本發(fā)明涉及鐵水預(yù)處理脫硫的方法，特別涉及一種菱鎂礦基脫硫劑高溫電解原位脫硫方法。
背景技術(shù)：
鐵水預(yù)處理脫硫技術(shù)作為冶金工業(yè)常見手段，深受廣大鋼鐵企業(yè)的青睞，相比于其他脫硫方式，它的優(yōu)勢明顯。首先，鎂與硫反應(yīng)是放熱反應(yīng)可以為脫硫反應(yīng)提供熱量；其次，脫硫反應(yīng)生成的硫化鎂穩(wěn)定性極好，不易發(fā)生回硫現(xiàn)象；再次，其反應(yīng)速度較快，并且脫硫反應(yīng)產(chǎn)生的渣量少。因此，鐵水預(yù)處理脫硫過程中常使用鎂作為脫硫劑。
目前，鎂作為優(yōu)質(zhì)脫硫劑可以有效降低鐵水中硫含量。電解制備鎂的過程中缺點也很明顯：生產(chǎn)過程中對溫度要求較高、對設(shè)備腐蝕性較強；生產(chǎn)過程的尾聲階段排放眾多工業(yè)三廢，對周圍環(huán)境污染嚴重，加大了環(huán)境處理維護的費用。金屬鎂是活潑的堿金屬，由鎂的活性衍生出來的安全問題，給使用、運輸和存儲都帶來了限制，并且鎂基脫硫過程中鎂的利用率還有待提高。我國是世界上菱鎂礦儲量最多的國家，其中又以遼寧省的儲量最豐富，遼寧省的菱鎂礦儲藏量、產(chǎn)量以及出口量都位居世界首位，礦石品位很高。當前一些鋼鐵企業(yè)常用復(fù)合噴吹鎂基脫硫劑的方法來進行鐵水預(yù)處理脫硫，鎂基脫硫劑為鈍化的鎂粒再加上一些CaO、CaC2等添加劑。因此，為降低成本，減少鐵水預(yù)處理脫硫過程中對環(huán)境造成的污染，需要開發(fā)一種新型高效安全且價格低廉的利用金屬鎂脫硫的方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是一種菱鎂礦基脫硫劑高溫電解原位脫硫方法，在鐵水預(yù)處理中通過電解的方式將菱鎂礦基脫硫劑代替金屬鎂原位脫硫，達到節(jié)能環(huán)保、降低成本的目的。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
菱鎂礦基脫硫劑高溫電解原位脫硫方法，按以下步驟完成：
a.采用的鐵水原料為高爐生鐵，選用硫化亞鐵調(diào)節(jié)鐵水中硫含量；稱取定量初始硫含量為3％的生鐵，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中恒溫干燥后待用；
b.制備菱鎂礦基脫硫劑：
將MgF2、CaF2、NaF和MgO各組分分別研磨，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中恒溫干燥后待用；按質(zhì)量百分比計，取MgF2：63％、CaF2：12％、NaF：18％、MgO：7％配制菱鎂礦基脫硫劑；
c.將配制好的菱鎂礦基脫硫劑與生鐵混合，生鐵與菱鎂礦基脫硫劑按重量份配比為10：8，得到混合物料；
d.開啟高溫電阻爐，設(shè)定參數(shù)：升溫速率≤5℃/min，終點溫度為1400℃，升溫時間為2.0-2.5h；
e.將步驟c所配制的混合物料放入剛玉-石墨坩堝中，再將剛玉-石墨坩堝放入高溫電阻爐中，混合物料完全融化，安置電解裝置預(yù)熱，通電電解，對鐵水進行脫硫；
f.用正交實驗法進行實驗，各試樣進行硫含量分析，計算脫硫效率；
g.綜合分析得結(jié)論，菱鎂礦基脫硫劑高溫電解原位脫硫反應(yīng)最佳的反應(yīng)條件，即選用初始硫含量為3％的生鐵，在溫度為1400℃，電流為1A，電流密度為0.1A/cm2時，新型菱鎂礦基脫硫劑電解脫硫速率為47.6％/min，此時對應(yīng)的脫硫效率為62.6％，鎂利用率為42.0％。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
1.本發(fā)明利用資源廣、成本低的菱鎂礦加熱分解后得到的氧化鎂電解生成的鎂代替鎂粉，在節(jié)約優(yōu)質(zhì)高純度鎂粉的同時，還可以簡化工藝。
2.本發(fā)明所使用的菱鎂礦基脫硫劑可以使其中熔點為2800℃的MgO，在鐵水預(yù)處理條件下具有良好的熔化性、流動性及電解性能。MgO在鐵水溫度下完全熔融，在電解的過程中，達到好的脫硫效果。
3.通過高溫電解的方式在鐵水預(yù)處理中進行原位脫硫，該方法不僅可以加快脫硫反應(yīng)進程，使得脫硫反應(yīng)連續(xù)不斷地進行，脫硫反應(yīng)更加充分，而且可以達到較好的脫硫效果，提高鎂在脫硫反應(yīng)中的利用率。該方法操作簡單、無污染物生成，高效環(huán)保，并且在溫度為1400℃，電流為1A，電流密度為0.1A/cm2時，菱鎂礦基脫硫劑電解脫硫速率達到47.6％/min，此時對應(yīng)的脫硫效率為62.6％，鎂利用率為42.0％。
附圖說明
圖1為菱鎂礦基脫硫劑高溫電解原位脫硫裝置示意圖。
圖中：石墨電極1、熔渣2、剛玉-坩堝石墨坩堝3、鐵水4、熱電偶5、耐火材料6。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進一步說明：
如圖1：菱鎂礦基脫硫劑高溫電解原位脫硫裝置，包括石墨電極1、剛玉-坩堝石墨坩堝3、熱電偶5、耐火材料6，剛玉-石墨坩堝3置于耐火材料6上方，熱電偶5置于耐火材料6中部，石墨電極1與陽極連接，剛玉-石墨坩堝4與陰極連接。
菱鎂礦基脫硫劑高溫電解原位脫硫方法，步驟如下：
a.采用的鐵水原料為高爐生鐵，選用硫化亞鐵調(diào)節(jié)鐵水中硫含量；稱取定量初始硫含量為3％的生鐵，放入300℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中恒溫干燥2h；
b.選用的新型菱鎂礦基脫硫劑為MgF2、CaF2、NaF和MgO，將4種組分分別研磨，放入300℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中恒溫干燥2h；按質(zhì)量百分比計，取MgF2：63％、CaF2：12％、NaF：18％、MgO：7％配制菱鎂礦基脫硫劑；
c.將配制好的新型菱鎂礦基脫硫劑與生鐵混合，生鐵與菱鎂礦基脫硫劑按重量份配比為10：8，得到混合物料；
d.開啟高溫電阻爐程序控制裝置，設(shè)定參數(shù)：升溫速率≤5℃/min，終點溫度為1400℃，升溫時間為2.0-2.5h；
e.將步驟c所配制的混合物料放入剛玉-石墨坩堝中，再將剛玉-石墨坩堝放入高溫電阻爐中，加熱至1250℃時，新型菱鎂礦基脫硫劑變?yōu)槿廴趹B(tài)，至混合料完全熔化，安置電解裝置預(yù)熱，隨后通電電解，對鐵水進行脫硫；
f.(1)檢驗各因素對脫硫?qū)嶒灲Y(jié)果的影響并找到實驗最優(yōu)水平組合條件，采用正交實驗法進行實驗；電流、溫度兩個因素之間不相互交叉，不考慮其交互作用；其中，A因素為溫度，設(shè)A1，A2，A3 3個水平分別對應(yīng)1300℃、1350℃和1400℃；B因素為電流，設(shè)B1，B2，B3 3個水平分別對應(yīng)1A、1.5A和2.5A；引入脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率作為實驗的考核指標，采用正交表，進行九次實驗，經(jīng)計算并分析后得出，電流相對溫度對其影響更顯著，實驗最優(yōu)水平組合為A3B1；
(2)檢驗電流強度對脫硫?qū)嶒灥挠绊?，在溫度?400℃的情況下，選用陽極面積均為10cm2的陽極進行電解，改變電流從0.5A到2.5A，電流變化幅度為0.5A；隨著反應(yīng)的進行，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率，經(jīng)計算后得出：初始硫含量為3％的生鐵，在溫度不變的情況下，電流為1A進行電解時，其脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率最優(yōu)，分別為47.6％/min、62.6％和42.0％；
(3)檢驗溫度對脫硫?qū)嶒灥挠绊?，在電流?A的情況下，選用陽極表面積為10cm2的陽極進行電解，改變反應(yīng)溫度從1300℃到1400℃，溫度變化極限為1400℃；每隔5min對電解脫硫后產(chǎn)物進行取樣，冷卻至室溫磨粉，進行硫含量測定，計算脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率，經(jīng)計算后得出：初始硫含量為3％的生鐵，在電流不變的情況下，溫度為1400℃進行電解時，其脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率最優(yōu)，分別為47.6％/min、62.6％和42.0％；
g.綜和分析脫硫反應(yīng)的正交試驗與單因素變量實驗得出，電解脫硫反應(yīng)最佳的反應(yīng)條件，即選用初始硫含量為3％的生鐵，在溫度為1400℃，電流為1A，電流密度為0.1A/cm2時，新型菱鎂礦基脫硫劑電解脫硫速率為47.6％/min，此時對應(yīng)的脫硫效率為62.6％，鎂利用率為42.0％。
實施例1：
菱鎂礦基脫硫劑高溫電解原位脫硫方法，具體步驟如下：
a.采用的鐵水原料為高爐生鐵，選用硫化亞鐵調(diào)節(jié)鐵水中硫含量；稱取初始硫含量為3％的生鐵100g，放入300℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中恒溫干燥2h；
b.選用的新型菱鎂礦基脫硫劑為MgF2、CaF2、NaF和MgO，將4種組分分別研磨，放入300℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中恒溫干燥2h；按質(zhì)量百分比計，配制80g新型菱鎂礦基脫硫劑，其配比如下：MgF2 63％、CaF2 12％、NaF 18％和MgO 7％；
c.將配制好的新型菱鎂礦基脫硫劑與生鐵混合，得到混合物料；
d.開啟高溫電阻爐程序控制裝置，設(shè)定參數(shù)：升溫速率≤5℃/min，終點溫度為1400℃，升溫時間為2.0-2.5h；
e.將步驟c所配制的混合物料放入剛玉-石墨坩堝中，再將剛玉-石墨坩堝放入高溫電阻爐中，加熱至1250℃時，新型菱鎂礦基脫硫劑變?yōu)槿廴趹B(tài)，至混合料完全熔化，安置電解裝置預(yù)熱，隨后通電電解，對鐵水進行脫硫；
f.(1)首先檢驗各因素對脫硫?qū)嶒灲Y(jié)果的影響并找到實驗最優(yōu)水平組合條件，在充分考慮實驗的科學(xué)性與嚴謹性的前提下，盡可能減少實驗操作次數(shù)，采用正交實驗法進行實驗；由于電流、溫度兩個因素之間不相互交叉，所以不考慮其交互作用；其中，A因素為溫度，設(shè)A1，A2，A3 3個水平分別對應(yīng)1300℃、1350℃和1400℃；B因素為電流，設(shè)B1，B2，B3 3個水平分別對應(yīng)1A、1.5A和2.5A；引入脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率作為實驗的考核指標，采用正交表，進行九次實驗，經(jīng)計算并分析后得出，電流相對溫度對其影響更顯著，實驗最優(yōu)水平組合為A3B1；
混合物料在溫度為1300℃、1350℃、1400℃，電流為1A、1.5A、2.5A下進行電解脫硫反應(yīng)正交實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算脫硫速率；實驗結(jié)果見表1；
表1
注釋：v為脫硫速率。
對應(yīng)表1的正交實驗方差分析見表2；
表2
混合物料在溫度為1300℃、1350℃、1400℃，電流為1A、1.5A、2.5A下進行電解脫硫反應(yīng)正交實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算脫硫效率；實驗結(jié)果見表3；
表3
注釋：ω為脫硫效率。
對應(yīng)表3的正交實驗方差分析見表4；
表4
混合物料在溫度為1300℃、1350℃、1400℃和為1A、1.5A、2.5A下進行電解脫硫反應(yīng)正交實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算鎂利用率；實驗結(jié)果見表5；
表5
注釋：ωMg為脫硫效率。
對應(yīng)表5的正交實驗方差分析見表6；
表6
(2)在溫度為1400℃的情況下，選用陽極面積均為10cm2的陽極對混合物料進行電解，改變電流從0.5A到2.5A，由于實驗裝置限制，電流變化幅度為0.5A。隨著反應(yīng)的進行，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率；
混合物料在溫度為1400℃，電流分別為1A、1.5A、2.5A下進行電解脫硫反應(yīng)電流單因素實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算脫硫速率；實驗結(jié)果見表7；
表7
注釋：v為脫硫速率。
混合物料在溫度為1400℃，電流分別為1A、1.5A、2.5A下進行電解脫硫反應(yīng)電流單因素實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算脫硫效率；實驗結(jié)果見表8；
表8
注釋：ω為脫硫效率。
混合物料在溫度為1400℃，電流分別為1A、1.5A、2.5A下進行電解脫硫反應(yīng)電流單因素實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算鎂利用率；實驗結(jié)果見表9；
表9
注釋：ωMg為鎂利用率。
經(jīng)計算后得出：初始硫含量為3％的生鐵，在溫度不變的情況下，電流為1A進行電解時，其脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率最優(yōu)，分別為47.6％/min、62.6％和42.0％。
(3)檢驗溫度對脫硫?qū)嶒灥挠绊?，在電流?A的情況下，選用陽極表面積為10cm2的陽極進行電解，改變反應(yīng)溫度從1300℃到1400℃，溫度變化極限為1400℃；每隔5min對電解脫硫后產(chǎn)物進行取樣，冷卻至室溫磨粉，進行硫含量測定，計算脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率；
混合物料在電流為1A，電流密度為0.1A/cm2，溫度分別為1300℃、1350℃、1400℃下進行電解脫硫反應(yīng)溫度單因素實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算脫硫速率；實驗結(jié)果見表10；
表10
注釋：v為脫硫速率。
混合物料在電流為1A，溫度分別為1300℃、1350℃、1400℃下進行電解脫硫反應(yīng)溫度單因素實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算脫硫效率；實驗結(jié)果見表11；
表11
注釋：ω為脫硫效率。
混合物料在電流為1A，溫度分別為1300℃、1350℃、1400℃下進行電解脫硫反應(yīng)溫度單因素實驗，每隔5min進行取樣，待其冷卻至室溫磨粉，測試其硫含量，計算鎂利用率；實驗結(jié)果見表12；
表12
注釋：ωMg為鎂利用率。
經(jīng)計算后得出：初始硫含量為3％的生鐵，在電流不變的情況下，溫度為1400℃進行電解時，其脫硫速率、脫硫效率和鎂利用率最優(yōu)，分別為47.6％/min、62.6％和42.0％；
g.綜和分析脫硫反應(yīng)的正交試驗與單因素變量實驗得出，電解脫硫反應(yīng)最佳的反應(yīng)條件，即選用初始硫含量為3％的生鐵，在溫度為1400℃，電流為1A，電流密度為0.1A/cm2時，新型菱鎂礦基脫硫劑電解脫硫速率為47.6％/min，此時對應(yīng)的脫硫效率為62.6％，鎂利用率為42.0％。
上面所述僅是本發(fā)明的基本原理，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是依據(jù)本發(fā)明對其進行等同變化和修飾，均在本專利技術(shù)保護方案的范疇之內(nèi)。