【热坛学习】碳化硅在灰铸铁熔炼工艺中的应用 ！
【热坛学习】碳化硅在灰铸铁熔炼工艺中的应用
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α-SiC和立方体的β-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。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℃（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。
熔炼时碳化硅的作用：
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℃，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。
SiC+Fe—FeSi+C（非平衡石墨）
式中SiC里的Si与Fe结合，余下的C就是非平衡石墨，作为石墨析出的核心。
在灰铸铁熔炼的过程中，石墨是共晶体的领先相,奥氏体借助石墨析出,形成的石墨+奥氏体共晶团。碳化硅作为这样的一种“硅基生核剂”,起到促进成核,细化晶粒的作用。
实验过程
1.生产条件
熔炼设备 ：使用8吨中频电炉 ；
测温设备 ：W660熔炼测温仪 ；
成分分析 ：GS1000光谱仪、红外碳硫仪 ;
力学性能：WE600材料试验机 ;
金相组织：4XB金相显微镜 ;
熔炼原材料 ：生铁（Q10）、废钢、回炉料（HT250）、试验用碳化硅粉末（SiC 含量89％，其中Si：62．7％，C：26．3％）。
2.实验过程
选取正常使用中的一台8T中频电炉，首先将炉内铁水彻底清除，而后进行灰铁H250熔炼实验。装炉顺序：生铁一碳化硅一废钢一回炉料；加料比例：生铁20%，废钢45％回炉料35％，碳化硅颗粒加入70Kg。由于碳化硅只能溶解于铁液无法熔化，为防止出现碳化硅颗粒粘至炉壁，造成不必要的实验误差，所以SiC颗粒使用编织袋包裹后，投入已经熔化的生铁铁液中，之后加入废钢，从而起到一定搅拌的作用。连续生产10炉铁水，铁水达到制定温度后，检验原铁水中C、Si的含量，原铁水经过检验后出炉，采用炉前随流孕育，孕育剂用量按正常生产要求。用样勺深入包内液面下200-300mm处，取光谱试样和C、S分析压片试样,及时进 行成分分析。10炉成品铁水C、Si。
浇注过程中，每炉铁水浇注一组单铸力学性能试棒。经过加工后，进行拉力试验、硬度检测和金相检验。
3.数据分析
3.1 成分含量 HT250成分要求C：3．35-3．5％，Si：1．85-2．1%。对10个样本的成分含量进行均值-极差分析，具体情况如图。从图明显看出，10个样本C含量符合要求范围，均值C=3．445％，与实际生产操作和控制目标相符。极差C=0.044，10个样本中C的含量波动不大。10个样本含量总体符合要求范围，均值Si=1.929％,与实际生产操作和控制目标相符。极差Si=0.039，10个样本 中Si的含量波动不大。
2、性能分析 GB9439灰铸铁件国家标准中要求HT250的抗拉强度最低250MPa，采用图表的形式对数据进行分析，具体情况如图。从图明显看出，10个样本抗拉强度均值=270．75MPa，符合国标要求，而且与现场实际生产操作和控制目标相符。
结论
(1) 从成分上分析，SiC颗粒在灰铸铁熔炼过程中，可以良好地起到增硅增碳的效果。经过出炉、孕育等工序后，铁水中C、Si的含量不会出现异常变化。
(2) 从机械性能和硬度分析，采用SiC取代增碳剂和硅铁后，抗拉强度和硬度在标准范围内有小幅度提高。
(3) 采用SiC颗粒的样本金相组织与正常中（增碳剂和硅铁）的金相组织相差无几，没有对组织中的A型石墨的产生优势影响。
(4) 另外SiC颗粒的加入方式并不会增加生产现场的劳动强度和劳动量。所以在企业灰铸铁生产的熔炼工序中，可以考虑采用SiC颗粒取代传统工艺中的增碳剂和硅铁。
参考文献
1吴荷生 碳化硅在当今铸铁厂的应用，哈尔滨理工大学材料学 院(150080)．
2张文和 铸铁的SiC孕育预处理,南京铸造学会 (210002)．
3周继扬 铸铁彩色金相学 [M]，机械工业 出版社 ，2002：26-68．
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