發揮非金屬材料在鑄鐵熔煉上的應用優勢

中國一拖集團有限公司

發揮非金屬材料在鑄鐵熔煉上的應用優勢

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程俊偉 高級工程師

近幾年，隨著國家對大氣環境要求的增加，嚴格限制工業企業的污染排放成為共識，鑄鐵的熔煉由沖天爐改為感應電爐熔煉也已成為趨勢。隨著電爐熔煉大范圍推廣，有兩種非金屬材料——碳化硅和增碳劑，在鑄鐵熔煉中應用也在不斷增加。電爐熔煉過熱溫度明顯低于沖天爐，冶金條件相對沖天爐也較差，尤其是白口傾向和收縮傾向都高于沖天爐熔煉。為了改善電爐熔煉的冶金質量，減少生鐵的遺傳性，提高鑄件力學性能，非金屬材料碳化硅與增碳劑的應用成為必然趨勢，尤其在電爐熔煉生產高品質的鑄鐵件時顯得非常重要。

碳化硅（SiC）是一種人工礦石，1891年投入工業生產后，由于其具有的獨特特點，其應用領域逐步拓寬。在鑄造行業，主要利用碳化硅中C、Si元素的強還原性能，作為鑄造冶金熔煉的精煉劑、脫氧劑。這方面在美國消耗量非常大，到20世紀末已占碳化硅產量的70%。在用感應電爐熔煉鑄鐵，且爐村中使用廢鋼比例較大時，SiC作為增碳劑使用，以及增硅劑補加硅的不足。在國內隨著電爐熔煉的推廣，碳化硅的使用量也在逐年增加。不同企業根據生產情況選擇不同的使用工藝，有的加入爐底，有的加入熔煉后的鐵液中，還有的爐底和熔化后分開加入。不論哪種工藝，關鍵在于碳化硅熔點高，必須使其充分擴散與溶解，尤其是熔煉后期在鐵液中加入的碳化硅，要有足夠的時間和溫度使其充分溶解，避免未溶的質點和塊狀石墨的存在。在不少國內美資企業里，對鑄鐵中碳化硅的使用都有非常詳細和極其嚴格的工藝規程。

目前，國內市場上的碳化硅產品有黑色的、白色的和綠色的，其純度不同，價格也不一樣，不同的企業根據自身的生產條件和情況可選擇不同的碳化硅產品。

鑄鐵的組織和性能很大程度上取決于原材料的微觀組織和質量，由于生鐵中石墨遺傳性的影響，使電爐熔煉不得不采用大量廢鋼和增碳劑。而增碳劑的使用非常重要，尤其是對致密性要求高的缸體、缸蓋鑄件，一定要使用經過高溫石墨化的增碳劑。若沒有經過高溫石墨化的增碳劑，其雜質含量多、灰分多，且需較長的時間才能擴散到鐵液中。如果熔煉時間短，電爐內上下鐵液成分不均勻，澆注后容易造成鑄件縮松缺陷。此外，未經高溫處理的增碳劑氮含量較高，遇到含氮的廢鋼，使鐵液中的氮含量增加，達到一定含量時，會在鑄件中形成裂隙狀氣孔缺陷。

增碳劑的加入方法：前期與爐料同時加入，中期爐料已部分熔化，熔化后期鐵液中加入都可以。不過后期加入量不要超過0.2%，以避免石墨粗大。

選用增碳劑一定要選用質量好、含氮少的產品。如果鐵中含Ti低，不可能中和掉大量的氮，此時會由于N2清除不凈而產生大量氣孔。好的增碳劑含石墨碳應在95%～98%，S含量在0.5%以下。N含量在500～4000ppm （1ppm=1×10-6）都是質量不好的增碳劑。

總之，碳化硅和增碳劑這兩種非金屬材料在鑄鐵上使用，有其優勢，也有不利的一面，需認真選擇，合理使用，才能達到預期的效果。