D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.02.046 第21卷第2期 北京科技大学学报 Vol.21 No.2 1999年4月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Apr.1999 钢液气化脱铜 李联生王福明 项长祥李素芹 刘克明李士琦 北京科技大学应用科学学院，北京100083 摘要在1600℃，常压Ar气氛下，向钢液中分别加人NH,C1及(NH,)2C,O,将400g钢水含铜量 从0.5%分别降至0.31%及0.38%仅用脱铜剂0.7~0.8g.然而，如果不降低体系的压力，在相同条 件下用铵盐脱铜很难将铜含量降至0.30%以下. 关键词钢液；脱铜，气化；铵盐 分类号TF769.9 在钢液脱铜方法中，最有希望在生产中采用 图2所示. 的是蒸发法或气化脱铜法-1.在钢液或铁液中 0.60 加人尿素或铵盐能有效地促进铜的挥发，本文在 0.55 0.50 文献[2]的基础上，研究了新的脱铜剂，可进一步 提高脱铜效果， 0.45F 实验1 0.40 1实验 0.35 0.30 实验装置见文献[2】.在Ar气保护下将400g 实验3 0.25 普碳钢料(w/%分别为：C0.17,Si0.18,Mn0.48, 0.20 P0.019,S0.013%)置于内径40mm,深60mm的 0.00.1020.30.40.50.60.70.80.9 m(NH,Cl)/g 刚玉坩埚中，在铅丝炉内熔化.待炉温升至1 图1钢液铜含量随NH,CI加入量的变化 600℃后，加人一定量的纯铜片熔化后搅拌均 匀.恒温10min,用石英管抽取钢样以供成分分 0.55 析.然后用加料器将脱铜剂分数次插入钢液中脱 0.50 铜.加料器一端为外径7mm长20mm的普碳钢 实验2 短管，另一端有螺孔与1根长0.5m,直径4mm的 0.45 钢丝连接.短管端有内径3.9mm、深10mm的圆 0.40- 孔用于装脱铜剂，每支装0.01g左右，然后用一小 段钢丝塞住圆孔加料器分若于组，每组10支，插 0.35 ·实验4 人深度约为30mm钢水中，停留1~2s后，反应 0.30 完毕，立即取出加料器，然后依此方法插人其他 0.00.1020.30.40.50.60.70.8 加料器.每插完1组吸取1个钢样.用原子吸收光 m((NHa)2C2Oa)/g 图2钢液铜含量随(NH,2C0加入量的变化 谱分析钢样中铜含量.将一些用过的加料器前端 切下，用扫描电镜及能谱分析仪，检查切头表 对于含铜0.5%的钢液，NH,CI和(NH,)2C204 面上铜的含量. 的脱铜效果都比较明显.通过对实验1和实验2 数据的线性回归，1g氯化铵可脱铜0.89g,而1g 2实验结果 草酸铵可脱铜0.71g.扣除加料器塞头熔化对含 铜钢液的稀释作用，1g上述脱铜剂分别脱铜 钢液中铜含随脱铜剂加入量的变化如图1和 1998-11-08收稿李联生男，53岁，副教授，硕士 0.37g及0.25g.这比文献[2]的脱铜效果有所提 *国家自然科学基金资助项目(No.5967029) 高，而且氯化铵的脱铜效果比其他铵盐均好一
第 卷 年 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 钢液气化脱铜 李联生 王福 明 项 长祥 李素芹 刘克 明 李士 琦 北 京 科 技大学 应 用 科学学 院 ， 北京 摘要 在 、 常压 气氛下 ， 向钢液 中分别加人 及 ， 将 钢水 含铜量 从 分别 降至 仓 及 仅用脱铜剂 一 然 而 ， 如果 不 降低体系 的压 力 ， 在相 同条 件下用 钱盐脱铜很难将铜含量 降至 以下 关键词 钢 液 脱铜 气化 按盐 分类号 在 钢 液脱铜方 法 中 ， 最 有 希望 在 生 产 中采用 的是 蒸 发 法 或 气化 脱 铜法 卜 在 钢 液 或 铁 液 中 加人 尿 素或 按 盐 能有 效 地促 进 铜 的挥 发 本 文 在 文 献 〔 的基 础 上 ， 研 究 了新 的脱 铜 剂 ， 可 进 一 步 提 高脱 铜效果 图 所示 实验 · 「 · ，” · ‘ 、岁︵口︶二公 实验 实验 装 置 见 文 献 」在 气保 护 下 将 普 碳 钢 料 分 别 为 ， ， ， ， 置 于 内径 ， 深 的 刚 玉 增 祸 中 ， 在 铂 丝 炉 内 熔 化 待 炉 温 升 至 ℃ 后 ， 加 人 一 定 量 的 纯 铜 片 熔 化 后 搅 拌 均 匀 恒 温 ， 用 石 英 管 抽 取 钢 样 以 供 成 分 分 析 然 后 用 加 料 器 将脱 铜 剂 分 数 次 插 人 钢 液 中脱 铜 加 料器 一端 为外 径 、 长 的普 碳 钢 短管 ， 另一端有螺孔 与 根 长 、 直 径 的 钢丝连接 短 管端有 内径 、 深 的 圆 孔用于 装脱铜剂 ， 每 支装 左 右 ， 然后 用 一小 段钢丝塞住 圆孔 加料器分若于 组 ， 每组 支 ， 插 人 深 度 约 为 钢 水 中 停 留 一 后 ， 反 应 完 毕 ， 立 即 取 出加 料 器 ， 然 后 依 此 方 法 插 人 其 他 加料 器 每插 完 组 吸取 个钢样 用原 子 吸收光 谱分 析 钢样 中铜 含 量 将 一 些 用 过 的加 料 器 前 端 切 下 ， 用 扫 描 电 镜 及 能 谱 分 析 仪 ， 检 查 切 头 表 面上铜 的含量 实验结果 钢液 中铜含 随脱铜剂加人量 的变 化 如 图 和 一 刁 收稿 李联生 男 ， 岁 ， 副教授 ， 硕士 国家 自然科学基金资助项 目 实验 万 名 ‘ 钢液铜含最随 加入量的变化 实验 岁︵口︶二公 实验 气曰片咔﹃︶月︸、 一葱卜、︸︸︺、曰︸ … 曰︶︸ 【一一一上 一一一七一一一 一一一止一一一一上一一一 一 一一上一一一」 倒执 图 钢液铜含 随 侧 一 一加入且的变化 对于 含 铜 的钢液 ， 和 的脱 铜 效 果 都 比较 明显 通 过 对实 验 和 实 验 数 据 的 线 性 回 归 ， 氯 化 按 可 脱 铜 ， 而 草 酸 钱 可 脱 铜 扣 除 加 料 器 塞 头 熔 化 对含 铜 钢 液 的 稀 释 作 用 ， 上 述 脱 铜 剂 分 别 脱 铜 及 这 比文 献 〔 的脱铜效果 有 所 提 高 ， 而 且 氯 化 钱 的 脱 铜 效 果 比其 他 钱 盐 均 好 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．02．046
·162· 北京科技大学学报 1999年第2期 些.图1和图2也可看到，2种铵盐，在常压下都很 此外，NH,C分解时还会产生HCI气体，在高 难将铜含量降至0.3%以下， 温下与钢液中的铜生成气相CuCl 3讨论 因此，氯化铵的脱铜效果优于其他变盐和尿 素，同时氯化氢与铁也会发生反应，产生一定的 铵盐或氨基化合物（如尿素NH,CONH,)的 铁损。 脱铜作用，是基于它们的分解产物NH,在高温下 从上述脱铜机理看，降低体系压力有利于脱 的迅速分解，促使铜的蒸发.其可能的脱铜机理 铜反应进行，文献[5]的研究结果也证明了这一 有以下2种-引 点.因此，要进一步降低钢液中的铜含量，必须减 (1)氨分解的瞬间生成的、具有很高热力学 小体系的压力 位的初生态氢和氨，与钢水中的铜有如下反应： [Cu]+H*=CuH 4结论 Cu】+6N·=CuNh。· (1)氯化铵和草酸铵都是很好的脱铜剂， 反应生成的产物CuH和Cu(N,),的蒸气压比 1g氯化铵和草酸铵可分别脱铜0.37和025g,氯 铜幕气压大得多，因而很快蒸发.这些化合物很 化铵具有氯化和蒸发脱铜的双置作用，因圃嫩暴 稳定，在高温下分解成氢气、氮气和金属铜，铜沉 更好.(2)在常压下，用上述脱铜剂可使解液中铜 淀在炉中温度较低的地方，加料器前端表面呈现 含量降至0.35%，若要进一步脱铜，必须降衡体那 的暗红色条纹就是沉积的铜，图3为加料器切头 的压力， 横截面的扫描电镜照片， 参考文献 1 Katsatoshi Oho,Eiji Ichise,Ryomuke O Sumldi,t al Elimination of Copper from the Molton Steel by NH blowing under Roduced Proesure.Stoel Resoedh, 1995,66(9y372 2李联生，项长样，王长华，等.限丝法铜液脱铜载京科 技大学学报，1997,19(6)：535 3 Esimai C N.Removal of Copper and Tin from Ferrous Alloys by Addition of Silicon.Scandinavian Journal of Metallurgy,1987,16:267 4 Minoru Sasabe,Eishi Harada,Satoshi Yamashita. Removal of Copper from Carboa Satarated Molten 图3加料醫前端横切面的电镜照片 Iron by Using FeCL,.铁上，199%，82(2：31 (2)氨分解时产生的初生态氢和氯溶解到钢 5 Toru Maruyams.Hiroshi G Katayama,Tadashi Momo- 水中达到饱和，很快地结合成氢气和氮气，在钢 no,et al.Evaporation Rate of Copper from Molten 水中形成大量的细小气泡，使气相和钢液的接触 Iron by Urea Spraying under Roduced Pressure. 铜，1998,844)：243 面积大大地增加，促进了钢液中铜的蒸发， Decopperization in Steel Melt by Gasification Li Liansheng,Wang Fuming,Xiang Changxiang,Li Sugin,Lu Keming,Li Shiqi Applied Science School,UST Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT The experiments were carried out at 1 600c and normal pressure under an Ar atmo- sphere.The result showed that the copper content (mass fraction)in steel melt of 400g was reduced from about 0.5%to 0.31%and 0.38%respectively when 0.7~0.8g of NH,CI or (NH,),C.O as the decopperizing agents added to the melt.However it is very difficult to reduce the copper content below 0.3%without reducing the pressure of the reaction system. KEY WORDS steel melt;copper removal;gasification;ammonium salt