本發(fā)明涉及鐵水預處理脫硫的方法，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，鎂與硫反應是放熱反應可以為脫硫反應提供熱量；其次，脫硫反應生成的硫化鎂穩(wěn)定性極好，不易發(fā)生回硫現(xiàn)象；再次，其反應速度較快，并且脫硫反應產(chǎn)生的渣量少。因此，鐵水預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)常用復合噴吹鎂基脫硫劑的方法來進行鐵水預處理脫硫，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最佳的反應條件，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處理中進行原位脫硫，該方法不僅可以加快脫硫反應進程，使得脫硫反應連續(xù)不斷地進行，脫硫反應更加充分，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A1，A2，A3 3個水平分別對應1300℃、1350℃和1400℃；B因素為電流，設B1，B2，B3 3個水平分別對應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.綜和分析脫硫反應的正交試驗與單因素變量實驗得出，電解脫硫反應最佳的反應條件，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A1，A2，A3 3個水平分別對應1300℃、1350℃和1400℃；B因素為電流，設B1，B2，B3 3個水平分別對應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.綜和分析脫硫反應的正交試驗與單因素變量實驗得出，電解脫硫反應最佳的反應條件，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)。