D0I:10.13374.i8sn1001653.1998.03.030 第20卷第3期 北京科技大学学报 Vol.20 No.3 1998年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1998 气体搅拌对硫化物熔渣废钢脱铜的影响 李联生)项长祥)李建强)李士琦)洪彦若)R V Kumari) )北京科技大学应用科学学院，北京100心832)英国剑桥大学材料科学及冶金系 摘要在热力学计算及动力学条件分析基础上、提出了向硫化物熔体中吹人具有一定氧分压的 气体以提高固体废钢脱铜效果的方法，氢气搅拌及静态实验对比结果表明，在熔渣组元质量分数 为FeS-70%,,S-30%,950℃下在反应初期氩气搅拌可明显地提高脱铜速度.这是因为氩气搅拌 提高了物质的扩散速度， 关键词废钢；脱铜；硫化矿渣法 分类号TF769.9 用废钢炼钢可减少工艺环节，所需能量仅为从矿石炼钢所需能量的3至2/3，不仅节省 了能量，减少了原材料消耗，而且在很大程度上消除了由选矿、烧结、焦化等造成的环境污 染.电炉一炉外精炼短流程的发展，大大地增加了废钢的需求量，而连铸技术的发展又大大提 高了钢材成材率，因此，可供电炉直接使用的优质废钢日益短缺.铜、锡、锌等残余元素的污 染，使现存大量废钢质量日益恶化，尤其是铜，对废钢质量影响最大，很雄通过常规的炼钢过 程去除.当钢中铜含量高于01%时，在轧制过程中，钢材会产生热脆现象，并严重降低钢材表 面质量.为治理废钢的污染，已提出了多种脱铜的方法，其中报道最多的是硫化矿渣钢液脱 铜法，后来又不断发展.因为废钢中大约90%的铜是以纯铜的形式存在于废钢的外部，如铜 线圈，或以非化学的形式结合在废钢表面，如铜镀层等，所以深入地研究固态废钢脱铜法具 有重要的实际意义.本文将通过实验研究吹氩搅拌对常见的硫化物熔渣法废钢脱铜效果的影 响， 1 实验条件及结果 实验分为2种：静态实验和氩气搅拌实验，对于静态实验，把直径大小相同的2个铜环和 2个低碳钢圆环固定在1支中6mm的钢棒末端.铜环外径12mm,内径6.5mm,厚3mm.钢棒 另一端通过！个侧面有小孔的管接头与氩气吹管连接，实验时氩气由管接头进人反应器，如 图ㄧ的照片所示.而在氩气搅拌实验中用1支中6m的钢管代替钢棒，由此氩气进入熔渣.实 验开始时，把I50gFeS和Na,S的混合物放在内径50mm,高100mm的刚玉坩埚中.将坩埚及 上述带铜环的吹管封在1个耐热合金反应器内，装置见图2，反应器在亚铬酸镧电阻炉中加 热，同时通氩气保护，到达指定温度后，恒温10mi.,取原始样，然后把铜环插入硫化渣熔体 中，每隔一定时间取【次渣样，用原子吸收光谱分析渣中铜含量. 实验条件如表」所示.实验结果见图3 1998-01-20收搞李联生男.53岁，副教授 国家自然科学基金资助课飚
DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1998．03．030
·244· 北京科技大学学报 1998年第3期 图1钢棒上的铜环与钢环（反应后） 表1实验条件 (熔渣)Y% 实验号 FeS Na:S TY℃ 气氛及动力学条件 30 70 7000 氩气保护，静态 2 60 40 1100 氩气保护，静态 3 70 30 950 氩气搅拌，100cm/min 由图3可以看出，实验3中有氩气搅拌，反应初期脱铜速度较快，大约为静态实验的1倍 多，20min后渣中铜含量趋于平稳. 3.0r ·实验11000℃ 一冷却水 2.5L 。实验21100℃ 2.0L 。实验3950℃ 盒 0 9●0 ● 1.5 1.0 11 0.5 ● 10 0.090 12 1020 30405060 图2实验反应装置图 min 1耐热合金反应器；2热屏蔽片；3反应器盖；4螺拴和螺母； 图3硫化物熔渣中铜含量的变化 5橡皮塞；6橡胶密封环；7热电偶；8不锈钢吹管；9螺母； 实验1,2氩保护，实验3氩搅拌 10低碳钢圆环；11纯铜环；12带孔的螺盖；13刚玉坩埚； 14硫化物熔渣，15轻质氧化铝垫 2讨论 2.1硫化物熔渣法脱铜原理 硫化物熔渣法废钢脱铜的基本原理是在高于600℃下Cu,S比FS稳定，其反应式 FeS(I)+2Cu(s)=Cu,S(I)+Fe(s) (1) 反应(1)的标准吉布斯自由能变化为：
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·246· 北京科技大学学报 1998年第3期 实验证明，吹人具有一定氧分压的氩气，在熔渣组元质量分数为F-70%,a,S-30%,对 硫化物熔渣法废钢脱铜，可明显地提高反应初期的脱铜速度， 参考文献 1 Jimbo I,Sulsky M S,Fruehan R J.The Refining of Copper from Ferrous Scrap.I SM,1988, 15(8:20 2李文超，王鉴.冶金热力学.北京：冶金工业出版社，1950.250 3 Jimbo I,Sulsky M S.Fruehan R J.Thermodynamics of Copper Removal from Carbon-saturated Iron with FeS-Na,S-Cu,S Matte.In:W O Philbrook Memorial Symposium Conference Proceedings. Toronto,1988.133 Effect of Gas Blowing on Copper Removal from Ferrous Scrap with Sulphide Matte Li Liansheng Xiang Changxiang Li Jianging)Li Shigi)Hong Yanruo R V Kumar 1)Applied Science School,UST Beijing.Beijing 100083,China 2)Department of Materials Science and Metallurgy,University of Cambridge,Cambridge CB2 3QZ,UK ABSTRACT An novel approach has been proposed for treating solid ferrous scrap with sulphide matte by blowing the gas with a controlled low oxygen pressure to promote the removal of copper.It has been proved by comparison of the result of the experiment by blowing argon at 950c with those of the static experiments that argon stirring can remark- ably increase the rate of copper removal at the initial stage of the treatment,for the matte of 70 FeS and 30%(mass fraction). KEY WORDS ferrous scrap;copper removal;sulphide matte