[发明专利]一种铝镁复合脱氧合金化的方法及装置

说明书

本发明一种铝镁复合脱氧合金化的方法及装置，该方法应用电场将熔渣中氧化铝、氧化镁熔融电解还原完成钢液复合脱氧合金化。即在转炉炼钢结束后，向熔渣中加入适量含氧化铝、氧化镁物料，以钢液为阴极，通过置于熔渣中的惰性阳极与阴极间施加一直流电场，进行氧化铝、氧化镁的熔融电解还原反应，将氧化铝、氧化镁中的铝和镁还原进入钢液达到复合脱氧合金化的目的，而氧化铝、氧化镁中的氧则通过和惰性阳极发生阳极反应以氧气的形式排出进入大气。本发明溶解脱氧效率90％以上；脱氧产物为Al₂O₃+MgO复合夹杂物，尺寸小于10μm；同时向钢液增加一定含量的单质Al和Mg。装置简单，操作方便，可以实现CO₂零排放，达到低碳环保的目的，社会、经济效益巨大。

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种应用含氧化铝、氧化镁物料进行复合脱氧合金化的方法及装置。

背景技术

脱氧合金化是炼钢的基本任务之一。氧气顶吹转炉由氧枪向钢液中供氧，不可避免的会使终点钢水含有过剩的氧。而氧无论是以气体状态、溶解氧状态，还是以氧化物形式存在钢中都会降低钢的质量。所以在转炉冶炼结束后必须对钢液进行脱氧合金化操作，将钢液里过剩的氧去除。

铝是目前应用最广泛的炼钢脱氧剂，铝的脱氧能力强、脱氧效率高。用铝脱氧，形成的脱氧夹杂细小、弥散，易于上浮排除。用铝脱氧还可以比较经济地生产细晶粒钢。为防止二次氧化，通常需加入过量的铝以保证脱氧钢液具有一定的[Al]。但是，铝脱氧钢液的大量Al₂O₃夹杂引起连铸水口结瘤，造成钢液连浇过程中断；同时过多的Al₂O₃也使耐热钢的蠕变脆性、高温强度降低以及轴承钢、钢轨钢和车轮钢的疲劳性能恶化。为了消除或减弱铝脱氧反应产物及残留物在钢中的铝对钢性能的损害，近年来，一些研究者尝试采用含有Ca、Mg、Ba等碱土金属以及稀土元素(RE)的复合合金脱氧剂对钢进行脱氧。由于这些元素与钢中氧反应，形成不溶于钢液的稳定化合物，起到了强烈脱氧作用，并改变钢中夹杂物存在的形态，所以使钢的性能得到改善。由于我国是镁的资源和原镁生产与出口大国，我国的镁冶金研究和开发在国际上处于领先地位，含镁的复合脱氧剂得到广泛的应用，铝镁合金脱氧产物为Al₂O₃、MgO的复合夹杂物，且夹杂物均匀、细小，弥散分布在钢中，绝大多数夹杂物粒径都小于5μm，能够有效解决连铸水口结瘤的难题。

在当前严峻的市场形势下，企业内部挖潜就成了一个减亏的重要手段。绝大多数炼钢厂都通过技术研究降低脱氧合金消耗，减少炼钢成本。在生产工艺上，如何做到低成本、高效化生产是一个钢铁企业在市场竞争中立于不败之地的必要条件。因此，如何降低脱氧成本，实现经济型炼钢，是炼钢工作者一直追求的目标。

与传统的碳热还原法不同，电化学冶金过程采用电子作为能量载体，有效地避免了杂质(碳和其他非金属)的引入。更重要的是，电子本身是绿色的能量载体，不带来额外的碳排放。人类社会现有大量的电能基础设施，而且来自绿色可再生能源(太阳能，风能，地热能，潮汐能以及核能等)的电能在电网中的装机容量不断上升，因此电化学冶金过程可预期是更绿色的半导体制备方法。而电子的活性可以通过调节电极电位精确方便的调控，因此理论上所有金属、半导体及合金都能通过电化学过程制得。实际电解过程中，电子活性调控的极限受制于电解液的电化学窗口。传统水溶液由于电化学窗口较窄，因此只有少数元素能够在水溶液中大规模制备(比如镍，钴，铅及锌等)。无机熔盐作为一种离子导体，具有很宽的电化学窗口和较强的溶解化合物的能力，因此是理想的电化学冶金的电解液。熔盐电化学冶金的优点体现在电解铝工业(采用熔盐电沉积法)的巨大成功上。

含Al₂O₃、MgO的熔渣也可以看做是一种混合熔盐，那就启发我们将电化学的方法引入传统冶炼工艺中，在熔渣与钢液系统间施加合适的电场，即可达到利用Al₂O₃、MgO物料进行钢液复合脱氧合金化的绿色低成本工艺，可以明显降低能耗、减轻环境负荷，还可以显著降低生产成本，具有良好的社会与经济效益。