球墨鑄鐵廢鋼添加與增碳劑的相互作用，及球鐵缺陷防范解決方案

    應(yīng)該說在合成鑄鐵的生產(chǎn)中增碳劑是一個比較關(guān)鍵的角色——熔煉過程中由于廢鋼量的加大，鐵水含碳低，必須采用非常手段進行增碳，由此用到了增碳劑；增碳劑——無論是其材料本身還是其使用方法都對生產(chǎn)合成鑄鐵起到至關(guān)重要的作用。

    5.1增碳劑中碳的存在形態(tài)本人使用過的增碳劑有柴炭粉、焦炭粉、煤粉、石墨電極粉、煤焦油、煅燒石油焦、天然石墨壓粒等，不過，不管是哪一種增碳劑，其實，起作用的只是增碳劑中的石墨碳。自然界中碳存在的普遍形式如表1石墨與金剛石屬于同素異構(gòu)體，是結(jié)晶形碳即所謂“定形碳、結(jié)晶碳”；柴炭、焦炭等是不定形碳，焦炭是煤、石油焦干餾提取揮發(fā)分后所得到的，實際上與石墨具有相同的顯微結(jié)構(gòu)。石墨碳具有均一的六方晶體結(jié)構(gòu)，晶體為一多層狀排列結(jié)構(gòu)，在層的內(nèi)部碳原子排列成六角形，每一個碳原子和另外三個碳原子在同一平面上以σ鍵相結(jié)合，形成無限的六角形蜂巢狀的平面結(jié)構(gòu)層并生成大л鍵，使л電子在整個碳原子平面方向上活動，類似金屬鍵的性質(zhì)，同一層內(nèi)原子間的結(jié)合能很強，而在層與層之間靠分子間相互作用力結(jié)合，其結(jié)合能較弱。所以，石墨晶體中既具有共價鍵和金屬鍵性質(zhì)，又具有層間結(jié)合的分子間作用力，屬混合鍵形的晶體。由于在層的內(nèi)部，碳原子結(jié)合很強而在層與層之間結(jié)合很弱，這種結(jié)晶特性使得石墨具有很強的各向異性，容易分層滑移多向生長。不定形碳也是六方層片狀結(jié)構(gòu)，只是與石墨相比其六方形排列不夠完整，其層間距離較大，結(jié)合力更弱。在鐵水中的石墨碳以“原子集團”和碳分子的形式存在①，其分子式為CmFe、(C6)n、C6、C2等，石墨碳在鐵水中的成核與生長對鑄鐵的機械性能起著決定性影響。無論何種增碳劑，其中的碳幾乎都是以石墨單質(zhì)的形態(tài)存在，也就是以六方晶體結(jié)構(gòu)層片狀的方式存在，其區(qū)別在于是否是不定形碳還是結(jié)晶碳，因此，根據(jù)增碳劑中碳的晶體結(jié)構(gòu)，增碳劑可分為晶體態(tài)和非晶體態(tài)；晶體態(tài)的稱為石墨增碳劑，非晶體態(tài)的稱為非石墨增碳劑。石墨增碳劑主要有：石墨電極、石墨電極邊角料及碎屑、天然石墨壓粒等；此外，碳化硅（SiC）因其具有和石墨相似的六方結(jié)構(gòu)可以看著是具有特殊形態(tài)的石墨增碳劑；非石墨增碳劑主要有瀝青焦、煅燒石油焦、焦炭粉、煅燒無煙煤、柴炭等。生產(chǎn)上推薦使用晶體態(tài)的石墨增碳劑③。

    5.2增碳劑的粒度增碳劑中的石墨熔點高達3527℃，在鐵水中是不可能熔化的，只能在增碳劑被鐵水完全浸潤后通過熔解和擴散進入鐵水中，在增碳劑與鐵水的界面上過飽和的碳以石墨的形式析出并熔入鐵水，在鐵水中形成碳原子集團和碳分子團，隨著時間的推移，石墨碳不斷的在鐵水中溶解、擴散形成增碳機制；所以，鐵水的增碳過程就是增碳劑在鐵水中不斷的溶解、擴散過程，當然還包括其氧化燒損過程；增碳劑的粒度大小不同溶解擴散和氧化燒損的速度也就不同。一般情況下，增碳劑的顆粒大溶解速度慢，燒損速度小；顆粒小，溶解快、燒損大；所以選擇增碳劑的粒度要根據(jù)熔煉爐的大小、容量決定。

    5.3影響增碳劑使用效果的幾個因素

    5.3.1增碳劑本身的質(zhì)量如前所述，增碳劑是否晶體態(tài)的石墨形還是非晶體態(tài)的非石墨形，本身決定了石墨的形態(tài)，晶體態(tài)的石墨片層碳原子結(jié)合緊密，在鐵水中溶解擴散后形成石墨原子集團和分子團，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與鐵水中的石墨形態(tài)相近，增碳效果明顯；非晶體態(tài)的增碳劑石墨本身不穩(wěn)定，增碳效果差。

    5.3.2增碳劑的粒度如前所述。

    5.3.3增碳劑在爐料中的分布由于增碳劑跟鑄鐵相比質(zhì)量要輕而其又與鑄鐵一樣具有導(dǎo)磁性，其塊度在爐料中又小，在鑄鐵熔化的初期，受電爐磁場的影響，很容易從爐內(nèi)“逸出”既影響環(huán)境又影響增碳效果；所以，一般情況下布料時盡量把增碳劑放在熔爐的中下部位，上面再加其他爐料，使其一方面在爐料剛開始熔化送電時不能外逸，另一方面只要爐內(nèi)開始化鐵時就能與鐵液接觸立即增碳；放在爐底的增碳劑還可以緩沖鐵料加入時對爐底的沖擊起到保護爐底爐襯的作用。如果是容量大的電爐可以分多次加入，便于增碳劑的溶解擴散和吸收。

    5.3.4鐵水的溫度增碳劑在鐵水中增碳的過程是其石墨在鐵水中溶解擴散被吸收的過程，所以增碳的過程也遵循有關(guān)擴散的理論，而且是非穩(wěn)定態(tài)的擴散，即遵循所謂的“菲克第二定律”。也就是說除碳的濃度外，溫度、時間、距離等都會影響增碳的效果。溫度低時沒有鐵水浸潤增碳劑，增碳劑不能溶解也沒有擴散；只有當溫度使鐵材料熔化超過了1148℃鐵液生成后，增碳劑才有可能完全浸泡在鐵水中形成增碳的充分條件，溫度再進一步升高后碳與氧發(fā)生氧化反應(yīng)，增碳劑出現(xiàn)燒損卻不利于增碳。經(jīng)驗是1420℃～1500℃時增碳效果好。

    5.3.5熔煉操作方法除了把增碳劑置放在熔爐的中下部，讓鐵水充分浸潤等待增碳劑溶解擴散被吸收等，當鐵水溫度達到要求的溫度后應(yīng)該有一個2～3分鐘的保溫增碳時間，不要立即扒渣出水，因為增碳劑總比鐵水輕，容易上浮在鐵水表面，這時候若立即扒渣就會將表面的增碳劑攪和在爐渣中和爐渣一起扒出，而浪費增碳劑，影響增碳劑的使用效果。