專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鐵水脫磷、脫硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及黑色冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其是爐外處理鐵水的一種鐵水脫磷、脫硫方法，主要應(yīng)用在煉鋼中鐵水的爐外脫磷和脫硫。
背景技術(shù)：
硫和磷對(duì)大多數(shù)鋼種來(lái)講是起有害作用的。鋼水中硫含量的減少有助于提高鋼的抗層狀斷裂，磷可降低鋼的沖擊韌性，尤其是低溫沖擊韌性，磷的枝晶偏析使板材產(chǎn)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(duì)于提高鋼的產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大產(chǎn)品品種具有十分重要的意義。
爐外處理鐵水是采用專(zhuān)門(mén)的反應(yīng)劑(熔劑)在鐵水熔池中實(shí)施的。已往的鐵水脫磷、脫硫方法，是采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(yīng)劑[1、熔融鐵水脫磷。(HиппонKоканк.к)申請(qǐng)?zhí)?7-98617，MПK C21 C1/02，日本，申請(qǐng)日1980.12.11]。該法的缺點(diǎn)是處理成本高，因?yàn)椴捎昧思儔A碳酸鈉物料，而在處理過(guò)程中塵態(tài)細(xì)粒級(jí)又被氣相帶走造成反應(yīng)劑耗量高。此外，在處理過(guò)程中鐵水溫降大(可達(dá)100℃)，這是由于氧化劑(熔劑)中含有大量惰性鐵。以上缺點(diǎn)導(dǎo)致以后煉鋼的鐵耗增加，因而提高了成品鋼的成本。
與本發(fā)明更為接近的可作為對(duì)比對(duì)象的類(lèi)似方法是，在熔劑中采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(shí)可達(dá)到98％的脫磷率。
這種方法的主要缺點(diǎn)是，由于反應(yīng)劑(熔劑)價(jià)格高和耗量大而使鐵水爐外處理的成本過(guò)高。在該法的框架內(nèi)不可能降低熔劑的耗量，因?yàn)椴捎昧颂妓徕c和硫酸鈉的粉末，在將其加到鐵水表面時(shí)受熱離解而大量揮發(fā)，同時(shí)，大量粉末又被從反應(yīng)區(qū)來(lái)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(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(jìn)行熔合制成熔劑，特別是利用較為便宜的物料——含碳酸鈉和硫酸鈉的工業(yè)廢料進(jìn)行熔合制成熔劑，以此降低爐外處理鐵水(脫磷和脫硫)的費(fèi)用，降低脫硫和脫磷的成本。同時(shí)，還要保證較高的脫磷和脫硫率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是進(jìn)行鐵水爐外處理時(shí)采用的含鈉鹽(硫酸鈉和碳酸鈉)熔劑是以熔合態(tài)物料形式加到鐵水中的。
為提高本發(fā)明的應(yīng)用效果，熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉的比例在1∶4～4∶1的范圍內(nèi)。
為提高本發(fā)明的應(yīng)用效果，有一部分熔劑是借助潛入式噴槍噴吹送入鐵水熔體中的。
為提高本發(fā)明的應(yīng)用效果，熔劑各組份可在加入到鐵水之前直接熔合。
當(dāng)熔劑與熔融態(tài)鐵水接觸時(shí)，熔劑發(fā)生熔化，部分被分解，熔劑各組份與鐵水中的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。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(wěn)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(fā)生，使熔劑中含有碳酸鈉，它是一種很強(qiáng)的熔劑生成劑，可把P2O5化合成穩(wěn)定的磷酸鈉Na3PO4絡(luò)合物而進(jìn)入渣中。此外，碳酸鈉(Na2CO3)還與鐵水中的硫化合，生成穩(wěn)定的硫化鈉。
我們?cè)诒景l(fā)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(jī)械混合物也有所不同。這種物料也同樣轉(zhuǎn)入到渣中。
眾所周知，化合物或混合物各組份的揮發(fā)速度，是取決于這些組份的活性的。組份活性降低，其揮發(fā)速度也下降。機(jī)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于1。因此，熔合態(tài)含鈉鹽的揮發(fā)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(guò)程中被氣流帶入大氣的物料量較少，這也有助于減少對(duì)環(huán)境的污染。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是采用本發(fā)明的方法，可以達(dá)到降低熔劑耗量的技術(shù)效果，這是因?yàn)椴捎玫氖翘妓徕c和硫酸鈉的熔合態(tài)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(fā)和被氣流帶走。揮發(fā)產(chǎn)物和被煙氣帶走的粉狀物減少，也減少了對(duì)環(huán)境的污染。
把采用本方法得出的結(jié)果與“對(duì)比對(duì)象”方法所闡述的結(jié)果加以比較評(píng)價(jià)，可以確定本方法的效率要高。


圖1為根據(jù)Na2CO3+Na2SO4混合物處理鐵水試驗(yàn)結(jié)果計(jì)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(yàn)結(jié)果表。
具體實(shí)施例方式為此，曾采用實(shí)驗(yàn)室電阻爐，并利用在對(duì)比對(duì)象[2]中所描述的方法，對(duì)反應(yīng)劑(熔劑)的精煉能力進(jìn)行了熱模型試驗(yàn)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的范圍內(nèi)變化。對(duì)處理后鐵水中硫和磷含量的變化，按照對(duì)處理前和處理后提取的鐵樣進(jìn)行化學(xué)分析的結(jié)果加以判定。對(duì)熔劑的利用效率，則按每脫掉一個(gè)單位的雜質(zhì)所用的反應(yīng)劑的重量單耗值(指標(biāo)β，kg/kg)來(lái)判定。
為便于比較，把對(duì)比對(duì)象中所描述的試驗(yàn)都進(jìn)行了β指標(biāo)值計(jì)算(見(jiàn)附圖1)。
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出的βS和βP的值，可以定量評(píng)價(jià)脫硫和脫磷過(guò)程的效率(通過(guò)計(jì)算脫掉1公斤雜質(zhì)所用的熔劑量，kg/kg)，同時(shí)也是與本發(fā)明工藝的效率指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比的依據(jù)。
我們推薦的方法所具有的優(yōu)勢(shì)(βS和βP指標(biāo)最低)用附圖2的結(jié)果說(shuō)明(300克被處理的鐵水)。熔合態(tài)熔劑中碳酸鈉和硫酸鈉組份的比值在1∶4～4∶1范圍內(nèi)時(shí)，(試驗(yàn)號(hào)№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(shuō)明，在這種情況下由于揮發(fā)率高而使其利用率較低。
當(dāng)熔合態(tài)熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉的比值為4.7∶1.0時(shí)(試驗(yàn)№1)，除磷的熔劑單耗βP較高(4.9kg/kg)，這說(shuō)明，用以對(duì)磷進(jìn)行氧化的硫酸鈉不足(這時(shí)脫硫率足夠高)。
當(dāng)熔合態(tài)熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉之比為1∶4.5和1∶5.02時(shí)，脫磷過(guò)程效率滿高(βP＝4.4～4.44kg/kg)，而脫硫過(guò)程卻遇到困難，βS指標(biāo)(＝26～32kg/kg)高就證明了這一點(diǎn)。
熔合態(tài)物料在與鐵水接觸時(shí)揮發(fā)率較低，被反應(yīng)區(qū)氣流帶走的量也較少，因此才達(dá)到了使大部分熔劑參與了處理過(guò)程和熔劑耗量下降的效果。
熔合態(tài)熔劑中上述的組份比例，保證了處理過(guò)程中脫磷過(guò)程與脫硫過(guò)程之間最佳的相關(guān)關(guān)系，這是由于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，而另一部分則借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?yàn)樘幱阼F水表面的保護(hù)渣吸收了從噴吹反應(yīng)區(qū)帶出來(lái)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(guò)程中直接熔合，可在鐵水的雜質(zhì)與熔劑組份相互反應(yīng)前得到所需的物料。這時(shí)則沒(méi)有必要進(jìn)行破碎。
本發(fā)明中鈉鹽的比例是硫磷相互作用反應(yīng)中起積極作用的那些組份的比例(或其濃度)，除它們之外，制劑內(nèi)還可有其他物質(zhì)(NaCl、NaOH)，主要物質(zhì)(Na2CO3與NaSO4)的濃度與比例還要取決于它們的含量。在此情況下，Na2CO3/Na2SO4的比例可為常數(shù)，而其此時(shí)濃度則可隨制劑中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)，但由于混合物的濃度不同，被比較熔劑內(nèi)同一些物質(zhì)的濃度就不一樣了。
實(shí)施本發(fā)明所用的設(shè)備包括倒鐵和鐵水脫磷、脫硫時(shí)將塊狀物料送入鐵水包的輸送系統(tǒng)，還有包括計(jì)量罐和帶氣力管路的噴槍在內(nèi)的粉狀物料與氧氣的噴吹設(shè)備。這些設(shè)備都是冶金技術(shù)中常用的設(shè)備。
鑒于用含鈉鹽熔劑為鐵水脫硫和脫磷的過(guò)程，只有在鐵水中硅含量在0.1％及以下時(shí)才能有效進(jìn)行，因此煉鋼用鐵水在脫磷脫硫之前要預(yù)脫硅。為此，在向鐵水包內(nèi)灌注75t煉鋼用鐵水(含Si0.5％，Mn0.1％，S0.050％，P0.220％)時(shí)，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(shí)間內(nèi)，熔劑迅速熔化，鐵水中所含的硅便與熔劑所含的氧發(fā)生有效反應(yīng)，使鐵水中硅含量降至0.11％以下。脫硅過(guò)程中形成的渣要從鐵水表面扒除，然后把鐵水包送去脫磷和脫硫。為進(jìn)行脫磷和脫硫，從計(jì)量給料倉(cāng)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(hù)渣。剩余量的熔劑(340公斤)以接近于球狀的形態(tài)(直徑1～3mm)用潛入式噴槍在16分鐘內(nèi)噴吹入鐵水之中，噴吹強(qiáng)度為22kg/min。這樣處理后得到的鐵水含P0.01％，S0.005％，同時(shí)β指標(biāo)達(dá)到了βS＝20.2kg/kg，βP＝4.33kg/kg。
如此，采用本發(fā)明鐵水脫磷脫硫的方法，可以解決降低鐵水爐外處理費(fèi)用的問(wèn)題，同時(shí)可取得降低熔劑耗量和減少有害物排放的雙重技術(shù)效果。
本發(fā)明方法中的溶劑是采用旋渦式燃燒爐把在己內(nèi)酰胺和己二酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料在碳?xì)錃夥罩屑右苑贌玫降幕曳葑鳛榉磻?yīng)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％；苛性堿(NaOH) 1.5％以下。
焚燒溫度應(yīng)達(dá)到熔溶點(diǎn)溫度以上，焚燒制出的這種物料是一種固態(tài)結(jié)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(tài)氧中的含量相同。氧化劑中不含惰性鐵劑(FeO，F(xiàn)e2O3)，脫磷過(guò)程中溫度就不會(huì)大幅度下降。當(dāng)然也可以直接采用碳酸鈉和硫酸鈉進(jìn)行溶合，只要將兩種物質(zhì)焚燒到熔溶點(diǎn)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、脫硅和脫硫的反應(yīng)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(quán)利要求
1.一種鐵水脫磷、脫硫的方法，包括采用含鈉鹽熔劑爐外處理鐵水，其特征在于熔劑是以鈉鹽熔合物的形態(tài)加到鐵水中的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特征在于所述的含鈉鹽熔劑為碳酸鈉、硫酸鈉，熔劑中還含有氯化鈉、苛性堿等物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特征在于碳酸鈉和硫酸鈉熔合物同時(shí)加到鐵水中用于鐵水脫磷、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(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特征在于熔劑中碳酸鈉與硫酸鈉的比例在1∶4～4∶1范圍內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特征在于熔劑中碳酸鈉的含量可在20％～80％的范圍內(nèi)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(yīng)在80％～20％范圍內(nèi)變化，即相應(yīng)為80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或其間的相應(yīng)中間值；
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特征在于一部分熔劑以塊狀形式加到鐵水表面以利形成保護(hù)渣，另一部分熔劑則以細(xì)散顆粒形態(tài)借助于潛入式噴槍投放到鐵水熔體中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特征在于在鐵水脫硫之前要預(yù)脫硅，此鐵水中硅含量降0.11％以下，脫硅過(guò)程中形成的渣要從鐵水表面扒除，然后把鐵水包送去脫磷和脫硫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種鐵水脫磷、脫硫的方法，其特征在于為進(jìn)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(hù)渣，剩余量的熔劑以接近于球狀的形態(tài)用潛入式噴槍噴吹入鐵水之中。
9.一種如權(quán)利要求1所述鐵水脫磷、脫硫的含鈉鹽熔劑，其特征在于所述含鈉鹽熔劑為碳酸鈉和硫酸鈉熔合物。
10.一種如權(quán)利要求8所述鐵水脫磷、脫硫的含鈉鹽熔劑，其特征在于所述含鈉鹽熔劑是采用燃燒爐把在己內(nèi)酰胺和己二酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢料在碳?xì)錃夥罩屑右苑贌玫降幕曳葑鳛槿蹌?，其組成為碳酸鈉(Na2CO3)18.5～74％；硫酸鈉(Na2SO4)74～1.85％；氯化鈉(NaCl) 5～6％；苛性堿(NaOH) 1.5％以下。焚燒制出的這種物料是一種固態(tài)結(jié)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(fā)明公開(kāi)了一種鐵水脫磷、脫硫方法，它可達(dá)到降低熔劑耗量的技術(shù)效果，減少了對(duì)環(huán)境的污染。它是將熔劑以鈉鹽熔合物的形態(tài)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、苛性堿等物質(zhì)。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范圍內(nèi)變化。熔劑中碳酸鈉的含量可在20％～80％的范圍內(nèi)變化，而硫酸鈉則相應(yīng)在80％～20％范圍內(nèi)變化。為進(jìn)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，剩余量的熔劑以接近于球狀的形態(tài)用潛入式噴槍噴吹入鐵水之中。本發(fā)明降低了爐外處理鐵水(脫磷和脫硫)的費(fèi)用，降低脫硫和脫磷的成本。同時(shí)，還保證了較高的脫磷和脫硫率。
文檔編號(hào)C21C7/064GK1664127SQ200510046088
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者劉東業(yè), 波爾沙科夫В.И., 維爾貢A.C., 舍甫欽柯A.ф., 德沃斯金B(yǎng).B., 普里赫乞柯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(qǐng)人:劉東業(yè)