高韌性球鐵的生產(chǎn)質(zhì)量控制的關(guān)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(xué)性能合格的根本。要獲得高韌性球鐵必須有優(yōu)質(zhì)的鑄造生鐵來(lái)保證，盡年來(lái)，生鐵供不應求，價(jià)格日趨上漲，使鑄造廠(chǎng)面臨嚴峻的經(jīng)營(yíng)形勢。針對這一問(wèn)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，采用晶體石墨增碳劑+工業(yè)碳素廢鐵+大量回爐料生產(chǎn)高附加值高性能球鐵合成鑄鐵工藝，更有益于成功獲得合格的高韌性球鐵，而且生產(chǎn)及管理成本低，顯著(zhù)提高鑄造廠(chǎng)效益的幾個(gè)實(shí)例。

　　由于鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，生鐵資源日益緊缺，優(yōu)質(zhì)球生鐵供不應求，價(jià)格日趨上漲?？晒┵Y源將持續緊張，高位運行，勞動(dòng)力成本持續上行的趨勢形成，可以斷定一個(gè)鑄造高成本的時(shí)代來(lái)臨。高耗能、高污染排放，生產(chǎn)低附加值鑄件的企業(yè)將首先被淘汰出局。應用電爐合成鑄鐵技術(shù)提高鑄件質(zhì)量，降低鑄造成本，提高鑄造廠(chǎng)效益成為鑄造企業(yè)發(fā)展的根本。

　　電爐熔煉合成鑄鐵的關(guān)鍵是增碳劑、調Mn造渣輔料、工業(yè)碳素廢鐵的選擇及加入，以及冶煉質(zhì)量控制，使用增碳劑增加含碳量調整化學(xué)成分，改善鑄鐵的組織和性能；利用價(jià)格相對低廉的工業(yè)碳素廢鐵。降低成本；為了獲得更好增碳效果，生產(chǎn)中選用晶體石墨增碳劑。晶體石墨增碳劑主要用于高韌性球鐵鑄件（風(fēng)電球鐵鑄件）、奧貝球鐵鑄件及大型復雜的灰鑄鐵及球鐵柴油機缸體、缸蓋的生產(chǎn)；應用晶體石墨增碳劑+廢鋼+大量回爐料是低成本生產(chǎn)高附加值高性能球鐵鑄件的新技術(shù)。本文著(zhù)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(zhù)提高鑄造廠(chǎng)效益的幾個(gè)實(shí)例。

　　1碳及晶體石墨增碳劑材料特性

　　碳在常壓下的熔點(diǎn)為3550℃，沸點(diǎn)為4194℃，3500℃開(kāi)始升華，是熔點(diǎn)高的元素。且在高溫下不發(fā)生晶態(tài)變化，幾乎不軟化、不變形。碳的同素異構體有無(wú)定形碳、石墨和金剛石。不同結構的碳密度不相同，無(wú)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(diǎn)是在無(wú)氧條件下加熱，晶體結構會(huì )向更完整、更緊密的狀態(tài)轉變。無(wú)定形碳，如焦炭、木炭、炭黑等，在高溫作用下可轉變?yōu)槭?。石墨在高溫、高壓作用下可轉變?yōu)榻饎偸?/p>

　　1.1碳質(zhì)材料

　　碳質(zhì)材料是由碳元素組成的一類(lèi)非金屬材料。由于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緊密的一種。金剛石是莫氏硬度值為10，硬度約為10000kgf/mm。

　　1.1.2石墨

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

　?。?）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(chǎn)量大的國家，產(chǎn)地主要有湖南、內蒙、黑龍江、福建、廣東、吉林等?。▍^）。俄羅斯、朝鮮、韓國、澳大利亞、墨西哥、馬達加斯加、印度、斯里蘭卡、加拿大和美國也有高儲量的天然石墨礦。其中斯里蘭卡出產(chǎn)的塊狀石墨是目前所知的純度高的天然石墨，其中的碳含量接近100％。通常開(kāi)采得到的天然石墨中混有大量脈石和其他雜質(zhì)，如要求品位較高，需要用浮選法提取。先將礦料粉碎、加水研磨制成礦漿，再用石灰或堿將礦漿調成弱堿性，并加入水玻璃抑制脈石，然后用篩分設備將石墨從大量脈石中分離出來(lái)。在浮選槽內加入煤油之類(lèi)的捕集劑，再經(jīng)離心分離和干燥，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(xué)方法萃取，或加熱到高溫使其中的氧化物雜質(zhì)分解、揮發(fā)。

　?。?）人造石墨在高溫和惰性氣氛中，無(wú)定形碳可以轉變?yōu)槭?。先將富碳的碳質(zhì)材料壓制成形，加熱到2500～3000℃、在非氧化性氣氛中進(jìn)行石墨化。晶體石墨增碳劑大部分都是采用這種制備的。

　　1.1.3無(wú)定形碳

　　無(wú)定形碳也是六方層片狀結晶，與石墨不同之處在于六角形的配列不完整，層間距離略大。常見(jiàn)的無(wú)定形碳材料有焦炭、木炭、炭黑、活性炭等。

　　1.2增碳劑的類(lèi)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(tài)或結晶態(tài)。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(tài)更圓整。依據碳在增碳劑中的存在形態(tài)，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，碳化硅（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(tài)。廢石墨增碳劑如瀝青焦、煅燒石墨焦、乙炔焦炭壓粒，煅燒無(wú)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(xué)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(guò)碳在鐵液中的溶解和擴散進(jìn)行的。當鐵碳合金的含碳量在2.1%時(shí)，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(zhù)時(shí)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(zhù)的高于非石墨增碳劑。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(zhì)增碳劑和不采用增碳工藝，在鐵液化學(xué)成分中含量相同條件下，經(jīng)過(guò)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(chuàng )造良好的形核成長(cháng)條件。因此，增碳劑在增加鐵液含碳量的同時(shí)，能改善鐵液凝固后的組織和性能。

　　增碳速度是單位時(shí)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。

　?、僭鎏紕┓N類(lèi)；

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　?、荑F液組成；

　?、蓁F液的攪拌程度。

　　石墨電極的增碳效率較快，在電爐熔煉時(shí)，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(guān)組織及質(zhì)量的影響