CN101302577B

CN101302577B - 基于自蔓延的MgO基脱硫剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101302577B
Application number: CN2008100118690A
Authority: CN
Inventors: 张廷安; 赫冀成; 豆志河; 刘燕; 任晓冬; 蒋孝丽; 赵秋月; 牛丽萍
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2028-06-16
Also published as: CN101302577A

Abstract

一种基于自蔓延的MgO基脱硫剂及其制备方法，其特征在于：MgO基脱硫剂是由MgO、碳质还原剂、自蔓延发热剂、反应促进剂、酸碱度调节剂和粘结剂组成的球形或其它形状的颗粒；通过将MgO、碳质还原剂、自蔓延发热剂、反应促进剂和酸碱度调节剂分别在干燥箱里以120℃～200℃的温度干燥4h～20h，然后用球磨机磨成粒度小于200目的粉末；将以上物料粉末按比例混合，加入粘结剂，然后以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。使用本发明的MgO基脱硫剂进行脱硫具有生渣量少、脱硫成本低、脱硫剂利用率高、脱硫率高、脱硫过程无明显温降、不需专门的脱硫设备、操作简便等优点。

Description

基于自蔓延的MgO基脱硫剂及其制备方法

技术领域

本发明属于脱硫技术领域，特别涉及一种基于自蔓延的MgO基脱硫剂及其制备方法。

背景技术

随着工业技术的发展，对钢质要求越来越高。而钢中的硫对钢性能有不良的影响，钢中的硫会降低钢的塑性和韧性，钢的性能在硫含量0.013％处是一个拐点，现代工业对钢中硫含量要求特别严格，高性能的纯净钢要求硫含量要降到0.01％-0.001％以下。近年来，随着分步炼钢的出现，转炉炼钢工序已分解成铁水预处理、转炉冶炼、炉外精练三个阶段，将炼钢的各种化学反应由过去在一个转炉内进行而分解到三个阶段来完成，各种化学反应在其最佳的条件下进行，结果是提高了生产率，降低了生产成本，获得了质量更加纯净的钢，满足了各种工业对钢质的更高要求，而脱硫任务主要由铁水预处理来完成，在当今传统的高炉转炉冶炼工艺中，铁水预处理脱硫已普遍成了一个必不可少的工序。世界主要产钢国家长流程中铁水预处理比例早巳达到90％～100％，而我国与发达国家相比存在很大的差距。自上世纪60～70年代以来，前苏联、东欧开始应用镁基脱硫剂进行铁水脱硫，西欧和北美相继引用并进行了再开发，到上世纪90年代，炉外脱硫己成为降低钢中硫含量的关键技术。

铁水预处理除特殊要求脱硅脱磷或提取一些特殊元素，主要是对铁水脱硫。铁水在进入转炉冶炼前进行脱硫具备最佳的反应条件；同时，铁水炉外脱硫可以减轻高炉的负荷，降低焦比，减少渣量和提高生产率。国外一些钢铁厂的经验证明：高炉铁水炉外脱硫，则高炉渣碱度可以从1.25降至1.06，焦比降低36kg/t铁，生产率提高13％，铁水炉外脱硫费用仅占低碱度运行所节省费用的83％，其费用约为3.65美元/t铁，吨铁节省0.8美元。

铁水炉外脱硫方法主要有两种：第一种方法是包芯线喂丝方法，将包芯线插入铁水中实现铁水脱硫；第二种方法为喷吹粉状脱硫剂至铁水中进行脱硫。铁水炉外脱硫的脱硫剂主要有苏打、石灰、碳化钙基脱硫剂和镁基脱硫剂等四种。喂丝法和喷吹法进行铁水炉外脱硫均有较好的效果。四种脱硫剂中镁基脱硫剂最适于铁水炉外脱硫的应用条件，其优点是脱硫能力强；在较低铁水温度下，仍具有较好的脱硫能力；脱硫处理所需时间短、渣量少、温降小、脱硫效果好。由于镁能和金属中的多种杂质反应生成稳定的化合物，它一直是精炼剂的首选之一。用颗粒镁镁进行铁水炉外脱硫，脱硫反应的平衡常数可达2.06×10⁴，可以获得高纯度、高洁净的钢产品。

Mg基脱硫剂是目前炉外铁水脱硫的首选，但是在铁水预处理中镁基脱硫剂还存在着价格较高，以及由于镁蒸汽气泡过大导致镁的脱硫效率低下和镁利用率不高(小于50％)等缺点。由于镁基脱硫剂存在以上诸多缺点，世界各国都在寻找新的脱硫剂以取代镁基脱硫剂。日本人佐野等提出了利用氧化镁的铝热还原反应生成镁蒸气并将其直接吹入钢铁熔体中进行脱硫的新的精炼工艺，该法以铝作为氧化镁的还原剂。研究发现：通过控制吹入气体中镁分压为0.2atm以下时，镁的精炼效率大幅提高，由此可见，MgO基脱硫剂显示出巨大的应用前景。

以廉价的碳作为还原剂，以反应MgO+C→Mg+CO原位反应制备脱硫剂，可使脱硫精炼成本大幅降低，脱硫剂效率的大幅提高，但是MgO+C→Mg+CO属于吸热反应，铁水温度下还原率低，直接使用该反应原位制备Mg蒸汽进行脱硫会造成过大的温降，进而导致生成碳热还原的Mg蒸汽脱硫效率低下，影响脱硫效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于自蔓延的MgO基脱硫剂及其制备方法。

本发明的MgO基脱硫剂是由MgO粉末、碳质还原剂、自蔓延发热剂、反应促进剂、酸碱度调节剂和粘结剂组成的球形或其它形状的颗粒，各物料所占比例为：MgO占混合物料总质量的45～72％；碳质还原剂占混合物料总质量的14～18％；自蔓延发热剂占混合物料总质量的8～16％；反应促进剂占混合物料总质量的1～4％；酸碱度调节剂占混合物料总质量的1～10％；粘结剂占混合物料总质量的4～8％；其中碳质还原剂为石墨或木炭，自蔓延发热剂为铝粉与氧化亚铁粉末或三氧化二铁粉末的混合物按化学反应理论需要量配料，反应方程式为2Al+3FeO＝Al₂O₃+3Fe或2Al+Fe₂O₃＝2Fe+Al₂O；反应促进剂为SiO₂；酸碱度调节剂为石灰、石灰石、白云石或硅石；粘结剂为沥青、焦油或树脂。

本发明的MgO基脱硫剂的制备方法为：

将MgO粉末、碳质还原剂、自蔓延发热剂、反应促进剂和酸碱度调节剂分别在干燥箱里以120℃～200℃的温度干燥4h～20h，然后放入行星式球磨机中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。

将各物料粉末混合，然后加入粘结剂混合，物料混合质量比例为：MgO粉末∶碳质还原剂∶自蔓延发热剂∶反应促进剂∶酸碱度调节剂∶粘结剂＝45～72∶14～18∶8～16∶1～4∶1～10∶4～8；自蔓延发热剂为铝粉与氧化亚铁粉末或三氧化二铁粉末的混合物按化学反应理论需要量配料；用制样机以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。

如果原位反应过于剧烈，脱硫过程中会发生喷溅现象影响脱硫，严重时会发生安全事故；因此，制备脱硫剂颗粒时，MgO粉末或酸碱调节剂粉末实际加入量大于反应理论需要量，以控制原位反应速度，防止喷溅现象的发生。

本发明的MgO基脱硫剂的使用方法为：

在出铁或出钢过程中，将制备好的MgO基脱硫剂加入到铁水包或钢水包内，在铁水或钢水温度(1350℃以上)及在铁水或钢水流的冲击搅拌作用下，MgO基脱硫剂迅速粉化并熔化，自蔓延发热剂发生自蔓延反应发生放出反应热，形成局部高温，进而引发MgO和碳质还原剂原位发生还原反应生成高温镁蒸汽，并补充脱硫剂熔化吸热以及原位反应吸热，使铁水维持恒定温度而不产生明显的温降；镁蒸汽形成气泡，在铁水或钢水中上升，铁水或钢水中的硫与镁反应生成的硫化镁渣上浮到铁水或钢水表面，形成渣层，完成铁水或钢水脱硫。MgO基脱硫剂在铁水包或钢水包内的脱硫反应方程式为：

Mg+[S]＝MgS

本发明的MgO基脱硫剂中，自蔓延发热剂通过放热反应弥补了反应消耗的热量，因此脱硫过程中无明显温降，脱硫产物稳定，脱硫率高；形成的镁蒸汽对铁水起到很好的搅拌作用，同时为脱硫提供了良好的动力学条件，而且生成的渣量很少且不需扒渣，可在出铁或出钢过程中直接将脱硫剂加入到铁水包或钢水包中，不需喷吹设备或其它相关设备，脱硫率在85％以上。使用本发明的MgO基脱硫剂进行脱硫具有脱硫成本低、脱硫剂利用率高、脱硫率高、操作简便等优点。

具体实施方式

本发明实施采用的MgO粉末、铝粉、氧化亚铁粉末、三氧化二铁粉末和SiO₂粉末均为工业级粉末产品。

本发明实施采用的碳质还原剂为普通石墨或木炭，含固定碳大于80％。

本发明实施采用的酸碱度调节剂为普通工业石灰、石灰石、白云石或硅石。

本发明实施采用的粘结剂为普通沥青、焦油或树脂。

实施例1：

将MgO、石墨、铝粉、氧化亚铁粉、SiO₂和石灰分别在干燥箱里以200℃的温度干燥4h，然后分别放入行星式球磨机中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。

将各物料粉末混合，然后加入沥青混合，物料混合质量比例为：MgO∶石墨∶(铝粉+氧化亚铁粉)∶SiO₂∶石灰∶沥青＝48∶14∶16∶4∶10∶8；用制样机以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。

在出铁或出钢过程中，将制备好的MgO基脱硫剂加入到铁水包或钢水包内，脱硫率为88％。

实施例2：

将MgO、木炭、铝粉、三氧化二铁粉、SiO₂和石灰石分别在干燥箱里以180℃的温度干燥8h，然后分别放入行星式球磨机中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。

将各物料粉末混合，然后加入焦油混合，物料混合质量比例为：MgO∶木炭∶(铝粉+三氧化二铁粉)∶SiO₂∶石灰石∶焦油＝45∶18∶16∶3∶10∶8；用制样机以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。

在出铁或出钢过程中，将制备好的MgO基脱硫剂加入到铁水包或钢水包内，脱硫率为86％。

实施例3：

将MgO、石墨、铝粉、氧化亚铁粉、SiO₂和白云石分别在干燥箱里以160℃的温度干燥12h，然后分别放入行星式球磨机中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。

将各物料粉末混合，然后加入树脂混合，物料混合质量比例为：MgO∶石墨∶(铝粉+氧化亚铁粉)∶SiO₂∶白云石∶树脂＝60∶16∶8∶2∶10∶4；用制样机以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。

在出铁或出钢过程中，将制备好的MgO基脱硫剂加入到铁水包或钢水包内，脱硫率为85％。

实施例4：

将MgO、木炭、铝粉、三氧化二铁粉、SiO₂和石灰分别在干燥箱里以140℃的温度干燥16h，然后分别放入行星式球磨机中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。

将各物料粉末混合，然后加入沥青混合，物料混合质量比例为：MgO∶木炭∶(铝粉+三氧化二铁粉)∶SiO₂∶石灰∶沥青＝70∶15∶8∶2∶1∶4；用制样机以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。

在出铁或出钢过程中，将制备好的MgO基脱硫剂加入到铁水包或钢水包内，脱硫率为87％。

实施例5：

将MgO、石墨、铝粉、氧化亚铁粉、SiO₂和石灰石分别在干燥箱里以120℃的温度干燥20h，然后分别放入行星式球磨机中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。

将各物料粉末混合，然后加入焦油混合，物料混合质量比例为：MgO∶石墨∶(铝粉+氧化亚铁粉)∶SiO₂∶石灰石∶焦油＝69∶14∶8∶1∶2∶6；用制样机以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。

实施例6：

将MgO、木炭、铝粉、三氧化二铁粉、SiO₂和硅石分别在干燥箱里以120℃的温度干燥20h，然后分别放入行星式球磨机中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。

将各物料粉末混合，然后加入树脂混合，物料混合质量比例为：MgO∶木炭∶(铝粉+三氧化二铁粉)∶SiO₂∶硅石∶树脂＝72∶14∶8∶1∶1∶4；用制样机以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。

Claims

1.一种基于自蔓延的MgO基脱硫剂，其特征在于：MgO基脱硫剂是由MgO、碳质还原剂、自蔓延发热剂、反应促进剂、酸碱度调节剂和粘结剂组成的球形或其它形状的颗粒，其中碳质还原剂为石墨或木炭，自蔓延发热剂为铝粉与氧化亚铁粉末或三氧化二铁粉末的混合物；反应促进剂为SiO₂；酸碱度调节剂为石灰、石灰石、白云石或硅石；粘结剂为沥青、焦油或树脂；其中自蔓延发热剂由铝粉与氧化亚铁粉末或三氧化二铁粉末按化学反应理论需要量混合组成，配制根据的化学反应方程式为：2Al+3FeO＝Al₂O₃+3Fe或2Al+Fe₂O₃＝2Fe+Al₂O；各物料所占比例为：MgO占混合物料总质量的45～72％；碳质还原剂占混合物料总质量的14～18％；自蔓延发热剂占混合物料总质量的8～16％；反应促进剂占混合物料总质量的1～4％；酸碱度调节剂占混合物料总质量的1～10％；粘结剂占混合物料总质量的4～8％。

2.权利要求1所述的一种基于自蔓延的MgO基脱硫剂的制备方法，其特征在于：将MgO、碳质还原剂、自蔓延发热剂、反应促进剂和酸碱度调节剂分别在干燥箱里以120℃～200℃的温度干燥4h～20h，然后用球磨机磨成粒度小于200目的粉末；将以上物料粉末按比例混合，加入粘结剂，然后以20MPa的压力压制成球形或其它形状的颗粒，烘干后制备成MgO基脱硫剂。

3.根据权利要求2所述的一种基于自蔓延的MgO基脱硫剂的制备方法，其特征在于物料混合质量比例：MgO粉末∶碳质还原剂∶自蔓延发热剂∶反应促进剂∶酸碱度调节剂∶粘结剂＝45～72∶14～18∶8～16∶1～4∶1～10∶4～8；自蔓延发热剂为铝粉与氧化亚铁粉末或三氧化二铁粉末的混合物按化学反应理论需要量配料；MgO粉末或酸碱调节剂粉末实际加入量大于反应理论需要量，以控制原位反应速度，防止喷溅现象的发生。

4.权利要求1所述的基于自蔓延的MgO基脱硫剂的使用方法，其特征在于：在出铁或出钢过程中，将MgO基脱硫剂加入到铁水包或钢水包内，在高温和搅拌作用下，MgO基脱硫剂迅速熔化，自蔓延发热剂发生自蔓延反应发生放出反应热，进而引发MgO和碳质材料原位发生还原反应生成高温镁蒸汽，镁蒸汽形成气泡，铁水或钢水中的硫与镁反应生成的硫化镁渣上浮到铁水或钢水表面，形成渣层，完成铁水或钢水脱硫。