如何合理地使用增碳剂

njrzm

      半个世纪以来，铸铁件的生产技术有了长足的进步，如在球铁生产中，ADI技术的成熟和高硅固溶强化铁素体球铁的推广，，给球铁生产技术的发展注入了新的动力，而在灰铸铁的生产技术方面，我认为采用合成铸铁技术，应当是一个很大的技术进步，它与我们生产高强度高碳当量的铸铁件找到一条正确的途径，缩短了与国外先进国家的技术差距。

      合成铸铁生产技术就是改变了过去长期以来一直用生铁作为主要炉料成分的配料方法，而是不用生铁，或只用少量的生铁，主要采用废钢做主要炉料，配以增碳剂增碳来达到指定的化学成分和新的配料方法。新的配料方法与老方法相比，主要有一下三个方面优点：

      ①避免了新生铁遗传性

      ②增碳剂增加了外来的石墨核心

      ③是废钢中的氮及从增碳剂中带进来的更多氮促进了珠光体和改变了石墨形态，但众多的介绍合成铸铁经验文献中，基本上都推荐要采用低氮低硫的幼稚石墨型增碳剂，其原因就是石墨型增碳剂能直溶增碳达度块，回收率高，因而在采用增碳剂时，只注意了石墨形态，含碳量，灰分和粒度，而不去关注增碳剂含氮量高低，常常把其中的氮作为影响铸件的气孔缺陷的原因而拒绝利用氮能增加铸件强度的有利条件，从而对利用增碳剂中的氮的有利作用。做了理论上的肯定，而实际上的否定，但在实际运用中增碳剂的生产厂家一改不进行氮含量的分析，在采用的技术条件上也没有对氮含量的分析，因而在增碳剂的含氮量及生产出的灰铸铁件中的氮处于一个失控的状态，因此尽管许多铸造厂也采取了高比例的废钢配比，也加入了2%左右的增碳剂，但所得结果，有的厂铸铁件中含氮量超高，产生氮气孔而使铸件报废，而大多数工厂生产出来的铸件性能仍然不高，本体强度难以稳定地满足HT250的要求，仍要采用低碳当量来提高强度。

      合理地选用增碳剂，掌控好其中的氮和硫就能稳定地生产出高强度高碳当量的铸铁件，根据资料和我们的实验室数据，氮在铸铁中最明显的作用就是稳定珠光体，而保证95%以上的珠光体是生产高强度的基本要求，氮在50-120ppm时能有效地抑制铁素体的生成，而当含量过高时有产生氮气孔的危险，我们控制厚大件的氮含量不超过80ppm，中小件不超过120ppm作为控制界限。而在不产生氮气孔的前提下，要尽量争取采用较高的氮含量已达到最大化地提高铸铁件强度，或者减少铜、锡、铬、等贵金属合金的加入量。在铸铁件中，当氮含量达到80ppm以上时，对于一般的中小铸件就能使其中的片状石墨变短，变粗，从直线的A型石墨变弯曲，且石墨尖端钝化，对于合成铸铁来讲，一般都能得到较多的A型石墨，而没有发现B型石墨，因此铸件的加工性能得以改善，氮对灰铸铁件的机械性能提高有显著影响，在合适的范围内提高氮含量就可提高抗拉强度，几乎成线性关系，我们的 实验数据是铸铁件中的氮含量每增加10ppm，其抗拉强度就可增加10-15Mpa，同时硬度也有所增加，但没抗拉强度那么明显。

      氮在控制范围内对铸铁件的有利影响，当然是氮在铸铁凝固冷却时，对石墨和基体的生成产生了有利影响，铸件强度的提高是通过金相组织的改善而获得的结论，通过实验，检测了氮在金相中的分布，结论是：

      ①氮使铸铁溶液的平衡和非平衡一次结晶温度降低，结晶多冷度增大，共晶转变的温度区间增大，氮对共析转变温度降低，转变温度区间增大，氮对共析转变温度的影响程度与铸铁的含碳量有关系，含碳量愈高，氮的影响愈显著。

      ②氮对石墨的形态、数量和分布都有影响，它使石墨长度缩短，弯曲程度增加，端部变钝，长宽比减小。

      ③氮对基体组织有显著影响，它使初生奥氏体一次轴变短，二次臂间距减少，使共晶团细化，珠光体数量增加，且珠光体和铁素体的显微硬度增加。

      ④测试了共晶转变后石墨表面氮的浓度，发现石墨表面有几个原子厚度的氮吸附层，石墨中氮的浓度明显高于基体，因此阻碍了石墨的长大，从而细化了共晶团组织，并使石墨在长大过程中晶格产生畸变，导致石墨弯曲和分支，也测定了加氮前后铁素体和渗碳体的晶格常数有明显增大，这是氮原子固溶在其中而使其畸变，从而提高了基体组织的强度和显微硬度。

      因此我们认为，在生产高强度高碳当量的合成铸铁生产中，增碳剂中的含氮量对改善铸铁金相组织和提高其机械性能起到了主要作用。我们不能避开它，而是要充分地利用它，有意识地将它作为一个有益的合金元素来加以利用，所以要合理地正确选择增碳剂，在铸铁生产中，可起增碳作用的增碳剂有好多种，通常使用的增碳剂有石墨型增碳剂，和部分石墨化增碳剂，煅烧石油焦和煅烧煤等品种。我们要根据铸件的种类，和对机械性能的要求来选择增碳剂，一般来说，如果我们生产球墨铸铁件，我们可选用石墨化型增碳剂，当铁液比较纯净是，也可以选用含氮量较低于1500ppm的煅烧石油焦或煅烧煤增碳剂，而当我们生产灰铸铁件，尤其是高强度的灰铸铁件时，基于前面所说的理由，如果选用了石墨化型的增碳剂不但愿望地增加了生产成本，也失掉了利用增碳剂中的氮元素来起合金化的机会。而去采用降低碳当量的方法来保证机械性能，因而使铸件收缩性大，残余应力大，使用中精度降低，以及加工性能差等弊端。或者采用增加铜，锡，铬等稳定珠光体的贵重合金元素来保证珠光体含量及抗拉强度，这都不如合理利用增碳剂中氮来得有效和经济。所以这三年来，我们在对增碳剂和灰铸铁件中的氮进行可控的工艺操作下，稳定地生产出了HT250和HT300铸件，并且减少了铜，铬等元素含量，甚至不加铜等合金也能保证金相和强度要求，因此在灰铸铁件的生产中，我们提出最好不用石墨化型增碳剂，而首推采用部分石墨化，煅烧石油焦，或煅烧煤型增碳剂，部分石墨化和煅烧石油焦含固定碳高，溶解速度快，灰分低，而且有合适的氮含量，在条件比较好的工厂可以推荐选用。一般的小型铸造厂可采用煅烧煤增碳剂，它固定碳含量较低，但价格便宜，合理工艺操作，同样可得到增加抗拉强度，降低成本的目的，下面还要讨论一下灰铸铁件所用的增碳剂中的硫含量问题。

      有的灰铸铁件生产企业，在提出的采购增碳剂的技术条件上，要求较低的硫含量，我们认为这种要求是没有道理的，因为大家知道，自从采用合成铸铁以来，由于大量采用废钢，而使融化的铁液含硫量低于0.05%以下，因而产生了铸铁孕育不良，影响了合成铸铁的质量因而伴随而来的发展了增硫工艺，得意事合成铸铁得以发展，所以近半个世纪以来，在灰铸铁件的生产中，大量采用废钢加增碳剂工艺及增硫工艺，加上良好的孕育这是当前稳定生产高端灰铸铁件必需而充分的工艺措施，所以凡是容量出来的铁液低于0.05-0.10%的合理范围，所以一方面限制增碳剂中的硫不能搞，另一方面又特意用增碳剂来增加硫，显得在道理上是矛盾的。所以我们提出用在铸铁增碳剂中的含硫量控制在0.5%是合理的，在炉料配料中如果我们采用2%的增碳剂加入量，则铁液的增硫量只有0.01%，增加硫量有限，一般情况下，还必需加一定量的硫化铁才能保证铁液的含硫量要求，所以更低地降低增碳剂中的含硫量要求是不必要的，也是不合理的。


      因此，合适的灰铸铁件采用增碳剂，应当将含氮量控制在一个既能提高铸铁强度，而又不产生氮气孔的范围，我们在控制上将其控制在一个保险的上限下，如果铸铁强度还不理想，还没有达到应有的高度时，我们可采用这种含氮的增强孕育剂来增加氮含量，达到提高铸铁强度的目的，而在硫的含量下，完全可以允许较高的含硫量，以保证良好的铸铁孕育效果。

lsj159753

”幼稚石墨型增碳剂“是什么意思？？

老翻砂匠

lsj159753 发表于 2018-3-1 13:32
”幼稚石墨型增碳剂“是什么意思？？

我认为应该是优质石墨型增碳剂～

njrzm

lsj159753 发表于 2018-3-1 13:32
”幼稚石墨型增碳剂“是什么意思？？

“优质石墨型”，拼音的字误，不好意思

铸造小狗

lsj159753 发表于 2018-3-1 13:32
”幼稚石墨型增碳剂“是什么意思？？

是否联想到了幼稚园啊？

fbi-2008

lsj159753 发表于 2018-3-1 13:32
”幼稚石墨型增碳剂“是什么意思？？

就是不大可能有，即使有也很少数量

老翻砂匠

fbi-2008 发表于 2018-3-5 21:34
就是不大可能有，即使有也很少数量

那就是初生石墨了

fbi-2008

老翻砂匠 发表于 2018-3-5 21:44
那就是初生石墨了

不能再调侃了哈
不过煅烧中心的产品确实产量少

河南董工

增碳剂分很多种：煅烧煤增碳剂、石墨电极碎增碳剂、人工/电解石墨柱/球增碳剂、煅后石油焦、石墨化石油焦，后来又出来一个半石墨化石油焦；很多公司用中温、高温来混淆增碳剂的档次。
煅烧指的是：煅烧煤1200-1300度、石油焦1300-1400度焦化；
完全石墨化温度至少2500度以上；温度不够说指标好大都是忽悠！
半石墨化或者不完全石墨化指的是完全石墨化过程中因炉温差异，导致炉内部分没有充分石墨化的副产品，产量非常少。

石墨电极碎增碳剂：是指石墨电极、石墨坩埚、石墨炉板破碎筛分作为增碳剂，一般固定碳98-99，氮不高，但石墨电极用的针状焦硫有高有低（0.2-0.5），所以增碳剂硫也有高有底。

人工/电解石墨柱/球增碳剂：主要看原材料好坏，料好增碳剂就好，一般能够提纯石墨的都是低硫低氮，但国内这样的厂家没几家，所以市场上总体供货量不稳定。

所谓石油焦分为几种：针状焦、海绵焦、弹丸焦和焦粉，其中针状焦、海绵焦最适合做增碳剂，但里面还要分高硫、中硫、低硫。

所以增碳剂品种很多、质量很杂。
以上说的这些不一定能全部概况各家现状，但大部分情况是这样；也不知道会不会得罪材料厂家，也劝一下铸造厂一分价钱一分货，好材料出好产品。

老翻砂匠

河南董工 发表于 2018-7-12 11:33
增碳剂分很多种：煅烧煤增碳剂、石墨电极碎增碳剂、人工/电解石墨柱/球增碳剂、煅后石油焦、石墨化石油焦， ...

一分价钱一分货，好材料出好产品

这是亘古不变的真理！

佩服董工的专业～

shine

河南董工 发表于 2018-7-12 11:33
增碳剂分很多种：煅烧煤增碳剂、石墨电极碎增碳剂、人工/电解石墨柱/球增碳剂、煅后石油焦、石墨化石油焦， ...

人工/电解石墨柱/球增碳剂 这种还需要加入胶水来粘结吧，如果是这样，不知道胶水会不会造成一些影响
感谢科普

河南董工

shine 发表于 2018-7-12 19:51
人工/电解石墨柱/球增碳剂 这种还需要加入胶水来粘结吧，如果是这样，不知道胶水会不会造成一些影响
感谢 ...

胶水是植物淀粉、影响加了直接影响固定碳含量，对氮硫影响非常小；所以都在尽可能降低加入量，这也是石墨柱增碳剂固定碳普遍较低的原因。另外石墨与炭素材料检测方法有差异直接影响固定碳结果，现行的炼钢用增碳剂和石墨化增碳剂标准中定义也不是很明确。也不知道新制定的铸造增碳剂怎么定义的？

shine

河南董工 发表于 2018-7-13 08:53
胶水是植物淀粉、影响加了直接影响固定碳含量，对氮硫影响非常小；所以都在尽可能降低加入量，这也是石墨 ...

检测方法不明确，后面这类争议不好解决

铸造小狗

提到胶水，突然想起来了一件事，上个月回来在常州的一个铸造工场看到这样的一幕：造型工的工具包里多了一种工具一一502胶，后来才知道，造型工居然用502胶修型，粘结掉落的树脂砂块，问题能行吗？回答是肯定的，所以，就给造型工配上了502胶。

shine

铸造小狗 发表于 2018-7-14 07:45
提到胶水，突然想起来了一件事，上个月回来在常州的一个铸造工场看到这样的一幕：造型工的工具包里多了一种 ...

估计是觉得专用的粘芯胶不好用

njrzm

铸造小狗 发表于 2018-7-14 07:45
提到胶水，突然想起来了一件事，上个月回来在常州的一个铸造工场看到这样的一幕：造型工的工具包里多了一种 ...

还真的第一次听说，居然把502胶水用到了铸造上，少量还好，用多了估计会有问题的！