CN100412209C - 炼钢用增碳剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种炼钢用增碳剂的制备方法，该方法包括如下步骤：(A)提供一种含C量不小于65%碳素材料；(B)提供一种含Mn量不小于50%锰铁粉；(C)将一定量的碳素材料与一定量的锰铁粉混合均匀，混合后的材料中，C的含量应该控制在18%-60%，Mn的含量应该控制在22%-62%；(D)将混合后的材料成型处理；(E)将成型后的材料干燥处理，其优点是增碳的材料能及时进入钢水内部，在内部散熔，并且不会造成钢水的温度损失，在增碳过程中，实现稳定高效增碳的同时还实现了增锰，节省了炼钢所用合金的消耗，降低了炼钢成本。

Description

炼钢用增碳剂的制备方法

技术领域

本发明涉及冶金类，具体的讲是涉及一种炼钢用增碳剂的制备方法。

背景技术

为了调整钢中的含碳量，以达到钢种规格要求，在炼钢过程中通常需要在钢水中加入增碳剂来进行钢水的增碳。在钢水增碳后常常出现钢中碳含量或高或低超出钢种碳成分上、下限的情况，容易造成钢厂品种炼成率低和钢种报废的后果。增碳剂的比重小，以及颗粒度不均匀，是造成上述缺陷的主要原因，在往钢水投放过程中，粉状小颗粒增碳材料容易在高温状态下与空气接触发生氧化损耗，颗粒大的增碳材料不能及时被钢水吸收，造成回收率低，且不稳定；而且细粉状材料容易飞扬、燃烧，造成非常严重的环保问题，因此人们考虑将C与金属材料(例如铁)组合构成增碳剂，以增大其比重，中国专利申请ZL95100115.9介绍了一种“复合碳铁合金块及其生产方法”，用于炼钢工艺的增碳和脱氧，但由于其铁的含量太高，大量的铁随着碳加入钢水会造成钢水温度额外的损失，该产品添加量越多，对钢水温度影响越大，但是如果添加量少，则影响增碳效果。另外C和金属合金材料的组分选择对于添加效果至关重要，这是因为材料中各成分含量的多少对钢水的质量影响非常大，因此在加碳过程中的添加量，难以根据C的需求量任意控制，相应加碳效果不容易掌控。目前增碳剂的最好效果是：一般在钢水精炼搅拌时添加，增碳收得率在70％-95％之间，波动区间达25％，在炼钢炉出钢过程中添加，增碳收得率在50％-85％，波动区间达35％。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种炼钢用增碳剂的制备方法，该方法将粉粒状的碳粉和锰铁粉组合构成块状增碳剂，避免了现有技术中粉状增碳剂的飞扬及氧化现象，对于环境保护有着非常重要的意义，并可以针对不同钢种的需要通过原料的选择、配比，以及其成型、干燥处理过程中的相应处理，有效地提高了增碳剂的比重，同时由于钢水的生产过程中，本身需要添加Mn，本发明选择的锰铁粉，使得增碳剂的添加量的多少不会影响到钢水的质量，也不会对钢水造成额外的温度损失。

本发明的技术方案如下：

一种炼钢用增碳剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(A)提供一种含C量不小于65％碳素材料；(B)提供一种含Mn量不小于50％锰铁粉；(C)将一定量的碳素材料与一定量的锰铁粉混合均匀，混合后的材料中，C的含量应该控制在18％-60％，Mn的含量应该控制在22％-62％；(D)将混合后的材料成型处理；(E)将成型后的材料干燥处理。

通常碳素材料选自焦炭、沥青焦、石油焦、碳粉、煅烧煤和石墨中的至少一种。碳素材料和锰铁粉的粒度不大于10mm。

成型处理时，在混合材料中应该提供一种粘结剂，该粘结剂至少包括淀粉、片碱、铝酸钙、羧甲基纤维素CMC、糖浆、聚乙烯醇、水泥、膨润土中的一种。

成型处理是将混合后的材料加入成型机内压制成型为块状。

干燥处理是将成型后的材料置于干燥室中烘烤干燥，干燥后材料的含水率不大于0.5％。

成型处理时，在混合材料中还可以提供一种高温膨胀剂，例如采用膨胀倍数大于50倍的膨胀石墨，通常添加量为0.2％-0.8％。

本发明的优点是增碳的材料能及时进入钢水内部，在内部散熔，并且不会造成钢水的温度损失，在增碳过程中锰铁粉与碳粉紧密结合一同加入钢水，既增加了增碳材料的比重，又可以补充钢水中对锰的需求，也就是说实现稳定高效增碳的同时还实现了增锰，节省了炼钢所用合金的消耗，降低了炼钢成本，Mn与C互相保护，提高了双方的抗氧化性，其添加量可以根据钢水需要加C量的多少进行选择，保证了增碳效果。

具体技术方案

以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例1：本实施例中混合后的材料中，C的含量为18％-28％，Mn的含量为35％-62％。

以100公斤添加材料计算，本实施例包括如下步骤：(A)提供含C量为80％的石墨材料；(B)提供一种含Mn量71％的锰铁粉，其含C量为6％；(C)将24.5公斤的上述石墨材料与74公斤的上述锰铁粉、淀粉1.0公斤、片碱0.2公斤、膨胀倍数为100倍的膨胀石墨0.3公斤混合均匀，混合后材料中含C量为24.04％，含Mn量为52.54％；(D)将混合后的材料成型处理，即将混合后的材料加入成型机内压制成型为块状；(E)将成型后的材料干燥处理，即将成型后的材料置于干燥室中干燥，干燥后材料的含水率控制在小于0.5％。

石墨材料和锰铁粉的的粒度0-10mm，可将石墨和锰铁破碎后，经10mm筛网筛分获得。

本实施例产品针对以往常规增碳工艺中对低碳钢种增碳量小，精度难以提高的缺点，在钢种额定Mn成分范围许可的前提下，尽可能在混合材料中提高Mn的配入比例，以提高其比重，这样做可进一步提高和稳定碳的收得率，实践证明，这个方法成功的。

将本实施例产品用于低碳钢中碳含量小于0.22％的钢种，如Q235、A、B等，这类钢种碳含量低，增碳量小，但是要求增碳的精确度高，效果如下：

例如用于钢种Q235，检测结果与现有技术中普通增碳产品对比：

试验工位：LF钢包精炼炉。

炉次	1	2	3	4	5	6	平均	波动范围
									本发明产品增碳收得率(％)	92.36	88.20	96.12	93.29	93.26	92.88	92.69	7.92
普通产品增碳收得率(％)	78.68	70.38	93.30	77.05	82.72	75.22	79.56	22.92

本实施例的增碳收得率可达88.2％-96.12％，可见增碳率高，且波动区间只有7.92％。

实施例2：本实施例中混合后的材料中，C的含量为28％-34％，Mn的含量为30％-52％。

以100公斤添加材料计算，本实施例包括如下步骤：(A)提供含C量为80％的石墨材料；(B)提供一种含Mn量65％的锰铁粉，其含C量为6％；(C)将36.5公斤的上述石墨材料与62公斤的上述锰铁粉、淀粉1.0公斤、片碱0.2公斤、膨胀倍数为100倍的膨胀石墨0.3公斤混合均匀，混合后材料中含C量为32.92％，含Mn量为40.3％；(D)将混合后的材料成型处理，即将混合后的材料加入成型机内压制成型为块状；(E)将成型后的材料干燥处理，即将成型后的材料置于干燥室中干燥，干燥后材料的含水率控制在小于0.5％。

石墨材料和锰铁粉的的粒度0-10mm，可将石墨和锰铁破碎后，经10mm筛网筛分获得。

本实施例产品针对以往常规增碳工艺中，对中低碳钢种增碳量较小、增碳精度不易提高的弱点，在钢种额定Mn成分范围许可的前提下，在混合材料中适当提高Mn的配入比例，以提高其比重，这样做可提高和稳定碳的收得率，实践证明，这个方法是成功的。

将本实施例产品用于中低碳钢，此类钢种碳含量在0.20％-0.35％之间，增碳量不大，而同时增碳的精确度要求较高，效果如下：

例如用于25#钢，检测结果与现有技术中普通增碳产品对比：

试验工位：转炉出钢。

炉次	1	2	3	4	5	6	平均	波动范围
									本发明产品增碳收得率(％)	86.46	94.39	82.12	86.30	84.21	85.20	86.44	12.27
普通方法增碳收得率(％)	83.79	84.89	51.08	71.15	58.08	70.86	69.98	33.81

本实施例的增碳收得率可达82.12％-94.39％，可见增碳率高，且波动区间只有12.27％。

实施例3：本实施例中混合后的材料中，C的含量34％-40％，Mn的含量为25％-46％。

以100公斤添加材料计算.本实施例包括如下步骤：(A)提供含C量为80％的石墨材料；(B)提供一种含Mn量65％的锰铁粉，其含C量为6％；(C)将43公斤的上述石墨材料与56公斤的上述锰铁粉、淀粉0.8公斤、片碱0.2公斤混合均匀，混合后材料中含C量为37.76％，含Mn量为36.4％；(D)将混合后的材料成型处理，即将混合后的材料加入成型机内压制成型为块状；(E)将成型后的材料干燥处理，即将成型后的材料置于干燥室中干燥，干燥后材料的含水率控制在小于0.5％。

石墨材料和锰铁粉的的粒度0-10mm，可将石墨和锰铁破碎后，经10mm筛网筛分获得。

本实施例产品针对一些中碳钢种，在冶炼过程中增碳量与配Mn量相近的特点，在混合材料中将Mn与C的配入比例设计成一比一左右，这样做大大简化了炼钢过程合金化的计算工作，在使用本发明实施例的增碳材料后，很容易实现经一次增碳就使钢中C、Mn含量同时达到要求。

实施过程中，将本实施例产品用于钢种37Mn5、St45EQ，检测结果与现有技术中普通增碳产品对比如下：

试验工位：LF钢包精炼炉。

炉次	1	2	3	4	5	6	平均	波动范围
									本发明产品增碳收得率(％)	96.02	89.30	88.28	97.80	93.62	95.88	93.48	9.52
普通产品增碳收得率(％)	83.72	78.68	71.22	85.30	79.26	75.25	78.91	14.08

本实施例的增碳收得率可达88.28％-97.8％，可见增碳率高，且波动区间只有9.52％。

实施例4：本实施例中混合后的材料中，C的含量为40％-50％，Mn的含量为22-42％。

以100公斤添加材料计算，本实施例包括如下步骤：(A)提供含C量为80％的石墨材料；(B)提供一种含Mn量65％的锰铁粉，其含C量为6％；(C)将53公斤的上述石墨材料与42公斤的上述锰铁粉、铝酸钙5公斤混合均匀，混合后材料中含C量为44.92％，含Mn量为27.3％；(D)将混合后的材料成型处理，即将混合后的材料加入成型机内压制成型为块状；(E)将成型后的材料干燥处理，即将成型后的材料置于干燥室中干燥，干燥后材料的含水率控制在小于0.5％。

石墨材料和锰铁粉的的粒度0-10mm，可将石墨和锰铁破碎后，经10mm筛网筛分获得。

本实施例的增碳收得率可达82.12％-94.39％，可见增碳收得率高，且波动区间最大只有12.27％。

本实施例铝酸钙的使用，由于其熔点低，组分合理，在加入钢水时，能迅速熔化成液体，起到清洗钢水作用，同时能吸附钢中夹杂物。

本发明实施例宗旨是在混合成型干燥后的块状材料达到一定比重的情况下，适当地减少其中Mn的含量，增加碳的含量，否则在使用中容易发生加锰量过多，会造成额外温度损失与Mn合金的浪费，甚至导致Mn成分出格钢水报废。

实施过程中，将本发明实施例用于钢中碳含量介于0.5％-0.75％的钢种，需要增碳量较大，要求添加后引起的温降小，效果如下：

例如用于钢种65Mn，检测结果与现有技术中普通增碳产品对比：

试验工位：转炉出钢混冲。

炉次	1	2	3	4	5	6	平均	波动范围
									本发明产品增碳收得率(％)	85.36	87.62	94.62	81.29	91.08	89.29	88.21	13.33
普通产品增碳收得率(％)	60.86	71.22	86.02	51.26	81.33	65.29	69.33	34.76

本实施例的增碳收得率可达81.29％-94.62％，可见增碳率高，且波动区间只有13.33％。

实施例5：本实施例中混合后的材料中，C的含量为50％-60％，Mn的含量为15％-32％。

以100公斤添加材料计算，本实施例包括如下步骤：(A)提供含C量为88％的石墨材料；(B)提供一种含Mn量73％的锰铁粉，其含C量为6％；(C)将60公斤的上述石墨材料与35公斤的上述锰铁粉、铝酸钙5公斤混合均匀，混合后材料中含C量为54.9％，含Mn量为25.55％；(D)将混合后的材料成型处理，即将混合后的材料加入成型机内压制成型为块状；(E)将成型后的材料干燥处理，即将成型后的材料置于干燥室中干燥，干燥后材料的含水率控制在小于0.5％。

石墨材料和锰铁粉的的粒度0-10mm，可将石墨和锰铁破碎后，经10mm筛网筛分获得。

本实施例产品配方设计宗旨是在混合成型干燥后的块状材料达到一定比重的情况下，尽可能地减少其中Mn的含量，增加C的含量，否则在使用中容易发生加锰量过多，造成额外温度损失与锰合金的浪费，甚至会导致锰成分出格，钢水报废。

将本实施例产品用于要求增C量大于0.7％的高碳钢，如82B钢、滚珠钢等，需要增C量很大，温降要求小，效果如下：

例如用于钢种82B，检测结果与现有技术中普通增碳产品对比：

试验工位：转炉出钢混冲。

炉次	1	2	3	4	5	6	平均	波动范围
									本发明产品增碳收得率(％)	81.26	90.38	91.87	89.06	94.29	88.12	89.16	13.03
普通产品增碳收得率(％)	50.96	61.34	75.29	73.28	83.30	68.96	68.86	32.34

本实施例的增碳收得率可达81.26％-94.29％，可见增碳率高，且波动区间只有13.03％。

上述实施例对于铝酸钙的使用，由于其熔点低，组分合理，在加入钢水时，能迅速熔化成液体，起到清洗作用，同时能吸附钢中夹杂物，避免了使用硅酸盐作粘结剂对钢水的污染。

上述实施例中材料的成型处理方法以及干燥处理方法为本领域技术人员所容易理解，不再赘述。

上述实施例中成型后的块状材料可以是呈椭圆型、圆形或方型，其粒度一般控制在20mm-50mm。

本发明对于Mn和C二者的结合使用比单一添加C，增加了还原气氛，相互提高了材料的抗氧化能力，提高了各自的收得率(回收率)。选择Mn和C二者结合的另一个原因是由于绝大部分钢种在冶炼过程中需要添加大量的Mn，使得在钢水增碳的过程中便于调整添加材料的加入量。如果使用其它金属元素如Cr、Ni、Cu、W、Mo等与碳结合而加入钢水，对绝大部分钢种的质量有害无益。

本发明在具体实施时，要根据不同钢种的成分与质量要求，选择确定添加材料的品质及相对应的各组分的配比，从而确定添加量的多少。

大量试验证明上述实施例产品在在钢水精炼吹氩搅拌时向钢水中添加，其增碳率可达88％-98％，增碳率高，且波动区间最大只有10％。在炼钢炉出钢过程中向钢水中添加，其增碳率可达80％-95％，增碳率高，且波动区间最大只有15％。

上述实施例中粘结剂的添加量占混合材料总量的0.5％-5％。

本发明选择碱性粘结剂，如淀粉、片碱，不降低渣中的碱度，对钢水无污染，同时可以增加产品成球后的强度。

发明人通过实验发现，以添加相同量的硅溶胶和淀粉和片碱作为粘结剂相对比，后者成球后强度可以是前者成球后强度的2倍以上。

实验还发现添加0.2％-0.8％的膨胀石墨膨胀剂与现有技术中添加2％-8％的碳酸盐作为促熔剂相比，前者散熔时间小于30秒，后者散熔时间在2-4分钟。并且由于碳酸盐在高温条件分解产生大量二氧化碳气体，易造成钢水喷溅和降温，本发明则不存在碳酸盐作为促熔剂的上述隐患。

本发明对于0-10mm原材料粒度范围的选择，与现有技术中使用的粒度范围0.5mm-6mm相比较，具有突出的显著进步：

首先是降低加工成本，例如将锰铁加工到0.5mm-6mm的颗粒其加工成本是将锰铁加工到0-10mm的颗粒的加工成本的3倍。

其次是充分利用了资源，例如石墨材料按照0.5mm-6mm的要求加工以后，0-0.5mm细粉占加工后的产物一半以上，这一部分无法使用，而本发明可将其利用，资源利用率显然可提高一倍以上。

再则由于本发明利用了0-0.5mm的细粉，使得产品在钢水中更快、更容易吸收。

最后本发明利用了0-0.5mm的细粉和6mm-10mm颗粒，大大优化了粒度分布，提高产品成型的致密度，相应提高了产品的强度和比重。

Claims (7)

1. 一种炼钢用增碳剂的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：(A)提供一种含C量不小于65％碳素材料；(B)提供一种含Mn量不小于50％锰铁粉；(C)将一定量的碳素材料与一定量的锰铁粉混合均匀，混合后的材料中，C的含量应该控制在18％-60％，Mn的含量应该控制在22％-62％，在混合材料中提供一种高温膨胀剂，添加量为0.2％-0.8％，所述的高温膨胀剂采用的是膨胀倍数大于50倍的膨胀石墨；(D)将混合后的材料成型处理；(E)将成型后的材料干燥处理。

2. 根据权利要求1所述的一种炼钢增碳的方法，其特征在于所述碳素材料，该材料选自焦炭、沥青焦、石油焦、碳粉、煅烧煤、石墨中的至少一种。

3. 根据权利要求1所述的一种炼钢用增碳剂的制备方法，其特征在于混合后的材料中，C的含量应该控制在22％-39％，Mn的含量应该控制在30％-52％。

4. 根据权利要求1所述的一种炼钢用增碳剂的制备方法，其特征在于成型处理时，在混合材料中应该提供一种粘结剂，该粘结剂至少包括淀粉、片碱、铝酸钙、羧甲基纤维素CMC、糖浆、聚乙烯醇、水泥、膨润土中的一种，粘结剂的添加量占混合材料总量的0.5％-5％。

5. 根据权利要求1所述的一种炼钢用增碳剂的制备方法，其特征在于所述的成型处理是将混合后的材料加入成型机内压制成型为块状。

6. 根据权利要求1所述的一种炼钢用增碳剂的制备方法，其特征在于所述干燥处理是将成型后的材料置于干燥室中烘烤干燥，干燥后材料的含水率不大于0.5％。

7. 根据权利要求1所述的一种炼钢用增碳剂的制备方法，其特征在于所述的碳素材料和锰铁粉的粒度不大于10mm。