TW201402827A

TW201402827A - 煉鋼用脫磷劑及降低磷含量的煉鋼方法

Info

Publication number: TW201402827A
Application number: TW102102213A
Authority: TW
Inventors: Zhu-Shui Chen
Original assignee: Welder Ind Co Ltd
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-01-16
Also published as: TWI484042B; TW201243057A

Abstract

本發明提供一種煉鋼用脫磷劑，包含氧化鈣塊及再生渣。本發明另提供一種煉鋼用脫磷劑，包含氧化鈣塊及還原渣。本發明還提供一種降低磷含量的煉鋼方法，是將一煉鋼用脫磷劑加入熔鋼中，並調整該熔鋼液面處的氧分壓大於100 ppm，進行脫磷處理，其中，該煉鋼用脫磷劑是由氧化鈣含量大於30 wt%的再生渣所構成，或是如前所述之煉鋼用脫磷劑。本發明提供一種爐渣再利用的方法，以再生渣或還原渣替代脫磷劑中部分氧化鈣塊，脫磷效果良好，並大幅降低脫磷劑的成本。

Description

煉鋼用脫磷劑及降低磷含量的煉鋼方法

本發明是有關於一種煉鋼用脫磷劑，特別是指一種包含再生渣或還原渣的煉鋼用脫磷劑。

電爐(electric furnace)煉鋼是一種以電能來冶鍊鋼料的方法，主要利用電弧熱使金屬熔解，是現代最先進的煉鋼方式之一。相較於需使用高爐、轉爐及連鑄(或模鑄)來煉鋼的冗長流程，電爐煉鋼的工藝流程短、投資費用低、煉鋼速度快且生產彈性度高；近年來更進一步將電爐容量大型化，搭配超高功率的電弧提高電爐的熱效率，大幅地縮短了熔煉時間，並使每噸鋼所需的電耗減少，目前仍繼續朝向節省能源、促進環保的方向努力。

台灣地區2011年的粗鋼產量約為2310萬公噸，其中有980萬公噸來自電爐廠，各家電爐廠煉鋼的流程大致相同，主要分為兩部份：先使用電爐進行粗煉氧化脫磷，再以盛鋼桶或電爐進行精煉還原脫硫；上述過程的目的在於使磷、硫等等微量元素脫除，調整鋼材的成份避免後續有冷脆或熱脆的現象發生，並保護熔鋼不被高溫氧化，但不論粗煉或精煉都會有爐渣生成。

目前大部份的廢棄爐渣以囤積或掩埋的方式處理，小部分則作為路床料(roadbed material)或填料(reclamation material)使用。這種做法雖被認為兼具節能減碳及廢棄物回收再利用的雙重優點，但學者卻發現爐渣中可能因為摻雜集塵灰而含有鎘、鉛等重金屬，甚至戴奧辛等毒物，且重金屬溶出量及總毒性含量很可能超出有害事業廢棄物認定標準。因此，如何減少爐渣的產生，並將已生成的爐渣作妥善處理及有效利用，是目前亟需要解決的問題。

常見的脫磷劑是以氧化鈣為主要成份，氧化鈣具有良好的脫磷效果，但其熔點高達2570℃，熔解速率緩慢，導致熔煉時間延長。為使脫磷劑同時具有理想的脫磷能力及較低的熔點，大多會添加使脫硫劑熔點降低的助熔劑，使熔煉所需的時間減少。常用的助熔劑包括氟化鈣，雖效果良好但基於環境安全考量而不建議使用。

日本專利公開案特開平第4-120209號公開一種轉爐渣再利用的技術，是將轉爐渣細粒化成為粒徑3至50mm的顆粒後，作為造渣劑使用，該造渣劑在1330至1340℃的反應溫度下具有脫磷效果。電爐脫磷與轉爐脫磷作用方式及處理對象並不相同，轉爐處理的是生鐵水，不須外加熱源，也不須造泡沫狀爐渣(foamy slag)，僅藉由吹氧使不純物氧化產生化學熱即可進行脫磷；電爐處理的是廢鋼，須藉助電極的電弧產生熱讓廢鋼熔化方能進行脫磷，同時提供脫磷反應時所需的溫度，故在電爐進行脫磷還須考慮到保護電極及爐襯，因此會同時生成電爐渣及泡沫狀爐渣。

由上述可知，目前仍尋求一種妥善處理電爐渣的方法，並期望獲得脫磷效果良好、便宜且具有低熔點的脫磷劑，因此必須透過選用合適的原料及用量比例，以符合環境保護及商業化的需求。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種煉鋼用脫磷劑。

於是，本發明煉鋼用脫磷劑，包含：氧化鈣塊及再生渣。

本發明之第二目的，即在提供一種低成本的煉鋼用脫磷劑。

於是，本發明煉鋼用脫磷劑，包含：氧化鈣塊及還原渣。

本發明之第三目的，在於提供一種降低磷含量的煉鋼方法。

於是，本發明降低磷含量的煉鋼方法，是將一煉鋼用脫磷劑加入熔鋼中，並調整該熔鋼液面處的氧分壓大於100 ppm，進行脫磷處理，其中，該煉鋼用脫磷劑是由氧化鈣含量大於30 wt%的再生渣所構成，或是如前所述的煉鋼用脫磷劑。

本發明煉鋼用脫磷劑適用於各種鋼種，透過使用再生渣或還原渣替代習知脫磷劑中部份氧化鈣，降低脫磷劑的氧化鈣用量，並提供一種回收再利用電爐渣的方式，使脫磷劑的成本大幅降低並減輕環境負擔。

圖1是再生渣A的熱分析圖。

本發明煉鋼用脫磷劑，包含：氧化鈣塊及再生渣。在本文中，所謂「再生渣」由電爐煉鋼精煉還原脫硫時所生成之「還原渣」進行改質所得，其中還原渣是由電爐或盛鋼桶生成，含有高量的氧化鈣。所謂「改質」，是考量各鋼廠的還原渣成份不同，直接使用恐有脫磷效果不佳的情形發生，因此添加如高氧化鐵渣、氟化鈣、氧化鎂、氧化鋁等改質劑進行改質。改質的程度需視所選用的還原渣組成來調整改質劑的種類及添加量，以使該再生渣能具有良好的脫磷效果。

相較於過去使用熔點為2570℃的氧化鈣作為脫磷劑，本發明的概念在於使用由還原渣改質之富含氧化鈣的再生渣作為氧化鈣的來源，降低氧化鈣塊的使用量，並透過使用熔點明顯低於2570℃的再生渣使該煉鋼用脫磷劑的熔點大幅降低，使該脫磷劑快速地熔解並與熔鋼反應，熔煉時間減少，且有助於延長爐襯耐火材料的壽命。

較佳地，該氧化鈣塊的含量範圍為10至80 wt%，該再生渣的含量範圍為20至90 wt%。更佳地，該氧化鈣塊的含量範圍為30至70 wt%，該再生渣的含量範圍為30至70 wt%。

較佳地，該再生渣包括20至65 wt%的氧化鈣、5至30 wt%的氧化矽，及14至65 wt%的其他組份。氧化鈣的含量是與脫磷效果相關，是提供脫磷效果的最主要成份。該脫磷劑的氧化鈣塊加上氧化鈣的含量越高，脫磷效果越佳，但熔點也相對提高。

較佳地，該其他組份包括至少一種選自於由下列所構成群組的化合物：氧化鋁、氧化鎂、氧化錳、碳、氧化鐵、氧化鋅及氟化鈣。氟化鈣可以使該脫磷劑的熔點降低，有助於提升脫磷效率；該其他組份包括含硫化合物，例如但不限於硫化鈣。相較於使用化學熱進行生鐵水脫磷的轉爐，電爐是利用電弧熱使廢鋼熔化後脫磷，除了必要的氧化鈣外，也必須含有會與氧氣反應的碳，同時也需含有氧化鎂以幫助形成泡沫狀爐渣，以保護爐襯，以及鋼水溫度；若該再生渣的碳含量及/或氧化鎂含量不足，則須另外添加。

較佳地，該煉鋼用脫磷劑適用的溫度範圍為1350至1600℃，在此溫度範圍內，該煉鋼用脫磷劑即可以完全溶解，有助於縮短熔煉時間，降低煉鋼過程的成本及能源消耗。

較佳地，該氧化鈣塊的粒徑範圍為20至80mm。當粒徑小於20mm，氧化鈣塊可能被集塵設備吸入；當粒徑大於80mm，則可能造成輸送困難並使熔解時間延長。

該脫磷劑的製造方法是將再生渣與氧化鈣塊均勻混合即可，並不需要進行特殊處理。較佳地，該脫磷劑的製造方法是先將再生渣造粒或造塊後，再與氧化鈣塊均勻混合。造粒或造塊的目的在於使再生渣不易被集塵設備吸入。又較佳地，該再生渣的粒徑範圍為20至80mm。

本發明煉鋼用脫磷劑，是包含氧化鈣塊及還原渣。

較佳地，該氧化鈣塊的含量範圍為30至80 wt%，該還原渣的含量範圍為20至70 wt%。更佳地，該氧化鈣塊的含量範圍為40至60 wt%，該還原渣的含量範圍為40至60 wt%。

較佳地，還原渣包括20至65 wt%的氧化鈣、14至41 wt%的氧化矽、4至15 wt%的氧化鋁、5至11 wt%的氧化鎂以及其他組份。

較佳地，該煉鋼用脫磷劑適用的溫度範圍為1450至1600℃。

較佳地，該氧化鈣的粒徑範圍是與前述相同，在此不再贅述。

一種降低磷含量的煉鋼方法，是將一煉鋼用脫磷劑加入熔鋼中，並調整該熔鋼液面處的氧分壓大於100 ppm，進行脫磷處理，其中，該煉鋼用脫磷劑是由氧化鈣含量大於30 wt%的再生渣所構成，或是如前所述的煉鋼用脫磷劑。需特別說明的是，該煉鋼方法包含直接以還原渣或再生渣作為脫磷劑，但並非所有還原渣或再生渣都具有優良的脫磷效果，必須視氧化鈣含量決定是否可以直接作為煉鋼用脫磷劑使用，或需要與氧化鈣塊進行搭配才能具有理想的脫磷效果。

該煉鋼用脫磷劑加入熔鋼的方法並沒有特別限制，可以一次添加或批式添加，添加量也沒有特別限制，只要能產生足夠的脫磷效果即可。較佳地，該脫磷劑與熔鋼的重量比例範圍為1：15.6至1：49。更佳地為1：20至1：40。

較佳地，該熔鋼經該脫磷處理後，含磷量小於0.03 wt%。

較佳地，其中，該脫磷處理的溫度為1350至1600℃。更佳地為1450至1550℃。

調控氧分壓的方法並沒有特別限制，只要能提供熔鋼液面處的氧分壓為100 ppm以上即可，供氧設備可例如但不限於頂吹噴槍、噴射噴槍、鼓風口等任何設備。當使用電爐進行煉鋼時，建議增加吹氧量以產生足夠的泡沫狀爐渣，提高氧分壓至300 ppm以上。

較佳地，該煉鋼用脫磷劑於實際使用時是搭配一碳質添加劑及輕燒氧化鎂塊一起使用。在脫磷處理期間，該碳質添加劑會與氧氣反應會形成泡沫狀爐渣，具有減少爐襯磨耗以及鋼液保溫的功效，該輕燒氧化鎂塊具有幫助泡沫渣形成的作用。更佳地，該煉鋼用脫磷劑與該碳質添加劑的用量比例範圍為1：0.5至1：2。

前述煉鋼方法並不限於在工廠電弧爐或高週波爐進行。較佳地，當該煉鋼方法於工廠電弧爐進行時，還添加氧化鎂塊。該脫磷劑與氧化鎂塊的重量比例範圍為1 ：0.1至1：0.4。更佳地為1：0.15至1：0.25。

較佳地，該脫磷製程是進行30至50分鐘。當脫磷製程的進行時間不足30分鐘，脫磷反應未完全；當脫磷製程的進行時間超過50分鐘，脫磷反應已完成且脫磷效果不再提升，造成時間與能源的浪費。

本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

<原料及儀器>

1.還原渣：還原渣之詳細成份記載於表1。

2.氧化鐵渣：高氧化鐵渣之詳細成份記載於表1。

3.再生渣：再生渣A至G是由還原渣改質而得，再生渣H是由還原渣與氧化鐵渣以重量比例4：1混合而得，詳細成份記載於表1。

<實施例及比較例> [實施例1至11]

首先將再生渣A至G分別造粒，製成30 mm之顆粒後，依據下表2所記載的用量比例及再生渣種類，分別將再生渣與氧化鈣塊(粒徑為30 mm)均勻混合，製得實施例1至11之煉鋼用脫磷劑。

[實施例12]

實施例12的煉鋼用脫磷劑不含有氧化鈣塊，是使用100 wt%的再生渣A進行造粒，粒徑為30 mm。

[實施例13及14]

實施例13及14的煉鋼用脫磷劑不需造粒，依據表3所記載的用量比例將氧化鈣與還原渣均勻混合，製得實施例13及14之煉鋼用脫磷劑。

[實施例15]

實施例15的煉鋼用脫磷劑不需造粒，依據表3所記載的用量比例將氧化鈣與再生渣H均勻混合，製得實施例15之煉鋼用脫磷劑。

[比較例1]

比較例1之煉鋼用脫磷劑為100 wt%的氧化鈣塊，不含有還原渣或再生渣。

[比較例2]

比較例2的煉鋼用脫磷劑不含有氧化鈣塊，是使用100 wt%的再生渣B進行造粒，粒徑為30 mm。

<電爐渣熱分析>

將再生渣A進行熱分析，分析結果如圖1所示，並將熱分析結果作為設定脫磷反應之反應溫度的依據。

圖1顯示再生渣A具有兩個熱吸收峰，分別為1222℃及1369℃，其中1369℃為再生渣A的熔點，說明當溫度高於1369℃時，再生渣A可以完全溶解。

<脫磷測試> 以高週波感應爐煉鋼

將40kg的鋼筋放入高週波感應爐中，待鋼筋全部溶解形成熔鋼後，加入磷鐵，調整該熔鋼的含磷量為0.05至0.06 wt%。

分別將1.67 kg之實施例1至12及比較例1至2之煉鋼用脫磷劑加入該高週波感應爐中進行脫磷處理。控制該感應爐的爐內溫度為1550℃，熔鋼表面的氧分壓為100 ppm，待脫磷劑與熔鋼熔煉40分鐘後，進行取樣，以火花光譜儀(spark spectrum)測試該熔鋼的含磷量。

熔鋼的含磷量越低表示該煉鋼用脫磷劑的脫磷效果越佳，且必須低於0.03 wt%方能符合鋼筋的驗收標準。實施例1至12及比較例1至2的脫磷測試結果記載於表2。

以電爐煉鋼

將50噸的廢鋼投入電爐中，待全部溶解形成熔鋼後，分別將1600 kg的實施例13至15及比較例1之煉鋼用脫磷劑加入該電爐中進行脫磷處理，並依表3所記載的用量加入輕燒氧化鎂塊；該等煉鋼用脫磷劑不需造粒，直接投入爐中即可。

控制該電爐的爐內溫度為1480℃，至熔煉後期進行噴碳及吹氧，熔鋼的氧分壓為500 ppm。待脫磷劑與熔鋼熔煉30分鐘後，進行取樣，以火花光譜儀(spark spectrum)測試該熔鋼的含磷量。

熔鋼的含磷量越低表示該煉鋼用脫磷劑的脫磷效果越佳，且必須低於0.03 wt%方能符合鋼筋的驗收標準。實施例13至15及比較例1的脫磷測試結果記載於表3。

由表2可知，於高週波爐中使用比較例1脫磷劑的熔鋼，經脫磷處理後含磷量為0.016 wt%。實施例12及比較例2分別使用100 wt%的再生渣A及再生渣B作為煉鋼用脫磷劑，其中實施例12的熔鋼含磷量低於0.03 wt%，脫磷效果合乎標準，但比較例2則脫磷效果不佳，顯示當再生渣的氧化鈣含量為40.5 wt%時，可以直接作為煉鋼用脫磷劑使用。

實施例1使用70 wt%的再生渣A搭配30 wt%的氧化鈣塊，脫磷效果合乎標準，實施例2至5逐漸提高氧化鈣塊的比例，脫磷效果更佳，經脫磷處理的熔鋼其含磷量可以降低至0.011 wt%。實施例6至11是使用不同的再生渣與氧化鈣塊作搭配，經脫磷處理的熔鋼其含磷量明顯低於0.03 wt%，具有良好的脫磷效果。

由表3可知，於電爐中使用比較例1之脫磷劑的熔鋼，經脫磷處理後含磷量為0.014 wt%。實施例13及14使用40 wt%的還原渣搭配60 wt%的氧化鈣塊，脫磷效果合乎標準。實施例15使用30 wt%的再生渣H搭配70 wt%的氧化鈣塊，脫磷效果更佳，經脫磷處理的熔鋼其含磷量可以降低至0.010 wt%。值得一提的是，使用實施例13、14、15煉鋼後之電爐，爐襯均未受損，耐火材維持完整，且補爐後也未有水箱漏水情況發生；所生成之渣黏度以實施例13最高，實施例15的渣黏度最低，顯示氧化鎂的增加有助於改善渣的黏度，亦即造泡沫渣的效果較佳。

綜上所述，本發明煉鋼用脫磷劑透過使用再生渣或還原渣替代習知脫磷劑中部份氧化鈣塊，降低脫磷劑的氧化鈣塊用量，並提供一種回收再利用電爐渣的方式，使脫磷劑的成本大幅降低並減輕環境負擔，且脫磷效果良好。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種煉鋼用脫磷劑，包含：氧化鈣塊及再生渣。
如請求項1所述的煉鋼用脫磷劑，其中，該氧化鈣塊的含量範圍為10至80 wt%，該再生渣的含量範圍為20至90wt%。
如請求項1所述的煉鋼用脫磷劑，其中，該再生渣包括20至65 wt%的氧化鈣、5至30 wt%的氧化矽，及14至65 wt%的其他組份。
如請求項3所述的煉鋼用脫磷劑，其中，該其他組份包括至少一種選自於由下列所構成群組的化合物：氧化鋁、氧化鎂、氧化錳、碳、氧化鐵、氧化鋅及氟化鈣。
如請求項1所述的煉鋼用脫磷劑，其適用的溫度範圍為1350至1600℃。
一種煉鋼用脫磷劑，包含：氧化鈣塊及還原渣。
如請求項6所述的煉鋼用脫磷劑，其中，該氧化鈣塊的含量範圍為30至80 wt%，該還原渣的含量範圍為20至70 wt%。
如請求項6所述的煉鋼用脫磷劑，其中，該還原渣包括20至65 wt%的氧化鈣、14至41 wt%的氧化矽、4至15 wt%的氧化鋁、5至11 wt%的氧化鎂以及其他組份。
一種降低磷含量的煉鋼方法，是將一煉鋼用脫磷劑加入熔鋼中，並調整該熔鋼液面處的氧分壓大於100 ppm，進行脫磷處理，其中，該煉鋼用脫磷劑是由氧化鈣含量大於30 wt%的再生渣所構成，或如請求項第1至5項中任一項所述，或如請求項6所述。
如請求項9所述的降低磷含量的煉鋼方法，其中，該脫磷處理的溫度為1350至1600℃。
如請求項9所述的降低磷含量的煉鋼方法，其中，該脫磷劑與熔鋼的重量比例範圍為1：15.6至1：49。
如請求項9所述的降低磷含量的煉鋼方法，其中，該熔鋼經該脫磷處理後，含磷量小於0.03 wt%。