[发明专利]一种外加电场对金属液脱硫、脱氧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于金属及合金精炼过程中的脱硫、脱氧工艺方法，尤其是一种外加电场对金属液脱硫、脱氧的方法，属于冶金技术领域。

背景技术

随着科学技术的进步，用户对金属、合金材料的质量提出更高的要求。传统的生产技术已经不能满足用户对这些材料的质量要求。例如对于钢铁产品，有些洁净钢对钢材的洁净度提出杂质元素总和为80ppm～150ppm。

金属及合金材料中的硫、氧是以两种形式存在的：一种是以溶解态的形式存在，另一种是以夹杂物的形式存在。以夹杂物形式存在的硫、氧是硫化物、氧化物或者某种复合化合物，在金属及合金材料中以非金属夹杂物的形式存在。

目前，金属及合金材料的脱硫、脱氧是采用精炼的方法来实现的。例如，钢铁冶金生产中采用LF、RH、VD等精炼手段进行深度脱硫、脱氧，根据所生产的产品要求，可以将硫、氧控制在所要求的相对低的水平。除了提高冶炼水平使硫、氧含量尽量降低，近年来还报道了一些新的脱氧方法。中国专利公开(公告)号：CN1138004C，名称为“一种无污染脱氧体”提出将金属铝(或者其它脱氧剂)装入ZrO₂固体电解质管内，封装后插入钢液中进行脱氧。这种方法可使脱氧产物(如Al₂O₃)留在固体电解质管内，从而避免脱氧产物留在钢液中，使脱氧产物(如Al₂O₃)不会成为钢中的夹杂物。但是，这种方法很难实现工业化生产。因为，固体电解质ZrO₂是一种高技术陶瓷材料，除了成本很高使其难于在工业生产中应用外，其抗热震性也很难保证在插入钢液中而不炸裂。即使不炸裂还存在装入的脱氧剂的量是否合适的问题：脱氧剂装多了会造成很大的浪费，装少了不能满足脱氧要求。另外，氧离子在ZrO₂固体电解质中扩散是需要时间的，冶炼过程中能否有足够的时间扩散也是一个问题。此外，固体电解质管的几何尺寸、排列方式、操作过程中能否重复使用以及如何保证能不炸裂等也是在工业生产中肯定遇到、需要研究和必须解决的问题。中国专利公开(公告)号：CN1264997C，名称为“金属液电化学无污染脱氧方法”提出将阳极插入炉渣中，将阴极布置在炉底，并且使阴极与金属液接触，在两极之间施加脉冲电场，从而实现无污染的脱氧操作；中国专利公开(公告)号：CN101235430A，名称为“钢包炉中外加电场无污染脱氧精炼方法及装置”提出在钢包炉中的炉渣中插入阳极，将阴极布置在炉底，通过外加电场进行脱氧；中国专利公开(公告)号：CN101457276B，名称为“可调节阳极氧分压的炉渣无污染脱氧方法及其装置”将阳极插入炉渣中，并将阳极制成脱气空腔电极，且在空腔电极上装有多孔陶瓷，使脱氧产物通过连通导管进入真空室，实现可调节阳极氧分压的无污染脱氧。以上公开技术的共同特点是以炉渣作为电解质，将阳极插入炉渣中，阴极布置在炉底且与钢液接触，在两极之间通过外加电场实现脱氧操作。这些方法虽然可以取得一定的脱氧效果，但是上述方法工艺比较复杂，而且由于电极是插入炉渣中，电极受到炉渣的侵蚀严重，成本高。

发明内容

本发明提供了一种外加电场对金属液脱硫、脱氧的方法，这种方法是将电极直接插入金属液中达到脱硫、脱氧的目的。

金属或合金液中的硫、氧一部分是以溶解态的形式存在，一部分以夹杂物的形式存在。根据炉渣的离子结构理论，这些夹杂物炉渣是由阴、阳离子组成的离子化合物。显然，夹杂物也与炉渣一样，是以离子化合物的形式存在于金属液中的。因此，夹杂物的平衡可以如下反应表示(以二价非金属化合物为例)：

对于氧化物夹杂，其平衡可表示为：

(MO)_渣＝(M²⁺)_渣+(O^2-)_渣

在冶炼的高温条件下，夹杂物与金属液存在如下平衡：

(M²⁺)_渣+(O^2-)_渣＝[M]_金属液+[O]_金属液

对于硫化物夹杂，其平衡可表示为：

(MS)_渣＝(M²⁺)_渣+(S^2-)_渣

在冶炼的高温条件下，夹杂物与金属液存在如下平衡：