沖天爐熔煉鑄鐵時，熔融的鐵液以液滴形式通過灼熱的底焦，增碳效果很好。通常可以通過調高底焦高度、控制爐料配比和鐵液溫度來控制增碳量，使用增碳劑的情況很少。

感應電爐熔煉鑄鐵時，爐内沒有碳源，爐料中的廢鋼用量又多，增碳劑是必不可少的原料。增碳劑的品種及其特征，不僅影響增碳效率，對鑄件的冶金質量也有重要的影響。

鐵液中的碳

碳在常壓下的熔點為3550℃，沸點4194℃，3500℃開始升華，是熔點最高的元素。常溫下，各種含碳材料中的碳基本上都不具有活性，在高溫下碳卻有很強的反應能力。在有氧條件下加熱，無定形碳在350℃以上就會發生氧化反應，石墨則 在450℃以上發生氧化反應。碳氧化所生成的CO2在高溫下是不穩定的，易于釋放氧而生成CO。大氣中的CO2在1000℃下基本都轉變為CO，殘留的CO2不到1%。

鐵液中的碳主要以兩種狀态存在：一種是溶于鐵液中，稱之為溶解碳；另一種以亞微觀的顆粒懸浮在鐵液中，也稱遊離碳，其形态是晶态石墨。

灰鑄鐵鐵液凝固過程中，溶解碳主要以石墨形态析出，少量固溶于共晶奧氏體。共析轉變時，固溶于奧氏體中的碳一部分以碳化鐵析出，另一部分擴散到已形成的石墨上。常溫下，除合金含量高的奧氏體鑄鐵外，固溶于鐵中的碳很少。

凝固後的鑄鐵中碳含量的測定值是其中化合碳、遊離碳和少量固溶碳含量的總和。澆注鐵液制成的鑄件中，微觀組織中化合碳的含量，化合碳的形态和彌散程度，遊離碳的形态和尺寸都取決于鑄鐵的化學成分、鐵液的過熱程度、鐵液的處理過程和鑄件的冷卻速度。對于控制鑄鐵質量，這些都是至關重要的問題。

除此以外，在高溫下鐵液中的碳易于被氧化成CO，因此有人認為鐵液中的碳也是一種氣體形成元素。CO在鐵液中的溶解度極低，形成後即釋放于鄰近 液面的大氣中。

鐵液中矽含量高，則溶解于其中的碳以石墨析出的傾向大，在這種條件下，要使鐵液增碳就很困難。鐵液中矽含量低，增碳就比較容易。因此鑄鐵熔煉過程中的增碳應在增矽以前進行。

對鐵液進行孕育處理時，細小的孕育劑彌散分布，産生大量矽濃度高的微區，促使該處的碳以微細的晶态石墨析出，形成鐵液共晶凝固階段的石墨化核心。鐵液經孕育處理後，随着放置時間的延長，高濃度的矽又逐漸向周邊擴散，矽濃度降低後，微細的晶态石墨又會逐漸溶于鐵液，孕育作用也随之逐漸衰退。

為了使鑄鐵組織中石墨的形态和尺寸符合要求，鐵液中必須要有這樣的微細晶态石墨，作為共晶凝固時的石墨化核心。除此之外，鐵液中還需要氧化物、硫化物、硫氧複合化合物之類的夾雜物，作為石墨的外來晶核。

如果鐵液在感應電爐中保持時間很長（20h以上），由于長時間處于高溫狀态，又有感應電流的攪拌作用，微細的晶态石墨和外來結晶核心都逐漸溶于鐵液，石墨化的核心大幅度減少。這樣的鐵液過冷度很大，對孕育處理的回應能力極差，不可能通過孕育處理使鑄鐵具有符合要求的微觀組織，因而即使化學成分完全符合要求，也不能用來澆注鑄件。這種缺乏石墨結晶核心的鐵液，美國通常稱之為“周一早晨鐵液”（Monday morning iron），因為大型感應電爐中儲存的鐵液經過周末休假後，周一上班就是這種狀況。這是一個令人十分頭痛的問題。目前，處理這種鐵液的方法是：加入廢鋼使鐵液激冷，同時加入矽鐵，以促進析出微細的晶态石墨，增加石墨化所必需的核心。

增碳劑的種類

可用作鑄鐵增碳劑的材料很多，常用的有人造石墨、煅燒石油焦、天然石墨、焦炭、無煙煤以及用這類材料配制成的混合料。

在上述材料中，品質最好的是人造石墨。制造人造石墨的主要原料是粉狀的優質煅燒石油焦，在其中加入瀝青作為粘接劑，再加入少量輔料。各種原材料配制好以後，将其壓制成型，然後在2500-3000℃非氧化性氣氛中處理，使之石墨化。經過高溫處理後，灰分、硫、氣體含量都大幅度減少。由于人造石墨制品價格昂貴，鑄造廠常用的人造石墨大都是制造石墨電極時的切屑，廢舊電極碎塊和石墨塊等循環利用的材料，以降低生産成本。

熔煉球墨鑄鐵時，為使鑄鐵的冶金質量上乘，增碳劑首選人造石墨，為此可以向附近采用電弧爐煉鋼的企業購買廢電極，自行破碎到所需的粒度。

石油焦是目前廣泛應用的增碳劑。石油焦是精煉原油得到的副産品，原油經過常壓蒸餾或減壓蒸餾得到的渣油以及石油瀝青，都可以作為制造石油焦的原料，再經過焦化後就得到生石油焦。生石油焦的産量大約不到所用原油量的5%。美國生石油焦的年産量約為3000萬噸。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。生石油焦有海綿狀、針狀、粒狀和流态等品種。

海綿狀石油焦是采用延遲焦化法制得的，由于硫含量和金屬含量高，通常用作煅燒時的燃料，也可作為煅燒石油焦的原料。經煅燒後的海綿焦，主要用于制鋁行業和做增碳劑。

針狀石油焦是用芳香烴的含量高、雜質含量低的原料經延遲焦化法制得的。這種焦具有易于破裂的針狀結構，煅燒後主要用于制造石墨電極。

粒狀石油焦呈硬質顆粒狀，是将硫和瀝青烯含量高的原料，經延遲焦化法制得的，主要用作燃料。

流态石油焦是在流态床内用連續焦化法制得的，具有小顆粒狀，結構無方向性，硫含量高，揮發分低。

石油焦的煅燒是為了除去硫、水分和揮發分。将生石油焦于1200-1350℃煅燒，可以使其成為基本上純淨的碳。

煅燒石油焦的最大用戶是制鋁業，70用以制造使鋁礬土還原的陽極電極。美國生産的煅燒石油焦用于鑄鐵增碳劑的約占6%。

天然石墨：天然石墨可分為鱗片石墨和微晶石墨兩類。微晶石墨灰分含量高，一般不用作鑄鐵的增碳劑。鱗片石墨有很多品種，高碳鱗片石墨需用化學方法萃取或加熱到高溫使其中的氧化物分解、揮發，這種鱗片石墨的産量不高且價格昂貴，一般不用作增碳劑；低碳鱗片石墨中的灰分含量高，不宜用作增碳劑。用作增碳劑的主要是中碳鱗片石墨，但用量也不多。

焦炭和無煙煤

電弧爐煉鋼過程中，可以在裝料時配加焦炭和無煙煤作為增碳劑。由于其灰分和揮發分含量高，感應電爐熔煉鑄鐵時很少用作增碳劑。

選用增碳劑時，一般都要注意以下幾點：

a.固定碳和灰分。這兩個參數是增碳劑中此消彼長的兩個對立參數，也是影響增碳效率的兩個最重要的參數。增碳劑中的固定碳含量高，灰分低，則增碳效率高；反之則低。由于生産條件下的影響因素很多，很難嚴格評定兩參數各自對增碳效率的影響。灰分高，對增碳有抑制作用，還會使爐渣量增多，延長作業時間，增加電耗，增加勞動工作量。從增碳效率考慮，應盡量選擇固定碳含量高，灰分低的增碳劑。同時也應考慮生産成本因素。

增碳劑的加入方式對增碳效率有很大的影響。

增碳劑在裝料時加入爐内，裝料時将增碳劑和爐料混勻，置于感應電爐的底層和中部，增碳效率較高。出鐵時加增碳劑，增碳效率比爐内加入低很多。

b.硫含量。熔煉球墨鑄鐵時，應采用硫含量低的增碳劑。熔煉灰鑄鐵時宜采用硫含量較高的增碳劑。這樣不僅可以降低生産成本，還可以增強鐵液對孕育處理的回應能力，得到冶金質量高的鑄件。在這種條件下，片面追求增碳劑質量高而選用低硫的品牌，不僅增加成本而且還對産品質量有負面影響。

c.氮含量：灰鑄鐵中含有少量的氮有促進珠光體的作用，有助于改善鑄鐵的力學性能。如果氮含量在0.01%以上，則鑄件易産生“氮緻氣孔”。

通常，廢鋼中的氮含量高于鑄造生鐵。用感應電爐熔煉鑄鐵時，由于爐料中的生鐵配比較低，廢鋼多，制得的鐵液中氮含量會相應較高。根據生産數據，爐料中廢鋼用量為15%時，鑄件中的氮含量0.003-0.005%；廢鋼用量為50%時，氮含量可達0.008-0.012%；爐料全部采用廢鋼時，氮含量可高達0.014%以上。此外爐料中大量使用廢鋼，必然要使用大量的增碳劑，而大部分的增碳劑氮含量都很高，這又是導緻鑄鐵中氮含量高的另一因素。

近年來随着感應電爐的應用不斷增多，合成鑄鐵工藝日趨成熟，增碳劑中的氮含量日益受到重視。為避免鑄件産生氮氣孔缺陷，增碳劑應選擇低氮含量的品種，如有可能應核查增碳劑的氮含量。當前的困難在于，分析增碳劑中的氮含量，缺乏簡便而準确的方法及設備。

工藝因素對增碳效率的影響

除增碳劑的固定碳含量及灰分對其在鑄鐵中的增碳效率有重要影響外，增碳劑的粒度，加入方式、鐵液的溫度以及爐内的攪拌作用等工藝因素都對增碳效率有明顯的影響。在實際生産條件下，往往是多種因素共同作用，很難對各個因素的影響進行準确的分析，往往通過生産試驗來進行驗證和優化。

加入方式。如前所述，增碳劑在裝料時随金屬爐料一同加入爐内，增碳效率比出水時包内沖入要高很多。

鐵液的溫度。在正常的生産條件下，鐵液的溫度越高，碳越容易溶于鐵液，增碳效率越高。

增碳劑的粒度。一般來說，增碳劑的顆粒小，與鐵液接觸的界面面積大，增碳的效率就高，而太細的顆粒易于被大氣中的氧所氧化，也容易被對流的空氣或抽塵的氣流帶走。因此，增碳劑顆粒的尺寸下限值以1.5mm為宜，且其中不應含有0.15mm以下的細粉。

顆粒尺寸的最大值則以能在作業時間内溶入鐵液為度。如果采用爐内加入的方式，增碳劑與金屬作用時間長，增碳劑的顆粒尺寸可以大一些，上限值一般為12mm。如果采用出鐵時加入鐵液中，則顆粒尺寸應小一些，上限值一般為6.5mm。根據一般的生産條件選擇3-5mm的為最佳。

攪拌作用。攪拌有利于改善增碳劑和鐵液的接觸狀況，提高其增碳效率。采用感應電爐熔煉鑄鐵時，有感應電流的攪拌作用，增碳的效果很好。而在包内增碳時，應先将增碳劑加在包底，出鐵時鐵液直沖增碳劑，以提高其增碳效率。避免鋼渣混出，增碳劑不能加在浮渣表面。

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