[發明專利]一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法

無效

• 申請號: 201110405890.0
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102433446A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 孫本良;王琳;徐陽;孫源龍;張雷;劉洋;林輝龍
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: C22B9/00
• 分類號: C22B9/00;C21C7/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及用于金屬及合金精煉過程中的脫硫、脫氧工藝方法，尤其是一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法，屬于冶金技術領域。

背景技術

隨著科學技術的進步，用戶對金屬、合金材料的質量提出更高的要求。傳統的生產技術已經不能滿足用戶對這些材料的質量要求。例如對于鋼鐵產品，有些潔凈鋼對鋼材的潔凈度提出雜質元素總和為80ppm～150ppm。

金屬及合金材料中的硫、氧是以兩種形式存在的：一種是以溶解態的形式存在，另一種是以夾雜物的形式存在。以夾雜物形式存在的硫、氧是硫化物、氧化物或者某種復合化合物，在金屬及合金材料中以非金屬夾雜物的形式存在。

目前，金屬及合金材料的脫硫、脫氧是采用精煉的方法來實現的。例如，鋼鐵冶金生產中采用LF、RH、VD等精煉手段進行深度脫硫、脫氧，根據所生產的產品要求，可以將硫、氧控制在所要求的相對低的水平。除了提高冶煉水平使硫、氧含量盡量降低，近年來還報道了一些新的脫氧方法。中國專利公開(公告)號：CN1138004C，名稱為“一種無污染脫氧體”提出將金屬鋁(或者其它脫氧劑)裝入ZrO₂固體電解質管內，封裝后插入鋼液中進行脫氧。這種方法可使脫氧產物(如Al₂O₃)留在固體電解質管內，從而避免脫氧產物留在鋼液中，使脫氧產物(如Al₂O₃)不會成為鋼中的夾雜物。但是，這種方法很難實現工業化生產。因為，固體電解質ZrO₂是一種高技術陶瓷材料，除了成本很高使其難于在工業生產中應用外，其抗熱震性也很難保證在插入鋼液中而不炸裂。即使不炸裂還存在裝入的脫氧劑的量是否合適的問題：脫氧劑裝多了會造成很大的浪費，裝少了不能滿足脫氧要求。另外，氧離子在ZrO₂固體電解質中擴散是需要時間的，冶煉過程中能否有足夠的時間擴散也是一個問題。此外，固體電解質管的幾何尺寸、排列方式、操作過程中能否重復使用以及如何保證能不炸裂等也是在工業生產中肯定遇到、需要研究和必須解決的問題。中國專利公開(公告)號：CN1264997C，名稱為“金屬液電化學無污染脫氧方法”提出將陽極插入爐渣中，將陰極布置在爐底，并且使陰極與金屬液接觸，在兩極之間施加脈沖電場，從而實現無污染的脫氧操作；中國專利公開(公告)號：CN101235430A，名稱為“鋼包爐中外加電場無污染脫氧精煉方法及裝置”提出在鋼包爐中的爐渣中插入陽極，將陰極布置在爐底，通過外加電場進行脫氧；中國專利公開(公告)號：CN101457276B，名稱為“可調節陽極氧分壓的爐渣無污染脫氧方法及其裝置”將陽極插入爐渣中，并將陽極制成脫氣空腔電極，且在空腔電極上裝有多孔陶瓷，使脫氧產物通過連通導管進入真空室，實現可調節陽極氧分壓的無污染脫氧。以上公開技術的共同特點是以爐渣作為電解質，將陽極插入爐渣中，陰極布置在爐底且與鋼液接觸，在兩極之間通過外加電場實現脫氧操作。這些方法雖然可以取得一定的脫氧效果，但是上述方法工藝比較復雜，而且由于電極是插入爐渣中，電極受到爐渣的侵蝕嚴重，成本高。

發明內容

本發明提供了一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法，這種方法是將電極直接插入金屬液中達到脫硫、脫氧的目的。

金屬或合金液中的硫、氧一部分是以溶解態的形式存在，一部分以夾雜物的形式存在。根據爐渣的離子結構理論，這些夾雜物爐渣是由陰、陽離子組成的離子化合物。顯然，夾雜物也與爐渣一樣，是以離子化合物的形式存在于金屬液中的。因此，夾雜物的平衡可以如下反應表示(以二價非金屬化合物為例)：

對于氧化物夾雜，其平衡可表示為：

(MO)_渣＝(M²⁺)_渣+(O^2-)_渣

在冶煉的高溫條件下，夾雜物與金屬液存在如下平衡：

(M²⁺)_渣+(O^2-)_渣＝[M]_金屬液+[O]_金屬液

對于硫化物夾雜，其平衡可表示為：

(MS)_渣＝(M²⁺)_渣+(S^2-)_渣

在冶煉的高溫條件下，夾雜物與金屬液存在如下平衡：