[发明专利]一种铁水气化脱硅回收纳米SiO2的方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，应用于炼钢生产前的铁水预处理。

背景技术

在炼铁-炼钢流程中间一般设有铁水预处理工序，其目的是脱硅、脱磷、脱硫，俗称“三脱”。生产企业根据冶炼钢种、原材料条件和操作成本，有选择地采用不同的工艺，既有实施“三脱”的，也有进行其中的一项、两项，或者不设这一工序，而要在预处理工序脱磷，则必须要先脱硅。这是元素氧化反应热力学规律所决定的。

现在的铁水预脱硅方法是，往铁水中快速强制供氧使硅生成SiO₂上浮到渣中，同时加入一些碱性造渣原料石灰及助熔剂，使SiO₂与石灰中的CaO反应生成硅酸钙降低a_SiO2，以加快[Si]+O₂=SiO₂反应，使铁水中的硅加快向渣中转移，然后除去含硅渣而得到低硅铁水。因此，现在的脱硅方法要消耗造渣原料，造渣原料升温化渣要消耗热量，产生的脱硅渣需要处理，而渣中不可避免的会含有一部分铁和锰会造成铁、锰损失，这所有的消耗都随脱硅量增加而增大。

理论研究发现，氧化铁水中的硅，既可生成SiO₂，也可生成气态SiO，生成SiO的反应式为：[Si]+1/2O₂=SiO。[Si]-O₂反应生成物不同的条件是：生成SiO₂的反应需要有足够的氧气，这种条件下生成SiO₂的反应优先，不能生成气态SiO，温度的高低基本上没有影响；但是当供给的氧量不充足时，则不能生成SiO₂，若有较高的温度就能生成气态SiO。因此如能控制供氧速度，不满足生成SiO₂的需要，就能在较高的温度区域里使铁水中硅生成气态SiO去除。吹氧条件下火点区温度可达到近3000℃，对于反应生成气态SiO已经足够了，若调整喷嘴形式还能够扩大高温的Fe-O₂接触面，因此能够满足[Si]+1/2O₂=SiO反应对于温度的要求。如果采用这种生成气态SiO的脱硅方法，就能够减少上述各种消耗，达到节能减排的目的。图1给出了典型铁水成分[C]4.2%、[Si]0.4%条件下，铁水中硅生成气态SiO的理论根据：铁-气界面上在合适的P_SiO和a_SiO2夹角内，[Si]即可能氧化生成SiO而挥发去除。

如果采用上述气化铁水脱硅方法，SiO生成挥发离开铁水面后，会与气相中的氧反应生成固体SiO₂，其粒度为纳米级。纳米SiO₂是重要的高科技材料，俗称“超微细白炭黑”，表面吸附力强，分散性能好，热阻、电阻等方面具有特异的性能，可作为添加剂、催化剂载体、脱色剂、消光剂、橡胶补强剂、塑料充填剂、油墨增稠剂、金属软性磨光剂、绝缘绝热填充剂、高级日用化妆品填料及喷涂材料，广泛用于各行业。因此应该加以回收。

发明内容

本发明目的是解决现在的脱硅方法要消耗造渣原料，造渣原料升温化渣要消耗热量，产生的脱硅渣需要处理的问题。同时实现纳米SiO₂的回收。

根据计算可以得出，高碳铁水面上的平衡约为10³左右，适当地控制供氧流量和压力即能够保持在这个水平。控制渣成分可以保持a_SiO2在1～0.1之间。SiO的生成压P_SiO=10^-4以上就有挥发效果，提高温度时P_SiO可以更高，在氧气与铁水接触的火点区里能够得到较高的温度，从而保证SiO生成挥发。实验室实验证实了这一结果。

根据上述理论和实验研究结果，本发明提出一种向铁水中小量喷吹O₂在弱氧化气氛中生成SiO去除，回收纳米SiO₂的方法，代替现行的强制供氧造碱性渣进行铁水预脱硅的方法，并且能够得到纳米SiO₂。

一种向铁水中喷吹O₂气化脱除硅元素的方法。其特征在于向铁水（碳含量为2.5%～5.2%，硅含量为0.2%～5%）以低供氧速率喷吹O₂或O₂+CO₂混合气体，脱除铁水中的硅并从烟气中回收纳米级的SiO₂颗粒。可以将铁水容器放在带有烟气回收装置的密闭的罐中进行，也可以用烟罩直接盖在铁水容器上进行，以回收纳米级SiO₂颗粒。