含BaO炉外“渣洗”脱硫精炼剂

摘要

含BaO炉外“渣洗”脱硫精炼剂属于熔融铁类合金的处理，尤其涉及去除钢水中杂质添加的处理精炼剂。该精炼剂包含有碳酸钡、石灰、铝矾土和萤石，特点是该组合物按重量百分比由下列组分组成：BaO 10～20％，CaO 40～50％，Al

说明书

技术领域

本发明属于熔融铁类合金的处理，尤其涉及去除钢水中杂质添加的处理精炼剂。

背景技术

硫是钢中有害元素之一，常以MnS形式在晶界或异相界面偏聚，严重降低了钢的加工性能与使用性能。对钢水进行炉外精炼，进一步降低钢中硫含量，对提高产品质量和扩大产品品种，具有十分重要的意义。炉外“渣洗”脱硫是不经过LF炉精炼的简便、快速、经济有效的炉外脱硫方法，特别适用于没有LF等精炼设备或虽有LF等精炼设备但生产节奏很快的转炉钢厂。现在采用一种炉外“渣洗”脱硫精炼剂，各组分按重量百分比由CaO65～70％、Al₂O₃5～10％、CaC₂7～11％、M_A1＞2％组成。现有的炉外“渣洗”脱硫剂主要是CaO基和CaC₂基，其CaO基的主要缺点是炉外脱硫能力不太强；其CaC₂基主要缺点是在生产、储存和使用过程中易受潮失效，还存在安全隐患。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种含BaO炉外“渣洗”脱硫精炼剂，提高炉外“渣洗”脱硫效率，生产、储存和使用方便、安全。

含BaO炉外“渣洗”脱硫精炼剂，包含有碳酸钡、石灰、铝矾土和萤石，特点是该组合物按重量百分比由下列组分组成：BaO10～20％，CaO40～50％，Al₂O₃20～30％，CaF₂6～11％，其余为杂质与粘接剂。

本发明方案进一步改进：该“渣洗”脱硫精炼剂，包含有碳酸钡、石灰、铝矾土和萤石，特点是该组合物按重量百分比由下列组分组成：BaO10～13％，CaO47～50％，Al₂O₃20～30％，CaF₂6～11％，其余为杂质与粘接剂。

本发明方案进一步改进：该“渣洗”脱硫精炼剂，包含有碳酸钡、石灰、铝矾土和萤石，特点是该组合物按重量百分比由下列组分组成：BaO14～16％，CaO44～46％，Al₂O₃20～30％，CaF₂6～11％，其余为杂质与粘接剂。

本发明方案进一步改进：该“渣洗”脱硫精炼剂，包含有碳酸钡、石灰、铝矾土和萤石，特点是该组合物按重量百分比由下列组分组成：BaO17～20％，CaO40～43％，Al₂O₃20～30％，CaF₂6～11％，其余为杂质与粘接剂。

下面就CaO基脱硫精炼剂中加入部分BaO替代CaO的脱硫机理作如下说明。

1、脱硫反应

众所周知，Ba和Ca都是元素周期表中的第二族金属元素，BaO和CaO都是强碱性氧化物，由于Ba是第六周期元素，Ca是第四周期元素，所以BaO的碱性比CaO强，脱硫能力也比CaO强。

BaO在钢水中的脱硫反应及其脱硫反应自由能关系式如下：

BaO_(s)+[S]+[C]＝BaS_(s)+CO_(g)

ΔG⁰＝36940-58.98T  J/mol

CaO在钢水中的脱硫反应及其脱硫反应自由能关系式如下：

CaO_(s)+[S]+[C]＝CaS_(s)+CO_(g)

ΔG⁰＝92063-69.48T    J/mol

上述公式是由下列公式自行推导出来的：

[C]+[O]＝CO_(g)            ΔG⁰＝-22394-39.68T  J/mol

(见炼钢常用图表数据手册，陈家详编著北京冶金工业出版社1984：574第一版)

CaO_(s)＝Ca_(g)+[O]        ΔG⁰＝671431-197.5T    J/mol

Ca_(g)+[S]＝CaS           ΔG⁰＝-556974+161.3T   J/mol

(见钢铁生产中的脱硫，张荣生编著。北京冶金工业出版社。1986：49第一版)

BaO_(s)＝Ba_(g)+[O]        ΔG⁰＝580899-169.0T    J/mol

Ba_(g)+[S]＝BaS           ΔG⁰＝-521565+149.7T   J/mol

(见物理化学和炼钢，曲英等译。北京冶金工业出版社。1984：226第一版)

进一步推出：

${[\%S]}_{\mathrm{Ba}0}={[\%S]}_{\mathrm{Cao}}.\exp (1.27-\frac{6631}{T})$

式中：

ΔG⁰：反应标准吉布斯自由能变化值

exp：数学符号。Exp{f_(x)}表示e^f(x)

[％S]_BaO：BaO脱硫反应平衡时，钢中硫的重量百分含量。

[％S]_Cao：CaO脱硫反应平衡时，钢中硫的重量百分含量。

T：绝对温度

由此可知，BaO脱硫反应不仅自由能负值的绝对值比CaO的大，即BaO脱硫能力比CaO强，并且反应平衡的[S]含量比CaO的低一个数量级左右。

2、含BaO渣系的硫分配系数(L_S)比较高

在CaO基脱硫精炼剂中加入BaO，当(％BaO)/(％CaO)＜1的情况下，其硫分配系数L_S是随BaO含量增加而增加。L_S增大则脱硫反应的推动力也相应增加。

(见李素芹，极风硫钢精炼渣系硫容量热平衡试验研究，包头钢铁学院学报，2003.3：225-226)

3.硫在含BaO渣系中传质系数β_(s)较大，脱硫速度较高

随BaO含量的增加，CaO基脱硫精炼剂的熔点和粘度相应降低。根据对斯托克--爱因斯坦公式进行修正后的萨瑟兰德公式

$D=\frac{K_{B}T}{4\mathrm{\pi R\eta }}$

(见冶金中的传热传质现象。G·H·盖格等。北京冶金工业出版社。1981：512第一版)

式中：

K_B：玻尔兹曼常数(1.381×10^-23 J/K)；

R普适气体常数(8.314J/mol·K)

当炉渣粘度(η)降低，则扩散系数D就增大。因为传质系数β＝D/δ′(δ′有效边界层厚度)，所以β相应增大，脱硫反应速度加快。

本发明的炉外“渣洗”脱硫精炼剂是在常温常压下制备的。先检验原料的化学成分和粒度，然后将合格的各原料按配比要求进行称重配料→加入粘结剂→混均→造粒→烘干→冷却后称量装袋。

使用时按工艺要求一次或分次加入到钢包中。

与现有技术相比，其优点是：脱硫效果好，钢中硫含量显著下降，钢的质量得到提高；部分钢号，可不经过LF炉精炼脱硫，加快了生产节奏，有利于降低炼钢成本；本发明的精炼剂生产、储存和使用安全。

具体实施方式

实施例1：

先对原料进行处理，检验碳酸钡、石灰、铝矾土和萤石的化学成份、粒度；在常温常压下将合格的各组分原料按表1指定的各组分的重量百分比进行称重配料→加入粘结剂→混均→造粒→烘干→冷却后称量装袋。使用效果脱硫率η_s％列入表1中。η_s％值越大，脱硫效率就越高。

实施例2：

按照实施例1的方法进行制备和应用，各组分的重量百分比和脱硫效率列入表1中。

实施例3

按照实施例1的方法进行制备和应用，各组分的重量百分比和脱硫效率列入表1中

对比例1：

按表1指定的各组分的重量百分比组成的炉外“渣洗”脱硫剂，使用后平均脱硫率η_s≤25％。

对比例2：

按表1指定的各组分的重量百分比组成的炉外“渣洗”脱硫剂，使用后平均脱硫率η_s≤27％。

表1渣洗脱硫精炼剂成份、加入量及脱硫率对比表

从表1中可以看出，本发明的含BaO炉外“渣洗”脱硫精炼剂的脱硫效果明显优于对比例的脱硫精炼剂。