TW202031903A

TW202031903A - 製造用於鋼脫硫之爐渣調整劑的方法

Info

Publication number: TW202031903A
Application number: TW108146103A
Authority: TW
Inventors: 艾瑞克佩琳; 蘇利揚翔拉曼尼
Original assignee: 比利時商耐斯赤理查發展公司
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-09-01
Also published as: EP3899058A1; PT3670678T; MX2021007256A; CA3123326A1; ES2910310T3; US20210395846A1; AR117345A1; PL3670678T3; EP3670678A1; BR112021011376A2; EP3670677A1; SI3670678T1; US11932914B2; WO2020127039A1; EP3670678B1

Abstract

本發明係關於製造用於鋼脫硫之爐渣調整劑的方法，其中將自二次煉鋼製程獲得之乾燥爐渣材料與生石灰粒子混合以生產爐渣調整劑。

Description

製造用於鋼脫硫之爐渣調整劑的方法

本發明係關於一種製造用於鋼脫硫之爐渣調整劑的方法及該爐渣調整劑，其尤其將要用於鋼脫硫方法中。該方法進一步包括增值副產物以用於農業應用、燒結應用或煉鋼中之爐渣穩定之步驟。

煉鋼分為連續兩次冶金，初次煉鋼及二次煉鋼。

初次煉鋼包含兩個主要工業方法。

用於生產鋼之第一主要工業方法為鹼性氧氣煉鋼方法。此方法包含粒化鐵礦用以提供具有一定孔隙率、一定機械抗性及在以下熔煉步驟期間允許熱空氣在高爐中流動之形狀之丸粒的第一步驟。或者，第一步驟可為燒結氧化鐵礦，其包括聚結碳及礦物質以便具有在熔煉步驟期間允許熱空氣在高爐中流動之目標滲透性。

在熔煉步驟中，將焦炭、經粒化之及/或經燒結之鐵礦及助熔劑饋入高爐中。在高爐中焦炭經熱空氣燃燒提供將氧化鐵還原成元素鐵且排放二氧化碳之一氧化碳。

在熔煉製程期間所獲得之還原鐵具有高碳含量且亦稱為「生鐵」。形成含有脈石之爐渣且使其漂浮於生鐵上方。

自生鐵移除高爐之爐渣且通常增值用於水泥產物。

接著將熔融生鐵轉移至包含廢品床之轉換器且經由轉換器中之水冷槍引入純氧氣流以氧化存在於廢品及生鐵中之剩餘碳及其他殘餘物。

用於生產鋼之初次冶金中之第二主要工業製程為電弧爐煉鋼。在電弧爐中，裝載廢料，或直接將還原鐵饋入爐中以藉由電弧生產一批鋼。亦添加焊劑以移除雜質。

第一及第二主要工業製程皆生產鋼，可如此使用或可經由二次冶金(諸如，澆桶冶金)進一步處理從而就特性而言經進一步純化及改良。

在澆桶冶金期間，亦存在通常存在之兩個主要途徑，第一途徑為移除基於硫之化合物的途徑，且第二途徑為不移除基於硫之化合物的途徑，在第一途徑與第二途徑之間的選擇取決於最終鋼中預期之最終特性。

鋁酸鈣通常與生石灰及元素鋁組合用於二次冶金(亦即主要在澆桶冶金)中鋼之脫硫。鋁酸鈣為實現爐渣之快速形成之冶金焊劑。

文件WO2017/009581揭示製造鋁酸鈣之目前先進技術及製造鋁酸鈣之方法。所有此等方法涉及混合鈣源及鋁源之步驟，隨後為在介於1300℃與1700℃之間的高溫下加熱混合物之步驟。

CN106148633揭示用於控制鋼中之鋁含量之基於鋁酸鈣之塗佈劑。

US7811379揭示一種使用由爐渣釋放之潛熱自液體澆桶爐渣之組合物製造鋁酸鈣產物的方法。

KR20170106597揭示一種替代使用作為環境污染材料之氟石，使用與生石灰混合在一起的澆桶爐渣對熔融鐵進行脫硫的方法。所揭示之組合物包含80-85 wt%之生石灰及5-17%之鋁副產品及3-15 wt%之澆桶爐渣。

文件EP2835018揭示一種由乾燥廢品獲得鋁酸鈣的方法，該乾燥廢品係來自在二次鋁冶金中生產之鹽水浮渣之處理。乾燥廢品具有包含以下之組合物：在50與80 wt%之間的Al₂ O₃ 、在3至15 wt%之間的SiO₂ 、在2至10 wt%之間的MgO、在0.5至5 wt%之間的CaO及低於0.4 wt%的TiO₂ 及MnO。熟習此項技術者應充分理解，此化合物清單之量對應於藉由元素分析獲得之量，且各元素以其氧化物形式表示。將乾燥廢品與CaO及/或CaO前驅物混合，且隨後在高於1100℃之溫度下在爐中加熱從而獲得鋁酸鈣。

文件US4490173揭示一種煉鋼添加劑組合物，其包含25至50 wt%之石灰及75至50 wt%之化合物，該化合物選自由鋁土礦及鋁酸鈣與鋁土礦之混合物組成之群。未提及用於製造此組合物之方法及原材料之出處。儘管建議在煉鋼過程中使用此類組合物，但未揭示相對於其他組合物展示實質性改良的明確結果。

US5397379揭示一種方法，其中製備澆桶冶金爐(LMF)爐渣以供藉由移除脫硫中之磁性金屬在澆桶添加中再使用。然而，根據此文件，在進一步脫硫中使用LMF似乎在成本/操作之比率方面不夠高效。

需要提供一種用於鋼脫硫製程、較佳用於澆桶爐中之冶金焊劑，其可藉由有成本效益的方法獲得而無需高能耗或昂貴原材料。

本發明係關於一種製造用於鋼脫硫之爐渣調整劑的方法。根據本發明之方法包含以下步驟： - 提供自二次煉鋼製程獲得之爐渣材料，詳言之在Al全靜鋼製程之後獲得之爐渣材料，該爐渣材料至少包含鈣、鋁、鐵、水分及鋁酸鈣相； - 將該爐渣材料與具有預定最大粒度之生石灰粒子混合，且藉由使至少一部分該等生石灰粒子至少部分與該爐渣材料中所含之水分反應來乾燥該爐渣材料，同時獲得包含爐渣材料、熟石灰及視情況未反應之生石灰的第一摻合物， - 以大於或等於該生石灰之該預定最大粒度的分離粒徑篩分該第一摻合物以自該第一摻合物之保持乾燥部分移除該第一摻合物之穿過部分，該穿過部分具有小於該分離粒徑之最大粒度且包含大部分該熟石灰；及 - 將該保持乾燥部分與以組合物之重量計Al₂ O₃ 質量分率為至少80 wt%的該組合物混合，及收集等效質量比CaO/Al₂ O₃ 介於0.55與1.5之間、較佳0.55與1之間、更佳0.55與0.7之間的爐渣調整劑。

術語「爐渣材料」係指自二次煉鋼製程獲得之爐渣，詳言之在Al全靜鋼製程之後獲得之爐渣。

實際上，無論熔融鋼來自鹼性氧氣爐(BOF)還是電弧爐(EAF)，必須將其脫氧。脫氧一般係出於將熔融鋼之溶解氧含量降低至鋼產物之最終品質所需之量的目的而執行。為實現脫氧，將指定量之脫氧劑添加至熔融鋼，該等脫氧劑通常為碳、錳、矽或鋁。可單獨或以組合形式使用脫氧劑。

本發明中所使用之爐渣材料係指二次煉鋼中所獲得之爐渣，其中至少已添加鋁用於單獨或與其他脫氧劑組合對鋼進行脫氧(Al全靜鋼製程)。

術語「爐渣調整劑」係指藉由根據本發明之方法獲得之用於鋼脫硫方法之試劑，其中藉由添加此類爐渣調整劑形成爐渣，較佳與用於允許還原鐵之生石灰及元素鋁組合，其中將鋁氧化成Al₂ O₃ 且生產爐渣中之鈣硫。

在本發明之含義中，術語「大部分該熟石灰」描述不黏附至或不嵌入保持乾燥部分內的大部分熟石灰，亦即所生產之該熟石灰之通常90 wt%、較佳地95 wt%或甚至高於98 wt%、甚至大於99 wt%。

術語「CaO、Al₂ O₃ 、Fe₂ O₃ 、…或更一般而言任何金屬氧化物(MeO)當量」在本發明之含義中意謂藉由XRF測定(如描述於EN 15309中)之提供鈣、鋁及鐵、…或甚至金屬Me之相對質量分率的半定量化學分析以按重量計CaO、Al₂ O₃ 、Fe₂ O₃ 、…或MeO之當量報導。

術語「等效質量比CaO/Al₂ O₃ 」因此意謂在本發明之含義內，CaO重量之當量除以Al₂ O₃ 重量之當量的比率。

本發明允許基於來自次級煉鋼廠製程之再循環爐渣材料(詳言之Al全靜鋼製程之後獲得之爐渣)生產爐渣調整劑，其中相對於先前技術之鋁酸鈣爐渣調整劑降低操作成本。實際上，先前技術鋁酸鈣為如先前所提及使在鋁土礦與石灰石之間發生反應的熱處理所需。

本發明可現場或非現場進行。若現場進行，則根據本發明設想具有可移動設備，其中一系列篩網及混合器以及壓碎機安置且連接在一起且由來自次級煉鋼製程之特定爐渣材料(詳言之Al全靜鋼製程之後獲得之爐渣)進料，甚至更佳在無特定脫硫步驟之情況下自澆桶爐進料。隨後在袋中或倉中收集且調整由可移動設備生產之爐渣調整劑以供進一步用於脫硫製程中。可移動設備可設置於一或多個可移動平台(諸如卡車平台)上。在一變體中，在煉鋼廠上收集爐渣材料，其中其潛在地已經部分處理(諸如篩分及/或壓碎)且轉運至處理廠以根據本發明進行處理。此外，所收集之爐渣調整劑在袋中或倉中經調整以進一步傳遞回至相同煉鋼廠上或另一者。

來自二次煉鋼製程之典型爐渣材料，詳言之Al全靜鋼製程之後獲得之爐渣包含高於1.5之CaO/Al₂ O₃ 比，而諸如來自鋁土礦及石灰石之熱處理之商業鋁酸鈣具有約1之平均CaO/Al₂ O₃ 比。

自二次煉鋼製程獲得之爐渣材料，詳言之，至少包含鈣、鋁、鐵、水分及自Al全靜鋼製程獲得之鋁酸鈣相的爐渣通常包含： - 藉由XRF(X射線螢光)量測且以該爐渣材料之重量計介於20與45 wt%之間的以等效CaO表示之鈣量； - 藉由XRF量測且以該爐渣材料之重量計介於10與45 wt%之間的以等效Al₂ O₃ 表示之鋁量；及 - 藉由XRF量測且以該爐渣材料之重量計至少2 wt%的以等效Fe₂ O₃ 表示之鐵量， - 且其中該鈣量之至少一部分及該鋁量之至少一部分存在於該鋁酸鈣相中。

此類爐渣材料為低成本材料。藉由XRD(X射線繞射)對彼等爐渣材料之更詳細的分析展示其包含各種化合物相，包括鋁酸鈣及鐵酸鈣。

已根據本發明意外地識別，將乾燥再循環爐渣材料與以組合物之重量計Al₂ O₃ 質量分率為至少80 wt%的該組合物混合，生產爐渣調整劑極有效而無需熱處理。

藉由XRF量測Al₂ O₃ 質量分率為至少80 wt%的組合物可自鋁土礦或較佳自氧化鋁混凝土或其混合物之再循環廢料獲得。XRF分析(X射線螢光光譜測定法)描述於EN 15309中。

儘管相對於爐渣調整劑中之所需等效質量比CaO/Al₂ O₃ ，再循環爐渣材料中之等效質量比CaO/Al₂ O₃ 較高，但根據本發明使得有可能在其中添加生石灰之方法中生產爐渣調整劑，該爐渣調整劑在脫硫方面有與市售之鋁酸鈣(諸如自鋁土礦及石灰石獲得之彼等鋁酸鈣)之類似效率，然而成本較小，且涉及再循環材料(亦降低操作成本)。實際上，根據本發明，用生石灰乾燥爐渣材料之步驟隨後篩分該第一摻合物以自該第一摻合物之保持乾燥部分移除該第一摻合物之穿過部分，該穿過部分具有大於或等於該生石灰之該預定最大粒度之最大粒度且包含大部分該熟石灰，允許充足乾燥速率及分配用於乾燥爐渣材料之爐之使用且藉此降低操作成本及生產工廠之尺寸。在篩分該第一摻合物之該步驟期間移除用於乾燥爐渣材料所添加之生石灰的主要量主要呈熟石灰之形式。

用於製造根據本發明之爐渣調整劑之方法的額外益處為爐渣調整劑有利地具有相對較低熔點以在爐渣中提供液體介質，其中有助於脫硫之反應。

已發現在鋼脫硫方法中藉由本發明方法獲得之爐渣調整劑與生石灰及還原劑組合使用在鋼脫硫方面諸如在先前技術中使用實質上純鋁酸鈣化合物與生石灰及還原劑組合一樣有效。

在鋼脫硫領域中具有慣例，以避免包含氧化鐵之焊劑，因為氧化鐵之存在需要增加製程中昂貴還原劑之消耗。根據本發明，爐渣材料中藉由XRF量測且以等效Fe₂ O₃ 表示之之鐵量允許高達20 wt%。

高於此值之20 wt%，由此獲得之爐渣調整劑將必須在具有過多還原劑之鋼脫硫方法中使用，且其不會在經濟上有價值。在爐渣材料中，一些鐵以有利於使爐渣在鋼脫硫方法中流體化之鐵酸鈣形式存在。

較佳地，爐渣材料之XRD分析展示顯著存在之鋁酸鈣，較佳地在爐渣材料之重量中至少5 wt%。爐渣材料包含藉由XRF分析量測且以介於20與45 wt%之間的CaO當量表示之鈣「Ca」量及藉由XRF分析量測且以介於10與45 wt%之間的Al₂ O₃ 當量表示之Al量，且其中等效質量比CaO/Al₂ O₃ 大於或等於1(藉由方法Al全靜鋼製程獲得之爐渣之典型)。所提及 wt%為以爐渣材料之重量計。

重要的是，爐渣材料不含有或含有較低可能量之硫、氧化鈦或硼，較佳地在爐渣材料之1 wt%下、更佳地在0.5 wt%下、更佳地在0.2 wt%下，以避免對鋼之機械或流變特性上之任何不利影響。

在用於製造根據本發明之爐渣調整劑的方法的一實施例中，當爐渣材料包含以爐渣材料之重量計低於5 wt%之量的鐵(藉由XRF分析量測)時，CaO/Al₂ O₃ 之目標等效質量比較佳介於0.55與0.9之間、較佳介於0.55與0.7之間、更佳介於0.57與0.63之間。

如藉由鋁酸鈣之相圖已知，當等效質量比CaO/Al₂ O₃ 介於0.9與1.1之間時達到此相圖中之最低熔點。

在脫硫製程期間，將生石灰、元素鋁及爐渣調整劑引入至熱金屬中，導致鐵還原，同時產生Al₂ O₃ 及CaS。由於脫硫製程期間產生Al₂ O₃ ，所以提供等效質量比CaO/Al₂ O₃ 略高於0.5、較佳地介於0.55與0.9之間、較佳地在0.55與0.7之間、更佳在0.57與0.63之間的爐渣調整劑存在優勢，從而使得在脫硫製程期間Al₂ O₃ 之產生與生石灰之使用組合將爐渣中的CaO/Al₂ O₃ 的等效質量比降低至0.9至1.1，其對應於鋁酸鈣相圖的最低熔點，且因此脫硫製程中的爐渣呈現出低黏度從而促進了脫硫反應中不同組分之間的接觸。

在用於製造根據本發明之爐渣調整劑的方法的另一實施例中，當爐渣材料包含以爐渣材料之重量計介於5與20 wt%之間的鐵量(其中大量的鐵以鐵酸鈣形式存在)時，CaO/Al₂ O₃ 之目標等效質量比可高於0.7、較佳地低於1.5、更佳地低於1.4、更佳地低於1。

以爐渣材料之重量計，藉由XRD分析量測之鐵酸鈣之量較佳為至少1 wt%、較佳至少2 wt%、更佳至少3 wt%、詳言之大於4 wt%且更特定言之大於5 wt%。

存在於爐渣材料中且因此藉由根據本發明之方法獲得之爐渣調整劑中之鐵酸鈣具有約1350℃之相對較低熔點。因此，存在於爐渣調整劑中之鐵酸鈣參與脫硫製程期間爐渣之流體化。

爐渣調整劑中之CaO/Al₂ O₃ 目標等效質量比可依據鐵酸鈣的量提高，且因此可減小將與該乾燥爐渣材料混合之組合物之量，該組合物之Al₂ O₃ 質量比藉由XRF量測且以該組合物之重量計。

較佳地，以爐渣材料之重量計，爐渣材料之水分含量低於10 wt%，較佳低於5 wt%，更佳低於3 wt%。爐渣材料中之水分愈少，必須用於乾燥爐渣材料之生石灰愈少。

根據本發明，水分含量藉由在105℃下之乾燥失重(LOD)來量測。

在本發明之一較佳實施例中，根據本發明之方法旨在提供一種具有預定粒度測定之爐渣調整劑，其具有： - 預定最小粒度(a)，諸如以避免在加工該產物期間細粒之分散及/或； - 預定最大粒度(b)，經優化用於氣動轉運條件或用於在鋼廠處之機械轉運條件。

根據本發明之方法中涉及的爐渣調整劑或任何其他粒子之粒度分佈容易藉由將粒子於具有特定篩孔之篩上篩分來確定，該篩孔允許或不允許至少90%、較佳至少95%、甚至98或99 wt%之該等粒子通過。

爐渣材料通常具有較寬粒度分佈且必須經壓碎以獲得具有理想用於爐渣調整劑之最大預定最大粒徑(b)之最大粒徑(b)的爐渣材料的粒子。

較佳地，進行第一篩分步驟以移除不可在預定最大粒徑(b)下經壓碎之第一部分粒子。隨後進行第二篩分步驟以移除理想用於爐渣調整劑之預定最小尺寸(a)以下之部分。對穿過部分增值以用於農業應用或燒結應用(鋼工業)。

保留粒度分佈(a-b)範圍介於最小粒度(a)與最大粒度(b)之間的壓碎爐渣材料的部分，且藉由與粒度分佈低於最小粒度(a)之生石灰混合來乾燥。較佳地，如根據歐洲標準EN459-2:2010E之水反應性測試所量測，用於乾燥壓碎爐渣材料之該部分(a-b)的生石灰為具有與水t₆₀ 之反應性低於2分鐘之時間的高反應性生石灰。

更佳地，藉由如描述於標準ISO 9277:2010 E中之多點BET方法計算，在190℃下真空除氣至少2小時後，藉由氮吸附測壓法量測之該等生石灰粒子之BET比表面積大於0.8 m² /g。

在任何情況下，生石灰之粒度分佈必須小於理想用於爐渣調整劑之預定最小尺寸(a)。較佳地，該生石灰之粒度分佈低於1 mm、更佳低於500 µm、更佳低於200 µm且甚至更特定而言低於90 µm。

該生石灰之粒度分佈意謂藉由篩分分析量超過90 wt%之粒子具有低於1 mm、更佳低於500 µm、更佳低於200 µm且甚至更特定而言低於90 µm的粒度。

有利的為提供具有以該t₆₀ 為特徵之高反應性、小粒度分佈及視情況亦具有高比表面積之粒子之生石灰，以便以儘可能較低之生石灰的量有效自壓碎爐渣材料移除水分且從而可在篩分之後續步驟中容易地移除自生石灰所形成之熟石灰。因為在篩分之後續步驟中，篩分包含壓碎爐渣材料及熟石灰之摻合物經篩分以捨棄具有尺寸低於希望用於爐渣調整劑之最小粒度(a)之粒子的穿過部分。

在一變體中，生石灰具有石灰窯粉塵粒子，亦展示用於移除有一定量之壓碎爐渣材料之水分以使得可在後續篩分步驟中容易地移除由此形成之熟石灰的效率。因為在篩分之後續步驟中，篩分包含壓碎爐渣材料及熟石灰窯粉塵之摻合物經篩分以捨棄具有尺寸低於希望用於爐渣調整劑之最小粒度(a)之粒子的穿過部分。

術語「石灰窯粉塵」，根據本發明其意謂自生石灰製造之石灰副產物，以石灰窯粉塵之重量計，其通常含有至少50 wt%之生石灰粒子、較佳60 wt%之生石灰粒子、更佳至少70 wt%。石灰窯粉塵可含有自未燃石灰石及/或石灰之部分再碳酸化之碳酸鈣殘餘物及來自石灰石之其他雜質，特別是二氧化矽。通常，少量熟石灰可發現於石灰窯粉塵中，諸如以石灰窯粉塵之重量計小於8 wt%。通常，石灰窯粉塵具有低於60 µm、較佳低於50 µm、更佳低於40 µm之平均中等粒度d₅₀ 。

捨棄部分包含大量熟石灰及來自爐渣材料之一些其他元素。彼捨棄部分增值用於燒結應用中。保持乾燥(粗糙)部分主要包含具有所需範圍之粒度(a-b)之爐渣材料及少量熟石灰的粒子，較佳低於1%。將保留部分與Al₂ O₃ 質量分率為至少80 wt%且所需之粒度(a-b)範圍相同的組合物混合，以獲得具有所需之粒度(a-b)範圍及目標等效質量比CaO/Al₂ O₃ 的爐渣調整劑作為最終產物。

粒度(a)之例示性值介於0.5 mm與5 mm之間、較佳地在1 mm與4 mm之間且可為例如 1 mm、2 mm或甚至3 mm。

生石灰之最大粒度應獨立於篩分之分離粒徑選擇，但應尊重生石灰之最大粒度低於或等於篩分之分離粒徑之情況。

粒度(b)之例示性值介於10 mm與25 mm之間、較佳地在12 mm與20 mm之間且可為例如12 mm、14 mm或甚至15 mm。

在本發明之一實施例中，可抑制在添加生石灰之前篩分的第一步驟，但在此情況下，必須使用更多生石灰來乾燥爐渣材料，其表示用於乾燥在其之後必須捨棄之爐渣粒子的額外成本。

在隨附申請專利範圍中提及根據本發明之方法之其他實施例。

本發明亦關於諸如在澆桶煉鋼中，詳言之用於鋼脫硫製程之爐渣調整劑包含鋁酸鈣相及介於0.55與1.5之間、較佳在0.55與1之間、更佳在0.55與0.7之間的等效質量比CaO/Al₂ O₃ ，該爐渣調整劑具有藉由XRF量測且以爐渣調整劑之重量計至少2 wt%、較佳至少3 wt%及至多20 wt%之以等效Fe₂ O₃ 表示之鐵含量及至少30 wt%、更佳至少40 wt%之以等效Al₂ O₃ 表示之鋁含量。

在一有利實施例中，爐渣調整劑包含以爐渣調整劑之重量計，藉由XRD量測之至少1 wt%、更佳至少2 wt%、更佳至少5 wt%之量的鐵酸鈣。

根據本發明，該爐渣調整劑之粒度分佈介於最小值與最大值之間，該最小值為至少1 mm。

根據本發明之變體，該爐渣調整劑之粒度分佈介於最小值與最大值之間，該最大值為最大20 mm。

在隨附申請專利範圍中提及根據本發明之爐渣調整劑之其他實施例。

本發明亦關於一種例如藉由根據本發明之方法獲得的根據本發明之爐渣調整劑在鋼脫硫的製程中的用途。

較佳地，根據本發明之爐渣調整劑以2至16 kg、較佳2.5至12 kg、更佳3至10 kg、甚至更佳低於8 kg且更尤其低於6 kg爐渣調整劑/公噸鋼之量使用，較佳與低於100 g/t鋼、較佳低於80 g/t、更佳低於70 g/t、更佳低於60 g/t鋼、更尤其低於50 g/t且甚至更佳低於40 g/t鋼之量之元素鋁及低於12 kg/t鋼、較佳低於10 kg/t鋼且甚至更佳低於8 kg/t鋼之量之生石灰組合。

在隨附申請專利範圍中提及爐渣調整劑之其他用途。

本發明之其他特性及優點將自以下非限制性描述且藉由參考圖式及實施例衍生。

實例本文中描述用於製造根據本發明之爐渣調整劑的方法的實例。

壓碎25.2公噸之自二次煉鋼製程獲得之爐渣，尤其在Al全靜鋼製程之後獲得之爐渣，以獲得在14 mm下之爐渣粒子。在壓碎步驟之後，可進行第一篩分以移除不可在14 mm下經壓碎之粗粒子，且彼等粗粒子可回注於壓碎機中用於在另一生產批次中進一步壓碎。捨棄4 t之壓碎爐渣粒子。隨後對21.2 t之壓碎爐渣材料粒子進行篩分之第二步驟以移除低於3 mm之部分壓碎爐渣粒子。捨棄在3 mm下之5.2 t之壓碎爐渣粒子且增值用於在煉鋼應用中之爐渣調整(穿過部分)。

在105℃下乾燥之樣品上，藉由XRF量測粒度在介於3與14 mm之間的範圍內之部分(保留部分)爐渣材料之元素組成。此部分包含24.6 wt%以等效Al₂ O₃ 表示之鋁、41 wt%以等效CaO表示之鈣、16 wt%以等效Fe₂ O₃ 表示之鐵、5.5 wt%以等效MgO表示之鎂、3 wt%以Mn₂ O₃ 表示之錳、7.1 wt%以等效SiO₂ 表示之矽及其他雜質。

此部分在105℃下之乾燥失重(LOD)為1.84%，相對應於該部分之水分且在900℃下之燃燒損失(LOI)為3.3 wt%，其可對應於存在於該部分中之相中之氫氧化物及/或碳酸鹽的損失。XRD分析展示包括鋁酸鈣及鐵酸鈣之各種化合物相。

在3 mm與14 mm之間的16 t之部分爐渣粒子隨後藉由與具有在1 mm下之粒度、大於0.8 m² /g之BET比表面積及與水之反應性t60低於1分鐘的1.6 t之高反應性生石灰混合來乾燥。篩分藉此獲得之爐渣粒子與熟石灰之摻合物以移除在3 mm之粒度下粒子之穿過部分。

捨棄在3 mm粒度下約1.8 t之粒子。捨棄粒子之此後半部分增值用於農業應用、燒結應用及煉鋼之爐渣狀況中。

藉由XRF對在105℃下乾燥之樣品量測3 mm(15.8噸)之摻合物之保留部分的元素組成，該摻合物為有粒度在介於3與14 mm之間的範圍內之生石灰的爐渣粒子。此部分包含20.7 wt%之以等效Al₂ O₃ 表示之鋁、46.1 wt%之以等效CaO表示之鈣、15.6 wt%之以等效Fe₂ O₃ 表示之鐵、6.4 wt%之以等效MgO表示之鎂、2.7 wt%以Mn₂ O₃ 表示之錳、6.4 wt%之以等效SiO₂ 表示之矽及其它雜質。在105℃下此部分在低於偵測水準下具有乾燥失重(LOD)，此意謂該部分充分乾燥且在900℃下之燃燒損失(LOI)為4.58 wt%，其可對應於存在於該部分中或所添加之生石灰中之相中之氫氧化物及/或碳酸鹽之損失。

對與粒度低於3 mm之生石灰混合之爐渣粒子的部分摻合物進行相同分析。此部分之樣品包含7.5 wt%以等效Al₂ O₃ 表示之鋁、70.4 wt%以等效CaO表示之鈣、6.9 wt%以等效Fe₂ O₃ 表示之鐵、6.2 wt%以等效MgO表示之鎂、0.9 wt%以Mn₂ O₃ 表示之錳、6.4 wt%以等效SiO₂ 表示之矽及其他雜質。此部分在105℃下乾燥損失(LOD)為0.07%，且在900℃下之燃燒損失(LOI)為24 wt%，其對應於自熟石灰之水分子之損失。此等量測展示已良好移除水分。

隨後將有粒度在介於3 mm與14 mm之間的範圍內之生石灰的爐渣粒子的15.8 t摻合物與先前篩分至粒度在3 mm與14 mm之間的相同範圍內之6.8 t氧化鋁組合物混合，以獲得根據本發明之爐渣調整劑。氧化鋁組合物之XRF分析展示其包含86 wt%以等效Al₂ O₃ 表示之鋁、5.3 wt%以等效MgO表示之鎂、5.5 wt%以SiO₂ 當量表示之矽、2 wt%以ZrO₂ 當量表示之鋯及其他雜質。

爐渣調整劑之最終元素組成藉由XRF分析量測且含有42.9 wt%之以等效Al₂ O₃ 表示之鋁、28.9 wt%之以等效CaO表示之鈣、12.8 wt%之以等效Fe₂ O₃ 表示的鐵、4.1 wt%之以等效MgO表示之鎂、2.2 wt%之以等效Mn₂ O₃ 表示之錳、7.2 wt%之以等效SiO₂ 表示之矽及其他雜質。等效質量比 CaO/Al₂ O₃ 為0.67。由於氧化鋁組合物之稀釋效應，XRD分析仍展示包括鋁酸鈣及鐵酸鈣之各種化合物相的量比在爐渣材料中較低。

在鋼脫硫方法中，根據本發明方法獲得之3至5 kg/t鋼之量的爐渣調整劑與60 g/t鋼之量的元素鋁及經測定之諸如10 kg/t鋼之量的生石灰組合使用。將此鋼脫硫方法與典型方法相比較，其中將等效質量比CaO/Al₂ O₃ 為0.5之5 kg/t鋼之量的實質上純鋁酸鈣與40 g/t鋼之量的元素鋁及經測定之10 kg/t鋼之量的生石灰組合使用。

兩種方法皆展示在脫硫方面之相同效率。儘管使用根據本發明獲得之爐渣調整劑的鋼脫硫方法需要稍微更多元素鋁用於還原鐵，但與實質上純鋁酸鈣之價格相比，元素鋁之額外價格由爐渣調整劑之低本高效價格補償。

用於製造根據本發明之爐渣調整劑的方法的額外益處為可再循環來自次級煉鋼製程之爐渣材料，尤其在Al全靜鋼製程之後獲得之爐渣。此外，在該製程期間獲得之一些副產物可增值於其他應用中。在根據本發明之方法中，用生石灰乾燥爐渣材料之步驟隨後移除熟石灰分配用於乾燥爐渣材料之爐之使用且藉此降低操作成本及生產工廠之尺寸。

應理解，本發明不限於所描述之實施例且可在不超出所附申請專利範圍之範疇的情況下應用變化。

Claims

一種製造用於鋼脫硫之爐渣調整劑的方法，其包含以下步驟：提供自二次煉鋼製程獲得之爐渣材料，詳言之在Al全靜鋼製程之後獲得之爐渣材料，該爐渣材料至少包含鈣、鋁鐵、水分及鋁酸鈣相；將該爐渣材料與具有預定最大粒度之生石灰粒子混合，且藉由使至少一部分該等生石灰粒子至少部分與該爐渣材料中所含之水分反應來乾燥該爐渣材料，同時獲得包含爐渣材料、熟石灰及視情況未反應之生石灰的第一摻合物，以大於或等於該生石灰之該預定最大粒度的分離粒徑篩分該第一摻合物以自該第一摻合物之保持乾燥部分移除該第一摻合物之穿過部分，該穿過部分具有小於該分離粒徑之最大粒度且包含大部分該熟石灰；及將該保持乾燥部分與以組合物之重量計Al₂ O₃ 質量分率為至少80 wt%的該組合物混合，及收集等效質量比CaO/Al₂ O₃ 介於0.55與1.5之間、較佳0.55與1之間、更佳0.55與0.7之間的爐渣調整劑。
如請求項1之方法，其中至少包含鈣、鋁鐵、水分及鋁酸鈣相的該爐渣材料包含：藉由X射線螢光量測且以該爐渣材料之重量計介於20與45 wt%之間的以等效CaO表示之鈣量；藉由XRF量測且以該爐渣材料之重量計介於10與45 wt%之間的以等效Al₂ O₃ 表示之鋁量；及藉由XRF量測且以該爐渣材料之重量計至少2 wt%、較佳至少3 wt%的以等效Fe₂ O₃ 表示之鐵量，且其中該鈣量之至少一部分及該鋁量之至少一部分存在於該鋁酸鈣相中。
如請求項1或請求項2之方法，其中以該爐渣材料之重量計，該爐渣材料包含至多20 wt%之以等效Fe₂ O₃ 表示之鐵。
如請求項1或請求項2之方法，其中以該爐渣材料之重量計，該爐渣材料之水分以低於10 wt%、較佳低於5 wt%、更佳低於3 wt%之水分含量存在。
如請求項1或請求項2之方法，其中該等生石灰粒子至少包含根據EN 459-2:2010E測得之與水t₆₀ 之反應性低於2分鐘的粒子。
如請求項1或請求項2之方法，其中該等生石灰粒子至少包含石灰窯粉塵粒子。
如請求項1或請求項2之方法，其中該等生石灰粒子具有藉由如描述於標準ISO 9277:2010 E中之多點BET方法計算，在190℃下真空除氣至少2小時後，藉由氮吸附測壓法量測之為大於0.8 m² /g之BET比表面積。
如請求項1或請求項2之方法，其中該爐渣材料經壓碎且視情況經篩分以具有小於最大值(b)的最大粒度。
如請求項1或請求項2之方法，其中該爐渣材料經篩分以具有大於最小值(a)之最小粒度。
一種用於鋼脫硫之製程之爐渣調整劑，其包含鋁酸鈣相及等效質量比CaO/Al₂ O₃ 介於0.55與1.5之間、較佳0.55與1之間、更佳0.55與0.7之間，該爐渣調整劑具有藉由XRF量測且至少2 wt%、較佳至少3 wt%且至多20 wt%之以等效Fe₂ O₃ 表示之鐵含量，及至少30 wt%、更佳至少40 wt%之以等效Al₂ O₃ 表示之鋁含量。
如請求項10之爐渣調整劑，其包含以該爐渣調整劑之重量計，藉由XRD量測之至少1 wt%、更佳至少2 wt%、更佳至少5 wt%的鐵酸鈣量。
如請求項10或請求項11之爐渣調整劑，其粒度分佈介於最小值與最大值之間，該最小值為至少1 mm。
如請求項10或請求項11之爐渣調整劑，其粒度分佈介於最小值與最大值之間，該最大值為最大20 mm。
一種藉由如請求項1至9中任一項之方法獲得的如請求項10至13中任一項之爐渣調整劑在鋼脫硫製程中之用途。
如請求項14之爐渣調整劑之用途，該爐渣調整劑之量為2至16 kg、較佳2.5至12 kg、更佳3至10 kg、甚至更佳低於8 kg且更尤其低於6 kg之爐渣調整劑/公噸鋼，較佳與低於100 g/t鋼、較佳低於80 g/t、更佳低於70 g/t、更佳低於60 g/t鋼、更尤其低於50 g/t且甚至更佳低於40 g/t鋼之量之元素鋁及低於12 kg/t鋼、較佳低於10 kg/t鋼且甚至更佳低於8 kg/t鋼之量之生石灰組合。