本發(fā)明屬于鋼鐵冶金，具體涉及一種碳鐵增碳劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著近年來鑄造業(yè)熔煉材料成本壓力的增加和熔煉技術(shù)的發(fā)展，鑄造廠在生產(chǎn)鑄鐵產(chǎn)品時熔煉基本不用生鐵作為爐料，即用大量廢鋼來代替生鐵，然后用增碳劑增碳，使碳含量達到工藝要求，既提高了灰鑄鐵的性能，又節(jié)約了生產(chǎn)成本增碳劑的種類和來源有很多，根據(jù)增碳劑中碳的晶體結(jié)構(gòu)，增碳劑可以分為晶體態(tài)和非晶態(tài)；根據(jù)碳在增碳劑中的存在形態(tài)又可分為石墨增碳劑和非石墨增碳劑；依據(jù)原材料不同又可分為天然石墨增碳劑和人造石墨增碳劑。

2、中國專利(公開號為cn116479213a)公開了一種碳鐵增碳劑及其制備方法，該發(fā)明利用無煙煤、鐵粉和添加劑作為原料制備碳鐵增碳劑，制得的碳鐵增碳劑為球狀結(jié)構(gòu)，該形狀的增碳劑在使用時能夠快速深入鋼液深處，提高碳在鋼液中的收得率，并且能夠減少原有煉鋼增碳過程中氮的含量，有利于提高煉鋼質(zhì)量。但是現(xiàn)有技術(shù)中的增碳劑存在顯氣孔率不足，吸收率有待提升等問題，嚴重影響其實際使用。

3、因此，如何對增碳劑中組分進行改性處理，從而制備得到碳鐵增碳劑，提高增碳劑的顯氣孔率，同時增加吸收率，成為了需要重點攻克的方向。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種碳鐵增碳劑及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中增碳劑存在的顯氣孔率不足，吸收率有待提升等問題。

2、本發(fā)明通過選用石墨作為碳源并進行摻雜處理，同時引入功能性組分改性碳化硅，并選用煤焦油配合含硒酚醛樹脂作為粘結(jié)劑，經(jīng)過熱處理制備得到碳鐵增碳劑，有效提高增碳劑的顯氣孔率，同時增加吸收率。

3、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

4、本發(fā)明的第一方面，提供一種碳鐵增碳劑，以重量份計，包括以下組分：

5、50～60份錳摻雜石墨、10～20份鐵粉、10～14份碳化硅、4～8份煤焦油和4～6份酚醛樹脂；

6、所述錳摻雜石墨的制備方法包括：以重量份計，將100～120份四甲基氫氧化銨溶液(25wt％)、10～20份過氧化氫溶液(30wt％)和50～60份去離子水混合均勻，然后加入4～6份氯化錳進行攪拌處理得到含錳納米片，然后進行剝離處理得到錳量子點；將0.4～0.8份高錳酸鉀加入700～800份去離子水中攪拌均勻，然后加入2～4份石墨和0.2～0.4份所述錳量子點進行水熱反應(yīng)，得到錳摻雜石墨。

7、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述石墨的粒徑為100～500nm。

8、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述攪拌處理的條件包括：在室溫下攪拌16～20h，甲醇洗滌，離心，真空干燥。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述剝離處理的條件包括：將0.1～0.3份含錳納米片加入到100～120份去離子水中超聲10～12h，然后以9000～10000rpm的速度離心50～60min，去除大顆粒物，將上清液冷凍干燥。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述水熱反應(yīng)的條件包括：先以80～100r/min的速度攪拌60～80min，再轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，在160～180℃的條件下反應(yīng)50～60min，抽濾，水洗，烘干。

11、錳摻雜石墨通過水熱反應(yīng)在石墨表面引入二氧化錳從而產(chǎn)生更多的活性位點，有助于在冶煉過程中促進碳原子向熔融金屬中的擴散和溶解，同時錳量子點修飾的石墨表面能降低，顯著改善其在鋼水中的潤濕性，使碳更容易從增碳劑轉(zhuǎn)移到金屬中，綜合作用提高增碳劑吸收率。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述碳化硅為改性碳化硅；

13、所述改性碳化硅的制備方法包括：以重量份計，將60～80份市售碳化硅加入90～100份去離子水中得到漿料，然后加入2～4份ph為5.2～5.4的聚丙烯酸溶液(50wt％)進行改性處理，得到改性碳化硅。

14、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述改性處理的條件包括：在80～90℃的條件下加熱攪拌2～4h，水洗，烘干，研磨粉碎。

15、改性碳化硅的表面吸附有聚丙烯酸，通過聚丙烯酸表面電荷的靜電排斥能夠避免顆粒團聚，提高材料的分散性，同時聚丙烯酸的羧酸基團與酚醛樹脂的羥甲基在高溫下能夠發(fā)生反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并在后續(xù)燒結(jié)過程中逐步碳化獲得多孔結(jié)構(gòu)，從而有效提升增碳劑的顯氣孔率。

16、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述酚醛樹脂為含硒酚醛樹脂；

17、所述含硒酚醛樹脂的制備方法包括：以重量份計，將4～6份氨水、280～300份無水乙醇和480～500份去離子水混合，然后加入2～4份間苯二酚、1～3份對羥基二苯基單硒醚和6～8份質(zhì)量分數(shù)36～38％甲醛溶液進行超聲處理，得到含硒酚醛樹脂。

18、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述對羥基二苯基單硒醚的制備方法包括：以重量份計，將1.6～1.8份苯酚溶解在18～20份無水乙醇中得到苯酚溶液，將6～8份硒粉和12～14份磺酰氯加入360～400份三氯甲烷中充分攪拌，然后加入18～20份苯酚溶液進行合成反應(yīng)，得到對羥基二苯基單硒醚。

19、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述合成反應(yīng)的條件包括：室溫攪拌2～4h，然后加入4.2～4.4份質(zhì)量分數(shù)25％的碳酸鈉水溶液進行中和，分液，取有機相，旋蒸，層析，干燥。

20、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述超聲處理的條件包括：在800～1000w的功率下超聲8～10min，醇洗，離心，真空干燥。

21、含硒酚醛樹脂作為粘結(jié)劑引入的硒元素在高溫下可形成活性中間體，催化碳的氧化-還原反應(yīng)，加速碳向鋼水中的溶解，同時含硒酚醛樹脂在高溫分解過程中產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)，增加增碳劑的比表面積，提高碳與鋼水的接觸效率，既增加了增碳劑的吸收率，也提高了顯氣孔率。

22、本發(fā)明的第二方面，提供如第一方面所述的碳鐵增碳劑的制備方法，包括如下步驟：

23、步驟s1：以重量份計，將4～8份煤焦油預(yù)熱至110～120℃，然后和4～6份酚醛樹脂混合得到粘結(jié)劑；

24、步驟s2：將50～60份錳摻雜石墨、10～20份鐵粉、10～14份碳化硅和8～14份粘結(jié)劑混合壓塊，然后進行熱處理，得到碳鐵增碳劑。

25、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述熱處理的條件包括：置于氮氣氣氛下，先在120～130℃的條件下固化50～60min，再在800～1000℃的條件下煅燒20～30min。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

27、(1)本發(fā)明的錳摻雜石墨中錳量子點與石墨會在界面處形成缺陷碳，而含硒酚醛樹脂的硒元素在高溫下能夠遷移到缺陷碳并占據(jù)部分碳原子的位置實現(xiàn)摻入，另外改性碳化硅通過聚丙烯酸與含硒酚醛樹脂的羥甲基發(fā)生反應(yīng)，并在后續(xù)高溫處理過程中碳化形成碳網(wǎng)絡(luò)，綜合作用提升增碳劑顯氣孔率和吸收率。

28、(2)本發(fā)明的錳摻雜石墨通過水熱反應(yīng)在石墨表面引入二氧化錳從而產(chǎn)生更多的活性位點，有助于在冶煉過程中促進碳原子向熔融金屬中的擴散和溶解，同時錳量子點修飾的石墨表面能降低，顯著改善其在鋼水中的潤濕性，使碳更容易從增碳劑轉(zhuǎn)移到金屬中，綜合作用提高增碳劑吸收率。

29、(3)本發(fā)明改性碳化硅的表面吸附有聚丙烯酸，通過聚丙烯酸表面電荷的靜電排斥能夠避免顆粒團聚，提高材料的分散性，同時聚丙烯酸的羧酸基團與酚醛樹脂的羥甲基在高溫下能夠發(fā)生反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，并在后續(xù)燒結(jié)過程中逐步碳化獲得多孔結(jié)構(gòu)，從而有效提升增碳劑的顯氣孔率。

30、(4)本發(fā)明含硒酚醛樹脂作為粘結(jié)劑引入的硒元素在高溫下可形成活性中間體，催化碳的氧化-還原反應(yīng)，加速碳向鋼水中的溶解，同時含硒酚醛樹脂在高溫分解過程中產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)，增加增碳劑的比表面積，提高碳與鋼水的接觸效率，既增加了增碳劑的吸收率，也提高了顯氣孔率。