感應(yīng)爐越來越多地用于熔化鑄鐵。 一般在感應(yīng)爐中，僅靠添加金屬爐料是無法保證鐵水所需的碳量的，必須添加增碳劑。 因此，對(duì)于感應(yīng)爐，特別是中頻感應(yīng)爐來說，添加增碳劑是冶煉操作的重要組成部分。 本文將介紹一些有關(guān)感應(yīng)爐增碳劑使用的知識(shí)。

1、增碳劑中未熔顆粒的石墨化

在鐵水中，增碳劑不僅包括已滲透到鐵水中的碳，還包括以石墨形式剩余的未滲透的碳，并以粒狀形式參與攪拌的液流中。 未熔的粗大石墨顆粒，通電時(shí)大部分浮在靠近爐壁的鐵水表面，一部分粘附在爐壁中部，相當(dāng)于攪拌死角。 這時(shí)，一旦停止供電，粗大的石墨顆粒就會(huì)因壓力的作用而慢慢飄落下來。 石墨熔化過程中，超出光學(xué)顯微鏡觀察范圍的極小顆粒，不僅在通電時(shí)，而且在停電時(shí)，都能漂浮在鐵水中。

據(jù)介紹，越接近構(gòu)成共晶晶核的物質(zhì)，雖然添加的石墨的結(jié)晶度與晶界石墨有些不同，但與其他可確定產(chǎn)生石墨核的物質(zhì)相比，其結(jié)晶程度融合勢(shì)必會(huì)更大。 由此看來，可以認(rèn)為，漂浮的細(xì)小石墨顆粒有利于石墨核的形成，可以防止鑄鐵的過冷和白化。

2 滲碳劑細(xì)度對(duì)滲碳療效的影響

2.1 增碳劑細(xì)度對(duì)滲碳時(shí)間的影響

增碳劑的細(xì)度是影響增碳劑熔入鐵水中的主要因素。 采用表1中成分大致相同但細(xì)度不同的滲碳劑A、B、C進(jìn)行滲碳效果測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。雖然處理后的滲碳率相同，滲碳達(dá)到90%滲碳率的時(shí)間差異較大。 使用未經(jīng)細(xì)化處理的C增碳劑需要8分鐘，而去除細(xì)粉和粗顆粒的A增碳劑只需6分鐘。 這說明滲碳劑的細(xì)度對(duì)滲碳時(shí)間影響很大，細(xì)粉和粗顆粒混合不好，特別是細(xì)粉濃度較高時(shí)。

圖1 增碳劑細(xì)度對(duì)滲碳時(shí)間的影響

表1 試驗(yàn)用增碳劑成分及細(xì)度(mm)分布(1)

2.2 增碳劑細(xì)度對(duì)增碳劑的影響

臺(tái)灣洪亞、望月曾對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.8%C、質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.023%S的增碳劑用量進(jìn)行試驗(yàn)，細(xì)度分布見表2。試驗(yàn)結(jié)果見圖2 .. 從圖中可以看出，細(xì)度較細(xì)的增碳劑E，增碳效果很差，細(xì)度較細(xì)的增碳劑G較好； 增碳劑A的滲碳效果最好。

上述事實(shí)否定了，為了提高滲碳效果，應(yīng)對(duì)滲碳劑進(jìn)行精細(xì)處理，去除細(xì)粉和粗顆粒。

圖2 增碳劑細(xì)度對(duì)增碳量的影響

表2 試驗(yàn)(2)增碳劑成分及細(xì)度(mm)分布

3 鐵水物理成分對(duì)增碳劑增碳效果的影響

3.1硅對(duì)增碳劑療效的影響

鐵水中的硅對(duì)滲碳效果影響很大。 硅純度高的鐵水滲碳效果不好。 有人讓鐵水中Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.6%~2.1%范圍內(nèi)變化，并添加如表1所示的兩種增碳劑A和B，并觀察添加增碳劑后滲碳時(shí)間的差異。 結(jié)果如圖3所示。當(dāng)鐵水中Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，滲碳速度較慢。

圖3 鐵水中硅含量對(duì)滲碳的影響

3.2 硫?qū)B碳劑滲碳效果的影響

正如鐵水中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)滲碳效果有影響一樣，硫的濃度對(duì)滲碳也有一定的影響。 采用表2中的A增碳劑，添加前添加試劑硫化鐵，觀察S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)增碳的影響。 添加硫化鐵且鐵水中S質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.045%時(shí)，與不添加硫化鐵且鐵水中S質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0014%的貧煤鐵水相比，滲碳速度慢得多。

4 增碳劑的選擇及添加方法

4.1 應(yīng)選用含氮量較少的增碳劑

鑄鐵鐵水中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在以下。 如果氮含量超過此含量（150-或更高），則容易引起坯料開裂、縮孔或氣孔缺陷，并且更容易形成厚壁坯料。 這是因?yàn)楫?dāng)廢鋁比例減少時(shí)，增碳劑的添加量應(yīng)增加。 焦炭增碳劑，特別是瀝青焦，富含氮。 電極石墨中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%或極少量，而瀝青熱解氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.6%。 如果添加2%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%氮的增碳劑，僅這樣就減少了質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氮。 大量的氮易形成鑄造缺陷，但氮可使碳化物致密，鐵素體硬化，強(qiáng)烈提高硬度。

4.2 增碳劑的添加方法

鐵水的攪拌可以促進(jìn)滲碳。 因此，與攪拌力強(qiáng)的工頻感應(yīng)爐相比，攪拌力弱的中頻感應(yīng)爐增碳難度要大得多。 因此，中頻感應(yīng)爐有增碳和跟不上金屬爐料熔化速度的可能。

雖然是攪拌力較強(qiáng)的工頻感應(yīng)爐，但滲碳操作也不能忽視。 這是因?yàn)椋瑥母袘?yīng)電爐熔煉示意圖可以看出，感應(yīng)電爐內(nèi)有上下分離的攪拌鐵流，其分界處靠近爐壁還存在死角。 如果不對(duì)鐵水進(jìn)行過度加熱和長(zhǎng)期保溫，則留在和附著在爐壁上的石墨團(tuán)不能熔入鐵水。 鐵水過度加熱和長(zhǎng)期保溫會(huì)降低鐵水的過冷度，往往會(huì)強(qiáng)化鑄鐵的白化。 據(jù)悉，對(duì)于在爐壁附近形成強(qiáng)感應(yīng)電壓的中頻感應(yīng)爐，如果附著在爐壁上的石墨團(tuán)藏在鐵水中，在下次爐冶煉時(shí)，隱藏的金屬就會(huì)被熔化，造成侵蝕并損壞爐壁。 為此，當(dāng)廢鋁比例高，增碳劑添加較多時(shí)，更應(yīng)注意增碳劑的添加。

增碳劑的添加時(shí)間不可忽視。 增碳劑加入過早，易使其粘附在爐底，附著在爐壁上的增碳劑不易熔入鐵水中。 反之，加入時(shí)間過晚，就會(huì)失去滲碳的機(jī)會(huì)，造成冶煉和加熱時(shí)間的延誤。 這不僅耽誤了物理元件的分析和調(diào)整，還可能因溫升過高而造成危害。 因此增碳劑最好在加入金屬爐料的過程中一點(diǎn)點(diǎn)加入。