铸铁的增碳原理和常用的增碳剂.docx

1、冲天炉熔炼铸铁时，熔融的铁以液滴通过灼热的底焦，增碳效果很好，通常可以通过调整底焦高度、控制炉料配比和铁液温度来控制增碳量，有必要采用增碳剂的情况很少。感应电炉熔炼铸铁时，炉内没有碳源，炉料中废钢的用量又多，增碳剂一般都是必不可少的。增碳剂的品种及其特征，不仅影响增碳效率，对铸件的冶金质量也有重要的影响。一、铁液中的碳碳在常压下的熔点为 3550，沸点为 4194，3500开始升华，是熔点最高的元素。在常温下，各种含碳材料中的碳基本上都不具活性，在高温下却有很强的反应能力。在有氧的条件下加热，无定形碳在 350以上就会发生氧化反应，石墨则在450以上发生氧化反应。碳氧化所产生的 CO2 在高温

2、下是不稳定的，易于释放氧而形成 CO。大气中的 CO2 在 1000下基本上都转变为 CO，残留的 CO2 不到 1。铁液中的碳，主要以两种状态存在：一种是溶于铁液中，称之为溶解碳另一种是以亚微观的颗粒悬浮于铁液中，也称为游离碳，其形态是晶态石墨。灰铸铁铁液凝固过程中，溶解碳主要以石墨的形态析出，少量固溶于共晶奥氏体。共析转变时，固溶于奥氏体中的碳，一部分以化合碳 Fe3C 析出，一部分扩散到已形成的石墨上。常温下，除合金含量高的奥氏体铸铁外，固溶于铁中的碳很少。凝固后的铸铁中碳含量的测定值，是其中化合碳量、游离碳含量和少量固溶碳量的总和。浇注铁液制成的铸件中，微观组织中化合碳的含量，化合碳的

3、形态和弥散程度，游离碳的形态和尺寸，都取决于铸铁的化学成分、铁液的过热程度、铁液的处理过程和铸件的冷却速率。对于控制铸铁质量，这些都是至关重要的问题。除此以外，在高温下，铁液中的碳易于被氧化成为 CO，所以有人认为铁液中的碳也是一种“气体形成元素”。CO 在铁液中的溶解度很小，形成后即释放于邻近液面的大气中。铁液中硅含量高，则溶解于其中的碳以石墨析出的倾向大，在这种条件下，要使铁液增碳当然困难。铁液中硅含量低，增碳就比较容易。因此，铸铁熔炼过程中的增碳应在增硅以前进行。对铸铁进行孕育处理时，细小的孕育剂弥散分布，产生大量硅浓度高的微区，促使该处的 碳以微细的晶态石墨析出，形成铁液共晶凝固阶段的

4、石墨化核心。铁液经孕育处理后，随着放置时间的延长，高浓度的硅又逐渐向周边扩散，硅浓度降低后，微细的晶态石墨又会逐渐溶于铁液，孕育作用也就随之逐渐衰退。为了使铸铁组织中石墨的形态和尺寸符合要求，铁液中必须有这样的微细晶态石墨，作为共晶凝固时的石墨化晶核。除此以外，铁液中还需要氧化物、硫化物、硫氧复合化合物之类的夹杂物，作为石墨的外来晶核。如果铁液在感应电炉中保持时间很长（20 小时以上），由于长时间处于高温状态，又有感应电流的搅拌作用，微细的晶态石墨和外来结晶核心都逐渐溶于铁液，石墨化的核心大幅度减少。这样的铁液，过冷度很大，对孕育处理的回应能力极差，不可能通过孕育处理使铸铁具有符合要求的微观组

5、织，因而，即使化学成分完全符合要求，也不能用以浇注铸件。这种缺乏石墨结晶核心的铁液，美国通常称之为“周一晨间铁液（Mondaymorning iron）”，因为，大型感应电炉中贮存的铁液，经周末休假后，周一上班时就是这种状况。这是一个令人十分头痛的问题，目前，处理周一晨间铁液的方法是：加入废钢使铁液激冷，同时加入硅铁，以促进析出微细的晶态石墨，增加石墨化所必需的核心。二、增碳剂可以用作铸铁增碳剂的材料很多，常用的有人造石墨、煅烧石油焦、天然石墨、焦炭、无烟煤以及用这类材料组配成的混合料。1、人造石墨上述各种增碳剂中，品质最好的是人造石墨。制造人造石墨的主要原料是粉状的优质煅烧石油焦，在其中加沥

6、青作为粘结剂，再加入少量其他辅料。各种原材料配合好以后，将其压制成形，然后在 25003000、非氧化性气氛中处理，使之石墨化。经高温处理后，灰分、硫、气体含量都大幅度减少。由于人造石墨制品的价格昂贵，铸造厂常用的人造石墨增碳剂大都是制造石墨电极时的切屑、废旧电极和石墨块等循环利用的材料，以降低生产成本。熔炼球墨铸铁时，为使铸铁的冶金质量上乘，增碳剂宜首选人造石墨，为此，最好向附近用电弧炉炼钢的企业或电解铝生产企业购买废电极，自行破碎到要求的粒度。2、石油焦石油焦是目前广泛应用的增碳剂。石油焦是精炼原油得到的副产品，原油经常压蒸馏或减压蒸馏得到的渣油及石油沥青，都可以作为制造石油焦的原料，再经焦化后就得到生石油焦。生石油焦的产量大约不到所用原油量的 5。美国生石油焦的年产量约 3000 万吨。生石油焦中的杂质含量高，不能直接用作增碳剂，必须先经过煅烧处理。生石油焦有海绵状、针状、粒状和流态等品种。海绵状石油焦是用延迟焦化法制得的，由于其中硫和金属含量较高，通常用作煅烧时的燃料，也可作为煅烧石油焦的原料。经煅烧的海绵焦，主要用于制铝业和用作增碳剂。针状石油焦，是用芳香烃的含量高、杂质含量