增碳劑的選擇及使用，不該忽視重要參數！

一、合成鑄鐵

近年來，鑄件市場競爭激烈，而鑄件質量要求越來越高，價格卻是低來越低，而對企業的環保要求也越來越嚴格，所以在很多地方，已用感應電爐取代沖天爐熔化鐵液。從原材料的價格上來說，由于工業發達國家的廢鋼供應充足，我國廢鋼在社會上沉淀存留量較多，廢鋼價格比新生鐵價格低的多，所以這幾年廣泛采用廢鋼加增碳劑的方法生產鑄鐵，即“合成鑄鐵”。在生產過程中如果工藝操作正確，不但鑄鐵的化學成分和溫度便于控制，還可以提高鑄件的綜合物理性能，同時也可以降低鑄件的生產成本。在合成鑄鐵技術不斷發展、不斷完善的過程中，廢鋼的加入量也越來越多，從最初的少量加入，現已經增加到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，對改善鑄鐵組織、提高鑄鐵的綜合物理性能，是至關重要的問題。

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，但質量懸殊很大，價格差也很大，在保證鑄件質量的前提下，應根據企業產品的特點和質量要求，正確選擇增碳劑。

增碳劑的種類很多，根據大多數工廠的使用情況，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，人造石墨是品質最好的增碳劑。

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

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

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品。原油經過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，再經焦化后就得到生石油焦。生石油焦中的雜質含量高，不能直接用作增碳劑，必須先經過煅燒處理。石油焦的煅燒是為了脫除硫、水分和揮發物。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，其因為沒有經過高溫煅燒，可能煅燒溫度偏低，時間偏短。氮含量一般在9000ppm左右，硫含量也高。在白紙上無法畫出清晰的痕跡。

（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）質量最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。

根據筆者到過幾個企業所知，很多工廠在購買增碳劑時，一般注意的：一是增碳劑的價格；二是增碳劑中的固定碳、硫、灰分、揮發分、水分的含量，雖然這些對穩定產品質量和降低生產成本固然很重要，但往往忽視了一個重要參數，那就是增碳劑中的氮含量。

氮在鑄鐵中的作用具有兩面性：一般認為當氮含量在70～120ppm時，氮具有穩定珠光體、提高鑄鐵力學性能的作用；當鑄鐵的含氮量超過臨界點（一般認為約140ppm）時，就會使鑄件產生氮氣孔。

雖然國外很多企業尤其是近年日本的很多企業，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，通常氮以三種形態存在于鑄鐵中：①溶于液態或固態鑄鐵中。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，鑄鐵中的氮含量為0.003%～0.005%；爐料中廢鋼的使用量為50%時，鑄鐵中的氮含量約為0.008%～0.012%；爐料全部為廢鋼時，氮含量可能高達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。為了避免鑄件出現氣孔缺陷，在購買增碳劑時，一定要選購含氮量低的品種，如有可能，應該查增碳劑的中的氮含量?，F在，不要說增碳劑中的氮含量，就是鑄鐵中的氮含量，很多企業都不能準確地分析出來。根據筆者的經驗，在購買增碳劑時，要購買大型企業的產品，可以在購買前到生產廠家去考察，到已經使用過的用戶里去了解，一旦使用后鑄件質量穩定，就不要輕易更換供應商。即便是固定的供應商，在又一次批量進貨時，也要先試用幾爐，確定對鑄件質量沒有影響時，再正常使用。

我公司和駐馬店某企業長期以來一直使用舞鋼市某公司生產的增碳劑，產品質量很穩定，后間斷使用SD某公司生產的增碳劑，鑄件加工后成批出現氣孔，嚴重時鑄件落砂后就可以發現。金相分析：氣孔周圍沒有石墨，邊沿白亮，呈“貧碳”現象。與“?？蠂H貿易（上海）有限公司”提供的金相圖譜相對比，應該屬于氮氣孔。表2為出現氣孔爐次的化驗結果。

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，當原鐵液的wC在3.6%以上時，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，這是因為硅具有排碳作用，降低了碳在鐵液中的溶解度。

（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, 當鐵液中初始碳含量高時, 在一定的溶解極限下, 增碳劑的吸收速度慢,吸收量少, 燒損相對較多, 增碳劑吸收率低。當鐵液初始碳含量較低時, 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, 硅最大, 錳次之, 碳、硫影響較小。因此, 在實際生產過程中, 應先增錳, 再增碳, 最后增硅。

（5）爐料和鐵液質量（是否嚴重氧化）。

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

（7）加入時間及加入方法  增碳劑不要先加入爐底。由于增碳劑的熔點高，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，不但會延長增碳劑的分解時間，集聚的高溫還可以把爐底燒成海綿狀，把爐底燒穿。因此，應在爐底有少量鐵液時，增碳劑隨廢鋼一起加入，力爭在爐料加入3／5時，把計算的增碳劑加入完畢。

（8）爐溫控制  在正常的生產條件下，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合成鑄鐵，在選用增碳劑時，要根據廢鋼的加入量來選擇增碳劑，如果廢鋼的加入量少，可以選擇含氮量適當高的增碳劑；如果廢鋼的加入量多，可以選擇含氮量低的增碳劑。優質的增碳劑，不但具有增碳作用，還具有對鐵液的孕育作用。由于氮畢竟是氣體，且不易化驗和控制，所以在購買增碳劑時，力爭購買含氮量低的增碳劑為好。

（來源：《金屬加工（熱加工）》轉載請注明出處）

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