合成鑄鐵溶煉過(guò)程中增碳劑與碳化娃的**配伍 （三）

合成鑄鐵溶煉過(guò)程中增碳劑與碳化娃的**配伍 （三）

四、碳化硅的特性和鑄鐵冶金效果

碳化硅是碳原子與硅原子以共價(jià)健結(jié)合的非金屬化合物，分子式為SiC，具有與石墨相似的六方晶體結(jié)構(gòu)，可以列為石墨化增碳劑的特殊形態(tài)。碳化硅冶煉爐和石墨化爐都是屬于同類型的電阻爐。

4.1冶金碳化硅的工藝特性

碳化硅冶煉的間歇電阻爐的溫度呈中心高，向外逐漸降低的趨勢(shì)。圖3是碳化硅冶煉爐溫度及含量分布趨勢(shì)。碳化硅的晶粒顯示出由內(nèi)粗外細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)，即中心部位于碳化桂晶體具有一定方向的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，是晶體在放射式鍵的方向上聯(lián)結(jié)，還有些鍵緊根生長(zhǎng)在一起，形成致密的晶體結(jié)構(gòu)，尺寸達(dá)數(shù)毫米，SiC含量97%以上屬a-SiC晶型是磨料級(jí)碳化硅，做磨具和耐火材料的原料。離爐芯愈遠(yuǎn)， 隨著溫度下降，碳化硅的晶體排列無(wú)一定規(guī)則，是

多孔疏松的微晶結(jié)構(gòu)，晶體尺寸在數(shù)微米是β-SiC 晶型SiC含量在90%以下的二級(jí)、三級(jí)碳化硅稱冶金碳化硅，是煉鋼的脫氧劑、提溫劑或作鑄造的孕育劑和預(yù)處理劑。

4.2碳化娃的冶金性能

4.2.1碳化硅的溶解特性

在正常的大氣壓下，碳化硅是不溶解的在2780 °C直接分解成氣態(tài)硅。碳化硅能在鐵液中逐漸溶解，因?yàn)樘蓟柙诳諝庵醒趸?，在其顆粒表面形成一層Si02膜，保護(hù)它不再氧化，故1 400°C穩(wěn)定少變化。碳化硅在金屬氧化物的反應(yīng)溫度：FeO 1300°C、MnO 1360°C、CaO 1 000°C、MgO 1000°C在鐵液和熔渣中的堿性金屬氧化物和碳化硅表面 Si02膜反應(yīng)，形成低溶點(diǎn)化合物，碳化桂表面形成的Si02被破壞，碳化硅繼續(xù)被氧化，部分分解成Si和 C進(jìn)入鐵液。

4.2.2碳化硅的脫氧性能

碳化硅有關(guān)反應(yīng)的自由能變化值均為零。炭化硅與鐵液中或熔渣中的氧相互反應(yīng)，放出大量的熱反應(yīng)式為:

鐵液 3 [Fe0]+SiO=3[Fe]+Si02+C0

ΔG°=607.354-91.57T

熔渣（FeO)+SiC=[Fe]+Si+CO

     ΔG°=261.001-52.88T

由于按下列反應(yīng)，渣中的氧化鐵由5%-15%降到0.5%或更低，如此巨烈的爐渣，液態(tài)金屬及爐襯的反應(yīng)特性，提高了S在渣中的分配系數(shù)，從0.5-2.5%到4.0-17.5，從而降低金屬中的S量 0.035%-0.045%。同時(shí)減少渣的數(shù)量。除Si外，還降低鐵液中氣體的含量，因?yàn)閺氖街锌闯?，CO釋放可帶出其他氣體氣。

4.2.3碳化硅的氧化氣氛下的耐高溫特性

在碳化硅表面形成的Si02膜，對(duì)抵抗氧化具有特殊意義，根據(jù)它所固有的抗氧化性，碳化硅無(wú)論抵制沖天爐中氧化爐氣，還是電爐中溶解時(shí)，都經(jīng)得起空氣的侵蝕。它能承受鐵液溫度不穩(wěn)定造成的不良影響，無(wú)論溫度高低，都能達(dá)到良好的冶金效果。

4.3碳化硅的鑄鐵冶金特性

4.3.1碳化硅的預(yù)處理作用

合成鑄鐵熔煉過(guò)程，為改變鐵液的結(jié)晶條件，常加入攜帶Si載體材料（如硅鐵等），為改變鐵液的結(jié)晶條件、鐵液狀態(tài)和化學(xué)成分，以獲取優(yōu)質(zhì)鐵液所作的條件準(zhǔn)備，稱之為預(yù)處理。表5是硅鐵與碳化硅在鐵液中的溶解特性。

表5硅鐵與碳化硅的溶解特性

由于最終的目的不同，預(yù)處理的內(nèi)容有所區(qū)，對(duì)灰鐵而言，共晶團(tuán)細(xì)化而分布均勻，石墨呈A 型，并使石墨變小、變短；對(duì)球鐵而言，使石墨球數(shù)增加，石墨球型更好，鐵素體增加。預(yù)處理的效果的參數(shù)是：石墨形態(tài)共晶平衡溫度的過(guò)冷度，共晶體粒度，在所有的情況下，隨著飽和度增加，石墨共體晶粒度提高，共晶過(guò)冷度減少。

碳化硅的預(yù)孕育能力有一種新評(píng)價(jià)，文獻(xiàn)指出：含SiC82%與88%的所呈現(xiàn)的結(jié)果，不是含高SiC量的碳化硅表現(xiàn)出的強(qiáng)烈的生核效果，而是最低的那部分碳化硅在起作用，圖4是SiC種類和預(yù)處理結(jié)果之間的關(guān)系。對(duì)Si02膜層延遲溶解過(guò)程的方法是將SiC加入少量堿性物質(zhì)，形成低熔的堿堿性硅酸，觀察碳化硅溶解過(guò)程。人為的對(duì)SiC98%進(jìn)行氧化處理，溶解速度明顯降低到與SiC84%接近， 證明Si02膜對(duì)SiC顆粒溶解動(dòng)力學(xué)起重要影響，可以說(shuō)SiC起到長(zhǎng)效孕育的Si源作用。

4.3.2碳化硅的孕育作用

合成鑄鐵鐵液中，石墨的析出，石墨形核，主要依靠非異質(zhì)晶核作為鐵液中大量的石墨生核劑，一般都是通過(guò)孕育來(lái)擴(kuò)大非異質(zhì)形核范圍，碳化硅加入到鐵液中逐漸熔融到鐵液中發(fā)生下列反應(yīng)。

SiC+Fe=FeSi+C(非平衡石墨）

式中SiC里的Si和Si結(jié)合，余下的C就是非平衡石墨，作為石墨析出的核心。非平衡石墨鐵液中的C元素不均勻分布，局部C元素過(guò)高，微區(qū)出現(xiàn)“碳峰”，析出的石墨就稱為非平衡石墨。這種新生石墨有很高的活性，很容易吸收鐵液中的碳，孕育效果極其優(yōu)越。由此可見碳化硅就是這樣一種硅基生核劑。熔煉時(shí)加入碳化硅對(duì)灰鐵來(lái)說(shuō)，由于非平衡石墨的預(yù)孕育作用，可以提高共晶團(tuán)大量形成和生長(zhǎng)的溫度，有利于形成A型石墨，還可以以晶核數(shù)量增多，使片狀石墨細(xì)小，提高石墨化程度，減少白口傾向，從而提高鑄件力學(xué)性能。對(duì)于球墨鑄鐵而言，結(jié)晶核心增多，石墨球數(shù)隨之增加，球化率得以提高。碳化硅作鑄鐵合金的添加劑除了增碳功能外，它產(chǎn)生的特殊伴生功能，對(duì)改善提高鑄鐵質(zhì)量具有特殊意義。表6是碳化硅的孕育作用與伴生功能，文獻(xiàn)指出sic是**的脫氧劑，改善鑄件質(zhì)量，降低鑄件不合格率，減少?gòu)U品的一種方便、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的技術(shù)措施。

4.3.3碳化硅提高硅石爐襯的感應(yīng)電爐的使用壽命

碳化硅的脫氧作用，降低FeO和MnO在渣中的含量。耐火材料系統(tǒng)中的FeO都會(huì)生成低熔點(diǎn)的兩相化合物，是渣中對(duì)爐襯最有侵蝕性的組分，在爐襯為硅石的條件下，F(xiàn)eO會(huì)與Si02生成溶點(diǎn)1 170°C，并常常成為黑色薄膜出現(xiàn)在爐壁上的鐵攬石。因此減少渣中FeO含量，可以使?fàn)t襯的壽命提高 10%-100%。

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