CN102719617A

CN102719617A - 铁碳熔体电化学脱碳方法及装置

Info

Publication number: CN102719617A
Application number: CN2011100778743A
Authority: CN
Inventors: 贾吉祥; 李德刚; 廖相巍; 赵刚; 曹东; 郭庆涛; 李广帮; 万雪峰
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明提供一种铁碳熔体的电化学脱碳方法及装置，其方法包括：1)将铁碳熔体装入炉体内，再加入渣料，并控制其加入量；2)通过阴极升降机构使阴极与熔渣接触；3)由外部直流电源通过插入熔渣的阴极和置于铁碳熔体中的阳极，施加一直流电场，并进行弱底吹气体搅拌。其装置由炉体、炉内的铁碳熔体及其上层的熔渣、与外部直流电源相连接的阴极和阳极所组成，阴极通过升降机构与炉内上层的熔渣相接触，阳极与炉内下层的铁碳熔体相接触。本发明设备简单，操作方便，采用本方法脱碳无需向熔池供入大量的氧，也无需进行脱氧操作，只要在铁碳熔体和熔渣间施加一直流电场，即可对铁碳熔体进行低成本、快速、无污染的电化学脱碳。

Description

铁碳熔体电化学脱碳方法及装置

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种适合铁碳熔体电化学脱碳的方法及装置。

背景技术

传统的脱碳方法是将氧供入熔池，将铁碳熔体里的碳氧化。在反应过程中，熔池中的碳与氧发生反应，生成的CO气体以气泡形式从熔池中排出。脱碳反应过程一般由以下几个环节组成：

1)碳由金属内部向金属/气相界面传递；

2)在金属汽相界面发生化学反应；

3)气体产物由金属汽相界面向气相渣相界面迁移；

4)在气相渣相界面发生化学反应；

5)铁氧化物在渣相边界层中的传递；

6)铁氧化物在渣相中传递。

脱碳结束后，熔池里留存有过量的氧，因此还需加入大量的脱氧剂对熔体进行脱氧处理。这就带来一系列不利的影响，例如使用脱氧剂会增加冶炼成本，对炼钢系统来讲，脱氧产物还会造成连铸水口堵塞，脱氧产物还会造成冷轧薄板表面质量问题等等。所以为了符合低碳、环保、低成本的生产情况下，急需寻找其它洁净、无污染、低成本的脱碳方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的缺陷，提供一种洁净化、低成本、适用于铁碳熔体的电化学无污染脱碳方法及装置。

本发明铁碳熔体的电化学脱碳方法包括以下步骤：1)将铁碳熔体装入炉体内，再加入渣料，并控制其加入量，使其熔化后厚度为30～150mm；2)根据熔渣厚度，通过阴极升降机构使阴极与熔渣接触而不和铁碳熔体接触；3)由外部直流电源通过插入熔渣的阴极和置于铁碳熔体中的阳极，施加一直流电压为0.1～20V，电流密度为10～2000A/m²的电场，同时进行弱底吹气体搅拌，以增强溶解的碳、氧在熔体中的传质，并控制底吹气体流量为1～50NL·min^-1，流量过大导致渣层波动大，致使施加的电压、电流不稳定，影响脱碳效果。

本发明所述的弱底吹搅拌气体为惰性气体，可以是Ar或N₂。

本发明所述的渣料应具有适合的碱度(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为0.8～1.5，其1500℃时的粘度为0.05～2Pa·S，并具有高的电导率，渣料中FeO含量重量百分比为1％～10％。

本发明铁碳熔体电化学脱碳用装置由带有底吹透气砖和感应圈的炉体、炉内的铁碳熔体及其上层的熔渣、阴极、阳极和直流电源所组成，所述阴极和阳极通过导线与外部直流电源相连接，阴极通过阴极升降机构可与炉内上层的熔渣相接触，阳极安装在炉体底部，与炉内下层的铁碳熔体相接触。

本发明铁碳熔体电化学脱碳用装置所述的阴极升降机构由阴极升降架支架、阴极升降架和阴极架组成，阴极升降架由金属材料制成，上部与阴极升降架支架相连，下端安有阴极架，所述的阴极有若干个，平行垂直布置在阴极架上。本发明所述的阴极由耐高温金属材料或金属导电陶瓷材料制成；所述的阳极由高温陶瓷、耐高温金属、或与铁碳熔体成分相近的自耗电极制成。

本发明的原理是：

铁碳熔体的电化学脱碳反应通过以下反应完成，氧在气相/熔渣界面的反应

O₂+2e^-＝O^2- (1)

在熔渣/金属熔体界面的反应为

2(O^2-)+2C＝2CO+4e^- (2)

2(O^2-)+C＝CO₂+4e^- (3)

在氧化气氛中

2CO+O₂＝2CO₂ (4)

随着反应的进行，由于熔渣中O^2-发生迁移，氧离子从气相/熔渣界面迁移到熔渣/金属熔体界面，在熔渣/熔渣边界层的界面积累了多余的正电荷，而熔渣边界层/金属熔体界面因反应式(2)、(3)的进行会积累多余的电子，于是在熔渣边界层形成了一个电场，它的存在会阻碍O^2-离子继续由熔渣通过边界层的扩散。当反应进行到一定程度后，O^2-离子所受的电场力与扩散力达到平衡，这时O^2-离子向反应界面的迁移便停止，从而使熔渣与金属颗粒间的脱碳反应在没有达到热力学平衡时便停止了。当体系中引入一反向电场，消除阻碍氧离子迁移的电场力，就可以使熔渣与金属颗粒间的脱碳反应继续进行下去，直至达到热力学平衡状态。

本发明具有如下明显优点：本方法只需在铁碳熔体和熔渣间施加一直流电场，即可实现熔体的电化学脱碳；脱碳反应无需向熔池供入大量的氧，避免熔体的过氧化，也无需进行额外的脱氧操作，节约了大量的脱氧剂。本发明设备简单，操作方便，成本低廉，无需增加单独的精炼工位，无需延长精炼处理时间，只需在现有精炼设备的基础上配以简单的设备即可对铁碳熔体进行低成本、快速、无污染的脱碳。

附图说明

图1为本发明电化学脱碳用装置的结构示意图。

图中1为阴极升降架支架，2为感应圈，3为熔渣，4为炉体，5为铁碳熔体，6为底吹透气砖，7为阴极升降架，8为阴极架，9为阴极，10为外部直流电源，11为阳极。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例将30～50Kg铁碳熔体5(具体熔体成分见表1)加入到带有底吹透气砖6和感应圈2的炉体4中，待熔体5完全熔化后向熔池加入渣料，待渣料完全熔化后，测定熔渣3的厚度，将熔渣厚度控制在30～150mm，等熔渣3和铁碳熔体5反应平衡后，再对铁碳熔体5进行测温处理，然后通过由阴极升降架支架1、阴极升降架7和阴极架8组成的阴极升降机构降下阴极9，施加电场对铁碳熔体5进行电化学脱碳处理。实施例中，将6个阴极9安装在电极架8上，阴极9由含钼的金属陶瓷制作而成。根据熔渣3的厚度控制阴极9的下降深度，确保阴极9和熔渣3接触而不和铁碳熔体5接触。然后由外部直流电源10通过插入熔渣3的阴极9和置于炉体底部的阳极11，施加一直流电压为0.1～10V，电流为0.1～100A的电场。实施例所用阳极11由含钼的金属陶瓷制作而成。在施加电场过程中通过底吹透气砖6进行弱底吹氩气搅拌，流量为1～50NL·min^-1。本发明实施例在实验室50Kg多功能炉上实施，具体工艺及效果见表2。

表1本发明实施例铁碳熔体的化学成分

实施例	C，％	Fe，％	Si，％	Mn，％	P，％	S，％
							1	4.36	95.05	0.33	0.071	0.047	0.036
2	1.05	97.38	0.53	0.15	0.013	0.012
							3	0.10	98.87	0.11	0.23	0.017	0.015

表2本发明实施例铁碳熔体电化学脱碳工艺及效果

Claims

1.一种铁碳熔体的电化学脱碳方法，其特征在于包括以下步骤：1)将铁碳熔体装入炉体内，再加入渣料，并控制其加入量，使其熔化后厚度为30～150mm；2)根据熔渣厚度，通过阴极升降机构使阴极与熔渣接触而不和铁碳熔体接触；3)由外部直流电源通过插入熔渣的阴极和置于铁碳熔体中的阳极，施加一直流电压为0.1～20V，电流密度为10～2000A/m²的电场，同时进行弱底吹气体搅拌。

2.根据权利要求1所述的铁碳熔体的电化学脱碳方法，其特征在于所述渣料中(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为0.8～1.5，FeO含量重量百分比为1％～10％，其1500℃时的粘度为0.05～2Pa·S。

3.根据权利要求1所述的铁碳熔体的电化学脱碳方法，其特征在于所述的弱底吹搅拌气体为惰性气体，气体流量为1～50NL·min^-1。

4.一种权利要求1、2或3所述铁碳熔体电化学脱碳用装置，其特征在于该装置由带有底吹透气砖和感应圈的炉体、炉内的铁碳熔体及其上层的熔渣、阴极、阳极和直流电源所组成，所述阴极和阳极通过导线与外部直流电源相连接，阴极通过阴极升降机构可与炉内上层的熔渣相接触，阳极安装在炉体底部，与炉内下层的铁碳熔体相接触。

5.根据权利要求4所述的铁碳熔体电化学脱碳用装置，其特征在于所述的阴极升降机构由阴极升降架支架、阴极升降架和阴极架组成，阴极升降架由金属材料制成，上与阴极升降架支架相连，下与阴极架相连，所述的阴极有若干个，平行垂直布置在阴极架上。

6.根据权利要求4所述的铁碳熔体电化学脱碳用装置，其特征在于所述的阴极由耐高温金属材料或金属导电陶瓷材料制成；所述的阳极由高温陶瓷、耐高温金属、或与铁碳熔体成分相近的自耗电极制成。