TW201139694A - Method of treating chrome-containing molten metal and slag - Google Patents

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201139694 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種含鉻溶化生鐵以及爐渣（S㈣之产 生=電所熔製的含鉻熔化生鐵與該炼製所 t電爐爐渣於精煉容器内藉由㈣葉進行機械搜 精煉步驟中，將爐渣中的_原㈣至@ = 時進行熔化生鐵之脫硫。 ^並同 【先前技術】 造含鉻鋼：般係依下述製程所製 鐵*“ 4(峨p)料他祕而製麵化生 T ’並將其精煉而製成財之成分 製含絡炫化生鐵時，會生成含有三氧化二絡之爐】爐= 呆作時’在降低含鉻鋼之成本方面上，重要的是盡可^ :該電爐㈣中的鉻回收至祕生鐵巾以提相十的路收 過去’在電爐中溶製含鉻熔化生鐵時係採用藉 氟化辦作為助熔劑（flux)成分以提升爐潰之流動性 法:但是近年，製鋼爐渣在用於作為地基、路基材料時， 其氟成分之含量係受到限制，因此在電爐作業中使用不： 配氟化飼的所謂且不含氟化妈的爐渣之情形日漸變多。調 此情形下，爐渣的熔點上升而流動性下降。此外，。在 度（slagbasicity)CaO/Si〇2下降，使爐渣中之二氧z查驗 性容易增大。從以上情形來看，相較於調配有氟化矽活 渣’不含敗化舞之爐邊係難以進行如下述⑴式之絡之壚 201139694 應（往右之反應），而有造成熔化生鐵中的鉻收率容易降低 的問題。 3[Si ] + 2(Cr2〇3) = 3(Si〇2) + 4[Cr] ···(〇 為了促進爐渣中的鉻還原，亦可考慮添加含有金屬鋁 的物質以進行如下述（2)式之還原反應的手法。 2A1 + (Cr2〇3)= (AI2O3) + 2[Cr] ...(2) 但是’不含氟化鈣的爐渣係因爐渣的熔點上升且流動 性下降，而難以在電爐步驟中充分進行（2)式妁反應，目前 尚無法作為有效的解決方法。 另一方面，也已知有將電爐所熔製的含鉻熔化生鐵與 爐渣一同移到別的精煉容器，藉由通入惰性氣體而進行攪 拌、或是藉由葉輪（impeller)而進行攪拌，以從爐渣中還 原回收鉻的方法（專利文獻丨、2)。使用含有鋁或矽的物質 作為還原劑，攪拌處理後的爐渣中之三氧化二鉻的含量降 低到2. 8至4. 4% (專利文獻1，表1之ν〇· 1、2、4、5)或 2. 6至4. 7% (專利文獻2，表3的實施例）的程度。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]曰本特開2000-144272號公報 [專利文獻2]日本特開2001-49325號公報 【發明内容】 (發明欲解決之課題） 除了少部分特殊用途以外，以不鏽鋼為首之含絡鋼一 般係期望能盡量減少鋼中的硫含量。JIS G43〇5 : 2〇〇5所 322644 5 201139694 規定的不鏽鋼種中，雖然多為硫的含量在規格上容許到 0.030質量％為止者，但曰本國内製造商所熔製並販賣的 不鏽鋼多為其硫含量已降低到0.010質量％的高品質鋼， 調整成硫含量為0.005質量％以下，或是更低的0.001質 量％以下之不鏽鋼也並不少見。 使用調配有氟化鈣之爐渣之電爐作業係因會獲得優異 的脫硫效果，故較容易達成不鏽鋼之低硫化。但是，使用 不含氟化鈣之爐渣的電爐作業係因為脫硫效果差，故為了 圖謀不鏽鋼之低硫化，在之後的精煉步驟就必需要增加對 脫硫的要求。電爐溶化生鐵的硫含量亦會大幅受到使用原 料所影響，在使用不含氟化鈣的爐渣時容易變高。如果含 鉻熔化生鐵的硫含量大致為0.015質量％以下的等級，則 例如在以VOD製程或是AOD製程進行的製鋼步驟中其脫硫 的負擔會減輕，而較容易地製造硫含量在〇. 010質量％以 下的不鏽鋼。另外，為了得到硫含量在0. 005質量％以下 的低硫不鏽鋼，以預先在熔化生鐵的階段將硫含量減少至 0. 010質量％以下為較有利。 在此，本發明係以使用不含氟化鈣之爐渣的電爐作業 所得之含鉻熔化生鐵以及爐渣作為對象，目的是提供一種 將爐渣中之鉻還原回收並同時促進熔化生鐵之脫硫的方 法。 (解決課題之方法） 上述目的係以下述含鉻之熔化生鐵以及爐渣的處理方 法而達成：將電爐所熔製之鉻含量為8.0至35.0質量％的 6 322644

S 201139694 含鉻熔化生鐵、與該熔製時所生成之以三氧化二鉻、二氧 化石夕、氧化鈣作為構成成分且鹼度（^〇/以〇2為〇 7至1. 7 且不含氟化鈣之電爐爐渣在精煉容器内以攪拌葉進行機械 搜拌時’在攪拌結束前於其中投入含有金屬鋁之物質以及 氣化約’以將攪拌結束後之爐渣鹼度調整成1. 9以上。含 有金屬紹之物質可使用含有20至80質量％之金屬鋁的鋁 浮邊（aluminum dross)。 炼化生鐵的具代表性之對象可舉例如後續步驟之用以 藉由精煉及鑄造而製成不鏽鋼的熔化生鐵。在此之「不鏽 鋼」係由JISG0203 : 2009的編號3801所規定，關於具體 的鋼種，可列舉如JIS G4305 : 2005的表2所規定的奥氏 Uustenite)系鋼種、其表3所規定的奥氏體·肥粒鐵 Gerrite)系鋼種、其表4所規定的肥粒鐵系鋼種、其表5 所規定的馬氏體（martensite)系鋼種、其表6所規定的析 出硬化系鋼種等，此外，也可列舉如非符合JIS的各式各 樣的開發鋼種。在此等鋼種中，以硫含量在〇. 〇1〇質量％ 乂下者為特別適合的對象。 (發明之效果） 依據本發明，可對於使用不含氟化鈣之爐渣所得之含 路電爐炫化生鐵以及爐渣’同時實施將爐渣中之鉻還原回 收至炫化生鐵的還原回收處理以及熔化生鐵的脫硫處理。 因此’而改善因爐渣之不含氟化鈣化所引起的鉻收率降低 以及後續步驟中之脫硫負擔之增大的問題。此外，生成之 不含敦化鈣之爐渣也可再利用於路基、地基的材料。 7 322644 201139694 【實施方式】 以明中作為處理對象的含鉻熔化生鐵，是用以贺造 系、奥氏的含絡鋼之電爐熔化生鐵。在經以肥粒鐵 所做的許夕眚、奥氏體.肥粒鐵複相系的各種鋼種為假設 _ ’ 關於_為8·0 至35·0 處理即獲得2 鐵，確認到對其藉由使用後述的攪拌 容許到g G1 收m脫硫之效果。含量，係 以廣泛含量^至i·5質量％左右之較廣範圍。雖然硫含量係 硫含量k圍而得到脫硫效果，但若欲使授摔處理後之 含量為“广015質量％以下時，則宜在揽掉處理前使硫 n n/、、 . 5質量％以下。如果目標為更低硫化時，則 _鉻 _ 下為更佳。此外，關於爐渣，當將以三氧化 一氧化發、氧化鈣為構成成分且鹼度Ca〇/Si〇2為0.7 1.7且不含氟化鈣之電爐爐渣作為處理對象時，已確認 到藉由使簡述之料處理即獲得良好的結果。此等含絡 熔化生鐵以及爐渣，係藉由使用不含氟化鈣之爐渣的一般 電爐作業而獲得者。 本發明的含鉻熔化生鐵以及爐渣的處理，係藉由將上 述的電爐熔化生鐵以及電爐爐渣在精煉容器内以搜拌葉進 行機械攪拌而進行。 第1圖係示意性地例示在進行機械攪拌的精煉容器中 之各部分之構成。其顯示包括旋轉軸41的截面，但關於旋 轉體20則顯示側視圖。 精煉容器30中收容以電爐所熔製的含鉻熔化生鐵31 322644 8 201139694 與爐渣32，並以擾拌葉2進行機械授拌。含鉻熔化生鐵31 與爐渣32是在同一電爐進料（charge)中所得到者。第1圖 的例子中’攪拌葉2與軸棒1〇係成為一體而構成旋轉體 20，旋轉體20係在垂直方向之旋轉軸41的周圍旋轉。旋 轉速度可設為例如50至150rpm左右。精煉容器30較佳係 使用内壁面33之水平截面為圓形者。精煉容器30的内徑 在高度方向可為一致’亦可為不一致。例如亦可使用内徑 從底部往上方漸漸擴大的形狀之精煉容器。 當開始以旋轉體20擾拌後，由含鉻熔化生鐵μ與爐 渣32所構成之流體的液面高度在中央部分會變較低，周圍 部分會變較高。於第1圖中係將此液面高度的變化量以誇 張化之方式描繪。此外，含鉻熔化生鐵31與爐渣32的界 面會隨著旋轉而變複雜，但於第1圖則將界面以簡略化之 方式描繪。旋轉體20的咼度位置係設定成使攪拌葉2的上 端在旋轉時會浸於液面下。關於精煉容器3〇的上端開口部 分，在攪拌中，除了軸棒10附近以外，其他大部分都由蓋 子34所封住。 第2圖係示意性地例示前述旋轉體2〇帅始狀態（沒 有耗損的狀態）的形態。在由鋼材等所構成的滅丨的最下 端裝設有搜拌葉2。授拌葉2的内部通常有與軸蕊i接合 之由鋼材所構成之蕊材（未圖示），藉㈣此蕊材為基礎並 使财火物圍繞而構成葉2。在轴蕊丄的周圍形成有耐 火：！；，：止由鋼材等所構成之轴蕊i直接暴露於熔液。 由軸、其周圍的耐火物層3構成軸棒10。關於擾拌葉 322644 9 201139694 2的形狀’雖然圖示中在高度h方向上的寬度w相同，但 亦可採用此外的形狀q舉例如寬度餅葉輪2的上 端為最長，且在下端為最短者。 進行機械丰時’係在搜拌結束為止之期間中投入含 有金屬社物質。以錢拌㈣前或是授制始後之較早 的1¾ "k投入為較佳。在搜拌開始前投入含有金屬紹的物質 時’亦可在將電爐溶化生鐵以及爐淺移至精煉容器後再投 入。可一次全部投入，亦可分幾次投入◊金屬鋁的作用為 還原劑’在㈣巾會有助於前述⑵式祕縣。含有金屬 铭的物質亦可使用純銘塊或是紹合金塊，但以利用銘 或是紹廢狀熔解讀等所生朗「料潰」騎且 性。特別是以含有20至80質量%之金屬叙的_為較 宜。賴少量添加金屬純會有助於絡還原，但添加， 過少就無法充分發揮其效果。另一方面，— 右 會有導致熔化生鐵中之鋁含量過多的情形，^為圭則 含有金屬鋁的物質之添加量係依據電爐壚渣中:佳丄 量與含鉻熔化生鐵中之以]含4等而決定，經過許 的結果’較佳係相對於熔化生鐵卜_投入以金屬 ς 算為0. 05至2. 0公斤的含有金屬鋁之物質的^ 、 本發明中，在進行鉻的還原回收之同時也促進溶化生 鐵的脫硫。脫硫劑係以使用亦為爐潰成分之氧化4弓為最有 效。由氧化辦進行之脫硫反應係如下述 (CaO)+[S] = (CaS)+[〇] …⑶丁 戶斤生成之氧會與熔化生鐵中的石夕麵形成氧化物而成

322644 S 10 201139694 為爐渣成分。 、査的也包含氧_ ’在本發明中作為對象之爐 ㈣播二二 7 °根據發明人等的研究可了解，當 ^攪拌處理的條件蚊爐祕度最後會成為U以上 日、，即可使炫化生鐵中的硫含量降低到q q 其以下之程度。當目標為更減化時，以 ^ 爐法驗f輕成2_〇 «上為較佳，《調整成2.=ί= 勢。通常’則會降低對於脫硫效果的成本優 勢通吊，、要將授拌後的爐渣驗度調整成3.0以下的範圍 即可。為了進行此等驗度調整，有必要再添加氧化弼。氧 化飼之添加_必須在機械猜結权前，但與含有金屬 銘之物質同樣地’以錢拌開始前或是㈣開始後之較早 的階段投人為較佳。當在擾拌開始前投人氧蝴時，可投 ^在電爐中’亦可在將㈣熔化生鐵以及㈣移至精煉容 器後再投人。可-次投人全部需求量，亦可分次投入。 為了將攪拌結束後之爐渣鹼度調整成19以上（更佳 為2. 0以上）而加入之氧化鈣的添加量，只要依據處理前熔 化生鐵的硫含量、矽含量與處理前爐渣的鹼度等會影響脫 硫的參數（parameter)而設定即可。例如可採用先依據預備 試驗而掌握「會影響脫硫的各種參數與適當的氧化辦添加 里之關係」’並在製造現場對照其數據而決定氧化鈣之最適 添加量的手法。 進行機械攪拌時之熔化生鐵的溫度只要設為135〇至 1550C左右即可。攪拌時間可大致設定在36〇至9〇〇秒的 322644 11 201139694 範圍，例如亦可控管成480至720秒的範圍。 如此，在精煉容器中機械攪拌而圖謀還原回收鉻以及 脫硫的熔化生鐵，可供於VOD法、AOD法等一般不鏽鋼的 製程中。 [實施例] 在不鏽鋼之製鋼現場，進行確認本發明的效果之實 驗。在此，例示利用用以製造SUS430系之肥粒鐵系不鏽鋼 的熔製進料的實驗。 在每1熔製進料使約80噸的熔化生鐵在電爐中熔製。 此時，爐渣係設為不含氟化鈣者。將電爐所熔製的含鉻熔 化生鐵（處理前之熔化生鐵）的碳、矽、鉻、硫的平均含量 以及其偏差範圍、與該電爐熔製所生成的爐渣（處理前之爐 渣）的鹼度表示於表1。 [表1 ] 平均 偏差範圍 攪拌處理前的 含絡溶化生鐵 成分值 (質量％ ) [°/〇C] 3. 34 2. 96 至 3· 60 [%Si] 0. 24 0.04 至 0.47 [°/〇Cr] 17. 13 15.42 至 18.44 [°/〇S] 0. 021 0. 013 至 0. 035 攪拌處理前的 爐渣驗度 (°/〇CaO)/(0/〇Si〇2) 1. 20 0.91 至 1.47 將電爐所熔製的含鉻熔化生鐵與爐渣移至具有圓筒形 12 322644 201139694 内面的精煉容器（内徑約2760mm)中。在該精煉容器中裝入 如第2圖所示類型的旋轉體。旋轉體的尺寸在第2圖中，a =約 600mm、h=約 700mm、W=約 1200mm、d=約 550mm。 在旋轉前的液面狀態，將旋轉體之裝入高度調整成使擾拌 葉2之上端浸在爐渣/熔化生鐵的界面之下。 準備含有約35質量％之金屬鋁的鋁浮渣作為還原劑。 實施投入鋁浮渣的攪拌進料、與未投入的攪拌進料。前者 的攪拌進料係將每1噸熔化生鐵的鋁浮渣投入量設為 〇· 4kg，並在攪拌開始前全部投入。將每1噸熔化生鐵之投 入量以金屬鋁量換算’為〇.4kgxO. 35 = 0.14kg。另外，在 全攪拌進料中加入作為脫硫劑的氧化鈣。每丨噸熔化生鐵 的氧化鈣添加量設為2.7kg、6.5kg或13.0kg，並在攪拌 開始前全部投人。機_拌的條件係設减轉速度8〇至 :時間_秒。錢拌進料的麟後之溶化生 鐵1跑戦之範園，該等之平均為蒙。 爐、、查中$ 在錢拌進料的麟前以及擾拌後的 下述：氣化—鉻含量（質量％)。各標繪符號的 意義係如 氧化鈣ί加：2.7kg/噸，未添加金屬鋁 氧化舞二6.5kgA頓’金屬叙添加量0.14kg"镇 在添加13.0kg/噸’金屬鋁添加量〇.i4kg/噸 進料中皆j的情形（φ以及11符號）中，確認到在任 第4計由機械麟而將軸中的鉻還原回收。 糸表不各擾拌進料之攪拌結束後的 爐渣驗度 322644 13 201139694 (%CaO)/(%Si〇2)與攪拌結束後的熔化生鐵中的碎人 的關係。各標繪符號的意義係如上述。從第4 ^二量 若使攪拌結束後的爐渣鹼度提高，則會促進辦可了解， tb ju， 硫。若欲使熔化生鐵中的硫含量安定而成為〇 的脫 以下之等級，則以使攪拌結束後的爐渣鹼度成為1質量％ 為有效，以使成為2. 0以上為更佳。 · 9以上 【圖式簡單說明】 第1圖係示意性地表示在將含鉻熔化生鐵以及爐渣予 以機械授拌之精煉谷器中的各部分的構成之部分剖面圖。 第2圖係示意性地例示機械搜摔所使用的旋轉體的初 始狀態之形狀的圖。 第3圖係實施例所例示的各攪拌進料之攪拌前與攪拌 後的爐渣中之三氧化二絡含量之標線圖。 第4圖係實施例所例示的各攪拌進料之攪拌結束後的 爐渣驗度（％CaO)/(%Si〇2)與授拌結束後的熔化生鐵中之硫 含量「％S」的關係之標線圖。 【主要元件符號說明】 1 軸蕊 2 攪拌葉 3 耐火物層 10 轴棒 20 旋轉體 30 精煉容器 31 含鉻熔化生鐵 32 爐渣 33 内壁面 34 蓋子 41 旋轉軸 322644

Claims (1)

1. 201139694 * 七、申請專利範圍： 1. 一種含鉻熔化生鐵以及爐渣之處理方法，係將電爐所熔 製的含鉻量為8. 0至35. 0質量％的含鉻熔化生鐵、以及 該熔製時所生成之以三氧化二鉻、二氧化矽、氧化鈣作 為構成成分且鹼度CaO/Si〇2為0. 7至1. 7且不含氟化 鈣之電爐爐渣於精煉容器内以攪拌葉進行機械攪拌 時，在攪拌結束前於其中投入含有金屬鋁的物質以及氧 化鈣，以將攪拌結束後的爐渣鹼度調整成1. 9以上。 2. 如申請專利範圍第1項所述之含鉻熔化生鐵以及爐渣 之處理方法，其中，含有金屬鋁的物質為含有20至80 質量％之金屬铭的銘浮渔（aluminum dross)。 1 322644