一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法

摘要

一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法，包括以下步骤：1)出渣装料：LF炉正常冶炼结束后，将连续2～3炉LF精炼渣和少量钢水装入脱硫装置内2)钢包抽真空；3)外加电场脱硫：将阴极插入熔渣内部，在外施加一个稳定的电场；4)SO2收集：高温SO2气体通过管道进入SO2收集装置内，SO2气体溶解于SO2收集装置内部的海水中；5)回LF炉再利用。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明的方法简单可靠，脱硫效率高，精炼渣可熔态回用到精炼过程做精炼造渣剂，从而减少造渣料的消耗，缩短冶炼时间，降低精炼造渣过程热损失，减少钢渣排放和污染环境，增大钢铁企业的经济效益。也对冶金工业废渣高效循环利用有着重要的借鉴和指导意义。

权利要求

1.一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)出渣装料：LF炉正常冶炼结束后，将连续2～3炉LF精炼渣和少量钢水装入脱硫装置内，渣金质量比为5～10，熔渣温度为1300-1400℃；

2)抽真空：盖上脱硫装置的钢包盖，先通过气泵把钢包内气体排出，使钢包内的压力达到一定真空度，降低SO2气体分压，有利于SO2气体排出炉外；真空度控制范围为：100Pa～

1000Pa；

3)外加电场脱硫：将阴极插入熔渣内部，阴极插入深度为熔渣总深度的1/2-2/3处，阳极插入钢水层，在外施加一个稳定的电场，把炉外O2通过阴极固体电解质传导到熔渣中，并与熔渣中S发生反应产生SO2气体并排除钢包外；外加直流电源的输出电压U＜UE，UE为阴极固体电解质的分解电压，外加直流电源的输出电流I为1～10A；

4)SO2收集：高温SO2气体通过管道进入SO2收集装置内，SO2气体溶解于SO2收集装置内部的海水中，形成亚硫酸盐或硫酸盐，减少了SO2排出空气中对环境污染；海水的盐度大于

4.5wt％，碱度大于3.4mmol·L-1；

5)回LF炉再利用：当熔渣中供电硫脱一段时间后停止供电，将阴极升起，打开钢包盖，将熔渣重新装入LF炉作为预熔渣进行钢水脱硫；供电脱硫时间为 (S)0为熔渣初始S质量百分含量，(S)t为熔渣t时刻的S质量百分含量，K为脱硫速率，单位1/min，K＝0.012～0.021。

2.一种如权利要求1所述的LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法采用的脱硫装置，其特征在于，包括钢包、阴极、阳极、SO2收集装置、电极升降装置、气泵，所述阴极安装在电极升降装置上从钢包上方伸入钢包中的熔渣内，所述阳极从钢包底部伸入钢包底部的钢水中，阴极和阳极连接直流电源，所述SO2收集装置通过管道连通钢包上部，在连通管道上安装气泵，所述钢包底部为斜坡，在斜坡的最底端设有出钢口。

说明书

一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法。

背景技术

[0002] LF精炼渣最高效的利用途径为冶金回用，同时LF精炼废渣熔点低、熔化速度快、碱度高、氧化性低的特点，可以热态回用于精炼过程。但由于LF精炼废渣中S含量较高，在冶金回用时会发生钢液“回硫”现象，从而限制了LF精炼废渣的回收再利用。因此，LF精炼渣除硫成为LF精炼渣回用的关键技术环节。

[0003] 目前，国内外学者对去除LF精炼废渣中硫的研究方法主要从固态高温氧化法、固态水热浸出法、熔融态(热态)氧化法等方面进行了报道。氧化法脱硫主要是在高温时将渣中的硫元素氧化为气态物质以脱除。《The Iron and Steel Institute of Japan》杂志第48卷第21期刊登了日本学者Kobayashi J等人题为《Regeneration  Process of Desulphurization Slag Containing CaF2by Oxidation》的论文，该论文介绍了将冷却后的精炼废渣粉碎到0.074mm以下，在1100℃下通入79％Ar+21％O2的混合气体，进行氧化焙烧脱硫，脱硫率在50％左右，脱硫后精炼渣可以循环利用。《Metallurgy》杂志1987年第10期刊登了Bigeev等人题为《Increasing the Efficiency of Ladle Desulfurization of Steel by Regenerated Slags》的论文，该论文介绍了熔融态精炼废渣再生循环利用工艺，将火焰喷枪在尚未出钢的情况下插入精炼渣内，将渣中的硫元素氧化为气态物质脱除。一种LF精炼渣热态循环利用的工艺方法(CN 104109737A)专利公布了向渣中通入空气或氧气，吹起位置均匀布置在渣面，通气流量50-300Nm3/(h·t)，吹气过程中保持吹气温度1300～1450℃，吹气时间30min，渣中硫以SO2形式排出，可以得到较高的脱硫率。固态水热浸出法的原理是硫在水热浸出处理过程中是以S2-形式进入浸出液中，与水解离出的H+结合先形成HS-，而后进一步形成H2S，最终达到将废渣中硫浸出去除的目的。

[0004] 上述除LF精炼废渣中硫的研究方法存在一些缺陷，主要表现：(1)精炼渣冷却粉碎后固态高温氧化，其热量不能被充分利用，下一循环采用冷渣料造渣成渣速度慢，不利于节能降耗。(2)需要较高的生产效率，易氧化钢水中的碳和硅等其他元素，同时要求渣层必须具有很大厚度，但如果渣层过厚容易造成炉内净空太小使渣层搅拌不均匀，造成精炼渣处理效果不理想。(3)LF精炼渣热态氧化法受生产空间的限制而难以实现，温度1300～1450℃高温气体很难保证。(4)固态水热浸出法在处理过程中浪费了大量的冷却水和钢渣热量，还造成了二次污染。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法，根据高温熔态炉渣的导电性及S2-的分布和存在形态，在外加直流电场的作用下，阴极插入熔融渣层内部，阳2- 2- 2-
极插入钢水层，炉外O2通过阴极固体电解质得到2e变成(O )，(O )、(S )在电场的作用下，向阳极区域定向移动并富集，(O2-)失去2e变成(O)原子，(S2-)失去2e变成(S)原子，熔渣中(S)原子与过剩的2个(O)原子结合生产SO2气体，使其硫含量降低到可以再利用含量，然后作为预熔渣重新回LF炉加以循环利用，最终到达LF精炼渣高效循环利用的目的。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

[0007] 一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法，包括以下步骤：

[0008] 1)出渣装料：LF炉正常冶炼结束后，将连续2～3炉LF精炼渣和少量钢水装入脱硫装置内，渣金质量比为5～10，熔渣温度为1300-1400℃；

[0009] 2)抽真空：盖上脱硫装置的钢包盖，先通过气泵把钢包内气体排出，使钢包内的压力达到一定真空度，降低SO2气体分压，有利于SO2气体排出炉外；真空度控制范围为：100Pa～1000Pa。

[0010] 3)外加电场脱硫：将阴极插入熔渣内部，阴极插入深度为熔渣总深度的1/2-2/3处，在外施加一个稳定的电场，把炉外O2通过阴极固体电解质传导到熔渣中，并与熔渣中S发生反应产生SO2气体并排除钢包外；外加直流电源的输出电压U＜UE，UE为阴极固体电解质的分解电压，外加直流电源的输出电流I为1～10A；

[0011] 4)SO2收集：高温SO2气体通过管道进入SO2收集装置内，SO2气体溶解于SO2收集装置内部的海水中，形成亚硫酸盐或硫酸盐，减少了SO2排出空气中对环境污染；海水的盐度大-1于4.5wt％，碱度大于3.4mmol·L ；

[0012] 5)回LF炉再利用：当熔渣中硫脱一段时间后停止供电，将阴极升起，打开钢包盖，将熔渣重新装入LF炉作为预熔渣进行钢水脱硫；供电脱硫时间为 (S)0为熔渣初始S质量百分含量，(S)t为熔渣t时刻的S质量百分含量，K为脱硫速率，单位1/min，K＝0.012～0.021。

[0013] 一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法采用的脱硫装置，包括钢包、阴极、阳极、SO2收集装置、电极升降装置、气泵，所述阴极安装在电极升降装置上从钢包上方伸入钢包中的熔渣内，所述阳极从钢包底部伸入钢包底部的钢水中，阴极和阳极连接直流电源，所述SO2收集装置通过管道连通钢包上部，在连通管道上安装气泵，所述钢包底部为斜坡，在斜坡的最底端设有出钢口。

[0014] 熔渣电化学脱硫原理及过程如下：

[0015] 根据炉渣的离子理论，在高温熔融状态下，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，通过定向导入过量氧离子使硫离子反应生产SO2气体从而达到脱除熔渣中硫的目的。熔渣脱硫过程可以通过以下步骤完成：

[0016] (1)熔渣中的硫离子在电场的作用下向熔渣-金属界面迁移

[0017] (S2-)熔渣→(S2-)界面

[0018] (2)在熔渣-金属界面发生阳极反应

[0019] (S2-)-2e→(S)

[0020] (O2-)-2e→(O)

[0021] (3)炉外的氧气通过阴极固体电解质变成氧离子

[0022] 2O2+4e→2O2-

[0023] (4)阴极表面氧离子扩散到熔渣内部

[0024] 2O2-→2(O2-)

[0025] (5)熔渣中氧原子与硫原子反应生成SO2气体

[0026] (S)+2(O)＝SO2

[0027] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

[0028] 本发明的方法简单可靠，脱硫效率高，精炼渣可熔态回用到精炼过程做精炼造渣剂，从而减少造渣料的消耗，缩短冶炼时间，降低精炼造渣过程热损失，减少钢渣排放和污染环境，增大钢铁企业的经济效益。也对冶金工业废渣高效循环利用有着重要的借鉴和指导意义。

附图说明

[0029] 图1是本发明脱硫装置的结构示意图。

[0030] 图中：1-钢水；2-出钢口；3-电极支架；4-钢包；5-熔渣；6-电极夹紧装置；7-阴极；8-电极升降装置；9-气泵；10-SO2收集装置；11-直流电源；12-阳极。

具体实施方式

[0031] 下面对本发明做详细说明，但本发明的实施范围不仅仅限于下述的实施方式。

[0032] 一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法，包括以下步骤：

[0033] 1)出渣装料：LF炉正常冶炼结束后，将连续2～3炉LF精炼渣和少量钢水装入脱硫装置内，渣金质量比为5～10，熔渣温度为1300-1400℃；

[0034] 2)抽真空：盖上脱硫装置的钢包盖，先通过气泵把钢包内气体排出，使钢包内的压力达到一定真空度，降低SO2气体分压，有利于SO2气体排出炉外；真空度控制范围为：100Pa～1000Pa。

[0035] 3)外加电场脱硫：将阴极通过电极升降装置直接插入熔渣内部，阴极插入深度为熔渣总深度的1/2-2/3处，在外施加一个稳定的电场，把炉外O2通过阴极固体电解质传导到熔渣中，并与熔渣中S发生反应产生SO2气体并排除钢包外；外加直流电源的输出电压U＜UE，UE为阴极固体电解质的分解电压，外加直流电源的输出电流I为1～10A；

[0036] 4)SO2收集：高温SO2气体通过管道进入SO2收集装置内，SO2气体溶解于SO2收集装置内部的海水中，形成亚硫酸盐或硫酸盐，减少了SO2排出空气中对环境污染；海水的盐度大于4.5wt％，碱度大于3.4mmol·L-1；

[0037] 5)回LF炉再利用：当熔渣中硫脱一段时间后停止供电，通过电极升降装置将阴极升起，打开钢包盖，将熔渣重新装入LF炉作为预熔渣进行钢水脱硫；供电时间为(S)0为熔渣初始S质量百分含量，(S)t为熔渣t时刻的S质量百分含量，K为脱硫速率，单位1/min，K＝0.012～0.021。

[0038] 6)出钢：当钢水界面达到超过底部斜坡最高点A20％-50％高度时，钢水从出钢口排出到其他钢包中，使钢水液面将至A点处。

[0039] 见图1，一种LF炉精炼渣熔融态循环再利用的方法采用的脱硫装置，包括钢包4、阴极7、阳极12、SO2收集装置10、电极升降装置8、气泵9，所述阴极7安装在电极升降装置8上从钢包4上方伸入钢包4中的熔渣5内，所述阳极12从钢包4底部伸入钢包4底部的钢水1中，阴极7和阳极12连接直流电源11，所述SO2收集装置10通过管道连通钢包4上部，在连通管道上安装气泵9，所述钢包4底部为斜坡，在斜坡的最底端设有出钢口2。

[0040] 阴极7可以是若干个，在熔渣界面上呈现均匀分布，阴极是由导电陶瓷材料制备而成。电极支架3、电极升降装置8、电极夹紧装置6均为非导电材质。

[0041] 实施例1

[0042] LF炉正常冶炼结束后，将连续3炉10吨LF精炼渣，1吨钢水装入脱硫装置内，渣金质量比为10，熔渣温度的范围为1400℃；盖上钢包盖，先通过气泵把钢包内气体排出，使钢包-2内的压力达到10 Pa；阴极通过电极升降装直接插入熔渣内部，熔渣总深度为4.5m，阴极插入液面的深度为3m，在外施加一个稳定的电场，外加直流电源的输出电压U，其数值为U＝
1.5V，输出电流I为10A；把炉外O2通过阴极固体电解质传导到熔渣中，并与熔渣中S发生反应生产SO2气体而排除炉外；高温SO2气体通过管道进入SO2收集装置内，SO2气体溶解于其内-1
部的海水中，海水的盐度为4.6wt％，碱度大于为3.5mmol·L ；形成亚硫酸盐或硫酸盐，供电时间为40min，K数值为0.0124(1/min)，当熔渣停止供电后，通过电极升降装置将阴极升起，打开钢包盖，将熔渣重新装入LF炉作为预熔渣进行钢水脱硫。如果当钢水界面达到超过A点20-50％高度时，钢水从出钢水口排出到其他钢包中，使钢水液面将至A点处。

[0043] 实施例2

[0044] LF炉正常冶炼结束后，将连续2炉8吨LF精炼渣，1.6吨钢水装入脱硫装置内，渣金质量比为5，熔渣温度的范围为1300℃；盖上钢包盖，先通过气泵把钢包内气体排出，使钢包内的压力达到10-2Pa；阴极通过电极升降装直接插入熔渣内部，熔渣总深度为4.5m，阴极插入液面的深度为2.25m，在外施加一个稳定的电场，外加直流电源的输出电压U，其数值为U＝1.0V，输出电流I为10A；把炉外O2通过阴极固体电解质传导到熔渣中，并与熔渣中S发生反应生产SO2气体而排除炉外；高温SO2气体通过管道进入进入SO2收集装置内，SO2气体溶解于其内部的海水中，海水的盐度为4.6wt％，碱度大于为3.8mmol·L-1；形成亚硫酸盐或硫酸盐，供电时间为24min，K为数值为0.012(min-1)，当熔渣停止供电后，通过电极升降装置将阴极升起，打开钢包盖，将熔渣重新装入LF炉作为预熔渣进行钢水脱硫。如果当钢水界面达到超过A点20-50％高度时，钢水从出钢水口排出到其他钢包中，使钢水液面将至A点处。

[0045] 精炼渣化学成分、工艺参数及脱硫结果见表1、表2、表3。

[0046] 表1 LF精炼渣脱硫前成分(wt％)

[0047] 序号 CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO FeO S F- R实施例1 51.61 4.85 29.82 8.1 0.17 0.9 0.62 6.91 10.44
实施例2 52.49 4.52 28.5 6.8 0.37 0.9 0.41 13.64 11.61

[0048] 表2 LF精炼渣脱硫后成分(wt％)

[0049] 序号 CaO SiO2 Al2O3 MgO MnO FeO S F- R实施例1 51.34 4.56 29.12 7.93 0.14 0.45 0.124 6.66 11.25
实施例2 52.12 4.23 28.23 6.56 0.27 0.34 0.127 13.44 12.32

[0050] 表3工艺参数及脱硫结果

[0051]