碳化硅在铸铁熔炼中的应用效果

Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　

碳化硅在灰铸铁熔炼工艺中的应用　

潘金锟　马寒坤　赵永永　王法禄　吕　宁　杨甲龙　

（中国重汽集团济南铸锻中心２５０２００）　应用技术　

哪ｌ　

［摘要］本文通过实验，研究了碳化硅作为新型铸造材料，在灰铸铁熔炼过程中所起到的作用。结合实验数据，分析了熔炼过程添加碳化硅对ＨＴ２５０成分、　

组织、机械性能等方面的影响。　

［关键词］碳化硅　中频电炉；灰铸铁；机械性能，组织金相。　中图分类号：ＴＤ９２５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）４１—０２４７—０１　

前言　碳化硅是由一个碳原子和一个硅原子组成的化合物，晶体结构分为六方　

或菱面体的０【一ＳｉＣ和立方体的Ｂ—ｓｉｃ（称立方碳化硅）。是１８９１年美国人艾　

奇逊（Ｅｄｗａｒｄ？Ｇ？Ａｃｈｅｓｏｎ）在电熔金刚石实验时偶然发现的，１９８７年后，以　

ＣＲＥＥ的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品化的工业用碳化硅　

基。目前，国内碳化硅的用途十分广泛，使用较多的是用作磨料和耐火材料两个　

方面。　

在铸造领域，碳化硅脱氧剂是一种新型的强复合脱氧剂，它在有渣存在的　情况下会发生溶解，且当温度超过１６２０＂Ｃ（例如炼钢时），硅将担负起脱氧任务，　

而碳则起增碳剂的作用，收得率可达１００％。脱氧效果好，使脱氧时间缩短，节约　

能源，提高炼钢效率，提高钢的质量，降低原辅材料消耗，减少环境污染，改善劳　

动条件，提高电炉的综合经济效益都具有重要价值。　

本文研究了灰铸铁铁液预处理过程中，使用碳化硅粉末替代增碳剂和硅铁　的可行性，以及对铸铁化学成分、金相组织、力学性能等方面的影响。　

１螺炼时碳化硅的作用　在熔炼过程中，将ｓｉｃ加入铁液后，不会发生熔化，但能够溶解于铁液，其崩　

解吸收温度大约１２００＂Ｃ，因此溶解过程是逐渐分解、扩散的，过程比较慢。ＳｉＣ中　

的Ｓｉ和Ｃ以合金形式进入熔体。按下列反应式发生融熔。在　

碳化硅孕育剂在蠕墨铸铁中的应用

黄石新兴管业制造部 林中华

蠕墨铸铁是指铸铁水经蠕化处理,使其石墨呈蠕虫状与少量球团状的铸铁。如果蠕化处理不当,蠕墨铸铁就会转变成球墨铸铁或灰铸铁。

由于蠕虫状石墨的形态介于片状与球状之间，所以蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，其铸造性能、减振性和导热性都优于球墨铸铁，具有不怕激冷、过热等特点。为此，化学成分的控制是确保蠕铁生产稳定的重要环节。

一、蠕铁的化学成分

蠕铁的化学成分和球墨铸铁差别基本相同，一般碳当量控制在4.4-4.6%（薄壁件取中上限)，一般为:C3.7-3.9%、Si2.4-2.6%、Mn<0.5%(铁素体基体)P<0.07%、S<0.03%、Mg0.01-0.03%.Re0.01-0.03%.SiC0.3%。从化学成分中可以看出所不同的是碳化硅的加入。

蠕铁中加入碳化硅的作用:防止析出碳化物，增强蠕化处理过程中铁水的抗氧化性能、减少白口倾向，提高组织致密，碳化硅具有强力的脱氧作用，在铁水中还原以生锈废料造成的铁水氧化因素，起到了净化铁水和提高流动性的作用，同时减少蠕化剂的加入量。显微镜下观察，石墨短而厚，头部较圆，形似蠕虫。

蠕墨铸铁的显微组织 蠕虫状石墨

二、生产RUT300(薄壁管件)效果分析 1、铁水化学成分控制在高碳、中硅、低硫范围碳当量在4.4-4.6%，蠕化剂加入量由0.9%降到0.6%，蠕化率达到了65-75%，切削加工性优于灰铸铁，铸造性能接近球铸铁，白口（渗碳体)倾向小于灰铸铁。

2、根据化学成分控制调整碳化硅孕育剂在炉内的预热处理，对碳化硅在铁水中的吸收率起重要作用。蠕墨铸铁的流动性与灰口铸铁相近，而远远好于球墨铸铁。由于实际生产中蠕墨铸铁的碳当量一般在共晶点附近甚至过共晶，因此其流动性实际上比灰口铸铁还要好，在蠕化处理前，炉内铁水加入碳硅孕育剂后部分基体缩短了A-E石墨少量的带入到蠕化处理铁水之中，转变成蠕虫状和少量球墨状改善了蠕铁的基体组织，阻碍了蠕化反应过程的铁水氧化，提高了铁蠕化率，延长了浇注时间由每包15分中浇注完毕，可延长到20分钟以内。

高强　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅ雕由耐ｏｐｅｒａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅ　

度灰铸铁熔炼技术发展趋势及最新研究成果　

逢伟　

【一汽铸造有限公司铸造研究所，吉林长春１３００６２）　

摘要：回顾了灰铸铁熔炼技术的发展历史，认为提高熔炼过程中石墨的形核能力是提高熔炼技术的重要途径。通过冲天炉与感　应炉双联熔炼和感应炉增碳熔炼ＨＴ２５０材料的对比试验数据，说明采用感应炉增碳工艺可以有效地减轻铁液的收缩和门Ｉ：１倾　向，减少灰铸铁的断面敏感性，改善石墨形态，提高材料性能。指出随着熔炼＿ｒ艺水平的提高和铁液炉前处理技术的创新，　ＨＴ３００材料已产业化应用，ＨＴ３５０及更高牌号的灰铸铁材料也已经能够达到。　关键词：灰铸铁；高强度；冲天炉一感应炉双联；感应炉增碳　中图分类号：ＴＧ２５１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—８３４５（２０１１）Ｚ１—００１５—０７　ＤｏＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３—８３４５．２０１１．Ｚ１．００１　

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　ａｎｄ　Ｌａｔｅｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｇ　ｒａｙ　Ｃａｓｔ　Ｉ　ｒｏｎｓ　Ｍｅｌｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　

ＰＡＮＧＷｅｉ　

（Ｆｏｕｎｄｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＦＡＷ　Ｆｏｕｎｄｒｙ　Ｃｏ，Ｌｔｄ．　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１　３００６２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｒａｙ　ｃａｓｔ　ｉｒｏｎ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｗａｓ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｍｅｈｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｍｅｈｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ．Ｂｙ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｄａｔａ　ｏｆ　ＨＴ２５０　ｇｒａｄｅ　ｇｒａｙ　ｉｒｏｎｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｕｐｏｌａ－ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｄｕｐｌｅｘ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｗｉｔｈ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｌｕｓ　ｅａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｉｔ　ｗａｓ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ｔｈａｔ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｍｅｈｉｎｇ　ｐｌｕｓ　ｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ａｎｄ　ｃｈｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ，ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｒａｙ　ｉｒｏｎｓ，ｉｍｐｒｏｖｅ　ｇｒａｐｈｉｔｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａ１．Ｉｔ　ｗａｓ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｒｎｎ　ｍｅｈ　ｔｒｅａｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｔｈｅ　ＨＴ３００　ｇｒａｄｅ　ｇｒａｙ　ｉｒｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｕｔ　ｉｎｔｏ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ＨＴ３５０　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ　ｇｒａｄｅ　ｇｒａｙ　ｉｒｏｎｓ　ａｌｓｏ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｒｅａｃｈｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｙ　ｃａｓｔ　ｉｒｏｎ；ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｃｕｐｏｌａ—ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｄｕｐｌｅｘ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｉｎｃｈｉｎｇ　ｐｌｕｓ　ｅａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ　

预处理和预处理剂介绍

采用预处理工艺的目的，是使铁液中供石墨生核的异质晶核增多，并增强其在铁液中的稳定性。这样，铸铁就可以在较高的温度下发生共晶转变、析出石墨，并改善共晶转变时石墨的生核和长大的条件。

预处理是针对感应电炉熔炼铸铁的问题研发的，主要适用于感应电炉熔炼。

近年来，有报道说，用冲天炉熔炼时，在浇包中加入预处理剂也可以得到很好的效果。其实际效果和工艺的可行性，还有待验证。

还有报道说，由于焦炭价格不断攀升，国外的铸造厂曾尝试将低品位碳化硅碎料制成的烧结块，配用于冲天炉。结果，既可以节省硅铁，又可以替代部分焦炭，因而能使生产成本降低。这种工艺就不属于预处理的范畴了。

一、预处理剂及其加入方法

从预处理工艺开始研发之日起，碳化硅就是预处理剂的首选材料。今后，随着对预处理作用机制的认识逐渐深化，一定会有效果更好的新品种问世。

上世纪70年代，S.Russell公司所用的预处理剂中，就有碳化硅。因为他们是用于生产球墨铸铁件，同时还配加了硅铁镁合金。

用于灰铸铁，当然不需要硅铁镁合金。

即使是用于生产球墨铸铁件，硅铁镁合金也不宜在炉内加入铁液中。改为出炉后包中处理，则出炉后处理的工序太繁，铁液的温度下降过多，也不可取。因此，从80年代起，预处理剂就以全部用碳化硅者居多，主要是硅含量75%左右的冶金碳化硅。

有关碳化硅的情况，将在后面的附件中做简单的介绍，为了了解其在预处理工程中的作用，这里先提及两项相关的特点。

1、碳化硅的熔点很高，在2700℃以上，2600℃以下相当稳定。在熔炼铸铁的温度下，烧损量很少，而且不可能熔化，只能逐步溶解，扩散，因而其作用的时效相当长。

2、碳化硅是将硅砂和焦炭（或石油焦）置于电极加热的电阻炉内，在1450-1900℃的高温下，由碳将SiO2还原制得的。在制造、破碎、烧结过程中，SiC表面都会形成很薄的SiO2保护膜。这也就是SiC抗氧化能力特别强，能用作耐火材料和电热元件的原因。