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增碳劑的介紹
一種含碳量很高的黑色或者灰色顆粒（或塊狀）的焦碳后續(xù)產(chǎn)物，加入到金屬冶煉爐里，提高鐵液里碳的含量，一方面可以降低鐵液里氧的含量，另一方面更重要的是提高冶煉金屬或者鑄件的力學(xué)性能。
增碳劑的來源很多，形態(tài)各異，根據(jù)其加工工藝和成分等不同，價格差異很大。傳統(tǒng)的熔煉方式類似沖天爐熔煉：使用生鐵、回爐料、廢鋼、鐵合金等作為金屬爐料；新的合成鑄鐵生產(chǎn)工藝：使用廢鋼作爐料，利用增碳劑來調(diào)整鐵液的碳當(dāng)量。后一種生產(chǎn)方式更容易保證優(yōu)質(zhì)鐵液，同時通過少用或者取代生鐵改用廢鋼大大降低成本。通俗的說，利用增碳劑，我們能用最差的（廢鋼）煉出最好的（鑄件）。
國外增碳技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，國內(nèi)此項(xiàng)新工藝近幾年才開始發(fā)展，業(yè)內(nèi)很多人對增碳劑的品質(zhì)和質(zhì)量了解不夠深入，有些鑄造工作者選用增碳劑存在誤區(qū)。例如混淆增碳劑的固定碳含量和含碳量的含義，固定碳值是根據(jù)樣品的水分、揮發(fā)分、灰分、硫分計(jì)算得出的，而含碳量直接測碳儀便可以獲得。有些增碳劑的灰分高，含碳量也高，但是它的固定碳值一定不會太理想。還有些鑄造工作者片面的從增碳劑的固定碳含量和其物質(zhì)性質(zhì)便斷定其是否優(yōu)質(zhì)，其結(jié)果很可能誤入歧途，導(dǎo)致購入的增碳劑物不所值。
一、增碳劑的選擇及其指標(biāo)性能
在冶煉過程中，由于配料或裝料不當(dāng)以及脫碳過量等原因，有時造成鋼或鐵中碳含量沒有達(dá)到預(yù)期的要求，這時要向鋼或鐵液中增碳。通常用來增碳的主要物質(zhì)有無煙煤粉、增碳生鐵、電極粉、石油焦粉、瀝青焦、木炭粉和焦炭粉。對增碳劑的要求是，固定碳含量越高越好，灰分、揮發(fā)分及硫等有害雜質(zhì)含量越低越好，以免污染鋼。
鑄件的冶煉使用含雜志很少的石油焦經(jīng)過高溫培燒后的優(yōu)質(zhì)增碳劑，這是增碳工藝中最重要的環(huán)節(jié)。增碳劑質(zhì)量好壞決定了鐵液質(zhì)量的好壞，也決定了能否獲得好的石墨化效果。簡言之，減少鐵液收縮增碳劑起到舉足輕重的作用。
全廢鋼電爐熔煉時，優(yōu)先選用經(jīng)過了石墨化處理的增碳劑，經(jīng)過高溫石墨化處理的增碳劑，碳原子才能從原來的無序排列變成片狀排列，片狀石墨才能成為石墨形核的最好核心，以利促進(jìn)石墨化。因此，我們應(yīng)該要選用經(jīng)過高溫石墨化處理的增碳劑。因?yàn)楦邷厥幚頃r，硫分被生成SO2氣體逸出而降低。所以高品質(zhì)的增碳劑含硫分很低， w（s） 一般小于0.05%，更好的w（s）甚至小于0.03%。同時，這也是判斷是否經(jīng)過高溫石墨化處理以及石墨化是否良好的一個間接指標(biāo)。如果選用的增碳劑沒經(jīng)過高溫石墨化處理，石墨的形核能力就大大降低，石墨化能力減弱，即使也能達(dá)到同樣的碳量，但結(jié)果完全不一樣。
所謂增碳劑，就是要在加入后可以有效提高鐵液中碳的含量，所以增碳劑的固定碳含量一定不能太低，否則要達(dá)到一定的含碳量，就需要加入相比高碳的增碳劑更多的樣品，這樣無疑增加了增碳劑中其他不利元素的量，使鐵液不能獲得較好的收益。
低的硫、氮、氫元素是防止鑄件產(chǎn)生氮?dú)饪椎年P(guān)鍵，這樣就要求增碳劑的含氮量越低越好。
增碳劑的其他指標(biāo)，諸如水分、灰分、揮發(fā)分的量越低的固定碳量就越高，所以高的固定碳量，這些有害成分的含量一定不會高。
針對不同的熔煉方式、爐型以及熔煉爐的尺寸，選擇合適的增碳劑顆粒度也很重要，可以有效提高鐵液對增碳劑的吸收速度和吸收率，避免因過小的顆粒度而引起的增碳劑氧化燒損。其粒度最好為：100kg爐小于10mm,500kg爐小于15mm,1.5噸爐小于20mm,20噸爐小于30mm。轉(zhuǎn)爐冶煉中，高碳鋼種時，使用含雜質(zhì)很少的增碳劑。對頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼用增碳劑的要求是固定碳要高，灰分，揮發(fā)分和硫，磷，氮等雜質(zhì)含量要低，且干燥，干凈，粒度適中。其固定碳C96%，揮發(fā)分≤1.0%，S≤0.5%，水分≤0.5%，粒度在1-5mm。粒度太細(xì)容易燒損，太粗加入后浮在鋼液表面，不容易被鋼水吸收。針對感應(yīng)電爐的顆粒度在0.2-6mm，其中鋼和其他黑色金屬顆粒度在1.4-9.5mm，高碳鋼要求低氮，顆粒度在0.5-5mm，等等具體需要根據(jù)具體的爐型冶煉工件的種類等等細(xì)節(jié)具體判斷和選用。
二、加增碳劑熔煉新工藝對比傳統(tǒng)工藝
生鐵中有許多粗大的過共晶石墨，這種粗大的石墨具有遺傳性，熔煉溫度低，粗大石墨不易被消除，粗大的石墨從液態(tài)遺傳到了固態(tài)鑄鐵組織中，一方面降低鑄鐵所能達(dá)到的強(qiáng)度，降低了材料的性能，另一方面使凝固過程中本來應(yīng)該產(chǎn)生的石墨化析出的膨脹作用削弱，使鐵液凝固過程中的收縮傾向增大。
在沖天爐熔煉時，盡量降低生鐵爐料的用量，使用增碳劑來保證高碳當(dāng)量，相對提高廢鋼用量。這樣，在高溫熔煉的條件下，可以滲碳方式獲得活性好，石墨化作用更顯著的碳。在鑄件上反映出石墨的形態(tài)更好，從而有利于提高力學(xué)性能，減少收縮傾向，改善加工性能。
電爐熔煉時，同樣通過低生鐵用量甚至零用量，以滲碳方式獲得優(yōu)質(zhì)鐵液。
從材質(zhì)性能上來說，過去那種大比例的生鐵用量做法，與同樣成分的高廢鋼用量相比，其力學(xué)性能也要低半個牌號。因此，加增碳劑熔煉的新工藝比傳統(tǒng)上那種大比例的生鐵用量相比無論從成本還是成品性能都要優(yōu)越。
三、增碳劑對熔煉的影響及使用
同樣的化學(xué)成分，采用不同的熔煉工藝、不同配料和配料比，鐵液的冶金質(zhì)量完全不同。獲得好的滲碳效果，電爐采用的是增碳技術(shù)，沖天爐采用的是高溫熔煉技術(shù)。增碳劑對熔煉的影響主要有三方面。
1.鐵液增碳技術(shù)，在熔煉過程中特別是電爐熔煉，可以增加石墨晶核。沖天爐熔煉中加入碳化硅還能增加鐵液的長效石墨晶核，同時減少鐵液氧化。
2.增碳是防止或減輕收縮傾向最好的措施。由于鐵液凝固過程中的具有石墨化膨脹的作用，因此良好的石墨化會減少鐵液的收縮傾向。
3. 在高的碳量條件下，為獲得高強(qiáng)度的灰鑄鐵鑄件，熔煉過程采用全廢鋼加增碳劑的工藝，使鐵液更加純凈，生產(chǎn)的鑄件材料性能高。
熔煉要用不含油污的干凈料，避免產(chǎn)生漏電或浮渣過多的現(xiàn)象。某廠前幾爐因使用了油浸廢鐵屑，使線圈出現(xiàn)電火花，曾認(rèn)為是爐襯料含鐵太高而產(chǎn)生漏電。其實(shí)是因?yàn)槿蹮挼蔫F屑含有油污，容易出現(xiàn)碳沉積。碳積沉部位是在爐襯冷面，甚至沉積到隔熱層中，由于爐襯尚未充分燒結(jié)，CO滲入爐襯后部，發(fā)生COC+O2反應(yīng)，生成C沉積在爐襯冷面或隔熱材料的氣孔中。當(dāng)產(chǎn)生碳沉積時，會造成爐體接地漏電，造成線圈冒火花。改用純凈料即可避免。另外一個廠因?yàn)椴少彽膹U鋼來源混亂，甚至表層涂附有油漆、石灰、煤等物質(zhì)，造成浮渣多，在后期除渣工作消耗了大量的人力與物力。
一般認(rèn)為，鐵水溫度越高，作用時間越長，碳的吸收率越高。但實(shí)際正好相反，在感應(yīng)電爐內(nèi)是低溫增碳，高溫增硅，即在高溫時，非但不增碳，反而是降碳，這是因?yàn)椋?/SPAN>①石墨碳主要損失于向爐外大氣的氣相擴(kuò)散；②鐵水中的氧化性與C-Si-O的平衡有關(guān)，鐵水中的CO不斷地被氧化為CO2,而CO2又會被C還原，反應(yīng)產(chǎn)生的CO,CO2氣體上浮溢出鐵水表面，使鐵水中的碳含量下降。反應(yīng)速度與平衡溫度有關(guān)，而平衡溫度又隨著碳硅含量的不同而變化。對于球鐵原鐵水，平衡溫度大約為1450℃±20℃，灰鐵原鐵水約為1400℃±20℃。鐵水在平衡溫度以上碳的氧化變得劇烈。反應(yīng)的結(jié)果使鐵水中的碳不斷地被氧化燒損，硅的燒損減少。這時在鐵水表面加入的增碳劑使鐵水中的增碳和降碳達(dá)到平衡。
根據(jù)以上分析，下面是增碳劑在感應(yīng)電爐內(nèi)增碳的正確使用方法：
1.使用5T以上的電爐,原料單一穩(wěn)定，我們推薦分散加入法。根據(jù)含碳量的要求，按配料比，將增碳劑與金屬爐料隨各批料一同加入電爐中下部位，一層金屬爐料一層增碳劑，碳的吸收率可達(dá)90%-95%，增碳劑在熔化時不要打渣，否則易裹在廢渣里，影響碳的吸收；
2.使用3T左右中頻感應(yīng)電爐，原料單一穩(wěn)定，我們推薦集中加入法。在爐內(nèi)先熔化或剩余少量鐵水時，將需配加的增碳劑一次性加在鐵水表面，并立即加金屬爐料，將增碳劑全部壓入鐵水中，使增碳劑與鐵水充分接觸，吸收率在90%以上；
3.使用小型中頻電爐,原料夾有生鐵等高碳物質(zhì)的,我們推薦增碳劑微調(diào)。鋼/鐵水熔化后，調(diào)整碳分，可以加在鋼/鐵水表面，通過電爐熔煉時鋼（鐵）水的渦流攪拌或人工攪拌使本產(chǎn)品溶解吸收，碳的吸收率在93%左右。
四、優(yōu)質(zhì)增碳劑具備的特性
1.顆粒大小適中，孔隙度大，吸收速度快。
2.化學(xué)成分純凈，高碳、低硫、有害成分極微，吸收率高。
3.產(chǎn)品石墨晶體結(jié)構(gòu)好，提高原鐵液的形核能力。在孕育中增加球墨鑄鐵的墨球數(shù)量，在電爐鐵液中增加石墨晶核。細(xì)化、均勻化石墨在鑄件中的分布。
4.性能優(yōu)異、穩(wěn)定。
選用合適的增碳劑有助于降低冶煉生產(chǎn)成本，提高冶煉金屬及鑄件的質(zhì)量，讓冶煉金屬廠、鑄造廠受益。 |
