一、基本介紹
在鋼鐵產(chǎn)品的冶煉過程中，常常會因為冶煉時間、保溫時間、過熱時間較長等因素，使得鐵液中碳元素的熔煉損耗量增大，造成鐵液中的含碳量有所降低，導致鐵液中的含碳量達不到煉制預期的理論值。
為了補足鋼鐵熔煉過程中燒損的碳含量而添加的含碳類物質(zhì)稱之為增碳劑。
采用石墨粉劑經(jīng)壓制成型，生產(chǎn)鑄件時可大幅度增加廢鋼用量，減少生鐵用量或不用生鐵，在電爐熔煉中，將增碳劑放在中間，（爐中放一部分料后放增碳劑）加入量度是金屬量的1-3%。增碳劑特點是碳在鐵液中吸收效果好，不返渣，使用增碳劑可大幅度降低鑄件生產(chǎn)成本。
二、增碳劑的類型
1、按照鑄造用途分為：球鐵增碳劑，灰鐵增碳劑，鑄鋼增碳劑，特種增碳劑：
1）球鐵增碳劑一般選用石墨化的高碳低硫產(chǎn)品，基本的指標要求是：C>98.5 S<0.05；其主要材質(zhì)是石墨化石油焦，石墨化電極等等。它也是增碳劑中吸收率最高，吸收時間最快的。
即：石墨化增碳劑：主要應用于球墨鑄鐵，球墨鑄鐵除了對碳含量要求高之外，對硫的含量要求也比較高。
2）灰鐵增碳劑和球鐵增碳劑的主要技術指標區(qū)別在于對硫的控制。一般指標要求是S<0.5就可以，C含量可根據(jù)成本控制要求選擇98.5 95 93 90等等。這類增碳劑的吸收率一般在85%左右。其主要材質(zhì)是非石墨化石油焦，煅煤等。
即：石油焦增碳劑或煅煤增碳劑，石油焦增碳劑：高碳、低硫、低灰，主要應用于灰鐵鑄造。
球墨鑄鐵時，應采用硫含量低的增碳劑。
灰鑄鐵時，宜采用硫含量較高的增碳劑。
3）鑄鋼（煉鋼）增碳劑的種類比較多雜，一般大型鋼廠按照不同的鋼種會選擇多種增碳劑，但一般材料為煅煤，或者石墨球，也有用天然石墨碎的。含量從75-99不等。
即：煅煤增碳劑：成分一般為C：90-93%，S0.3-0.5%，主要用于煉鋼企業(yè)使用。
注釋：煉鋼使用的增碳劑，對增碳劑的要求是固定碳要高，灰分、揮發(fā)分和硫、磷、氮等雜質(zhì)含量要 低，并要干燥，粒度要適中。粒度太細容易燒損，太粗加人后浮在鋼液表面， 不容易被鋼水吸收。所以煉鋼常用的增碳劑是煅煤增碳劑。
4）特種增碳劑主要用于剎車片制造，包芯線制造，多采用0-0.5或者0.5-1MM粒度段的石油焦居多。
即：復合材料增碳劑
2、按照材質(zhì)分：冶金焦增碳劑，煅煤增碳劑，石油焦增碳劑，石墨化增碳劑，天然石墨增碳劑，復合材料增碳劑。
1）冶金焦增碳劑，就是通常沖天爐用的大焦，其作用除了熔煉之外，還有就是為金屬爐料增碳。
2）煅煤增碳劑，主要產(chǎn)自寧夏石嘴山，內(nèi)蒙烏海。成分一般為C:90-93%,S：0.3-0.5.主要用于煉鋼企業(yè)使用，部分鑄造企業(yè)用于灰鑄鐵。缺點是，碳含量低，融化慢，浪費電能，殘余量大。
3）石油焦增碳劑，主要產(chǎn)于遼寧，天津和山東，遼寧主要生產(chǎn)彈丸焦，用于鑄造不太好，山東和天津的石油焦可以用于鑄造灰鑄鐵。成分一般為C:96-99%；S：0.3-0.7%。主要用于煉鋼，灰鑄鐵，剎車片，包芯線等等。
4）石墨化增碳劑，主要產(chǎn)地為山東，河南等，生產(chǎn)廠家較少，主要材質(zhì)是石墨化石油焦和石墨化電極。一般成分為碳含量>98-99.5%；硫<0.05-0.03.主要用于球墨鑄鐵。特點是吸收快，碳高硫低。
5）天然石墨增碳劑，主要是天然石墨，碳65-99不等，主要用于煉鋼廠，鑄造廠不適用。
石墨增碳劑與煤質(zhì)增碳劑有著本質(zhì)上的區(qū)別：
一是原材料不同,石墨增碳劑是采用天然石墨經(jīng)過篩選加工制成,煤質(zhì)增碳劑是采用無煙煤鍛燒制成;
二是特性不同,石墨增碳劑具有低硫低氮低磷、耐高溫、導電性好等，這些是優(yōu)點是煤質(zhì)增碳劑不具備的；
三是吸收率不同，石墨增碳劑的吸收率在90%以上，這也是為什么固定碳含量較低（75%）的石墨增碳劑也能滿足使用要求的原因；
四是石墨增碳劑的價格相對較高，但綜合使用成本卻要低得多
6）復合材料增碳劑，近期市面上有一些人工制造的棍狀顆粒或者規(guī)則球狀顆粒增碳劑，采用石墨粉，焦粉，石油焦等等下腳材料，添加粘結(jié)劑用機器壓制成型，碳一般在93-97之間，硫不穩(wěn)定，一般在0.09-0.7之間浮動。特點是價格便宜，缺點是使用時無法穩(wěn)定加入量和控制硫含量。
注：灰鑄鐵含義
灰鑄鐵是指具有片狀石墨的鑄鐵，因斷裂時斷口呈暗灰色，故稱為灰鑄鐵。是應用最廣的鑄鐵
球墨鑄鐵的含義
球墨鑄鐵是一種高強度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，球墨鑄鐵已迅速發(fā)展為僅次于灰鑄鐵的、應用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”，主要指球墨鑄鐵。
3、按照使用方法不同分為：熔煉電爐用增碳劑，保溫電爐用增碳劑，轉(zhuǎn)爐用增碳劑，沖天爐內(nèi)用增碳劑，鐵水包內(nèi)增碳劑（隨硫增碳劑）
1）熔煉電爐用增碳劑，是最最常見的一種鑄造增碳劑。
2）保溫電爐用增碳劑，適用于沖天爐-中頻電爐的雙聯(lián)工藝中，在中頻電爐中使用，要求熔點低，吸收率高規(guī)格和材料都有別于常見的類型。
3）轉(zhuǎn)爐用增碳劑在冶煉企業(yè)中最為常見，一般采用煅煤，或者石油焦。
4）沖天爐內(nèi)增碳劑，該類增碳劑使用的企業(yè)較少，只有個別企業(yè)在使用，主要是大粒度和高吸收率特點。
5）隨流增碳劑是沖天爐客戶采用的有效的爐外增補碳手段。
6）剎車片用增碳劑: 具有高碳、低硫、低氮、有害雜質(zhì)少等優(yōu)良特性，該產(chǎn)品是煉鋼行業(yè)改進工藝、提高鋼水質(zhì)量的一項新型材料，成為近年來各大鋼廠冶煉低氮鋼，鋼簾線、高強度胎圈鋼絲用鋼等生產(chǎn)時的優(yōu)選增炭w增碳劑特點是碳在鐵液中吸收效果好，不返渣，使用增碳劑可大幅度降低鑄件生產(chǎn)成本。
增碳劑的選用
選用增碳劑時，一般都應該注意以下幾點。
1、固定碳和灰分的含量
固定碳和灰分是增碳劑中此消彼長的兩個對立參數(shù)，也是影響增碳效率的兩個最重要的參數(shù)。增碳劑中的固定碳含量高、灰分低，則增碳效率高，反之則增碳效率低。由于生產(chǎn)條件下影響的因素很多，很難嚴格評定兩參數(shù)各自對增碳效率的影響。
灰分高，對增碳有抑制作用，而且還會使爐渣量增多，從而延長作業(yè)時間，增加電耗，增加冶煉過程中的勞動量。采用熔溝式感應電爐，如增碳劑加入爐內(nèi)，尤應選用低灰分的品種，以免熔溝中聚集氧化物而影響電效率。
從增碳效率考慮，當然希望增碳劑的固定碳含量高一些、灰分低一些，但同時也要考慮生產(chǎn)成本的因素和對鐵液質(zhì)量的影響。
增碳劑的加入方式對增碳效率也有很大的影響。
1）增碳劑在裝料時加入爐內(nèi)
裝料時將增碳劑與爐料混勻，置于感應電爐的底層和中部，增碳效率較高。關于不同增碳劑的增碳效率，美國有人在保持其他條件不變的情況下進行過對比試驗，此處簡述其要點如下：
在無心感應電爐中熔煉灰鑄鐵，鑄鐵的目標碳當量為4.03%（C 3.4%、Si 1.9%、Mn 0.55%）。
爐料的配比是：鑄造生鐵16％；回爐料30％；廢鋼52％；增碳劑2％。
增碳劑與金屬爐料同時加入爐內(nèi)，不同增碳劑的增碳效率見下表
2）出鐵時加增碳劑
出鐵時在包內(nèi)加增碳劑，增碳效率比加入爐內(nèi)者低得多。美國有人在包內(nèi)加入不同增碳劑進行過對比試驗，其要點如下：
熔煉的鑄鐵是低碳當量鑄鐵，目標成分是：C 2.55%；Si 1.7%；Mn 0.4%。
出鐵時，鐵液溫度為1510～1530℃。
增碳劑加在包內(nèi)，然后沖入鐵液，試驗的結(jié)果見下表
2、硫含量
熔煉球墨鑄鐵時，應采用硫含量低的增碳劑，雖然低硫增碳劑的價格高，但卻是必需的。
熔煉灰鑄鐵時，宜采用硫含量較高的增碳劑。這樣，不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且還可增強鐵液對孕育處理的回應能力，得到冶金質(zhì)量高的鑄件。在這種條件下，片面地追求增碳劑“質(zhì)量高”而選用低硫的品牌，不僅增加生產(chǎn)成本，而且還對產(chǎn)品質(zhì)量有負面影響。
常用增碳劑成分與密度
工藝因素對增碳效率的影響
除增碳劑中的固定碳含量和灰分對其在鑄鐵中的增碳效率有重要的影響外，增碳劑的粒度、加入的方式、鐵液的溫度以及爐內(nèi)的攪拌作用等工藝因素都對增碳效率有明顯的影響。
1、加入方式
增碳劑在裝料時隨金屬爐料一同加入爐內(nèi)，由于作用的時間長，增碳效率比出鐵時加入鐵液時高得多。
2、鐵液的溫度
出鐵時將增碳劑加入包內(nèi)，然后沖入鐵液，增碳效率與鐵液的溫度有關。在正常的生產(chǎn)條件下，鐵液溫度較高，則碳較易溶于鐵液，增碳效率因而較高。
3、增碳劑的粒度
一般說來，增碳劑的顆粒小，則其與鐵液接觸的界面面積大，增碳的效率就會較高，但太細的顆粒易于被大氣中的氧所氧化，因此，增碳劑顆粒尺寸的下限值以1.5mm為宜，而且其中不應含有0.15mm以下的細粉。
顆粒尺寸的最大值，應該以能在作業(yè)時間內(nèi)溶入鐵液為度。如果增碳劑在裝料時隨金屬爐料一同加入，碳與金屬的作用時間長，增碳劑的顆粒尺寸可以較大，上限值一般可為12mm。如果在出鐵時加入鐵液中，則顆粒尺寸宜小一些，上限值一般為6.5mm。
4、攪拌作用
攪拌有利于改善增碳劑和鐵液的接觸狀況，提高其增碳效率。在增碳劑與爐料一同加入爐內(nèi)的情況下，有感應電流的攪拌作用，增碳的效果較好。向包內(nèi)加增碳劑時，增碳劑可先置于包底，出鐵時使鐵液直沖增碳劑，或連續(xù)地將增碳劑投向液流，不可在出鐵后投放在包內(nèi)的液面上。
5、避免增碳劑卷入爐渣
增碳劑如被卷入爐渣中，就不能與鐵液接觸，當然會嚴重影響增碳效果。因此，如采用在出鐵時增碳的工藝，應特別注意避免渣、鐵混出。
影響增碳劑吸收的幾個因素
1、增碳劑粒度對吸收率的影響
使用增碳劑的增碳過程包括溶解擴散過程和氧化損耗過程。增碳劑的粒度大小不同, 溶解擴散速度和氧化損耗速度也就不同, 而增碳劑吸收率的高低就取決于增碳劑溶解擴散速度和氧化損耗速度的綜合作用。在一般情況下,增碳劑顆粒小, 溶解速度快, 損耗速度大;增碳劑顆粒大, 溶解速度慢, 損耗速度小。增碳劑粒度大小的選擇與爐膛直徑和容量有關, 一般情況下, 爐膛的直徑和容量大,增碳劑的粒度要大一些; 反之,增碳劑的粒度要小一些。
2、增碳劑加入量對吸收率的影響
在一定的溫度和化學成分相同的條件下, 鐵液中碳的飽和濃度一定。在一定飽和度下,增碳劑加入量越多, 溶解擴散所需時間就越長, 相應損耗量就越大, 吸收率就會降低。
3、飽和濃度一定, 溫度對增碳劑吸收率的影響
增碳溫度在平衡溫度時,增碳劑吸收率最高。
4、鐵液攪拌對增碳劑吸收率的影響
在增碳劑未完全溶解前, 攪拌時間長, 吸收率高。但攪拌時間過長, 不僅對爐子的使用壽命有很大影響, 而且在增碳劑溶解后, 攪拌會加劇鐵液中碳的損耗。因此, 適宜的鐵液攪拌時間應以保證增碳劑完全溶解為適宜。
5、鐵液化學成分對增碳劑吸收率的影響
當鐵液中初始碳含量高時, 在一定的溶解極限下,增碳劑的吸收速度慢,吸收量少, 燒損相對較多,增碳劑吸收率低。當鐵液初始碳含量較低時, 情況相反。另外, 鐵液中硅和硫阻礙碳的吸收, 降低增碳劑的吸收率。而錳元素有助于碳的吸收, 提高增碳劑吸收率。就影響程度而言, 硅最大, 錳次之, 碳、硫影響較小。因此, 在實際生產(chǎn)過程中, 應先增錳, 再增碳, 最后增硅。
