[发明专利]铁碳熔体电化学脱碳方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种适合铁碳熔体电化学脱碳的方法及装置。

背景技术

传统的脱碳方法是将氧供入熔池，将铁碳熔体里的碳氧化。在反应过程中，熔池中的碳与氧发生反应，生成的CO气体以气泡形式从熔池中排出。脱碳反应过程一般由以下几个环节组成：

1)碳由金属内部向金属/气相界面传递；

2)在金属汽相界面发生化学反应；

3)气体产物由金属汽相界面向气相渣相界面迁移；

4)在气相渣相界面发生化学反应；

5)铁氧化物在渣相边界层中的传递；

6)铁氧化物在渣相中传递。

脱碳结束后，熔池里留存有过量的氧，因此还需加入大量的脱氧剂对熔体进行脱氧处理。这就带来一系列不利的影响，例如使用脱氧剂会增加冶炼成本，对炼钢系统来讲，脱氧产物还会造成连铸水口堵塞，脱氧产物还会造成冷轧薄板表面质量问题等等。所以为了符合低碳、环保、低成本的生产情况下，急需寻找其它洁净、无污染、低成本的脱碳方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的缺陷，提供一种洁净化、低成本、适用于铁碳熔体的电化学无污染脱碳方法及装置。

本发明铁碳熔体的电化学脱碳方法包括以下步骤：1)将铁碳熔体装入炉体内，再加入渣料，并控制其加入量，使其熔化后厚度为30～150mm；2)根据熔渣厚度，通过阴极升降机构使阴极与熔渣接触而不和铁碳熔体接触；3)由外部直流电源通过插入熔渣的阴极和置于铁碳熔体中的阳极，施加一直流电压为0.1～20V，电流密度为10～2000A/m²的电场，同时进行弱底吹气体搅拌，以增强溶解的碳、氧在熔体中的传质，并控制底吹气体流量为1～50NL·min^-1，流量过大导致渣层波动大，致使施加的电压、电流不稳定，影响脱碳效果。

本发明所述的弱底吹搅拌气体为惰性气体，可以是Ar或N₂。

本发明所述的渣料应具有适合的碱度(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)为0.8～1.5，其1500℃时的粘度为0.05～2Pa·S，并具有高的电导率，渣料中FeO含量重量百分比为1％～10％。

本发明铁碳熔体电化学脱碳用装置由带有底吹透气砖和感应圈的炉体、炉内的铁碳熔体及其上层的熔渣、阴极、阳极和直流电源所组成，所述阴极和阳极通过导线与外部直流电源相连接，阴极通过阴极升降机构可与炉内上层的熔渣相接触，阳极安装在炉体底部，与炉内下层的铁碳熔体相接触。

本发明铁碳熔体电化学脱碳用装置所述的阴极升降机构由阴极升降架支架、阴极升降架和阴极架组成，阴极升降架由金属材料制成，上部与阴极升降架支架相连，下端安有阴极架，所述的阴极有若干个，平行垂直布置在阴极架上。本发明所述的阴极由耐高温金属材料或金属导电陶瓷材料制成；所述的阳极由高温陶瓷、耐高温金属、或与铁碳熔体成分相近的自耗电极制成。

本发明的原理是：

铁碳熔体的电化学脱碳反应通过以下反应完成，氧在气相/熔渣界面的反应

O₂+2e^-＝O^2-                (1)

在熔渣/金属熔体界面的反应为

2(O^2-)+2C＝2CO+4e^-         (2)

2(O^2-)+C＝CO₂+4e^-          (3)

在氧化气氛中

2CO+O₂＝2CO₂            (4)