專利名稱：鋼液電化學(xué)脫硫方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煉鋼精煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適合鋼液熔渣間外加電場(chǎng)脫硫的方
法及裝置。
背景技術(shù)：
硫是鋼中有害元素之一，其主要危害是導(dǎo)致鋼的熱脆，以及軋制后鋼材的各向異性，因此必須嚴(yán)格限制鋼中的硫含量。特別是對(duì)于如電工硅鋼這一類的高附加值鋼種，其對(duì)硫含量的要求更為苛刻。因此鋼液中硫的脫除是精煉過程的主要目標(biāo)之一。傳統(tǒng)的脫硫精煉過程是通過渣金反應(yīng)進(jìn)行的，利用熔渣對(duì)硫有一定吸納容量的特點(diǎn)，經(jīng)過渣金的接觸和反應(yīng)，使金屬中的硫部分地進(jìn)入到爐渣相進(jìn)而達(dá)到去除的目的。這些研究思路體現(xiàn)在公開號(hào)為CN101660021和CN101550513的中國(guó)發(fā)明專利中。但是，由于硫在渣金二相間存在著某種熱力學(xué)平衡，不可能將硫脫至極低的水平，最終的精煉效果取決于爐渣的成分、渣量等工藝因素。同時(shí)，由于精煉過程使用的原材料中一般都含有硫，因此鋼液在冶煉過程中會(huì)出現(xiàn)回硫現(xiàn)象。另外這些脫硫方法都依賴加入大量的脫硫劑來進(jìn)行脫硫，這就相應(yīng)的增加了冶煉成本，已不能適應(yīng)國(guó)家對(duì)鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)低碳、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)金屬產(chǎn)品的品種和質(zhì)量要求越來越高，只靠傳統(tǒng)的冶煉工藝不能滿足對(duì)鋼液的純凈化要求。所以，對(duì)那些要求硫含量極低的品種，就有必要尋找新的方法對(duì)鋼液進(jìn)行深脫硫ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種高效無污染的適合鋼液熔渣間外加電場(chǎng)脫硫的方法及裝置。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的該鋼液電化學(xué)脫硫方法包括以下步驟首先將鋼液裝入爐體內(nèi)，并加入渣料，使熔化后的渣料厚度達(dá)30 150mm ；然后插入陽極，使其與爐內(nèi)上層的熔渣接觸而不和下層的鋼液接觸；最后由外加直流電源通過插入熔渣的陽極和置于鋼液中的陰極，施加一直流電壓為0. 1 20V，電流為0. 1 50A的電場(chǎng)。本發(fā)明鋼液電化學(xué)脫硫方法在施加電場(chǎng)的同時(shí)應(yīng)對(duì)鋼液進(jìn)行弱底吹氣體攪拌，以增強(qiáng)溶解的硫、氧在鋼液中的傳質(zhì)，同時(shí)要控制底吹氣體流量在1 200NL -min-1,以防止底吹氣體流量過大導(dǎo)致渣層波動(dòng)大，致使施加的電壓、電流不穩(wěn)定，影響脫硫效果，還要防止底吹氣體流量過大吹破渣層而導(dǎo)致鋼水吸氧。在施加電場(chǎng)過程中還應(yīng)向熔渣上方通入保護(hù)氣體用來降低熔渣與陽極接觸區(qū)域的SO2和氧分壓，以加速S2_、02_在熔渣體系中的傳導(dǎo)速度，同時(shí)要控制保護(hù)氣體流量在1 100NL ^mirT1,以防止頂吹氣體流量過大導(dǎo)致渣層波動(dòng)大，致使施加的電壓、電流不穩(wěn)定，影響脫硫效果。本發(fā)明所述的保護(hù)氣體可以是Arj2或其它惰性氣體。本發(fā)明所述的渣料應(yīng)具有適合的堿度，S卩(Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)為0. 8 1.5，粘度(1500°C時(shí)的粘度0. 2Pa*S)，和高的電導(dǎo)率(爐渣中FeO含量控制在
10% )。
3
本發(fā)明鋼液電化學(xué)脫硫用裝置主要由帶有底吹透氣磚的爐體、陽極、外部直流電源和陰極所組成，所述陽極和陰極通過導(dǎo)線與外部直流電源相連接，陽極通過陽極支架被固定在陽極升降架上，可與爐內(nèi)上層的熔渣相接觸，陰極安裝在爐體底部，與爐內(nèi)下層的鋼液相接觸。本發(fā)明鋼液電化學(xué)脫硫用裝置在所述陽極的上方還安設(shè)有與供氣系統(tǒng)相連接的保護(hù)氣體供氣管。所述的供氣管可以是一根或多根，供氣管由金屬材料制成。通過供氣管向熔渣和陽極接觸區(qū)域通入保護(hù)氣體可降低熔渣與陽極接觸區(qū)域的SA和氧分壓，以加速 S2-、O2-在熔渣體系中的傳導(dǎo)速度。本發(fā)明鋼液電化學(xué)脫硫用裝置所述的陽極可以是若干個(gè)。所述的陽極平行垂直安裝在陽極支架上，陽極支架位于升降架的下端。所述的陽極支架和升降架由金屬材料制成； 本發(fā)明所述的陽極由金屬導(dǎo)電陶瓷材料制成；所述的陰極由高溫陶瓷、耐高溫金屬、或與鋼液成分相近的自耗電極制成。本發(fā)明提出的鋼液電化學(xué)脫硫方法，以爐渣作為鋼液中溶解硫向外傳輸?shù)耐ǖ溃?在鋼液與覆蓋于其上的熔渣之間施加直流電場(chǎng)，控制和加速硫離子在熔渣體系中的傳導(dǎo)方向和速度，從而實(shí)現(xiàn)鋼液的深脫硫目的，同時(shí)還避免回硫，污染鋼液。鋼液電化學(xué)脫硫原理及過程爐渣的離子理論表明，爐渣中含有氧離子、硫離子、各類金屬陽離子、不同的復(fù)雜離子團(tuán)等物質(zhì)。在渣金間施加一定方向的直流電場(chǎng)，可控制硫離子在體系中的遷移方向，從而達(dá)到脫除鋼液中硫的目的。鋼液脫硫過程可以通過以下步驟完成①鋼液體內(nèi)的硫向金屬-熔渣界面?zhèn)鬟f[S]格體內(nèi)—[幻界面(1)②在金屬-爐渣界面發(fā)生陰極反應(yīng)[S]+2e— (S 勹(2)③硫離子在電場(chǎng)的作用下，在爐渣體中進(jìn)行遷移(S2 )鋼g界面—(S2 ) g陽極界面 (3)④在爐渣/電極接觸界面發(fā)生陽極反應(yīng)(S2) — S+2e(4)⑤氧氣和硫發(fā)生氧化反應(yīng)02+S ^ SO2(5)根據(jù)電化學(xué)原理，步驟(2)使金屬-爐渣界面積累正電荷，步驟⑷使?fàn)t渣-電極的接觸界面積累負(fù)電荷，如果不消除這些積累的電荷，就會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，將阻礙硫離子的進(jìn)一步遷移，最終導(dǎo)致脫硫過程的停止。而反向外加電場(chǎng)的施加，即可消除或者減小這個(gè)阻礙電場(chǎng)，使硫離子不斷向渣相遷移，直至到陽極發(fā)生反應(yīng)生成SO2氣體，脫離反應(yīng)體系為止。 另外，此施加電場(chǎng)脫硫的過程還會(huì)對(duì)鋼液中的氧有脫除的作用，這就進(jìn)一步降低了鋼液中的氧位，也有利于鋼液中硫的脫除。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下明顯優(yōu)點(diǎn)本方法不需要加入大量的脫硫劑，脫硫過程不會(huì)生成任何脫氧夾雜，同時(shí)脫硫結(jié)束也不會(huì)產(chǎn)生回硫現(xiàn)象，保證了深脫硫效果；本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉。另外本發(fā)明無需增加單獨(dú)的精煉工位，無需延長(zhǎng)精煉處理時(shí)間，只需在現(xiàn)有精煉設(shè)備的基礎(chǔ)上配以簡(jiǎn)單的設(shè)備即可達(dá)到低成本，快速，無污染的
4對(duì)鋼液進(jìn)行脫硫的目的。適合單獨(dú)精煉爐的電化學(xué)脫硫工藝，特別適于在30 350噸鋼包的精煉設(shè)施上推廣應(yīng)用。使用本發(fā)明方法對(duì)鋼液進(jìn)行脫硫，20min內(nèi)鋼水脫硫率可達(dá)80% 以上。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例鋼液電化學(xué)脫硫用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為陽極升降架支架，2為保護(hù)氣體供氣管，3為熔渣，4為爐體，5為鋼液，6為底吹透氣磚，7為陽極升降架，8為陽極支架，9為陽極，10為外部直流電源，11為陰極。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。先將廢鋼300 450Kg加入到爐體4中，待廢鋼完全熔化后向鋼液5中加入熔渣3， 每IOOKg鋼液里熔渣3加入量控制在2 10Kg，待熔渣3完全熔化后，測(cè)定熔渣3的厚度， 其厚度控制在30 150mm。等熔渣3和鋼液5反應(yīng)平衡后，對(duì)鋼水進(jìn)行測(cè)溫定氧處理，通過固定在陽極升降架支架1上的陽極升降架7將安裝在陽極支架8上的多個(gè)陽極9降入到熔渣3中，并確保陽極9只與熔渣3接觸而不與鋼液5接觸。然后由外部直流電源10通過插入熔渣3的陽極9和置于爐體1底部與鋼液5接觸的陰極11，施加一直流電壓為0. 1 20V,電流為0. 1 50A的電場(chǎng)對(duì)鋼液5進(jìn)行電化學(xué)脫硫處理。本發(fā)明實(shí)施例所用的陽極9 由含鉬的金屬陶瓷制作而成，陰極11由金屬鉬制作而成。在施加電場(chǎng)的過程中還通過底吹透氣磚6對(duì)鋼液5進(jìn)行弱底吹氬氣攪拌，以增強(qiáng)溶解氧在鋼液中的傳質(zhì)，底吹氣體流量控制在1 50NL · mirT1，以防止底吹氣體流量過大吹破渣層而導(dǎo)致鋼水吸氧。同時(shí)，還通過位于陽極9上方的保護(hù)氣體供氣管2通入氬氣用來降低熔渣3與陽極9接觸區(qū)域的和氧分壓，來加速S2—、02_在熔渣體系中的傳導(dǎo)速度。保護(hù)氣體的流量控制在1 IONL · mirT1， 以防止保護(hù)氣體流量過大吹破渣層而導(dǎo)致鋼水吸氧。以上實(shí)施例在中間實(shí)驗(yàn)室500Kg多功能爐上完成，具體工藝參數(shù)及脫硫效果見表 1。表1本發(fā)明實(shí)施例工藝參數(shù)及脫硫效果
權(quán)利要求
1.一種鋼液電化學(xué)脫硫方法，其特征在于包括以下步驟首先將鋼液裝入爐體內(nèi)，并加入渣料，使熔化后的渣料厚度為30 150mm ；然后插入陽極，使其與熔渣接觸；最后由外加直流電源通過插入熔渣的陽極和置于鋼液中的陰極，施加一直流電壓為0. 1 20V，電流為0. 1 50A的電場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼液電化學(xué)脫硫方法，其特征在于在施加電場(chǎng)的同時(shí)對(duì)鋼液進(jìn)行弱底吹氣體攪拌，并向熔渣上方通入保護(hù)氣體以降低熔渣與陽極接觸區(qū)域的Sh和氧分壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼液電化學(xué)脫硫方法，其特征在于所述底吹氣體的流量控制在1 200NL · HiirT1 ；所述保護(hù)氣體的流量控制在1 100NL · mirT1，所述的保護(hù)氣體可以是Ar、N2或其它惰性氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼液電化學(xué)脫硫方法，其特征在于所述渣料中 (Ca0+Mg0)/(Si02+A1203)為 0. 8 1. 5，F(xiàn)eO 含量重量百分比為 10%，渣料 1500°C W 的粘度為0. 05Pa · S 2Pa · S。
5.一種權(quán)利要求1、2、3或4所述鋼液電化學(xué)脫硫方法所用的裝置，其特征在于該裝置由帶有底吹透氣磚的爐體、陽極、直流電源和陰極所組成，所述陽極和陰極通過導(dǎo)線與直流電源相連接，陽極通過陽極支架安裝在陽極升降架上，可與爐內(nèi)上層的熔渣相接觸，陰極安裝在爐體底部，與爐內(nèi)下層的鋼液相接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋼液電化學(xué)脫硫用裝置，其特征在于在所述陽極的上方安設(shè)有與供氣系統(tǒng)相連接的保護(hù)氣體供氣管。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋼液電化學(xué)脫硫用裝置，其特征在于所述若干個(gè)平行垂直布置的陽極安裝在陽極支架上，陽極支架位于升降架的下端。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋼液電化學(xué)脫硫用裝置，其特征在于所述的陽極由金屬導(dǎo)電陶瓷材料制成，所述的陰極由高溫陶瓷、耐高溫金屬、或與鋼液成分相近的自耗電極制成，所述的陽極支架和升降架由金屬材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋼液電化學(xué)脫硫方法及裝置，該方法包括將鋼液裝入爐體內(nèi)，并加入厚度為30～150mm的渣料；然后插入陽極，使其與熔渣接觸；最后由外加直流電源通過陽極和陰極施加一直流電壓為0.1～20V，電流為0.1～50A的電場(chǎng)。該裝置由帶底吹透氣磚的爐體、陽極、外部直流電源和陰極所組成，陽極和陰極通過導(dǎo)線與直流電源相連，陽極被固定在陽極升降架上，可與熔渣相接觸，陰極安裝在爐體底部，與鋼液相接觸。用本發(fā)明對(duì)鋼液進(jìn)行脫硫，無需脫硫劑，不會(huì)生成脫氧夾雜，也不會(huì)產(chǎn)生回硫，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，脫硫效率高，成本低，特別適于30～350噸鋼包的精煉設(shè)施上推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C21C7/00GK102399937SQ201010276428
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者萬雪峰, 修國(guó)濤, 廖相巍, 曹東, 李廣幫, 李德剛, 賈吉祥, 趙剛, 郭慶濤 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司