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增碳劑
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增碳劑
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什么是增碳劑：
分煉鋼用增碳劑（中華人民共和國黑色冶金行業標準，YB/T 192-2001煉鋼用增碳劑）和鑄鐵用增碳劑，以及其他一些添加材料也有用到增碳劑，譬如剎車片用添加劑，作摩擦材料。增碳劑屬于外加煉鋼、煉鐵增碳原料。優質增碳劑是生產優質鋼材必不可少的輔助添加劑。
增碳劑的原料有很多種，生產工藝也各異，有木質碳類，煤質碳類，焦炭類，石墨類等，其中各種分類下又有很多小種類。優質增碳劑一般指經過石墨化的增碳劑，在高溫條件下，碳原子的排列呈石墨的微觀形態，所以稱之為石墨化。石墨化可以降低增碳劑中雜質的含量，提高增碳劑的碳含量，降低硫含量。
增碳劑在鑄造時使用，可大幅度增加廢鋼用量，減少生鐵用量或不用生鐵。電爐熔煉的投料方式，應將增碳劑隨廢鋼等爐料一起往里投放，小劑量的添加可以選擇加在鐵水表面。但是要避免大批量往鐵水里投料，以防止氧化過多而出現增碳效果不明顯和鑄件碳含量不夠的情況。增碳劑的加入量，根據其他原材料的配比和含碳量來定。不同種類的鑄鐵，根據需要選擇不同型號的增碳劑。增碳劑特點本身選擇純凈的含碳石墨化物質，降低生鐵里過多的雜質，增碳劑選擇合適可降低鑄件生產成本。
增碳劑的作用：
用于鑄造，鑄鐵、鑄鋼，鑄件會有對碳的一個要求，那么增碳劑顧名思義就是來增加鐵液中的碳含量，又比如說，在熔煉中常用爐料為生鐵、廢鋼、回爐料，生鐵的碳含量高，但是卻采購價格相對廢鋼來說是要高出一節的，所以增加廢鋼投放量，降低生鐵投放量，加增碳劑，能起到一定的降低鑄件成本的作用。
增碳劑的種類：
增碳劑可以用作鑄鐵增碳劑的材料很多，常用的有人造石墨、煅燒石油焦、天然石墨、焦炭、無煙煤以及用這類材料配成的混合料。
1．人造石墨
上述各種增碳劑中，品質**的是人造石墨。
制造人造石墨的主要原料是粉狀的優質煅燒石油焦，在其中加瀝青作為粘結劑，再加入少量其他輔料。各種原材料配合好以后，將其壓制成形，然后在2500——3000℃、非氧化性氣氛中處理，使之石墨化。經高溫處理后，灰分、硫、氣體含量都大幅度減少。
由于人造石墨制品的價格昂貴，鑄造廠常用的人造石墨增碳劑大都是制造石墨電極時的切屑、廢舊電極和石墨塊等循環利用的材料，以降低生產成本。
熔煉球墨鑄鐵時，為使鑄鐵的冶金質量上乘，增碳劑宜**人造石墨。
2．石油焦
石油焦是目前廣泛應用的增碳劑。
石油焦是精煉原油得到的副產品，原油經常壓蒸餾或減壓蒸餾得到的渣油及石油瀝青，都可以作為制造石油焦的原料，再經焦化后就得到生石油焦。生石油焦的產量大約不到所用原油量的5%。美國生石油焦的年產量約3000萬t。生石油焦中的雜質含量高，不能直接用作增碳劑，必須先經過煅燒處理。
生石油焦有海綿狀、針狀、粒狀和流態等品種。
海綿狀石油焦是用延遲焦化法制得的，由于其中硫和金屬含量較高，通常用作煅燒時的燃料，也可作為煅燒石油焦的的原料。經煅燒的海綿焦，主要用于制鋁業和用作增碳劑。
針狀石油焦，是用芳香烴的含量高、雜質含量低的原料，由延遲焦化法制得的。這種焦炭具有易于破裂的針狀結構，有時稱之為石墨焦，煅燒后主要用于制造石墨電極。
粒狀石油焦呈硬質顆粒狀，是用硫和瀝青烯含量高的原料，用延遲焦化法制得的，主要用作燃料。
流態石油焦，是在流態床內用連續焦化法制得的，呈細小顆粒狀，結構無方向性，硫含量高、揮發分低。
石油焦的煅燒，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。
煅燒石油焦的**用戶是制鋁業，70%用以制造使鋁礬土還原的陽極。美國生產的煅燒石油焦，用于鑄鐵增碳劑的約占6%。
3．天然石墨
天然石墨可分為鱗片石墨和微晶石墨兩類。
微晶石墨灰分含量高，一般不用作鑄鐵的增碳劑。
鱗片石墨有很多品種：高碳鱗片石墨需用化學方法萃取，或加熱到高溫使其中的氧化物分解、揮發，這種鱗片石墨產量不多、價格高，一般也不作增碳劑；低碳鱗片石墨中的灰分含量高，不宜用作增碳劑；用作增碳劑的主要是中碳石墨，但用量也不多。
4．焦炭和無煙煤
電弧爐煉鋼過程中，可以在裝料時配加焦炭或無煙煤作為增碳劑。由于其灰分和揮發分含量較高，感應電爐熔煉鑄鐵很少用作增碳劑。
增碳劑的使用：
在冶煉過程中，由于配料或裝料不當以及脫碳過量等原因，有時造成鋼中碳含量沒有達到頂期的要求，這時要向鋼液中增碳。常用的增碳劑有增碳生鐵、電極粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。轉爐冶煉中、高碳鋼種時，使用含雜質很少的石油焦作為增碳劑。對頂吹轉爐煉鋼用增碳劑的要求是固定碳要高，灰分、揮發分和硫、磷、氮等雜質含量要低，且干燥、干凈、粒度適中。
其固定碳組分為：
w(C)>96%，揮發分≤1.0%，w(S)≤0.5%，w(水分)≤0.55%，粒度為1一5mm.
粒度太細容易燒損，太粗加入后浮在鋼液表面，不容易被鋼水吸收。針對感應電爐的顆粒度在0.2-6mm，其中鋼和其他黑色金屬顆粒度在1.4-9.5mm，高碳鋼要求低氮，顆粒度在 0.5-5mm，等等具體需要根據具體的爐型冶煉工件的種類等等細節具體判斷和選用。
1.爐內投入法：
增碳劑適于在感應爐中熔煉使用，但依據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，可按配比或碳當量要求隨料加入電爐中下部位，回收率可達95%以上；
(2) 如果碳量不足調整碳分時，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，同時用固體爐料將其壓入鐵液中不讓其露出鐵液表面。這種方法鐵液增碳可達1.0%以上。
2.爐外增碳：
(1)包內噴石墨粉
選用石墨粉做增碳劑，吹入量為40kg/t，預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，一般采用氮氣做載體，但在工業生產條件下，用壓縮空氣更方便，而且壓縮空氣中的氧燃燒產生CO,化學反應熱可補償部分溫降，而且CO的還原氣氛利于改善增碳效果。
(2)出鐵時使用增碳劑
可將100—300目的石墨粉增碳劑放到包內，或從出鐵槽隨流沖入，出完鐵液后充分攪拌，盡可能使碳溶解吸收，碳的回收率在50%左右。
