專利名稱：一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法
技術領域：
本發明涉及用于金屬及合金精煉過程中的脫硫、脫氧工藝方法，尤其是一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法，屬于冶金技術領域。
背景技術：
隨著科學技術的進步，用戶對金屬、合金材料的質量提出更高的要求。傳統的生產技術已經不能滿足用戶對這些材料的質量要求。例如對于鋼鐵產品，有些潔凈鋼對鋼材的潔凈度提出雜質元素總和為80ppm 150ppm。金屬及合金材料中的硫、氧是以兩種形式存在的一種是以溶解態的形式存在，另一種是以夾雜物的形式存在。以夾雜物形式存在的硫、氧是硫化物、氧化物或者某種復合化合物，在金屬及合金材料中以非金屬夾雜物的形式存在。目前，金屬及合金材料的脫硫、脫氧是采用精煉的方法來實現的。例如，鋼鐵冶金生產中采用LF、RH、VD等精煉手段進行深度脫硫、脫氧，根據所生產的產品要求，可以將硫、 氧控制在所要求的相對低的水平。除了提高冶煉水平使硫、氧含量盡量降低，近年來還報道了一些新的脫氧方法。中國專利公開(公告)號CN1138004C，名稱為“一種無污染脫氧體”提出將金屬鋁(或者其它脫氧劑)裝入&02固體電解質管內，封裝后插入鋼液中進行脫氧。這種方法可使脫氧產物(如Al2O3)留在固體電解質管內，從而避免脫氧產物留在鋼液中，使脫氧產物(如Al2O3)不會成為鋼中的夾雜物。但是，這種方法很難實現工業化生產。 因為，固體電解質是一種高技術陶瓷材料，除了成本很高使其難于在工業生產中應用外，其抗熱震性也很難保證在插入鋼液中而不炸裂。即使不炸裂還存在裝入的脫氧劑的量是否合適的問題脫氧劑裝多了會造成很大的浪費，裝少了不能滿足脫氧要求。另外，氧離子在^O2固體電解質中擴散是需要時間的，冶煉過程中能否有足夠的時間擴散也是一個問題。此外，固體電解質管的幾何尺寸、排列方式、操作過程中能否重復使用以及如何保證能不炸裂等也是在工業生產中肯定遇到、需要研究和必須解決的問題。中國專利公開(公告) 號CN1264997C，名稱為“金屬液電化學無污染脫氧方法”提出將陽極插入爐渣中，將陰極布置在爐底，并且使陰極與金屬液接觸，在兩極之間施加脈沖電場，從而實現無污染的脫氧操作；中國專利公開(公告)號CN101235430A，名稱為“鋼包爐中外加電場無污染脫氧精煉方法及裝置”提出在鋼包爐中的爐渣中插入陽極，將陰極布置在爐底，通過外加電場進行脫氧；中國專利公開(公告)號CN101457276B，名稱為“可調節陽極氧分壓的爐渣無污染脫氧方法及其裝置”將陽極插入爐渣中，并將陽極制成脫氣空腔電極，且在空腔電極上裝有多孔陶瓷，使脫氧產物通過連通導管進入真空室，實現可調節陽極氧分壓的無污染脫氧。以上公開技術的共同特點是以爐渣作為電解質，將陽極插入爐渣中，陰極布置在爐底且與鋼液接觸，在兩極之間通過外加電場實現脫氧操作。這些方法雖然可以取得一定的脫氧效果， 但是上述方法工藝比較復雜，而且由于電極是插入爐渣中，電極受到爐渣的侵蝕嚴重，成本尚ο

發明內容
本發明提供了一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法，這種方法是將電極直接插入金屬液中達到脫硫、脫氧的目的。金屬或合金液中的硫、氧一部分是以溶解態的形式存在，一部分以夾雜物的形式存在。根據爐渣的離子結構理論，這些夾雜物爐渣是由陰、陽離子組成的離子化合物。顯然， 夾雜物也與爐渣一樣，是以離子化合物的形式存在于金屬液中的。因此，夾雜物的平衡可以如下反應表示(以二價非金屬化合物為例)對于氧化物夾雜，其平衡可表示為(MO) s= (M2+) s + (020 s在冶煉的高溫條件下，夾雜物與金屬液存在如下平衡(M2+) ■ + (。” ■= [M]金屬液+
金屬液對于硫化物夾雜，其平衡可表示為(MS) s= (M2+) s + (S20 s在冶煉的高溫條件下，夾雜物與金屬液存在如下平衡(M2+) s + (S2-) s= [Μ]金屬液+ [S]金屬液對于生成復合氧化物的情況，則存在類似如下平衡的反應(MnO · SiO2)瘦=(MnO) s +(SiO2) s(MnO) s= (Mn2+) s + (02_) s(MnS) s +
金賺=(MnO) s + [S]金屬液(O2—) s + [S]金賺=(S2—) s +
金屬液在外加電場的作用下，夾雜物的穩定性會遭到破壞，這樣就可以通過外加電場的方法實現脫硫、脫氧進而控制或去除夾雜物。當外加電場為直流電場時，正、負離子在電場力的作用下會定向移動，即陰離子，如[S2—] _a、[O2-] 會移至陽極，在陽極失去電子生成氣體產物被去除；而陽離子，如[Mn2+] ^jsa, [Al3+] Ijsa等會定向移動至陰極，并在陰極得到電子被還原成金屬元素又重新溶解留在金屬液中，即以合金元素的形式留在金屬液中。 這樣，只要外加電場的電壓大于夾雜物的分解電壓，就可實現脫硫、脫氧，并且在脫硫、脫氧的同時將夾雜物去除或者使夾雜物尺寸變小。當外加電場是脈沖電場時，這種脈沖電場可周期性地作用于夾雜物上，如果脈沖電場的電壓大于夾雜物的分解電壓，就可以以脈沖頻率周期性地破壞夾雜物，從而實現脫硫、脫氧，并且在脫硫、脫氧的同時將夾雜物擊碎，變成尺寸較小、且彌散分布于金屬液中的微小夾雜物，使其不對材料的性能產生危害。因此，在外加電場的作用下可以實現脫硫、脫氧，并且在脫硫、脫氧的同時去除或者控制夾雜物，使夾雜物變成尺寸微小且呈彌散分布的夾雜物，這樣的夾雜物是不會對材料的性能產生危害的，從而可以提高材料的性能和質量。根據理論計算，一般夾雜物的分解電壓為3V左右，這樣，只要在兩極之間的電壓大于夾雜物分解電壓，夾雜物就會分解，其分解產物[S2—] ^jsa, [o21 ^ijsa在電場力的作用下定向移動到陽極，在陽極±失去電子后以氣體產物的形式被去除。這種方法的本質是采用外加電功來破壞或控制體系中化合物穩定性的方法來達到脫硫、脫氧，進而去除夾雜物的目的。這種方法可用于所有金屬及合金材料冶煉過程的脫硫、脫氧，并且包括去除其它有害雜質元素，進而達到夾雜物的去除或控制，尤其適用于潔凈鋼的生產。本發明提供的一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法包括以下內容在盛裝待處理的金屬液的圓形截面或矩形截面的容器中，將陽、陰電極直接插入金屬液中，陽、陰兩極與電源連接，在兩極之間施加1 100V的電壓，電源采用直流電源或脈沖電源，電極采用石墨電極或金屬陶瓷電極，電極的形狀為圓柱形電極或矩形截面的電極。所述的盛裝金屬液的容器采用圓形截面容器，插入的電極為一根陰極，1 4根陽極，布置方式為當電極為一根陰極、一根陽極時，兩根電極沿圓形容器中心線，靠近容器壁一側一根布置；當電極為一根陰極，2 4根陽極時，陰極電極布置在容器中心，陽極電極沿容器周邊，靠近容器壁等距離布置。所述的盛裝金屬液的容器采用矩形截面容器，插入的電極為一根陰極，1 2根陽極，布置方式為當電極為一根陰極、一根陽極時，兩根電極沿矩形容器中心線，靠近容器壁一邊一根布置；當電極為一根陰極，兩根陽極時，陰極電極布置在容器中心，兩根陽極沿容器中心線，靠近容器壁一側一根布置。本發明提供的一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法與現有方法相比，其顯著的有益效果體現在1.本發明方法的本質是采用外加電功來破壞或控制體系中化合物穩定性的方法來達到脫硫、脫氧，進而去除夾雜物的目的。這種方法可用于所有金屬及合金材料冶煉過程的脫硫、脫氧，并且能夠去除其它有害雜質元素，進而達到夾雜物的去除或控制，尤其適用于潔凈鋼的生產。2.由于本發明是將電極插入待處理的金屬液中，而不是插入爐渣中，因此對爐渣沒有要求，即采用本方法不受爐渣的影響。3.本發明方法簡單易行，效率高，成本低廉，無污染，容易實現工業化生產，而且適合任何金屬及合金材料的生產。
具體實施例方式下面用實施例具體描述本發明。實施例1待處理的金屬及合金熔融后，形成金屬液，盛裝在圓形截面的容器中，將陽、陰電極插入金屬液中，陽、陰兩極與電源連接，在兩極之間施加1 100V的電壓，電源采用直流電源或脈沖電源，電極采用石墨電極，電極的形狀為圓柱形電極。插入的電極為一根陰極， 三根陽極，布置方式為陰極電極布置在容器中心，陽極電極沿容器周邊，靠近容器壁等距離布置。實施例2待處理的金屬及合金熔融后，形成金屬液，盛裝在矩形截面的容器中，將陽、陰電極插入金屬液中，陽、陰兩極與電源連接，在兩極之間施加1 100V的電壓，電源采用直流電源或脈沖電源，電極采用在冶煉的高溫條件下穩定的金屬陶瓷電極，電極的形狀為矩形截面的電極。插入的電極為一根陰極，一根陽極，布置方式為兩根電極沿矩形容器中心線，
靠近容器壁一邊一根布置。
權利要求
1.一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法，其特征在于該方法包括以下內容 在盛裝待處理的金屬液的圓形截面或矩形截面的容器中，將陽、陰電極直接插入金屬液中，陽、陰兩極與電源連接，在兩極之間施加1 100V的電壓，電源采用直流電源或脈沖電源，電極采用石墨電極或金屬陶瓷電極，電極的形狀為圓柱形電極或矩形截面的電極。
2.根據權利要求1所述的外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法，其特征在于其中盛裝金屬液的容器采用圓形截面容器，插入的電極為一根陰極，1 4根陽極，布置方式為當電極為一根陰極、一根陽極時，兩根電極沿圓形容器中心線，靠近容器壁一側一根布置；當電極為一根陰極，2 4根陽極時，陰極電極布置在容器中心，陽極電極沿容器周邊，靠近容器壁等距離布置。
3.根據權利要求1所述的外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法，其特征在于其中所述的盛裝金屬液的容器采用矩形截面容器，插入的電極為一根陰極，1 2根陽極，布置方式為當電極為一根陰極、一根陽極時，兩根電極沿矩形容器中心線，靠近容器壁一邊一根布置；當電極為一根陰極，兩根陽極時，陰極電極布置在容器中心，兩根陽極沿容器中心線，靠近容器壁一側一根布置。
全文摘要
本發明公開了一種外加電場對金屬液脫硫、脫氧的方法，該方法是將電極直接插入金屬液中達到脫硫、脫氧的目的。本發明的內容包括在盛裝待處理的金屬液的圓形截面或矩形截面的容器中，將陽、陰電極直接插入金屬液中，陽、陰兩極與電源連接，在兩極之間施加1～100V的電壓，電源采用直流電源或脈沖電源，電極采用石墨電極或金屬陶瓷電極，電極的形狀為圓柱形電極或矩形截面的電極。本發明可用于所有金屬及合金材料冶煉過程的脫硫、脫氧，并且能夠去除其它有害雜質元素，進而達到夾雜物的去除或控制。本發明方法簡單易行，效率高，成本低廉，無污染，容易實現工業化生產，而且適合任何金屬及合金材料的生產。
文檔編號C21C7/00GK102433446SQ201110405890
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者劉洋, 孫本良, 孫源龍, 張雷, 徐陽, 林輝龍, 王琳 申請人:遼寧科技大學