【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高溫鋼渣加工處理，更具體地說，涉及一種基于電磁脈沖的kr脫硫渣固硫方法、固硫渣及其應用。
技術介紹
1、硫在固態鋼材中主要以硫化鐵的形式存在，使得鋼材在高溫條件下容易發生“熱脆”現象而降低鋼材塑性、加工性與焊接性。隨著對鋼材性能要求的日益提高，鐵水脫硫技術已經發展成為鋼鐵生產過程中不可缺少的重要環節。目前，國內主要使用kr法進行鐵水預脫硫，即將攪拌器插入鐵水包液面一定深度，通過攪拌頭的旋轉產生漩渦，將石灰等脫硫劑通過旋渦卷入鐵水中，與鐵水中硫元素充分結合生成cas，生成的脫硫渣浮于鐵水表面，得到kr脫硫渣。由于石灰的團聚效應，導致脫硫渣中鈣元素和硫元素的質量比約為10:1，這意味著有大量未完全反應的cao被帶入脫硫渣中。
2、kr脫硫渣的年產量超440萬t，其中的cao質量分數超過40％，堿度一般在3.5以上，cas質量分數介于1～2.5％之間。傳統的處理方式主要是通過磁選來回收含鐵部分，剩余的尾渣則通常以堆放的方式處理，造成了嚴重的資源浪費與環境污染，因此迫切需要開發出有效的回收工藝。
3、但將kr脫硫渣直接回用于冶煉工藝容易導致回硫現象，從而限制了其在煉鋼工藝中的循環利用。此處所謂回硫是指在煉鋼過程中，已經脫除的硫元素重新進入鋼水，導致鋼液中的硫含量回升的現象。具體為，kr脫硫渣中s大多以cas存在，少量結合生成硫酸鹽等其他形式，當這些kr脫硫渣回用到轉爐、電爐等冶金反應器時，由于爐內的高溫或氧化性氣氛，cas等含硫物質易發生分解或氧化反應釋放出s，導致s重新進入鋼水。
4、
技術實現思路
1、針對現有技術中kr脫硫渣循環利用時易導致鋼水回硫的技術問題，本專利技術提供了一種基于電磁脈沖的kr脫硫渣固硫方法、固硫渣及其應用，通過將kr脫硫渣中含s元素的cas轉變為更穩定的硫化物，并輔以電磁脈沖處理加速反應速率，從而不僅可以有效減輕kr脫硫渣資源化利用時的回硫問題，提高kr脫硫渣的回用率，同時降低kr脫硫渣處理的工藝能耗。
2、本專利技術第一方面提供了一種基于電磁脈沖的kr脫硫渣固硫方法，包括：向經鐵水扒渣處理得到的熱態kr脫硫渣表面覆蓋含有單質ba的置換劑；對上述覆蓋置換劑的kr脫硫渣進行電磁脈沖處理，處理條件包括：處理時間為15～20min，脈沖頻率300khz～500khz，脈沖強度300a～600a；對經電磁脈沖處理后的kr脫硫渣進行冷卻，即得到kr固硫渣。
3、本專利技術的技術原理如下：利用含有單質ba的置換劑與kr脫硫渣中cas進行置換反應，形成更穩定的硫化物bas，其中cas的標準生成吉布斯自由能為-508kj/mol，bas的標準生成吉布斯自由能為-555kj/mol，即bas的穩定性高于cas。同時，cas的分解溫度約為1500℃，bas的分解溫度超過1600℃，即bas在高溫下更趨于穩定存在。因此將kr渣中的cas置換成bas，可以實現對s元素的深度固化，能夠減輕kr渣資源化利用時造成的鋼水回硫，相應的置換反應方程式為：
4、cas+ba＝bas+ca
5、δg＝-47139-29t
6、上述公式t為熱力學溫度，kr脫硫渣扒渣后溫度一般為1250～1350℃，對熱態kr脫硫渣表面覆蓋含有單質ba的置換劑，能夠充分利用鐵水kr預處理扒渣所得kr脫硫渣的高溫狀態。但是此時吉布斯自由能僅為-91.3kj～-94.2kj，由于反應的吉布斯自由能較小且kr脫硫渣中傳質不活躍，導致該置換反應速率緩慢，無法滿足kr脫硫渣固硫處理的要求，故施加電磁脈沖外場促進ba與cas的置換反應。
7、電磁脈沖處理上述置換反應的促進機理為：
8、(1)感應電流與渦流效應：在電磁脈沖作用下，導電的ba產生感應電流并在其內部電阻作用下產生焦耳熱，使ba金屬周圍局部升溫，提升反應的吉布斯自由能，有助于形成更活躍的反應區域，加速cas與ba的置換。
9、(2)高頻振蕩引發的擴散增強：電磁脈沖的高頻振蕩作用會促使kr脫硫渣中產生持續的電子運動和電場振蕩，增加反應物中離子和電子的能量，促進cas與ba之間的電子轉移；且有助于疏松kr脫硫渣的組織結構，增強反應過程中的物質擴散速率。
10、(3)晶格缺陷和表面活化：電磁脈沖能夠在材料表面和晶格內部引發微觀結構變化，促進晶格缺陷、位錯和空位的形成，增加材料的表面能，打破ba和cas表面的鈍化層和吸附層，從而加速置換反應。
11、需要說明的是，本專利技術對電磁脈沖處理的具體工藝參數尤為重要，電磁脈沖的脈沖頻率與脈沖強度的范圍基于熱態試驗結果選取。當參數過小時，無法顯著提高置換反應速率，參數過大時會導致單質ba氣化和渣料飛濺。
12、綜上，通過向熱態kr脫硫渣的渣層表面加入含有單質ba的置換劑以及電磁脈沖處理促進kr脫硫渣中硫元素通過置換反應生成bas，得到kr固硫渣。當固硫后的kr脫硫渣作為造渣劑或者脫硫劑使用時，能夠減少其中硫元素再次回流到鐵水或者鋼水中，進而能夠替代部分石灰，減少石灰的加入量，充分利用kr脫硫渣中未完全反應的cao。
13、進一步的，所述熱態kr脫硫渣的溫度大于置換劑的熔點。需要說明的是，金屬ba熔點為727℃，kr脫硫鐵水扒渣后所得的熱態kr脫硫渣溫度一般為1250℃～1350℃，從而置換劑能夠在kr脫硫渣的傳熱作用下快速熔化，進而提高置換反應的傳質速率。
14、進一步的，所述渣層密度小于置換劑的密度。置換劑密度為3.5～4.5g/cm3，其密度大于kr渣密度，含單質ba的物料緩慢自上而下穿過渣層，為cas的置換反應提供有利的動力學條件。
15、進一步的，所述熱態kr脫硫渣的溫度大于置換劑的熔點，所述渣層密度小于置換劑的密度。
16、進一步，所述置換劑采用ba合金或者金屬ba，其中ba合金包括ba-al、ba-mg、ba-si合金，置換劑的粒度為2～4mm；其用量的計算公式為：
17、
18、公式中：m鋇為金屬ba加入量；m渣為鋼渣質量；ws為渣中s的百分含量；η鋇為金屬ba純度。該用量公式基于實驗室和工業試驗總結得到加入量公式，用量系數取值過大會造成金屬ba的浪費，取值過小固硫效果不理想。
19、進一步的，所述向熱態kr脫硫渣表面覆蓋含有單質本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于電磁脈沖的KR脫硫渣固硫方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于電磁脈沖的KR脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述熱態KR脫硫渣的溫度大于置換劑；和/或所述熱態KR脫硫渣的渣層密度小于置換劑。
3.根據權利要求2所述的基于電磁脈沖的KR脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述含有單質Ba的置換劑采用Ba合金或者金屬Ba，其中Ba合金包括Ba-Al、Ba-Mg、Ba-Si合金，置換劑的粒度為2～4mm；其用量的計算公式為：
4.根據權利要求1所述的基于電磁脈沖的KR脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述向熱態KR脫硫渣表面覆蓋含有單質Ba的置換劑，具體為，扒渣結束后通過旋轉溜槽(2)以噴灑的方式向渣層表面加入含有單質Ba的置換劑，并以惰性氣體作為載流氣體。
5.根據權利要求1-4任一項所述的基于電磁脈沖的KR脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述向熱態KR脫硫渣表面覆蓋含有單質Ba的置換劑在惰性氣體保護的氛圍下進行。
6.根據權利要求5所述的基于電磁脈沖的KR脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述向經鐵水扒渣處理得到的熱態KR
7.根據權利要求6所述的基于電磁脈沖的KR脫硫渣固硫方法，其特征在于，扒渣結束后，蓋上渣罐蓋，繼續向渣罐(1)中通入N2至電磁脈沖處理完成，N2通入速度為0.3～0.8Nm3/min；
8.根據權利要求1-4任一項所述的基于電磁脈沖的KR脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述KR脫硫渣包括如下質量百分比的組分：CaO?30～60％，SiO25～20％，Al2O31～15％，MgO5～20％，FeO1～10％，S?0.5～3％。
9.一種KR固硫渣，其特征在于，該KR固硫渣采用權利要求1-8中任一項所述的方法處理得到。
10.一種如權利要求9所述的，或者采用權利要求1-8任一項所述的固硫方法制備所得的KR固硫渣在轉爐冶煉或者鐵水KR預處理中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種基于電磁脈沖的kr脫硫渣固硫方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于電磁脈沖的kr脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述熱態kr脫硫渣的溫度大于置換劑；和/或所述熱態kr脫硫渣的渣層密度小于置換劑。
3.根據權利要求2所述的基于電磁脈沖的kr脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述含有單質ba的置換劑采用ba合金或者金屬ba，其中ba合金包括ba-al、ba-mg、ba-si合金，置換劑的粒度為2～4mm；其用量的計算公式為：
4.根據權利要求1所述的基于電磁脈沖的kr脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述向熱態kr脫硫渣表面覆蓋含有單質ba的置換劑，具體為，扒渣結束后通過旋轉溜槽(2)以噴灑的方式向渣層表面加入含有單質ba的置換劑，并以惰性氣體作為載流氣體。
5.根據權利要求1-4任一項所述的基于電磁脈沖的kr脫硫渣固硫方法，其特征在于，所述向熱態kr脫硫渣表面覆蓋含有單質ba的置換劑在惰性氣體保護的氛圍下...
【專利技術屬性】
技術研發人員：夏云進，柳玉杰，張興淦，韓逸飛，蔣達偉，范鼎東，李杰，孫桂林，陶素芬，
申請(專利權)人：安徽工業大學，
類型：發明
國別省市：
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