无渣气化脱除铁水中硫磷硅的方法技术

本发明专利技术涉及针对炼铁高炉全体铁水进行炉外大幅深度无渣气化脱硫的方法。改变当前用固体或喷吹粉状脱硫剂造渣、脱硫、扒渣、弃渣等十分污染环境且只能对有限铁水进行有限脱硫方式。将乙炔(或直接转化甲烷为乙炔)隔离空气吹到砂口后泉涌的铁水表面，与铁水[S]形成硫化氢(60元/公斤，脱硫费用为负值。)离开铁水，使全体铁水都得到大幅深度无渣气化脱硫(达双零以下)。可使高炉在较低温度、碱度因而低消耗下运行。特别是乙炔还能脱磷、脱硅。因而炼铁原、燃料还可以取消对硫磷的限制(比如喷吹便宜很多的高硫煤；利用零价格又污染环境的硫酸矿渣替代进口富矿等)。脱硅、脱磷还可大大减少炼钢渣量及铁损、保持较高熔渣碱度熔炼而提高钢材质量、大大缩短炼钢时间等等。总之全体铁水完全自动化三脱可大大降低钢铁成本，彻底解放高炉、转炉操作，经济效益异常显著。

Removal of phosphorous and silicon from molten iron by slag free gasification

The invention relates to a method of large scale slag free gasification desulfurization for molten iron blast furnace. Changing the solid or powdered desulphurizing agent, such as slagging, desulphurization, slag removal, slag disposal and so on, can pollute the environment very much and can only carry out the limited desulphurization way for the hot metal. Acetylene (or direct conversion of methane to acetylene) is isolated from the air to the hot metal surface after the mouth of the sand, forming hydrogen sulfide (60 yuan / kg) with the iron [S], and the cost of desulphurization is negative. The molten iron is removed from the molten iron so that all the molten iron is substantially desulphurized and desulphurized (up to two below zero). The blast furnace can be operated at low temperature and alkalinity and thus low consumption. In particular, acetylene can dephosphoric and dephosphoric. As a result, iron smelting and fuel can also cancel the limitation on parathion (such as high sulfur coal, which is much cheaper to spray, using the sulphuric acid slag that pollutes the environment to replace the imported rich ore, etc.). Desilication and dephosphorization can also greatly reduce steelmaking slag quantity and iron loss, maintain high slag alkalinity and smelting, improve steel quality, shorten steel smelting time and so on. In short, the full automation of three molten iron can greatly reduce the cost of iron and steel, and completely liberate the operation of blast furnaces and converters. The economic benefits are remarkable.

【技术实现步骤摘要】
无渣气化脱除铁水中硫磷硅的方法本专利技术涉及针对炼铁高炉全体铁水进行炉外无渣气化大幅深度脱除硫、磷、硅的方法。钢铁生产中的限制性环节主要就是控制其中比较难以脱除的硫磺[S]含量，以避免其超标造成钢材热脆。为此从高炉炼铁的原、燃料：矿石、溶剂、煤粉和焦炭等到高炉各项操作制度都因硫磺不能超标而受到严格限制，用以减轻炼钢过程中比较难以达标的脱硫任务。本专利技术就是为解决这个问题提出的铁水炉外简便而高效大幅深度无渣气化脱硫方法。本方法彻底改变当前仅能对部分铁水进行用机械、人力乃至高压气力输送固体脱硫剂或喷吹粉状脱硫剂到铁水内部、造渣脱硫，再扒渣、弃渣等费力且污染环境等方法。改为把乙炔或天然气等气态烷烃或H2或CO等还原性气体或CO2或水蒸气等弱氧化性气体或空气或氧气或气态卤素等氧化性气体或N2气等能与铁水[S]生成含硫的气体产物的各种气体或它们的任意安全组合的混合气体在隔离空气(或不隔离空气，但效果或会很差或几乎没有，因为空气或O2首先会与上述大部分气体发生反应或与铁水反应产生大量氧化铁等熔渣乃至烟尘)情况下直接喷吹到铁水表面，或通过顶吹或侧吹或底吹技术直接吹到铁水内部，使乙炔等上述气体与铁水中的[S]反应，形成含硫的气体产物或部分形成含硫的气体产物而脱离铁水，实现完全自动化无渣气化且环保而大幅度充分的脱硫。如此炼铁原、燃料将因此得以充分降低牌号(比如喷吹价格便宜很多的高硫煤；用零价格的硫酸矿渣(目前试用的阻力就是高硫问题)替代进口富矿等)，即取消原、燃料对硫磺的限制；炉温及炉渣碱度(注)等操作制度也完全不用考虑其对[S]的影响，均改为以炉况顺行为原则。所有由此产生的[S]超标问题完全由本脱硫方法彻底解决。例如把乙炔气体隔离空气直接吹到铁水表面或通过顶吹或侧吹或底吹技术直接吹到铁水内部(请注意：针对撇渣器后泉涌的铁水表面喷吹就相当于吹到铁水内部)，使乙炔与铁水中[S]发生如下反应：C2H2(g)+[S]＝H2S(g)↑+2[C]ΔG°＝-136090-2.97T(1)在1673°K(即1400℃铁水温度，由(1)式可知受温度影响较小)下其吉布斯自由能ΔG°＝-141058J/mol。可使铁水中的[S]形成H2S(60元/公斤，脱硫费用为负值！)等含硫的气体产物而脱离铁水。实现更为环保更为充分([％S]达到双零以下)的无渣气化脱硫。乙炔脱硫的同时还能脱磷、脱硅：[P]+1.5C2H2(g)＝PH3(g)↑+3[C]ΔG°＝-218580+82.28T＝-80925.56(J/mol)(2)[Si]+2C2H2(g)＝SiH4(g)↑+4[C]ΔG°＝-243440+56.07T＝-149634(J/mol)(3)这就意味着炼铁原、燃料还可以取消对磷的限制，脱磷使钢材不易发生冷脆；同时脱硅可大大减少炼钢渣量及铁损(少吃的废钢可进高炉)；还可保持较高熔渣碱度冶炼，因而大大提高钢材质量；并且可大大缩短炼钢时间、提高生产率。总之全体铁水三脱可彻底解放高炉、转炉操作，经济效益异常显著。本专利技术涉及针对炼铁高炉全体铁水进行炉外无渣气化大幅深度脱除硫磺的方法，钢铁生产中的限制性环节主要是控制其中比较难以脱除的硫磺[S]，以避免其超标造成钢材热脆，为此从高炉生产用的原、燃料：矿石、溶剂、焦炭和喷吹煤粉等到高炉的各项操作制度都要受到铁水[S]不许超标的严格限制，以减轻炼钢过程中比较难以达标的脱硫任务，为解决这个问题本专利技术提出针对全体铁水简便无渣且大幅深度气化脱硫的方法，从而取消对炼铁原、燃料中硫磺的限制，即降低炼铁原、燃料牌号，大幅降低钢铁生产成本，并可同时降低熔渣碱度及其熔化性温度、渣量乃至炉温等，使许多高炉操作制度都得以简化，使炼铁生产完全以高炉顺行为原则，具体讲就是把乙炔隔绝空气直接喷吹到铁水表面，或通过顶吹、侧吹或底吹技术直接吹到铁水内部(请注意：针对撇渣器后泉涌的铁水表面喷吹所接触到的铁水要比喷吹到铁水内部更全面)，使乙炔气体与铁水中的[S]反应，形成含硫的气体产物或部分形成含硫的气体产物而脱离铁水，实现完全自动化无渣且环保的大幅深度气化脱硫(见式(1))，乙炔脱硫的同时还能脱磷、脱硅(见式(2)、(3))，或把天然气等气态烷烃或H2或原子氢H或CO或高炉煤气或焦炉煤气等还原性气体或CO2或水蒸气等弱氧化性气体或空气或氧气或气态卤素等氧化性气体或N2气等能与[S]生成含硫气体产物或部分生成含硫气体产物的各种气体或它们任意安全组合的混合气体在隔离空气情况下(或不隔离空气，但效果或会很差或几乎没有，因为空气或O2首先会与上述大部分气体发生反应或与铁水反应产生大量氧化铁等熔渣乃至烟尘)直接喷吹到铁水表面或撇渣器后泉涌的铁水表面，或通过顶吹、侧吹或底吹技术直接吹到铁水内部，使乙炔等上述气体与铁水中的[S]、[P]、[Si]反应，形成含硫、含磷、含硅的气体产物或部分形成含硫、含磷、含硅的气体产物而脱离铁水，针对全体铁水实现完全自动化无渣且环保的大幅深度气化三脱处理，从而彻底解放高炉和转炉操作，大幅降低钢铁生产成本。本专利技术的特征在于所用乙炔或乙炔以外的天然气等气态烷烃或H2或原子氢H或CO或高炉煤气或焦炉煤气等还原性气体或CO2或水蒸汽等弱氧化性气体或空气或氧气或气态卤素等氧化性气体或N2气等能与铁水中[S]、[P]、[Si]生成或部分生成含硫、磷、硅气体产物的气体或它们任意安全组合的混合气体能与铁水[S]、[P]、[Si]形成或部分形成含硫、磷、硅的气体产物的气体，或与[S]、[P]、[Si]反应有一定困难(无非是涉及所用各种气体分子中原子间化学键能或三脱反应所需能量问题)，但在微波加热或激光加热或等离子体或静电场或交变电场或直流电弧或交流电弧或其它适当方式或催化等情况下或其共同作用情况下或其任意不同组合作用情况下却是可行的，比如：甲烷在非平衡等离子体系统中，尽管宏观温度只有几十度乃至几百度，但电子温度可高达上万度，这些高能电子通过非弹性碰撞传递能量给甲烷分子，即可使CH4活化成激发态分子CH4*，产生若干CHX活性基团，其复合过程中2CH->C2H2最为活跃，实际热力学计算甲烷脱硫反应为：CH4+2[S]＝2H2S↑+[C]ΔG°＝200494-98.63T(4)由(4)式估算平衡温度T＝1760℃，比铁水温度高出360℃，这个任务正需要高能电子来完成，等离子活化CH4的同时还有原子氢生成，而原子氢对1400℃铁水三脱进行得比(1)、(2)、(3)式更为顺利：[S]+2H＝H2SΔG°＝-406935+144.91T＝-164500.57(J/mol)(5)[P]+3H＝PH3ΔG°＝-626272.5-50.4925T＝-710746.45(J/mol)(6)[Si]+4H＝SiH4ΔG°＝-787030+353.58T＝-195490.66(J/mol)(7)比如从中空的非自耗电极(或自耗电极)对着撇渣器后泉涌的铁水(铁水为阴极或为阳极)吹入甲烷即可在电极与铁水间的直流或交流电弧区形成原子氢，反应温度大约在2400℃左右，这个局部高温对等离子电弧区来讲当然不是问题，泉涌的铁水吸引着由等离子电弧区产生的原子氢或由铁水催化形成的乙炔沿1400℃铁水表面流动，同时与铁水中的[S]、[P]、[Si]反应实现三脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及针对炼铁高炉全体铁水进行炉外无渣气化大幅深度脱除硫磺的方法，钢铁生产中的限制性环节主要是控制其中比较难以脱除的硫磺[S]，以避免其超标造成钢材热脆，为此从高炉生产用的原、燃料：矿石、溶剂、焦炭和喷吹煤粉等到高炉的各项操作制度都要受到铁水[S]不许超标的严格限制，以减轻炼钢过程中比较难以达标的脱硫任务，为解决这个问题本专利技术提出针对全体铁水简便无渣且大幅深度气化脱硫的方法，从而取消对炼铁原、燃料中硫磺的限制，即降低炼铁原、燃料牌号，大幅降低钢铁生产成本，并可同时降低熔渣碱度及其熔化性温度、渣量乃至炉温等，使许多高炉操作制度都得以简化，使炼铁生产完全以高炉顺行为原则，具体讲就是把乙炔隔绝空气直接喷吹到铁水表面，或通过顶吹、侧吹或底吹技术直接吹到铁水内部(请注意：针对撇渣器后泉涌的铁水表面喷吹所接触到的铁水要比喷吹到铁水内部更全面)，使乙炔气体与铁水中的[S]反应，形成含硫的气体产物或部分形成含硫的气体产物而脱离铁水，实现完全自动化无渣且环保的大幅深度气化脱硫，乙炔脱硫的同时还能脱磷、脱硅，或把天然气等气态烷烃或H2或原子氢H或CO或高炉煤气或焦炉煤气等还原性气体或CO2或水蒸气等弱氧化性气体或空气或氧气或气态卤素等氧化性气体或N2气等能与[S]生成含硫气体产物或部分生成含硫气体产物的各种气体或它们任意安全组合的混合气体在隔离空气情况下(或不隔离空气，但效果或会很差或几乎没有，因为空气或O2首先会与上述大部分气体发生反应或与铁水反应产生大量氧化铁等熔渣乃至烟尘)直接喷吹到铁水表面或撇渣器后泉涌的铁水表面，或通过顶吹、侧吹或底吹技术直接吹到铁水内部，使乙炔等上述气体与铁水中的[S]、[P]、[Si]反应，形成含硫、含磷、含硅的气体产物或部分形成含硫、含磷、含硅的气体产物而脱离铁水，针对全体铁水实现完全自动化无渣且环保的大幅深度气化三脱处理，从而彻底解放高炉和转炉操作，大幅降低钢铁生产成本。...

【技术特征摘要】
2016.10.16 CN 20161092145221.本发明涉及针对炼铁高炉全体铁水进行炉外无渣气化大幅深度脱除硫磺的方法，钢铁生产中的限制性环节主要是控制其中比较难以脱除的硫磺[S]，以避免其超标造成钢材热脆，为此从高炉生产用的原、燃料：矿石、溶剂、焦炭和喷吹煤粉等到高炉的各项操作制度都要受到铁水[S]不许超标的严格限制，以减轻炼钢过程中比较难以达标的脱硫任务，为解决这个问题本发明提出针对全体铁水简便无渣且大幅深度气化脱硫的方法，从而取消对炼铁原、燃料中硫磺的限制，即降低炼铁原、燃料牌号，大幅降低钢铁生产成本，并可同时降低熔渣碱度及其熔化性温度、渣量乃至炉温等，使许多高炉操作制度都得以简化，使炼铁生产完全以高炉顺行为原则，具体讲就是把乙炔隔绝空气直接喷吹到铁水表面，或通过顶吹、侧吹或底吹技术直接吹到铁水内部(请注意：针对撇渣器后泉涌的铁水表面喷吹所接触到的铁水要比喷吹到铁水内部更全面)，使乙炔气体与铁水中的[S]反应，形成含硫的气体产物或部分形成含硫的气体产物而脱离铁水，实现完全自动化无渣且环保的大幅深度气化脱硫，乙炔脱硫的同时还能脱磷、脱硅，或把天然气等气态烷烃或H2或原子氢H或CO或高炉煤气或焦炉煤气等还原性气体或CO2或水蒸气等弱氧化性气体或空气或氧气或气态卤素等氧化性气体或N2气等能与[S]生成含硫气体产物或部分生成含硫气体产物的各种气体或它们任意安全组合的混合气体在隔离空气情况下(或不隔离空气，但效果或会很差或几乎没有，因为空气或O2首先会与上述大部分气体发生反应或与铁水反应产生大量氧化铁等熔渣乃至烟尘)直接喷吹到铁水表面或撇渣器后泉涌的铁水表面，或通过顶吹、侧吹或底吹技术直接吹到铁水内部，使乙炔等上述气体与铁水中的[S]、[P]、[Si]反应，形成含硫、含磷、含硅的气体产物或部分形成含硫、含磷、含硅的气体产物而脱离铁水，针对全体铁水实现完全自动化无渣且环保的大幅深度气化三脱处理，从而彻底解放高炉和转炉操作，大幅降低钢铁生产成本。2.根据权利要求1所述本发明的特征在于所用乙炔或乙炔以外的天然气等气态烷烃或H2或原子氢H或CO或高炉煤气或焦炉煤气等还原性气体或CO2或水蒸汽等弱氧化性气体或空气或氧气或气态卤素等氧化性气体或N2气等能与铁水中[S]、[P]、[Si]生成或部分生成含硫、磷、硅气体产物的气体或它们任意安全组合的混合气体能与铁水[S]、[P]、[Si]形成或部分形成含硫、磷、硅的气体产物的气体，或与[S]、[P]、[Si]反应有一定困难(无非是涉及所用各种气体分子中原子间化学键能或三脱反应所需能量问题)，但在微波加热或激光加热或等离子体或静电场或交变电场或直流电弧或交流电弧或其它适当方式或催化等情况下或其共同作用情况下或其任意不同组合作用情况下却是可行的，比如：甲烷在非平衡等离子体系统中，尽管宏观温度只有几十度乃至几百度，但电子温度可高达上万度，这些高能电子通过非弹性碰撞传递能量给甲烷分子，即可使CH4活化成激发态分子CH4*，产生若干CHX活性基团，其复合过程中2CH->C2H2最为活跃，实际热力学估算平衡温度T＝1760℃，比铁水温度高出360℃，这个任务正需要高能电子来完成，等离子活化CH4的同时还有原子氢生成，而原子氢对1400℃铁水三脱进行得比乙炔三脱更为顺利，比如从中空的非自耗电极(或自耗电极)对着撇渣器后泉涌的铁水(铁水为阴极或为阳极)吹入甲烷即可在电极与铁水间的直流或交流电弧区形成原子氢，反应温度大约在2400℃左右，这个局部高温对等离子电弧区来讲当然不是问题，泉涌的铁水吸引着由等离子电弧区产生的原子氢或由铁水催化形成的乙炔沿1400℃铁水表面流动，同时与铁水中的[S]、[P]、[Si]反应实现三脱，等离子电弧区或改为微波加热或激光加热或静电场或交变电场或等离子炬或其它适当方式或催化等情况下或其共同作用情况下或其任意不同组合作用情况下，所用反应气体和气体产物或用管道输送，远距离输送乙炔气体如管道阻力超过0.147MPa(1.5公斤/cm2)，或用负压抽吸。3.根据权利要求1、2所述本发明的特征在于隔离空气或直接喷吹乙炔或CH4(原料气)等反应气体到铁水表面或铁水内部的方式包括在高炉炉前出铁钩或撇渣器后泉涌铁水处或撇渣器后铁水沟或铁水罐或鱼雷车或混铁炉等部位进行或在其它适合部位进行或在其所有适合部位都进行或在其任意适合部位组合进行，三脱反应生成的气体产物或收集起来加以综合利用，其中包括分离出尚未参加反应的原料气返回再利用。4.根据权利要求1、3所述本发明的特征在于所用乙炔气体或可用甲烷在高炉炉前出铁钩或撇渣器后泉涌铁水处或撇渣器后铁水沟或铁水罐或鱼雷车或混铁炉等部位或其它适合部位或其所有适合部位或其任意适合部位不同组合通过催化或等离子炬或微波加热或激光加热或静电场或交变电场或直流电弧或交流电弧或其它适当方式等情况下或其共同作用情况下或其任意不同组合作用情况下协同偶联产生乙炔或原子氢或其它能三脱的反应气，以降低反应气的投资和成本。5.根据权利要求1、4所述本发明的特征在于等离子体的产生或用转移型等离子炬或用非转移型等离子炬或用微波加热或用激光加热或用静电场或用交变电场或用直流电弧或用交流电弧或催化或其它适当方式等情况下或在它们共同作用下或其任意不同组合作用下，产生等离子体的工作气体或直接用甲烷气体或用其它适合气体或用各适合气体不同组合，催化剂或为过渡金属或为Fe、Ni或为其它适合的催化剂(应注意到以铁水为阴极或阳极、以甲烷为工作气体的转移型等离子枪，可同时利用铁水催化甲烷转化为乙炔的作用)，催化剂或以出铁钩或撇渣器后泉涌铁水处或撇渣器后铁水沟或铁水罐或鱼雷车或混铁炉或为隔离空气在各部位所加盖体或其它适合部位的内衬材料为载体，或以在其各相应部位内衬材料上添加适合作载体的材料为载体，或以等离子炬或微波加热腔体或激...

【专利技术属性】
技术研发人员：李中祥，
申请(专利权)人：铁东区强东冶金技术咨询服务中心，
类型：发明
国别省市：辽宁,21