近幾年來，球墨鑄鐵由于其自身的優(yōu)點(diǎn)和鑄造技術(shù)的日趨成熟，在動(dòng)力設(shè)備和工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，如燃?xì)廨啓C(jī)中的持環(huán)、壓氣機(jī)軸承座、1000MW超臨界汽輪機(jī)軸承座、中壓外缸、聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)中低壓氣缸排氣段、中低壓氣缸、靜葉持環(huán)等;風(fēng)力發(fā)電用鑄件輪轂、前機(jī)艙座等;柴油打樁機(jī)上的活塞，這些鑄件都是高強(qiáng)度、高韌性、高塑性的大型厚壁球鐵件，對鑄件的內(nèi)外質(zhì)量要求嚴(yán)格，生產(chǎn)困難，因此，為了減少或抑制原材料中干擾元素對鑄件性能和組織的影響，原材料的選擇和使用十分嚴(yán)格。通過增碳工藝獲得優(yōu)質(zhì)鐵液成為生產(chǎn)高質(zhì)量球墨鑄鐵的一種選擇。

1、增碳劑的選擇

根據(jù)增碳劑中C的存在形式，可分為晶石墨增碳劑和非晶石墨增碳劑。研究表明，碳化鑄鐵的特性和凝固行為取決于增碳劑的結(jié)構(gòu)特性，用結(jié)晶型石墨碳化劑進(jìn)行碳化處理時(shí)，石墨容易溶解，同時(shí)鐵液通過Fe-C穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行共晶凝固，增加熔融鐵液的結(jié)晶核心，降低冷卻傾向。所以，增碳劑的類型決定了增碳鐵液的質(zhì)量。鐵液在結(jié)晶過程中的形核能力也受到影響，在選擇寧夏增碳劑時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇晶型石墨碳化劑。

2、增碳劑的使用

增碳法：一種是在爐料熔融時(shí)，與爐料一起，直接加入熔爐以增加碳;另一種是化清除渣后，在鐵液表面進(jìn)行增碳，選擇哪種增碳方法應(yīng)根據(jù)增碳量的大小來決定。

影響增碳劑吸收率的因素：

(1)加入方式

添加寧夏增碳劑后，應(yīng)使增碳劑與鐵液充分潤濕，避免增碳劑漂浮在鐵液表面會(huì)產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象，大的加入應(yīng)采取分批加入;在鐵液表面增碳時(shí)，應(yīng)注意鐵液的攪拌強(qiáng)度和增碳劑的加入速度，保證其吸收率。增碳劑與鐵液潤濕浪良好的增碳吸收率一般在90%-95%之間，個(gè)別甚至達(dá)到100 %吸收。

(2)鐵液的化學(xué)成分

鐵液中C的溶解度為：w(C)max=1.3+0.025T-0.31w(Si)-0.33w(P)-0.45w(S)+0.028(Mn)

式中T為鐵液的攝氏溫度。

從上面的公式可以看出，增加鐵液中的w(Si)、w(P)和w(S)會(huì)降低C的溶解度，降低鐵液對C的吸收，即降低碳的吸收率;相反，增加鐵液中的w(Mn)會(huì)促進(jìn)鐵液對C的吸收，即提高碳的吸收率。因此，在球鐵生產(chǎn)中進(jìn)行碳化處理時(shí)，應(yīng)遵循先脫硫后碳化的原則。

(3)增碳劑的品質(zhì)

不同質(zhì)量的增碳劑吸收率不同。優(yōu)質(zhì)的寧夏增碳劑吸收率穩(wěn)定，有利于生產(chǎn)控制，節(jié)約二次增碳產(chǎn)生的能耗和材料消耗，降低生產(chǎn)成本。隨著增碳劑C含量的增加，S、灰分、揮發(fā)物、氣體(H、O、N)含量越低越好。

3、增碳劑在球鐵生產(chǎn)中的作用。

(1)降低鐵液中雜質(zhì)和有害元素的含量，減少其遺傳特性的影響。當(dāng)前我國生鐵雜質(zhì)元素含量較高(Ti,Pb,As,Zn,Sb等)，特別是w(Ti)的含量一般在0.050%-0.070%之間。W(Ti)量大，提高了As、Sb、Pb、Bi等反球元素的活性，增強(qiáng)了此類元素的反球能力;w(P)量為0.040%-0.060%等有害元素，容易使球鐵在凝固時(shí)形成磷共晶，降低材料的塑性和韌性。因此，在生產(chǎn)大型厚壁球墨鑄鐵(特別是高塑性、高韌性要求)時(shí)，國內(nèi)外采用高純生鐵[如w(Ti)<0.020%的南非生鐵]生產(chǎn)，即選擇干擾球化元素(如Ti、Pb、Bi、Sb、As、Zn)、穩(wěn)定基體珠光體元素(如Mn、Cu、Sn)和形成碳化物元素(如V、Cr、Mn)的材料，要求雜質(zhì)元素總量不超過0.10%，其中w(Ti)<0.03%，以減少雜質(zhì)元素和有害元素對組織和性能的影響。國產(chǎn)鐵w(Ti)為0.02%-0.06%，采用優(yōu)質(zhì)鋼和碳化技術(shù)，可將鐵液中的雜質(zhì)元素和有害元素降低到與使用高純爐料相當(dāng)?shù)乃?，不僅有助于提高鑄件質(zhì)量，還擴(kuò)大了材料的選擇范圍。

(2)減少石墨遺傳對組織和性能的影響。生鐵中有許多粗石墨，具有遺傳性，降低了鑄鐵的機(jī)械性能。溶解這種原料帶來的粗石墨需要長時(shí)間的高溫保溫處理(1500℃超過10h)，在生產(chǎn)條件下，一般的中頻爐熔煉溫度為1500-1530℃，保溫時(shí)間為5-10min，因此很難改善組織中原石墨的形狀，消除石墨的遺傳影響相反，經(jīng)過增碳處理，減少了這一遺傳特性的影響，石墨球數(shù)量顯著增加。