近年來，隨著鑄造技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的鑄鐵件生產(chǎn)廠家應(yīng)用感應(yīng)電爐生產(chǎn)合成鑄鐵技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高企業(yè)效益。在合成鑄鐵技術(shù)的不斷發(fā)展中，廢鋼加入量越來越大，從最初的30%，現(xiàn)已增加到80%。由于電爐熔煉合成鑄鐵時廢鋼加入量的增大，會使鐵液中碳含量降低，因此必須采用增碳技術(shù)，從而保證熔煉質(zhì)量，改善鑄鐵組織和性能。
一、增碳劑的選擇
１．增碳劑的分類
鑄鐵常用的增碳劑是一種碳質(zhì)材料，主要成分是碳。碳質(zhì)材料主要有石墨和無定形碳。石墨為六方層片結(jié)晶（見圖1），石墨晶體中的碳原子是層狀排列的，在同層原子之間是以共價鍵結(jié)合，其結(jié)合力較強(qiáng)；而層與層之間則是以極性鍵結(jié)合，其結(jié)合力較弱。因此，石墨極易分層剝離，強(qiáng)度極低。由于石墨晶體具有這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在鐵液中長大時就容易長成片狀結(jié)構(gòu)。無定形碳也是六方層片狀結(jié)晶（見圖2），與石墨不同之處在于六角形配列不完整，層間距離略大。
依據(jù)增碳劑中碳的晶體結(jié)構(gòu)，增碳劑可分為非晶態(tài)和晶體態(tài)。根據(jù)碳在增碳劑中的存在形態(tài)，分為石墨增碳劑和非石墨增碳劑。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、微晶石墨等；此外，碳化硅（SiC）具有和石墨相似的六方結(jié)構(gòu)，也被列為石墨增碳劑的一種特殊形態(tài)。非石墨增碳劑主要有瀝青焦、鍛燒石油焦、焦炭壓料、鍛燒無煙煤等。
2.增碳原理
增碳劑中以單質(zhì)形式存在的碳，熔化溫度為3727℃，在鐵液溫度下不能熔化，因此，增碳劑中的碳主要通過溶解和擴(kuò)散兩種方式溶于鐵液。當(dāng)鐵液的wC＝2.1%時，石墨增碳劑中的石墨可直接在鐵液中溶解直溶。而非石墨碳的直溶現(xiàn)象基本不存在，只是隨著時間的推移，碳在鐵液中逐漸擴(kuò)散溶解。因此，對于電爐熔煉合成鑄鐵的增碳，采用石墨增碳的增碳速度顯著高于非石墨增碳劑。
有資料顯示，碳在鐵液中的溶解受到達(dá)固體粒子表面液體邊界層傳制動的影響。用焦炭和煤顆粒所得的結(jié)果與石墨所得的結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)石墨增碳劑在鐵液中的擴(kuò)散溶解速度明顯快于焦炭和煤顆粒一類的增碳劑。用電子顯微鏡觀察了部分溶解的焦炭和煤顆粒樣品，發(fā)現(xiàn)在樣品表面形成了一層很薄的粘性灰層，這是影響其在鐵液中擴(kuò)散溶解性的主要原因。
3.增碳劑的選用
對于電爐熔煉，增碳技術(shù)的核心是使用高品質(zhì)的增碳劑。參考有關(guān)資料，認(rèn)為所選用的增碳劑應(yīng)具備以下特征：
（1）選用經(jīng)過高溫石墨化處理的增碳劑，只有經(jīng)高溫處理后，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，促進(jìn)石墨化。
（2）好的增碳劑含硫都非常低，wS＜0.03%是一個重要指標(biāo)。
（3）增碳劑的孔隙率對增碳效果和增碳劑吸收率也很重要，因此高溫石墨化的石油焦增碳劑比電極石墨碎，增碳效果更好。
綜合以上分析，結(jié)合其他生產(chǎn)廠家的經(jīng)驗(yàn)，我們選用了一國產(chǎn)增碳劑產(chǎn)品，其主要參數(shù)如表1所示。
二、增碳劑的生產(chǎn)試驗(yàn)
１．試驗(yàn)材料和方法
試驗(yàn)時，使用10t中頻感應(yīng)電爐熔化鐵液，除使用潔凈廢鋼外，其他如生鐵、回爐料硅鐵、錳鐵等為現(xiàn)沖天爐在用的正常爐料，材質(zhì)按HT250（Cu-Cr-Sn）控制，澆注鑄件為P10氣缸體。HT250材質(zhì)要求見表2。
試驗(yàn)時，將增碳劑與其他爐料一起加入10t中頻無芯感應(yīng)電爐內(nèi)進(jìn)行熔化，檢測其增碳效果；澆注單鑄試棒，進(jìn)行理化檢驗(yàn)，檢測單鑄試棒力學(xué)性能及金相組織見表３。
2.試驗(yàn)結(jié)果及分析
（1）增碳劑吸收率 增碳劑試驗(yàn)共開20爐，增碳劑吸收率試驗(yàn)結(jié)果如表４所示。
其中，增碳劑吸收率的計(jì)算公式如下：
增碳劑吸收率=[（生鐵+廢鋼+回爐料）×wC鐵液 —（生鐵×wC生鐵 +廢鋼×wC廢鋼 +回爐料×wC 回爐料）]÷增碳劑×100%
生鐵、廢鋼和回爐料的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為4.30%、0.30%和3.30%。
由表4可知， DT—CA—09型增碳劑在電爐內(nèi)的吸收率基本穩(wěn)定在80%~85%之間，平均吸收率為82.6%。
（2）單鑄試棒 熔化結(jié)束并調(diào)整鐵液化學(xué)成分后，進(jìn)行爐前處理，澆注HT250材質(zhì)單鑄試棒。表5所示為單鑄試棒的力學(xué)性能結(jié)果。
由表5可見，單鑄試棒的抗拉強(qiáng)度均在250MPa以上，硬度在200~240HBW之間，均達(dá)到HT250要求。
圖3所示為單鑄試棒的典型石墨金相組織照片。石墨類型以A型片狀石墨為主，石墨片長4~5級，珠光體含量大于98%。
結(jié)語
從試驗(yàn)結(jié)果看， BS—CA—09型增碳劑可滿足中頻熔化電爐使用，生產(chǎn)鑄件從性能上看可達(dá)到HT250(Cu-Cr-Sn)的技術(shù)要求。
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