铁合金炉外降碳技术

    在低碳低硅的铁基合金中碳的走向是不可逆的，碳一旦进入了合金就很难去除。熔体中的碳硅平衡随着温度改变而发生移动。温度越低，碳在硅合金中的溶解度越小。在温度降低的过程中，碳以碳化物的形态从熔体中分离出去。硅铬合金中碳化物以SIC为主，其密度为3.178g/cm3比金属熔体的密度（5.08g/cm3）要小得多。碳化物析出时会上浮到熔体表面，为了降低铁锭表面碳含量，在金属沿未完全凝固之前需将表面的高碳层去掉。在低硅合金中碳以复合的硅碳金属化合物的形态存在，例如在硅含量低于25%的锰硅合金中主要的碳化物是（Mn，Fe）3（Si，C）。这种碳化物的密度较大，难与金属彻底分离。
    
    金属熔体冷却时，金属凝固速度高于碳化物析出的速度，合金中实际碳含量远远高于平衡值。增大碳化物的颗粒度有助于加快碳化物与金属的分离程度。但是，熔体的粘度随着温度降低而急剧增大，上浮的碳化物往往凝固在铁锭的上部。因此，降碳措施应从改善碳化物颗粒的运动状态入手。
    
    一、降温法
    经验表明：硅铁铁水温度降低200℃，金属中的碳含量可以降低84%。采用铁水镇静、倒包和摇包法降温，可以使硅铁或硅铬浇铸温度控制在1400℃以下。过低的温度会使液态合金粘度急剧增加，不利于渣铁分离。
    
    二、重熔法
    碳化硅与金属硅、硅铁等高硅质合金密度相差不大。凝固时弥散在合金中的碳化硅多分布在晶界。重熔时碳化物颗粒会聚集长大，由金属中分离出去，降碳幅度可达到80%以上。重熔后的FeSi75和硅铬合金碳含量可以降低到0.03%以下。
    
    三、包底吹气法
    硅系合金冷却过和结晶析出的碳化物颗粒极为细小，难于从金属中彻底分离。炉渣对SiC的浸润良好，由炉膛排出的SiC多集中在渣相。精炼降碳的能力取决于顶渣的性质和搅拌程度。通过透气塞向熔池吹入气体可使包内铁水在降温过程循环流动。分散的碳化物会吸附在气泡的渣膜上随之上浮和聚集。吹气搅拌使包内铁水温度均匀，金属浇铸损失减少。采用这种方法精炼FeSi75脱碳率达到80%。
    
    四、摇包降碳法
    摇包使液体金属处于运动状态，为析出的碳化物形核、晶核长大、上浮和被炉渣吸附创造了有利条件。在摇包运动状态下，碳化物夹杂颗粒长大速度可达静态的数十倍，其上浮速度也由此增加数十倍。利用摇包运动增加铁水和环境的热交换面积，可以加快铁水降温的速度。采用摇包降碳，在10-15min内，硅铬合金熔体的温度可由1700℃降低到1400℃左右。在摇包液体临界速度运动状态，硅铬合金与低熔点的脱碳剂充分混合，使碳化物为熔渣所吸附。采用金属重量5%左右的CaO-CaF2渣系或微碳铬铁渣作脱碳剂能较好地降碳。由于摇包内部的金属始终处于运动状态，金属内部的温度分布均匀，金属粘包损失大大减少。为了进一步降低合金碳含量，摇包处理后铁水还要镇静5-10min，浇铸温度控制在1400℃左右。采用摇包处理脱碳率为98%以上。