碳是鋼鐵材料的主要合金元素,因此鋼鐵材料也可以稱為鐵碳合金。碳在鋼材中的主要作用是:1.形成固溶體組織,提高鋼的強(qiáng)度,如鐵素體、奧氏體組織,都溶解有碳元素;2.形成碳化物組織,可提高鋼的硬度及耐磨性。如滲碳體,即Fe3C,就是碳化物組織。因此,碳在鋼材中,含碳量越高,鋼的強(qiáng)度、硬度就越高,但塑性、韌性也會(huì)隨之降低;反之,含碳量越低,鋼的塑性、韌性越高,其強(qiáng)度、硬度也會(huì)隨之降低。目前我國主要的煉鋼方式為氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼,即將高爐鐵水運(yùn)至轉(zhuǎn)爐后,向轉(zhuǎn)爐中噴吹氧氣,依靠氧元素將鐵水中的碳、硅、錳、磷等元素氧化形成氧化物進(jìn)入渣中,進(jìn)而形成富氧半鋼,隨后根據(jù)不同的鋼種需求在出鋼過程中進(jìn)行脫氧、增碳、合金化過程。全部增碳劑一次性加入鐵液中,同時(shí)用固體爐料將其壓入鐵液中不讓其露出鐵液表面。上海新型增碳劑標(biāo)準(zhǔn)
石油焦是目前廣泛應(yīng)用的增碳劑。石油焦是精煉原油得到的副產(chǎn)品,原油經(jīng)常壓蒸餾或減壓蒸餾得到的渣油及石油瀝青,都可以作為制造石油焦的原料,再經(jīng)焦化后就得到生石油焦。生石油焦的產(chǎn)量大約不到所用原油量的5%。美國生石油焦的年產(chǎn)量約3000萬t。生石油焦中的雜質(zhì)含量高,不能直接用作增碳劑,必須先經(jīng)過煅燒處理。生石油焦有海綿狀、針狀、粒狀和流態(tài)等品種。海綿狀石油焦是用延遲焦化法制得的,由于其中硫和金屬含量較高,通常用作煅燒時(shí)的燃料,也可作為煅燒石油焦的的原料。經(jīng)煅燒的海綿焦,主要用于制鋁業(yè)和用作增碳劑。云南碳化增碳劑公司為了補(bǔ)足鋼鐵熔煉過程中燒損的碳含量而添加的含碳類物質(zhì)稱之為增碳劑。
增碳劑適于在感應(yīng)爐中熔煉使用,但依據(jù)工藝要求具體使用也不盡相同。(1))在中頻電爐熔煉中使用增碳劑,可按配比或碳當(dāng)量要求隨料加入電爐中下部位,回收率可達(dá)95%以上;(2))如果碳量不足調(diào)整碳分時(shí),先打凈爐中熔渣,再加增碳劑,通過鐵液升溫,電磁攪拌或人工攪拌使碳溶解吸收,回收率可在90%左右,如果采用低溫增碳工藝,即爐料只熔化一部分,熔化的鐵液溫度較低的情況下,全部增碳劑一次性加入鐵液中,同時(shí)用固體爐料將其壓入鐵液中不讓其露出鐵液表面。這種方法鐵液增碳可達(dá)1.0%以上。
增碳劑的使用方法:①爐內(nèi)投入法,在中頻電爐熔煉中使用增碳劑,可按配比或碳當(dāng)量要求隨料加入電爐中下部位,回收率可達(dá)95%以上;如果碳量不足調(diào)整碳分時(shí),先打凈爐中熔渣,再加增碳劑,通過鐵液升溫,電磁攪拌或人工攪拌使碳溶解吸收,回收率可在90%左右。②爐外增碳,選用石墨粉做增碳劑,吹入量為40kg/t,預(yù)期能使鐵液含碳量從2%增到3%。隨著鐵液碳含量逐漸升高,碳量利用率下降,增碳前鐵液溫度1600℃,增碳后平均為1299℃。噴石墨粉增碳,一般采用氮?dú)庾鲚d體。微晶石墨灰分含量高,一般不用作鑄鐵的增碳劑。
目前,各鋼廠利用增碳劑來進(jìn)行鋼水增碳,常用的增碳劑有瀝青焦增碳劑、錳碳合金球增碳劑、碳粉包芯線增碳劑等等。然而,上述增碳劑都存在一定問題:瀝青焦增碳劑理化指標(biāo)為碳大于等于98,粒度在5到15mm之間,其在鋼水出鋼時(shí)一起加入到鋼包內(nèi),依靠鋼水的高溫溶解,實(shí)現(xiàn)鋼水增碳,這種增碳劑的主要缺點(diǎn)為其比重小,*0.6g/cm3,而鋼水比重達(dá)到7.8g/cm3,因此在增碳劑加入到鋼水后很快上浮到鋼水表面,進(jìn)入渣中而燒損。錳碳合金球增碳劑雖然通過將錳鐵粉與石墨粉混合壓制成球,提高了整體密度,但錳鐵粉與石墨粉本身存在比重差,在生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)偏析,導(dǎo)致增碳不穩(wěn)定。而碳粉包芯線增碳劑是將碳粉包裹于鋼帶之內(nèi),雖然成分均勻,寫能夠?qū)崿F(xiàn)精確增碳,但受包芯線米重較輕的原因限制,在鋼水需要大增碳量之時(shí)需要較長時(shí)間,無法滿足生產(chǎn)需求。使用增碳劑不僅可以補(bǔ)足鋼鐵冶煉過程中碳的燒損,確保鋼鐵特定牌號(hào)碳含量的要求,還可以用于爐后調(diào)整。云南石墨增碳劑
常用的增碳劑有增碳生鐵、電極粉、石油焦粉、木炭粉和焦炭粉。上海新型增碳劑標(biāo)準(zhǔn)
石焦油增煤劑:根據(jù)石油焦結(jié)構(gòu)和外觀,石油焦產(chǎn)品可分為針狀焦、海綿焦、彈丸焦和粉焦4種:(1)針狀焦,具有明顯的針狀結(jié)構(gòu)和纖維紋理,主要用作煉鋼中的高功率和超高功率石墨電極。由于針狀焦在硫含量、灰分、揮發(fā)分和真密度等方面有嚴(yán)格質(zhì)量指標(biāo)要求,所以對(duì)針狀焦的生產(chǎn)工藝和原料都有特殊的要求。(2)海綿焦,化學(xué)反應(yīng)性高,雜質(zhì)含量低,主要用于煉鋁工業(yè)及炭素行業(yè)。(3)彈丸焦或球狀焦:形狀呈圓球形,直徑0.6-30mm,一般是由高硫、高瀝青質(zhì)渣油生產(chǎn),只能用作發(fā)電、水泥等工業(yè)燃料。(4)粉焦:經(jīng)流態(tài)化焦化工藝生產(chǎn),其顆粒細(xì)(直徑0.1-0.4mm),揮發(fā)分高,熱脹系數(shù)高,不能直接用于電極制備和炭素行業(yè)。上海新型增碳劑標(biāo)準(zhǔn)
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