CN112481448B - 一种钒钛铁水脱硫剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钒钛铁水脱硫剂，所述脱硫剂包括如下质量份数的成分：石灰粉70‑80份、电石粉1‑10份、萤石粉5‑15份、金属镁1‑6份、苏打灰1‑5份、多孔二氧化硅10‑20份，所述多孔二氧化硅为球状颗粒，平均粒径为1‑2mm。本发明还公开了一种钒钛铁水脱硫剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将石灰粉和电石粉烘干至含水量＜1％；(2)将脱硫剂各组分按照质量配比进行配料、搅拌混匀，即制备得到脱硫剂。本发明提供的脱硫剂脱硫效率可达94.1％，且形成的废渣形态均一，便于扒渣机进行扒渣。

Description

一种钒钛铁水脱硫剂及其制备方法

技术领域

本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及铁水预处理过程中的铁水脱硫剂及其制备方法。

背景技术

由于社会发展和经济建设的需要，用户对钢材质量的要求越来越高，钢材需具有高强度、良好的低温韧性和冷成型性能及焊接性能，为达到这一目的，降低钢中硫含量是提高钢材综合性能的有效途径。因此，对铁水进行预处理是钢铁生产的一道重要工序。其中，铁水预预脱硫技术是指在铁水作为炼钢原料的流程中，预先对铁水进行脱硫处理，去除铁水中有害元素硫，以提高入炉铁水质量，提高钢水洁净度，实现少渣冶炼的目的。

目前，常用的铁水预脱硫方法以喷吹法为主，即以喷枪为管道向铁水中喷吹脱硫粉剂，利用搅拌的动力学条件达到脱去铁水硫含量的目的，然后进行扒渣或捞渣，处理后的铁水硫含量可以降到0.005％以下。在铁水预脱硫技术中，脱硫剂是脱硫效果的关键。常用的脱硫剂主要有以下几种：1)石灰粉脱硫剂；2)镁基脱硫剂；3)苏打粉脱硫剂；4)电石粉脱硫剂；5)石灰+苏打。

专利文献201110168633.X公开了一种铁水脱硫剂，所述脱硫剂组成为CaO 55-70％、Al₂O₃ 5-20％、SiO₂ 2-4％、MgO 2-15％、CaF₂ 2-10％。所述铁水脱硫剂以N₂作为载粉气体，经脱硫和扒渣处理后的铁水硫含量可降低到0.006％以下。

专利文献201210174826.0公开了一种钒钛铁水脱硫剂，所述脱硫剂组成为CaO62-69％、CaC₂ 2-9％、CaF₂ 1-3.5％、C 1.5-3.5％、Mg 5.5-9.5％、Na₂CO₃1.0-3.0％，其余为不可避免的杂质。脱硫方法采用喷吹法，所述脱硫剂可以保证在铁水温度较低时仍然有较高的脱硫率，脱硫渣容易扒渣。

专利文献201710475520.1公开了一种用于铁水脱硫或半钢脱硫的复合脱硫剂，所述复合脱硫剂为至少含有CaO、Mg、Na₂O、CaC₂、Al、Al₂O₃以及SiO₂的粉类混合物。所述脱硫剂是一种既能满足铁水脱硫，又能满足半钢脱硫的脱硫剂。

上述现有技术均来自于我国大型钢铁生产企业，即代表了我国对铁水脱硫剂的研究及使用情况。但是，本发明的发明人在长期一线工作过程中发现，无论使用哪种脱硫剂，基本的使用方法是采用氮气作载气通过喷枪插入铁水底部将脱硫剂喷出，而脱硫剂呈粉末状，自重又较轻，在铁水中上浮速度快，还没完全反应就上浮至铁水表面，造成脱硫剂浪费。另外，脱硫剂与铁水中的硫反应后会在脱硫剂表面结壳，使其内部尚未反应就上浮至渣中，也是对脱硫剂的浪费。除此以外，与普通铁水相比，钒钛铁水的温度明显较低。通常情况下，高炉铁水的温度越低，硫含量越高，原因是温度是影响脱硫动力的关键因素，脱硫反应是吸热反应，温度越高对脱硫越有利，温度越低，脱硫反应越不容易进行。因此，较低温的钒钛铁水脱硫处理难度较大。

综合上述行业现状，发明人认为，想要提高脱硫剂利用率，减少脱硫剂浪费，尽量降低钒钛铁水的低温对脱硫造成的不良影响，最需要改良的点在于增大脱硫剂与铁水的接触面积，即使在快速上浮较短时间内也能实现较高脱硫率。所以，为改变现有技术的缺点和不足，本发明提供一种钒钛铁水脱硫剂，所述脱硫剂与铁水接触面积增大，而且即使脱硫剂上浮至与铁水的交界面，还能继续进行脱硫反应，增加脱硫剂的脱硫效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种钒钛铁水脱硫剂，所述脱硫剂在温度相对较低(1200-1300℃)的钒钛铁水中依然实现较好脱硫率，此外，所述脱硫剂与铁水接触面积大，即使上浮至铁水界面也可继续脱硫。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

第一方面，本发明提供一种钒钛铁水脱硫剂，所述脱硫剂包括如下质量份数的成分：石灰粉70-80份、电石粉1-10份、萤石粉5-15份、金属镁1-6份、苏打灰1-5份、多孔二氧化硅10-20份，所述多孔二氧化硅为球状颗粒，平均粒径为1-2mm。

优选的，所述脱硫剂包括如下质量份数的成分：石灰粉70-80份、电石粉5-10份、萤石粉10-15份、金属镁1-3份、苏打灰4-5份、多孔二氧化硅10-20份。

在本发明的最优选实施方式中，所述脱硫剂由以下质量份数的成分组成：石灰粉80份、电石粉10份、萤石粉10份、金属镁3份、苏打灰5份、多孔二氧化硅15份。

优选的，本发明使用的石灰粉粒径在0.5-1.5mm范围内的部分占总质量的80-85％。

本发明所述的石灰粉主要成分为CaO，CaO含量大于85％，石灰粉中硫含量小于0.1％。由于石灰粉具有较强的吸水性，因此，在使用前需要对石灰粉进行烘干操作。

本发明所述的电石粉主要成分为CaC₂，CaC₂含量大于75％，虽然电石容易与水发生化学反应，引发安全事故，但是，电石粉依然是目前本领域常用的脱硫剂之一，本发明严格控制电石粉运输过程中的防水要求，在使用前进行烘干操作。

本发明所述的萤石粉主要成分为CaF₂，CaF₂含量大于70％，萤石粉中硫含量小于0.5％。萤石粉本身不起脱硫作用，但因其熔点低，可起化渣作用。

金属镁(Mg)是性能最强的脱硫剂之一，用量少，脱硫后形成的废渣量少，因此铁损较少。

苏打灰的有效成分是Na₂CO₃，是一种脱硫反应促进剂，Na₂CO₃分解产生CO₂，CO₂气体可增加对铁水的搅拌效果，使脱硫反应更完全。本发明控制适量加入苏打灰，产生的CO₂气体推动脱硫剂在铁水中移动，更有利于石灰粉、电石粉等颗粒聚集在多孔二氧化硅表面。

本发明使用的多孔二氧化硅是脱硫剂中重要组成成分，实质上，多孔二氧化硅对脱硫效果并不会产生较大影响，但所述多孔二氧化硅是平均粒径在1-2mm之间的球状颗粒，掺杂在脱硫剂中起到较好的助流作用。此外，多孔二氧化硅具有良好的吸附性能，在铁水中脱硫剂上浮过程中吸附石灰粉、电石粉、萤石粉等，随着吸附颗粒体积变大，上浮速度会减慢，增加脱硫剂中各组分的脱硫时间，即使对于钒钛铁水这种温度相对较低的铁水，依然能实现理想的脱硫效果。另外，发明人预料不到的发现，控制多孔二氧化硅加入量后，最终在铁水表面的废渣体积较大，形状统一，非常有利于扒渣机对铁水进行扒渣。

第二方面，本发明提供一种钒钛铁水脱硫剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将石灰粉和电石粉烘干至含水量＜1％；

(2)将脱硫剂各组分按照质量配比进行配料、搅拌混匀，即制备得到脱硫剂。

第三方面，本发明提供一种钒钛铁水脱硫方法，以惰性气体作为载粉气体，使用所述钒钛铁水脱硫剂进行脱硫。

优选的，所述惰性气体选自氮气或氩气。

在本发明的优选实施方式中，所述脱硫方法包括：

(1)以氮气作为载粉气体，将所述钒钛铁水脱硫剂通过喷枪喷入铁水罐内，喷枪距离罐底高度为25-30cm，喷吹压力为0.5-1Mpa，喷吹强度为30-50kg/min；

(2)脱硫结束后使用扒渣机对铁水进行扒渣。

步骤(1)中铁水脱硫剂的加入量根据铁水初始硫含量确定，优选的，本发明所述的钒钛铁水脱硫剂单位消耗量为2-6kg/吨铁水。具体的，铁水硫含量＜0.05％时，脱硫剂单位消耗量为2-2.5kg/吨铁水；铁水硫含量0.05-0.06％，脱硫剂单位消耗量为2.5-3kg/吨铁水；铁水硫含量0.06-0.07％，脱硫剂单位消耗量为3-4kg/吨铁水；铁水硫含量0.07-0.08％，脱硫剂单位消耗量为4-5kg/吨铁水；铁水硫含量＞0.08％，脱硫剂单位消耗量为5-6kg/吨铁水。

本发明的优势在于：(1)在脱硫剂中加入粒径为1-2mm的多孔二氧化硅，其具有良好的吸附性能，会吸附上浮中的石灰粉等，减慢脱硫剂的上浮速度，增加脱硫剂的脱硫时间，提高脱硫剂的脱硫率；(2)多孔二氧化硅将石灰粉和电石粉等吸附至表面，增大颗粒粒径，使最终形成的废渣体积大、形态均一，便于扒渣机进行扒渣；(3)多孔二氧化硅为球形颗粒，有助于增加脱硫剂的流动性；(4)本发明在脱硫剂中加入Na₂CO₃，其产生的CO₂气体可增加对铁水的搅拌效果，而且推动脱硫剂在铁水中移动，有利于石灰粉、电石粉等颗粒聚集在多孔二氧化硅表面。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所有实施例在配料之前均对石灰粉和电石粉进行充分烘干。

钒钛铁水脱硫剂的制备

实施例1

石灰粉70份、电石粉1份、萤石粉5份、金属镁1份、苏打灰1份、多孔二氧化硅10份混合均匀，包装即得脱硫剂。

实施例2

石灰粉70份、电石粉5份、萤石粉10份、金属镁3份、苏打灰4份、多孔二氧化硅10份混合均匀，包装即得脱硫剂。

实施例3

石灰粉80份、电石粉10份、萤石粉10份、金属镁3份、苏打灰5份、多孔二氧化硅10份混合均匀，包装即得脱硫剂。

实施例4

石灰粉80份、电石粉10份、萤石粉10份、金属镁3份、苏打灰5份、多孔二氧化硅15份混合均匀，包装即得脱硫剂。

实施例5

石灰粉80份、电石粉10份、萤石粉10份、金属镁3份、苏打灰5份、多孔二氧化硅20份混合均匀，包装即得脱硫剂。

对比实施例1

制备原料与制备方法同实施例4，区别仅在于脱硫剂组分中不包括苏打灰5份。

对比实施例2

制备原料与制备方法同实施例4，区别仅在于脱硫剂组分中不包括多孔二氧化硅15份。

对比实施例3

制备原料与制备方法同实施例4，区别仅在于将脱硫剂组分中的多孔二氧化硅15份替换成普通二氧化硅粉末15份。

应用例

以本发明实施例1-5制备的钒钛铁水脱硫剂为实验对象，以氮气作为载粉气体，将各钒钛铁水脱硫剂分别通过喷枪喷入铁水罐内对钒钛铁水进行脱硫处理，喷枪距离罐底高度为30cm，助吹流量为20Nm³/h，喷吹压力为0.5Mpa，喷吹强度为50kg/min。由于本企业生产的钒钛铁水硫含量一般为0.06％左右，因此脱硫剂加入量为3kg/吨铁水，记录脱硫前后铁水的硫含量，计算脱硫率。脱硫结束后使用扒渣机对铁水进行扒渣，记录各组的扒渣时间和扒渣率。实验结果如下表所示。

表1钒钛铁水脱硫剂的应用效果

组别	脱硫后铁水硫含量	脱硫率	扒渣时间	扒渣率
					实施例1	0.010％	90.2％	20min	92％
实施例2	0.008％	91.0％	18min	93％
					实施例3	0.005％	93.6％	14min	94％
实施例4	0.005％	94.1％	12min	96％
					实施例5	0.006％	93.9％	14min	93％
对比例1	0.010％	88.8％	19min	90％
					对比例2	0.007％	85.7％	23min	85％
对比例3	0.009％	86.2％	26min	82％

从上表统计的脱硫剂脱硫率数据可以看出，本发明制备的钒钛铁水脱硫剂的脱硫效率均在90％以上，最佳可达94.1％(实施例4)。实施例1与实施例2之所以脱硫效率较低的原因是主要脱硫成分石灰粉和电石粉含量较少，导致所述脱硫剂的脱硫效率较低。当实施例3-5中石灰粉含量为80份、电石粉含量为10份时，脱硫效率达到93.6-94.1％。对比例1是不含苏打粉的脱硫剂，其脱硫率仅为88％左右，说明苏打粉对脱硫起正向推动作用。对比例2-3分别是不含多孔二氧化硅，或者多孔二氧化硅被普通二氧化硅替代的脱硫剂，从脱硫效果可以看出，对比例2-3的脱硫效果都有显著下降。这是因为没有多孔二氧化硅的脱硫剂在进行脱硫过程中，各组分会很快浮至铁水表面，从而终止脱硫，此时脱硫剂可能并没有被完全利用，造成脱硫剂浪费。将多孔二氧化硅替换为普通二氧化硅后脱硫效果也不会发生改善，说明多孔二氧化硅具有增加脱硫效果的实质就在于其多孔具有吸附的特性上。

相比较对脱硫效果的影响，二氧化硅的形态对铁水废渣的形态影响更为显著。本发明的发明人在实际工作中预料不到的发现，添加了多孔二氧化硅的脱硫剂废渣的形态比较均一，而且体积更大，这为扒渣机的扒渣工作带来便利，不仅扒渣时间缩短，扒渣率也有所提高。从上表实施例3-5的数据结果可以发现，多孔二氧化硅的添加量也不是越多越好，其中扒渣效果最好的是实施例4，当多孔二氧化硅的添加量变更多时(如实施例5)扒渣率反而下降。技术人员分析原因认为，多孔二氧化硅具有较强的吸附作用，能吸附其他组分，使废渣体积变大，但加入过量使吸附不饱和，反而起不到最佳吸附使颗粒体积增大的效果。比较对比实施例3的数据，显然普通二氧化硅没有上述作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种钒钛铁水脱硫方法，其特征在于，所述脱硫方法包括：

(1)以氮气作为载粉气体，将钒钛铁水脱硫剂通过喷枪喷入铁水罐内，喷枪距离罐底高度为25-30cm，喷吹压力为0.5-1Mpa，喷吹强度为30-50kg/min；

(2)脱硫结束后使用扒渣机对铁水进行扒渣；

所述钒钛铁水脱硫剂单位消耗量为2-6kg/吨铁水；

所述钒钛铁水脱硫剂由以下质量份数的成分组成：石灰粉80份、电石粉10份、萤石粉10份、金属镁3份、苏打灰5份、多孔二氧化硅15份，所述多孔二氧化硅为球状颗粒，平均粒径为1-2mm，所述石灰粉粒径在0.5-1.5mm范围内的部分占总质量的80-85％；

所述钒钛铁水脱硫剂的制备方法包括如下步骤：

(1)将石灰粉和电石粉烘干至含水量＜1％；

(2)将脱硫剂各组分按照质量配比进行配料、搅拌混匀，即制备得到脱硫剂。