碳化硅是由一個碳原子和一個硅原子組成的化合物,其中硅占70%,碳占領區0%(按重量)。它是Edward G Acheson在制作人造金剛石時偶然發現的。由于它很堅硬,并且能切割玻璃、金屬以及其他材料,因此它最初的用途是用作磨料。由于它幾乎在任何溫度下都不氧化,所以可將其用作耐火材料。由于它在高溫下也非常穩定,所以曾被廣泛用作窯爐的充填料。由于它能抵抗渣的侵蝕,所以可用作煉鋁爐和鼓風爐的渣線磚。 由于它在有渣存在的情況下溶解時,碳原子和硅原子會成為帶電離子(C-4和Si +4)被釋出,因而又是一種被廣泛用于電爐煉鋼的有效脫氧劑。當將其加入灰鐵、球鐵或可鍛鑄鐵時(shi)(shi),它不(bu)僅很易(yi)溶解(jie),并會使(shi)碳(tan)和(he)硅(gui)(gui)以(yi)合金形(xing)式進(jin)入熔(rong)體。當溫(wen) 度(du)低于1620℃時(shi)(shi),其碳(tan)將起(qi)脫氧(yang)劑的作(zuo)用(yong)(yong),從而使(shi)諸如FeO和(he)MnO之(zhi)類(lei)不(bu)太(tai)穩定(ding)的氧(yang)化物,通(tong)過SiC+FeO=Si+Fe+CO這一反(fan)應(ying)而被還(huan)原。當溫(wen)度(du)高于1620℃時(shi)(shi)(例如煉鋼時(shi)(shi)),硅(gui)(gui)將擔負起(qi)所有(you)的脫氧(yang)任務,而碳(tan)則起(qi)增碳(tan)劑的作(zuo)用(yong)(yong),且其收得(de)率可(ke)達100%。鐵(tie)的無芯感應(ying)熔(rong)煉是(shi)(shi)碳(tan)化硅(gui)(gui)的主(zhu)要(yao)(yao)應(ying)用(yong)(yong)領域(yu)。在美(mei)國,約有(you)95%的無芯感應(ying)爐都是(shi)(shi)用(yong)(yong)SiC作(zuo)為主(zhu)要(yao)(yao)的硅(gui)(gui)源。在灰鐵(tie)、球鐵(tie)和(he)可(ke)鍛鑄鐵(tie)方面,都是(shi)(shi)通(tong)過SiC+FeO=Si+Fe+CO這個(ge)反(fan)應(ying),用(yong)(yong) SiC來降低FeO和(he)MnO在渣(zha)中(zhong)的含量。
由于FeO的(de)(de)(de)存在(zai)能使(shi)任何渣(zha)(zha)的(de)(de)(de)熔點(dian)下降(jiang),所以在(zai)任何既(ji)定(ding)的(de)(de)(de)溫度(du)下,因為(wei)(wei)渣(zha)(zha)的(de)(de)(de)熔點(dian)的(de)(de)(de)下降(jiang),都(dou)會使(shi)更多的(de)(de)(de)渣(zha)(zha)變成(cheng)液(ye)體(ti)(ti)。例如(ru),當渣(zha)(zha)中(zhong)的(de)(de)(de)FeO含(han)量為(wei)(wei)10%時(shi),它的(de)(de)(de)熔點(dian)將是(shi)(shi)1350-1400℃,加(jia)之(zhi)在(zai)無(wu)芯(xin)感應爐(lu)的(de)(de)(de)強烈攪拌作用下,這(zhe)(zhe)種(zhong)液(ye)態(tai)渣(zha)(zha)將在(zai)熔體(ti)(ti)中(zhong)被“均勻(yun)化(hua)”,從而(er)把千萬個非(fei)常(chang)小的(de)(de)(de)渣(zha)(zha)粒(li)留在(zai)熔體(ti)(ti)中(zhong),鑄件的(de)(de)(de)許多表面缺陷就是(shi)(shi)這(zhe)(zhe)種(zhong)流(liu)動性很好的(de)(de)(de)高FeO和(he)MnO渣(zha)(zha)(通常(chang)稱之(zhi)為(wei)(wei)硅酸(suan)錳渣(zha)(zha))被帶入了鑄型造成(cheng)的(de)(de)(de)。如(ru)果(guo)加(jia)入SiC,從而(er)把這(zhe)(zhe)種(zhong)渣(zha)(zha)的(de)(de)(de)FeO含(han)量降(jiang)到1或 2%,其熔點(dian)就會提升到1500-1550℃,那(nei)么,在(zai)通常(chang)的(de)(de)(de)出鐵溫度(du)(1500-1550℃)下,這(zhe)(zhe)種(zhong)渣(zha)(zha)或者(zhe)仍然保持為(wei)(wei)固體(ti)(ti),或者(zhe)僅有很少(shao)量變成(cheng)液(ye)體(ti)(ti),從而(er)將一較大的(de)(de)(de)單體(ti)(ti)保留在(zai)爐(lu)子(zi)中(zhong),這(zhe)(zhe)就使(shi)得渣(zha)(zha)粒(li)因有較高的(de)(de)(de)上(shang)浮速度(du)而(er)容易被排除,并使(shi)其被帶入鑄型從而(er)造成(cheng)鑄件缺陷的(de)(de)(de)機(ji)會大大減少(shao)。
鐵(tie)(tie)水中存在非常小的FeO-SiO2夾(jia)雜(鐵(tie)(tie)橄欖(lan)石)是(shi)使鐵(tie)(tie)水流動性下降、縮(suo)松(song)傾向增大(da)、白(bai)口增多的主要原(yuan)因,這對球鐵(tie)(tie)來說(shuo)更是(shi)如(ru)此(ci)。因此(ci),減少其在鐵(tie)(tie)水中的數量,就(jiu)能消除增大(da)縮(suo)松(song)和白(bai)口傾向。
由于碳化(hua)硅在鐵水中是(shi)溶解(jie)而不是(shi)熔化(hua),因(yin)此,它(ta)進入鐵液所(suo)花的(de)(de)(de)時間(jian)(jian)要比FeSi長(chang)。由于作用時間(jian)(jian)較(jiao)長(chang),所(suo)以衰退(tui)時間(jian)(jian)增大。因(yin)此,在球鐵方面(mian),盡管爐(lu)子(zi)常(chang)常(chang)沒有(you)(you)給硅留(liu)有(you)(you)余(yu)地或者只留(liu)有(you)(you)很小(xiao)的(de)(de)(de)余(yu)地,然而許多鑄造廠已經發現(xian),往爐(lu)料中配(pei)入至少3-4kg/T的(de)(de)(de)SiC在經濟(ji)上是(shi)合算的(de)(de)(de)。他們所(suo)看到的(de)(de)(de)冶金效果(guo)是(shi):白(bai)口(kou)發生減少,流渣(zha)造成的(de)(de)(de)缺(que)陷降低,石(shi)墨球數增加,縮(suo)松傾向減小(xiao),衰退(tui)時間(jian)(jian)增長(chang)。這部分是(shi)由于用殘留(liu)物含量(liang)低的(de)(de)(de)SiC取(qu)代了含有(you)(you)鋁的(de)(de)(de)硅鐵和N和S含量(liang)都(dou)較(jiao)高的(de)(de)(de)增碳劑(ji)的(de)(de)(de)結果(guo)。
SiC在球(qiu)鐵方面的(de)(de)另一用途是(shi)進行純鎂處理時的(de)(de)“預孕育”作用。進行純鎂處理的(de)(de)缺點之(zhi)一就是(shi)會增加產生(sheng)縮松和碳化物的(de)(de)傾向。國外的(de)(de)研究表(biao)明:往處理包中加入2kg/TSiC是(shi)消除這(zhe)一冶金問題的(de)(de)最(zui)有效辦法(fa)。
由于(yu)FeO在(zai)球(qiu)鐵(tie)渣(zha)中的(de)含量比在(zai)灰鐵(tie)或(huo)蠕(ru)鐵(tie)渣(zha)中的(de)含量要高,因此,流(liu)態渣(zha)對球(qiu)鐵(tie)造成的(de)問題要比對灰鐵(tie)或(huo)蠕(ru)鐵(tie)造成的(de)問題更(geng)嚴重,因此,往(wang)球(qiu)鐵(tie)中加(jia)入SiC的(de)效果會(hui)更(geng)好。
在灰(hui)鐵(tie)和蠕鐵(tie)方面(mian),國(guo)外(wai)(wai)鑄造(zao)廠(chang)所觀(guan)(guan)察到的(de)冶金效果(guo)與在球鐵(tie)方面(mian)所觀(guan)(guan)察到的(de)效果(guo)基(ji)本相同:渣的(de)數量(liang)(liang)和流動性減小,共晶團數量(liang)(liang)增(zeng)多,白口傾向減少(shao),衰退時間增(zeng)長。另外(wai)(wai),國(guo)外(wai)(wai)的(de)灰(hui)鐵(tie)和蠕鐵(tie)鑄造(zao)廠(chang)常常都有足(zu)夠供(gong)在爐料中(zhong)配(pei)入(ru)一(yi)定數量(liang)(liang)SiC的(de)余地。最(zui)通常的(de)加入(ru)量(liang)(liang)是(shi):灰(hui)鐵(tie)10-15kg/T,蠕鐵(tie)5-10kg /T。我國(guo)是(shi)碳(tan)化硅生產(chan)大國(guo),年(nian)產(chan)量(liang)(liang)已(yi)達20多萬(wan)噸,其中(zhong)冶金級碳(tan)化硅的(de)產(chan)量(liang)(liang)約占1/3左右(you),目(mu)前(qian)在我國(guo)主要是(shi)用(yong)作電爐煉(lian)鋼的(de)脫(tuo)氧劑,在鑄造(zao)廠(chang)的(de)應用(yong)極少(shao)。
由于我國(guo)許(xu)多鑄鐵廠(chang),尤其是球鐵廠(chang),都(dou)不同程度地存(cun)在著(zhu)流渣(zha)引(yin)起(qi)的(de)缺陷(xian)等問題,而且(qie)也都(dou)面臨(lin)著(zhu)一個(ge)如(ru)何滿足越來越高的(de)質量標準和(he)日益激烈的(de)成本競爭問題,因(yin)此,集脫氧劑(ji)和(he)增碳(tan)(tan)劑(ji)于一身、且(qie)資(zi)源豐富(fu)的(de)碳(tan)(tan)化硅必將成為(wei)我國(guo)許(xu)多鑄鐵廠(chang)減少流渣(zha)缺陷(xian),提高鑄件質量,降低成本的(de)一個(ge)非常重要的(de)工具。
此外,隨(sui)著(zhu)用高(gao)鎂合(he)金包芯線生產球(qiu)鐵(tie)(tie)技(ji)術的日趨完善與推(tui)廣,用既能增碳、增硅(gui),又(you)能起(qi)預孕育(yu)作用的碳化(hua)硅(gui)部分(fen)或全(quan)部取代硅(gui)鐵(tie)(tie)的工作也必將被許(xu)多鑄鐵(tie)(tie)廠(chang)提(ti)到日程,因為(wei)這不(bu)僅(jin)能提(ti)高(gao)球(qiu)鐵(tie)(tie)的質量,而且還能進一步降低生產成本。
總(zong)之,碳化(hua)硅在(zai)我國當今鑄鐵廠的應用,既是勢在(zai)必行,更是大勢所趨。
增碳劑屬于外加煉鋼、煉鐵增碳原料。優質增碳劑是生產優質鋼材必不可少的輔助添加劑。同樣的化學成分,采用不同的熔煉工藝、不同配料和配料比,鐵液的冶金質量完全不同。獲得好的滲碳效果,電爐采用的是增碳技術,沖天爐采用的是高溫精密鑄造技術。
增碳劑對精密鑄造產品的影響主要有三方面。
1、在高的碳量條件下,為獲得高強度的灰鑄鐵鑄件,熔煉過程采用全廢鋼加增碳劑的工藝,是鐵液更加純凈,生產的鑄件材料性能高。
2、鐵液增碳技術,在熔煉過程中特別是電爐熔煉,可以增加石墨晶核,同時減少鐵液氧化。
3、增碳是防止或減輕收縮傾向最好的措施。由于鐵液凝固過程中的具有石墨化膨脹的作用,因此良好的石墨化會減少鐵液的收縮傾向。
增碳劑在鑄造時使用,可大幅度增加廢鋼用量(liang),減少生鐵用量(liang)或不(bu)(bu)(bu)(bu)用生鐵。電(dian)爐熔煉的(de)(de)(de)投料(liao)方(fang)式,應(ying)將增碳(tan)(tan)(tan)劑(ji)隨(sui)廢鋼等爐料(liao)一(yi)起往里投放,小劑(ji)量(liang)的(de)(de)(de)添加可以選(xuan)擇加 在鐵水(shui)表面。但是要避免大批量(liang)往鐵水(shui)里投料(liao),以防止氧化過(guo)多而出現(xian)增碳(tan)(tan)(tan)效果(guo)不(bu)(bu)(bu)(bu)明顯和(he)(he)鑄件碳(tan)(tan)(tan)含(han)量(liang)不(bu)(bu)(bu)(bu)夠的(de)(de)(de)情況(kuang)。增碳(tan)(tan)(tan)劑(ji)的(de)(de)(de)加入量(liang),根(gen)據其他原(yuan)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)配比和(he)(he)含(han)碳(tan)(tan)(tan)量(liang) 來定(ding)。不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)種類(lei)的(de)(de)(de)鑄鐵,根(gen)據需要選(xuan)擇不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)型(xing)號的(de)(de)(de)增碳(tan)(tan)(tan)劑(ji)。