CN1664127A

CN1664127A - 一种铁水脱磷、脱硫的方法

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Publication number: CN1664127A
Application number: CN 200510046088
Authority: CN
Inventors: 刘东业; 波尔沙科夫В.И.; 维尔贡A.C.; 舍甫钦柯A.ф.; 德沃斯金B.B.; 普里赫乞柯B.B.; 奥斯塔宾柯A.B.; 亚历山大罗夫B.A.; 巴什马科夫A.M.; 舍甫钦柯B.H.; 巴兰尼克и.A.
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2005-09-07

Abstract

本发明公开了一种铁水脱磷、脱硫方法，它可达到降低熔剂耗量的技术效果，减少了对环境的污染。它是将熔剂以钠盐熔合物的形态加到铁水中的。所述的含钠盐熔剂为碳酸钠、硫酸钠，熔剂中还含有氯化钠、苛性碱等物质。熔剂各组份的熔合是在将其加到铁水之前完成的。熔剂中碳酸钠与硫酸钠的比例在1∶4～4∶1范围内变化。熔剂中碳酸钠的含量可在20％～80％的范围内变化，而硫酸钠则相应在80％～20％范围内变化。为进行脱磷和脱硫，先向铁水表面投放碳酸钠与硫酸钠的熔合块，剩余量的熔剂以接近于球状的形态用潜入式喷枪喷吹入铁水之中。本发明降低了炉外处理铁水(脱磷和脱硫)的费用，降低脱硫和脱磷的成本。同时，还保证了较高的脱磷和脱硫率。

Description

一种铁水脱磷、脱硫的方法

技术领域：

本发明涉及黑色冶金技术领域，尤其是炉外处理铁水的一种铁水脱磷、脱硫方法，主要应用在炼钢中铁水的炉外脱磷和脱硫。

背景技术：

硫和磷对大多数钢种来讲是起有害作用的。钢水中硫含量的减少有助于提高钢的抗层状断裂，磷可降低钢的冲击韧性，尤其是低温冲击韧性，磷的枝晶偏析使板材产生带状组织，造成钢板各向异性。因而，降低钢铁中硫和磷的含量对于提高钢的产品质量，扩大产品品种具有十分重要的意义。

炉外处理铁水是采用专门的反应剂(熔剂)在铁水熔池中实施的。已往的铁水脱磷、脱硫方法，是采用含碳酸钠熔剂处理铁水熔体，把碳酸钠与含氧物料(轧钢皮等)的混合物作反应剂[1、熔融铁水脱磷。(HиппонKоканк.к)申请号57-98617，MПK C21 C1/02，日本，申请日1980.12.11]。该法的缺点是处理成本高，因为采用了纯碱碳酸钠物料，而在处理过程中尘态细粒级又被气相带走造成反应剂耗量高。此外，在处理过程中铁水温降大(可达100℃)，这是由于氧化剂(熔剂)中含有大量惰性铁。以上缺点导致以后炼钢的铁耗增加，因而提高了成品钢的成本。

与本发明更为接近的可作为对比对象的类似方法是，在熔剂中采用等额的碳酸钠和硫酸钠粉末加以混合。[2、Inoue R.，Suito，H.″Dephosphorization ofMolten Iron by Sodium Carbonate and Sodium Sulphate″‖″ResearchArticle″Transactions ISIJ，1981，V01.21，№8，P.545-553]。这种方法在熔剂耗量为铁水重量的90％时可达到98％的脱磷率。

这种方法的主要缺点是，由于反应剂(熔剂)价格高和耗量大而使铁水炉外处理的成本过高。在该法的框架内不可能降低熔剂的耗量，因为采用了碳酸钠和硫酸钠的粉末，在将其加到铁水表面时受热离解而大量挥发，同时，大量粉末又被从反应区来的气流带走，因此损失量很大。此外，熔剂粉末被气流大量带走还会对环境造成不利影响。

发明内容：

本发明的目的是：提供一种铁水脱磷、脱硫的方法，利用碳酸钠和硫酸钠进行熔合制成熔剂，特别是利用较为便宜的物料——含碳酸钠和硫酸钠的工业废料进行熔合制成熔剂，以此降低炉外处理铁水(脱磷和脱硫)的费用，降低脱硫和脱磷的成本。同时，还要保证较高的脱磷和脱硫率。

本发明的技术方案是：进行铁水炉外处理时采用的含钠盐(硫酸钠和碳酸钠)熔剂是以熔合态物料形式加到铁水中的。

为提高本发明的应用效果，熔剂中碳酸钠与硫酸钠的比例在1∶4～4∶1的范围内。

为提高本发明的应用效果，有一部分熔剂是借助潜入式喷枪喷吹送入铁水熔体中的。

为提高本发明的应用效果，熔剂各组份可在加入到铁水之前直接熔合。

当熔剂与熔融态铁水接触时，熔剂发生熔化，部分被分解，熔剂各组份与铁水中的杂质发生反应。硫酸钠是高效氧化剂，它把铁水中所含的磷，氧化为五氧化二磷(P₂O₅)。但这种化合物是不稳定的，其中磷很容易被铁水中的碳还原回去。为防止这种情况发生，使熔剂中含有碳酸钠，它是一种很强的熔剂生成剂，可把P₂O₅化合成稳定的磷酸钠Na₃PO₄络合物而进入渣中。此外，碳酸钠(Na₂CO₃)还与铁水中的硫化合，生成稳定的硫化钠。

我们在本发明中作为熔剂推荐的这种物料(灰份)，在铁水处理中的行为与粉末状碳酸钠的机械混合物也有所不同。这种物料也同样转入到渣中。

众所周知，化合物或混合物各组份的挥发速度，是取决于这些组份的活性的。组份活性降低，其挥发速度也下降。机械混合物各组份的活性若为1，熔合物各组份的活性值则小于1。因此，熔合态含钠盐的挥发损失量要小，利用率要高，这就意味着这种熔剂的单耗要低。

利用熔合钠盐熔剂处理铁水，处理过程中被气流带入大气的物料量较少，这也有助于减少对环境的污染。

本发明的优点是：

采用本发明的方法，可以达到降低熔剂耗量的技术效果，这是因为采用的是碳酸钠和硫酸钠的熔合态物料(即微密物料，比如块状和颗粒状)，从而限制了熔剂组份的热解挥发和被气流带走。挥发产物和被烟气带走的粉状物减少，也减少了对环境的污染。

把采用本方法得出的结果与“对比对象”方法所阐述的结果加以比较评价，可以确定本方法的效率要高。

附图说明

图1为根据Na₂CO₃+Na₂SO₄混合物处理铁水试验结果计算的β_S和β_P表。

图2为用含硫酸钠和碳酸钠的炼钢熔剂处理铁水的试验结果表。

具体实施方式：

为此，曾采用实验室电阻炉，并利用在对比对象[2]中所描述的方法，对反应剂(熔剂)的精炼能力进行了热模型试验研究。处理的金属量为300克.加入的熔剂量为28克。熔剂中碳酸钠含量与硫酸钠含量之比在4.7∶1到1∶5.02的范围内变化。对处理后铁水中硫和磷含量的变化，按照对处理前和处理后提取的铁样进行化学分析的结果加以判定。对熔剂的利用效率，则按每脱掉一个单位的杂质所用的反应剂的重量单耗值(指标β，kg/kg)来判定。

为便于比较，把对比对象中所描述的试验都进行了β指标值计算(见附图1)。

根据试验结果得出的β_S和β_P的值，可以定量评价脱硫和脱磷过程的效率(通过计算脱掉1公斤杂质所用的熔剂量，kg/kg)，同时也是与本发明工艺的效率指标进行对比的依据。

我们推荐的方法所具有的优势(β_S和β_P指标最低)用附图2的结果说明(300克被处理的铁水)。熔合态熔剂中碳酸钠和硫酸钠组份的比值在1∶4～4∶1范围内时，(试验号№2～5)，熔剂的利用效率最高，亦即其除硫、除磷的单耗最低(除硫β_S＝18.97～21.63kg/kg；除磷β_P＝4.3～4.42kg/kg)。若用碳酸钠和硫酸钠的混合粉末处理铁水(附图1)，脱硫和脱磷的单耗(β_S和β_P)要高些，分别为β_S＝21.63～23.85kg/kg和β_P＝4.7～4.77kg/kg，这说明，在这种情况下由于挥发率高而使其利用率较低。

当熔合态熔剂中碳酸钠与硫酸钠的比值为4.7∶1.0时(试验№1)，除磷的熔剂单耗β_P较高(4.9kg/kg)，这说明，用以对磷进行氧化的硫酸钠不足(这时脱硫率足够高)。

当熔合态熔剂中碳酸钠与硫酸钠之比为1∶4.5和1∶5.02时，脱磷过程效率满高(β_P＝4.4～4.44kg/kg)，而脱硫过程却遇到困难，β_S指标(＝26～32kg/kg)高就证明了这一点。

熔合态物料在与铁水接触时挥发率较低，被反应区气流带走的量也较少，因此才达到了使大部分熔剂参与了处理过程和熔剂耗量下降的效果。

熔合态熔剂中上述的组份比例，保证了处理过程中脱磷过程与脱硫过程之间最佳的相关关系，这是由于所形成的精炼渣既具有足够高的氧化能力，又具有足够高的硫容和磷容。

把一部分熔剂加到铁水表面，而另一部分则借助潜入式喷枪吹到铁水熔体之中，这样便保证了很高的处理效率，因为处于铁水表面的保护渣吸收了从喷吹反应区带出来的熔剂颗粒，从而提高了熔剂的利用率。

熔剂各组份若在将其加到铁水的过程中直接熔合，可在铁水的杂质与熔剂组份相互反应前得到所需的物料。这时则没有必要进行破碎。

本发明中钠盐的比例是硫磷相互作用反应中起积极作用的那些组份的比例(或其浓度)，除它们之外，制剂内还可有其他物质(NaCl、NaOH)，主要物质(Na₂CO₃与NaSO₄)的浓度与比例还要取决于它们的含量。在此情况下，Na₂CO₃/Na₂SO₄的比例可为常数，而其此时浓度则可随制剂中NaOH和NaCl的浓度而变化。

例如：有如下成分的两种熔剂：

熔剂	在熔剂中的含量，％				Na₂CO₃Na₂SO₄
	在熔剂中的含量，％					Na₂CO₃	Na₂SO₄	NaCl	NaOH
	a	61.8	30.9	6.0		Na₂CO₃	Na₂SO₄	NaCl	NaOH	1.3	2∶1
b	a	61.8	30.9	6.0	64.2	32.1	3.5	0.2	2∶1	1.3	2∶1

在被比较的两种熔剂中，Na₂CO₃/Na₂SO₄的比例是一样的(2∶1)，但由于混合物的浓度不同，被比较熔剂内同一些物质的浓度就不一样了。

实施本发明所用的设备包括倒铁和铁水脱磷、脱硫时将块状物料送入铁水包的输送系统，还有包括计量罐和带气力管路的喷枪在内的粉状物料与氧气的喷吹设备。这些设备都是冶金技术中常用的设备。

鉴于用含钠盐熔剂为铁水脱硫和脱磷的过程，只有在铁水中硅含量在0.1％及以下时才能有效进行，因此炼钢用铁水在脱磷脱硫之前要预脱硅。为此，在向铁水包内灌注75t炼钢用铁水(含Si0.5％，Mn0.1％，S0.050％，P0.220％)时，向(铁)水流中按15kg/t(铁水)的耗量投放碳酸钠和硫酸钠的熔合块。在灌包的三分钟时间内，熔剂迅速熔化，铁水中所含的硅便与熔剂所含的氧发生有效反应，使铁水中硅含量降至0.11％以下。脱硅过程中形成的渣要从铁水表面扒除，然后把铁水包送去脱磷和脱硫。为进行脱磷和脱硫，从计量给料仓向铁水表面投放340公斤(是需投量的50％)碳酸钠与硫酸钠的熔合块，以求在铁水表面形成具有精炼能力的保护渣。剩余量的熔剂(340公斤)以接近于球状的形态(直径1～3mm)用潜入式喷枪在16分钟内喷吹入铁水之中，喷吹强度为22kg/min。这样处理后得到的铁水含P0.01％，S0.005％，同时β指标达到了β_S＝20.2kg/kg，β_P＝4.33kg/kg。

如此，采用本发明铁水脱磷脱硫的方法，可以解决降低铁水炉外处理费用的问题，同时可取得降低熔剂耗量和减少有害物排放的双重技术效果。

本发明方法中的溶剂是采用旋涡式燃烧炉把在己内酰胺和己二酸生产中产生的废料在碳氢气氛中加以焚烧得到的灰份作为反应剂(熔剂)。其组成为：

碳酸钠(Na₂CO₃) 18.5～74％；

硫酸钠(Na₂SO₄) 74～1.85％；

氯化钠(NaCl) 5～6％；

苛性碱(NaOH) 1.5％以下。

焚烧温度应达到熔溶点温度以上，焚烧制出的这种物料是一种固态结晶物，呈扁平颗粒状，粒度为30×50mm，厚度5-6mm。在使用前将其粉碎为1～3mm的颗粒，也可用造粒方法制粒。

这种灰份中所含的硫酸钠(Na₂SO₄)是一种活性氧化剂，每1cm³中含活性氧1.2克，即与-195℃液态氧中的含量相同。氧化剂中不含惰性铁剂(FeO，Fe₂O₃)，脱磷过程中温度就不会大幅度下降。当然也可以直接采用碳酸钠和硫酸钠进行溶合，只要将两种物质焚烧到熔溶点温度以上即可，焚烧炉也可以用其它形式的焚烧炉

用碳酸钠和硫酸钠脱磷、脱硅和脱硫的反应式如下：

(1)

(2)

1/2≤n≤2/3

(3)

2/5≤n≤8/5

(4)

1/2≤n≤2

(5)

ΔG⁰＝-59498+15，12T(焦耳/克分子)

(6)

ΔG⁰＝67562-53，14T(焦耳/克分子)

(7)

ΔG⁰＝-557058+230，37T(焦耳/克分子)

Claims

1、一种铁水脱磷、脱硫的方法，包括采用含钠盐熔剂炉外处理铁水，其特征在于：熔剂是以钠盐熔合物的形态加到铁水中的。

2、根据权利要求1所述的一种铁水脱磷、脱硫的方法，其特征在于：所述的含钠盐熔剂为碳酸钠、硫酸钠，熔剂中还含有氯化钠、苛性碱等物质。

3、根据权利要求1所述的一种铁水脱磷、脱硫的方法，其特征在于：碳酸钠和硫酸钠熔合物同时加到铁水中用于铁水脱磷、脱硫，熔剂各组份的熔合是在将其加到铁水之前完成的。

4、根据权利要求1所述的一种铁水脱磷、脱硫的方法，其特征在于：熔剂中碳酸钠与硫酸钠的比例在1∶4～4∶1范围内变化，即可为1∶4～4∶1；1∶3～3∶1；1∶2～2∶1；1∶1；2∶1～1∶2；3∶1～1∶3；4∶1～1∶4或其间的中间值。

5、根据权利要求1所述的一种铁水脱磷、脱硫的方法，其特征在于：熔剂中碳酸钠的含量可在20％～80％的范围内变化，即可为：20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或其间的中间值，而硫酸钠则相应在80％～20％范围内变化，即相应为80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％或其间的相应中间值；

6、根据权利要求1或2或3所述的一种铁水脱磷、脱硫的方法，其特征在于：一部分熔剂以块状形式加到铁水表面以利形成保护渣，另一部分熔剂则以细散颗粒形态借助于潜入式喷枪投放到铁水熔体中。

7、根据权利要求1或2或3所述的一种铁水脱磷、脱硫的方法，其特征在于：在铁水脱硫之前要预脱硅，此铁水中硅含量降0.11％以下，脱硅过程中形成的渣要从铁水表面扒除，然后把铁水包送去脱磷和脱硫。

8、根据权利要求1或2或3所述的一种铁水脱磷、脱硫的方法，其特征在于：为进行脱磷和脱硫，先向铁水表面投放碳酸钠与硫酸钠的熔合块，以求在铁水表面形成具有精炼能力的保护渣，剩余量的熔剂以接近于球状的形态用潜入式喷枪喷吹入铁水之中。

9、一种如权利要求1所述铁水脱磷、脱硫的含钠盐熔剂，其特征在于：所述含钠盐熔剂为碳酸钠和硫酸钠熔合物。

10、一种如权利要求8所述铁水脱磷、脱硫的含钠盐熔剂，其特征在于：所述含钠盐熔剂是采用燃烧炉把在己内酰胺和己二酸生产中产生的废料在碳氢气氛中加以焚烧得到的灰份作为熔剂，其组成为：

碳酸钠(Na₂CO₃) 18.5～74％；

硫酸钠(Na₂SO₄) 74～1.85％；

氯化钠(NaCl) 5～6％；

苛性碱(NaOH) 1.5％以下。

焚烧制出的这种物料是一种固态结晶物，呈扁平颗粒状，在使用前将其粉碎为1～3mm的颗粒，也可用造粒方法制粒。