使用增碳劑的增碳過程包括溶解擴(kuò)散過程和氧化損耗過程。增碳劑的粒度大小不同, 溶解擴(kuò)散速度和氧化損耗速度也就不同, 而增碳劑吸收率的高低就取決于增碳劑溶解擴(kuò)散速度和氧化損耗速度的綜合作用。在一般情況下, 增碳劑顆粒小, 溶解速度快, 損耗速度大; 增碳劑顆粒大, 溶解速度慢, 損耗速度小。例如, 在110kg 高頻感應(yīng)爐中, 粒度0.15 ～0.18mm 的增碳劑溶解速度很快, 在沒來得及氧化損耗前大部分已溶解于鐵液中, 只有少部分損耗掉, 因此吸收率高。在600kg 感應(yīng)爐中, 爐膛的直徑和容量較大, 增碳劑粒度0.15～0.18mm , 相對爐膛的直徑和容量太小, 損耗速度很快, 吸收率低; 而粒度1.16～3.12mm 相對于爐膛直徑和容量來說, 增碳劑溶解速度較快, 損耗速度較慢, 溶解占據(jù)主導(dǎo)作用, 吸收率高。因此, 增碳劑粒度大小的選擇與爐膛直徑和容量有關(guān), 一般情況下, 爐膛的直徑和容量大, 增碳劑的粒度要大一些; 反之, 增碳劑的粒度要小一些。

(3)Si對增C效果有較大影響,高Si鐵液增C性差,增C速度慢,故FeSi應(yīng)在增C到位后加入,要遵循先増C后增Si的原則。當(dāng)鐵液中初始碳含量高時(shí), 在一定的溶解極限下, 增碳劑的吸收速度慢,吸收量少, 燒損相對較多, 增碳劑吸收率低。當(dāng)鐵液初始碳含量較低時(shí), 情況相反。另外, 鐵液中硅和硫阻礙碳的吸收, 降低增碳劑的吸收率。而錳元素有助于碳的吸收, 提高增碳劑吸收率。就影響程度而言, 硅**, 錳次之, 碳、硫影響較小。因此, 在實(shí)際生產(chǎn)過程中, 應(yīng)先增錳, 再增碳, 最后增硅。

(4)S能阻礙C的吸收,高S鐵液比低S鐵液的增C速度遲緩很多。

(5)石墨增碳劑能提高鐵液的形核能力,吸收率也比非石墨增碳劑高10%以上,故應(yīng)選用低N石墨增碳劑。

(6)增碳劑的加入時(shí)間不能忽視。增碳劑的加入時(shí)間若過早，容易使其附著在爐底附近，而且附著爐壁的增碳劑又不易被熔入鐵液。與之相反，加入時(shí)間過遲，則失去了增碳的時(shí)機(jī)，造成熔煉、升溫時(shí)間的遲緩。這不僅延遲了化學(xué)成分分析和調(diào)整的時(shí)間，也有可能帶來由于過度升溫而造成的危害。因此，增碳劑還是在加入金屬爐料的過程中一點(diǎn)一點(diǎn)地加入為好。

如在一次加入量過大的情況下，可以結(jié)合感應(yīng)電爐時(shí)采用的鐵液過熱操作結(jié)合考慮，保證增碳劑在鐵液中的吸收時(shí)間10Min，一方面通過電磁攪拌作用使增碳劑充分?jǐn)U散吸收，保證吸收效果。另一方面可以減少增碳劑中帶入的含氮量。

(7)在一定的溫度和化學(xué)成分相同的條件下，增碳劑加入量越多, 溶解擴(kuò)散所需時(shí)間就越長, 相應(yīng)損耗量就越大, 吸收率就會降低。

在一定的溫度和化學(xué)成分相同的條件下, 鐵液中碳的飽和濃度一定。鑄鐵中碳的溶解極限為：

〔C %〕= 113 + 0.10257 T - 0.131〔Si %〕- 0.133〔P %〕- 0.145 〔S %〕+ 0.1028〔Mn %〕( T 為鐵液溫度) 。

(8)飽和濃度一定, 溫度對增碳劑吸收率的影響。從動力學(xué)和熱力學(xué)的觀點(diǎn)分析, 鐵液的氧化性與C - Si - O 系的平衡溫度有關(guān), 即鐵液中的O 與C、Si 有如下的反應(yīng):

〔Si〕+ 2 〔O〕= SiO2 (s) ,
〔C〕+〔O〕= CO(g) ,
SiO2 (s) + 2 〔C〕= 〔Si〕+ 2CO(g) 。
Δ G 0T = 549359 - 309145 T
lg 〔Si〕〔C〕2 = -27486T+ 15147

平衡溫度T 隨目標(biāo)C、Si 含量不同而變化, 依式可以計(jì)算出平衡溫度。當(dāng)鐵液成分( %) 為: 2.19～3.11C、1.10～1.12Si 時(shí), 平衡溫度為1380 ℃左右。鐵液在平衡溫度以上時(shí), 優(yōu)先發(fā)生碳的氧化, C 和O 生成CO 和CO2 。這樣, 鐵液中的碳氧化損耗增加。因此, 在平衡溫度以上時(shí), 增碳劑吸收率降低。當(dāng)增碳溫度在平衡溫度以下時(shí), 由于溫度較低, 碳的飽和溶解度降低, 同時(shí)碳的溶解擴(kuò)散速度下降, 因而收得率也較低。因此, 增碳溫度在平衡溫度時(shí), 增碳劑吸收率最高。但由于在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)過程中, 鐵液溫度總會受到諸多因素的影響, 所以, 實(shí)際增碳溫度在計(jì)算出的平衡溫度上加減10 ℃左右波動。
(9)在增碳劑未完全溶解前, 攪拌時(shí)間長, 吸收率高。攪拌有利于碳的溶解和擴(kuò)散, 減少增碳劑浮在表面被燒損。攪拌還可以減少增碳保溫時(shí)間, 使生產(chǎn)周期縮短, 避免鐵液中合金元素?zé)龘p。但攪拌時(shí)間過長, 不僅對爐子的使用壽命有很大影響, 而且在增碳劑溶解后, 攪拌會加劇鐵液中碳的損耗。因此, 適宜的鐵液攪拌時(shí)間應(yīng)以保證增碳劑完全溶解為適宜。
增碳工藝對鑄鐵組織和性能的影響

經(jīng)過用增碳劑增碳處理后的鑄鐵, 在鐵液中生成了大量彌散分布的非均質(zhì)結(jié)晶核心, 降低了鐵液的過冷度, 促使生成以A 型石墨為主的石墨組織; 同時(shí), 由于生鐵用量少, 其遺傳作用大為削弱, 因此使A 型石墨片分枝發(fā)達(dá)不易長大, 使得石墨短小且均勻。

增碳劑的使用方法：
1、爐內(nèi)投入法：

增碳劑適于在感應(yīng)爐中熔煉使用，但依據(jù)工藝要求具體使用也不盡相同。
（1）在中頻電爐熔煉中使用增碳劑，可按配比或碳當(dāng)量要求隨料加入電爐中下部位，回收率可達(dá)95%以上；
（2）鐵液熔清如果碳量不足調(diào)整碳分時(shí)，先打凈爐中熔渣，再加增碳劑，通過鐵液升溫，電磁攪拌或人工攪拌使碳溶解吸收，回收率可在90左右，如果采用低溫增碳工藝，即爐料只熔化一部分，熔化的鐵液溫度較低的情況下，全部增碳劑一次性加入鐵液中，同時(shí)用固體爐料將其壓入鐵液中不讓其露出鐵液面。這種方法鐵液增碳可達(dá)1.0%以上。

2、爐外增碳：
（1）包內(nèi)噴石墨粉，選用石墨粉做增碳劑，吹入量為40kg/t，預(yù)期能使鐵液含碳量從2%增到3%。隨著鐵液碳含量逐漸升高，碳量利用率下降，增碳前鐵液溫度1600℃，增碳后平均為1299℃。噴石墨粉增碳，一般采用氮?dú)庾鲚d體，但在工業(yè)生產(chǎn)條件下，用壓縮空氣更方便，而且壓縮空氣中的氧燃燒產(chǎn)生CO,化學(xué)反應(yīng)熱可補(bǔ)償部分溫降，而且CO的還原氣氛利于改善增碳效果。
（2）出鐵時(shí)使用增碳劑，可將100—300目的石墨粉增碳劑放到包內(nèi)，或從出鐵槽隨流沖入，出完鐵液后充分?jǐn)嚢瑁M可能使碳溶解吸收，碳的回收率在50%左右。

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