CN101676410A - 高硅铁水脱硫用铝渣、脱硫剂及脱硫方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁水脱硫用铝渣，特别涉及高硅铁水脱硫用铝渣。本发明还涉及高硅铁水脱硫剂，以及使用这种高硅铁水脱硫剂对高硅铁水进行脱硫的脱硫方法。高硅铁水脱硫用铝渣，由以下重量百分比的原材料组成：铝粉48％～50％，矾土38％～42％，萤石粉7％～9％，沥青焦粉2％～3％。一种高硅铁水脱硫剂，由以下重量比例的原材料组成：石灰粉∶萤石∶高硅铁水脱硫用铝渣＝8.5～9.2∶0.6～1.0∶0.5～0.8。一种高硅铁水的脱硫方法，包括以下步骤：1)前扒渣；2)搅拌铁水，在搅拌铁水的过程中向铁水中投入高硅铁水脱硫剂；3)脱硫搅拌；4)后扒渣。本发明解决了现在传统的脱硫剂对异常铁水脱硫没有很好的效果的技术问题。

Description

高硅铁水脱硫用铝渣、脱硫剂及脱硫方法

技术领域

本发明涉及一种铁水脱硫用铝渣，特别涉及高硅铁水脱硫用铝渣。本发明还涉及采用这种高硅铁水脱硫用铝渣制成的高硅铁水脱硫剂，以及使用这种高硅铁水脱硫剂对高硅铁水进行脱硫的脱硫方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对钢铁制品纯净度的要求也越来越高，促使钢铁工业中铁水预处理工序成为炼钢不可或缺的环节。目前，所有钢铁成品的含硫量都在0.035％以下，这就要求铁水预处理后的铁水含硫量小于0.010％(低硫钢品种要求[S]≤0.003％)。相应地，铁水预处理对高炉或COREX炉的铁水的成分和温度要求也越来越高，要求预处理前铁水的温度高于1300℃、铁水含[Si]≤0.40％、铁水含[S]≤0.030％。在一般条件下，高炉或COREX炉产出的铁水可以满足铁水预处理的生产要求。但由于炉况差异及受特殊情况影响，难免出现成分或温度不能满足铁水预处理生产要求的铁水。

用于炼钢的铁水必须符合一定的成分和温度的要求(见表1)，对于转炉而言，如果入炉铁水温度过低，冶炼初期物理热量不足将影响C-O反应的升温曲线，造成各元素的氧化失衡；如果[Si]高，开吹后在加入造渣料后将造成大过程喷溅；而[S]是有害元素，且转炉冶炼由于其工艺特点脱硫率有限，入炉[S]超标将严重影响炼钢过程控制。通常将主要元素和温度不合格的铁水称为异常铁水。

表1：炼钢铁水标准

铁水脱硫需要一定的动力学条件和热力学条件，而且脱硫率也有一个极限值，故任何脱硫装置脱硫效果的优劣都受制于设备性能条件和原材料(铁水)特性条件。现有技术中，铁水脱硫工艺要求铁水必须满足高温、高碱度、低氧化铁三大要素。如果铁水中[Si]超标，将促使脱硫反应中SiO₂酸性物质增多，降低铁水碱度；而且使铁水与脱硫剂反应生成物中氧化性物质浓度上升，反应过程中还原性气氛减少，从而劣化脱硫条件，降低脱硫率。

传统的铁水脱硫工艺中，KR铁水脱硫剂由石灰、萤石组成。对于进行高炉炉外脱硅的铁水，增加使用5％的铝渣进行脱硫。而对于高硅、低温、高硫的铁水，由于不能完全满足铁水脱硫高温、高碱度、低氧化铁三大要素要求，传统的脱硫剂失去了作用。实践证明，对于高硅、低温、高硫的铁水，使用传统的脱硫剂脱硫存在下述缺点：

1、由于铁水温度低，传统的铝渣投入铁水后在铝渣表面立即形成一层FeO薄膜阻碍铝渣的继续熔解和化学反应，使铝渣不能全部熔化于铁水，起不到减少氧化性物质总浓度的效果；

2、由于铁水[Si]高，在脱硫反应时生成SiO₂酸性氧化物，增加铁水与脱硫剂反应生成物中SiO₂总量，降低处理碱度R(R＝CaO/SiO₂)，使脱硫率呈线性下降；

3、为了保证碱度R，需要投入更多的石灰以提高CaO总量，但增用的石灰又增耗了更多的物理热，降低了熔池的温度，劣化了脱硫的热力学条件。导致处理终点硫不能满足转炉炼钢要求。

公开号为CN1827790A，发明名称为“复合型铁水脱硫剂”的中国发明专利申请，涉及的脱硫剂由活性石灰、铝酸钙、钝化镁、金属铝、氟化钙等组成，其特征在于消耗量低(0.2公斤/吨铁水)，主要用于喷吹法脱硫；但钝化镁价格高，铝酸钙的脱硫反应生成物对环境有一定的影响；最重要的是该脱硫剂必须在具有正常温度/成分的铁水中使用，不适用于异常铁水的脱硫预处理。

公开号为CN1528919A，发明名称为“用含铝氧化钙基脱硫剂对铁水脱硫的方法”的中国发明专利申请，涉及的脱硫剂的化学组成为CaO、CaF₂、CaCO₃、金属铝和矿物油。此外还含有不大于20％的SiO₂、MgO、C和FeO之和，脱硫方式为搅拌法和喷吹法，其特征在于脱硫率高。主权项为：脱硫剂化学组成：CaF2.5～10％，金属铝2～5％，余为CaO。该脱硫剂应用于具有正常温度/成分的铁水中使用，不适用于异常铁水的脱硫预处理。

公开号为CN1095762A，发明名称为“使用铝渣进行的钢铁冶炼方法”的中国专利申请，涉及的主要是用铝渣和铝粉配制成符合各种冶炼要求的，组成各异的铝渣-铝粉混合物，然后将这类混合物作为脱氧剂、脱硫助剂喷入铁水或钢水中以进行钢水或铁水的脱氧、脱硫或升温。主权项为：用铝渣进行的铁水脱硫喷吹法。该脱硫剂应用于具有正常温度/成分的铁水中使用，不适用于异常铁水的脱硫预处理。

上述3项专利申请的脱硫剂主要组分为活性石灰、铝酸钙、钝化镁、金属铝、氟化钙，组成混合型脱硫剂后熔点和致密性比较高，在温度小于1300℃的铁水中熔化困难且更易生成高熔点2CaO·SiO₂或CaO·SiO₂层，阻碍脱硫反应进行。

发明内容

本发明目的的第一方面在于提出一种高硅铁水脱硫用铝渣，该高硅铁水脱硫用铝渣适用于对高硅、低温铁水进行铁水脱硫，以解决现在传统的脱硫剂对异常铁水脱硫没有很好的效果的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

高硅铁水脱硫用铝渣，由以下重量百分比的原材料组成：

铝粉                        48％～50％

矾土                        38％～42％

萤石粉                      7％～9％

沥青焦粉                    2％～3％。

矾土中含有一定成分的Al₂O₃，但该物质与金属铝粉和一般氧化铝相比致密度较低，较为疏松，在加入铁水后易于快速溶解，减少了高硅铁水脱硫用铝渣投入铁水后铝渣表面立即生成FeO薄膜的程度，使高硅铁水脱硫用铝渣得以熔解和迅速参与化学反应。

沥青焦粉属于低熔点疏松性物质且含有高比例的C(碳)成分，使高硅铁水脱硫用铝渣在溶解过程中产生化学热，一方面促进高硅铁水脱硫用铝渣的溶解，另一方面在铁水与脱硫反应生成物之间的反应界面通过碳的反应生成热提高界面温度，促进脱硫剂的渣化。

在高硅铁水脱硫用铝渣中配入近10％的萤石粉，主要作用是保证前期渣化。

本发明的高硅铁水脱硫用铝渣，其优点在于，对预处理前含硅量在[Si]＝0.5～1.2％的铁水(传统工艺要求[Si]初始≤0.3％)，进行脱硫预处理，可以使脱硫率达到75％以上，从而达到冶炼低硫钢的目的。此外本发明的高硅铁水脱硫用铝渣具有增加反应热、促进化渣的优点。

优选地，所述铝粉是Al的重量百分比≥85％的铝粉；所述矾土是Al₂O₃的重量百分比≥55％的矾土；所述萤石粉是CaF₂的重量百分比≥80％，Fe₂O₃的重量百分比≤0.3％的萤石粉；所述沥青焦粉是固体碳的重量百分比≥70％、全硫St.d的重量百分比≤0.80％，挥发分Vdaf的重量百分比≤1.8％的沥青焦粉。

本发明目的的第二方面在于提出一种高硅铁水脱硫剂，该高硅铁水脱硫剂是采用本发明的高硅铁水脱硫用铝渣制备的。

一种高硅铁水脱硫剂，由以下重量比例的原材料组成：石灰粉∶萤石∶高硅铁水脱硫用铝渣＝8.5～9.2∶0.6～1.0∶0.5～0.8。

高硅铁水脱硫剂中的萤石是块状的萤石。块状的萤石保证石灰粉快速熔解和保证脱硫过程中铁水与脱硫剂反应的生成物的流动性，并增加脱硫过程中/后期的反应速度。

本发明目的的第三方面在于提出一种高硅铁水的脱硫方法，该高硅铁水的脱硫方法与上述高硅铁水脱硫剂配套，使上述高硅铁水脱硫剂能较好地发挥作用。

一种高硅铁水的脱硫方法，包括以下步骤：

1)前扒渣，扒去浮渣，裸露出铁水；

2)搅拌铁水，在搅拌铁水的过程中向铁水中投入高硅铁水脱硫剂；

3)脱硫搅拌；

4)后扒渣，扒去脱硫渣。

优选地，所述高硅铁水脱硫剂的加入量如下：石灰粉的投入量为8.5～9.2Kg/t.Fe；萤石的加入量为0.6～1.0Kg/t.Fe；高硅铁水脱硫用铝渣的加入量为0.5～0.8Kg/t.Fe。

优选地，脱硫搅拌转速为105～115n/min；脱硫搅拌时间为11～13min。

本发明的高硅铁水脱硫剂、高硅铁水的脱硫方法，不但可以对高炉或COREX炉高硅铁水进行铁水脱硫，还可以应用于所有铁水预处理工序进行铁水脱硫。本明的高硅铁水脱硫剂的铝渣和石灰粉混合后除了具有脱硫功能外，还具增加反应热和促进化渣的功能，可提供脱硫工艺所要求的脱硫化渣条件和热力学条件，达到降低铁水中[S]的目的，是一种经济且操作方便的铁水脱硫剂。

具体实施方式

本发明的高硅铁水脱硫用铝渣，由以下重量百分比的原材料组成：

铝粉                    48％～50％

矾土                    38％～42％

萤石粉                  7％～9％

沥青焦粉                2％～3％。

本发明的高硅铁水脱硫用铝渣，其制备方法为：将各原材料均匀混合，形成常规的混合型材料。颗粒度可按常规选择。

本发明的高硅铁水脱硫用铝渣，加入了铝矾土和沥青焦粉，增加了萤石粉比例，理论依据如下：

1)、铁水脱硫反应按如下方式进行：

[S]+(CaO)＝(CaS)+[O]                    (1)

从反应(1)的平衡常数表达式可以看出，铁水脱硫反应要求铁水表面化学反应生成的铁渣中CaO的活度越大越好(工艺上增大铁水表面化学反应生成的铁渣的碱度)，铁水中氧[O]的活度越小越好。铝是强脱氧剂，比硅更能有效地脱氧，两者的脱氧反应如下：

3[O]+2[Al]＝Al₂O₃                      (2)

2[O]+[Si]＝SiO₂                        (3)

作为脱氧产物，Al₂O₃为弱酸性，而SiO₂为强酸性，两者均与石灰反应，如(5)和(6)两式所示：

3CaO+Al₂O₃＝3CaO·Al₂O₃                (5)

2CaO+SiO₂＝2CaO·SiO₂                    (6)

然而，后者生成稳定的化合物3CaO.SiO₂，这样会大大地减少铁水表面化学反应生成的铁渣中CaO的活度。因此，在本发明的高硅铁水脱硫用铝渣中不配入石灰而配入矾土以减少SiO₂总量。

另外，CaO-Al₂O₃-FeO(Fe₂O₃)系在CaO界面生成的铝酸钙及铁酸钙，其熔点较低，易形成熔融反应层，在相同的脱硫热力学条件和动力学条件下，与硅酸钙系反应层相比硫和硫化物更容易移动。

由CaO-Al₂O₃和CaO-SiO₂二元渣系相图可知，在同样浓度下，前一种渣系中CaO活度比后一种渣系大两个数量级。

2)、为了不降低铁水表面化学反应生成的铁渣中CaO等碱性化合物活度，一般加入CaF₂作熔剂。CaF₂属中性化合物，加入量可达到70％而不降低CaO的活度，故增加萤石的配入比例。

从动力学方面考虑，KR法脱硫后期的限速环节是固态脱硫剂中产物层中硫的扩散，增加CaF₂，可发生区域熔化，提高脱硫剂的传输性能，改善脱硫反应动力学条件。

3)、在高硅铁水脱硫用铝渣中添加C(碳)的成分是本发明的关键点之一。对于混合型材料来说，其投入高温液体后的融化速度与该材料的致密性成反比。在高硅铁水脱硫用铝渣中添加沥青焦粉，可以：①降低高硅铁水脱硫用铝渣的致密度，促进快速熔解；②利用在铁水中适当提高[C]含量可增加(S)的活度系数之特点，解决低温铁水条件下热能减少对高硅铁水脱硫用铝渣熔解和反应造成的不利因素；③所添加的沥青焦粉在参与反应的过程中增加了铁-渣反应界面的化学热值，有利于在低温状态下的铁水脱硫，提高脱硫反应效率。④与碳粉、焦末等相比，采用沥青焦粉主要是利用沥青焦粉具有的可粘结性和成型沥青焦粉气孔率较大的特性，解决了材料在运输/仓储过程中的强度问题和在满足了使用过程中的易熔要求。

本发明的高硅铁水脱硫用铝渣成品的各化学成分的重量百分比控制为：

CaF₂≥6.0％

Al₂O₃≥14.0％

Al≥45.0％

H₂O≤0.2％。

本发明的的高硅铁水脱硫用铝渣，与石灰粉、块状的萤石一起组成高硅铁水脱硫剂，三者的重量百分比如下：

石灰粉∶萤石∶高硅铁水脱硫用铝渣＝8.5～9.2∶0.6～1.0∶0.5～0.8。

下面给出试用的情况，进一步说明用本发明的高硅铁水脱硫用铝渣制造成的高硅铁水脱硫剂的效果。

1)、试用中高硅铁水脱硫用铝渣原材料配入比例(见表2)：

表2：试用料配比及抽检成分

注：试用料代码为ALD-4204-X，在试用过程中根据进场实物料抽查成分所反映出的实际配比偏差进行了分类编注，采用ALD-4204-1、ALD-4204-2、ALD-4204-3区分。

试用中高硅铁水脱硫用铝渣所配入的原材料说明：

1)、铝粉：采用二级金属铝。

使用牌号：金属铝(普通用途)II级(YB/T3010-93)；

Al≥85％。

原料产地：国内所有制铝企业。

2)、矾土：采用三级铝矾土。

使用牌号：三级普通铝矾土(YB/T5057-93)；

Al₂O₃≥55％。

原料产地：国内所有矾土产地。

(含Al₂O₃最低的为河南矾土[Al₂O₃≈56％])

3)、萤石：采用萤石粉矿。

使用牌号：FF-80～FF-85(YB/T5217-2005)；

CaF₂≥80％～85％、Fe₂O₃≤0.3％。

原料产地：国内河南、安徽、湖北等所有产地。

4)、沥青焦粉：采用三级沥青焦屑

(原料使用II级冶金焦筛下物[焦末]制备)

使用牌号：II级冶金焦焦末(YB287-2005)；

C固≥70％～80％、全硫St.d≤0.80％；挥发分Vdaf≤1.8％。

原料产地：除西南地区(灰份＞16％)外所有产地。

采用下面所述的配套的高硅铁水的脱硫方法对铁水进行脱硫：

1)、前扒渣：经扒渣后目测罐中铁水表面见铁水裸露75％，且无块状渣；

2)搅拌铁水，搅拌转速为40n/min(中速)时，开始向铁水包中投入适合量的高硅铁水脱硫剂，然后进行脱硫搅拌，脱硫搅拌转速为105～115n/min，脱硫搅拌时间为11～13min。脱硫作业方式可采用自动、半自动等各种操作方式。脱硫剂投入量：石灰粉9.0Kg/t.Fe(每吨铁9.0千克)；萤石0.8Kg/t.Fe；铝渣0.7Kg/t.Fe。脱硫剂称量顺序：铝渣→萤石→石灰，称量后一起加入铁水包中。

3)、后扒渣：将脱硫渣扒去，经扒渣后目测铁水罐内铁水液面裸露85％，且无块状渣。

本发明高硅铁水脱硫用铝渣试用于高硅铁水脱硫的相关技术参数及消耗指标请参看表3。

从上表3中实际使用情况汇总数据得到，采用本发明的高硅铁水脱硫用铝渣，在原材料设计配比所列的标准偏差范围内、在脱硫剂(包括：石灰粉、萤石、铝渣)加入量设定范围内、在脱硫搅拌转速(105～115n/min)和脱硫搅拌时间(11～13min)等操作参数设定范围内，铁水脱硫率都达到了异常铁水KR脱硫处理80％的脱硫工序作业标准以上(平均84.8％，最大87.9％，最小80.9％)。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1、高硅铁水脱硫用铝渣，其特征在于，由以下重量百分比的原材料组成：

铝粉            48％～50％

矾土            38％～42％

萤石粉          7％～9％

沥青焦粉        2％～3％。

2、根据权利要求1所述的高硅铁水脱硫用铝渣，其特征在于：所述铝粉是Al的重量百分比≥85％的铝粉。

3、根据权利要求1所述的高硅铁水脱硫用铝渣，其特征在于：所述矾土是Al₂O₃的重量百分比≥55％的矾土。

4、根据权利要求1所述的高硅铁水脱硫用铝渣，其特征在于：所述萤石粉是CaF₂的重量百分比≥80％，Fe₂O₃的重量百分比≤0.3％的萤石粉。

5、根据权利要求1所述的高硅铁水脱硫用铝渣，其特征在于：所述沥青焦粉是固体碳的重量百分比≥70％、全硫St.d的重量百分比≤0.80％，挥发分Vdaf的重量百分比≤1.8％的沥青焦粉。

6、一种高硅铁水脱硫剂，其特征在于，由以下重量比例的原材料组成：石灰粉∶萤石∶高硅铁水脱硫用铝渣＝8.5～9.2∶0.6～1.0∶0.5～0.8。

7、一种高硅铁水的脱硫方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)前扒渣，扒去浮渣，裸露出铁水；

2)搅拌铁水，在搅拌铁水的过程中向铁水中投入高硅铁水脱硫剂；

3)脱硫搅拌；

4)后扒渣，扒去脱硫渣。

8、根据权利要求7所述的高硅铁水的脱硫方法，其特征在于，步骤2)中投入高硅铁水脱硫剂的量如下：

石灰粉                8.5～9.2Kg/t.Fe；

萤石                  0.6～1.0Kg/t.Fe；

高硅铁水脱硫用铝渣    0.5～0.8Kg/t.Fe。

9、根据权利要求7所述的高硅铁水的脱硫方法，其特征在于：步骤3)中脱硫搅拌转速为105～115n/min，脱硫搅拌时间为11～13min。