使用石墨增碳劑提高合成鑄鐵的生產效益

高韌性球鐵的生產質量控制的關鍵是獲得鑄件的組織中高的鐵素體含量、較高的球化率、直徑細小而多的石墨數，這是高韌性球鐵力學性能合格的根本。要獲得高韌性球鐵必須有優質的鑄造生鐵來保證，盡年來，生鐵供不應求，價格日趨上漲，使鑄造廠面臨嚴峻的經營形勢。針對這一問題，本文論述電爐熔煉同樣的球化劑、孕育劑，不改變球化及孕育處理工藝，採用晶體石墨增碳劑+工業碳素廢鐵+大量回爐料生產高附加值高性能球鐵合成鑄鐵工藝，更有益於成功獲得合格的高韌性球鐵，而且生產及管理成本低，顯著提高鑄造廠效益的幾個實例。

石墨增碳劑

由於鋼鐵工業的迅猛發展，生鐵資源日益緊缺，優質球生鐵供不應求，價格日趨上漲。可供資源將持續緊張，高位運行，勞動力成本持續上行的趨勢形成，可以斷定一個鑄造高成本的時代來臨。高耗能、高汙染排放，生產低附加值鑄件的企業將首先被淘汰出局。應用電爐合成鑄鐵技術提高鑄件質量，降低鑄造成本，提高鑄造廠效益成為鑄造企業發展的根本。

電爐熔煉

電爐熔煉合成鑄鐵的關鍵是增碳劑、調Mn造渣輔料、工業碳素廢鐵的選擇及加入，以及冶煉質量控制，使用增碳劑增加含碳量調整化學成分，改善鑄鐵的組織和性能;利用價格相對低廉的工業碳素廢鐵。降低成本;為了獲得更好增碳效果，生產中選用晶體石墨增碳劑。晶體石墨增碳劑主要用於高韌性球鐵鑄件(風電球鐵鑄件)、奧貝球鐵鑄件及大型複雜的灰鑄鐵及球鐵柴油機缸體、缸蓋的生產;應用晶體石墨增碳劑+廢鋼+大量回爐料是低成本生產高附加值高性能球鐵鑄件的新技術。

本文著重介紹熔煉合成鑄鐵用的晶體石墨增碳劑及熔煉合成鑄鐵顯著提高鑄造廠效益的幾個實例。

1 碳及晶體石墨增碳劑材料特性

碳在常壓下的熔點為3550℃，沸點為4194℃，3500℃開始升華，是熔點最高的元素。且在高溫下不發生晶態變化，幾乎不軟化、不變形。碳的同素異構體有無定形碳、石墨和金剛石。不同結構的碳密度不相同，無定形碳密度約為1.98g/cm3，石墨密度約為 2.3g/cm3，金剛石密度約為3.51g/cm3，性能差別大。含碳晶體有一重要的特點是在無氧條件下加熱，晶體結構會向更完整、更緊密的狀態轉變。無定形碳，如焦炭、木炭、炭黑等，在高溫作用下可轉變為石墨。石墨在高溫、高壓作用下可轉變為金剛石。

1.1 碳質材料

碳質材料是由碳元素組成的一類非金屬材料。由於晶體結構和層片配列的變化，可以衍生出品種繁多的同素異構體。所有的同素異構體，在晶體結構上都是以金剛石或石墨為基礎的。

1.1.1 金剛石

金剛石晶體屬等軸晶系，原子晶格為面心正立方，原子間距為0.154nm，是碳的同素異構體中原子排列最緊密的一種。金剛石是莫氏硬度值為10，絕對硬度約為10000kgf/mm。

1.1.2 石墨

石墨為六方層片狀結晶，石墨質軟(莫氏硬度2～3)、呈黑色、有光澤、並有潤滑感。石墨可分為天然石墨和人造石墨兩類，都是鑄造行業中廣泛應用的材料。

石墨

(1)天然石墨 天然石墨中有鱗片狀石墨和微晶石墨兩種。中國是天然石墨產量最大的國家，產地主要有湖南、內蒙、黑龍江、福建、廣東、吉林等省(區)。俄羅斯、朝鮮、韓國、澳大利亞、墨西哥、馬達加斯加、印度、斯裡蘭卡、加拿大和美國也有高儲量的天然石墨礦。其中斯裡蘭卡出產的塊狀石墨是目前所知的純度最高的天然石墨，其中的碳含量接近100%。通常開採得到的天然石墨中混有大量脈石和其他雜質，如要求品位較高，就需要用浮選法提取。先將礦料粉碎、加水研磨製成礦漿，再用石灰或鹼將礦漿調成弱鹼性，並加入水玻璃抑制脈石，然後用篩分設備將石墨從大量脈石中分離出來。在浮選槽內加入煤油之類的捕集劑，再經離心分離和乾燥，可以得到含碳量為 70～95%的石墨。含碳量在95%以上的石墨，需用化學方法萃取，或加熱到高溫使其中的氧化物雜質分解、揮發。

(2)人造石墨 在高溫和惰性氣氛中，無定形碳可以轉變為石墨。先將富碳的碳質材料壓製成形，加熱到2500～3000℃、在非氧化性氣氛中進行石墨化。晶體石墨增碳劑大部分都是採用這種製備的。

1.1.3 無定形碳

無定形碳也是六方層片狀結晶，與石墨不同之處在於六角形的配列不完整，層間距離略大。常見的無定形碳材料有焦炭、木炭、炭黑、活性炭等。

1.2 增碳劑的類別及成分

增碳劑的主要成分是碳。但碳在增碳劑中的存在形式可能是非晶態或結晶態。增碳劑相同，與非晶體增碳劑相比，晶體增碳劑的增碳速度明顯的快，未作球化處理原鐵液的白口深度小，球墨鑄鐵基體中鐵素體含量高，石墨球數多，石墨形態更圓整。依據碳在增碳劑中的存在形態，分為石墨增碳劑和非石墨增碳劑。石墨增碳劑有廢石墨電極、石墨電極邊角料及碎屑、自然石墨壓粒、石墨化焦等，此外，碳化矽(SiC)具有和石墨相似的六方結構也被列為石墨增碳劑的一種特殊形態。廢石墨增碳劑如瀝青焦、煅燒石墨焦、乙炔焦炭壓粒，煅燒無煙煤增碳劑等。常用增碳劑的主要成分表 1，晶體石墨增碳劑的化學成分：碳含量≥96%，水份≤1.5%，灰分<1%， Fe2O3<0.5%，Al2O3<0.45%，不含硫、磷。

2 增碳劑的增碳行為

增碳劑的增碳是通過碳在鐵液中的溶解和擴散進行的。當鐵碳合金的含碳量在 2.1%時，石墨增碳劑中的石墨可直接在鐵液中溶解直溶。而非石墨增碳劑的直溶現象幾乎不存在，只是隨著時間的推移，碳在鐵液中逐漸的擴散溶解。石墨增碳劑的增碳速度顯著的高於非石墨增碳劑。對所有石墨鑄鐵，石墨增碳劑中的石墨，可作為先共晶晶核和共晶石墨晶核。由不同的配料比使用碳質增碳劑和不採用增碳工藝，在鐵液化學成分中含量相同條件下，經過增碳處理的鑄鐵中氮含量增加，但可以形成氮化硼等，可以作為石墨結晶核心的基底，為石墨創造良好的形核成長條件。因此，增碳劑在增加鐵液含碳量的同時，能改善鐵液凝固後的組織和性能。

增碳速度是單位時間內碳增加的百分數。吸收率是增碳劑中碳被鐵液吸收的比率。鐵液增碳速度以及對增碳劑中碳的吸收率受下列因素影響。

①增碳劑種類;

②增碳劑顆粒;

③增碳處理溫度;

④鐵液組成;

⑤鐵液的攪拌程度。

石墨電極的增碳效率較快，在電爐熔煉時，一般吸收率 85%左右。鐵液攪拌越強，增碳效率越高，在1450℃可達到90%。

3 晶體石墨增碳劑對鑄件微觀組織及質量的影響

由於的力學性能取決於鑄件的組織，而鑄件的組織取決於鑄件的化學成分及凝固過程，鑄鐵凝固過程有2種重要的形核條件，一是奧氏體形核，另一種是石墨形核，石墨和鑄造矽鐵在 Ca、Ba、Sr、Al、Ce、Zr、Mn 等元素的促進下有利於先共晶及共晶石墨晶核的形成，研究表明含有上述活性元素的氧硫複雜化合物具有活性的結晶核心，在鑄鐵凝固過程促進石墨形核，鐵液中適當尺寸、沒有溶解的石墨質點，促進先共晶和共晶石墨析出核心，為了增加球鐵的石墨球數量，必須加強增加形成球狀石墨核心的技術措施，其中鐵液的石墨質點有助於提高球狀石墨核心數量，結晶核心總是異質的核心，晶體結構的碳可以顯著提高鐵液的形核狀態，其中有六方結構的石墨增碳劑，碳化矽(SC)由於具有和石墨相似的六方結構，也被看作是石墨增碳劑的一種特殊形態。石墨結構的增碳劑增加鐵液中晶核點的數量，提高鐵液的形核能力。生產實踐表明使用質地緻密的石墨增碳劑後球鐵的鐵素體含量平均提高10%-15%，對延伸率有特別要求的鐵素體球墨鑄鐵是非常有價值的。用石墨結構的增碳劑生產球墨鑄鐵得到的石墨球數量是使用非石墨增碳劑球鐵得到的石墨球數量的400% 。

高韌性球鐵的生產關鍵是獲得鑄件的組織中高的鐵素體含量，較高的球化率，直徑細小而多的石墨數。同樣的鑄造生產應用晶體石墨增碳劑會促進這些有益的結果形成，就是說應用晶體石墨增碳劑+工業碳素廢鐵+大量回爐料電爐熔煉是低成本生產高附加值高性能球鐵鑄件的新技術。

4 晶體石墨增碳劑的使用方法及晶體石墨粒度要求

增碳劑使用過程中，增碳劑有增碳吸收和氧化損耗。不同形態和顆粒大小的增碳劑對吸收和損耗有不同的影響，例如石墨壓塊(粒)、石墨電極碎屑，具有較大的表面面積浸潤在鐵液中，增碳吸收率高;增碳劑顆粒小，在增碳速度較快的同時，氧化損耗速度也較快等。因此，生產中應根據熔爐類型，爐膛直徑和容量大小，以及增碳劑的加入方法等，正確選擇增碳劑類型及顆粒大小。使用增碳劑增碳的主要方法，是將增碳劑作為爐料直接投入爐內的投入法，在工藝要求爐外增碳時，常採用包內噴粉或出鐵增碳法。

4.1 爐內投入法

適用於感應爐熔煉時使用，依據工藝要求具體方法有為：

①中頻電爐熔煉，可按配比或碳當量要求隨爐料加入電爐中下部位，回收率可達 95%以上;

②鐵液熔清後碳量不足調整碳分時，先打淨爐中熔渣，再加增碳劑，通過鐵液升溫，電磁攪拌和人工攪拌使碳溶解吸收，回收率可在 90%左右;有的工廠採用所謂低溫增碳工藝，即爐料只熔化一部分，熔化的鐵液溫度較低情況下，全部增碳劑一次性加入鐵液中，同時用固體爐料將其壓入鐵液中不讓其露出鐵液表面。

4.1.1 配料及加料順序與晶體石墨增碳劑的使用方法

鋼鐵料配料大多都採用 20%-30%的回爐料+工業碳素廢鐵，回爐料配量以車間回爐料的多少定，不超過30%為宜。加料順序是爐底先加入回爐料，隨後加入工業碳素廢鐵，大功率送電。

在爐料熔化60%時加入配料晶體增碳劑總量的一半，加入晶體增碳劑後繼續提高爐溫加料熔化，剩餘部分的60%在爐料全部熔化打完渣後加入，不斷攪拌直到增碳劑完全溶解後取樣分析。取樣後爐內鐵液用覆蓋劑保護，爐子保溫。

最後剩餘晶體增碳劑(粒度0.5~1.0 mm)覆蓋在包中球化劑上，起促進石墨形核及孕育作用。

4.1.2 晶體石墨粒度要求

對於1t以下電爐熔煉晶體石墨粒度要求0.5~2.5mm，1t-3t電爐熔煉晶體石墨粒度要求2.5~5mm，3t-10t電爐熔煉晶體石墨粒度要求 5.0~20mm，覆蓋在澆包中球化劑上的晶體石墨粒度要求0.5~1.0 mm。

石墨增碳劑

4.2 爐外增碳

選用焦炭粉做增碳劑，包內噴粉，吹入量為40kg/t，預期能使鐵液含碳量從2%增到4%，增碳過程隨著鐵液碳含量逐漸升高，碳量利用率下降，增碳前鐵液溫度1600℃，增碳後平均為1299℃。噴焦炭粉增碳，一般採用氮氣作載體，在工業生產條件下，用壓縮空氣更方便，而且壓縮空氣中配入過量碳粉吹入高溫鐵液中，與壓縮空氣中的氧燃燒產生CO，化學反應熱可補償部分溫降，而且CO的還原氣氛利於改善增碳效果。

出鐵時增碳，可將粒度0.5～1.0 ㎜的增碳劑放到包內，或從出鐵槽隨流衝入，出完鐵液後充分攪拌，儘可能使碳溶解吸收，碳的回收率在55%左右。

5 晶體石墨增碳劑的新用途

在生產高韌性風電球鐵鑄件、奧貝球鐵鑄件及大型複雜球鐵柴油機缸體、缸蓋過程中，經常遇到球化分級比2級低又比3級高，石墨球不圓整，石墨球直徑達不到6級以上，EPC生產灰鑄鐵重卡變速機箱體出現了D型石墨等，採取了常規的工藝措施都難以解決問題，在生產原來配料、熔化、球化、孕育工藝不進行大的改變情況下，出鐵時按1.5-2.0Kg/t鐵液包中衝入0.5~1.0mm的晶體增碳劑(覆蓋在球化劑上)，這些問題就得到解決。換句話可以理解運用特定晶體增碳劑會對提高高韌性球鐵風電鑄件、奧貝球鐵鑄件、及大型複雜球鐵柴油機缸體、缸蓋的球化率、改善石墨球圓整度，減小石墨球直徑起到有益的作用，EPC生產重卡變速機灰鑄鐵箱體對消除D型石墨有明顯的效果。

6 使用晶體石墨增碳劑注意的事項

配料增碳，增碳劑隨爐料加入電爐下部(5~15mm顆粒)，碳收得率一般為95%;鐵液、鋼液補碳，先打淨鋼液表面的渣子加入(0.5~2.5 mm)，碳收得率一般為92%。

加增碳劑熔煉灰鑄鐵、球鐵中不要頻繁加入覆蓋劑，不要頻繁打渣，以免增碳劑沒有溶解完與覆蓋劑混合，與渣子從爐中打出。

第一次使用注意需要通過2-3爐試驗，以確定增碳劑的碳收得率。

石墨增碳劑當做提高球化率、改善石墨球圓整度，減小石墨球直徑、消除D型石墨、細化晶粒的作用時，粒度一定要細，本身要乾燥，不注意的話容易引起球鐵的夾雜及氣孔缺陷。

7 合成鑄鐵的熔煉中 C、Si、Mn 的控制

由於合成鑄鐵配料，爐料中帶入的S、P極低，合成鑄鐵熔煉質量控制的關鍵是C、Si、Mn的控制，傳統熔煉C主要依靠配料來保證，但合成鑄鐵的熔煉由於C受增碳劑的類型、粒度、加入方法、以及增C過程溫度的影響，C吸收率變化大，因此，C必須依靠配料、嚴格的熔煉工藝及爐前快速檢測來調整，爐前快速檢測主要以快速熱分析儀和直讀光譜儀。對於酸性爐，合成鑄鐵的熔煉Si較為穩定，依靠配料控制，但合成鑄鐵液在1580℃以上於酸性爐內停滯時間太長，回出現C快速下降，Si快速大幅增高。合成鑄鐵的Mn通過調Mn造渣輔料的加入量來控制。

8 合成鑄鐵的生產應用實例

8.1 採用電爐合成鑄鐵工藝生產高韌性球鐵

風電球鐵鑄件國內大多採用樹脂砂造型制芯，中頻電爐或電弧爐熔煉工藝鑄造。在中頻爐熔煉下利用工業碳素廢鐵熔煉合成鑄鐵的工藝。經陝西、廣東、浙江、山東、遼寧等鑄造廠生產球鐵5萬t以上應用證明，應用合成鑄鐵生產技術在不增加鑄造企業設備投入，不增加人力投資情況下，降低高韌性球鐵直接生產成本約1000元/t左右(採用合成工藝熔煉 1t 鐵液節約成本：5.948 – 4.896 = 1.052 元)。對於1個年生產球鐵2萬t鑄造廠1年降低生產成本約2000萬元，同時廢品率降低可降成本約400萬元左右。應用這一技術年生產球鐵2萬t鑄造廠綜合降低生產成本2400萬元左右。

對於中頻爐及電弧爐熔煉而言，採用工業碳素廢鐵熔煉技術，生產高韌球鐵可以使球鐵的韌性和強度等性能得到提升，鑄件的基體晶粒組織會均勻化、細化，鐵液的純淨度更高，石墨化的效果也更穩定突出。工業碳素廢鐵中的雜質元素較少，成份穩定，經過高溫熔煉，消除了鑄造用生鐵的不良遺傳效應，熔煉出的鐵液具有較高的品質。由於風電鑄件要求進行低溫衝擊韌度檢測，所以必須保證鐵液足夠的純淨，因此，原材料選擇要求嚴格，一般對生鐵的純度要求高，要使用反球化元素、Mg消耗量儘量低的生鐵和雜質含量少，成分可知的廢鋼。但對於採用工業碳素廢鐵作為主要原材料的熔煉技術，用同類回爐料，相對而言原材料選擇餘地就較寬。

將採用該工藝澆鑄的QT400-18輪轂鑄件的解剖取樣，做鑄態金相和理化分析，結果表明一般金相組織中球化級別達到2級，石墨大小6級以上，鐵素體含量>90%，抗拉強度及-20℃低溫衝擊韌度檢驗均能達到要求。

對於電爐合成鑄鐵生產，由於不用鑄造生鐵，原材料只是工業碳素廢鐵及回爐料，採購管理相對容易。球化劑、孕育劑選擇要求與電爐非合成球鐵生產相同，由於電爐的溫度化學成份容易控制，對於一般鑄造工廠，降低生產高韌性球鐵的技術難度，減少了球化不良的影響，提高了合格率，降低了生產綜合成本，提高了生產效益。

8.2 採用電爐合成鑄鐵工藝生產等淬球鐵(ADI)後板簧支架球鐵原件

等溫淬火球墨鑄鐵(Austempering Ductile Iron)是將球墨鑄鐵加熱至奧氏體溫度(850-950℃)保溫(1-2h)至奧氏體為碳所飽和，然後急冷至使鑄件不生成珠光體並高於馬氏體開始形成溫度(Ms)，在此溫度(250-380℃)保持足夠長的時間(1.5-3.5h)生成針狀鐵素體和高碳奧氏體的熱處理態鑄鐵。

由於等淬球鐵具有較高的強度(σb>1000MPa)與韌性(δ>10%，無缺口衝擊值>100J)，強度和韌性的綜合覆蓋面大，引起工程界的興趣並開展了深入的研究。近幾年，由於球墨鑄鐵生產技術的進步，等淬球鐵優異的性能的吸引和較高的利潤刺激，等淬球鐵的應用在擴大，產量在增加，目前世界年產量已超過30萬噸。中國的載重車年需求約20萬輛，其重型汽車後板簧支架服役條件惡劣，既承受較大的破壞載荷，又承受由衝擊載荷形成的鑿削式磨損。原來一般採用退火的ZG270-500中頻淬火製造，重量大、耐磨性差，使用壽命低。尤其是對於12-16t載重車跑3000-5000km經常出現鉤頭部位嚴重磨損、螺栓孔耳部及支架斷裂等問題，歐、美發達國家因石油能源的緊缺、加之市場對汽車減重及節能要求較高，已有等淬球鐵(ADI)後板簧支架裝車應用，中國近幾年由於市場經濟的快速發展，市場上石油緊缺的問題也已凸現，重型車減重日顯突出。等溫淬火球墨鑄鐵的強度比同等韌性的普通球墨鑄鐵高1倍， 與低合金鋼的強度相當，但其彈性模量低20%，如果將載重車車橋後板簧支架由原來的 ZG270-500材質改為等淬球鐵(ADI)，後板簧支架的自重將減輕40%以上，耐磨性將得到很大的改善，使用壽命大大提高。

(1)後板簧支架等淬球鐵(ADI)化學成分

等淬球鐵基本化學成分與普通球墨鑄鐵(QT400-15)近似，Si 偏高，Mn要低，和加入的合金元素，注意控制微量元素。各元素的含量如表4：

S應被嚴格限制，以保證球化成功，防止過多的夾雜物產生和球化衰退。

P 為有害元素促進脆性。

Mo、Ni、Mn、Cu 是由強變弱的促進硬度的元素。Mn 應低於普通球墨鑄鐵，因為Mn有顯著的偏析傾向，致使石墨分布不均勻。 可以部分消除 Mn 的不利影響，在使用Cu後，含量可放寬至0.5%。加入合金元素 Cu、Cu、Mn、Mo、Ni、Nb 可以提高淬透性及力學性能。

幹擾元素Ti、Sn、Sb、V等破壞球形，要用稀土元素中和，但Ce過多反球化，應加以控制。

(2)後板簧支架球鐵原件的鑄造工藝關鍵

要控制後板簧支架球鐵原件的原始組織，球化率>90%，球化級別1-2級;石墨大小6-8級，石墨球數要>100-150個/mm ，形狀圓整，分布均勻;共晶體要均勻、細密。基體鐵素體 95%以上，儘量減少珠光體。採用倒包孕育、隨流孕育等晚期孕育技術，孕育要充分，以產生足夠的石墨核心，保證球化效果，防止滲碳體產生，碳化物和非金屬夾雜物總和<0.5%。球化處理後15min內澆注完，防止球化衰退。每1個鑄件都要附鑄金相試塊，用於檢查球化級別。

採用先進的成形方法和合理的澆冒口設計技術，防止鑄件產生縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷。孔洞和顯微縮松體積<1%。只有提供完善的原始鑄件，才能保證等淬球鐵高性能的穩定性和可靠性。金屬型鑄造、砂型鑄造冷鐵與澆冒口配合設計技術是製造無缺陷後板簧支架等淬球鐵原件先進的成形方法，這種方法鑄件冷卻快，石墨球數又多、又圓整。

採用電爐合成鑄鐵工藝，通過晶體石墨增碳劑+工業碳素廢鐵+調Mn造渣輔料的配合，低S、低P的成分控制變的容易。近萬件等淬球鐵後板簧支架裝到12-16t重型載重車上應用表明：將12-16t 載重車後板簧支架由原退火的ZG270-500中頻淬火改為等淬球鐵滿足其服役條件，性價比最佳的力學性能是σb1000MPa 左右，δ10%以上，硬度30-35HRC。鑄造要求高而健全的後板簧支架球鐵原件技術及合理的熱處理工藝控制技術是生產等淬球鐵(ADI)後板簧支架的關鍵。

增碳劑生產廠家

等淬球鐵(ADI)的承載能力為ZG270-500 承載能力的200%以上，後板簧支架改為等淬球鐵的自重將減輕40%以上，等淬球鐵(ADI)後板簧支架市場銷售價在15000元/t 左右，技術附加值較高，專業鑄造廠生產有較好的市場發展前景。等淬球鐵(ADI)的單位重量與強度比值、單位屈服強度的相對成本在高強度鋁合金、球鐵、鑄鋼鍛鋼中較低，有較高的性價比，在載重車、鐵路車輛、工程機械、礦山機械的高強度、耐磨及抗磨結構件上開發應用有廣闊的市場前景。

(3)3t重的QT700-2 風電星行架鑄件合成鑄鐵的熔煉工藝技術

3t重的QT700-2風電星行架鑄件，3個Φ220 大斷面熱節相互簇擁的結構，要求此處本體球化級別達到2級，石墨大小6級以上，珠光體含量>85%，Φ260×800 內壁硬度HB比Φ460×800 外壁HB低。在天津、河北2家鑄造廠生產時，採用了高價本溪生鐵、高價重稀土球化劑、高價長效孕育劑、放置大量冷鐵、低溫澆注等所有工藝措施，廢品率高達30%以上，免強合格的鑄件表面質量差，甚至有氣孔，產生200多件近1000t廢品，損失慘重。最後對鑄件採購商說，這個鑄件生產難度大，要求漲價。

當然星行架屬於風電架鑄件中，技術要求高，生產難度大的鑄件，採用合成鑄鐵工藝及大斷面球墨鑄鐵凝固結晶專用技術，這一問題就不難解決。

(4)用電極石墨、煅燒無煙煤增碳劑生產合成鑄鐵

採用中頻感應電爐，用工業碳素廢鐵和回爐鐵，用晶體石墨增碳、用碳化矽增碳熔煉合成鑄鐵，所用爐料化學成分見表5。合成鑄鐵爐料配比見表6。

經試驗和批量驗證，合成鑄鐵克服了生鐵遺傳性，在碳當量為 4.1%時，抗拉強度大於 250MPa，比沖天爐熔煉的大致可提高一個牌號。

(5)用增質增碳劑增碳生產灰鑄鐵缸套

缸套化學成分w(%)為C 3.2—3.25，Si 1.05—1.23，Mn 0.76—0.85，Cu 1.25—1.30，V 0.03—0.15，B 0.030—0.038，S≧0.35，P≧0.35，採用 3 種廢鋼用量生產缸套，3 種配料比例和增碳劑用量分別是：

①不用增碳劑，廢鋼 25%，生鐵 40%，回爐料 35%;

②增碳劑 0.8%，廢鋼 35%，生鐵 40%，回爐料 25%;

③增碳劑 1.0%，廢鋼 35%，生鐵 40%，回爐料 20%;

用直讀光譜儀測得的最終化學成分。用缸套附鑄試塊測得的組織與力學性能如表7。

從生產結果看出，增碳處理後，石墨細化1～2級且呈A型，基體中珠光體量增多，鐵素體量減少，力學性能得到改善，抗拉強度提高60MPa以上，伸長率提高0.1%，硬度提高70HB。

9 結 論

★採用電爐合成鑄鐵工藝生產高韌性球鐵、高強度球鐵，包括等淬球鐵(ADI)原件，在不增加鑄造企業設備投入，不增加人力投資情況下，降低高韌性球鐵直接生產成本約1000元/t 左右。對於 1 個年生產球鐵2萬t鑄造廠1年降低生產成本約2000萬元，同時廢品率降低可降成本約400萬元左右。應用這一技術年生產球鐵2萬t 鑄造廠綜合降低生產成本2400萬元左右。

★採用電爐合成鑄鐵工藝生產高品質球鐵、蠕墨鑄鐵及高強度灰鑄鐵，在不增加鑄造企業設備投入，不增加人力投資情況下，直接降低生產成本約1000元/t左右。同時性能可以提高一個牌號。

★採用電爐合成鑄鐵工藝適應市場對多類高品質鑄鐵件的需要，採用電爐用增碳工藝選用價格相對低廉的爐料，可以降低生產成本。用增碳劑與科學的增碳工藝相結合，提高鑄件品質，降低生產成本，能夠取得顯著的技術經濟效果。