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谈增碳率的控制和增碳剂的使用

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发表时间:2024-01-09 10:16

对于中频炉熔炼灰铁,许多人都以为只要炉前控制住铁水的化学成分和温度,就能熔炼出优质铁水,但事实并非如此简单。中频炉熔炼灰铁的重中之重是控制增碳剂的核心作用,核心技术是铁水增碳。增碳率越高,铁水的冶金性能越好。这里所说的增碳率,是铁水中以增碳剂形式加入的碳,而不是炉料中带入的碳。

        生产实践表明,在炉料配比中生铁比例高,白口倾向大;增碳剂比例增大,白口倾向减小。这就要求在配料中要多用廉价的废钢和回炉料,少用或不用新生铁,这种采用废钢增碳工艺的铁水中存在大量细小的弥散分布的非均质晶核,降低了铁水的过冷度,促使了以 A 型石墨为主的石墨组织的形成。同时,生铁用量的减少,也减小了生铁粗大石墨的不良遗传作用,而且灰铁的性能也随着废钢用量的增加而提高。在实际生产中就曾发现,在废钢用量约为30%的情况下,同样用废钢、回炉料、新生铁做炉料,在化学成分基本相同时,中频炉熔炼的灰铁比冲天炉熔炼的性能低,强化孕育效果也不明显,这就是废钢用量少、增碳率低的缘故。由此足见增碳对于保证灰铁的熔炼质量、改善铸铁的组织与性能的重要性。

      灰铁的性能是由基体组织和石墨的形态、大小、数量及分布决定的,改变石墨形态是改变铸铁性能的重要途径。相比而言,基体组织较容易控制,它主要取决于铁水的化学成分和冷却速度。但石墨形态却不容易控制,它要求铁水的石墨化程度要好。而奇怪的是只有新增碳才参与石墨化,炉料中的原始碳并不参与石墨化。如果不用增碳剂,熔炼出的铁水虽然化学成分合格,温度也合适,孕育也合理,但铁水却表现不佳:看似温度较高,流动性却不太好,缩孔、缩松倾向大,易吸气,易产生白口,截面敏感性大,铁水夹杂物多。这些都是铁水增碳率和石墨化程度低造成的。

      碳在原铁水中的存在形式主要为细小的石墨和碳原子,从细化石墨的角度考虑,原铁水中不希望有过多的碳原子,其势必会减少石墨的核心数,并且碳原子在冷却过程中更易形成渗碳体,而细小的石墨可以直接作为非均质形核核心。细化石墨、增加核心是实现铸铁高性能的关键,增大增碳剂用量可以增加形核核心数量,进而为细化石墨打下坚实的基础。因此,在实际生产中应强调增碳剂的使用和增碳效果:

     ① 增碳剂的吸收率与其 C 含量直接相关,C 含量越高,则吸收率越高。

     ② 增碳剂的粒度是影响其溶入铁水的主要因素,实践证明,增碳剂的粒度应以 1~4mm 为好,有微粉和粗粒增碳效果都不好。

     ③ 硅对增碳效果有较大影响,高硅铁水增碳性差,增碳速度慢,故硅铁应在增碳到位后加入,要遵循先增碳后增硅的原则。

    ④ 硫能阻碍碳的吸收,高硫铁水比低硫铁水的增碳速度迟缓很多。

    ⑤ 石墨增碳剂能提高铁水的形核能力,吸收率也比非石墨增碳剂高 10%以上,故应选用低氮石墨增碳剂。

    ⑥ 增碳剂的使用方法推荐使用随炉装入法,即先在炉底加入一定量的小块回炉料和废钢,然后把增碳剂按配料量需要全部加入,上面再压一层小块废钢和生铁,之后再边熔化边加炉料。此法简便易行,生产效率高,吸收率可达90%。如果增碳剂的加入量很大,可以分两批加入,先加 60%~70%于炉底废钢垫层上,剩下的在继续加废钢的过程中加入。在铁水温度 1400~1430℃时也可加增碳剂,目标是要把铁水 C 含量增至达到牌号要求上限。

    ⑦ 增碳剂的加入时间不可过迟,在熔炼后期加入增碳剂有两方面不利:其一,增碳剂易烧损,碳吸收率很低。其二,后期加入的增碳剂需要额外的熔化、吸收时间,迟缓了化学成分调整和升温时间,降低了生产效率,增加了电耗,而且有可能带来由于过度升温而造成的危害

    ⑧ 铁水的搅拌可以促进增碳,特别是附着在炉壁的石墨团,如果不用过度升温和一定时间的铁水保温,不易溶于铁水,中频炉较强的电磁搅拌对增碳有利。

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