增碳是指增加耐火材料中含碳量的方法。在浇铸超低碳钢时, 最突出的问题是保护渣对钢水的增碳, 它可能是连铸操作成功与否的关键。单纯降低原始渣的碳含量, 固然能减少钢水增碳, 但由此会引起一系列不良后果。
在浇铸超低碳钢时, 最突出的问题是保护渣对钢水的增碳, 它可能是连铸操作成功与否的关键。单纯降低原始渣的碳含量, 固然能减少钢水增碳, 但由此会引起一系列不良后果。目前的保护渣尚需利用碳作为阻隔层和骨架调节熔化速度, 得到满意的渣层结构, 从而实现其各项功能, 碳是保护渣组成中不可或缺的成分。
铸坯增碳的主要原因是保护渣的富碳层, 该层的碳含量最高可达原始渣碳含量的6 倍, 而且呈非烧结性, 当熔渣层薄并出现波动时, 就容易导致富碳层与钢水接触甚至卷渣,造成钢水增碳, 认为只要在浇铸状况稳定的条件下,保持熔渣层厚度足够(10～ 15 mm ) , 当原始渣中自由碳含量仅为1 % 左右时, 保护渣不会对钢水增碳。这在通常钢水< 0.02 % 的情况下, 增碳问题并不突出, 但随着钢中要求的碳含量越来越低,尤其是一些超纯洁钢要求< 0.003 % , 并且在实际连铸过程中即使操作条件正常, 或多或少都存在钢水增碳。目前国内增碳水平一般在0.001 % 左右,而国外先进厂家可将其控制在0.000 3 % 范围内,所以必须解决增碳问题。
增碳的方法有:
（1）在配料中加入石墨、焦炭等碳质物料;
（2）以含碳高的焦油沥青和其他有机物作为结合剂;
（3）对多孔耐火颗粒料进行预先浸渍;
（4）对焦油沥青结合的耐火制品进行轻烧并进行油浸;
（5）对烧结的耐火制品进行油浸或多次油浸等。
耐火材料经增碳后可提高高温强度、抗热震性能和抗渣性能，还可提高其使用寿命。增碳有时仅仅是指对轻烧或烧成的耐火制品进行油浸和碳化处理而使制品中含碳量增加。
研究钢水增碳机理, 有必要也应该对与钢水直接接触的熔渣进行分析研究。只有了解增碳来源, 才能消除或使之最小。
保护渣的熔渣属硅酸盐熔体, 碳在这类熔体中的溶解度为0.1 %～ 0.2 %,用刚玉坩埚作了数种超低碳钢连铸用保护渣熔融模型实验, 将冷却后的熔渣进行碳量分析, 后来又去某钢厂连铸车间取现场结晶器内熔渣样分析。两者有一定的出入, 这是由于碳的烧损情况不一样。但不管怎样, 它们的含量仍大大的高于超低碳钢的碳量保护渣熔渣中的碳包括溶解的和未溶解的。溶解碳以原子形态存在于熔渣中, 通过扩散向钢水传质; 而未溶解碳则是以细小颗粒的形态存在于渣中,这些颗粒碳在渣中一方面受浮力的作用上浮, 另一方面随熔渣沿结晶器壁流失而下沉, 两者同时进行,一旦碳颗粒下沉速度大于其上浮速度, 碳粒子就会与钢水直接接触, 由于碳在钢水中的溶解度较大, 很容易造成钢水增碳。
该过程由两液相内的传质和界面溶解环节组成。可以根据这串联相接的三个环节的速率在准稳态中趋于相等的原理导出总过程的速率式。
在一般正常情况下, 由于熔渣中碳的扩散, 钢水增碳量可达0.000 7 % , 要想减少钢水增碳量, 有必要也必须降低熔渣中碳含量。
实际上, 随着熔渣向结晶器四周的流失和新熔渣的不断补充, 以及钢水的持续注入, 实际渣—钢界面进行对流扩散, 尽管熔渣流速不大, 但对流传质总比分子扩散大, 更加有利于钢水的增碳。
首先, 认为钢水表面的保护渣, 当熔渣排出时,只有与钢水接触而处于最高温度下的粘度较低的熔渣层才可能向四周移动, 而其它较粘的液渣层、烧结层和粉渣层仅仅下沉。
假定从结晶器弯月面处流入的熔渣在与结晶器铜壁接触的部分是静止的, 而与凝壳接触的部分是运动的; 不考虑沿结晶器的横向运动; 熔体为牛顿液体; 结晶器保护渣的密度和粘度认为是常数; 在结晶器上部, 认为凝壳中由于钢水的静压力所引起的应力可忽略不计。
(1) 钢水中碳的溶解度非常大, 而与之直接接触的熔渣中碳量高出一个数量级, 钢水增碳是不可避免的。
(2) 溶解碳向钢水扩散过程的控制环节是碳在熔渣中的扩散, 扩散量与碳在渣中的传质系数成正比。
(3) 为了避免或减少钢水增碳, 必须降低熔渣中碳含量。可以在满足基本性能要求的基础上, 尽量减少原始渣的配碳量, 或采取其它一些措施阻止碳溶入熔渣。
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