摘要：
　　西方發達國家早就進入了“合金鑄鐵”時代，我國在90年代后期才開始使用“合金鑄鐵”。“合金鑄鐵”的發展過程也反映了一個國家的工業化程度。長期以來用生鐵生產各種鑄件，但生鐵是一種不可再生的資源，廢鋼和廢舊鑄件又充斥在社會的各個角落，利用增碳劑的橋梁作用，把廢鋼和廢舊鑄件經過配料重熔生產出合格鑄件，這是一種利國利民的重要舉措。生產過程中增碳劑和碳化硅配合使用，效果更好。過去我們總認為西方的鑄件成分與我們的一樣，但性能差異卻很大，覺得不理解。其實西方發達國家在“合金鑄鐵”時代就有效的解決了這個問題。利用增碳劑的增碳效果，利用碳化硅的脫氧除氣增硅效果，降低了鐵液的過冷度，增加了鐵液的結晶核心，鑄件的力學性能和金相組織得到了提高，進而改善了鑄鐵在不同工況條件下的特殊性能。
　　Abstract:
　　Western developed countries have long entered the era of“alloyed cast iron”. However, China only started using “alloyed cast iron” in the later 1990s. The development of the “alloyed cast iron” also reflects the industrialized degree of a country. For a long time, pig iron has been used to producevarious castings. However, pig iron is a non-renewable resource, and scraped steel and waste castings are flooded in all corner of the world. It is an important measure to benefits the country and people to produce qualified castings by using the recarburizer as the bridge to re-melt scraped steel and waste castings with other ingredients. The effect is better if use recarburizer with silicon carbide during production. In the past, we could not understand that the composition of western castings were the same as ours, but the performance was much better. In fact, western countries already solved the problem effectively during the era of “alloyed casting iron”. By utilizing the recarburizing effect of the recarburizer and the deoxidizing, degassing and silicon increasing effect of silicon carbide, the supercooling degree of the molten iron is reduced, the crystalline core of the molten iron is increased, and the mechanical properties and microstructure of the casting are improved. Therefore, the special performance of the castings in different working condition is improved.
　　關鍵詞：
　　合金鑄鐵  廢鋼  增碳劑  碳化硅
　　Key words:alloyed cast iron, scraped steel, recarburizer, silicon carbide
　　鐵礦是一種不可再生的資源，隨著社會不斷的發展，由鐵礦生產的大量鑄鐵、鑄鋼產品及煉鋼產品的廢棄物充斥在社會的各個角落，浪費了資源，污染了環境。西方發達國家很早以前就采用合成的方法生產鑄件，把廢舊鑄鐵、鑄鋼、鋼鐵回收利用。把增碳劑和碳化硅作為添加材料來調整鑄件的化學成分，脫氧除氣，并能起到孕育作用，增加鐵液的結晶核心，細化晶粒，達到提高力學性能的目的。沖天爐由于對環境的污染，中小型沖天爐取締后熔煉的主要工具就是電爐，增碳劑和碳化硅就成了電爐熔煉不可或缺的資源。碳化硅和增碳劑對廢舊鑄件的再利用起到了橋梁的作用。
　　一 增碳劑的種類Types of recarburizers
　　增碳劑的作用：加入鐵液或鋼液中以提高其含碳量的碳質材料（如焦炭、無煙煤、石墨）。
　　市場上生產增碳劑的企業很多，質量良莠不齊，給使用的鑄造企業帶來了許多不便，甚至生產過程中因使用不當而造成了許多廢品。本文對增碳劑的種類做簡單的介紹。見表1

　　表1 鑄造用增碳劑 Table 1 Recarburizer for castings (%)

　　1 石墨化增碳劑Graphitized recarburizer
　　石墨化增碳劑又叫人造石墨增碳劑，即表1中的“石墨化石油焦”，這種增碳劑的碳含量很高，氮、硫含量很低，雜質少，主要用在鑄鋼和高端鑄鐵件，比如：硅鉬球墨鑄鐵、硅鉬蠕鐵和高鎳奧氏體球墨鑄鐵等。價格相對高一些。當然石墨化增碳劑又是生產電池負極材料的副產品，相對價格較低，又能做到循環經濟和節能環保，發展勢頭良好。表1中分4個牌號。
　　2 煅燒石油焦增碳劑Calcined petroleum coke recarburizer
　　石油焦的煅燒 <https://baike.so.com/doc/6945744-7168107.html>，是為了除去硫、水分和揮發分。將生石油焦于1200～1350℃煅燒，可以使其成為基本上純凈的碳。用于鑄鐵增碳劑的約占6%。表1中分2個牌號。
　　3 煤質增碳劑Coal-based recarburizer
　　煤質增碳劑是采用無煙煤經煅燒（1200~1500度）而成。表一中分3個牌號。煤質增碳劑的價格較低，氮、硫含量較高，能夠滿足灰鐵對較高氮、硫的需求。在《氮對灰鑄鐵性能的影響》^[1]一文中有專門的論述。由于煤質增碳劑的這一固有特性，且價格低廉，使其仍有一定的市場。
　　二 增碳劑的使用效果Use effect of recarburizer
　　表2、表3、表4、表5是硅鉬球墨鑄鐵使用增碳劑和碳化硅前后的力學性能和金相組織的對比。圖1、圖2是使用增碳劑后灰鐵的金相照片。表6是不同含氮量對灰鐵力學性能的影響，氮是一把雙刃劍，低了不起作用，高了會產生裂隙狀氣孔，當控制在適宜的范圍，才能提高力學性能，改善石墨形態。
　　增碳劑不但起到了調整鑄鐵成分的作用，而且從表中可以看出加入增碳劑后力學性能和金相組織都得到了明顯的提高。當然力學性能和金相組織的提高牽扯的工藝因素很多，加入增碳劑和碳化硅后為更多的使用廢舊機鐵配料提供了條件。上表是硅鉬球鐵材質使用增碳劑前后的比較。目前西峽縣內燃機進排氣管有限責任公司在灰鐵、球墨鑄鐵、硅鉬蠕墨鑄鐵、高鎳奧氏體球墨鑄鐵以及耐熱鋼材質的配料中都使用增碳劑和碳化硅調整爐料的成分。年產800余萬只各種材質的排氣歧管和渦輪殼鑄鐵和耐熱鑄鋼件，變廢為寶，即節約了資源，又降低了成本；符合國家節能環保的要求。

　　表2   不加入增碳劑的力學性能
　　Table 2 Mechanical property of castings without recarburizer

　　表3 加入增碳劑的力學性能
　　Table 3 Mechanical property of castings with recarburizer

　　表4   不加入增碳劑的金相結果
　　Table 4 Microstructure of castings without recarburizer

　　表5  加入增碳劑的金相結果
　　Table 5 Microstructure of castings with recarburizer

　　表6氮對灰鑄鐵抗拉強度的影響
　　Table 6 The effect of Nitrogen on the tensile strength of grey cast iron

　　圖1含氮74PPM                           圖2含氮99PPM
　　Figure1 Nitrogen content 74PPM                  Figure2 Nitrogen content 99PPM

　　三 增碳劑中的鈦Titanium in recarburizer
　　鈦在鑄鐵生產中是一種有害元素，只有當灰鐵中的氮含量超過一定限量時，才在配料時添加微量的鈦，但鈦會污染爐料，對生產球墨鑄鐵會產生不利的影響，因此在優質增碳劑中不希望含有過多的鈦。一般不希望超過0.025%。
　　四 增碳劑成分的檢測Detection of recarburizer components
　　目前大多數生產增碳劑的企業還不能定性的對生產的增碳劑成分做定量的分析，以不同的成分確定牌號。雖然在不同的增碳劑標準上都是以成分來劃分牌號的，但使用增碳劑的企業如何檢測卻是一大難題。一般情況下采用手感和紙上劃痕的方法，像HB鉛筆一樣在紙上留下痕跡，或手感潤滑，但確切的成分不得而知。據資料介紹山東一家企業用電阻率的方法來確定石墨化的程度，電阻率的下降與石墨化程度的增高建立了一一對應的關系，電阻率越低石墨化程度越高，固定碳含量越高，其它的雜質含量越低。理論上講具有創新性，但對于一大池子爐料，由于爐溫不同，中心部位爐溫高，石墨化程度好，相對應的固定碳含量高，雜質少。反之亦然。分層確定其化學成分很難。假設用這一池子石墨化處理后的材料破碎后經過充分的混合，再用電阻率的高低來測定其牌號。目前這種檢測方法僅作為該企業的驗收標準，用戶如何做進料檢測仍是一個難題。比較大的用戶有氮、氫、氧分析儀，才能做含氮量分析。一般中小企業不具備這個條件。眾多的生產各種牌號的增碳劑廠家嚴格的說都不具備檢測條件，只能憑手感或紙上劃痕來判斷質量的好壞，這種方法就顯得特別粗放，對于出口或高端產品是有風險的。由于增碳劑的種類繁多，主要有石墨化石油焦、煅燒石油焦和煤質三大類。但是由于各個企業的規模、技術條件差異很大，生產的增碳劑規格繁多，化學成分波動很大。我國是一個鑄造大國但不是一個鑄造強國，要趕超世界先進水平必須從源頭做起。好的材輔料是生產優質鑄件的關鍵。眾多的鑄造企業迫切希望對增碳劑進行規范。機標《鑄造用增碳劑》已經報批，制定本標準會使生產增碳劑的企業有法可依，有章可循。使用增碳劑的企業可以選擇適合自己產品的增碳劑。更重要的是對廢舊資源的再利用創造了條件，清潔了環境，創造了財富。
　　五 增碳劑的粒度Particle size of recarburizer
　　增碳劑和碳化硅在使用過程中均存在一個粒度問題，什么規格的爐子，什么材質，選摘什么樣的增碳劑和碳化硅的牌號和規格，加入多大比例，加入的時機，吸收率是多少，不少資料中都有明確的介紹，在這里不再贅述。這里需要強調的是，如何保證質量的穩定性，一致性。因為目前不少企業缺乏檢測手段，采購的增碳劑和碳化硅能不能保持質量穩定，這是問題的關鍵，花了高價錢不一定能買到好的材料。因此供需雙方的契約關系必須明確，確實做到物美價廉。對于速溶增碳劑，甚至納米級的增碳劑都有使用規范，使用過程都要做好記錄，依據自己的產品采用哪種工藝比較合適，吸收率高，產品質量好，效果最佳。否則大家都說好，但是沒有嚴格的工藝規范和過程記錄，仍然生產不出好的產品。
　　六 廢舊機鐵、廢鋼的管理 Management of scrap machine iron and scrap steel
　　既然使用廢舊機鐵和廢鋼生產合成鑄鐵，必須依據生產產品的材質，技術要求采購合適的廢舊材料，這一點也很關鍵。混雜料是生產不出好產品的，分門別類建立廢舊材料的檔案，不同產品選用不同的爐料，作必要的對比分析，才能達到即經濟又合理，又能保證產品質量。有一句話說得好，“混則廢，分則貴”。
　　五 結語Conclusion
　　增碳劑和碳化硅是一種非常普通的輔料產品，但它是生產合成鑄鐵不可缺少的材料，如何用好它則是一個國家工業化發展的標識，能源是不可再生的，把廢棄的鑄鐵、鑄鋼、邊角料回收利用起來，任重而道遠。多年來的實踐證明把增碳劑和碳化硅聯合使用，變廢為寶，生產出了優質鑄件。每個企業在使用增碳劑調配鑄鐵成分，都盡可能的把廢鑄件，廢鋼等材料分門別類的標識清楚，保持清潔，不可混料。每批次的增碳劑和碳化硅確保質量一致。鞏濟民老師在《中國合成鑄鐵的生產與發展》^[2]一文中對增碳劑的使用講的很詳細，很值得學習。本文也是有感而發。本人在《高純生鐵和碳化硅在鑄造生產中的應用》^[3]一文中對碳化硅和增碳劑的應用也有專門的論述，生產的排氣歧管在高溫下的屈服強度超過了德國標準，而成為國內某發動機企業的獨家供應商。楊群收在《生產合成鑄鐵中使用增碳劑的注意事項》^[4]一文中也有專門的論述。研究好“合成鑄鐵”這門學問，任重而道遠。
　　本文在撰寫過程中得到了“平頂山偉業”張世偉總經理提供的許多增碳劑和碳化硅現場使用的寶貴資料和試驗數據，在此表示感謝。
　　參考文獻：略