专利名称：金属熔体中硫磷杂质的去除方法
技术领域：
本发明涉及金属熔体的精炼方法，特别是在金属熔体中脱除硫磷杂质的方法，属金属冶炼或精炼技术领域。
本发明的目的是通过以下措施来达到的本发明的一种金属熔体中硫磷杂质的去除方法，其特征是在真空密闭容器系统中，采用直流脉冲电场在液体金属上方形成的氩—氢混合气体的辉光等离子体作用下，使硫磷杂质生成蒸气或气体化合物，被真空系统抽出而脱除；容器内的压力为101-104帕(Pa)，直流脉冲的电压为200-1200V范围内，脉冲频率为5Hz-10KHz，氩—氢混合气体的浓度变化范围为0-100％。
本发明的中所采用的专用设备，其结构包括有一密闭容器、盛有液态金属的坩埚、与液态金属导通的阴极棒、置于液态金属上方的阳极棒、直流脉冲电源、排气口、氩—氢混合气体进气口、真空泵、反应气体气罐、电加热装置以及气体导入导出的管路；还设置有可以进行调节金属阳极板与液面间的距离的机构；阳极棒与直流脉冲电源的负极相连，金属阳极棒与直流脉冲电源的正极相连。
本发明的操作过程及原理如下所述已经发现，低温等离子体具有很高的反应活性。所谓的低温等离子体是指等离子体中电子的温度大大高于离子的温度。因此在低温等离子体与金属熔体作用过程中主要实现的是化学能的转化而不是热能的传递。由于高能量电子的作用可以使得原本不能发生的反应得以进行。本发明便是利用这个原理，使金属熔体中的硫磷气化而排除出去，达到精炼的目的。
本发明的方法是在密闭容器中进行的。密闭容器中放置有装有待处理液态金属的坩埚。密闭容器上部有排气口，通过管路与真空泵相连，形成真空系统；坩埚的底部安装有与液态金属导通的阴极棒，通过引出线与直流脉冲电源的负极相连；坩埚上方空间安装有可调高度的、与金属液面平行的金属阳极板，通过引线与直流脉冲电源的正极相连；坩埚两侧安装有电加热装置，以保持必要的熔液温度；处于容器一侧的装有反应气体氩和氢的气罐，通过管路，将其中的氩、氢混合气体从旁侧的进气口送入到密闭容器内，打开真空泵调节至某个压力。精炼过程中需保持一定的氩—氢混合气体的流量。调节直流脉冲电源的电压和频率，使之在液态金属和金属阳极板间的空间产生辉光等离子体，在反应气体的辉光等离子体作用下，金属熔体中的硫磷杂质被气化并由真空系统抽出而脱除。
本发明实施过程中，气相中的氩在电场的作用下电离成正离子或中性原子，这些粒子轰击液态金属表面，将能量传递给金属熔体。这些能量可以转化为溶解杂质元素逃逸出金属表面的逸出功，使成蒸气的形式进入气相并被气流带离出系统，从而实现杂质元素脱除的目的。
在有氢气存在的条件下，氢被电离为质子H或原子H。在电场的作用下其运动方向指向液态金属，它们到达液面时发生如下反应
反应产生的H2S和PH3进入气相并排出系统。该方法中，硫磷脱除后不存在回硫回磷现象。
本发明方法由于采用直流脉冲电场及氩氢反应气体的辉光等离子体对金属熔体中硫磷杂质的作用，使之气化而脱除，因此其精炼效果较好，其脱硫脱磷的效果较高。
图1为本发明方法中使用的专用装置结构示意图。
现结合附图及实施例加以详细描述。
本发明中所采用的专用装置，其结构包括有一密闭容器1、盛有液态金属3的坩埚2、与液态金属3导通的阴极棒4、置于液态金属上方空间的阳极棒5、直流脉冲电源6、排气口7、氩—氢混合反应气体进气口8、真空泵9、反应气体气罐10、电加热装置11以及气体导入导出的管路；还设置有可以进行调节金属阳极板5与液面间距离的机构；阳极棒4与直流脉冲电源6的负极相连，金属阳极棒5与直流脉冲电源6的正极相连。
该装置的具体操作过程及原理在前文已有所叙述，此处不再赘述。
实施例一利用本发明方法专用装置进行脱硫。取含硫的液态锡金属，反应气体为氩—氢混合气体(氢的体积百分含量为70％)，工作时气体压力为40Pa，施加的直流脉冲电压为350V，脉冲频率50Hz。经过处理锡中的硫含量从1350ppm降至410ppm。
实施例二利用本发明方法专用装置进行脱硫。取含硫的液态锡金属，反应气体为纯氢，工作时气体压力为4000Pa，施加的直流脉冲电压为600V，脉冲频率2500Hz。经过处理锡中的硫含量从42ppm降至＜1ppm。
实施例三利用本发明方法专用装置进行脱磷。取含磷的液态锡金属，反应气体为氢—氩混合气体(氢的体积百分比为10％)，工作时气体压力为200Pa，施加的直流脉冲电压为420V，脉冲频率5500Hz。经过处理锡中的磷含量从350ppm降至85ppm。
实施例四利用本发明方法专用装置进行脱磷。取含磷的液态锡金属，反应气体为纯氩，工作时气体压力为8000Pa，施加的直流脉冲电压为1000V，脉冲频率9000Hz。经过处理锡中的磷含量从4200ppm降至1500ppm。
权利要求
1.一种金属熔体中硫磷杂质的去除方法，其特征是在真空密闭容器系统中，采用直流脉冲电场在液体金属上方形成的氩—氢混合气体的辉光等离子体作用下，使硫磷杂质生成蒸气或气体化合物，被真空系统抽出而脱除；容器内的压力为101-104帕(Pa)，直流脉冲的电压为200-1200V范围内，脉冲频率为5Hz-10KHz，氩—氢混合气体的浓度变化范围为0-100％。
2.一种金属熔体中硫磷杂质去除方法中所设计的专用设备，其特征是，它包括有一密闭容器(1)、盛有液态金属(3)的坩埚(2)、与液态金属(3)导通的阴极棒(4)、置于液态金属上方的阳极棒(5)、直流脉冲电源(6)、排气口(7)、氩—氢混合气体进气口(8)、真空泵(9)、反应气体气罐(10)、电加热装置(11)以及气体导入导出的管路；还设置有可以进行调节金属阳极板(5)与液面间的距离的机构；阳极棒(4)与直流脉冲电源(6)的负极相连，金属阳极棒(5)与直流脉冲电源(6)的正极相连。
全文摘要
本发明涉及一种金属熔体中硫磷杂质的去除方法，其特征是在真空密闭容器系统中，采用直流脉冲电场在液体金属上方形成的氩—氢混合气体的辉光等离子体作用下，使硫磷杂质生成蒸气或气体化合物，被真空系统抽出而脱除；容器内的压力为10
文档编号C22B9/05GK1446929SQ0311581
公开日2003年10月8日 申请日期2003年3月14日 优先权日2003年3月14日
发明者丁伟中, 鲁雄刚, 孙铭山 申请人:上海大学