碳化硅在铸铁生产过程中的冶金特性及其优势

       早在20世纪，发达国家在生产铸钢或铸铁时普遍加入碳化硅，引发了出国考察工程师的思考和研究。21世纪初，随着国内感应电炉生产工艺的推广，废钢增碳的合成铸铁工艺一度面临诸多的冶金质量问题，碳化硅作为铸铁的预处理添加剂才由此受到国内铸造工厂的关注和青睐。

     碳化硅是由硅元素和碳元素以共价键形式结合的非金属碳化物，碳化硅主要分冶金级和磨料级两大类，外观多呈黑色，其中冶金级碳化硅的含量为90%左右，磨料级碳化硅的含量为97％以上。

       无论是灰铸铁还是球墨铸铁，锈蚀的炉料给铁液带入大量的氧化铁夹杂；同时，铁液在熔化、保温及倒运过程中均存在一定程度的氧化反应，严重影响了铁液的纯净度。文献介绍:碳化硅具有良好的脱氧还原作用，在铁液中充分溶解后，经过系列的冶金反应，铁液中的氧化铁被还原成铁元素。熔化时加入0.6%～1.2%的碳化硅，铁液中的氧化铁含量由10％降低至0.5%甚至更低，铁液的纯净度及流动性得到大幅的提升。

       在感应电炉熔炼条件下，铁液中的氧化铁与炉衬材料中的二氧化硅反应后生成低熔点的铁橄榄石附挂在炉壁上，并在熔炼过程中剥落，炉衬的厚度由此被消耗。加入碳化硅后，因碳化硅的脱氧还原作用，减少了铁液中氧化铁的含量，从源头上防止了上述反应的发生。铸造工厂的经验数据表明：感应电炉熔化灰铸铁或球墨铸铁时加入1.0%的碳化硅颗粒，感应电炉的炉衬寿命延长了10%以上。

       碳化硅在铁液中溶解为硅和非平衡石墨，形成了富硅和富碳的微区，且非平衡石墨有很高的活性，与碳的失匹度为0，能有效促进石墨的形核；同时，由于碳化硅的特殊性质，其颗粒表面会生成二氧化硅膜，延缓了碳和硅在铁液中的扩散速度；另外，碳化硅在铁液中的溶解为吸热过程，进一步延缓了非平衡石墨的扩散时间。因此，碳化硅的特有属性能有效减缓孕育的衰退时间，展现出了极好的孕育效果。实践证明:熔炼时加入0.6～1.2％的碳化硅，灰铸铁中的A型石墨增多、变短、基体组织中的碳化物减少；球墨铸铁中的球状石墨增多、变小、基体组织中的铁素体增多；铸铁的力学性能和致密度得到提升、加工性能得到改善。

       碳化硅的升华点高达2 760 ℃，在铁液中不能熔化只能溶解；同时，颗粒表面的二氧化硅膜进一步延缓了碳化硅的溶解速度。因此，在感应电炉内添加碳化硅，应在添加炉料1/3～2/3时加入，当碳化硅加入量大于0.6％时，应分2～3批加入。推荐炉内碳化硅粒度为0.2～5.0 mm，加入量为0.6％～1.2％。需要特别说明的是：炉内碳化硅颗粒不允许在熔炼后期加入，以防止碳化硅因溶解不充分随铁液进入铸型后产生铸造缺陷。

       浇注包或中转包内加入细颗粒的碳化硅具有更好的孕育效果，尤其在球墨铸铁中使用效果更佳。包内碳化硅建议在出铁1/4～3/4时随流加入，推荐碳化硅粒度为0.2～1.0 mm，加入量控制在0.1％～0.2％为宜。

       碳化硅由高纯度石英砂和碳质材料经高温冶炼而成，由于采用不同的碳质材料，所生产的碳化硅氮含量存在较大的差异，最低时小于100 ppm，最高时可达1 000 ppm及以上。碳化硅溶解后，铁液中的氮含量升高，当铁液中的氮含量超过其溶解度后，铸件容易出现氮气孔缺陷。因此，铸造工厂应关注并重视碳化硅中的氮含量及其质量风险，生产关键铸件时推荐碳化硅中氮含量小于300 ppm为宜。

       综上所述：碳化硅不仅是安全可靠的增碳增硅剂，也是铸钢或铸铁生产过程中科学有效的铁水净化剂，更是灰铸铁或球墨铸铁冶炼过程中不可多得的预处理添加剂。合理选择和使用碳化硅，能有效降低生产的综合成本、提升铸件的综合品质。