【技术实现步骤摘要】
本申请涉及石墨化碳素领域，尤其是涉及一种粒度均匀的石墨化碳素及其制备方法。
技术介绍
1、增碳剂在钢铁冶炼过程中扮演着至关重要的角色，主要作用是向熔融的铁水或钢液中补充碳元素。其在高温熔炼环境下能够与金属熔体之间发生物理化学反应，通过溶解、扩散、析出，将碳原子均匀地融入金属基体中，以调整和控制最终产品的碳含量，满足特定的材质性能要求。
2、以煤炭为主要原料制备增碳剂，具有显著的成本优势和资源利用价值。煤炭资源丰富、价格相对低廉，且其富含碳元素，经适当处理后可转化为高品质的增碳剂。然而，现有煤基增碳剂的粒径分布普遍较宽，这一特性在特定应用场合下暴露出一定的局限性。具体而言，在长时间熔炼或对碳分布均匀性有严格要求的工艺条件下，煤基增碳剂中的细颗粒(如小于1mm的颗粒)由于比表面积大，存在溶解释放快，熔体碳分布均匀性下降以及氧损耗大的问题。同时，细颗粒在使用过程中易产生大量粉尘，不仅增加操作难度，还可能引发环境污染和安全隐患。而粗颗粒(如大于5mm的颗粒)虽然能在一定程度上减缓碳释放速度、降低氧化损耗，但其容易沉降利用率较低，且可能在熔体表面形成堆积，影响熔炼过程的热传递和搅拌效果。
技术实现思路
1、本申请提供了一种粒度均匀的石墨化碳素及其制备方法，能够有效缓解煤基石墨化碳素制备工艺中存在的粒径分布宽，均匀性差的问题。
2、第一方面，本申请提供一种粒度均匀的石墨化碳素的制备方法，其包括如下步骤：
3、将煤炭原料进行破碎，得到粒度小于10mm的颗粒，破
4、将预处理粉料加入球磨机进行球化处理，得到球化粉料；
5、将球化粉料置于无氧密封环境下，在低于900℃的温度下焙烧，得到焙烧粉料；
6、将焙烧粉料加入电煅炉中进行石墨化处理，进料温度为600～800℃，出料温度为2300～2500℃；
7、球化处理时，在所述预处理粉料中加入有球化助剂，球化助剂的添加量为预处理粉料质量的0.3～1％；所述球化助剂由包括如下质量份单体的原料进行自由基共聚制得：
8、含长链烷基的不饱和单体10～20份；
9、不饱和二元羧酸单体8～15份；
10、磺酸盐型丙烯酸单体1～5份。
11、优选的，所述含长链烷基的不饱和单体的长链烷基为c12～c20的直链或支链烷烃。
12、优选的，所述含长链烷基的不饱和单体选自月桂基丙烯酸酯、月桂基甲基丙烯酸酯、十八烷基丙烯酸酯、十八烷基甲基丙烯酸酯、n-长链烷基丙烯酰胺中的一种或几种。
13、优选的，所述不饱和二元羧酸单体选自顺丁烯二酸、富马酸和衣康酸中的一种或几种。
14、优选的，所述磺酸盐型丙烯酸单体选自烯丙基磺酸钠、2-丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠中的一种或几种。
15、破碎工序能够有效减少粗颗粒，将原料粒径控制在10mm以下，经过脱灰烘干去除原料中的大部分灰分、水分。球化工序一方面能够进一步减小粗颗粒的粒径，另一方面可将颗粒形状转变为球态，去除表面不规则的部分，提高增碳剂粒径的均匀性和性能的稳定性。焙烧工序中，通过无氧环境下的高温处理，能够进一步去除原料中的水分，促进挥发分的挥发析出，并在颗粒上产生微孔结构。电煅炉石墨化处理工序中，煤基原料中的碳原子逐渐生长形成石墨化晶体，石墨结构的增碳剂具有优异的增碳效果。
16、本申请加入的球化助剂有助于减少球化后原料中的粗颗粒与细颗粒含量。具体而言，球化助剂由不饱和反应单体经自由基共聚得到，其中，含长链烷基的不饱和单体为球化助剂提供长链烷基，不饱和二元羧酸单体则提供丰富的羧基，磺酸盐型丙烯酸单体提供阴离子带电基团。
17、在球磨时，颗粒表面因高能碰撞而产生大量活性位点，其中颗粒表面的活性位点会使颗粒间呈现团聚趋势，影响球磨效果，增加球磨时间，提高产物中的细颗粒含量。而颗粒裂纹处产生的活性位点将阻碍裂纹的扩展断裂，降低球磨的破碎作用，将增加粗颗粒含量。而该球化助剂具有的羧基，使其能够键合于颗粒的活性位点上，吸附于颗粒表面的球化助剂，可通过其长链烷基降低颗粒表面能，通过阴离子磺酸基团增强表面电荷密度，有效抑制团聚趋势。同时球化助剂向外伸展的长链烷基可在颗粒表面形成润滑膜，提高其流动性，防止颗粒因摩擦阻力而增加球磨时长，有利于减少细颗粒。当球化助剂吸附于颗粒裂纹处时，长链烷基的空间位阻作用以及阴离子磺酸基团的电荷斥力均有利于促进裂纹的扩展断裂，有助于减少粗颗粒，保障球磨效果。
18、优选的，所述焙烧分为一次焙烧和二次焙烧，具体为：
19、一次焙烧：将球化粉料置于无氧密封环境中焙烧，进料温度80～120℃，出料温度320～420℃，焙烧时间为20～50min；
20、二次焙烧：将球化粉料置于无氧密封环境中焙烧，进料温度320～420℃，出料温度为750～900℃，时间为20～40min。
21、优选的，进行石墨化处理前，向焙烧粉料中加入工业白油并搅拌混合，焙烧粉料与工业白油的质量比为1:0.1～0.2。
22、优选的，所述工业白油在40℃下的运动粘度为10～40cst。
23、优选的，所述搅拌混合的温度为60～95℃。
24、焙烧过程中，煤碳颗粒内水分和挥发分的析出，会在颗粒中产生微孔结构，微孔内将充满空气，在高温石墨化处理时，容易导致颗粒内部温度不均，从而产生应力，增加颗粒破裂的风险。而工业白油具有优异的流动性和渗透性，能够渗入焙烧时形成的孔隙中，其含有大量的饱和烃，在高温石墨化处理时结焦碳化，能够封堵孔隙结构，有利于提高增碳剂的强度，减少因温差应力或储存、输送时外力导致的破裂现象，有利于减少细颗粒的产生。
25、优选的，所述煤炭原料选自烟煤、亚烟煤、褐煤、烟煤中的一种或几种。
26、第二方面，本申请提供一种粒度均匀的石墨化碳素，其采用上述任一制备方法制得。
27、综上所述，本申请具有如下有益效果：
28、1、本申请通过对煤基原料进行球化处理，并在球化过程中加入由含长链烷基的不饱和单体、不饱和二元羧酸单体和磺酸盐型丙烯酸单体共聚得到的球化助剂，显著地抑制了粗颗粒与细颗粒的形成，增加了粒径为1～5mm的增碳剂的含量，有利于提高熔体熔炼后的碳浓度均匀性。
29、2、本申请在焙烧后电煅前，通过向煤基粉料中掺入运动粘度为10～40cst(40℃)的工业白油，有助于提高所得增碳剂的强度，减少因温差应力或外力导致的颗粒破碎现象，减少增碳剂产物中的细颗粒含量。
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1.一种粒度均匀的石墨化碳素制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含长链烷基的不饱和单体选自月桂基丙烯酸酯、月桂基甲基丙烯酸酯、十八烷基丙烯酸酯、十八烷基甲基丙烯酸酯、N-长链烷基丙烯酰胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不饱和二元羧酸单体选自顺丁烯二酸、富马酸和衣康酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磺酸盐型丙烯酸单体选自烯丙基磺酸钠、2-丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧分为一次焙烧和二次焙烧，具体为：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行石墨化处理前，向焙烧粉料中加入工业白油并搅拌混合，焙烧粉料与工业白油的质量比为1:0.1～0.2。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述工业白油在40℃下的运动粘度为10～40cSt。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述搅拌混合的温度为60～95℃。
10.一种粒度均匀的石墨化碳素，其特征在于，采用权利要求1～9任一所述方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种粒度均匀的石墨化碳素制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含长链烷基的不饱和单体选自月桂基丙烯酸酯、月桂基甲基丙烯酸酯、十八烷基丙烯酸酯、十八烷基甲基丙烯酸酯、n-长链烷基丙烯酰胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不饱和二元羧酸单体选自顺丁烯二酸、富马酸和衣康酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磺酸盐型丙烯酸单体选自烯丙基磺酸钠、2-丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧分...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯振董，杨军兵，周晓亮，
申请(专利权)人：淮北天澈碳基新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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