[發(fā)明專利]一種用含氧化硅物料進(jìn)行脫氧合金化的方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810147741.0
• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN108359769B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈吉祥;郭慶濤;彭春霖;李曉偉;劉祥;鄒煥;廖相巍;張海明
• 申請（專利權(quán)）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: C21C7/06
• 分類號: C21C7/06;C25B1/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發(fā)明一種用含氧化硅物料進(jìn)行脫氧合金化的方法及裝置，該方法應(yīng)用電場將氧化硅熔融電解還原完成鋼液脫氧合金化。即在轉(zhuǎn)爐煉鋼結(jié)束后，向熔渣中加入適量含氧化硅物料，以鋼液為陰極，通過置于熔渣中的惰性陽極與陰極間施加一直流電場，進(jìn)行氧化硅的熔融電解還原反應(yīng)，將氧化硅中的硅還原進(jìn)入鋼液達(dá)到脫氧合金化的目的，而氧化硅中的氧則通過和惰性陽極發(fā)生陽極反應(yīng)以氧氣的形式排出進(jìn)入大氣。本發(fā)明可以使氧化硅熔融電解還原，在完成脫除鋼液中過剩自由氧的同時還可以向鋼液增加一定含量的單質(zhì)硅。裝置構(gòu)成簡單，操作方便，利用氧化硅即完成了低成本高效的脫氧合金化目的，可以實現(xiàn)CO₂零排放，達(dá)到低碳環(huán)保的目的，社會、經(jīng)濟(jì)效益巨大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用含氧化硅物料進(jìn)行脫氧合金化的方法及裝置。

背景技術(shù)

脫氧合金化是煉鋼的基本任務(wù)之一。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐由氧槍向鋼液中供氧，不可避免的會使終點(diǎn)鋼水含有過剩的氧。而氧無論是以氣體狀態(tài)、溶解氧狀態(tài)，還是以氧化物形式存在鋼中都會降低鋼的質(zhì)量。所以在轉(zhuǎn)爐冶煉結(jié)束后必須對鋼液進(jìn)行脫氧合金化操作，將鋼液里過剩的氧去除。目前，絕大多數(shù)煉鋼廠都采用簡單的脫氧合金化工藝，即在轉(zhuǎn)爐冶煉結(jié)束后向鋼液里加入硅鐵、錳鐵、硅錳鐵、鋁錠等來進(jìn)行脫氧合金化，合金的收得率較低，合金消耗較大，煉鋼成本較高。在當(dāng)前嚴(yán)峻的市場形勢下，企業(yè)內(nèi)部挖潛就成了一個減虧的重要手段。在生產(chǎn)工藝上，如何做到低成本、高效化生產(chǎn)是一個鋼鐵企業(yè)在市場競爭中立于不敗之地的必要條件。因此，如何降低脫氧成本，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型煉鋼，是煉鋼工作者一直追求的目標(biāo)。

硅特有的力學(xué)和物理化學(xué)特性使其成為支撐人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)材料。從成本方面考量，二氧化硅無疑是最經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模硅制備的前驅(qū)物，因而現(xiàn)行的硅工業(yè)制備是基于碳熱還原二氧化硅，基于氧化物的相對的化學(xué)惰性，碳熱還原法制備硅一般需要很高的溫度來確保還原的快速完全進(jìn)行(碳熱還原法制備硅的反應(yīng)溫度一般在l700℃以上進(jìn)行)。如此高的反應(yīng)溫度不可避免地帶來了大量的熱損失，因而碳熱還原法制備硅的能量效率不高(約30％)。從環(huán)境和資源方面來說，碳熱還原法消耗大量的碳基材料，造成大量森林被破壞和大量的碳排放。以2009年全世界金屬硅與硅鐵的總產(chǎn)量約1000萬t計，采用碳熱還原制備硅會排放二氧化碳約6200萬t；并且消耗木炭約1000萬t，大約需森林625萬hm²。

和傳統(tǒng)的碳熱還原法不同，電化學(xué)冶金過程采用電子作為能量載體，有效地避免了雜質(zhì)(碳和其他非金屬)的引入。更重要的是，電子本身是綠色的能量載體，不帶來額外的碳排放。人類社會現(xiàn)有大量的電能基礎(chǔ)設(shè)施，而且來自綠色可再生能源(太陽能，風(fēng)能，地?zé)崮埽毕芤约昂四艿?的電能在電網(wǎng)中的裝機(jī)容量不斷上升，因此電化學(xué)冶金過程可預(yù)期是更綠色的半導(dǎo)體制備方法。而電子的活性可以通過調(diào)節(jié)電極電位精確方便的調(diào)控，因此理論上所有金屬、半導(dǎo)體及合金都能通過電化學(xué)過程制得。實際電解過程中，電子活性調(diào)控的極限受制于電解液的電化學(xué)窗口。傳統(tǒng)水溶液由于電化學(xué)窗口較窄，因此只有少數(shù)元素能夠在水溶液中大規(guī)模制備(比如鎳，鈷，鉛及鋅等)。無機(jī)熔鹽作為一種離子導(dǎo)體，具有很寬的電化學(xué)窗口和較強(qiáng)的溶解化合物的能力，因此是理想的電化學(xué)冶金的電解液。熔鹽電化學(xué)冶金的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在電解鋁工業(yè)(采用熔鹽電沉積法)的巨大成功上。

含SiO₂的熔渣也可以看做是一種混合熔鹽，那就啟發(fā)我們將電化學(xué)的方法引入傳統(tǒng)冶煉工藝中，在熔渣與鋼液系統(tǒng)間施加合適的電場，即可達(dá)到利用SiO₂的進(jìn)行鋼液脫氧合金化的綠色低成本工藝，可以明顯降低能耗、減輕環(huán)境負(fù)荷，還可以顯著降低生產(chǎn)成本，具有良好的社會與經(jīng)濟(jì)效益。