TWI417391B - 鑄造用爐渣改良劑組成物及其使用方法 - Google Patents
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Description
本發明係提供一種使用於鋼鐵鑄造過程中之組成物及使用方法，更詳而言之，有關一種可改變爐渣特性，達到提升熔煉效率之一種鑄造用爐渣改良劑組成物及其使用方法。
傳統電爐鑄造廠熔鍊時是以廢鐵1或生鐵加上所需要目標成份之添加劑如(C、Si、Mn、P、S.....等元素)，於感應式熔解爐2內直接熔煉成鋼(鐵)液後，再澆鑄到模穴得到所需要的鑄件。
鑄造過程如第一圖及第二圖所示，過程中因廢鐵1及所添加之合金內含雜質產生之爐渣不易在熔解中被帶出，所以須經由一升溫程序將熔解溫度提高，使得鋼(鐵)水3中雜質受熱飄浮在鋼(鐵)水3上面形成爐渣4，藉此將感應式熔解爐2內雜質進行清除。習用之鑄造製程約有下列缺點：1、過程中部分爐渣4會浮於鋼(鐵)水3之表面，可用除渣劑等方式先行去除，其餘則散佈在鋼(鐵)水3中，需再經過升溫動作，使爐渣4浮上來以便再次清除。過程當中，若爐渣4過多，其浮在鋼(鐵)水3面時，與溫度較低的空氣接觸時，容易硬化結塊，形成架橋現象，如第二圖所示，使後續加入的廢鐵1無法順利沉入至感應式熔解爐2內，形成投料障礙，拖長總工作時間。且初步除渣完成後，鋼(鐵)水3須進行再次升溫與再除渣的動作，亦為浪費能源。2、少數鑄造業者會於熔煉程序中加入造渣劑，習知之造渣劑係以採用螢石(氟化鈣)或石灰石(碳酸鈣)為主要之造渣劑，但使用效果不佳，因會產生氟化物，對環保傷害甚鉅；而石灰石之造渣效果不佳，且需達到一定溫度才具有效益。3、若爐渣4殘留於爐壁上，爐渣4之清除不完全將使感應式熔解爐2之感應效果變差，如此需要耗費更多能源才能達到鑄造所需之溫度要求，亦造成能源與成本之浪費。4、若除渣未確實，爐渣4殘留於鋼(鐵)水3將使鋼(鐵)水3純化率降低，爐渣4之殘留使鐵原子之間之鍵結能力減弱，造成鋼鐵材料之延展性及強度變差，連帶降低後續鑄件良品率。5、爐渣4與爐襯5之耐火材料產生反應會降低爐襯5壽命。
造渣就是在鑄造過程中加入稱為造渣劑的物質，如氟化鈣或碳酸鈣等，目的是將將鋼水中雜質分離出來，以便後續除渣程序。為解決習用鑄造製程產生之爐渣過多造成架橋現象而影響鋼水或鐵水等原料之投入，且爐渣黏附於感應式熔解爐爐襯與爐壁上會造成感應式熔解爐感應效果降低，且爐渣與爐襯產生反應亦會降低爐襯壽命，因此，本發明提供一種鑄造用爐渣改良劑組成物及其方法，藉以改變爐渣之特性並同時淨化鋼水或鐵水。
本發明係提供一種鑄造用爐渣改良劑組成物，其包括：由氧化鈣CaO、氧化鈉Na2
O、氧化鋁Al2
O3
以及二氧化矽SiO2
所組成之一組成物，且該組成物亦可包括氧化鐵Fe2
O3
。
以及，一種鑄造用爐渣改良劑組成物使用方法，其特徵為使用上述之鑄造用爐渣改良劑組成物進行鋼鐵鑄造者。
本發明之主要目的在於該鑄造用爐渣改良劑組成物可與鑄造過程廢鋼鐵產生之爐渣結合，使爐渣軟化，改良習用造渣劑使用效果不佳之缺點。爐渣之主要成分為氧化鎂、氧化鐵與氧化錳，加入該組成物與爐渣反應後將使爐渣之鹽基度上升，造成爐渣內上述成分之鍵結力道減弱，使爐渣成分內的架橋鏈斷鍵，架橋鏈斷鍵之後的爐渣結構會變的鬆弛，達到軟化爐渣的目的。
本發明之次要目的在於該鑄造用爐渣改良劑組成物可增加爐渣之活性，並利用改良劑內含鋁成分降低爐渣內氧化鐵與氧化錳含量，藉此使爐渣軟化避免架橋現象之發生，其反應方程式如下：
3MnO+3FeO+4Al→3Mn+3Fe+2Al2
O3
Al2
O3
+CaO→Al2
O3
‧CaO
CaO+SiO2
→CaSiO3
Fe2
O3
+Fe→3FeO
Fe2
O3
+3 C→4 Fe+3 CO2
FeO+CO→Fe(鐵水)+CO2
Mn+FeO→MnO+Fe(鐵水)
本發明之另一次要目的在於該鑄造用爐渣改良劑組成物可純化鋼(鐵)水，減少殘留於鋼(鐵)水中之氧化物浮渣，防止鐵原子間因附著爐渣使原子間距遠離，使鋼水或鐵水在相同溫度與材質下增加其流動性與純度，進而有效提高後續鑄件之良品率；並於之後鑄造過程中，若添加之廢鋼雜質較多，亦能藉由本發明之爐渣改良劑組成物將鋼水淨化，提升鋼(鐵)水純度，進一步提高鑄件良率與物理性質，同時加快廢鋼之溶解速度及縮短熔煉時間。
本發明之再一次要目的在於該鑄造用爐渣改良劑組成物可清除黏附於感應式熔解爐爐襯之爐渣，避免在熔煉過程中，爐渣會不斷與爐襯壁之耐火材料發生反應，使耐火材料剝落造成爐襯壽命降低，藉此提高爐襯壽命。
為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。且以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示。
請參閱第三圖，本發明提供一種鑄造用爐渣改良劑組成物，其包括：由氧化鈣CaO、氧化鈉Na2
O、氧化鋁Al2
O3
以及二氧化矽SiO2
所組成之一組成物。
其中，組成物成分含量為氧化鈣CaO含量為至少30重量%，並小於67重量%；氧化鈉Na2
O含量為至少25重量%，並小於62重量%；氧化鋁Al2
O3
含量為至少8重量%，並小於45重量%；二氧化矽SiO2
含量為大於0重量%，並不超過10重量%；於本實施態樣中該組成物更包括有氧化鐵Fe2
O3
，且氧化鐵Fe2
O3
含量為不超過5重量%。
以及，一種鑄造用爐渣改良劑組成物使用方法，其特徵為使用上述之鑄造用爐渣改良劑組成物進行鑄造者。
明暸上述結構後，以下係針對本發明之動作及原理作一詳細說明：
如第四圖並配合第三圖所示，將鑄造用的廢鐵100原料與該鑄造用爐渣改良劑組成物先後添加至感應式熔解爐10中，其添加量為鋼水20的0.03-0.08重量%，之後並須視感應式熔解爐10爐壁情況來斟的調整用量。鑄造過程中該鑄造用爐渣改良劑組成物可與鑄造過程產生之爐渣30結合，使爐渣30之鹽基度上升，造成爐渣30內上述成分之鍵結力道減弱，使爐渣30成分內的架橋鏈斷鍵，架橋鏈斷鍵之後的爐渣30結構會變的鬆弛，達到軟化爐渣30的目的，使後續加入的廢鐵100可順利沉入至感應式熔解爐10內。利用改良劑內含鋁成分降低爐渣30內氧化鐵與氧化錳含量，並增加爐渣30之活性，其反應方程式如下：
3MnO+3FeO+4Al→3Mn+3Fe+2Al2
O3
Al2
O3
+CaO→Al2
O3
‧CaO
CaO+SiO2
→CaSiO3
Fe2
O3
+Fe→3FeO
Fe2
O3
+3 C→4 Fe+3 CO2
FeO+CO→Fe(鐵水)+CO2
Mn+FeO→MnO+Fe(鐵水)
爐渣30活性提高使爐渣30內上述成分之分子間鍵結力道減弱，藉此使爐渣30軟化，防止不易溶解之氧化物黏附於感應式熔解爐10之爐壁，達到能源使用效率提升，進而縮短熔煉時間；再者，該鑄造用爐渣改良劑組成物於熔煉過程中能純化鋼水20，減少殘留於鋼水20中之氧化物浮渣，進而有效提高鑄件良品率；此外，為避免熔煉過程中爐渣30不斷與爐襯40之耐火材料反應而降低爐襯40壽命，該鑄造用爐渣改良劑組成物可清除吸附在爐襯40上的爐渣30，進而提高感應式熔解爐10之爐襯40壽命。
該鑄造用爐渣改良劑組成物可純化鋼水20，減少殘留於鋼水20中之氧化物浮渣，防止鐵原子間因附著爐渣30使原子間距遠離，使鐵原子間之鍵結不會受到爐渣30存在影響而減弱，如此鋼水20在相同溫度與材質下將會提高流動性與純度，使後續成品具良好塑性與延展性。
總結本發明之作用與優點如下：
1、爐渣改良劑組成物可軟化爐渣30，造成爐渣30內上述成分之鍵結力道減弱，使爐渣30成分內的架橋鏈斷鍵，進而爐渣30結構會變的鬆弛，達到軟化爐渣的目的，有效防止架橋現象產生。
2、軟化爐渣30後防止不易熔解之氧化物黏附爐壁與爐襯40，避免爐襯40被爐渣30附著造成爐襯40上之耐火材料壽命降低。
3、該鑄造用爐渣改良劑組成物可淨化鋼水20，吸附殘留於鋼水20中之氧化物浮渣，吸附內層鐵原子間殘留的爐渣30，防止鐵原子間因附著爐渣30使原子間距拉離，使鐵原子間鍵結能力不受爐渣30影響減弱，提供後續鑄件具備良好塑性與強度、韌性好、易加工、抗沖擊之特性。
雖本發明是以一個最佳實施例作說明，但精於此技藝者能在不脫離本發明精神與範疇下作各種不同形式的改變。以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明申請專利範圍。
1‧‧‧廢鐵
2‧‧‧感應式熔解爐
3‧‧‧鋼(鐵)水
4‧‧‧爐渣
5‧‧‧爐襯
10‧‧‧感應式熔解爐
20‧‧‧鋼水
30‧‧‧爐渣
40‧‧‧爐襯
100‧‧‧廢鐵
第一圖係習用鑄造流程示意圖。
第二圖係習用鑄造製程中感應式熔解爐發生架橋現象示意圖。
第三圖係本發明之鑄造用爐渣改良劑組成物使用於鑄造流程示意圖。
第四圖係本發明之鑄造用爐渣改良劑組成物軟化爐渣示意圖。
Claims (9)
- 一種鑄造用爐渣改良劑組成物，用於鑄造過程中改變爐渣特性與淨化鋼水用，其係包括：由氧化鈣CaO、氧化鈉Na2O、氧化鋁Al2O3以及二氧化矽SiO2所組成之組成物，其中，氧化鈉Na2O含量至少25重量%，並小於62重量%。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑄造用爐渣改良劑組成物，其中，該組成物更可包括氧化鐵Fe2O3。
- 如申請專利範圍第2項所述之鑄造用爐渣改良劑組成物，其中，組成物之氧化鐵Fe2O3含量為不超過5重量%。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑄造用爐渣改良劑組成物，其中，組成物之氧化鈣CaO含量為至少30重量%，並小於67重量%。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑄造用爐渣改良劑組成物，其中，組成物之氧化鋁Al2O3含量為至少8重量%，並小於45重量%。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑄造用爐渣改良劑組成物，其中，組成物之二氧化矽SiO2含量為大於0重量%，並不超過10重量%。
- 如申請專利範圍第1項所述之鑄造用爐渣改良劑組成物，其中，該組成物之使用量為鋼水之0.03-0.08重量%。
- 一種鑄造用爐渣改良劑組成物使用方法，其特徵為鑄造過程中使用申請專利範圍第1項中之鑄造用爐渣改良劑組成物進行鑄造者。
- 一種鑄造用爐渣改良劑組成物，用於鑄造過程中改變爐渣特性與淨化鋼水用，其係包括由氧化鈣CaO、氧化鈉Na2O、氧化鋁Al2O3以及二 氧化矽SiO2所組成之組成物，其中，組成物之氧化鈣CaO含量為至少30重量%，並小於67重量%，氧化鈉Na2O含量為至少25重量%，並小於62重量%，氧化鋁Al2O3含量為至少8重量%，並小於45重量%，二氧化矽SiO2含量為大於0重量%，並不超過10重量%。
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