我國(guó)鑄造行業(yè)使用碳化硅已經(jīng)有很多年的歷史了。走過(guò)了使用冶金用碳化硅-只是強(qiáng)調(diào)利用它的強(qiáng)還原作用，到鑄鐵用碳化硅——既強(qiáng)調(diào)其強(qiáng)還原作用的同時(shí)又突出認(rèn)識(shí)到其對(duì)石墨結(jié)晶的形核功能的認(rèn)識(shí)過(guò)程，技術(shù)提高過(guò)程。
我國(guó)是碳化硅原料的生產(chǎn)大國(guó)，也是出口大國(guó)。在滿足國(guó)外用戶的不同需求的過(guò)程中，不斷提高自己的生產(chǎn)技術(shù)水平，拓展碳化硅的應(yīng)用。
（石墨結(jié)晶）
無(wú)論是冶金級(jí)-強(qiáng)還原性碳化硅，還是既要求強(qiáng)還原性更要求其對(duì)石墨結(jié)晶時(shí)的強(qiáng)烈持久的形核作用的鑄鐵用碳化硅。
都是碳化硅的生產(chǎn)過(guò)程中的不可避免的產(chǎn)生的“下腳料”-生產(chǎn)碳化硅的高溫爐內(nèi)的低溫區(qū)形成的結(jié)晶構(gòu)造不適宜磨料使用的碳化硅。
這些“下腳料”破碎以后?？梢葬槍?duì)使用要求進(jìn)行再加工。鑄鐵用碳化硅使用的增效材料是光伏產(chǎn)業(yè)中的經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理的“多晶硅”下腳料。
針對(duì)灰鑄鐵、球墨鑄鐵的不同生產(chǎn)工況要求，鑄鐵用碳化硅，常常使用不同的鑄造行業(yè)常用的粘結(jié)劑淀粉、糊精、水玻璃、硅酸鹽水泥熟料、建筑硅酸鹽水泥等形成不同的形狀-壓球、壓塊。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，如果有優(yōu)質(zhì)增碳劑的協(xié)同配合，效果更會(huì)更好一些。
（球墨鑄鐵管）
由于是“下腳料”的碳化硅，過(guò)去的冶金級(jí)碳化硅，鑄鐵用碳化硅的價(jià)格不高。但是，隨著市場(chǎng)需求的增加，供應(yīng)商的再制造的技術(shù)理論水平的提高造成的碳化硅再制品的性能的明顯提高。
隨著碳化硅價(jià)格的提高。過(guò)去使用廉價(jià)碳化硅替代硅鐵，以降低生產(chǎn)成本的現(xiàn)象，可能已經(jīng)不存在了。
有些供應(yīng)商使用碳化硅等等材料的生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)微粉粒，添加在鑄鐵用碳化硅再制品中，以明顯降低生產(chǎn)成本，這不一定是好辦法。因?yàn)檫@樣的“碳化硅”，往往表面被二氧化硅包裹，存在污染物。其中的純碳化硅組分明顯降低。今年就發(fā)生在某大型央企，出現(xiàn)的碳化硅預(yù)處理劑“無(wú)效果”的現(xiàn)象就與使用這種“碳化硅”有關(guān)。
（泡沫陶瓷碳化硅）
SiC按照化學(xué)式計(jì)算，含硅量=28/28+12=70%;含碳量=12/28+12=30%。實(shí)際商品碳化硅由于純度等等的關(guān)系，含硅量含碳量略為偏低一些。通常溫度下，碳化硅屬于化學(xué)惰性物質(zhì)。比較穩(wěn)定的存在，熱到1300度，由于其表面形成的比較致密的二氧化硅薄的保護(hù)作用，碳化硅仍然是比較穩(wěn)定的。而1400多度以上，如同石英砂爐襯被鐵水里面的碳還原的反應(yīng)一樣，由于碳的化學(xué)活性大大增強(qiáng)，導(dǎo)致了以下化學(xué)反應(yīng)被明確啟動(dòng)：
2C+SiO2=Si+2CO;
碳化硅表面的二氧化硅保護(hù)膜被鐵水里面的碳量，鐵水熔煉所加的增碳劑所還原，失去保護(hù)膜的高溫碳化硅化學(xué)活性被啟動(dòng)，其中的碳和硅得以充分發(fā)揮其強(qiáng)還原劑作用：
SiC+FeO=Si+Fe+CO
由于CO的逃逸，這個(gè)化學(xué)反應(yīng)將正向推進(jìn)，對(duì)高溫鐵水中的氧量進(jìn)行還原，從而得到還原性高溫鐵水，應(yīng)該指出的是，由此必然產(chǎn)生碳和硅的回收率問(wèn)題-不同工況時(shí)，碳和硅的回收率-“燒損”現(xiàn)象是不同的，沒(méi)有燒損卻是不正常的現(xiàn)象。
鐵水中的彌散的FeO-SiO2細(xì)微的夾雜物，不易浮出而脫離鐵水，是使鐵水流動(dòng)性下降，補(bǔ)縮能力降低，縮松傾向增大，白口趨勢(shì)明顯的重要原因之一。曾經(jīng)在某工廠，沖天爐球墨鑄鐵生產(chǎn)中看到氧化程度大的原鐵水，球化良好，但是，對(duì)熱壓邊縫隙補(bǔ)縮冒口澆注的195柴油機(jī)平衡軸，充型速度明顯減慢，同時(shí)，出現(xiàn)不能補(bǔ)縮的現(xiàn)象。打碎平衡軸，得到證實(shí)，整包鐵水報(bào)廢。著名的福士科公司認(rèn)為，還原良好的純凈鐵水，其充型能力、補(bǔ)縮能力都被增強(qiáng)了。
（二氧化硅）
同時(shí)，失去惰性二氧化硅保護(hù)膜的高溫碳化硅，這樣的的化合物不是很難的被分解打開(kāi)于鐵水中，其不斷分解持續(xù)形成新生的碳和硅原子，一方面它們顯示很強(qiáng)的還原性，另一方面，實(shí)際使用中產(chǎn)生的是天文數(shù)字量級(jí)的碳化硅，其碳和硅原子造成鐵水的極微觀區(qū)域碳當(dāng)量達(dá)到超過(guò)過(guò)共晶狀態(tài)，明顯降低了鐵水的過(guò)冷度，這樣形成非常活躍的濃度起伏，伴隨碳化硅的分解、打開(kāi)、融入，激發(fā)了石墨結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)條件。
這時(shí)的碳化硅分解、打開(kāi)、融入，同時(shí)產(chǎn)生了的物理-化學(xué)現(xiàn)象，伴生了活躍的溫度起伏和鐵水中間某些化學(xué)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)形態(tài)起伏。而剛剛尚未溶解的碳化硅，碳和硅溶質(zhì)顆粒和剛剛結(jié)晶析出的石墨顆粒，它們?cè)阼F水熔液中被“布朗運(yùn)動(dòng)”，也促進(jìn)了鐵水的這些活躍。這樣看來(lái)，我們對(duì)碳化硅的作用的研究使用是不可小噓的。
簡(jiǎn)介：化學(xué)現(xiàn)象中的布朗運(yùn)動(dòng)-懸浮微粒，在液體或氣體中的永不停息地做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。其解釋為：作為布朗運(yùn)動(dòng)的粒子非常微小，在周?chē)后w或氣體分子的碰撞下，產(chǎn)生一種隨機(jī)的漲落不定的凈作用力，導(dǎo)致微粒的布朗運(yùn)動(dòng)。間接反映并證明了分子熱運(yùn)動(dòng)。
每個(gè)液體分子對(duì)小顆粒撞擊時(shí)給顆粒一定的瞬時(shí)沖力，由于分子運(yùn)動(dòng)的無(wú)規(guī)則性，因而，布朗運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的。因?yàn)橛捎谝后w的運(yùn)動(dòng)是永不停息的，所以液體分子對(duì)固體微粒的撞擊也是永不停息的-顆粒越小，溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。
（布朗運(yùn)動(dòng)）
布朗運(yùn)動(dòng)是大量分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)懸浮的顆粒各個(gè)方向撞擊的作用的不均衡性造成的，所以，布朗運(yùn)動(dòng)是大量液體分子集體行為的結(jié)果。值得鑄造工作者關(guān)注的是，鐵水中的“活性元素”O(jiān)和S對(duì)這種布朗運(yùn)動(dòng)有促進(jìn)作用-這是我們?cè)谠杏幸笥行褂靡欢ǖ腛和S元素的基礎(chǔ)。布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象可以作為解釋碳化硅的作用長(zhǎng)效現(xiàn)象的基礎(chǔ)。
中國(guó)沖天爐技術(shù)的提高，建立在70年代，在全國(guó)進(jìn)行沖天爐技術(shù)大普查的基礎(chǔ)上，借鑒了國(guó)外大雙沖天爐技術(shù)?？上В菚r(shí)候，我國(guó)鑄造廠使用的是多孔隙的冶金焦，焦炭?jī)?nèi)部需要進(jìn)行氧化，生成一氧化碳。就需要比較高的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量。但是同時(shí)，那時(shí)候已經(jīng)明確，沖天爐用風(fēng)，講究的是風(fēng)壓而不是風(fēng)量。
隨著國(guó)外對(duì)沖天爐燃燒技術(shù)的認(rèn)識(shí)的提升，他們經(jīng)歷了爐底風(fēng)口送風(fēng)技術(shù)，單排風(fēng)技術(shù)的進(jìn)程。國(guó)際著名企業(yè)力士樂(lè)公司曾經(jīng)在北京開(kāi)了一家獨(dú)資公司-華德鑄造公司，其中的5噸沖天爐就是單排送風(fēng)，中國(guó)主要的技術(shù)負(fù)責(zé)人多次要求改為大雙模式，被力士樂(lè)技術(shù)負(fù)責(zé)人一直堅(jiān)決否定。
（熱風(fēng)沖天爐）
對(duì)大雙沖天爐技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，取得了很好的效果-帶一排輔助風(fēng)的單排送風(fēng)的相對(duì)小風(fēng)口沖天爐技術(shù)。該技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是送風(fēng)的速度，就好比使用鉗子夾住橡膠水管出口的一部分，使水流高速?zèng)_出，達(dá)到風(fēng)力吹進(jìn)底焦內(nèi)部并且保證了其在底焦中的送風(fēng)通道，促成底焦內(nèi)部的高溫燃燒。這對(duì)于當(dāng)前，我們使用致密焦炭的高溫燃燒是非常有利的。底焦內(nèi)部的燃燒被強(qiáng)化，而底焦的附壁高溫燃燒的優(yōu)勢(shì)相對(duì)弱化，這對(duì)沖天爐運(yùn)行無(wú)疑是有利的。相對(duì)強(qiáng)大的上排主風(fēng)口，造成鐵水的強(qiáng)氧化還原的冶金效果，下排輔助風(fēng)口，延長(zhǎng)了鐵水的高溫時(shí)間，和還原狀態(tài)。
這有利充分發(fā)揮碳化硅對(duì)鐵水的預(yù)處理作用。鑄鐵用碳化硅的使用：一部分放在底焦中部，逐漸落入主風(fēng)口下，有利于對(duì)鐵水進(jìn)行還原，起到持續(xù)提高石墨結(jié)晶晶核形態(tài)數(shù)量的強(qiáng)大作用。批料里面也加入一定的的鑄鐵用碳化硅壓塊、壓球。
批料里面的碳化硅在沖天爐的氧化區(qū)內(nèi)顯示化學(xué)惰性-其表面形成的二氧化硅保護(hù)膜，而主要表現(xiàn)為預(yù)熱到高溫。而在沖天爐的高溫還原區(qū)，充分發(fā)揮其作用。甚可能利用碳化硅的這樣的性質(zhì)，利用沖天爐存在送風(fēng)通道，給我們向爐內(nèi)噴吹懸浮在風(fēng)中的碳化硅微顆粒提供了可能性，這是在以后的生產(chǎn)中非常值得探索的。碳化硅供應(yīng)商完全可以提供微顆粒碳化硅，而且價(jià)格幾乎沒(méi)有提高。
生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)了適當(dāng)縮小風(fēng)口的沖天爐技術(shù)，無(wú)論用于球墨鑄鐵的生產(chǎn)，還是用于灰鑄鐵的生產(chǎn)，都是可能明顯提高鑄鐵品質(zhì)-鐵水溫度高，還原良好的。有利于降低鐵水的不良遺傳性特別是明顯改善原鐵水的遺傳性帶來(lái)的塊狀石墨、尺寸超大石墨、石墨不均勻分布。
（中頻熔煉爐）
中頻爐熔煉鐵水，建議盡量做到：大部分爐料熔化過(guò)程中，不覆蓋造渣劑，任由大氣對(duì)其氧化，稱之為亞氧化熔煉技術(shù)，以破壞鐵水的不良遺傳性，特別是氧化鉛鋅等極有害元素使其成為渣子從而脫離鐵水，隨后，使用造渣劑覆蓋鐵水，高溫1500-1550度5分鐘或再長(zhǎng)一點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行處理，以分解打開(kāi)原鐵水的塊狀石墨，由于在整個(gè)熔煉過(guò)程中，石墨的結(jié)晶晶核在不斷減少，而碳化硅對(duì)鐵水的預(yù)處理作用效果只有在高溫下顯現(xiàn)，并且可以延續(xù)一定的時(shí)間，建議在熔煉初期就可以加入鑄鐵用碳化硅，以利于鑄鐵用碳化硅球、塊、大顆粒的預(yù)熱和打開(kāi)。更好地發(fā)揮其對(duì)鐵水的預(yù)處理作用。
鑄鐵用碳化硅的使用效果可以根據(jù)被處理的鑄鐵的質(zhì)量進(jìn)行判斷：1.灰鑄鐵，共晶團(tuán)明顯增加，石墨分布均勻無(wú)方向-不折不扣的A型石墨，石墨長(zhǎng)度3-5級(jí)。鑄件加工性能明顯改善。2.球墨鑄鐵，球墨尺寸細(xì)小，圓整度明顯改善，機(jī)械性能特別是斷后伸長(zhǎng)率明顯提高，加工性能明顯改善。鐵水充型補(bǔ)縮能力提高。
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