1 前言增碳剂是为了补足钢液中所需的碳含量而增加的含碳物质。常用增碳剂有电极块、焦碳粉、 天然石墨、类石墨等。电极块含碳量高,抗氧化性强,价格较贵。焦碳粉碳含量低,灰分和硫含量高,使用效果不好。20世纪90年代初期,我国开始试用类石墨做增碳剂。类石墨即不是石墨又不是煤,而是石墨化的无烟煤, 结构仍有非晶质,与煤相似,但同时又是电的良导体,似石墨。它具有碳含量高、灰分低、含硫低的特点<1>。宁夏某煤炭加工企业,以太西无烟煤为原料,经电煅加工的产品含C>92%,挥发分<0. 5%,硫、氮含量均很低,主要出口比利时、加拿大等国家。由于产品粒度要求 1 ~5mm,在加工时约产出 10%的煅煤末(0. 3 ~1mm),是炼钢增碳剂的理想原料。加工成型后的增碳剂,经比利时的客户试用,效果很好。主要特点:⑴增碳剂成分均匀,反应活性好,能快速均匀地分解在钢水中;⑵成本低于传统增碳剂(石墨 ),有利于降低产品成本,提高用户效益。2 成型试验及耐压测试考虑该厂的增碳剂产品主要供比 利时等国外客户,所以增碳剂的耐压强度以满足长途贮运的需要为标准。2.1 成型试验将煤末(0.3~1mm)磨细至小于 0. 12mm,然后与适量淀粉粘结剂混捏均匀后,装入模具中,在一定压力下成型,制成Φ10×10 mm的粒状。试验中重点考查了成型压力、粘结剂用量、成型水分、干燥温度、干燥时间等因素对成型产品耐压强度的影响,试验结果见表1。表 1 成型试验结果编号粘结剂用量(% )成型压力(MPa)干燥温度(℃)干燥时间(h)耐压强度(kg/cm2 )3# 10 21. 4 150 2 16. 6619# 12 21. 4 150 2 21. 82# 15 21. 4 150 2 22Y-1-1 15 7. 13 200 2 23. 08Y-1-2 20 7. 13 200 2 32. 95Y-2-1 15 14. 26 200 2 24. 35Y-2-2 20 14. 26 200 2 37. 18Y-3-1 15 21. 4 200 2 53. 8Y-3-2 20 21. 4 200 2 61. 5D-3-12-1 15 25. 5 150 3 43D-3-12-2 15 51. 3 150 3 53. 852.2 耐压强度测试取不同条件下成型的产品,垂直置于 10t万能试验机的两板间加压,测试其破损时单位面积所能承受的最大压力,即为耐压强度。3 增碳剂成型工艺参数3.1 原料粒度原料粒度愈细、比表面积愈大,愈有利于提高粘结剂分子的 活性官能团与碳粒表面较活跃基团的络合能力,增加内聚力,使成型产品的强度提高。但过细的粒度会增大磨矿成本,也会增大粘结剂用量,造成经济效益下降,经过试验确定以小于0. 12mm为宜。3.2 粘结剂的确定煅煤结构致密、硬度大、弹性高、塑性较差,宜采用粘结剂低压成型工艺。目前,国内用于型煤的粘结剂主要有无机、有机及复合 3大类 <2, 3>。但用于增碳剂的粘结剂必须保证不增加产品的灰分、挥发分及S、N等对炼钢有害的成分。采用沥青做粘结剂时, 产品的强度、耐水性均很好, 但必须在>1 400℃的高温下排除沥青带入的挥发分,不仅增加了产品成本,而且劳动条件恶劣。经过比较,确 定使用淀粉粘结剂。淀粉具有网状的大分子结构,有很强的吸附力,属于亲水性物质。糊化后的淀 粉粘结剂按一定比例配入适量水,与煅煤末混合时,借助于水的润湿能力,与水一道均匀地分布于 煤颗粒表面。压制成型后,可形成一层网状液膜,液膜又与煤末表面较活跃的基团结合,形成一种煤分子与粘结剂结合的络合物。同时淀粉加入方式简便,不会产生二次污染,成型后的产品只需在200℃左右脱水即可。3.3 粘结剂用量粘结剂由干淀粉加适量水分散后,再与饱和氢氧化钠溶 液进行糊化反应所得,其含淀粉量约为10%。粘结剂用量对增碳剂强度影响较大。试验结果表明 :粘结剂用量少时,粘结剂与煤末的润湿性差、成型不好、增碳剂强度低,难以达到实用要求;但 用量过高时,刚成型的增碳剂易粘连,给输送和固结均带来不便,同时还会增加生产成本。因此粘结剂用量以15% ~20%为佳。3.4 成型总水分成型总水分是指原料中水分、粘结剂中水分以及外加水分之和。 适量成型水分可以起到润滑碳粒、减少内摩擦的作用,并有助于粘结剂均匀分布于碳粒表面。若成 型水分过多,则会导致水膜过厚,使碳粒与碳粒之间接触不紧。同时也降低了粘结剂的浓度,削弱 了碳颗粒间的粘结力,影响增碳剂强度,且难以脱模;若水分不足,碳颗粒间摩擦力增大,成型时碳颗粒间相互不易滑动,会导致难以成型,试验结果表明:使用淀粉粘结剂,成型总水分控制在20%~25%较为合适。3.5 成型压力碳粒与粘结剂混合后,可塑性提高,有利于压制成型。适当提高压力,有助于提高增碳剂强度。从表 1的试验结果可看出:在相同条件下,成型压力提高,成型产品的强度也相应提高。但成型压力达到一定程度后,再增大压力,增碳剂强度提高并不明显,只是增大出料速度,一般成型压力以 20 ~30MPa为宜。3.6 增碳剂固结增碳剂压制成型后,煤末与粘结剂形成了一络合状态。但是 煤与粘结剂分子之间的络合力还较弱且不稳定,导致产品的湿强度不高。因此,需将这络合物固定 下来,形成一稳定分子。由于这些络合物带有胶体特性,当加热脱水后,这些胶体将硬化固结,与 煤颗粒的边缘基团结合在一起,形成一稳定物质。增碳剂的固结实质上是一个传热传质的过程,也 就是如何去掉其中多余水分的过程。增碳剂固结后,其内部保持的水分对强度影响较大,所含水分 越多,说明粘结剂脱水硬化不完全,颗粒间距离大,强度将下降。另外,增碳剂中的水分对炼钢有害,一般要求W(H2O)<0. 1%。4 增碳剂的理化性能作为原料的煅煤末,用淀粉粘结剂成型的增碳剂产品与钢厂要求的增碳剂的理化指标标准列于表 2。表 2 碳剂理化指标(% )项 目固定碳灰分挥发分SN水分煅煤末-1 95. 17 4. 34 0. 49 0. 10煅煤末-2 92. 85 6. 60 0. 38 0. 0242 0. 057 0. 12成型产品-1 94. 27 4. 26 0. 48 0. 23成型产品-2 91. 83 6. 13 0. 60 0. 0282 0. 046 0. 44湖北某钢厂 <2> ≥90 ≤0. 4 ≤0. 4 ≤0. 1国外某钢厂≥92 ≤6 ≤1. 0 ≤0. 2 ≤0. 22 ≤0. 5表 2数据显示,用淀粉粘结剂成型的增碳剂产品各项理化指标与原料相近,说明淀粉粘结剂基本无有害 影响。与钢厂要求指标相比,各项理化指标基本能满足钢厂的指标要求。5 结论⑴无烟煤煅煤末 经适当的工艺成型后,可生产出符合钢厂指标要求的优质增碳剂。⑵淀粉粘结剂不改变原料特性, 对成型产品的灰分、挥发分,及S、N等理化指标无有害影响,是较为理想的增碳剂用粘结剂。⑶ 利用无烟煤煅煤末制备增碳剂,即大幅提升了煅煤末的利用价值,同时也拓宽了煤加工企业副产煤 末深加工的利用方向。类石墨炼钢增碳剂的成型工艺研究@王玉棉$兰州理工大学材料学院!甘肃兰州730050
@韩春辉$兰州理工大学材料学院!甘肃兰州730050
@王峰$兰州理工大学材料学院!甘肃兰州730050增碳剂;;成型工艺;;粘结剂根据炼钢对 增碳剂的要求,将煤加工企业副产的煅煤末加工成炼钢增碳剂,并对成型工艺参数的确立原则和主 要影响因素进行探讨。<1> 孙效成,屈映法,晏发明.炼钢增碳剂———一种类石墨的研制
.岩矿测试,2000,19(2):112~115.
<2> 王燕芳,高晋生,吴春来.型煤粘结剂概述.煤炭转化,1997,20(3).
<3> 韩锦德,高俊,徐桂芹.工业型煤现状与开发应用.洁净煤技术,2000,6(1):22~24.大压力,增碳剂强度提高并不明显,只是增大出料速度,一般成型压力以 20 ~30MPa为宜。3.6 增碳剂固结增碳剂压制成型后,煤末与粘结剂形成了一络合状态。但是 煤与粘结剂分子之间的络合力还较弱且不稳定,导致产品的湿强度不高。因此,需将这络合物固定 下来,形成一稳定分子。由于这些络合物带有胶体特性,当加热脱水后,这些胶体将硬化固结,与煤颗粒的边缘基团
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