钒钛铁水脱硫剂及其制备方法和使用该脱硫剂的脱硫方法

摘要

本发明公开了一种钒钛铁水脱硫剂及其制备方法和使用该脱硫剂的脱硫方法，所述钒钛铁水脱硫剂中各成分的重量百分比为：CaO 62～69％、CaC2 2～9％、CaF2 1～3.5％、C 1.5～3.5％、Mg 5.5～9.5％、Na2CO3 1.0～3.0％，其余为不可避免的杂质；所述钒钛铁水脱硫剂的制备方法是按照上述钒钛铁水脱硫剂中各成分的重量百分比进行配料，混匀、干燥后研磨成粉末，即得到钒钛铁水脱硫剂；所述脱硫方法采用喷吹法进行脱硫，并且所使用的脱硫剂采用上述钒钛铁水脱硫剂。本发明的钒钛铁水脱硫剂可以保证铁水温度较低(温度为1230～1280℃)时仍有较高的脱硫率，成本较低、单耗少且脱硫前后的铁水降温少，脱硫渣容易扒渣，具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种钒钛铁水脱硫剂，其特征在于，所述钒钛铁水脱硫剂中各成分的重量百分比为：CaO62～69%、CaC22～9%、CaF21～3.5%、C1.5～3.5%、Mg5.5～9.5%、Na2CO31.0～2.71%，其余为不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的钒钛铁水脱硫剂，其特征在于，所述钒钛铁水脱硫剂为粉末状，粒径为0.12～0.18mm。

3.一种钒钛铁水脱硫剂的制备方法，其特征在于，按照权利要求1所述钒钛铁水脱硫剂中各成分的重量百分比进行配料，混匀、干燥后研磨成粉末，即得到钒钛铁水脱硫剂。

4.根据权利要求3所述的钒钛铁水脱硫剂的制备方法，其特征在于，配料所用原材料包括：含CaO≥85%的活性石灰，其S≤0.10%，活性度≥310mol/ml；TMg≥85%的钝化镁；

含CaC2≥75%的电石；含CaF2≥75%的萤石；含C≥90%的石墨或木炭；总碱量≥96%、氯化物≤1.5%的Na2CO3。

5.根据权利要求3所述的钒钛铁水脱硫剂的制备方法，其特征在于，所得钒钛铁水脱硫剂的粒径为0.12～0.18mm。

6.根据权利要求3所述的钒钛铁水脱硫剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将所得钒钛铁水脱硫剂进行密封装袋的步骤。

7.一种脱硫方法，采用喷吹法进行脱硫，其特征在于，所述脱硫方法采用权利要求1或

2所述的钒钛铁水脱硫剂对钒钛铁水进行脱硫。

8.根据权利要求7所述的脱硫方法，其特征在于，以惰性气体作为载粉气体，将所述3

钒钛铁水脱硫剂通过喷枪喷入钒钛铁水，其中，助吹流量为15～25Nm/h、流态化流量为3

15～20Nm/h、喷吹压力为0.40～0.60MPa、喷吹速度为46～55kg/min、喷枪距罐底高度为150～300mm。

说明书

钒钛铁水脱硫剂及其制备方法和使用该脱硫剂的脱硫方法

技术领域

[0001] 本发明属于铁水预处理领域，更具体地讲，涉及一种钒钛铁水脱硫剂及其制备方法和使用该脱硫剂的脱硫方法。

背景技术

[0002] 现有的铁水喷粉脱硫采用的脱硫剂主要有以下几种：1)石灰粉脱硫剂；2)镁基脱硫剂；3)苏打粉脱硫剂；4)电石粉脱硫剂；5)石灰+苏打；6)石灰+碳酸钙+氟石+碳粉。

[0003] 1)石灰粉脱硫剂：采用氮气作载气通过喷枪插入铁水包底部将CaO粉喷出。CaO粉比重较轻，在铁水中上浮速度较快；同时，生成的(CaS)易结壳使其内部尚未反应就上浮到渣中，既造成CaO粉消耗量很大，同时造成脱硫渣粘度和铁水温降都很大，很快会形成固态干渣，使扒渣难度加大，渣中大量带铁造成铁损较高，目前已很少采用。

[0004] 2)镁基脱硫剂：镁是最强的脱硫剂之一，用量少，对铁水带有的高炉渣不敏感，因渣和脱硫反应无关，生成的渣量少，所以铁损少。镁脱硫剂主要有镁粉和镁粒，镁粉的粒度通常＜1mm，自燃温度为500～600℃；镁粒的粒度为0.5-2mm，是镁熔化后用离心法制成的，表面包裹了一层保护膜，活性镁含量＞85％，自燃温度为700～800℃。镁脱硫剂的缺点是由于铁水中会有残留镁，造成部分镁损失，在高温下由于镁的蒸气压太高，难以控制，有时使镁的脱硫效率降低；用镁进行脱硫处理时，须用深的铁水包，以利于保证插枪深度；另外还要避免镁遇湿产生危险。但这是目前应用较多的铁水喷粉脱硫处理方式，但由于受铁水包容量及脱硫渣不易扒除等影响，各厂家都存在脱硫率波动较大的问题。

[0005] 3)苏打粉脱硫剂：苏打粉(Na2CO3)有很强的脱硫能力，1350℃时用苏打粉进行铁水炉外脱硫，比CaO的脱硫能力约大10倍，接近CaC2的脱硫能力。通常Na2CO3分解生成的CO2和CO等气体可以加强对铁液的搅拌，促进脱硫效率的提高。但是，Na2CO3易蒸发生成大量烟雾，这些烟雾污染空气，堵塞管道，加剧侵蚀，同时渣中Na2O含量高，渣变得很稀，对包衬等耐火材料侵蚀严重，加之Na2CO3来源短缺，成本高，因而在使用中受到较大的限制，目前各国均已很少用Na2CO3基的脱硫剂进行炉外脱硫。

[0006] 4)电石粉脱硫剂：电石粉脱硫反应是在固体电石粉和液体铁水的交界面上进行的。高纯度的电石粉颗粒表面会形成疏松多孔的CaS层，铁水中的硫能够很容易的穿过此层而与内层的CaC2继续进行化学反应。但实际生产用的电石是含w(CaC2)＝50％～80％的工业电石，还含有w(CaO)＝16％～40％，CaO吸收铁水中的硫后生成CaS的渣壳，使脱硫过程被阻滞。因此，用电石粉做脱硫剂时，脱硫的限制性环节是硫在铁水一侧边界层中的扩散，即硫在液相中的扩散为其限制性环节。加强搅拌、减小电石粉颗粒的直径、保持高的铁水温度等能提高电石粉的利用率。

[0007] 5)石灰+苏打：将苏打粉与石灰粉充分混合，配比为(8～9)∶(1～2)，这样不仅提高脱硫渣的流动性，补充石灰中氧化钙含量的不足，提高石灰的脱硫能力，而且充分发挥了苏打的作用，减少了苏打的蒸发，改善了脱硫条件，提高脱硫率。

[0008] 6)石灰+碳酸钙+氟石+碳粉：以CaO为主的四元系脱硫剂中碳酸钙受热分解后的CO2气体会使金属液沸腾，增加炉渣中的气体含量，提高炉渣的流动性，增加铁液与脱硫剂的界面积，促进了脱硫反应。CaF2受热后形成粉粒状可以很好提高脱硫剂炉渣的流动性，提高石灰的脱硫率。但第三至第六种工艺都要求铁水有较高的温度条件，且根据铁水的实际状况，各生产厂的脱S剂配比差别较大。

[0009] 钒钛铁水与普通铁水比较，除化学成分有区别外(主要为S、V、Ti的成分差别)，另一个显著的区别就是钒钛铁水的温度明显比普通铁水低，这是因为高炉冶炼钒钛磁铁矿时必须采用低硅钛(即低炉温)操作方针，因而钒钛铁水的出炉温度比普通矿冶炼时要低，一般来说，钒钛铁水的平均温度为1230～1330℃，比普通铁水平均低约60～130℃。高炉铁水的温度越低，硫含量越高，原因是高炉炉内的温度是影响脱硫动力学条件的关键因素。另外，铁水预处理脱硫反应是吸热反应，所以温度越高，对脱硫越有利；温度越低，脱硫反应越不容易进行。因此，较低温的钒钛铁水的脱硫处理难度较大。

[0010] 某厂生产的钒钛铁水的温度明显偏低，钒钛铁水的温度波动区间为1236～1311℃，平均温度仅约1262℃，铁水温度低于1280℃是经常出现的情况(约占78％)，所以试用了已有的多种脱硫剂进行喷吹脱硫的效果都不理想，平均脱硫率仅约49.2％(波动
30.1～75.6％)，根本不能满足低硫钢的生产要求，严重制约了炼钢生产的顺行。

发明内容

[0011] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

[0012] 本发明的目的在于提供一种在铁水温度较低条件下，铁水预处理仍能达到较好脱硫效果的低温钒钛铁水脱硫剂，以及该钒钛铁水脱硫剂的制备方法和使用该钒钛铁水脱硫剂的脱硫方法。

[0013] 为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种钒钛铁水脱硫剂，所述钒钛铁水脱硫剂中各成分的重量百分比为：CaO 62～69％、CaC22～9％、CaF2 1～3.5％、C 1.5～3.5％、Mg 5.5～9.5％、Na2CO3 1.0～3.0％，其余为不可避免的杂质。

[0014] 根据本发明的钒钛铁水脱硫剂的一个实施例，所述钒钛铁水脱硫剂为粉末状，粒径为0.12～0.18mm。

[0015] 本发明的另一方面提供了一种钒钛铁水脱硫剂的制备方法，按照上述钒钛铁水脱硫剂中各成分的重量百分比进行配料，混匀、干燥后研磨成粉末，即得到钒钛铁水脱硫剂。

[0016] 根据本发明的钒钛铁水脱硫剂的制备方法的一个实施例，所述原材料包括：含CaO≥85％的活性石灰，其S≤0.10％，活性度≥310mol/ml；TMg≥85％的钝化镁；含CaC2≥75％的电石；含CaF2≥75％的萤石；含C≥90％的石墨或木炭；总碱量≥96％、氯化物≤1.5％的Na2CO3。

[0017] 根据本发明的钒钛铁水脱硫剂的制备方法的一个实施例，所得钒钛铁水脱硫剂的粒径为0.12～0.18mm。

[0018] 根据本发明的钒钛铁水脱硫剂的制备方法的一个实施例，所述制备方法还包括将所得钒钛铁水脱硫剂进行密封装袋的步骤。

[0019] 本发明的再一方面提供了一种脱硫方法，采用喷吹法进行脱硫，所述脱硫方法采用上述的钒钛铁水脱硫剂对钒钛铁水进行脱硫。

[0020] 根据本发明的脱硫方法的一个实施例，以惰性气体作为载粉气体，将所述钒钛铁3
水脱硫剂通过喷枪喷入钒钛铁水，其中，助吹流量为15～25Nm/h、流态化流量为15～
3
20Nm/h、喷吹压力为0.4～0.6MPa、喷吹速度为46～55kg/min、喷枪距罐底高度为150～
300mm。

[0021] 本发明的钒钛铁水脱硫剂可以保证铁水温度较低(温度为1230～1280℃)时仍有较高的脱硫率，成本较低、单耗少且脱硫前后的铁水降温少，脱硫渣容易扒渣，解决了现有技术中的脱硫剂在低温钒钛铁水状态下脱硫效果差的问题。同时，本发明的钒钛铁水脱硫剂可以保证铁水在较高温度(温度≥1280℃)时也有很好的脱硫效果，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

[0022] 下面对本发明的钒钛铁水脱硫剂及其制备方法和使用该脱硫剂的脱硫方法进行详细地描述。

[0023] 针对低温钒钛铁水的具体特点，本发明的钒钛铁水脱硫剂按照如下效果要求进行脱硫剂的设计：(1)钒钛铁水的平均带渣量较大，需考虑高炉渣对脱硫的影响；(2)脱硫剂要在低温铁水环境中也需具有较强的脱硫能力；(3)钒钛铁水的脱硫渣应比较容易扒渣；(4)脱硫剂的成本低、单耗少且脱S前后的铁水温降小。

[0024] 根据上述要求，本发明的钒钛铁水脱硫剂中各成分的重量百分比为：CaO 62～69％、CaC2 2～9％、CaF2 1～3.5％、C 1.5～3.5％、Mg 5.5～9.5％、Na2CO3 1.0～3.0％，其余为不可避免的杂质。由此获得的钒钛铁水脱硫剂具有低温下较强的脱硫能力、易扒渣、成本低等优点。本发明适当减少了低温条件下CaO、CaC、及Na2CO3的含量(因为这几种物质在低温条件下不能很好的发挥脱硫能力，且使铁水温降较大)，同时适当增加了脱硫能力强且温度损失小的Mg含量，可以使脱硫过程温降小，成本低且脱硫效果明显。

[0025] 其中，石灰(CaO)资源丰富，价格便宜。而脱硫过程为吸热反应，单耗高、铁水温降大，故CaO的配入量不宜过大。从成本及温降等方面综合考虑，针对低温钒钛铁水的脱硫要求，配入62～69％的CaO既可达到较好的稳定脱硫效果，又可降低脱硫剂的综合成本。

[0026] Mg的脱硫能力强，铁水温降小，且Mg和CaO可相互促进脱硫，起到深度脱硫的效果。但若Mg配入过多，脱硫反应较剧烈，容易造成铁水大翻，且Mg的成本较高，所以结合低温钒钛铁水的具体情况，配入5.5～9.0％的Mg效果最好。

[0027] CaC2的脱硫能力大于CaO，可弥补CaO配入量较低时脱硫效果不稳定的缺点，起到深度脱硫的效果。但CaC2是高能耗产品，且极易吸水而影响脱硫效果，故配入2～9％即可。

[0028] CaF2是作为反应促进剂添加的，CaF2本身不起脱硫作用，但因其熔点低，可起化渣作用，适宜的配比为1～3.5％，配入量较少则影响化渣效果，配入量较多则又影响铁水包寿命并污染环境。

[0029] C主要起润滑作用，有利于粉渣料在管道内的流动，C可以由石墨或木炭等提供。

[0030] Na2CO3也是作为反应促进剂。由于Na2CO3分解产生CO2和Na2O，CO2气体可增加搅拌效果，Na2O的脱硫能力较CaO强约10倍，可促进脱硫反应。但Na2CO3的分解为吸热反应，配入量须视铁水的温度而定，铁水温度较高(例如温度＞1300℃)，则配入量可适当提高；铁水温度较低，则配入量必须严格控制，否则会对脱硫产生不利影响，配入1.0～3.0％效果最好。

[0031] 此外，本发明的钒钛铁水脱硫剂还包括杂质如SiO2、Al2O3等，这些杂质对脱硫效果不会产生较大影响，但实际生产过程不可避免会带入以上杂质。

[0032] 为了增大脱硫剂与铁水的接触面积并提高脱硫效果，本发明的钒钛铁水脱硫剂优选为粉末状，粒径为0.12～0.18mm。

[0033] 本发明的钒钛铁水脱硫剂的制备方法是按照上述钒钛铁水脱硫剂中各成分的重量百分比进行配料，混匀、干燥后研磨成粉末，即得到钒钛铁水脱硫剂。具体地，上述原材料包括：含CaO≥85％的活性石灰，其S≤0.10％，活性度≥310mol/ml，其中，石灰的活性度是指它在熔渣中与其它物质的反应能力，用石灰在熔渣中的熔化速度来表示；TMg(即，全部的镁单质含量)≥85％的钝化镁；含CaC2≥75％的电石；含CaF2≥75％的萤石；含C≥90％的石墨或木炭；总碱量≥96％、氯化物≤1.5％的Na2CO3，本发明的钒钛铁水脱硫剂原材料的资源易得且综合价格较低。研磨时，将干燥后的混合原材料研磨成粒径为0.12～0.18mm的粉末状成品。此外，本发明的制备方法还包括将所得钒钛铁水脱硫剂进行密封装袋的步骤，例如按50Kg/袋进行包装。

[0034] 本发明的脱硫方法是采用喷吹法进行脱硫，所使用的脱硫剂则采用上述钒钛铁水脱硫剂。具体地，以惰性气体作为载粉气体，例如氮气或氩气，但氮气的成本最低，将上述钒钛铁水脱硫剂通过喷枪喷入钒钛铁水罐内对钒钛铁水进行处理，其中，助吹流量为15～3 3
25Nm/h、流态化流量为15～20Nm/h、喷吹压力为0.40～0.60MPa、喷吹速度为46～55kg/min、喷枪距罐底高度为150～300mm，其中，助吹流量指刚开始能确保通畅的吹气流量，流态化流量是正常喷吹时的控制流量，喷吹压力指料仓的压力，喷吹速度指单位时间内脱硫剂的消耗量。并且，在喷吹钒钛铁水脱硫剂时，应保持稳定的喷吹速度，防止出现喷枪堵塞或严重喷溅现象。另外，根据钒钛铁水中不同的硫含量，本发明还给出了具体的脱硫剂单耗，具体参见表1，由表1可知，即使硫含量较高，本发明的钒钛铁水脱硫剂单耗也较低，有利于成本的节约。

[0035] 表1 钒钛铁水硫含量对应的钒钛铁水脱硫剂单耗

[0036]钒钛铁水硫含量(％) 钒钛铁水脱硫剂单耗
＜0.050 2.5Kg/吨铁
0.050～0.060 2.5～3.5Kg/吨铁
0.060～0.070 3.5～4.5Kg/吨铁
0.070～0.080 4.5～5.5Kg/吨铁
＞0.080 5.5～6.5Kg/吨铁

[0037] 表2 某厂的钒钛铁水采用不同脱硫剂的脱硫效果情况

[0038]

[0039] 表2列出了某厂的钒钛铁水采用不同脱硫剂的脱硫效果情况。由表2可知，本发明的钒钛铁水脱硫剂的配比即能满足铁水在较高温度(温度≥1280℃)时有很好的脱硫效果，又可保证铁水在较低温度(温度为1230～1280℃)条件下仍有较好的脱硫效果，解决了现有技术中的脱硫剂在低温铁水状态下脱硫效果差的问题。

[0040] 本发明的钒钛铁水脱硫剂能保证铁水温度较低时仍有较高的脱硫率。当钒钛铁水温度为1230～1280℃时，喷粉脱硫率为60～85％，平均为69.1％；当钒钛铁水温度≥1280℃，喷粉脱硫率为80～95％，平均为85.6％，这有效解决了转炉生产低硫钢的铁水要求。另外，本发明的钒钛铁水脱硫剂配方中的材料易得，且脱硫剂成本较低、铁水脱硫前后温降较少，表3列出了某厂的钒钛铁水采用不同脱硫剂的温度和成本情况。

[0041] 表3 某厂的钒钛铁水采用不同脱硫剂的温度和成本情况

[0042]

[0043] 下面通过具体的实施例对本发明的钒钛铁水脱硫剂及其制备方法和使用该脱硫剂的脱硫方法进行说明。

[0044] 实施例一：A组钒钛铁水脱硫剂的成分配比及脱硫效果

[0045] (1)原材料的主要成份：石灰：CaO＝85.7％，活性度＝320mol/ml；钝化镁：TMg＝86.1％；电石：CaC2＝77.2％；萤石：CaF2＝79％；碳粉：C＝93.4％；苏打：Na2CO3＝96.3。

[0046] (2)制备过程：将上述原材料中石灰、钝化镁、电石、萤石、碳粉、苏打按重量百分比81％、10％、3.8％、2.0％、1.7％、1.5％配料，混匀、干燥后研磨成约0.15mm的粉末，即制成如表4所示的A组钒钛铁水脱硫剂。

[0047] 表4 A组钒钛铁水脱硫剂的成份表(wt％)

[0048]CaO CaC2 CaF2 C Mg Na2CO3 P S
68.2 2.7 1.29 1.57 9.03 1.21 0.014 0.07

[0049] (3)喷吹脱S过程：以氮气作为载粉气体，将上述脱硫剂通过喷枪喷入钒钛铁水3 3
罐内对钒钛铁水进行处理，其中，助吹流量为22Nm/h、流态化流量为18Nm/h、喷吹压力为
0.52MPa、喷吹速度为51kg/min、喷枪距罐底高度约230mm。

[0050] (4)具体的脱硫参数及脱硫效果见表5、表6：

[0051] 表5 实施例1的脱硫效果

[0052]

[0053] 表6 实施例1的脱硫效果

[0054]

[0055] 实施例二：B组钒钛铁水脱硫剂的成分配比及脱硫效果

[0056] (1)原材料的主要成份：石灰：CaO＝86.2％，活性度＝323mol/ml；钝化镁：TMg＝85.8％；电石：CaC2＝75.9％；萤石：CaF2＝77.1％；碳粉：C＝92.5％；苏打：Na2CO3＝96.2。

[0057] (2)制备过程：将上述原材料中石灰、钝化镁、电石、萤石、碳粉、苏打按重量百分比74.1％、7％、9.0％、4.0％、3.3％、2.6％配料，混匀、干燥后研磨成约0.15mm的粉末，即制成如表7所示的脱S剂。

[0058] 表7 B组钒钛铁水脱硫剂的成份表(wt％)

[0059]CaO CaC2 CaF2 C Mg Na2CO3 P S
62.7 8.7 3.29 3.1 5.83 2.71 0.012 0.067

[0060] (3)喷吹脱S过程：以氮气作为载粉气体，将上述脱硫剂通过喷枪喷入钒钛铁水3 3
罐内对钒钛铁水进行处理，其中，助吹流量为21Nm/h、流态化流量为18Nm/h、喷吹压力为
0.52MPa、喷吹速度为50kg/min、喷枪距罐底高度约230mm。

[0061] (4)具体的脱硫参数及脱硫效果见表8、表9：

[0062] 表8 实施例2的脱硫效果

[0063]

[0064] 表9 实施例2的脱硫效果

[0065]

[0066] 实施例二：C组钒钛铁水脱硫剂的成分配比及脱硫效果

[0067] (1)原材料的主要成份：石灰：CaO＝85.7％，活性度＝331mol/ml；钝化镁：TMg＝86.5％；电石：CaC2＝76.8％；萤石：CaF2＝76.4％；碳粉：C＝93.5％；苏打：Na2CO3＝96.7。

[0068] (2)制备过程：将上述原材料中石灰、钝化镁、电石、萤石、碳粉、苏打按重量百分比78％、8.5％、6.0％、3.0％、2.5％、2.0％配料，混匀、干燥后研磨成约0.14mm的粉末，即制成如表10所示的脱S剂。

[0069] 表10 C组钒钛铁水脱硫剂的成份表(wt％)

[0070]CaO CaC2 CaF2 C Mg Na2CO3 P S
65.7 5.9 2.41 2.3 7.84 2.04 0.014 0.069

[0071] (3)喷吹脱S过程：以氮气作为载粉气体，将上述脱硫剂通过喷枪喷入钒钛铁水罐内对钒钛铁水进行处理，其中，助吹流量为22.1Nm3/h、流态化流量为18.4Nm3/h、喷吹压力为0.53MPa、喷吹速度为50.5kg/min、喷枪距罐底高度约220mm。

[0072] (4)具体的脱硫参数及脱硫效果见表11、表12：

[0073] 表11 实施例3的脱硫效果

[0074]

[0075] 表12 实施例3的脱硫效果

[0076]