CN103160644A - 冶炼纯净钢用低氮增碳剂的生产设备及制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

冶炼纯净钢用低氮增碳剂的生产设备及制备和使用方法，属于碳素和钢铁冶金领域，特别涉及到降低钢中氮含量和提高钢水质量。本发明炼纯净钢用低氮增碳剂是根据亨利定律(气体在固体中的溶解度理论)，利用高温将石油沥青焦中的氮排除，然后用急冷方法将石油焦材料从高温降低到大自然温度，从而得到降低增碳剂产品中氮含量的目的，生产优质炼纯净钢用低氮增碳剂产品。该产品因本身氮含量极低，与普通增碳剂比较，带入钢中的氮含量少，从而得到降低钢中氮含量的目的。该低氮增碳剂产品的质量指标为：固定碳＞97％wt、灰分＜1.5％wt、挥发分＜1.0％wt、含硫量0.3％wt、含氮＜0.02％。

Description

冶炼纯净钢用低氮增碳剂的生产设备及制备和使用方法

技术领域

本发明属于碳素和钢铁冶金领域，特别涉及一种钢铁企业炼钢过程中，用于生产含氮量极低的纯净钢种的增碳剂材料，该低氮增碳剂与普通增碳剂相比具有大幅度降低钢中氮含量的功效。

技术背景

增碳剂是炼钢生产中必不可少的主要辅助材料之一，普通增碳剂因含氮量高(1.0～3.0％wt)，在炼钢过程中完成钢水增碳任务达到合格钢水要求的同时，也给钢中带进去大量的有害元素氮，严重影响钢的质量。

目前世界上优质碳素钢和低氮钢生产厂家使用的增碳剂，均是将石墨电极加工过程中产生的碎屑一石墨碎，经粉碎加工制成一定粒度而形成。该原料来源有限，价格昂贵，远远不能满足优质低氮钢生产的需求，

发明内容

本发明的目的是为了生产出一种含氮量极低的低氮增碳剂，该低氮增碳剂与普通增碳剂比较在使用过程中，可显著减少钢中的有害元素氮含量，达到提高钢水质量的效果。

一种冶炼纯净钢用低氮增碳剂的生产设备，设备包括二氧化硅保温材料1、石墨层2、炉头电极柱3、导流引线4、隔离层5、炉墙板6、石油焦7、二氧化硅耐火保温层8、石英砂9、耐火砖槽10。

具体制作步骤为

(1)铺设炉底，先在耐火砖槽底面铺设一层石英砂，再在石英砂上面铺设一层充二氧化硅耐火保温材料，各层应夯实；

(2)在炉墙四周放置两层炉墙板，内侧炉墙板即隔离层为木质或石墨；外墙炉墙板为钢板，起固定炉料的作用，可重复使用；两墙板之间距离400mm，填充二氧化硅耐火保温层；炉墙板的底部放置耐火砖槽上。炉头电极柱放置在炉体两侧，通过石墨层与石墨线相连，起导电作用。

(3)装炉料及保温材料，将二氧化硅保温材料吊装装入两炉墙板(木质内炉墙板与钢板外炉墙板)之间并夯实，将不同成份的石油焦混料均匀后，从上部吊装进入由保温材料层围成的空间内(约可装200吨)，并夯实；装料完毕，在整个炉体上部覆盖400mm厚的二氧化硅保温层，起到保温和隔绝空气的目的。

采用上述设备冶炼纯净钢用低氮增碳剂的生产方法为：

将含硫量0.5-1.0％wt、灰分≤0.5％wt、挥发分6-15％wt的石油生焦置于上述设备内，在2500-3000℃的高温条件下，加热35-45个小时后打水急冷，当炉料的温度打水冷却到300℃度左右时，停止打水急冷；然后，改为自然冷却(即空冷)至常温(10℃～30℃)，这个时间大约需要7天左右，以保证炉料的水份含量小于0.5％wt；经破碎筛分、整粒即得成品。本发明设计的低氮增碳剂产品质量指标为：低氮增碳剂的固定碳＞97％wt、灰分＜1.5％wt、挥发分＜1.0％wt、含硫量0.3％wt、含氮＜0.02％。低氮增碳剂颗粒度1-6mm，外观颜色为黑色，无味、体积密度为0.8～1.2(g/cm³)。

上述方法生产的低氮增碳剂的使用方法为：

(1)按需要包装成10-15kg/袋的小袋，转炉或电炉出钢后用人工投加到钢包内，利用出钢过程钢水的强烈搅拌加速低氮增碳剂的溶化吸收；

(2)碳的吸收率按90％计算确定低氮增碳剂加入量；

(3)转炉或电炉出钢完毕后氩气搅拌时间3-5分钟，确保增碳剂充分溶化被钢水吸收；

(4)氮增碳剂也可用于精炼炉中钢水含碳量的调整，增碳剂在精炼炉使用时，要辅以大气量搅拌。

本发明所用原材料及热处理过程所得增碳剂与现有技术相比，在含碳量、含硫量、灰分及水分等技术指标上得以提高，有利于提高钢质量。装炉过程中在绝缘层与石油焦之间安装了木质隔离层或石墨隔离层，在石油焦煅烧过程中，可有效避免杂质进入最终产品中。如果选用三合板作隔离层，使用效果相当，价格相对更便宜。煅烧完毕后，可轻易去掉该层，增碳剂灰分得以降低。导流引线采用上、下层各3条、中间层1条的分层设置方式，使得电流分布更为均匀，煅烧过程中石油焦中温度分布均匀，石油焦中的硫及其他挥发成分得以充分排除，制成的增碳剂中硫含量及水分含量降低。炉头电极柱与石油焦之间设置石墨层，导流效果好，煅烧效果好。

为了降低增碳剂中氮的含量，本发明根据亨利定律：气体在固体中的溶解度与温度相关的理论，将石油生焦加热到2500℃～3000℃的高温，将大量的氮气从石油焦中排出，然后，用急冷的方法将增碳剂冷却到常温，从而得到降低增碳剂中氮含量的目的，生产出优质低氮增碳剂。

优质低氮增碳剂以石油焦为原料，通过高温(2500℃～3000℃)和长时间的煅烧得到含碳量高(＞97}wt)、灰分低(＜1.5％wt)、挥发分低(＜1.0％wt)、含硫量低((0.3％wt)、含氮低(＜0.02％)的低氮增碳剂，该低氮增碳剂经破碎和整粒制成容易被钢水吸收的粒度1-6mm，用于转炉炼钢、电炉炼钢或精炼炉增碳，满足纯净钢生产的要求。

附图说明

图1为本发明生产设备结构图，

图2为图1的A-A剖面图。

1、二氧化硅耐火保温材料；2；石墨层；3、炉头电极柱；4、石墨线；5、隔离层；6、炉墙板；7、石油焦；8、二氧化硅耐火保温层；9、石英砂；10、耐火砖槽。

具体实施方式

一种冶炼纯净钢用低氮增碳剂的生产设备，设备包括二氧化硅耐火保温材料1、石墨层2、炉头电极柱3、石墨线4、隔离层5、炉墙板6、石油焦7、二氧化硅耐火保温层8、石英砂9、耐火砖槽10。

具体制作步骤为

1、铺设炉底，先在耐火砖槽底面铺设一层石英砂，再在石英砂上面铺设一层充二氧化硅耐火保温材料，各层应夯实；

2、在炉墙四周放置两层炉墙板，内侧炉墙板即隔离层为木质或石墨；外墙炉墙板为钢板，起固定炉料的作用，可重复使用；两墙板之间距离400mm，填充二氧化硅耐火保温层；炉墙板的底部放置耐火砖槽上。炉头电极柱放置在炉体两侧，通过石墨层与石墨线相连，起导电作用。

3、装炉料及保温材料，将二氧化硅保温材料吊装装入两炉墙板(木质内炉墙板与钢板外炉墙板)之间并夯实，将不同成份的石油焦混料均匀后，从上部吊装进入由保温材料层围成的空间内(约可装200吨)，并夯实；装料完毕，在整个炉体上部覆盖400mm厚的二氧化硅保温层，起到保温和隔绝空气的目的。

采用上述设备冶炼纯净钢用低氮增碳剂的生产方法为：

将含硫量0.5-1.0％wt、灰分≤0.5％wt、挥发分6-15％wt的石油生焦置于上述设备内，在2500-3000℃加热35-45小时后急冷，加热35-45个小时后打水急冷，当炉料的温度打水冷却到300℃度左右时，停止打水急冷；然后，改为自然冷却(即空冷)至常温(10℃～30℃)，这个时间大约需要7天左右，以保证炉料的水份含量小于0.5％wt；经破碎筛分整粒即得成品。本发明设计的低氮增碳剂产品质量指标为：低氮增碳剂的固定碳＞97％wt、灰分＜1.5％wt、挥发分＜1.0％wt、含硫量0.3％wt、含氮＜0.02％。颗粒度1-6mm，外观颜色为黑色，无味、体积密度为0.8～1.2(g/cm³)。

低氮增碳剂使用方法：

(1)按需要包装成10-15kg/袋的小袋，转炉或电炉出钢后用人工投加到钢包内，利用出钢过程钢水的强烈搅拌加速低氮增碳剂的溶化吸收；

(2)碳的吸收率按90％计算确定低氮增碳剂加入量；

(3)转炉或电炉出钢完毕后氩气搅拌时间3-5分钟，确保增碳剂充分溶化被钢水吸收；

(4)低氮增碳剂也可用于精炼炉中钢水含碳量的调整，增碳剂在精炼炉使用时，要辅以大气量搅拌。

实例1为了降低GCr15轴承钢的氮含量，在60t转炉冶炼轴承钢(GCr15)时进行了10炉用低氮增碳剂取代普通增碳剂给钢水增碳的试验，将钢中的碳从平均0.14％增加到0.88％，每吨钢水需加低氮增碳剂6.36公斤。试验结果表明：使用低氮增碳剂可以将轴承钢中的氮含量从近100ppm的水平降低50ppm。

实例2

另一试验在100t转炉上进行，冶炼钢种45号优质碳素结构钢，试验炉次12炉，吨钢加入量5kg，试验结果表明与普通增碳剂相比，使用低氮增碳剂可以降低氮含量31ppm，降幅达54％。

实例3

第三例试验在100t转炉上进行，冶炼钢种75号硬线钢，试验炉次8炉，吨钢加入量7kg，试验结果表明与普通增碳剂相比，使用低氮增碳剂钢中氮含量降幅达54％，达到了44ppm的理想水平。

Claims (3)

1.一种冶炼纯净钢用低氮增碳剂的生产设备，其特征在于包括二氧化硅耐火保温层(1)、石墨层(2)、炉头电极柱(3)、石墨线(4)、隔离层(5)、炉墙板(6)、石油焦(7)、二氧化硅耐火保温材料(8)、石英砂(9)、耐火砖槽(10)；

具体制作步骤为

1)、铺设炉底，先在耐火砖槽底面铺设一层石英砂，再在石英砂上面铺设一层二氧化硅耐火保温材料，各层夯实；

2)、在炉墙四周放置两层炉墙板，内侧炉墙板即隔离层为木质或石墨；外墙炉墙板为钢板，起固定炉料的作用，能重复使用；两墙板之间填充二氧化硅耐火保温材料；炉墙板的底部放置耐火砖槽上；炉头电极柱放置在炉体两侧，通过石墨层与石墨线相连，起导电作用；

3)、装炉料及保温材料，将二氧化硅保温材料吊装装入两炉墙板之间并夯实，将不同成份的石油焦混料均匀后，从上部吊装进入由保温材料层围成的空间内，并夯实；装料完毕，在整个炉体上部覆盖二氧化硅保温层。

2.采用权利要求1所述生产设备生产冶炼纯净钢用低氮增碳剂的方法，其特征在于：

将含硫量0.5-1.0％wt、灰分≤0.5％wt、挥发分6-15％wt的石油生焦置于上述设备内，在2500-3000℃加热35-45小时后打水急冷，当炉料的温度打水冷却到300℃度时，停止打水急冷；再经7天空冷至10℃～30℃，经破碎筛分整粒即得成品；产品质量指标为：低氮增碳剂的固定碳＞97％wt、灰分＜1.5％wt、挥发分＜1.0％wt、含硫量0.3％wt、含氮＜0.02％，低氮增碳剂颗粒度1-6mm，外观颜色为黑色，无味、体积密度为0.8～1.2(g/cm³)。

3.按照权利要求2所述的方法生产的低氮增碳剂的使用方法，其特征在于：

(1)按需要包装成10-15kg/袋的小袋，转炉或电炉出钢后用人工投加到钢包内，利用出钢过程钢水的强烈搅拌加速低氮增碳剂的溶化吸收；

(2)碳的吸收率按90％计算确定低氮增碳剂加入量；

(3)转炉或电炉出钢完毕后氩气搅拌时间3-5分钟，确保增碳剂充分溶化被钢水吸收；

(4)氮增碳剂用于精炼炉中钢水含碳量的调整，增碳剂在精炼炉使用时，要辅以大气量搅拌。