[發(fā)明專利]熔鹽電化學還原法去除固態(tài)鋼表面的硫化物夾雜

無效

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• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102995066A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 許瑩;朱立光;高華
• 申請（專利權）人: 河北聯(lián)合大學
• 主分類號: C25C3/34
• 分類號: C25C3/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于潔凈鋼領域，具體涉及利用熔鹽電化學還原過程去除固態(tài)鋼表面的硫化物夾雜的方法。?

背景技術

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產和科學技術的迅速發(fā)展，對鋼材質量的要求日益提高。為了避免鋼坯產生內部裂紋和得到良好的表面質量，要求普通鋼的含硫量小于0.020％；為了使結構鋼具有均勻的機械性能，要求鋼中硫含量小于0.010％；為了使石油和天然氣輸送管、石油精煉設備用鋼、海上采油平臺用鋼、低溫用鋼、厚船板鋼和航空用鋼等具有抗氫致裂紋性能、更均勻的機械性能和更高的沖擊韌性，硅鋼具有良好的電磁性能，薄板鋼具有優(yōu)良的深沖性能等等，要求鋼中含硫量小于0.005％。為此，在鋼的生產中開發(fā)了煉鋼前的鐵水預處理和煉鋼后的鋼水精煉技術以脫除多余的硫，滿足成品鋼規(guī)格要求。?

但是，對于某些只對表面性能有特殊要求的鋼和部件，采取高成本深度脫硫顯然不經濟。硫化物夾雜對鋼的防腐性能有嚴重的影響，甚至低含量的硫也會造成鋼材表面的腐蝕失效或產生缺陷。這是因為在鋼鐵表面的夾雜物與基體間存在電位的差異，表面積的不同以及缺乏保護膜，這些夾雜的硫化物比較容易溶解在水中。一旦夾雜物的溶解發(fā)生，金屬表面便產生大量的腐蝕坑，從而加速了其進一步腐蝕，嚴重影響其強度和表面性能，使其應用范圍受到限制，在一些特殊環(huán)境下使用時更難以正常服役。一些特殊領域的用鋼要求更為苛刻，如汽車和儀表鋼板。盡管人們采用了很多方法減少夾雜物的含量，但由于鋼鐵生產規(guī)模大、過程復雜，不可能得到不含任何夾雜物的鋼。因此除了研究如何在煉鋼過程中減少硫化物夾雜生成外，研究如何除去一些固態(tài)鋼板表面的硫化物夾雜以便提高材料的防腐及其它性能，滿足特殊的需要也是十分必要的。電化學還原技術可能是一種理想的方法。?

電化學廣泛應用于冶金領域。其應用主要分為兩個方面，一是電解還原法制備金屬，如鋁的生產；二是用于電化學精煉。在電化學精煉過程中，通常是將待精煉的金屬作陽極，純金屬作陰極進行電解。陽極的金屬首先氧化，以離子的形式進入溶液，然后這些離子在陰極還原。在水溶液中精煉銅以及在熔鹽中精煉鋁就是這種情況。然而，若在精煉過程中，將少量的雜質直接從金屬中去除，而留下純金屬無論從節(jié)能上還是從成本上都會有很大的優(yōu)勢。根據(jù)這一想法，在熔鹽體系中已經有人開始這方面的研究。?

劍橋大學的G.Chen和D?J?Fray據(jù)此開發(fā)了在氯化物熔鹽中直接電解還原TiO₂生產金屬鈦的工藝，被稱為“FFC劍橋工藝”。在該工藝中，二氧化鈦被制成電解陰極，石墨作陽極，電解液為熔融的CaCl₂，適量的電流通過后，氧離子離開氧化物，擴散到陽極處，與碳結合成CO逸出，金屬鈦則留在陰極。與傳統(tǒng)電解工藝的主要區(qū)別是，此過程中不存在液態(tài)鈦或離子鈦。盡管TiO₂電導率較低，但仍可作為有效的陰極。這是因為一旦氧放出，有金屬鈦生成，其導電性大大提高，反應可順利進行。該工藝是一種低成本電化學生產鈦的方法。該項技術的優(yōu)點是：?

(1)大大降低了原料成本，以鈦為標準計算，大約降低50％；?

(2)大大降低了鈦中的含氧量，以往的工藝解決不了氧含量高的問題；?

(3)工藝生產周期短，產品適用于粉末冶金成形；?

(4)該工藝還適用于其它多種制備難、成本高、活性強的金屬的制備。?

因此，該方法也應該可以在熔鹽中去除固態(tài)物質中的硫。?

本發(fā)明通過熔鹽電化學還原技術去除固態(tài)鋼表面的夾雜物，克服鋼表面的含硫夾雜物在使用時所存在的腐蝕和強度問題。不但可以改善材料表面的防腐性能，而且克服材料的其它缺陷，將使材料的使用壽命大大延長。發(fā)明成果具有工藝簡單、成本較低等優(yōu)越性，對于開拓新技術、新工藝在鋼鐵行業(yè)中的應用，節(jié)能減耗，提高效率，減少污染等均有重大實際意義。為去除固體鋼表面硫化物夾雜提供一條新途徑和可靠的科學依據(jù)。所得鋼材尤其可以滿足許多特殊領域的用鋼要求，如汽車和儀表鋼板。因此具有廣闊的應用前景及科學意義。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于在鋼鐵生產規(guī)模大、過程復雜，不可能得到不含任何夾雜物的鋼的前提基礎上，?避免了采取高成本深度脫硫的傳統(tǒng)方式，提供了一種工藝簡單、成本較低地去除固體鋼表面硫化物夾雜的新途徑、新方法。?

本發(fā)明的技術方案與技術特征為：?