[发明专利]钢液电化学脱硫方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于炼钢精炼技术领域，尤其涉及一种适合钢液熔渣间外加电场脱硫的方法及装置。

背景技术

硫是钢中有害元素之一，其主要危害是：导致钢的热脆，以及轧制后钢材的各向异性，因此必须严格限制钢中的硫含量。特别是对于如电工硅钢这一类的高附加值钢种，其对硫含量的要求更为苛刻。因此钢液中硫的脱除是精炼过程的主要目标之一。传统的脱硫精炼过程是通过渣金反应进行的，利用熔渣对硫有一定吸纳容量的特点，经过渣金的接触和反应，使金属中的硫部分地进入到炉渣相进而达到去除的目的。这些研究思路体现在公开号为CN101660021和CN101550513的中国发明专利中。但是，由于硫在渣金二相间存在着某种热力学平衡，不可能将硫脱至极低的水平，最终的精炼效果取决于炉渣的成分、渣量等工艺因素。同时，由于精炼过程使用的原材料中一般都含有硫，因此钢液在冶炼过程中会出现回硫现象。另外这些脱硫方法都依赖加入大量的脱硫剂来进行脱硫，这就相应的增加了冶炼成本，已不能适应国家对钢铁生产企业低碳、环保、可持续发展的要求。随着科学技术的发展，对金属产品的品种和质量要求越来越高，只靠传统的冶炼工艺不能满足对钢液的纯净化要求。所以，对那些要求硫含量极低的品种，就有必要寻找新的方法对钢液进行深脱硫。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种高效无污染的适合钢液熔渣间外加电场脱硫的方法及装置。

本发明是这样实现的：该钢液电化学脱硫方法包括以下步骤：首先将钢液装入炉体内，并加入渣料，使熔化后的渣料厚度达30～150mm；然后插入阳极，使其与炉内上层的熔渣接触而不和下层的钢液接触；最后由外加直流电源通过插入熔渣的阳极和置于钢液中的阴极，施加一直流电压为0.1～20V，电流为0.1～50A的电场。

本发明钢液电化学脱硫方法在施加电场的同时应对钢液进行弱底吹气体搅拌，以增强溶解的硫、氧在钢液中的传质，同时要控制底吹气体流量在1～200NL·min^-1，以防止底吹气体流量过大导致渣层波动大，致使施加的电压、电流不稳定，影响脱硫效果，还要防止底吹气体流量过大吹破渣层而导致钢水吸氧。在施加电场过程中还应向熔渣上方通入保护气体用来降低熔渣与阳极接触区域的SO₂和氧分压，以加速S^2-、O^2-在熔渣体系中的传导速度，同时要控制保护气体流量在1～100NL·min^-1，以防止顶吹气体流量过大导致渣层波动大，致使施加的电压、电流不稳定，影响脱硫效果。本发明所述的保护气体可以是Ar、N₂或其它惰性气体。本发明所述的渣料应具有适合的碱度，即(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)为0.8～1.5，粘度(1500℃时的粘度0.05Pa·S～2Pa·S)，和高的电导率(炉渣中FeO含量控制在1％～10％)。

本发明钢液电化学脱硫用装置主要由带有底吹透气砖的炉体、阳极、外部直流电源和阴极所组成，所述阳极和阴极通过导线与外部直流电源相连接，阳极通过阳极支架被固定在阳极升降架上，可与炉内上层的熔渣相接触，阴极安装在炉体底部，与炉内下层的钢液相接触。

本发明钢液电化学脱硫用装置在所述阳极的上方还安设有与供气系统相连接的保护气体供气管。所述的供气管可以是一根或多根，供气管由金属材料制成。通过供气管向熔渣和阳极接触区域通入保护气体可降低熔渣与阳极接触区域的SO₂和氧分压，以加速S^2-、O^2-在熔渣体系中的传导速度。

本发明钢液电化学脱硫用装置所述的阳极可以是若干个。所述的阳极平行垂直安装在阳极支架上，阳极支架位于升降架的下端。所述的阳极支架和升降架由金属材料制成；本发明所述的阳极由金属导电陶瓷材料制成；所述的阴极由高温陶瓷、耐高温金属、或与钢液成分相近的自耗电极制成。

本发明提出的钢液电化学脱硫方法，以炉渣作为钢液中溶解硫向外传输的通道，在钢液与覆盖于其上的熔渣之间施加直流电场，控制和加速硫离子在熔渣体系中的传导方向和速度，从而实现钢液的深脱硫目的，同时还避免回硫，污染钢液。

钢液电化学脱硫原理及过程：

炉渣的离子理论表明，炉渣中含有氧离子、硫离子、各类金属阳离子、不同的复杂离子团等物质。在渣金间施加一定方向的直流电场，可控制硫离子在体系中的迁移方向，从而达到脱除钢液中硫的目的。钢液脱硫过程可以通过以下步骤完成：

①钢液体内的硫向金属-熔渣界面传递