專利名稱：基于自蔓延的MgO基脫硫劑及其制備方法
技術領域：
本發明屬于脫硫技術領域，特別涉及一種基于自蔓延的MgO基脫硫劑及其制備方法。
背景技術：
隨著工業技術的發展，對鋼質要求越來越高。而鋼中的硫對鋼性能有不良的影響，鋼中 的硫會降低鋼的塑性和韌性，鋼的性能在硫含量0.013%處是一個拐點，現代工業對鋼中硫含 量要求特別嚴格，高性能的純凈鋼要求硫含量要降到0.01%-0.001%以下。近年來，隨著分步 煉鋼的出現，轉爐煉鋼工序己分解成鐵水預處理、轉爐冶煉、爐外精練三個階段，將煉鋼的 各種化學反應由過去在一個轉爐內進行而分解到三個階段來完成，各種化學反應在其最佳的 條件下進行，結果是提高了生產率，降低了生產成本，獲得了質量更加純凈的鋼，滿足了各 種工業對鋼質的更高要求，而脫硫任務主要由鐵水預處理來完成，在當今傳統的高爐轉爐冶 煉工藝中，鐵水預處理脫硫己普遍成了一個必不可少的工序。世界主要產鋼國家長流程中鐵 水預處理比例早巳達到90%~100%，而我國與發達國家相比存在很大的差距。自上世紀60-70 年代以來，前蘇聯、東歐開始應用鎂基脫硫劑進行鐵水脫硫，西歐和北美相繼引用并進行了 再開發，到上世紀90年代，爐外脫硫己成為降低鋼中硫含量的關鍵技術。
鐵水預處理除特殊要求脫硅脫磷或提取一些特殊元素，主要是對鐵水脫硫。鐵水在進入 轉爐冶煉前進行脫硫具備最佳的反應條件同時，鐵水爐外脫硫可以減輕高爐的負荷，降低 焦比，減少渣量和提高生產率。國外一些鋼鐵廠的經驗證明高爐鐵水爐外脫硫，則高爐渣 堿度可以從1.25降至1.06，焦比降低36kg/t鐵，生產率提高13%,鐵水爐外脫硫費用僅占 低堿度運行所節省費用的83%，其費用約為3.65美元/t鐵，噸鐵節省0.8美元。
鐵水爐外脫硫方法主要有兩種第一種方法是包芯線喂絲方法，將包芯線插入鐵水中實 現鐵水脫硫；第二種方法為噴吹粉狀脫硫劑至鐵水中進行脫硫。鐵水爐外脫硫的脫硫劑主要 有蘇打、石灰、碳化鈣基脫硫劑和鎂基脫硫劑等四種。喂絲法和噴吹法進行鐵水爐外脫硫均 有較好的效果。四種脫硫劑中鎂基脫硫劑最適于鐵水爐外脫硫的應用條件，其優點是脫硫能 力強；在較低鐵水溫度下，.仍具有較好的脫硫能力；脫硫處理所需時間短、渣量少、溫降小、 脫硫效果好。由于鎂能和金屬中的多種雜質反應生成穩定的化合物，它一直是精煉劑的首選 之一。用顆粒鎂鎂進行鐵水爐外脫硫，脫硫反應的平衡常數可達2.06x104，可以獲得高純度、高潔凈的鋼產品。
Mg基脫硫劑是目前爐外鐵水脫硫的首選，但是在鐵水預處理中鎂基脫硫劑還存在著價 格較高，以及由于鎂蒸汽氣泡過大導致鎂的脫硫效率低下和鎂利用率不高(小于50%)等缺 點。由于鎂基脫硫劑存在以上諸多缺點，世界各國都在尋找新的脫硫劑以取代鎂基脫硫劑。 日本人佐野等提出了利用氧化鎂的鋁熱還原反應生成鎂蒸氣并將其直接吹入鋼鐵熔體中進行 脫硫的新的精煉工藝，該法以鋁作為氧化鎂的還原劑。研究發現通過控制吹入氣體中鎂分
壓為0,2atm以下時，鎂的精煉效率大幅提高，由此可見，MgO基脫硫劑顯示出巨大的應用前
亭
以廉價的碳作為還原劑，以反應MgO+C—Mg+CO原位反應制備脫硫劑，可使脫硫精煉 成本大幅降低，脫硫劑效率的大幅提高，但是MgO+C—Mg+CO屬于吸熱反應，鐵水溫度下 還原率低，直接使用該反應原位制備Mg蒸汽進行脫硫會造成過大的溫降，進而導致生成碳 熱還原的Mg蒸汽脫硫效率低下，影響脫硫效率。
發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于自蔓延的MgO基脫硫劑及其制備方法。 本發明的MgO基脫硫劑是由MgO粉末、碳質還原劑、自蔓延發熱劑、反應促進劑、酸 堿度調節劑和粘結劑組成的球形或其它形狀的顆粒，各物料所占比例為MgO占混合物料總 質量的45 72%;碳質還原劑占混合物料總質量的14 18%;自蔓延發熱劑占混合物料總質 量的8~16%;反應促進劑占混合物料總質量的1 4%;酸堿度調節劑占混合物料總質量的l 10%;粘結劑占混合物料總質量的4 8%;其中碳質還原劑為石墨或木炭，自蔓延發熱劑》 鋁粉與氧化亞鐵粉末或三氧化二鐵粉末的混合物按化學反應理論需要量配料，反應方程式為 2Al+3FeO=Al203+3Fe或2Al+Fe203=2Fe+Al20;反應促進劑為Si02;酸堿度調節劑為石灰、 石灰石、白云石或硅石；粘結劑為瀝青、焦油或樹脂。 本發明的MgO基脫硫劑的制備方法為
將MgO粉末、碳質還原劑、自蔓延發熱劑、反應促進劑和酸堿度調節劑分別在干燥箱里 以12(TC 20(TC的溫度干燥4h 20h，然后放入行星式球磨機中，以300rpm的速度磨成粒度 小于200目的粉末。
將各物料粉末混合，然后加入粘結劑混合，物料混合質量比例為MgO粉末:碳質還原 劑自蔓延發熱劑反應促進劑酸堿度調節劑:粘結劑=45 72: 14 18: 8~16 : 1 4 : 1 10 : 4 8;自蔓延發熱劑為鋁粉與氧化亞鐵粉末或三氧化二鐵粉末的混合物按化學反應理論需要量配料；用制樣機以20MPa的壓力壓制成球形或其它形狀的顆粒，烘千后制備成MgO基脫 硫劑。
如果原位反應過于劇烈，脫硫過程中會發生噴濺現象影響脫硫，嚴重時會發生安全事故； 因此，制備脫硫劑顆粒時，MgO粉末或酸堿調節劑粉末實際加入量大于反應理論需要量，以 控制原位反應速度，防止噴濺現象的發生。
本發明的MgO基脫硫劑的使用方法為
在出鐵或出鋼過程中，將制備好的MgO基脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包內，在鐵水或鋼 水溫度(1350'C以上)及在鐵水或鋼水流的沖擊攪拌作用下，MgO基脫硫劑迅速粉化并熔 化，自蔓延發熱劑發生自蔓延反應發生放出反應熱，形成局部高溫，進而引發MgO和碳質還 原劑原位發生還原反應生成高溫鎂蒸汽，并補充脫硫劑熔化吸熱以及原位反應吸熱，使鐵水 維持恒定溫度而不產生明顯的溫降；鎂蒸汽形成氣泡，在鐵水或鋼水中上升，鐵水或鋼水中 的硫與鎂反應生成的硫化鎂渣上浮到鐵水或鋼水表面，形成渣層，完成鐵水或鋼水脫硫。MgO 基脫硫劑在鐵水包或鋼水包內的脫硫反應方程式為
Mg+[S〗=MgS
本發明的MgO基脫硫劑中，自蔓延發熱劑通過放熱反應彌補了反應消耗的熱量，因此脫 硫過程中無明顯溫降，脫硫產物穩定，脫硫率高；形成的鎂蒸汽對鐵水起到很好的攪拌作用， 同時為脫硫提供了良好的動力學條件，而且生成的渣量很少且不需扒渣，可在出鐵或出鋼過 程中直接將脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包中，不需噴吹設備或其它相關設備，脫硫率在85% 以上。使用本發明的MgO基脫硫劑進行脫硫具有脫硫成本低、脫硫劑利用率高、脫硫率高、 操作簡便等優點。
具體實施例方式
本發明實施采用的MgO粉末、鋁粉、氧化亞鐵粉末、三氧化二鐵粉末和Si02粉末均為 工業級粉末產 品o
本發明實施采用的碳質還原劑為普通石墨或木炭，含固定碳大于80%。 本發明實施采用的酸堿度調節劑為普通工業石灰、石灰石、白云石或硅石。 本發明實施采用的粘結劑為普通瀝青、焦油或樹脂。
實施例1:
將MgO、石墨、鋁粉、氧化亞鐵粉、Si02和石灰分別在干燥箱里以20(TC的溫度干燥 4h，然后分別放入行星式球磨機中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。將各物料粉末混合，然后加入瀝青混合，物料混合質量比例為MgO:石墨(鋁粉+氧 化亞鐵粉)Si02:石灰瀝青=48: 14: 16 : 4 : 10 : 8;用制樣機以20MPa的壓力壓制成 球形或其它形狀的顆粒，烘干后制備成MgO基脫硫劑。
在出鐵或出鋼過程中，將制備好的MgO基脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包內，脫硫率為
88%。
實施例2:
將MgO、木炭、鋁粉、三氧化二鐵粉、Si02和石灰石分別在干燥箱里以18(TC的溫度干 燥8h，然后分別放入行星式球磨機中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。
將各物料粉末混合，然后加入焦油混合，物料混合質量比例為MgO:木炭(鋁粉+三 氧化二鐵粉)Si02:石灰石焦油=45: 18: 16 :3 :10: 8;用制樣機以20MPa的壓力壓制 成球形或其它形狀的顆粒，烘干后制備成MgO基脫硫劑。
在出鐵或出鋼過程中，將制備好的MgO基脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包內，脫硫率為
86%。
實施例3:
將MgO、石墨、鋁粉、氧化亞鐵粉、Si02和白云石分別在干燥箱里以160'C的溫度干燥 12h，然后分別放入行星式球磨機中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。
將各物料粉末混合，然后加入樹脂混合，物料混合質量比例為MgO:石墨(鋁粉+氧 化亞鐵粉)Si02:白云石樹脂=60: 16: 8 : 2 :10: 4;用制樣機以20MPa的壓力壓制成球 形或其它形狀的顆粒，烘干后制備成MgO基脫硫劑。
在出鐵或出鋼過程中，將制備好的MgO基脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包內，脫硫率為
85%。 實施例4:
將MgO、木炭、鋁粉、三氧化二鐵粉、Si02和石灰分別在干燥箱里以140。C的溫度干燥 16h，然后分別放入行星式球磨機中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。
將各物料粉末混合，然后加入瀝青混合，物料混合質量比例為MgO:木炭(鋁粉+三 氧化二鐵粉)Si02:石灰瀝青=70: 15: 8 :2 :1: 4;用制樣機以20MPa的壓力壓制成球 形或其它形狀的顆粒，烘干后制備成MgO基脫硫劑。
在出鐵或出鋼過程中，將制備好的MgO基脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包內，脫硫率為
87%。實施例5:
將MgO、石墨、鋁粉、氧化亞鐵粉、Si02和石灰石分別在干燥箱里以12(TC的溫度干燥 20h，然后分別放入行星式球磨機中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。
將各物料粉末混合，然后加入焦油混合，物料混合質量比例為MgO:石墨(鋁粉+氧 化亞鐵粉)Si02:石灰石焦油=69: 14: 8 :1 :2: 6;用制樣機以20MPa的壓力壓制成球 形或其它形狀的顆粒，烘干后制備成MgO基脫硫劑。
在出鐵或出鋼過程中，將制備好的MgO基脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包內，脫硫率為
86%。
實施例6:
將MgO、木炭、鋁粉、三氧化二鐵粉、Si02和硅石分別在千燥箱里以12(TC的溫度干燥 20h，然后分別放入行星式球磨機中，以300rpm的速度磨成粒度小于200目的粉末。
將各物料粉末混合，然后加入樹脂混合，物料混合質量比例為MgO:木炭(鋁粉+三 氧化二鐵粉)Si02:硅石樹脂=72: 14: 8 :1 :1:4;用制樣機以20MPa的壓力壓制成球 形或其它形狀的顆粒，烘千后制備成MgO基脫硫劑。
在出鐵或出鋼過程中，將制備好的MgO基脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包內，脫硫率為
85%。
權利要求
1、一種基于自蔓延的MgO基脫硫劑，其特征在于MgO基脫硫劑是由MgO、碳質還原劑、自蔓延發熱劑、反應促進劑、酸堿度調節劑和粘結劑組成的球形或其它形狀的顆粒，其中碳質還原劑為石墨或木炭，自蔓延發熱劑為鋁粉與氧化亞鐵粉末或三氧化二鐵粉末的混合物；反應促進劑為SiO2；酸堿度調節劑為石灰、石灰石、白云石或硅石；粘結劑為瀝青、焦油或樹脂；其中自蔓延發熱劑由鋁粉與氧化亞鐵粉末或三氧化二鐵粉末按化學反應理論需要量混合組成，配制根據的化學反應方程式為2Al+3FeO＝Al2O3+3Fe或2Al+Fe2O3＝2Fe+Al2O；各物料所占比例為MgO占混合物料總質量的45～72％；碳質還原劑占混合物料總質量的14～18％；自蔓延發熱劑占混合物料總質量的8～16％；反應促進劑占混合物料總質量的1～4％；酸堿度調節劑占混合物料總質量的1～10％；粘結劑占混合物料總質量的4～8％。
2、 權利要求1所述的一種基于自蔓延的MgO基脫硫劑的制備方法，其特征在于將 MgO、碳質還原劑、自蔓延發熱劑、反應促進劑和酸堿度調節劑分別在干燥箱里以 12(TC 20(TC的溫度干燥4h 20h，然后用球磨機磨成粒度小于200目的粉末；將以上物料粉 末按比例混合，加入粘結劑，然后以20MPa的壓力壓制成球形或其它形狀的顆粒，烘干后制 備成MgO基脫硫劑。
3、 根據權利要求2所述的一種基于自蔓延的MgO基脫硫劑的制備方法，其特征在于物 料混合質量比例MgO粉末:碳質還原劑自蔓延發熱劑:反應促進劑:酸堿度調節劑:粘結劑 =45 72: 14 18: 8~16 : 1 4 : 1 10 : 4 8;自蔓延發熱劑為鋁粉與氧化亞鐵粉末或三氧 化二鐵粉末的混合物按化學反應理論需要量配料；MgO粉末或酸堿調節劑粉末實際加入量大 于反應理論需要量，以控制原位反應速度，防止噴濺現象的發生。
4、 權利要求l所述的基于自蔓延的MgO基脫硫劑的使用方法，其特征在于在出鐵或 出鋼過程中，將MgO基脫硫劑加入到鐵水包或鋼水包內，在高溫和攪拌作用下，MgO基脫 硫劑迅速熔化，自蔓延發熱劑發生自蔓延反應發生放出反應熱，進而引發MgO和碳質材料原 位發生還原反應生成高溫鎂蒸汽，鎂蒸汽形成氣泡，鐵水或鋼水中的硫與鎂反應生成的硫化 鎂渣上浮到鐵水或鋼水表面，形成渣層，完成鐵水或鋼水脫硫。
全文摘要
一種基于自蔓延的MgO基脫硫劑及其制備方法，其特征在于MgO基脫硫劑是由MgO、碳質還原劑、自蔓延發熱劑、反應促進劑、酸堿度調節劑和粘結劑組成的球形或其它形狀的顆粒；通過將MgO、碳質還原劑、自蔓延發熱劑、反應促進劑和酸堿度調節劑分別在干燥箱里以120℃～200℃的溫度干燥4h～20h，然后用球磨機磨成粒度小于200目的粉末；將以上物料粉末按比例混合，加入粘結劑，然后以20MPa的壓力壓制成球形或其它形狀的顆粒，烘干后制備成MgO基脫硫劑。使用本發明的MgO基脫硫劑進行脫硫具有生渣量少、脫硫成本低、脫硫劑利用率高、脫硫率高、脫硫過程無明顯溫降、不需專門的脫硫設備、操作簡便等優點。
文檔編號C21C7/064GK101302577SQ200810011869
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月16日 優先權日2008年6月16日
發明者任曉冬, 燕 劉, 張廷安, 牛麗萍, 蔣孝麗, 豆志河, 赫冀成, 趙秋月 申請人:東北大學