CN111575442A - 一种低熔点高效脱硫剂及其制备和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种低熔点高效脱硫剂及其制备和应用方法，是由下述重量百分比含量的原料制备而成：硼镁铁矿45％‑50％、CaO 30％‑35％、A1₂O₃6％‑10％、Al粉12％‑18％、粘结剂1％～4％。本发明的脱硫剂熔点低，效率高，无污染，且可回收金属。脱硫剂主要以廉价的硼镁铁矿为原料，同时配加金属铝粉及石灰辅料。在真空条件下金属铝还原硼镁铁矿中的镁，镁可以参与脱硫反应。反应产物氧化硼可以显著降低石灰熔点，因此可形成低熔点的脱硫剂。此外金属铝还可以还原硼镁铁矿中的氧化铁，脱硫过程可回收硼镁铁矿中的金属铁，显著降低了脱硫成本。在真空条件下，钢水脱硫效率可达85％以上。

Description

一种低熔点高效脱硫剂及其制备和应用方法

技术领域

本发明涉及炼钢精炼脱硫技术，尤其涉及一种低熔点高效脱硫剂及其制备和应用方法。

背景技术

随着工程技术的发展，对钢的使用性能要求越来越高，通常钢中硫为有害元素，如在熔炼过程中不能将其有效去除，将严重制约钢的使用性能。因此，目前在工业生产及科研钢冶炼过程中，通常在钢水精炼过程添加一定量的脱硫剂将硫去除。

脱硫剂的种类很多，通常采用氧化钙加萤石的方式配制脱硫剂，此外由于铝酸钙具有熔点低、硫容量高、易于保存的特点，因而铝酸钙也作为脱硫剂被广泛应用于炼钢生产。

公开号为CN 101134987A的专利文件《一种无取向硅钢用脱硫剂》，公开的非预熔型脱硫剂适用于RH真空脱硫，成份为(重量百分比％)：CaO：45～58％，A1₂O₃：8～23％，CaF₂：15～30；SiO₂：3～8％；Mg：2～6％；C≤0.015％。脱硫剂中的萤石虽能够降低精炼剂熔点，起到快速成渣的作用，但同时也增强了熔渣对设备工作衬耐火材料的的侵蚀，此外萤石对环境污染较严重，目前已逐步限制脱硫剂中萤石的加入量。上述脱硫剂中金属镁具有很好的脱硫能力，但是镁的饱和蒸气压很高，此种方式加镁，镁将瞬间气化，很难保证脱硫效果。

申请号为200510023269.2的专利文件《超低碳钢用RH真空处理深脱硫预熔渣及其制备方法》公开的RH真空处理深脱硫预熔渣的成份为(重量百分比％)：CaO：48～56％，A1₂O₃：33～43％，MgO：0.2～5.0％，SiO₂：2.5～6.0％，TiO2≤1.9％，碳≤0.05％，其余为杂质。该脱硫剂中没有添加萤石对环境污染较小，但是仅仅依靠单一铝酸钙脱硫，其能力有限，该脱硫剂中并没有金属镁参与脱硫反应。此外单一铝酸钙熔点还是较高，由于RH脱硫时间短，必须要求脱硫剂迅速融化参与脱硫反应。

申请号为200610020000.3的专利文件《真空精炼剂及其制备方法》公开了针对无取向硅钢、取向硅钢等低碳钢生产过程中钢水中夹杂物含量高、钢渣氧化性强、钢渣性能不稳定的特点，制定了真空精炼剂的成份(重量百分比％)为：CaO 32～45％，A1₂O₃：25～36％，A1：15～25％，CaF₂：0～8％，SiO₂：0～8％，全C：0～0.18，其余为杂质。上述专利文件中，低碳预熔物铝酸钙的加入起到了钢水脱硫的作用，金属铝的加入具有钢水脱氧的效果。缺点是其中萤石虽能够降低精炼剂熔点，但是对环境污染较大，将逐步被淘汰；

如上所述的脱硫剂形式还很多，但是这些脱硫剂很难满足快速，无污染深脱硫要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种低熔点高效脱硫剂及其制备和应用方法，该脱硫剂熔点低，效率高，无污染，且可回收金属，反应过程硼镁铁矿中的氧化铁也会被还原为金属铁进入钢液，降低生产成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种低熔点高效脱硫剂，是由下述重量百分比含量的原料制备而成：硼镁铁矿45％-50％、CaO 30％-35％、A1₂O₃ 6％-10％、Al粉12％-18％、粘结剂1％～4％。

由于硼镁铁矿的矿相比较复杂，因此为了化学定量，所述硼镁铁矿的成分按B₂O₃、Fe₂O₃、MgO、SiO₂、A1₂O₃、CaO、MnO的简单相来定量，余量为杂质；具体含量的重量百分比为：B₂O₃ 10％-11％、Fe₂O₃ 34％-35％、MgO 38％-39％、SiO₂ 8％-9％、A1₂O₃ 2％-3％、CaO3％-4％、MnO 0.5％-0.7％；杂质中S含量小于0.1％。

所述硼镁铁矿的粒度小于1mm。

所述CaO、A1₂O₃和Al粉的粒度均小于1mm。

所述粘结剂为羧甲基纤维素。

一种低熔点高效脱硫剂的制备方法，具体方法如下：

1)将上述重量百分比的粉末原料与粘结剂在混料机中进行机械混合，混合时间2-4小时；

2)采用对辊压力机压制成球团产品，对辊压力机的压力≥500Kg/cm²，产品粒径为5-30mm；

4)对压制好的产品烘干，烘干温度为130℃～160℃，使有机成分快速挥发，同时排出微量水分，包装待用。

一种低熔点高效脱硫剂的应用方法，具体方法如下：

采用具有真空能力的冶炼装备进行冶炼，如真空感应炉，RH精炼炉等，首先对钢液预脱氧和合金化后，当真空度达到100Pa以下时加入脱硫剂，对钢液进行脱硫处理，脱硫剂加入量为5-10kg/吨钢；

加入脱硫剂前，首先要对钢液进行脱氧处理，将氧含量控制在0.0005％以下，然后根据钢种需要，加入不易烧损的合金元素进行合金化，易烧损氧化的合金元素在脱硫任务完成后进行第二次合金化时加入；

脱硫阶段所需的时间为10-30分钟，脱硫任务完成后，即可出钢浇铸等后续工作。

本发明的脱硫剂加入钢中主要发生如下反应：

7(3MgO·B₂O₃)+12CaO+14Al＝21Mg(g)+12CaO·7Al₂O₃+7B₂O₃ (1)

2Al+Fe₂O₃＝Al₂O₃+2Fe (2)

反应式(1)中金属铝将硼镁铁矿中的复相3MgO·B₂O₃还原为金属镁和铝酸钙和氧化硼3项，其中金属镁和铝酸钙均为强脱硫剂，可参与脱硫反应，而氧化硼可降低过量CaO的熔点，低熔点CaO复相同样是强脱硫剂，可见经过上述反应的生成产物均有助于对钢液深脱硫。式中反应物种的CaO可降低反应温度，有助于反应顺利进行。上述反应均需在真空度达到100Pa以下时才能顺利反应，否则在常压条件下反应温度需达到2062K才能反应，而100Pa条件下反应温度只需达到1773K，钢液温度通常为1873K，可见在通常的钢液温度下该反应可以顺利进行，但必须保证真空度达到100Pa以下。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一种低熔点高效脱硫剂及其制备和应用方法，该脱硫剂熔点低(1100℃-1200℃)，效率高，无污染，且可回收金属，反应过程硼镁铁矿中的氧化铁也会被还原为金属铁进入钢液，降低生产成本。脱硫剂主要以廉价的硼镁铁矿为原料，同时配加金属铝粉及石灰等辅料。使用过程中，在真空条件下金属铝还原硼镁铁矿中的镁，镁可以参与脱硫反应。反应产物氧化硼可以显著降低石灰熔点，因此可形成低熔点的脱硫剂。此外金属铝还可以还原硼镁铁矿中的氧化铁，脱硫过程可回收硼镁铁矿中的金属铁，显著降低了脱硫成本。在真空条件下，钢水脱硫效率可达85％以上。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。

按下述方法进行选材，共配制出5组实施例的脱硫剂：

1)选用粒度小于1mm，S含量小于0.1％的硼镁铁矿粉，按B₂O₃、Fe₂O₃、MgO、SiO₂、A1₂O₃、CaO、MnO的简单相来定量，余量为杂质；具体含量的重量百分比为：B₂O₃ 10％-11％、Fe₂O₃ 34％-35％、MgO 38％-39％、SiO₂ 8％-9％、A1₂O₃ 2％-3％、CaO 3％-4％、MnO 0.5％-0.7％。

2)选用优质CaO粉和优质A1₂O₃粉和铝粉，原料纯度均达到98％以上，粒度均小于1mm。

3)将上述粉末原料与粘结剂混合，并在混料机中机械混合均匀，混合时间为2小时以上，保证充分混匀，混合时间不超过4小时，避免人力及物力消耗。粘结剂为羧甲基纤维素。

4)采用对辊压球机压制成球团产品，对辊压球机的压力≥500Kg/cm²，产品粒径为5-30mm。

5)对压制好的球团烘干、包装、待用。烘干温度在130～160℃之间，使有机成分快速挥发，同时排出微量水分。包装时注意密封，保存时注意防潮。

配制的5组脱硫剂实施例原料比例见表1：

表1：实施例原料重量百分比含量(％)

脱硫剂原料	硼镁铁矿	CaO	A1<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	铝粉	粘结剂
						实施例1	46	32	6	13	3
实施例2	48	30	7	14	1
						实施例3	45	33	8	11	3
实施例4	47	32	6	13	2
						实施例5	49	31	7	12	1

将上述脱硫剂用于真空炉冶炼过程，首先对钢液预脱氧和合金化后，当真空度达到100Pa以下时加入脱硫剂，对钢液进行脱硫处理，脱硫剂加入量5-10kg/吨钢。加入脱硫剂前，首先要对钢液进行脱氧处理，将氧含量控制在0.0005％以下，然后根据钢种需要，加入不易烧损的合金元素进行合金化，易烧损氧化的合金元素在脱硫任务完成后进行第二次合金化时加入，脱硫阶段所需的时间为10-30分钟，实施例脱硫参数及脱硫结果见表2。

表2：实施例脱硫结果

本发明的基本思想在于选用廉价的硼镁铁矿为主要原料，同时配加金属铝粉、石灰、氧化铝为辅料参与反应。钢液加入脱硫剂后会发生一系列复杂反应，生成的金属镁有极强脱硫能力；配加石灰一方面辅助还原反应顺利进行，一方面可与氧化铝反应生成低熔点铝酸钙；反应生成的氧化硼又有助于降低石灰熔点，形成低熔点相。反应过程硼镁铁矿中的氧化铁也会被还原为金属铁进入钢液，降低生产成本。

Claims (7)

1.一种低熔点高效脱硫剂，其特征在于，是由下述重量百分比含量的原料制备而成：硼镁铁矿45％-50％、CaO 30％-35％、A1₂O₃ 6％-10％、Al粉12％-18％、粘结剂1％～4％。

2.根据权利要求1所述的一种低熔点高效脱硫剂，其特征在于：所述硼镁铁矿的成分按B₂O₃、Fe₂O₃、MgO、SiO₂、A1₂O₃、CaO、MnO的简单相来定量，余量为杂质；具体含量的重量百分比为：B₂O₃ 10％-11％、Fe₂O₃ 34％-35％、MgO 38％-39％、SiO₂ 8％-9％、A1₂O₃ 2％-3％、CaO3％-4％、MnO 0.5％-0.7％；杂质中S含量小于0.1％。

3.根据权利要求1或2所述的一种低熔点高效脱硫剂，其特征在于，所述硼镁铁矿的粒度小于1mm。

4.根据权利要求1所述的一种低熔点高效脱硫剂，其特征在于，所述CaO、A1₂O₃和Al粉的粒度均小于1mm。

5.根据权利要求1所述的一种低熔点高效脱硫剂，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素。

6.一种如权利要求1-5其中任意一项所述的低熔点高效脱硫剂的制备方法，其特征在于，具体方法如下：

1)将上述重量百分比的粉末原料与粘结剂在混料机中进行机械混合，混合时间2-4小时；

2)采用对辊压力机压制成球团产品，对辊压力机的压力≥500Kg/cm²，产品粒径为5-30mm；

4)对压制好的产品烘干，烘干温度为130℃～160℃。

7.一种如权利要求1-5其中任意一项所述的低熔点高效脱硫剂的应用方法，其特征在于，具体方法如下：

采用具有真空能力的冶炼装备进行冶炼，首先对钢液预脱氧和合金化后，当真空度达到100Pa以下时加入脱硫剂，对钢液进行脱硫处理，脱硫剂加入量为5-10kg/吨钢；

加入脱硫剂前，首先要对钢液进行脱氧处理，将氧含量控制在0.0005％以下，然后根据钢种需要，加入不易烧损的合金元素进行合金化，易烧损氧化的合金元素在脱硫任务完成后进行第二次合金化时加入；

脱硫阶段所需的时间为10-30分钟。