石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置及其工藝的制作方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明涉及石墨烯鋼鐵合金制備領域，尤其涉及石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置及其工藝。

　　【背景技術】

　　[0002]鋼鐵行業是重污染行業。鋼鐵工業的生產過程是化學、物理的變化過程，對環境污染嚴重，被列為污染危害最大的三大部門(冶金、化工和輕工)、六大企業(鋼鐵、煉油、火電、化工、有色金屬冶煉和造紙)的首位。環境污染主要反映在氣、水、渣三個方面。廢氣主要是從燃燒系統排出的。污染過程很復雜，污染也是多方面的，有毒成分主要有二氧化硫、一氧化碳、硫化氫、烴、粉塵等。附近居民受二氧化硫的影響易引起慢性呼吸道系統的病癥。廢水主要有焦化廠的廢水，它含有酚、氰化物、氯化物和硫化物等有害物質。廢水就地浸透污染地下水;排入江河、湖泊則污染地面水，使生活飲用水和水生生物含有害物質，對人體引起不良后果。

　　[0003]另外，目前鋼鐵行業產能嚴重過剩，低質、同質產品競爭激烈。為了實現鋼鐵行業轉型升級，本發明從節能環保與碳氧循環利用出發，低成本生產石墨烯鋼鐵合金高附加值的特型鋼鐵產品。

　　【發明內容】

　　[0004]本發明為克服上述的不足之處，目的在于提供石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置及其工藝，消化鋼鐵庫存壓力，制備高附加值的石墨烯鋼鐵合金。

　　[0005]本發明是通過以下技術方案達到上述目的:石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置，包括:鐵礦石島、噴煤島、高爐煉鐵島、煉鋼島、碳捕集分離島、O2島、碳黑島、石墨化原料島、石墨烯島、廢舊鋼鐵熔融島、輔料島、石墨烯鋼鐵合金島、遠程防爆監控中心島；所述O2島、鐵礦石島、噴煤島、碳捕集分離島與高爐連鐵島連接，高爐連鐵島、煉鋼島、石墨烯鋼鐵合金島依次連接，石墨烯鋼鐵合金島與石墨烯島、廢舊鋼鐵熔融島、輔料島連接，碳捕集分離島與O2島、碳黑島連接，碳黑島與石墨烯島連接，石墨烯島還與石墨化原料島連接，遠程防爆監控中心島實時在線監控。

　　[0006]作為優選，石墨烯鋼鐵合金島為石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐，石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐包括:鋼水進口閥門、輔料噴槍、變速攪拌機、除渣網篩、出渣口、變頻電極、石墨烯噴槍、遠程防爆監控器、石墨烯鋼鐵合金出口；所述鋼水進口閥門送鋼水、輔料噴槍送輔料進石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐膛內，石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐膛內設有變速攪拌機、除渣網篩、變頻電極、石墨烯噴槍、遠程防爆監控器，變頻電極提供電壓，遠程防爆監控器在線監控，鋼水與輔料經變速攪拌機攪拌后由除渣網篩除渣，并再次通過變速攪拌機進行攪拌后從石墨烯鋼鐵合金出口送出，，廢渣從出渣口排出。

　　[0007]作為優選，變速攪拌機的扇葉的形狀包括樹葉型或長圓多孔型或棱角板型或棱角多孔型或棱角網篩型。

　　[0008]作為優選，石墨烯鋼鐵合金島制取的石墨烯合金包括石墨烯合金鋼構鋼、石墨烯合金耐熱不起皮鋼、石墨烯合金工具鋼、石墨烯合金承軸鋼、石墨烯合金不銹鋼。

　　[0009]石墨烯鋼鐵合金碳氧循環工藝，包括以下步驟:

　　[0010]I)打開各系統電源開關，打開遠程防爆監控中心島電源開關，遠程在線監控各系統工況、廠內及周邊環境和防爆應急警報；

　　[0011]2)將鐵礦石島粉碎的鐵礦石與噴煤島的煤粉送進高爐煉鐵島煉鐵，鐵水送煉鋼島除雜精煉成鋼；

　　[0012]3)將石墨化原料島的石墨、煤、有機質石墨化處理送入石墨烯島制成石墨烯，送石墨烯鋼鐵合金島與煉鋼島鋼水或廢舊鋼鐵熔融島鋼水制取石墨烯鋼鐵合金；

　　[0013]4)將輔料島中的輔助原料送入石墨烯鋼鐵合金島制取不同的石墨烯鋼鐵合金產品;

　　[0014]5)將高爐煉鐵島排放煙氣送碳捕集分離島，煙氣中CO和CO2經等離子體分離器產生碳黑和氧氣，碳黑送碳黑島供石墨稀島制取石墨稀，，氧氣送02島供高爐煉鐵島循環利用。

　　[0015]本發明的有益效果在于:本發明通過碳(CO和CO2)捕集，一是將廢氣中的硫氧化物(二氧化硫、硫化氫)和氮氧化物、烴、粉塵等做到超凈的近零排放;二是促進碳減排，使一氧化碳、二氧化碳資源化循環利用產生碳黑和氧氣;三是氧氣供高爐煉鐵，節省空分制氧運行成本；四是消化鋼鐵庫存壓力，將低成本的鋼鐵轉化為尚附加值的石墨稀鋼鐵合金，提尚企業盈利能力。

　　【附圖說明】

　　[0016]圖1是本發明的結構示意圖；

　　[0017]圖2是石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐的結構示意圖；

　　[0018]圖3是變速攪拌機扇葉的外形結構示意圖；圖中A是樹葉型;B是長圓多孔型;C是棱角板型;D是棱角多孔型;E是棱角網篩型；

　　[0019]圖4是石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐制備石墨烯合金鋼構鋼的流程示意圖；

　　[0020]圖5是石墨烯合金鋼構鋼的外形結構示意圖；圖中A是工字型;B是E字型；C是半框型;D是方筒型;E是長筒型;F是圓管型;G是扁圓型；

　　[0021 ]圖中:1、鋼水進口閥門；2、輔料噴槍;3A變速攪拌機;3B、變速攪拌機;4、除渣網篩；

　　5、出渣口； 6、變頻電極;7、石墨稀噴槍;8、遠程防爆監控器;9、石墨稀鋼鐵合金出口。

　　【具體實施方式】

　　[0022]下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此:

　　[0023]實施例1:如圖1所示，石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置，包括:鐵礦石島、噴煤島、高爐煉鐵島、煉鋼島、碳捕集分離島、O2島、碳黑島、石墨化原料島、石墨烯島、廢舊鋼鐵熔融島、輔料島、石墨烯鋼鐵合金島、遠程防爆監控中心島；所述O2島、鐵礦石島、噴煤島、碳捕集分離島與高爐連鐵島連接，高爐連鐵島、煉鋼島、石墨烯鋼鐵合金島依次連接，石墨烯鋼鐵合金島與石墨烯島、廢舊鋼鐵熔融島、輔料島連接，碳捕集分離島與O2島、碳黑島連接，碳黑島與石墨烯島連接，石墨烯島還與石墨化原料島連接，遠程防爆監控中心島實時在線監控。

　　[0024]石墨烯鋼鐵合金碳氧循環工藝，包括以下步驟:

　　[0025]I)打開各系統電源開關，打開遠程防爆監控中心島電源開關，遠程在線監控各系統工況、廠內及周邊環境和防爆應急警報；

　　[0026]2)將鐵礦石島粉碎的鐵礦石與噴煤島的煤粉送進高爐煉鐵島煉鐵，鐵水送煉鋼島除雜精煉成鋼；

　　[0027]3)將石墨化原料島的石墨、煤、有機質石墨化處理送入石墨烯島制成石墨烯，送石墨烯鋼鐵合金島與煉鋼島鋼水或廢舊鋼鐵熔融島鋼水制取石墨烯鋼鐵合金；

　　[0028]4)將輔料島中的輔助原料送入石墨烯鋼鐵合金島制取不同的石墨烯鋼鐵合金產品;

　　[0029]5)將高爐煉鐵島排放煙氣送碳捕集分離島，煙氣中CO和CO2經等離子體分離器產生碳黑和氧氣，碳黑送碳黑島供石墨稀島制取石墨稀，，氧氣送02島供高爐煉鐵島循環利用。

　　[0030]鐵礦石島，包括鐵礦石粉碎和智能計量輸送裝置系統。

　　[0031 ]噴煤島，包括煤粉碎和智能計量噴煤裝置系統。

　　[0032]高爐煉鐵島，包括煉鐵高爐和脫渣綜合利用裝置系統。

　　[0033]煉鋼島，包括除雜精煉裝置系統。

　　[0034]碳捕集分離島，包括將CO和CO2捕集，以及將CO和CO2送入等離子體分離器產生碳黑和氧氣。

　　[0035]優選碳捕集分離島CO和CO2的等離子體分離溫度為1300—3000°C。

　　[0036]石墨化原料島，包括將石墨、或煤、有機質(如木、竹、農作物秸桿、堅果果殼)石墨化處理的裝置系統。

　　[0037]優選石墨化原料島的石墨化溫度為1300—2500°C。

　　[0038]石墨烯島，包括將碳黑或石墨化原料制成石墨烯的裝置系統。

　　[0039]廢舊鋼鐵熔融島，包括將廢舊鋼鐵熔融和脫渣的裝置系統。

　　[0040]優選廢舊鋼鐵熔融島的熔融溫度為780—1300°C。

　　[0041 ]輔料島，包括石墨烯鋼鐵合金所需的硅、鉬、鎢、鉻、釩、鈦輔助原料。

　　[0042]石墨烯鋼鐵合金島，包括石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐，將石墨烯與煉鋼島的鋼水或廢舊鋼鐵熔融島的鋼水、以及輔料按比例制取石墨烯鋼鐵合金的裝置系統。如圖2所示，石墨烯鋼鐵合金島為石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐，石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐包括:鋼水進口閥門、輔料噴槍、變速攪拌機、除渣網篩、出渣口、變頻電極、石墨烯噴槍、遠程防爆監控器、石墨烯鋼鐵合金出口 ；所述鋼水進口閥門送鋼水、輔料噴槍送輔料進石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐膛內，石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐膛內設有變速攪拌機、除渣網篩、變頻電極、石墨烯噴槍、遠程防爆監控器，變頻電極提供電壓，遠程防爆監控器在線監控，鋼水與輔料經變速攪拌機攪拌后由除渣網篩除渣，并再次通過變速攪拌機進行攪拌后從石墨烯鋼

　　鐵合金出口送出，，廢渣從出渣口排出。

　　[0043]實施步驟:

　　[0044]第一步、打開變頻電極6電源開關與鋼水進口閥門I開關、輔料噴槍2開關，將精煉鋼水或廢舊鋼鐵熔融鋼水、輔料送進石墨烯鋼鐵合金連續加料變頻電極爐膛內，經變速攪拌機3A均勻攪拌，除渣網篩4除渣，將石墨烯用石墨烯噴槍7噴入，變速攪拌機3B均勻攪拌后，從石墨烯鋼鐵合金出口 9送出，制取所需型號石墨烯鋼鐵合金產品。

　　[0045]優選石墨烯鋼鐵合金連續加料變頻電極爐鋼水進口閥門I的鋼水進口溫度為400—800。。。

　　[0046]優選石墨稀鋼鐵合金連續加料變頻電極爐變頻電極6的電極根數為I一 50根。變頻為低頻或中高頻。溫度為1000—2250 °C。

　　[0047]優選石墨烯鋼鐵合金連續加料變頻電極爐石墨烯鋼鐵合金出口9的出口溫度為1000—2200。。。

　　[0048]第二步、打開遠程防爆監控器8電源開關，在線監控石墨烯鋼鐵合金連續加料變頻電極爐內溫度、壓力。

　　[0049]為了提高攪拌效率，本發明變速攪拌機攪拌葉外型結構優選:樹葉型或長圓多孔型或棱角板型或棱角多孔型或棱角網篩型。如圖3所示，圖中A是樹葉型;B是長圓多孔型;C是棱角板型;D是棱角多孔型;E是棱角網篩型。

　　[0050]本發明優點，一是不用打開爐蓋，可以連續加料，適合規模化生產。二是產品雜質少，純度高，含氧量低，強度增加。

　　[0051 ]優選石墨烯鋼鐵合金島的石墨烯質量配比用量為0.01—1.5%。

　　[0052]石墨烯鋼鐵合金島生產的主要產品，包括:

　　[0053]1、石墨烯合金鋼構鋼。含碳量比碳素結構鋼低一些，一般在0.15—0.50%范圍內。廣泛用于制造飛機、飛船、汽車、船舶、汽輪機、重型機床的各種傳動件和緊固件。

　　[0054]如圖4所示，制備石墨烯合金鋼構鋼包括以下步驟:

　　[0055]第一步、將鋼坯和輔料送入電加熱爐或燃氣加熱爐，將鋼坯熔化。

　　[0056]優選電加熱爐或燃氣加熱爐加熱的溫度為1000—1500°C。

　　[0057]優選輔料硅、鉬、鎢、鉻、釩、鈦、錳中的一種或多種的質量比為0.1—5%。

　　[0058]優選燃氣加熱爐的氣源為液化氣或制氣爐制出的一氧化碳、或氫氣。

　　[0059]第二步、將熔化的鋼水和石墨烯粉送入壓鑄機造型壓鑄成所需型號的石墨烯鋼構鋼產品。

　　[0060]優選石墨烯粉的質量比為0.01—1.2%。

　　[0061]第三步、打開打開遠程防爆監控中心電源開關，在線監控石墨烯鋼構鋼各系統工況的溫度、壓力。

　　[0062]石墨烯合金鋼構鋼的外形多樣化，包括工字型、E字型、半框型、方筒型、長筒型、圓管型、是扁圓型，如圖5所示，圖中A是工字型、B是E字型、C是半框型、D是方筒型、E是長筒型、F是圓管型、G是扁圓型。

　　[0063]2、石墨烯合金工具鋼。是一種含多種合金元素(如硅、鉬、鎢、鉻、釩、鈦等)的中高碳鋼，適用于制造尺寸大、形狀復雜的刃具、模具和量具。它除了具有適當的強度和韌性外，同時具有很高的硬度和耐磨性。

　　[0064]3、石墨烯高速工具鋼。是高碳高合金工具鋼，含碳量為0.7—1.4%，并含有能形成高硬度石墨烯碳化物合金元素，如鎢、鉬、鉻、釩等。石墨烯高速工具鋼具有高的紅硬性，在高速切削條件下，當溫度高達500—6000°C時硬度也不降低。常用于制造高切削速度、高生產率的車刀、銑刀、鉸刀、拉刀、麻花鉆等。

　　[0065]4、石墨烯彈簧刀鋼。主要用于制造在沖擊、振動或長期交變應力下使用的彈簧，主要是娃猛系鋼鐘。

　　[0066]5、石墨烯軸承鋼。主要用來制造滾動體和軸承套圈。石墨烯軸承鋼一般含碳量約1.0%，它對鋼材的化學成分均勻性、非金屬夾雜物的含量和分布、碳化物的頒等都有十分嚴格的要求。

　　[0067]優選石墨烯軸承鋼的氧含量為低于十萬分之5以下。

　　[0068]6、石墨烯不銹鋼酸鋼，即不銹鋼。石墨烯不銹鋼和耐蝕性是相對的，并不是絕對不生銹，而是生銹量極少，生銹過程很慢。根據其應用場合，石墨烯不銹耐酸鋼可分為兩組:石墨烯不銹鋼和石墨烯耐酸鋼。石墨烯不銹鋼，即在空氣中能抵抗腐蝕的鋼，主要用于制造汽輪機葉片、測量工具、醫療器械、剪切工具、餐具、廚房設備、食品加工設備、速冷凍藏設備、石墨烯不銹鋼焊管類公共設施、汽車排氣管用鐵素體不銹鋼等;石墨烯耐酸鋼，即在各種侵蝕性強烈的介質中能抵抗腐蝕的鋼，主要用于船舶控制設備、航海設備、制酸、油、氣的石墨烯不銹鋼罐等設備、尿素設備等。按主要化學成分分類，基本上可分為石墨烯鉻不銹鋼和石墨烯鉻鎳不銹鋼兩大系統。

　　[0069]7、石墨烯耐熱不起皮鋼。用于制造長期高溫下使用的機器零件。

　　[0070]遠程防爆監控中心島，包括遠程在線監控各系統工況(如溫度、壓力、成分)和防爆應急。

　　[0071]以上的所述乃是本發明的具體實施例及所運用的技術原理，若依本發明的構想所作的改變，其所產生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，仍應屬本發明的保護范圍。

　　【主權項】

　　1.石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置，其特征在于包括:鐵礦石島、噴煤島、高爐煉鐵島、煉鋼島、碳捕集分離島、O2島、碳黑島、石墨化原料島、石墨烯島、廢舊鋼鐵熔融島、輔料島、石墨烯鋼鐵合金島、遠程防爆監控中心島;所述O2島、鐵礦石島、噴煤島、碳捕集分離島與高爐連鐵島連接，高爐連鐵島、煉鋼島、石墨烯鋼鐵合金島依次連接，石墨烯鋼鐵合金島與石墨烯島、廢舊鋼鐵熔融島、輔料島連接，碳捕集分離島與O2島、碳黑島連接，碳黑島與石墨烯島連接，石墨烯島還與石墨化原料島連接，遠程防爆監控中心島實時在線監控。2.根據權利要求1所述的石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置，其特征在于，石墨烯鋼鐵合金島為石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐，石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐包括:鋼水進口閥門、輔料噴槍、變速攪拌機、除渣網篩、出渣口、變頻電極、石墨烯噴槍、遠程防爆監控器、石墨烯鋼鐵合金出口 ；所述鋼水進口閥門送鋼水、輔料噴槍送輔料進石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐膛內，石墨烯鋼鐵合金變頻電極爐膛內設有變速攪拌機、除渣網篩、變頻電極、石墨烯噴槍、遠程防爆監控器，變頻電極提供電壓，遠程防爆監控器在線監控，鋼水與輔料經變速攪拌機攪拌后由除渣網篩除渣，并再次通過變速攪拌機進行攪拌后從石墨烯鋼鐵合金出口送出，，廢渣從出渣口排出。3.根據權利要求2所述的石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置，其特征在于，變速攪拌機的扇葉的形狀包括樹葉型或長圓多孔型或棱角板型或棱角多孔型或棱角網篩型。4.根據權利要求3所述的石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置，其特征在于，石墨烯鋼鐵合金島制取的石墨烯合金包括石墨烯合金鋼構鋼、石墨烯合金耐熱不起皮鋼、石墨烯合金工具鋼、石墨烯合金承軸鋼、石墨烯合金不銹鋼。5.石墨烯鋼鐵合金碳氧循環工藝，其特征在于包括以下步驟: 1)打開各系統電源開關，打開遠程防爆監控中心島電源開關，遠程在線監控各系統工況、廠內及周邊環境和防爆應急警報； 2)將鐵礦石島粉碎的鐵礦石與噴煤島的煤粉送進高爐煉鐵島煉鐵，鐵水送煉鋼島除雜精煉成鋼； 3)將石墨化原料島的石墨、煤、有機質石墨化處理送入石墨烯島制成石墨烯，送石墨烯鋼鐵合金島與煉鋼島鋼水或廢舊鋼鐵熔融島鋼水制取石墨烯鋼鐵合金； 4)將輔料島中的輔助原料送入石墨烯鋼鐵合金島制取不同的石墨烯鋼鐵合金產品； 5)將高爐煉鐵島排放煙氣送碳捕集分離島，煙氣中CO和CO2經等離子體分離器產生碳黑和氧氣，碳黑送碳黑島供石墨烯島制取石墨烯，，氧氣送O2島供高爐煉鐵島循環利用。

　　【專利摘要】本發明涉及石墨烯鋼鐵合金碳氧循環裝置及其工藝，包括鐵礦石島、噴煤島、高爐煉鐵島、煉鋼島、碳捕集分離島、O2島、碳黑島、石墨化原料島、石墨烯島、廢舊鋼鐵熔融島、輔料島、石墨烯鋼鐵合金島、遠程防爆監控中心島；所述O2島、鐵礦石島、噴煤島、碳捕集分離島與高爐連鐵島連接，高爐連鐵島、煉鋼島、石墨烯鋼鐵合金島依次連接，石墨烯鋼鐵合金島與石墨烯島、廢舊鋼鐵熔融島、輔料島連接，碳捕集分離島與O2島、碳黑島連接，碳黑島與石墨烯島連接，石墨烯島還與石墨化原料島連接，遠程防爆監控中心島實時在線監控。本發明的有益效果在于：一是做到超凈的近零排放；二是循環利用產生碳黑和氧氣；三是節省空分制氧運行成本；四是消化鋼鐵庫存壓力。

　　【IPC分類】C22C33/04, C21B5/00, C21B7/00

　　【公開號】CN105624539

　　【申請號】CN201610119117

　　【發明人】程禮華, 程皓

　　【申請人】程禮華

　　【公開日】2016年6月1日

　　【申請日】2016年3月3日