高韧性球铁的生产质量控制的关键是获得铸件的组织中高的铁素体含量、较高的球化率、直径细小而多的石墨数，这是高韧性球铁力学性能合格的根本。要获得高韧性球铁必须有优质的铸造生铁来保证，尽年来，生铁供不应求，价格日趋上涨，使铸造厂面临严峻的经营形势。针对这一问题，本文论述电炉熔炼同样的球化剂、孕育剂，不改变球化及孕育处理工艺，采用晶体石墨增碳剂+工业碳素废铁+大量回炉料生产高附加值高性能球铁合成铸铁工艺，更有益于成功获得合格的高韧性球铁，而且生产及管理成本低，显著提高铸造厂效益的几个实例。

　　由于钢铁工业的迅猛发展，生铁资源日益紧缺，优质球生铁供不应求，价格日趋上涨。可供资源将持续紧张，高位运行，劳动力成本持续上行的趋势形成，可以断定一个铸造高成本的时代来临。高耗能、高污染排放，生产低附加值铸件的企业将首先被淘汰出局。应用电炉合成铸铁技术提高铸件质量，降低铸造成本，提高铸造厂效益成为铸造企业发展的根本。

　　电炉熔炼合成铸铁的关键是增碳剂、调Mn造渣辅料、工业碳素废铁的选择及加入，以及冶炼质量控制，使用增碳剂增加含碳量调整化学成分，改善铸铁的组织和性能；利用价格相对低廉的工业碳素废铁。降低成本；为了获得更好增碳效果，生产中选用晶体石墨增碳剂。晶体石墨增碳剂主要用于高韧性球铁铸件（风电球铁铸件）、奥贝球铁铸件及大型复杂的灰铸铁及球铁柴油机缸体、缸盖的生产；应用晶体石墨增碳剂+废钢+大量回炉料是低成本生产高附加值高性能球铁铸件的新技术。本文着重介绍熔炼合成铸铁用的晶体石墨增碳剂及熔炼合成铸铁显著提高铸造厂效益的几个实例。

　　1碳及晶体石墨增碳剂材料特性

　　碳在常压下的熔点为3550℃，沸点为4194℃，3500℃开始升华，是熔点高的元素。且在高温下不发生晶态变化，几乎不软化、不变形。碳的同素异构体有无定形碳、石墨和金刚石。不同结构的碳密度不相同，无定形碳密度约为1.98g/cm3，石墨密度约为2.3g/cm3，金刚石密度约为3.51g/cm3，性能差别大。含碳晶体有一重要的特点是在无氧条件下加热，晶体结构会向更完整、更紧密的状态转变。无定形碳，如焦炭、木炭、炭黑等，在高温作用下可转变为石墨。石墨在高温、高压作用下可转变为金刚石。

　　1.1碳质材料

　　碳质材料是由碳元素组成的一类非金属材料。由于晶体结构和层片配列的变化，可以衍生出品种繁多的同素异构体。所有的同素异构体，在晶体结构上都是以金刚石或石墨为基础的。

　　1.1.1金刚石

　　金刚石晶体属等轴晶系，原子晶格为面心正立方，原子间距为0.154nm，是碳的同素异构体中原子排列紧密的一种。金刚石是莫氏硬度值为10，硬度约为10000kgf/mm。

　　1.1.2石墨

　　石墨为六方层片状结晶，石墨质软（莫氏硬度2～3）、呈黑色、有光泽、并有润滑感。石墨可分为天然石墨和人造石墨两类，都是铸造行业中广泛应用的材料。

　　（1）天然石墨天然石墨中有鳞片状石墨和微晶石墨两种。中国是天然石墨产量大的国家，产地主要有湖南、内蒙、黑龙江、福建、广东、吉林等省（区）。俄罗斯、朝鲜、韩国、澳大利亚、墨西哥、马达加斯加、印度、斯里兰卡、加拿大和美国也有高储量的天然石墨矿。其中斯里兰卡出产的块状石墨是目前所知的纯度高的天然石墨，其中的碳含量接近100％。通常开采得到的天然石墨中混有大量脉石和其他杂质，如要求品位较高，需要用浮选法提取。先将矿料粉碎、加水研磨制成矿浆，再用石灰或碱将矿浆调成弱碱性，并加入水玻璃抑制脉石，然后用筛分设备将石墨从大量脉石中分离出来。在浮选槽内加入煤油之类的捕集剂，再经离心分离和干燥，可以得到含碳量为70～95％的石墨。含碳量在95％以上的石墨，需用化学方法萃取，或加热到高温使其中的氧化物杂质分解、挥发。

　　（2）人造石墨在高温和惰性气氛中，无定形碳可以转变为石墨。先将富碳的碳质材料压制成形，加热到2500～3000℃、在非氧化性气氛中进行石墨化。晶体石墨增碳剂大部分都是采用这种制备的。

　　1.1.3无定形碳

　　无定形碳也是六方层片状结晶，与石墨不同之处在于六角形的配列不完整，层间距离略大。常见的无定形碳材料有焦炭、木炭、炭黑、活性炭等。

　　1.2增碳剂的类别及成分

　　增碳剂的主要成分是碳。但碳在增碳剂中的存在形式可能是非晶态或结晶态。增碳剂相同，与非晶体增碳剂相比，晶体增碳剂的增碳速度明显的快，未作球化处理原铁液的白口深度小，球墨铸铁基体中铁素体含量高，石墨球数多，石墨形态更圆整。依据碳在增碳剂中的存在形态，分为石墨增碳剂和非石墨增碳剂。石墨增碳剂有废石墨电极、石墨电极边角料及碎屑、自然石墨压粒、石墨化焦等，此外，碳化硅（SiC)具有和石墨相似的六方结构也被列为石墨增碳剂的一种特殊形态。废石墨增碳剂如沥青焦、煅烧石墨焦、乙炔焦炭压粒，煅烧无烟煤增碳剂等。常用增碳剂的主要成分表1，晶体石墨增碳剂的化学成分：碳含量≥96%，水份≤1.5%，灰分＜1%，Fe2O3＜0.5%，Al2O3＜0.45%，不含硫、磷。

　　2增碳剂的增碳行为

　　增碳剂的增碳是通过碳在铁液中的溶解和扩散进行的。当铁碳合金的含碳量在2.1%时，石墨增碳剂中的石墨可直接在铁液中溶解直溶。而非石墨增碳剂的直溶现象几乎不存在，只是随着时间的推移，碳在铁液中逐渐的扩散溶解。石墨增碳剂的增碳速度显著的高于非石墨增碳剂。对所有石墨铸铁，石墨增碳剂中的石墨，可作为先共晶晶核和共晶石墨晶核。由不同的配料比使用碳质增碳剂和不采用增碳工艺，在铁液化学成分中含量相同条件下，经过增碳处理的铸铁中氮含量增加，但可以形成氮化硼等，可以作为石墨结晶核心的基底，为石墨创造良好的形核成长条件。因此，增碳剂在增加铁液含碳量的同时，能改善铁液凝固后的组织和性能。

　　增碳速度是单位时间内碳增加的百分数。吸收率是增碳剂中碳被铁液吸收的比率。铁液增碳速度以及对增碳剂中碳的吸收率受下列因素影响。

　　①增碳剂种类；

　　②增碳剂颗粒；

　　③增碳处理温度；

　　④铁液组成；

　　⑤铁液的搅拌程度。

　　石墨电极的增碳效率较快，在电炉熔炼时，一般吸收率85%左右。铁液搅拌越强，增碳效率越高，在1450℃可达到90%。

　　3晶体石墨增碳剂对铸件微观组织及质量的影响