CN111575442B - 一种低熔点高效脱硫剂及其制备和应用方法 - Google Patents
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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%、A12O3 6%‑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
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 (6)
1.一种低熔点高效脱硫剂的应用方法,其特征在于,所述的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%;
应用方法如下:
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。
2.根据权利要求1所述的一种低熔点高效脱硫剂的应用方法,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%、A12O32%-3%、CaO 3%-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的应用方法,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的应用方法,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的应用方法,其特征在于,所述粘结剂为羧甲基纤维素。
6.根据权利要求1所述的一种低熔点高效脱硫剂的应用方法,其特征在于,所述的低熔点高效脱硫剂的制备方法如下:
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℃。
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