一、合成铸铁

近年来，铸件市场竞争激烈，而铸件质量要求越来越高，价格却是低来越低，而对企业的环保要求也越来越严格，所以在很多地方，已用感应电炉取代冲天炉熔化铁液。从原材料的价格上来说，由于工业发达国家的废钢供应充足，我国废钢在社会上沉淀存留量较多，废钢价格比新生铁价格低的多，所以这几年广泛采用废钢加增碳剂的方法生产铸铁，即“合成铸铁”。在生产过程中如果工艺操作正确，不但铸铁的化学成分和温度便于控制，还可以提高铸件的综合物理性能，同时也可以降低铸件的生产成本。在合成铸铁技术不断发展、不断完善的过程中，废钢的加入量也越来越多，从最初的少量加入，现已经增加到80%，电炉熔炼铸铁不像冲天炉那样有增碳源，为了得到合格的含碳量，添加增碳剂是必不可少的措施，这样增碳剂的选择和使用方法，对改善铸铁组织、提高铸铁的综合物理性能，是至关重要的问题。

二、增碳剂的选择

增碳剂的种类很多，可以用作铸铁增碳剂的材料也很多，但质量悬殊很大，价格差也很大，在保证铸件质量的前提下，应根据企业产品的特点和质量要求，正确选择增碳剂。

增碳剂的种类很多，根据大多数工厂的使用情况，仅扼要介绍两种常用的增碳剂：

１．人造石墨

在常用的增碳剂中，人造石墨是品质最好的增碳剂。

制造人造石墨的主要原料是粉状的优质煅烧石油焦，在其中加入少量其他辅料。原料配齐后压制成形，然后经2500～3000℃、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。由于其生产工序多及生产周期较长，所以价格较高。

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。

2.石油焦

石油焦是目前广泛使用的增碳剂。

石油焦是精炼原油得到的副产品。原油经过常压蒸馏或减压蒸馏得到的油渣及石油沥青，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。石油焦的煅烧是为了脱除硫、水分和挥发物。将生石油焦在1200～1350℃煅烧，可以使其成为基本纯净的碳。各种石油焦制品的成分列于表1（供参考）。

除此之外，还有天然石墨以及焦炭和无烟煤，由于在合成铸铁中很少使用，故不做介绍。

有资料介绍：

（1）普通煅烧石油焦增碳剂，其因为没有经过高温煅烧，可能煅烧温度偏低，时间偏短。氮含量一般在9000ppm左右，硫含量也高。在白纸上无法画出清晰的痕迹。

（2）高温煅烧石油焦增碳剂，氮含量在300～500ppm，硫比前者低很多。在白纸上可以留下清楚痕迹。

（3）质量最好的高温煅烧石油焦增碳剂，氮含量在100ppm。硫比前者更低。在白纸上可以留下清晰痕迹，手感舒适，就像6B铅笔一样。

根据笔者到过几个企业所知，很多工厂在购买增碳剂时，一般注意的：一是增碳剂的价格；二是增碳剂中的固定碳、硫、灰分、挥发分、水分的含量，虽然这些对稳定产品质量和降低生产成本固然很重要，但往往忽视了一个重要参数，那就是增碳剂中的氮含量。

氮在铸铁中的作用具有两面性：一般认为当氮含量在70～120ppm时，氮具有稳定珠光体、提高铸铁力学性能的作用；当铸铁的含氮量超过临界点（一般认为约140ppm）时，就会使铸件产生氮气孔。

虽然国外很多企业尤其是近年日本的很多企业，要求铸铁的氮含量在60～120ppm，钛含量要求小于0.025%。但是，氮毕竟是惰性气体，通常氮以三种形态存在于铸铁中：①溶于液态或固态铸铁中。②与铁液中的元素形成氮化物。③从铁液中析出，以单质气体的形式存在，形成气孔。有资料介绍，炉料中废钢的使用量为15%时，铸铁中的氮含量为0.003%～0.005%；炉料中废钢的使用量为50%时，铸铁中的氮含量约为0.008%～0.012%；炉料全部为废钢时，氮含量可能高达0.014%以上。由于废钢的加入量不断增加，增碳剂的加入量也不断增加，所以必须重视增碳剂中的氮含量。为了避免铸件出现气孔缺陷，在购买增碳剂时，一定要选购含氮量低的品种，如有可能，应该查增碳剂的中的氮含量。现在，不要说增碳剂中的氮含量，就是铸铁中的氮含量，很多企业都不能准确地分析出来。根据笔者的经验，在购买增碳剂时，要购买大型企业的产品，可以在购买前到生产厂家去考察，到已经使用过的用户里去了解，一旦使用后铸件质量稳定，就不要轻易更换供应商。即便是固定的供应商，在又一次批量进货时，也要先试用几炉，确定对铸件质量没有影响时，再正常使用。

我公司和驻马店某企业长期以来一直使用舞钢市某公司生产的增碳剂，产品质量很稳定，后间断使用SD某公司生产的增碳剂，铸件加工后成批出现气孔，严重时铸件落砂后就可以发现。金相分析：气孔周围没有石墨，边沿白亮，呈“贫碳”现象。与“埃肯国际贸易（上海）有限公司”提供的金相图谱相对比，应该属于氮气孔。表2为出现气孔炉次的化验结果。

三、增碳剂的使用方法

影响增碳剂吸收的因素有：

（1）增碳剂的自身质量。

（2）铁液的含碳量  一般情况下，铁液的含碳量越低，增碳剂的吸收率越高，当原铁液的wC在3.6%以上时，再往上增碳就困难了。

（3）铁液的含硅量  原铁液中的硅越高，越影响增碳剂的吸收，这是因为硅具有排碳作用，降低了碳在铁液中的溶解度。

（4）铁液的含锰量  原铁液中的锰含量高，有利于增碳剂的吸收。

有资料介绍，初始碳量每增加0.1% , 增碳剂吸收率可降低1%～2%；硅量每增加0.11% , 增碳剂吸收率可降3%～4%；硫量每增加0.1% , 增碳剂吸收率可降低1%～2%；锰量每增加0.1% , 增碳剂吸收率可提高2%～3%。由此可见, 当铁液中初始碳含量高时, 在一定的溶解极限下, 增碳剂的吸收速度慢,吸收量少, 烧损相对较多, 增碳剂吸收率低。当铁液初始碳含量较低时, 情况相反。另外, 铁液中硅和硫阻碍碳的吸收, 降低增碳剂的吸收率。而锰元素有助于碳的吸收, 提高增碳剂吸收率。就影响程度而言, 硅最大, 锰次之, 碳、硫影响较小。因此, 在实际生产过程中, 应先增锰, 再增碳, 最后增硅。

（5）炉料和铁液质量（是否严重氧化）。

（6）炉工操作  增碳剂还没有被吸收，就不停的往外挑渣，把增碳剂和熔渣一起挑出来。

（7）加入时间及加入方法  增碳剂不要先加入炉底。由于增碳剂的熔点高，其是依靠铁液的包围被缓慢地分解吸收的，所以如果直接加入炉底，不但会延长增碳剂的分解时间，集聚的高温还可以把炉底烧成海绵状，把炉底烧穿。因此，应在炉底有少量铁液时，增碳剂随废钢一起加入，力争在炉料加入3／5时，把计算的增碳剂加入完毕。

（8）炉温控制  在正常的生产条件下，铁液温度较高，则碳较易溶于铁液，增碳效率因而较高。

用废钢加增碳剂生产合成铸铁，在选用增碳剂时，要根据废钢的加入量来选择增碳剂，如果废钢的加入量少，可以选择含氮量适当高的增碳剂；如果废钢的加入量多，可以选择含氮量低的增碳剂。优质的增碳剂，不但具有增碳作用，还具有对铁液的孕育作用。由于氮毕竟是气体，且不易化验和控制，所以在购买增碳剂时，力争购买含氮量低的增碳剂为好。

（来源：《金属加工（热加工）》转载请注明出处）

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