一種鐵水脫磷、脫硫的方法
2023-10-17 14:47:04
專利名稱：一種鐵水脫磷、脫硫的方法
技術領域：
本發明涉及黑色冶金技術領域，尤其是爐外處理鐵水的一種鐵水脫磷、脫硫方法，主要應用在煉鋼中鐵水的爐外脫磷和脫硫。
背景技術：
硫和磷對大多數鋼種來講是起有害作用的。鋼水中硫含量的減少有助於提高鋼的抗層狀斷裂，磷可降低鋼的衝擊韌性，尤其是低溫衝擊韌性，磷的枝晶偏析使板材產生帶狀組織，造成鋼板各向異性。因而，降低鋼鐵中硫和磷的含量對於提高鋼的產品質量，擴大產品品種具有十分重要的意義。
爐外處理鐵水是採用專門的反應劑(熔劑)在鐵水熔池中實施的。已往的鐵水脫磷、脫硫方法，是採用含碳酸鈉熔劑處理鐵水熔體，把碳酸鈉與含氧物料(軋鋼皮等)的混合物作反應劑[1、熔融鐵水脫磷。(HиппонKоканк.к)申請號57-98617，MПK C21 C1/02，日本，申請日1980.12.11]。該法的缺點是處理成本高，因為採用了純鹼碳酸鈉物料，而在處理過程中塵態細粒級又被氣相帶走造成反應劑耗量高。此外，在處理過程中鐵水溫降大(可達100℃)，這是由於氧化劑(熔劑)中含有大量惰性鐵。以上缺點導致以後煉鋼的鐵耗增加，因而提高了成品鋼的成本。
與本發明更為接近的可作為對比對象的類似方法是，在熔劑中採用等額的碳酸鈉和硫酸鈉粉末加以混合。[2、Inoue R.，Suito，H.″Dephosphorization ofMolten Iron by Sodium Carbonate and Sodium Sulphate″‖″ResearchArticle″Transactions ISIJ，1981，V01.21，№8，P.545-553]。這種方法在熔劑耗量為鐵水重量的90％時可達到98％的脫磷率。
這種方法的主要缺點是，由於反應劑(熔劑)價格高和耗量大而使鐵水爐外處理的成本過高。在該法的框架內不可能降低熔劑的耗量，因為採用了碳酸鈉和硫酸鈉的粉末，在將其加到鐵水表面時受熱離解而大量揮發，同時，大量粉末又被從反應區來的氣流帶走，因此損失量很大。此外，熔劑粉末被氣流大量帶走還會對環境造成不利影響。
發明內容
本發明的目的是提供一種鐵水脫磷、脫硫的方法，利用碳酸鈉和硫酸鈉進行熔合製成熔劑，特別是利用較為便宜的物料——含碳酸鈉和硫酸鈉的工業廢料進行熔合製成熔劑，以此降低爐外處理鐵水(脫磷和脫硫)的費用，降低脫硫和脫磷的成本。同時，還要保證較高的脫磷和脫硫率。
本發明的技術方案是進行鐵水爐外處理時採用的含鈉鹽(硫酸鈉和碳酸鈉)熔劑是以熔合態物料形式加到鐵水中的。
為提高本發明的應用效果，熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉的比例在1∶4～4∶1的範圍內。
為提高本發明的應用效果，有一部分熔劑是藉助潛入式噴槍噴吹送入鐵水熔體中的。
為提高本發明的應用效果，熔劑各組份可在加入到鐵水之前直接熔合。
當熔劑與熔融態鐵水接觸時，熔劑發生熔化，部分被分解，熔劑各組份與鐵水中的雜質發生反應。硫酸鈉是高效氧化劑，它把鐵水中所含的磷，氧化為五氧化二磷(P2O5)。但這種化合物是不穩定的，其中磷很容易被鐵水中的碳還原回去。為防止這種情況發生，使熔劑中含有碳酸鈉，它是一種很強的熔劑生成劑，可把P2O5化合成穩定的磷酸鈉Na3PO4絡合物而進入渣中。此外，碳酸鈉(Na2CO3)還與鐵水中的硫化合，生成穩定的硫化鈉。
我們在本發明中作為熔劑推薦的這種物料(灰份)，在鐵水處理中的行為與粉末狀碳酸鈉的機械混合物也有所不同。這種物料也同樣轉入到渣中。
眾所周知，化合物或混合物各組份的揮發速度，是取決於這些組份的活性的。組份活性降低，其揮發速度也下降。機械混合物各組份的活性若為1，熔合物各組份的活性值則小於1。因此，熔合態含鈉鹽的揮發損失量要小，利用率要高，這就意味著這種熔劑的單耗要低。
利用熔合鈉鹽熔劑處理鐵水，處理過程中被氣流帶入大氣的物料量較少，這也有助於減少對環境的汙染。
本發明的優點是採用本發明的方法，可以達到降低熔劑耗量的技術效果，這是因為採用的是碳酸鈉和硫酸鈉的熔合態物料(即微密物料，比如塊狀和顆粒狀)，從而限制了熔劑組份的熱解揮發和被氣流帶走。揮發產物和被煙氣帶走的粉狀物減少，也減少了對環境的汙染。
把採用本方法得出的結果與「對比對象」方法所闡述的結果加以比較評價，可以確定本方法的效率要高。
圖1為根據Na2CO3+Na2SO4混合物處理鐵水試驗結果計算的βS和βP表。
圖2為用含硫酸鈉和碳酸鈉的煉鋼熔劑處理鐵水的試驗結果表。
具體實施例方式為此，曾採用實驗室電阻爐，並利用在對比對象[2]中所描述的方法，對反應劑(熔劑)的精煉能力進行了熱模型試驗研究。處理的金屬量為300克.加入的熔劑量為28克。熔劑中碳酸鈉含量與硫酸鈉含量之比在4.7∶1到1∶5.02的範圍內變化。對處理後鐵水中硫和磷含量的變化，按照對處理前和處理後提取的鐵樣進行化學分析的結果加以判定。對熔劑的利用效率，則按每脫掉一個單位的雜質所用的反應劑的重量單耗值(指標β，kg/kg)來判定。
為便於比較，把對比對象中所描述的試驗都進行了β指標值計算(見附圖1)。
根據試驗結果得出的βS和βP的值，可以定量評價脫硫和脫磷過程的效率(通過計算脫掉1公斤雜質所用的熔劑量，kg/kg)，同時也是與本發明工藝的效率指標進行對比的依據。
我們推薦的方法所具有的優勢(βS和βP指標最低)用附圖2的結果說明(300克被處理的鐵水)。熔合態熔劑中碳酸鈉和硫酸鈉組份的比值在1∶4～4∶1範圍內時，(試驗號№2～5)，熔劑的利用效率最高，亦即其除硫、除磷的單耗最低(除硫βS＝18.97～21.63kg/kg；除磷βP＝4.3～4.42kg/kg)。若用碳酸鈉和硫酸鈉的混合粉末處理鐵水(附圖1)，脫硫和脫磷的單耗(βS和βP)要高些，分別為βS＝21.63～23.85kg/kg和βP＝4.7～4.77kg/kg，這說明，在這種情況下由於揮發率高而使其利用率較低。
當熔合態熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉的比值為4.7∶1.0時(試驗№1)，除磷的熔劑單耗βP較高(4.9kg/kg)，這說明，用以對磷進行氧化的硫酸鈉不足(這時脫硫率足夠高)。
當熔合態熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉之比為1∶4.5和1∶5.02時，脫磷過程效率滿高(βP＝4.4～4.44kg/kg)，而脫硫過程卻遇到困難，βS指標(＝26～32kg/kg)高就證明了這一點。
熔合態物料在與鐵水接觸時揮發率較低，被反應區氣流帶走的量也較少，因此才達到了使大部分熔劑參與了處理過程和熔劑耗量下降的效果。
熔合態熔劑中上述的組份比例，保證了處理過程中脫磷過程與脫硫過程之間最佳的相關關係，這是由於所形成的精煉渣既具有足夠高的氧化能力，又具有足夠高的硫容和磷容。
把一部分熔劑加到鐵水表面，而另一部分則藉助潛入式噴槍吹到鐵水熔體之中，這樣便保證了很高的處理效率，因為處於鐵水表面的保護渣吸收了從噴吹反應區帶出來的熔劑顆粒，從而提高了熔劑的利用率。
熔劑各組份若在將其加到鐵水的過程中直接熔合，可在鐵水的雜質與熔劑組份相互反應前得到所需的物料。這時則沒有必要進行破碎。
本發明中鈉鹽的比例是硫磷相互作用反應中起積極作用的那些組份的比例(或其濃度)，除它們之外，製劑內還可有其他物質(NaCl、NaOH)，主要物質(Na2CO3與NaSO4)的濃度與比例還要取決於它們的含量。在此情況下，Na2CO3/Na2SO4的比例可為常數，而其此時濃度則可隨製劑中NaOH和NaCl的濃度而變化。
例如有如下成分的兩種熔劑
在被比較的兩種熔劑中，Na2CO3/Na2SO4的比例是一樣的(2∶1)，但由於混合物的濃度不同，被比較熔劑內同一些物質的濃度就不一樣了。
實施本發明所用的設備包括倒鐵和鐵水脫磷、脫硫時將塊狀物料送入鐵水包的輸送系統，還有包括計量罐和帶氣力管路的噴槍在內的粉狀物料與氧氣的噴吹設備。這些設備都是冶金技術中常用的設備。
鑑於用含鈉鹽熔劑為鐵水脫硫和脫磷的過程，只有在鐵水中矽含量在0.1％及以下時才能有效進行，因此煉鋼用鐵水在脫磷脫硫之前要預脫矽。為此，在向鐵水包內灌注75t煉鋼用鐵水(含Si0.5％，Mn0.1％，S0.050％，P0.220％)時，向(鐵)水流中按15kg/t(鐵水)的耗量投放碳酸鈉和硫酸鈉的熔合塊。在灌包的三分鐘時間內，熔劑迅速熔化，鐵水中所含的矽便與熔劑所含的氧發生有效反應，使鐵水中矽含量降至0.11％以下。脫矽過程中形成的渣要從鐵水表面扒除，然後把鐵水包送去脫磷和脫硫。為進行脫磷和脫硫，從計量給料倉向鐵水表面投放340公斤(是需投量的50％)碳酸鈉與硫酸鈉的熔合塊，以求在鐵水表面形成具有精煉能力的保護渣。剩餘量的熔劑(340公斤)以接近於球狀的形態(直徑1～3mm)用潛入式噴槍在16分鐘內噴吹入鐵水之中，噴吹強度為22kg/min。這樣處理後得到的鐵水含P0.01％，S0.005％，同時β指標達到了βS＝20.2kg/kg，βP＝4.33kg/kg。
如此，採用本發明鐵水脫磷脫硫的方法，可以解決降低鐵水爐外處理費用的問題，同時可取得降低熔劑耗量和減少有害物排放的雙重技術效果。
本發明方法中的溶劑是採用旋渦式燃燒爐把在己內醯胺和己二酸生產中產生的廢料在碳氫氣氛中加以焚燒得到的灰份作為反應劑(熔劑)。其組成為碳酸鈉(Na2CO3) 18.5～74％；硫酸鈉(Na2SO4) 74～1.85％；氯化鈉(NaCl) 5～6％；苛性鹼(NaOH) 1.5％以下。
焚燒溫度應達到熔溶點溫度以上，焚燒制出的這種物料是一種固態結晶物，呈扁平顆粒狀，粒度為30×50mm，厚度5-6mm。在使用前將其粉碎為1～3mm的顆粒，也可用造粒方法制粒。
這種灰份中所含的硫酸鈉(Na2SO4)是一種活性氧化劑，每1cm3中含活性氧1.2克，即與-195℃液態氧中的含量相同。氧化劑中不含惰性鐵劑(FeO，Fe2O3)，脫磷過程中溫度就不會大幅度下降。當然也可以直接採用碳酸鈉和硫酸鈉進行溶合，只要將兩種物質焚燒到熔溶點溫度以上即可，焚燒爐也可以用其它形式的焚燒爐用碳酸鈉和硫酸鈉脫磷、脫矽和脫硫的反應式如下(1)(2)1/2≤n≤2/3
(3)2/5≤n≤8/5
(4)
1/2≤n≤2(5)ΔG0＝-59498+15，12T(焦耳/克分子)(6)ΔG0＝67562-53，14T(焦耳/克分子)(7)ΔG0＝-557058+230，37T(焦耳/克分子)
權利要求
1.一種鐵水脫磷、脫硫的方法，包括採用含鈉鹽熔劑爐外處理鐵水，其特徵在於熔劑是以鈉鹽熔合物的形態加到鐵水中的。
2.根據權利要求1所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特徵在於所述的含鈉鹽熔劑為碳酸鈉、硫酸鈉，熔劑中還含有氯化鈉、苛性鹼等物質。
3.根據權利要求1所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特徵在於碳酸鈉和硫酸鈉熔合物同時加到鐵水中用於鐵水脫磷、脫硫，熔劑各組份的熔合是在將其加到鐵水之前完成的。
4.根據權利要求1所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特徵在於熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉的比例在1∶4～4∶1範圍內變化，即可為1∶4～4∶1；1∶3～3∶1；1∶2～2∶1；1∶1；2∶1～1∶2；3∶1～1∶3；4∶1～1∶4或其間的中間值。
5.根據權利要求1所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特徵在於熔劑中碳酸鈉的含量可在20％～80％的範圍內變化，即可為20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或其間的中間值，而硫酸鈉則相應在80％～20％範圍內變化，即相應為80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或其間的相應中間值；
6.根據權利要求1或2或3所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特徵在於一部分熔劑以塊狀形式加到鐵水表面以利形成保護渣，另一部分熔劑則以細散顆粒形態藉助於潛入式噴槍投放到鐵水熔體中。
7.根據權利要求1或2或3所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特徵在於在鐵水脫硫之前要預脫矽，此鐵水中矽含量降0.11％以下，脫矽過程中形成的渣要從鐵水表面扒除，然後把鐵水包送去脫磷和脫硫。
8.根據權利要求1或2或3所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特徵在於為進行脫磷和脫硫，先向鐵水表面投放碳酸鈉與硫酸鈉的熔合塊，以求在鐵水表面形成具有精煉能力的保護渣，剩餘量的熔劑以接近於球狀的形態用潛入式噴槍噴吹入鐵水之中。
9.一種如權利要求1所述鐵水脫磷、脫硫的含鈉鹽熔劑，其特徵在於所述含鈉鹽熔劑為碳酸鈉和硫酸鈉熔合物。
10.一種如權利要求8所述鐵水脫磷、脫硫的含鈉鹽熔劑，其特徵在於所述含鈉鹽熔劑是採用燃燒爐把在己內醯胺和己二酸生產中產生的廢料在碳氫氣氛中加以焚燒得到的灰份作為熔劑，其組成為碳酸鈉(Na2CO3)18.5～74％；硫酸鈉(Na2SO4)74～1.85％；氯化鈉(NaCl) 5～6％；苛性鹼(NaOH) 1.5％以下。焚燒制出的這種物料是一種固態結晶物，呈扁平顆粒狀，在使用前將其粉碎為1～3mm的顆粒，也可用造粒方法制粒。
全文摘要
本發明公開了一種鐵水脫磷、脫硫方法，它可達到降低熔劑耗量的技術效果，減少了對環境的汙染。它是將熔劑以鈉鹽熔合物的形態加到鐵水中的。所述的含鈉鹽熔劑為碳酸鈉、硫酸鈉，熔劑中還含有氯化鈉、苛性鹼等物質。熔劑各組份的熔合是在將其加到鐵水之前完成的。熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉的比例在1∶4～4∶1範圍內變化。熔劑中碳酸鈉的含量可在20％～80％的範圍內變化，而硫酸鈉則相應在80％～20％範圍內變化。為進行脫磷和脫硫，先向鐵水表面投放碳酸鈉與硫酸鈉的熔合塊，剩餘量的熔劑以接近於球狀的形態用潛入式噴槍噴吹入鐵水之中。本發明降低了爐外處理鐵水(脫磷和脫硫)的費用，降低脫硫和脫磷的成本。同時，還保證了較高的脫磷和脫硫率。
文檔編號C21C7/064GK1664127SQ200510046088
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月24日 優先權日2005年3月24日
發明者劉東業, 波爾沙科夫В.И., 維爾貢A.C., 舍甫欽柯A.ф., 德沃斯金B.B., 普裡赫乞柯B.B., 奧斯塔賓柯A.B., 亞歷山大羅夫B.A., 巴什馬科夫A.M., 舍甫欽柯B.H., 巴蘭尼克и.A. 申請人:劉東業