吸收, 降低增碳劑的吸收率。而錳元素有助于碳的吸收, 提高增碳劑吸收率。就影響程度而言, 硅大, 錳次之, 碳、硫影響較小。因此, 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中, 應(yīng)先增錳, 再增碳, 最后增硅。

　　（5）爐料和鐵液質(zhì)量（是否嚴(yán)重氧化）。

　　（6）爐工操作 增碳劑還沒(méi)有被吸收，就不停的往外挑渣，把增碳劑和熔渣一起挑出來(lái)。

　　（7）加入時(shí)間及加入方法 增碳劑不要先加入爐底。由于增碳劑的熔點(diǎn)高，其是依靠鐵液的包圍被緩慢地分解吸收的，所以如果直接加入爐底，不但會(huì)延長(zhǎng)增碳劑的分解時(shí)間，集聚的高溫還可以把爐底燒成海綿狀，把爐底燒穿。因此，應(yīng)在爐底有少量鐵液時(shí)，增碳劑隨廢鋼一起加入，力爭(zhēng)在爐料加入3／5時(shí)，把計(jì)算的增碳劑加入完畢。

　　（8）爐溫控制 在正常的生產(chǎn)條件下，鐵液溫度較高，則碳較易溶于鐵液，增碳效率因而較高。

　　用廢鋼加增碳劑生產(chǎn)合成鑄鐵，在選用增碳劑時(shí)，要根據(jù)廢鋼的加入量來(lái)選擇增碳劑，如果廢鋼的加入量少，可以選擇含氮量適當(dāng)高的增碳劑；如果廢鋼的加入量多，可以選擇含氮量低的增碳劑。優(yōu)質(zhì)的增碳劑，不但具有增碳作用，還具有對(duì)鐵液的孕育作用。由于氮畢竟是氣體，且不易化驗(yàn)和控制，所以在購(gòu)買增碳劑時(shí)，力爭(zhēng)購(gòu)買含氮量低的增碳劑為好。