[發明專利]一種鐵水氣化脫硅回收納米SiO2的方法

有效

• 申請號: 201310477512.2
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103540708A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 李宏;年武;馮佳;宋文臣;李晨曉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21C7/04
• 分類號: C21C7/04;C21C1/00;B08B15/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金領域，應用于煉鋼生產前的鐵水預處理。

背景技術

在煉鐵-煉鋼流程中間一般設有鐵水預處理工序，其目的是脫硅、脫磷、脫硫，俗稱“三脫”。生產企業根據冶煉鋼種、原材料條件和操作成本，有選擇地采用不同的工藝，既有實施“三脫”的，也有進行其中的一項、兩項，或者不設這一工序，而要在預處理工序脫磷，則必須要先脫硅。這是元素氧化反應熱力學規律所決定的。

現在的鐵水預脫硅方法是，往鐵水中快速強制供氧使硅生成SiO₂上浮到渣中，同時加入一些堿性造渣原料石灰及助熔劑，使SiO₂與石灰中的CaO反應生成硅酸鈣降低a_SiO2，以加快[Si]+O₂=SiO₂反應，使鐵水中的硅加快向渣中轉移，然后除去含硅渣而得到低硅鐵水。因此，現在的脫硅方法要消耗造渣原料，造渣原料升溫化渣要消耗熱量，產生的脫硅渣需要處理，而渣中不可避免的會含有一部分鐵和錳會造成鐵、錳損失，這所有的消耗都隨脫硅量增加而增大。

理論研究發現，氧化鐵水中的硅，既可生成SiO₂，也可生成氣態SiO，生成SiO的反應式為：[Si]+1/2O₂=SiO。[Si]-O₂反應生成物不同的條件是：生成SiO₂的反應需要有足夠的氧氣，這種條件下生成SiO₂的反應優先，不能生成氣態SiO，溫度的高低基本上沒有影響；但是當供給的氧量不充足時，則不能生成SiO₂，若有較高的溫度就能生成氣態SiO。因此如能控制供氧速度，不滿足生成SiO₂的需要，就能在較高的溫度區域里使鐵水中硅生成氣態SiO去除。吹氧條件下火點區溫度可達到近3000℃，對于反應生成氣態SiO已經足夠了，若調整噴嘴形式還能夠擴大高溫的Fe-O₂接觸面，因此能夠滿足[Si]+1/2O₂=SiO反應對于溫度的要求。如果采用這種生成氣態SiO的脫硅方法，就能夠減少上述各種消耗，達到節能減排的目的。圖1給出了典型鐵水成分[C]4.2%、[Si]0.4%條件下，鐵水中硅生成氣態SiO的理論根據：鐵-氣界面上在合適的P_SiO和a_SiO2夾角內，[Si]即可能氧化生成SiO而揮發去除。

如果采用上述氣化鐵水脫硅方法，SiO生成揮發離開鐵水面后，會與氣相中的氧反應生成固體SiO₂，其粒度為納米級。納米SiO₂是重要的高科技材料，俗稱“超微細白炭黑”，表面吸附力強，分散性能好，熱阻、電阻等方面具有特異的性能，可作為添加劑、催化劑載體、脫色劑、消光劑、橡膠補強劑、塑料充填劑、油墨增稠劑、金屬軟性磨光劑、絕緣絕熱填充劑、高級日用化妝品填料及噴涂材料，廣泛用于各行業。因此應該加以回收。

發明內容

本發明目的是解決現在的脫硅方法要消耗造渣原料，造渣原料升溫化渣要消耗熱量，產生的脫硅渣需要處理的問題。同時實現納米SiO₂的回收。

根據計算可以得出，高碳鐵水面上的平衡約為10³左右，適當地控制供氧流量和壓力即能夠保持在這個水平。控制渣成分可以保持a_SiO2在1～0.1之間。SiO的生成壓P_SiO=10^-4以上就有揮發效果，提高溫度時P_SiO可以更高，在氧氣與鐵水接觸的火點區里能夠得到較高的溫度，從而保證SiO生成揮發。實驗室實驗證實了這一結果。

根據上述理論和實驗研究結果，本發明提出一種向鐵水中小量噴吹O₂在弱氧化氣氛中生成SiO去除，回收納米SiO₂的方法，代替現行的強制供氧造堿性渣進行鐵水預脫硅的方法，并且能夠得到納米SiO₂。

一種向鐵水中噴吹O₂氣化脫除硅元素的方法。其特征在于向鐵水（碳含量為2.5%～5.2%，硅含量為0.2%～5%）以低供氧速率噴吹O₂或O₂+CO₂混合氣體，脫除鐵水中的硅并從煙氣中回收納米級的SiO₂顆粒。可以將鐵水容器放在帶有煙氣回收裝置的密閉的罐中進行，也可以用煙罩直接蓋在鐵水容器上進行，以回收納米級SiO₂顆粒。