CN104032061A

CN104032061A - 一种铁水脱硫剂和铁水脱硫的方法

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Publication number: CN104032061A
Application number: CN201410276583.0A
Authority: CN
Inventors: 梁新腾; 曾建华; 李扬洲; 龚洪君; 杨森祥; 杨晓东; 喻林; 陈均; 何为; 陈路
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2014-09-10

Abstract

本发明公开了一种铁水脱硫剂和铁水脱硫的方法。所述铁水脱硫剂含有金属镁、高镁石灰和萤石，以所述高镁石灰的总重量为基准，所述高镁石灰中含有40-60重量％的CaO、30-50重量％的MgO、5-10重量％的CaCO₃和5-10重量％的MgCO₃。本发明提供的铁水脱硫剂具有优异的脱硫效果，能够将铁水中的硫含量降低至较低的水平，极具工业应用前景。

Description

一种铁水脱硫剂和铁水脱硫的方法

技术领域

本发明涉及一种铁水脱硫剂以及采用该铁水脱硫剂进行铁水脱硫的方法。

背景技术

钢铁材料中，硫含量直接影响着其使用性能，钢中硫含量过高不仅会导致钢的热加工性能变坏，造成钢的“热脆”，而且还会明显降低钢的焊接性能，引起高温龟裂。此外，钢的塑性也随着硫含量的增加显著变差。纯铁或硅钢片中含硫量高，磁滞损失的概率会相应增加。因此脱硫成为钢铁冶炼中的主要目标之一。而铁水脱硫被认为是减轻高炉、转炉的冶金负荷，提高技术经济指标的主要方法，也成为了冶炼低硫洁净钢必不可少的技术手段。在现有的铁水脱硫过程中，通常需要加入铁水脱硫剂。

镁系脱硫剂是最有效的铁水脱硫剂之一。常压下镁的熔点低至924K，沸点为1393K。在铁水中生成的脱硫产物为MgS，其熔点为2000℃。在铁水环境下不容易还原，但是在渣中有一部分MgS能够溶解，形成回硫。目前大多数钢厂采用的镁系脱硫剂由镁和活性石灰复合而成，其中，所述活性石灰通常含有至少90重量％的活性组分CaO。虽然这种镁系脱硫剂具有较好的脱硫效果，但是活性石灰的成本相对较高，目前市场价格大约为600元/吨。因此，为了降低钢铁的生产费用，亟需寻找一种成本较低的脱硫剂。

白云石基脱硫剂的热力学研究(寇雨成等，安徽工业大学学报(自然科学版)，2011年01月)针对钢铁行业中采用镁系脱硫剂的不足，提出了白云石基脱硫剂的概念，并对这种白云石基脱硫剂进行热力学方面的研究。该白云石基脱脱剂的主要成分为白云石经高温煅烧(煅烧温度为900-1100℃)产生的活性颗粒，在脱硫过程中，需要在脱硫剂中加入铝和氧化铁，通过铝和氧化铁之间的铝热反应释放出的大量热量对整个体系进行升温，从而将煅烧白云石还原成金属镁而实现铁水脱硫。然而，虽然该白云石基脱硫剂的成本较低，目前市场价格大约为300元/吨，但是这种脱硫剂是通过采用金属热还原煅烧白云石生成镁来进行脱硫的，脱硫过程通常需要在高于1443℃的温度下进行，在热力学上难以实现。此外，铝与氧化铁之间的反应是固相与固相的反应，动力学条件并不好，在实际中应用得很有限。

发明内容

本发明是为了克服采用现有的白云石基脱硫剂脱硫能力较差的缺陷，而提供一种新的铁水脱硫剂以及采用该铁水脱硫剂进行铁水脱硫的方法。

具体地，本发明提供了一种铁水脱硫剂，其中，所述铁水脱硫剂含有金属镁、高镁石灰和萤石，以所述高镁石灰的总重量为基准，所述高镁石灰中含有40-60重量％的CaO、30-50重量％的MgO、5-10重量％的CaCO₃和5-10重量％的MgCO₃。

此外，本发明还提供了一种铁水脱硫的方法，该方法包括将待脱硫铁水与上述铁水脱硫剂进行接触脱硫。

本发明的发明人经过深入研究后发现，所述金属镁、高镁石灰和萤石能够起到非常好的协同脱硫作用，最终将铁水中的硫含量降低至较低的水平。推测其原因，可能是由于：金属镁的熔点低至924K，沸点低至1393K，对硫的亲和力比钙大得多，对氧的亲和力也很强；当金属镁进入水中以后其迅速气化、溶解，在铁水中进行如下反应：

Mg(g)+[S]＝MgS(s) (式1)

lgK₁＝22322/T-9.44

[Mg]+[S]＝MgS(s)(式2)

lgK₂＝28452/T-11.07

从式(1)和式(2)可以看出，金属镁的脱硫反应为放热反应，故金属镁在较低的温度下也能起到脱硫作用，同时采用金属镁进行脱硫有利于减小温降；然而，由于金属镁熔点、沸点极低，在待脱硫铁水中会产生爆炸性反应，造成喷溅事故并降低金属镁的利用率，因此脱硫中金属镁粉末通常需要经过钝化，并且通常需要借助其他粉剂作为载体均匀地输送到铁水中与铁水中的硫发生脱硫反应，从而抑制金属镁的急速气化、防止喷溅、避免大气泡形成并固化脱硫产物；而所述高镁石灰恰巧能够起到金属镁载体、相成核的核心等作用，对抑制喷溅以及固化脱硫产物非常有效；此外，所述高镁石灰中含有的CaO和MgO也能够起到脱硫作用，但是脱硫产物为高熔点的硫化钙和硫化镁，这两种物质存在于高镁石灰表面，会抑制高镁石灰颗粒内部的CaO和MgO进一步参与脱硫反应；而配入一定的萤石之后，能够使得硫化钙和硫化镁与之形成低熔点的化合物，从而改善高镁石灰的反应动力学条件，显著提高所述高镁石灰的利用率。此外，本发明提供的铁水脱硫剂中高镁石灰的成本较活性石灰要低得多，因此，还能够降低成本，极具工业应用前景。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供的铁水脱硫剂含有金属镁、高镁石灰和萤石，以所述高镁石灰的总重量为基准，所述高镁石灰中含有40-60重量％的CaO、30-50重量％的MgO、5-10重量％的CaCO₃和5-10重量％的MgCO₃。

根据本发明提供的铁水脱硫剂，尽管所述铁水脱硫剂只要同时含有金属镁、高镁石灰和萤石就具有较好的脱硫效果，但为了使得这三种物质起到更好的协同脱硫作用，优选地，以所述铁水脱硫剂的总重量为基准，所述金属镁的含量为10-20重量％，所述高镁石灰的含量为70-80重量％，所述萤石的含量为5-15重量％；更优选地，以所述铁水脱硫剂的总重量为基准，所述金属镁的含量为10-15重量％，所述高镁石灰的含量为75-80重量％，所述萤石的含量为5-10重量％。

通常来说，所述金属镁的性质活泼，表面极易被氧化，金属镁颗粒放置一段时间以后表面就会被包覆上一层氧化镁层，俗称“表面钝化的金属镁”，并且如上所述，所述金属镁在脱硫过程中会发生爆炸式的反应，因此，从原料易得性的角度出发并为了避免脱硫反应过于剧烈，优选地，所述金属镁以表面钝化的金属镁的形式使用。此外，为了实现更好的脱硫效果，更优选地，以所述表面钝化的金属镁的总重量为基准，所述表面钝化的金属镁中含有至少90重量％的Mg，其余为MgO。

本发明对所述高镁石灰的来源没有特别地限定，例如，可以为白云石经过900-1100℃高温煅烧之后得到的产物。

所述萤石又称为氟石，其主要成分为氟化钙(CaF)，此外还含有少量的Fe₂O₃、SiO₂和微量的Cl、O₃、He等。为了更显著地降低待脱硫铁水中的硫含量，优选地，以所述萤石的总重量为基准，所述萤石中含有至少97重量％的CaF₂，其余为Fe₂O₃。

根据本发明提供的铁水脱硫剂，所述金属镁、高镁石灰和萤石通常以固体颗粒的形式使用。本发明对所述金属镁、高镁石灰和萤石的粒度均没有特别地限定，优选地，所述金属镁、高镁石灰和萤石的粒度相同或不同，并且各自独立地为≤2mm，且至少80重量％的颗粒粒度≤1mm。将所述金属镁、高镁石灰和萤石的粒度控制在上述优选的范围内能够保证它们具有良好的熔化性能，从而进一步提高脱硫效果。

在本发明中，所述粒度是指颗粒上的任意两个不同点之间的最大直线距离。例如，当所述颗粒为球形时，所述粒度指其直径。

本发明提供的铁水脱硫的方法包括将待脱硫铁水与上述铁水脱硫剂进行接触脱硫。

本发明提供的铁水脱硫的方法适合目前所有铁水的脱硫过程，特别适合对含有以下组分的待脱硫铁水的脱硫：以所述待脱硫铁水的总重量为基准，所述待脱硫铁水中含有3.5-4.8重量％的C、0.03-0.15重量％的S、0.1-1重量％的Si、0.1-1重量％的Mn、0.05-0.4重量％的V，其余为Tfe。其中，Tfe是指纯铁。

本发明对所述铁水脱硫剂的用量没有特别地限定，其通常应该根据待脱硫铁水的用量进行选择。例如，相对于1吨的所述待脱硫铁水，所述铁水脱硫剂的用量可以为4-7.5kg，优选为5-7kg。

本发明对所述接触脱硫的条件没有特别地限定，通常包括接触脱硫的温度可以为1250-1390℃。所述接触脱硫的温度通常是指脱硫过程中铁水的温度。此外，所述接触脱硫的时间应该以将所述铁水中的硫含量降至目标水平之内为准，对此本领域技术人员公知，在此不作赘述。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和对比例中：

按照GB11170-1989中硫含量的测定方法进行硫含量的测定。

实施例1

该实施例用于说明本发明提供的铁水脱硫剂以及铁水脱硫的方法。

某厂140t铁水包铁水脱硫。以待脱硫铁水的总重量为基准，所述待脱硫铁水的主要成分为C：4.5重量％、S：0.07重量％、Si：0.3重量％、Mn：0.4重量％、V：0.3重量％，其余为Tfe。所述待脱硫铁水的温度为1300℃。

将表面钝化的金属镁(以所述表面钝化的金属镁的总重量为基准，所述表面钝化的金属镁中含有92重量％的Mg，其余为MgO)、高镁石灰(以所述高镁石灰的总重量为基准，所述高镁石灰中含有CaO：50重量％、MgO：40重量％、CaCO₃：5重量％、MgCO₃：5重量％)和萤石(以所述萤石的总重量为基准，所述萤石中含有97重量％的CaF₂，其余为Fe₂O₃)分别磨成粒度≤1mm的小粒，然后按照表面钝化的金属镁用量为11重量％、高镁石灰用量为80重量％、萤石的用量为9重量％的比例将这三种物质混合均匀，得到铁水脱硫剂S1。

将铁水脱硫剂S1均匀喷吹至温度为1300℃的待脱硫铁水中，铁水脱硫剂S1的用量为5.5kg/t铁水。18分钟后喷吹结束，铁水中的硫含量降至0.012重量％，达到了钢种要求。

实施例2

某厂140t铁水包铁水脱硫。以待脱硫铁水的总重量为基准，所述待脱硫铁水的主要成分为C：4.0重量％、S：0.05重量％、Si：0.35重量％、Mn：0.3重量％、V：0.32重量％，其余为Tfe。所述待脱硫铁水的温度为1320℃。

将表面钝化的金属镁(以所述表面钝化的金属镁的总重量为基准，所述表面钝化的金属镁中含有95重量％的Mg，其余为MgO)、高镁石灰(以所述高镁石灰的总重量为基准，所述高镁石灰中含有CaO：40重量％、MgO：50重量％、CaCO₃：5重量％、MgCO₃：5重量％)和萤石(以所述萤石的总重量为基准，所述萤石中含有97重量％的CaF₂，其余为Fe₂O₃)分别磨成粒度≤1mm的小粒，然后按照表面钝化的金属镁用量为15重量％、高镁石灰用量为75重量％、萤石的用量为10重量％的比例将这三种物质混合均匀，得到铁水脱硫剂S2。

将铁水脱硫剂S2均匀喷吹至温度为1320℃的待脱硫铁水中，铁水脱硫剂S2的用量为6.3kg/t铁水。18分钟后喷吹结束，铁水中的硫含量降至0.008重量％，达到了钢种要求。

实施例3

某厂140t铁水包铁水脱硫。以待脱硫铁水的总重量为基准，所述待脱硫铁水的主要成分为C：4.8重量％、S：0.12重量％、Si：0.25重量％、Mn：0.4重量％、V：0.3重量％，其余为Tfe。所述待脱硫铁水的温度为1280℃。

将表面钝化的金属镁(以所述表面钝化的金属镁的总重量为基准，所述表面钝化的金属镁中含有93重量％的Mg，其余为MgO)、高镁石灰(以所述高镁石灰的总重量为基准，所述高镁石灰中含有CaO：55重量％、MgO：30重量％、CaCO₃：5重量％、MgCO₃：10重量％)和萤石(以所述萤石的总重量为基准，所述萤石中含有98重量％的CaF₂，其余为Fe₂O₃)分别磨成粒度≤1mm的小粒，然后按照表面钝化的金属镁用量为13重量％、高镁石灰用量为80重量％、萤石用量为7重量％的比例将这三种物质混合均匀，得到铁水脱硫剂S3。

将铁水脱硫剂S3均匀喷吹至温度为1280℃的待脱硫铁水中，铁水脱硫剂S3的用量为5.6kg/t铁水。18分钟后喷吹结束，铁水中的硫含量降至0.007重量％，达到了钢种要求。

实施例4

按照实施例1的方法制备铁水脱硫剂并进行铁水脱硫，不同的是，在所述铁水脱硫剂的制备过程中，将表面钝化的金属镁的用量为20重量％、高镁石灰的用量为60重量％、萤石的用量为20重量％的比例将这三种物质混合均匀，得到铁水脱硫剂S4。

将铁水脱硫剂S4均匀喷吹至温度为1300℃的待脱硫铁水中，铁水脱硫剂S4的用量为5.5kg/t铁水。18分钟后喷吹结束，铁水中的硫含量降至0.023重量％，达到了钢种要求。

实施例5

按照实施例1的方法制备铁水脱硫剂并进行铁水脱硫，不同的是，在所述铁水脱硫剂的制备过程中，将表面钝化的金属镁的用量为5重量％、高镁石灰的用量为90重量％、萤石的用量为5重量％的比例将这三种物质混合均匀，得到铁水脱硫剂S5。

将脱硫剂S5均匀喷吹至温度为1300℃的待脱硫铁水中，铁水脱硫剂S5的用量为5.5kg/t铁水。18分钟后喷吹结束，铁水中的硫含量降至0.024重量％，达到了钢种要求。

对比例1

该对比例用于说明参比的铁水脱硫剂和铁水脱硫的方法。

按照实施例5的方法进行铁水脱硫，不同的是，将铁水脱硫剂S5用相同重量份的参比铁水脱硫剂DS1替代，所述参比铁水脱硫剂DS1含有5重量％的表面钝化的金属镁(以所述表面钝化的镁的总重量为基准，所述表面钝化的镁中含有92重量％的Mg，其余为MgO)和95重量％的活性石灰(以所述活性石灰的总重量为基准，所述活性石灰中含有90重量％的CaO和10重量％的CaCO₃)。

将参比铁水脱硫剂DS1均匀喷吹至温度为1300℃的待脱硫铁水中，参比铁水脱硫剂DS1的用量为5.5kg/t铁水。18分钟后喷吹结束，铁水中的硫含量降至0.029重量％，达到了钢种要求。

从以上结果可以看出，本发明提供的铁水脱硫剂具有优异的脱硫效果，能够将铁水中的硫含量降低至较低的水平，极具工业应用前景。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种铁水脱硫剂，其特征在于，所述铁水脱硫剂含有金属镁、高镁石灰和萤石，以所述高镁石灰的总重量为基准，所述高镁石灰中含有40-60重量％的CaO、30-50重量％的MgO、5-10重量％的CaCO₃和5-10重量％的MgCO₃。

2.根据权利要求1所述的铁水脱硫剂，其中，以所述铁水脱硫剂的总重量为基准，所述金属镁的含量为10-20重量％，所述高镁石灰的含量为70-80重量％，所述萤石的含量为5-15重量％。

3.根据权利要求1或2所述的铁水脱硫剂，其中，所述金属镁以表面钝化的金属镁的形式使用，且所述表面钝化的金属镁中含有至少90重量％的Mg，其余为MgO。

4.根据权利要求1或2所述的铁水脱硫剂，其中，所述高镁石灰为白云石经过900-1100℃高温煅烧之后得到的产物。

5.根据权利要求1或2所述的铁水脱硫剂，其中，以所述萤石的总重量为基准，所述萤石中含有至少97重量％的CaF₂，其余为Fe₂O₃。

6.根据权利要求1或2所述的铁水脱硫剂，其中，所述金属镁、高镁石灰和萤石的粒度相同或不同，并且各自独立地为≤2mm，且至少80重量％的颗粒粒度≤1mm。

7.一种铁水脱硫的方法，该方法包括将待脱硫铁水与权利要求1-6中任意一项所述的铁水脱硫剂进行接触脱硫。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，以所述待脱硫铁水的总重量为基准，所述待脱硫铁水中含有3.5-4.8重量％的C、0.03-0.15重量％的S、0.1-1重量％的Si、0.1-1重量％的Mn、0.05-0.4重量％的V，其余为Tfe。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，相对于1吨的所述待脱硫铁水，所述铁水脱硫剂的用量为4-7.5kg。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述接触脱硫的温度为1250-1390℃。