增碳劑的使用方法

1、o 增碳劑的使用方法：1、爐內(nèi)投入法： 增碳劑適于在感應(yīng)爐中熔煉使用，但依據(jù)工藝要求具體使用也不盡相 同。（1）在中頻電爐熔煉中使用增碳劑，可按配比或碳當(dāng)量要求隨料加入 電爐中下部位，回收率可達(dá) 95%以上；（2）鐵液熔清如果碳量不足調(diào)整碳分時，先打凈爐中熔渣，再加增碳 劑，通過鐵液升溫，電磁攪拌或人工攪拌使碳溶解吸收，回收率可在 90 左右，如果采用低溫增碳工藝，即爐料只熔化一 部分，熔化的鐵液溫度較低的情況下，全部增碳劑一次性加入鐵液中，同時用固體爐料將其壓入鐵液中不讓其露出鐵液表 面。這種方法鐵液增碳可達(dá) 1.0%以上。2、爐外增碳：（1）包內(nèi)噴石墨粉選用石墨粉做增碳劑，吹入量為 40k

2、g/t ，預(yù)期能使鐵液含碳量從 2% 增到 3%。隨著鐵液碳含量逐漸升高，碳量利用率下降，增碳前鐵液溫度1600c，增碳后平均為1299c。噴石墨粉增碳，一般采用氮氣做載體，但在工業(yè)生產(chǎn)條件下，用壓縮空氣更方便，而且壓縮空氣中的氧燃燒產(chǎn)生 co化學(xué)反應(yīng)熱可補償部 分溫降，而且co的還原氣氛利于改善增碳效果。（2）出鐵時使用增碳劑可將 100300 目的石墨粉增碳劑放到包內(nèi)，或從出鐵槽隨流沖入，出 完鐵液后充分?jǐn)嚢?，盡可能使碳溶解吸收，碳的回收率在 50%左右。一、增碳劑的加入時間不能忽視。增碳劑的加入時間若過早，容易使其附著在爐底附近，而且附 著爐壁的增碳劑又不易被熔入鐵液。與之相反，加入時間

3、過遲，則失去 了增碳的時機，造成熔煉、升溫時間的遲緩。這不僅延遲了化學(xué)成分分 析和調(diào)整的時間，也有可能帶來由于過度升溫而造成的危害。因此，增 碳劑還是在加入金屬爐料的過程中一點一點地加入為好。如在一次加入量過大的情況下，可以結(jié)合感應(yīng)電爐時采用的鐵液過熱操作結(jié)合考慮，保證增碳劑在鐵液中的吸收時間10mi n, 方面通過電磁攪拌作用使增碳劑充分?jǐn)U散吸收，保證吸收效果。另一方面可 以減少增碳劑中帶入的含氮量。、加入方法上改進(jìn)不要一次加入，分批加，最后熔化了加一部分，放一部分（一包左右）鐵水到包里，再回沖爐里增碳劑 1-2 次，然后打渣，加合金 有以下幾個方面需要注意的：1. 增碳劑比較難吸收（沒有經(jīng)

4、過煅燒的 ）2. 增碳劑灰分多 顆粒分布不均勻3. 加入時間太晚4. 加入方法不對，采用分層加入。避免鐵液鏡面又太多渣的時候加入5. 盡量別用太多鐵銹的材料。三、影響增碳效果的因素1、增碳劑粒度對吸收率的影響 使用增碳劑的增碳過程包括溶解擴(kuò)散過程和氧化損耗過程。增 碳劑的粒度大小不同 , 溶解擴(kuò)散速度和氧化損耗速度也就不同 , 而增 碳劑吸收率的高低就取決于增碳劑溶解擴(kuò)散速度和氧化損耗速度的綜 合作用。在一般情況下 , 增碳劑顆粒小 , 溶解速度快 , 損耗速度大 ; 增 碳劑顆粒大 , 溶解速度慢 , 損耗速度小。例如 , 在 110kg 高頻感應(yīng)爐 中,粒度015018mm的增碳劑溶解速度

5、很快,在沒來得及氧化損耗 前大部分已溶解于鐵液中 , 只有少部分損耗掉 , 因此吸收率高。 在 60kg 感應(yīng)爐中 , 爐膛的直徑和容量較大 , 增碳劑粒度 015018mm , 相對爐 膛的直徑和容量太小 , 損耗速度很快 , 吸收率低 ; 而粒度 116312mm 相對于爐膛直徑和容量來說 , 增碳劑溶解速度較快 , 損耗速度較慢 , 溶解占據(jù)主導(dǎo)作用 , 吸收率高 6。因此 , 增碳劑粒度大小的選擇與 爐膛直徑和容量有關(guān) , 一般情況下 , 爐膛的直徑和容量大 , 增碳劑的 粒度要大一些 ; 反之, 增碳劑的粒度要小一些。2、增碳劑加入量對吸收率的影響 在一定的溫度和化學(xué)成分相同的條件下

6、 , 鐵液中碳的飽和 濃度一定。鑄鐵中碳的溶解極限為 c %= 113 + 010257 t - 0131si % - 0133 p %- 0145 s %+ 01028mn %（ t 為鐵液溫度 ） 。在 一定飽和度下 , 增碳劑加入量越多 , 溶解擴(kuò)散所需時間就越長 , 相應(yīng) 損耗量就越大 , 吸收率就會降低。3、飽和濃度一定 , 溫度對增碳劑吸收率的影響 從動力學(xué)和熱力學(xué)的觀點分析 , 鐵液的氧化性與 c - si - o 系的平衡溫度有關(guān) , 即鐵液中的 o 與 c、si 有如下的反應(yīng)7: si + 2 o = sio2 （s） ,c+o= co(g) ,sio2 (s) + 2 c=

7、 si+ 2co(g) 。 g 0t = 549359 - 309145 t lg sic2 = -27486t+ 15147 (4)平衡溫度 t 隨目標(biāo) c、si 含量不同而變化 , 如式 （4） 所 示。依式（4）可以計算出平衡溫度。當(dāng)鐵液成分（%）為：219311c 110112si時，平衡溫度為1380 c左右。鐵液在平衡溫度以上時，優(yōu) 先發(fā)生碳的氧化,c和o生成co和co2。這樣,鐵液中的碳氧化損耗 增加。因此 , 在平衡溫度以上時 , 增碳劑吸收率降低。當(dāng)增碳溫度在平 衡溫度以下時 , 由于溫度較低 , 碳的飽和溶解度降低 , 同時碳的溶解 擴(kuò)散速度下降 , 因而收得率也較低。因此

8、 , 增碳溫度在平衡溫度時 , 增 碳劑吸收率最高。但由于在實驗室和生產(chǎn)過程中 , 鐵液溫度總會受到諸 多因素的影響，所以，實際增碳溫度在計算出的平衡溫度上加減 10 c 左右波動。4、鐵液攪拌對增碳劑吸收率的影響在增碳劑未完全溶解前 , 攪拌時間長 , 吸收率高。攪拌有利于 碳的溶解和擴(kuò)散 , 減少增碳劑浮在表面被燒損。攪拌還可以減少增碳保 溫時間, 使生產(chǎn)周期縮短 , 避免鐵液中合金元素?zé)龘p。但攪拌時間過 長, 不僅對爐子的使用壽命有很大影響 , 而且在增碳劑溶解后 , 攪拌 會加劇鐵液中碳的損耗。因此 , 適宜的鐵液攪拌時間應(yīng)以保證增碳劑完 全溶解為適宜。5、鐵液化學(xué)成分對增碳劑吸收率的

9、影響初始碳量每增加 0.1% , 增碳劑吸收率大約降低 1 % 2 %; 硅 量每增加 0.11% , 增碳劑吸收率大約降低 3 %4 %; 硫量每增加 0.1% , 增碳劑吸收率大約降低 1 % 2 %; 錳量每增加 0.1 % , 增碳劑吸收率 大約提高 2 %3 %。由此可見 , 當(dāng)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(dāng)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 ,

10、 碳、硫影響較小。因 此, 在實際生產(chǎn)過程中 , 應(yīng)先增錳, 再增碳, 最后增硅。6、增碳工藝對鑄鐵組織和性能的影響 增碳工藝對鑄鐵組織的影響經(jīng)過用增碳劑增碳處理后的鑄鐵 在鐵液中生成了大量彌散分布的非均質(zhì)結(jié)晶核心 , 降低了鐵液的過冷 度, 促使生成以 a 型石墨為主的石墨組織 ; 同時, 由于生鐵用量少 , 其遺傳作用大為削弱 , 因此使 a 型石墨片分枝 發(fā)達(dá)不易長大 , 使得石墨短小且均勻。（ 1 ）爐料要求：無油無銹 , 廢鋼要求表面不許有過度氧化現(xiàn)象（ 2）一般按每加入 100公斤廢鋼加入增碳劑 4公斤準(zhǔn)備。(3) 出爐溫度控制在1550c，預(yù)計球化降溫100c,手包降溫50c(4

11、) 第一爐生產(chǎn)時采取在電爐底加入 10-20 公斤優(yōu)質(zhì)鐵削。第二爐起生產(chǎn)時采取上一爐剩余鐵液 20-40 公斤。( 5)鐵削加入后用塑料口袋裝入規(guī)定配入的增碳劑放入鐵削上。第二爐起在剩余鐵液 20-40 公斤上投入塑料口袋裝得增碳劑投入鐵液 面。(6) 加入碳素小顆粒(小于50 x 50面積)廢鋼50公斤,緊密覆蓋整個 爐塘。(7) 啟動熔化，加入剩余廢鋼一加配入生鐵一加配入回爐鐵(注意回爐 鐵的表面粘砂不要過多(防止增碳劑與砂粘合影響吸收)。(8) 鐵液熔化完畢后用覆蓋劑覆蓋,溫度達(dá)到1400c時反復(fù)2-3次清理 爐渣。( 9)球化處理吊包裝入球化劑、硅鐵后用優(yōu)質(zhì)鐵削覆蓋表面。( 10)熔煉

12、完畢用優(yōu)質(zhì)除渣劑清理爐內(nèi)液面溶渣 2-3 次, 檢測鐵液溫度1550c -1600c。( 11)鐵液出爐采用出鐵三分之二鐵液時 , 立即在爐嘴處順流加入二次硅鋇孕育劑。( 12)用優(yōu)質(zhì)除渣劑清理溶渣。提出了當(dāng)前對增碳劑的認(rèn)識存在的誤區(qū)，以及優(yōu)質(zhì)增碳劑的選擇。把加 增碳劑的熔煉新工藝與傳統(tǒng)熔煉(只加生鐵)工藝進(jìn)行對比，分析了增 碳劑對熔煉的影響，說明使用中應(yīng)當(dāng)注意的問題，闡明了增碳劑的正確 使用方法。關(guān)鍵詞： 增碳劑；熔煉；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

13、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

14、計算得出的，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

15、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。因為高溫石墨化處理時，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

16、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)生氮氣孔的關(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

17、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 o96%揮發(fā)分w 1.0%, sw 0.5%, 水分w 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

18、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，

19、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。、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

20、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。其實是因為熔煉的鐵屑含有油污，容易出現(xiàn)碳沉積。碳 積沉部位是在爐襯冷

21、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co>c+ot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。另外一個廠因為采購的廢鋼來源混亂，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，這是因為：石墨碳主要損失于向爐外大氣的氣相擴(kuò) 散；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co,而co又會被c還原，反應(yīng)產(chǎn)生的co,co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