CN1007433B - 除掉生铁、钢、其它金属以及金属合金中杂质元素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在吹氧精炼过程中，从生铁、钢、其它金属以及金属合金中去除杂质化学元素，以及加速湿法冶炼过程的方法。

在方法的实质在于控制游离氧的数量和熔池的温度。

Description

本发明是关于一种在用吹氧精炼过程中，从生铁、钢、其它金属以及金属合金中除掉化学杂质元素，以及加快湿法冶炼过程的方法。

众所周知，根据现在所使用的定义，含碳量在0-2%范围内的全部铁合金称为钢。钢例来是由生铁或废钢作原料，分别采用转炉或平炉工艺炼制的，或近来采用的转炉吹氧工艺炼制的。在钢的生产工艺过程中，液态生铁或固态炉料都处于熔融状态。炉料中所含的多余碳元素、杂质、硫、磷以及合金元素则在所说的冶炼过程中被烧掉，或者转入废渣中。

人们还知道，作为酸性或碱性转炉炼钢生产技术的进一步发展，一九五二年推出了通常所说的氧气顶吹转炉炼钢工艺。这种工艺表现出巨大的生产能力并且生产出高质量的产品。与过去已知的那些生产工艺相比，所谓氧气顶吹转炉炼钢工艺的优点在于，为了去掉生铁中的杂质，以超音速向炉中熔化的铁浆吹入高纯度的氧气，从而获得了质量极好、纯度很高的产品。

在实现各种技术发展趋势的体系中，提出了若干种氧气顶吹转炉炼钢工艺的改进方案。

在作为氧气顶吹转炉炼钢法进一步发展的各种改进方案中，最著名的有LWS底吹氧气转炉炼钢法、OBM底吹氧转炉炼钢法（Q-BOP底吹氧气转炉炼钢法）、QEK底吹氧转炉炼钢法、氩氧混合侧吹精炼不锈钢法等，以及在八十年代初问世的所谓KORF平炉侧吹氧法。通过采用所说的方法，在炼钢期间，即在浅熔池中精炼（平炉法），可以在渣层下向钢液直接吹入氧气，KORF法记载于西德专利DE-PS2，946，030之中。

尽管如此，上面提到的近代钢生产工艺本身，并不能确保大规模生产具有高纯度，高质量和完美性能的钢。这样高的生产要求只能在采用与极为昂贵的设备相联系的工艺时才能实现，例如与电渣炉、真空电弧炉、等离子炉等真空设备相联系的工艺。

从钢，其它金属和金属合金的生产实践中我们都知道，某些材料的性能依从于相应的晶体结构和晶格结构。我们还知道，某些晶体结构和晶格结构，是通过加入一些合金元素，即通过去掉杂质而形成的。就此而言可以非常明白地看到，我们可以通过加入合金元素的办法或者通过去掉杂质的办法来生产具有某些材料性能的某些产品。

本发明的目的就是消除上述的不足之处，即推出一种大规模生产高纯度冶金产品的方法，该方法比以往所知的方法具有好得多的效果。

本发明的任务是提供一种从生铁、钢、任何其它金属或金属合金中除掉化学杂质，以及加速湿法冶炼过程的方法。

本发明是基于如下的认识提出的，如果化学杂质的数量通过化学反应减少了，如果湿法冶金过程加速了，那么我们为前面已谈过的工艺所确定的任务就可以得到解决。

根据本发明，上面提出的任务是通过控制熔池铁浆中游离氧原子团的数量和铁池铁浆的温度而加以解决的。

由于易于实现，此方法应看作是有用的，借助这个方法，通过加入臭氧而减少游离氧基的数量。

从简化工艺的观点来看，这项实施方案也应看作是有用的，采用这个方法，熔池铁浆温度可以通过在其中加入二氧化碳的方法加以控制。

为了提高生产率，对于臭氧化作用来说，建议使用臭氧含量为0.1至15体积%的含臭氧的混合气体。

最好用氧和/或空气和/或二氧化碳来制备臭氧。

此外，本发明任务是这样解决的，即在熔化期间开始通入含臭氧的气体混合物。

本发明方法的各种具体方案，将通过具体说明生铁、钢、其它金属和金属合金的生产过程给以详细介绍。

基于许多试验结果和实践经验，通过采用本发 明方法，我们得出的结论是，由于使用臭氧气体，诸如碳、硅、磷、硫等杂质元素能够既简易又迅速地从金属熔化物中除掉，就是说，它们被氧化了。

对上述现象的解释是，臭氧（O₃）在金属熔化物中分解为原子氧（初生态氧），结果，它与起有害作用的单个伴生元素反应的速度高于它与带双键的O₂反应速度。

为了制备本发明方法所需的臭氧，有几个方法是已知的。在已知的方法中，最适合于冶金目的的方法是那些基于从氧气和/或二氧化碳制备臭氧的方法。为了从空气中制取臭氧，我们使用了供工业规模使用主要用于净化饮用水的臭氧化发生器，其生产能力为每小时20公斤到30公斤。

本发明方法使用臭氧的储存和输送都必须以特定的方式进行，即要遵照有关当局的法规和要求，按照指定的方法进行。同时也必须考虑当浓度超过16摩尔%时，使用臭氧可能引起的不容忽视的爆炸危险。

过去在冶金工艺中一直禁止使用臭氧，这是由于不容忽视的爆炸危险，反应速度的不均衡性，以及设备和吹臭氧防护装置技术发展的低水平所引起的。

在本发明的工艺过程中，氧中的臭氧含量要加以调整，以便在使用臭氧过程中使其保持在爆炸临界值之下，即不高于15体积%。

在制备臭氧时作为基本原料而注入臭氧发生器的工艺级氧和/或二氧化碳和/或空气，究竟采用其中的哪一种或哪几种取决于应用本发明方法的可能的特定情况。混合气体中的臭氧含量可以用本身已知的方式加以控制。

依据本发明方法的具体采用情况，将按照冶金工艺和所要生产的金属质量要求而制备的混合气体-其中的臭氧量可掌握在0.1～15体积%的范围内-从炉渣下面吹入金属液浆中，而吹氧的持续时间和臭氧的体积百分比可以根据产品特性和设备设计加以改变。

现在让我们举几个为解决前面提过任务的应用例子。

在生铁的生产过程中，为了提高高炉炉膛的温度并提高反应速度，可用适当比例的臭氧使氧得到富化，同时，通过在氧气中掺入适当比例的二氧化碳产生吸热过程，从而使高炉炉温得以控制。

在现有的生铁处理设备中，例如在各种脱硫之类的设备中，通过对气体管道出口，以及在劳动保护和生态学方面采取必要的措施，可以使含臭氧的混合气体成功地应用于生铁的预脱碳、脱硅、脱硫等之中，同时顶吹底吹或者复合吹入作为温度调节气体的二氧化碳气体。

在用氧气顶吹转炉或其它转炉炼钢过程中，或者在采用平炉侧吹氧（KORF）法平炉炼钢过程中，钢-含碳量在0.2-0.3%-以常规方法用O₂来炼制，然后将还含有适当量臭氧的混合气吹入钢水中，直至生产出所需成分的钢为止。

为了缩短吹氧时间，可在采用KORF冶炼方式、用平炉冶炼的倾注铁水阶段就开始将含更少量臭氧的混合气吹入钢水中。为了同一目的，对于KORF法来说，从倾注铁水开始就使用臭氧的混合气体。

如果采用双KORF法，吹入含臭氧的混合气效率更高。

吹臭氧可以成功地应用在那些我们打算增加炼钢炉中冷料比例的情况下。在这种情况下，含臭氧的混合气在熔化期间就已经吹入。

吹含臭氧的混合气可以成功地应用于：

a）冶炼浇铸用生铁和钢。

b）冶炼有色金属和稀有金属，以及

c）、湿法冶金中。

本发明的方法是这样实现的：通过装在底部或侧面的吹管或喷嘴将富含臭氧的氧直接在渣层下吹入金属浴中。也可以在封闭系统中，重复使用喷吹后，经过净化的含有臭氧和/或者其它气体的气体混合物。

本发明方法的优点在于氧化（即去除溶于金属中低浓度的杂质）导致以最简单、最迅速、最经济的方式，生产出质量优良的冶金产品。

本发明方法的另一优点在于借助于二氧化碳来诱发吸热过程，从而除了冷却喷嘴之外，还可以控制金属熔池的温度。

Claims (3)

1、一种吹氧控制游离氧的数量从而从生铁、钢和其他金属以及金属合金中去除化学杂质并加速冶炼的方法，其特征在于氧化过程是通过使用臭氧含量为0.1-15体积%的混合气体而实现的。

2、权利要求1所述之方法，其特征在于所用的臭氧系用氧和/或空气和/或二氧化碳制备。

3、权利要求1或2所述之方法，其特征在于熔化期间开始引入含臭氧的混合气。