TW202035707A - 用於精煉鋼的方法及用於該方法之脫磷劑 - Google Patents

Abstract

一種使用基於亞鐵酸鈣相之爐渣調節劑精煉鋼及使鋼脫磷之方法，其中亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之質量比大於0.5，且其中以等於或大於20 kg/t之金屬裝料之以CaO當量表示的最小量填裝鈣-鎂化合物，且以等於或大於2 kg/t之金屬裝料的最小量填裝該爐渣調節劑。

Description

用於精煉鋼的方法及用於該方法之脫磷劑

本發明係關於一種用於精煉鋼及使鋼脫磷之方法，該方法包含以下步驟： -  用金屬裝料填裝容器； -  用鈣-鎂化合物填裝該容器； -  用爐渣調節劑填裝該容器； -  在該金屬裝料上方經由噴槍將氧氣吹送至該容器中； -  允許在作為下相之熔融精煉鋼上方形成作為上相之含有雜質之爐渣； -  使該爐渣與該熔融精煉鋼分離。

在自然界中，金屬以稱為礦石之不純狀態發現，其通常經氧化且與其他金屬之矽酸鹽混合。為自礦石提取金屬，存在不同方法，諸如物理純化步驟、濕法冶金、高溫冶金、浸濾作用及電冶金。

本發明僅係關於在熔鍊製程之後的轉換製程，在熔鍊製程期間使礦石暴露於高溫以形成熱金屬。在熔鍊期間，包含於礦石中之一部分雜質已與熔融金屬分離。

文獻EP 1002881揭示一種獲得具有指定物理-化學特性之亞鐵酸-鈣助熔劑且減少用於製備尤其待用於高爐或熔鍊方法中之亞鐵酸鈣助熔劑所需之固體燃料消耗的方法。此文獻集中於達到特定化學計量係數之必要性，該化學計量係數展示對於系統中之一個陰離子落在0.75至0.82之間的陽離子(Me) 數目。特定化學計量係數之計算條件模糊。

為製造精煉金屬，存在吹送氧氣以燃燒碳、矽及磷之電弧爐(EAF)或能量優化爐(EOF)或諸如鹼性氧氣爐(BOF)或氬氧脫碳(AOD)轉換器之轉換器。

文獻US 2015/0000570描述熔融金屬之預處理且提出一種用於在少量所用助熔劑溶劑中進行熔融鐵之脫矽及脫磷之方法，該方法能夠抑制低磷熔融鐵之生產成本，增加所用廢料量且進一步減少併入至爐渣中之鹼金屬之損失。

現如今，自熱金屬或其他金屬裝料移除磷化合物之最常見方式在於使用轉化器，更特定言之各種類型之鹼性氧氣爐(BOF)轉化器，諸如頂部吹送、底部吹送或組合吹送轉化器。

替代地，亦可在藉由氧氣添加至金屬中脫磷製程之後在桶中使熱金屬脫磷。

現如今，在許多精煉方法中，將含有諸如生石灰及/或煅燒白雲石(dolime)之氧化物及廢料材料的石灰組合物引入轉換器中以控制形成爐渣之反應的動力學及化學，藉此幫助移除雜質及保護爐耐火襯裡免於過度磨損。

石灰組合物以卵石形式或甚至在粉末狀態下填裝至容器中。生石灰及/或煅燒白雲石漂浮在熱金屬浴液上方，藉此形成界面。

在精煉期間，將獲自熔鍊之熔融金屬饋入至亦可填裝廢料材料之容器(具有耐火壁之轉換器或桶)中。

來自熔鍊之熔融金屬一般包含40-45公斤/公噸之熔融金屬之初始碳含量及0.5-1.5公斤/公噸之熔融金屬之初始磷含量。

填裝石灰組合物且其漂浮於熔融金屬浴液上方。吹送氧氣持續預定時段以按順序氧化碳、磷及矽化合物。在吹送氧氣期間，石灰組合物浸沒於熔融金屬浴液中且在熔融金屬與仍漂浮之石灰組合物之間的界面處溶解/稍微熔鍊，從而有助於形成稱為爐渣之新相。

爐渣為在浴液上方浮動之由以下各者產生之氧化物層 -   由於矽氧化SiO₂ 形成； -   在吹送期間其他氧化物(MnO及FeO)之形成； -   添加石灰組合物以中和該耐火襯裡上之SiO₂ 作用且液化及活化爐渣，及； -   來自該耐火襯裡之磨損之MgO。

在轉化製程期間，碳經氧化以形成氣態CO及CO₂ 。在吹送氧氣步驟結束時，碳含量降低至低於0.5公斤/公噸之熔融金屬，意謂約500 ppm。

在熔融金屬與爐渣之間的界面處，以下反應發生： 5 FeO + 4 CaO + 2P ⇋ 4 CaO.P₂ O₅ + 5 Fe

此反應放熱且需要將平衡移動至右側以便使鐵之產率及脫磷率達到最大。

一般而言，為了滿足此要求，轉化製程包括以下步驟： -   控制容器中之熔融金屬之溫度，較佳在低於1600℃之溫度下； -   提供用於儘可能地使爐渣流體化之爐渣調節劑； -   在容器中，較佳自容器之底部吹送氬氣及/或氮氣以使金屬浴液均質化； -   提供過量生石灰以完成以上本文中反應且中和二氧化矽，使得鹼度指數(或鹼度)CaO/SiO₂ (氧化鈣之重量與二氧化矽之重量之比率)介於3與6之間； -   產生足夠量之爐渣。

氧化鎂通常存在於爐渣中且源自耐火內襯磨損，該耐火內襯磨損可藉由控制煅燒白雲石之添加而降低。

精煉熱金屬(更特定言之鋼)需要優化金屬質量平衡、氧質量平衡及熱平衡以在所需溫度下獲得具有所需化學組成的所需液態金屬量。在精煉熱金屬期間改良脫磷之複雜度尤其歸因於三種平衡之同步效應而產生。

文獻IN01412MU2006A揭示藉由丸粒添加在Linz Donawitz轉換器(BOF轉換器)中使鋼脫磷之方法。此文獻集中於藉由在後半段精煉方法中冷卻爐渣來改良轉化-製程中之脫磷。然而，此類方法需要在填裝礦物添加劑及標準冷卻劑之後將丸粒填裝至轉換器中之額外步驟，該步驟增加鋼精煉方法之時間及成本。

文獻美國專利3,771,999揭示藉由使用具有0.5-15% CaCl₂ 、NaCl、KCl及/或NaF₂ 之基於壓塊狀石灰之產物在轉化-製程中脫磷之一些改良。然而，由於對於卵石石灰來說其亦發生，因此此類呈壓塊形式之石灰組合物由於在運輸及操作期間產生細粒而產生至多20%之燃燒石灰之損失。另外，諸如CaCl₂ 、NaCl、KCl及/或NaF₂ 之物質由於由此等物質產生之自爐渣浸出之鹵化物的性質對轉化器之耐火襯裡及環境有害。

Wu Wei及Liu Yue之文獻「The development of calcium ferrite pellets used as dephosphorizing or slagging agents for steelmaking and its application」, Advances in Engineering Research (AER), 第143卷, 第385-389頁揭示在300 t轉化器中填裝平均值為272 t之熱金屬的實驗，其中71 kg/t之熱金屬之爐渣形成材料的量由42 kg/t之熱金屬之活性石灰的量、18 kg/t之熱金屬之白雲石的量及11 kg/t之熱金屬之亞鐵酸鈣丸粒的量產生。爐渣鹼度為2.7且初始磷含量介於0.102與0.130 wt%之間。在此實驗中，逐漸添加石灰、白雲石及亞鐵酸鈣丸粒。在吹送開始時添加三分之二石灰，所有白雲石及二分之一亞鐵酸鈣丸粒。在吹送時間的四分之一之後，添加殘餘石灰且根據吹送情形添加殘餘亞鐵酸鈣丸粒。熱金屬之脫磷率平均為85%，此意謂製程結束時之磷含量應介於0.015 與0.019 wt%之間。在此實驗中，亞鐵酸鈣丸粒之組合物包含在21 與28 wt%之間的CaO當量及35 與45 wt%之間的Fe₂ O₃ 當量。未提及轉換器中使用之糰粒中亞鐵酸一鈣及亞鐵酸二鈣之量。關於如何製造亞鐵酸鈣丸粒之描述不佳。文獻未提及大規模製造亞鐵酸鈣丸粒之任何工業方法。在任何情況下，所有所揭示之亞鐵酸鈣丸粒實例用相對於氧化鈣之過量氧化鐵製造。根據此文獻，看起來丸粒之較佳組合物具有對應於具有良好熔融特性之樣本之3:1之氧化鐵與氧化鈣比率。

本申請人之文獻EP3042965揭示一種用於在精煉製程期間使熔融金屬脫磷之方法，其包含以下步驟： -   用熱金屬及視情況存在之廢料填裝容器； -   以第一石灰組合物填裝該容器； -   將氧氣吹送至該容器中； -   隨著將該第一石灰組合物填裝該容器中形成爐渣； -   使熱金屬脫磷以形成在磷組分中還原之精煉金屬；及 -   排出在磷組分中還原之該精煉金屬； 其特徵在於該第一石灰組合物包含至少一種符合式aCaCO₃ .bMgCO₃ .xCaO.yMgO.uI之第一鈣-鎂化合物， 其中I代表雜質，a、b及u各自為≥0及≤50%之質量分數，x及y各自為≥0及≤100%之質量分數，其中按該至少一種鈣鎂化合物的總重量計，x+y≥50重量%，該至少一種鈣鎂化合物呈顆粒形式，按第一石灰組合物之總重量計，該第一石灰組合物具有呈氧化物形式之大於或等於20重量%之漸增鈣及鎂含量且呈壓坯形式，各壓坯經鈣鎂化合物之經壓製及成形粒子形成，該等壓坯之碎裂試驗指數(Shatter test Index)低於20%且在其中該熱金屬之脫磷步驟導致在磷組分中還原之精煉金屬到達在磷中所還原之精煉金屬展示磷含量按在磷中所還原之精煉金屬之總重量計低於0.02 wt%的程度。根據相同文獻，第一石灰組合物或另一石灰組合物可包含選自由以下各者組成之群的另一化合物：B₂ O₃ 、TiO₂ 、鋁酸鈣、亞鐵酸鈣(諸如Ca₂ Fe₂ O₅ 或CaFe₂ O₄ )、金屬鐵、CaF₂ 、C、一種或數種氧化物，諸如基於鋁之氧化物、基於鐵之氧化物、基於錳之氧化物及其混合物。

本申請人之文獻WO2018007635揭示調整亞鐵酸鈣之生產朝向大多數亞鐵酸一鈣或大多數亞鐵酸二鈣之方法。然而，沒有跡象表明一個相比另一個相更適合於提高脫磷率，且此等相必須以多少數量用於鍊鋼方法中以提高脫磷率。

需要提供一種用於精煉鋼同時改良該鋼之脫磷率的方法。在諸如鍊鋼廠之大規模使用之方法中，甚至小改良可視為顯著的。進一步需要提供一種使用環境友好且可藉由相對簡單且良好控制之方法獲得之爐渣調節劑來精煉鋼的方法。藉由本發明實現彼等目標。

本發明係關於一種如在開頭所提及之用於精煉鋼之方法，其特徵在於爐渣調節劑包含： -   鈣，藉由X射線螢光光譜法量測，其呈相對於該爐渣調節劑之重量至少40 wt%之表示為CaO當量的量。 -   鐵，其呈相對於該爐渣調節劑之重量至少20 wt%、更佳至少30 wt%之表示為氧化鐵Fe₂ O₃ 的量；及 -   亞鐵酸鈣相，其中亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之質量比大於0.5，該等相經與雷特韋德精煉(Rietveld refinement)結合之X射線繞射(XRD)量測； 且其中以等於或大於20 kg/t之金屬裝料之以CaO當量表示的最小量填裝該鈣-鎂化合物且以等於或大於2 kg/t之金屬裝料的最小量、較佳以等於或大於2.5 kg/t、較佳等於或大於3 kg/t、更佳等於或大於3.5 kg/t、詳言之等於或大於4 kg/t之金屬裝料的最小量填裝該爐渣調節劑。

本發明人首次已確立脫磷率、鋼之產量增加與亞鐵酸一鈣與亞鐵酸二鈣之質量比之間的相關性。

脫磷率隨亞鐵酸一鈣之存在而增加。在上文所提及之爐渣調節劑與生石灰之最小比例下，脫磷率可經具有0.5或更大之亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之質量比之爐渣調節劑增加10%。

與US2015/000570對比，即使在單一步驟中執行脫磷時，根據本發明之脫磷率尤其高。當然若希望，則本發明之脫磷亦可在多個脫磷步驟中以變化形式進行，諸如由爐渣移除步驟而分離。

爐渣調節劑較佳呈成形物件之形式，較佳呈壓塊之形式。

根據本發明，術語「壓塊」意謂長橢圓形形狀之壓坯，每壓塊重約5至100 g，刻於扁平或長形橢球體中(「扁旋轉橢球體」或「長旋轉橢球體」)。通常，壓塊具有肥皂塊形狀或描述為「蛋塊」。

根據本發明，該方法包含一些填裝步驟。應理解，填裝步驟之順序可為任何視鍊鋼廠及方法之特異性而定的順序。較佳地，填裝步驟具有以下順序： - 用金屬裝料填裝容器； - 用鈣-鎂化合物填裝該容器； - 用爐渣調節劑填裝該容器。

較佳地，當金屬裝料為諸如熱液體含鐵材料之熱液體金屬時，在填裝熱金屬裝料之該步驟之前預先執行用廢料填裝該容器之步驟，以便防止在將熱金屬倒入容器中時對容器之耐火材料之損害。

較佳地，本發明之爐渣調節劑根據一般言之揭示於文獻WO2018007635中之方法製造，該方法包含以下步驟： -   提供粉狀混合物，其包含： o  至少40 wt%之快速鈣-鎂化合物，其相對於該混合物之重量以CaO+MgO當量表示且具有大於或等於1、較佳大於或等於2、更佳大於或等於3之Ca/Mg莫耳比，該鈣-鎂化合物呈具有小於2 mm之粒度的粒子形式且包含至少20%之具有小於或等於90 μm之粒度之粒子的分率； o  相對於該混合物之重量在20 wt.%與60 wt.%之間、較佳在30 wt.%與50 wt.%之間、較佳在40 wt.%與50 wt.%之間的以Fe₂ O₃ 當量表示之基於鐵之化合物， 該基於鐵之化合物具有以小於100 μm、較佳小於50 μm之中值尺寸d₅₀ 及小於200 μm、較佳小於150 μm、較佳小於130 μm、更佳小於100 μm之粒度分佈d₉₀ 為特徵之粒度分佈且包含相對於基於鐵之化合物之總重量至少50重量%、較佳至少60重量%、更佳至少70重量%、更佳至少80重量%且尤其超過95重量%呈赤鐵礦Fe₂ O₃ 形式之氧化鐵； -   將該粉狀混合物饋入輥壓機， -   在該輥壓機中壓縮該粉狀混合物，該輥壓機之該等輥在輥之周邊處產生在10與100 cm/s之間、較佳在20與80 cm/s之間的線性速度，及在60與160 kN/cm之間、較佳在80與140 kN/cm之間、且甚至更佳在80與120 kN/cm之間的線性壓力，以獲得呈綠色壓塊形式之組合物； -   收集該等綠色壓塊；及 -   在介於3與20分鐘之間、較佳大於或等於5分鐘與小於或等於15分鐘之間的時間期間，在小於或等於1200℃、較佳小於或等於1150℃、更佳小於或等於1100℃、更佳大於或等於900℃之溫度下加熱該等綠色壓塊。

術語「鈣-鎂化合物」在本發明之含義內意謂鈣-鎂化合物，諸如「快速」鈣-鎂化合物、石灰石、白雲岩或其混合物。

術語「快速」鈣-鎂化合物在本發明之意義上意謂化學成分主要為氧化鈣及/或氧化鎂之固體礦物材料。因此在本發明之意義上，「快速」鈣-鎂化合物係指生石灰(鈣石灰)、白雲質生石灰或「快速」煅燒白雲石。「快速」鈣-鎂化合物可含有雜質，較佳小於10 wt%、更佳小於5 wt%。

術語「金屬裝料」在本發明之含義內意謂饋入至轉換器之來自高爐的熱金屬或液態熱金屬，且亦延伸至含有饋入至電弧爐之金屬之裝料或任何種類之含鐵材料，例如，來自高爐之熱金屬、液態熱金屬；廢料；濾塵；鐵礦。

較佳地，加熱綠色壓塊以用於形成爐渣調節劑之步驟在鍋爐中於100 mm厚之壓塊之靜態床上執行。

較佳地，用於供製造爐渣調節劑之方法中之鈣鎂化合物為生石灰。

對於製造本發明中所用之爐渣調節劑，已在上文所提及之鈣鎂-化合物及基於鐵之化合物的量內選擇量。所選量、其粒度測定及對加熱步驟之控制對獲得呈壓塊形式的爐渣調節劑具有較高重要性，該爐渣調節劑包含大量亞鐵酸鈣(亦即相對於壓塊之重量大於30 wt.%且至多50 wt.%，更特定言之，具有大於或等於0.5之亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之質量比)。

以大於40 wt.%之生石灰的量、呈介於40 wt.%與50 wt.%之間的量之赤鐵礦Fe₂ O₃ 形式之氧化鐵的量獲得壓塊中亞鐵酸鈣之較高生產產率。

藉由使用粒度分佈以d₉₀ 小於50 μm為特徵之赤鐵礦及藉由使用粒度分佈小於2 mm之其中至少30 wt%之生石灰的粒度小於90 μm(換言之，d₃₀ 小於90 μm)之經研磨之生石灰來獲得壓塊中亞鐵酸一鈣之較高生產產率。

更佳地，所用生石灰為50 wt%之粒度分佈小於2 mm之生石灰(其中至少30 wt%之生石灰之粒度小於90 μm)與50 wt%之d₁₀₀ 小於90 μm之生石灰的摻合物

甚至更佳地，藉由將加熱步驟控制至1100℃之溫度持續20分鐘來獲得壓塊中亞鐵酸一鈣之較高產率。

藉由此類方法獲得之爐渣調節劑呈碎裂試驗指數小於8%、較佳小於6%、較佳小於4%且甚至更佳較佳小於3%、尤其小於2%之壓塊形式，其適合於運輸及操作用於鍊鋼廠之容器且在運輸期間使細粒之產生減至最少。

在本發明之意義上，術語「碎裂試驗指數」意謂從10 kg之產物開始，從2 m起落下4次之後產生的10 mm以下之細粒之重量百分比。此等細粒藉由從2 m起落下4次之後經由10 mm之正方形篩孔之篩進行篩分來定量。

較佳地，在製造爐渣調節劑之方法中，該壓縮步驟在黏合劑或潤滑劑，更特定言之在選自由以下各者組成之群的黏合劑或潤滑劑存在下進行：礦物來源之黏合劑，諸如水泥、黏土及矽酸鹽；植物或動物來源之黏合劑，諸如纖維素、澱粉、樹膠、海藻酸鹽、果膠、膠；合成來源之黏合劑，諸如聚合物、蠟；液體潤滑劑，諸如礦物油或聚矽氧； 固體潤滑劑，諸如滑石、石墨、石蠟、硬脂酸鹽，尤其硬脂酸鈣、硬脂酸鎂及其混合物，較佳硬脂酸鈣及/或硬脂酸鎂，其含量相對於該等壓塊之總重量在0.1與1重量%之間、較佳在0.15與0.6重量%之間、更佳在0.2與0.5重量%之間。

較佳地，在根據本發明之用於精煉鋼之方法中，以小於或等於15 kg/t之金屬裝料(例如熱金屬)、較佳小於或等於12 kg/t之金屬裝料(例如熱金屬)、更佳小於或等於10 kg/t之金屬裝料(例如熱金屬)的最大量填裝該爐渣調節劑。

將爐渣調節劑之消耗降至最低為有利的。在根據本發明之爐渣調節劑存在下鋼之脫磷之效率允許此類爐渣調節劑之有限消耗。

較佳地，在用於精煉鋼同時改良該鋼之脫磷率之方法中，以小於或等於100 kg/t、較佳小於或等於80 kg/t、更佳小於或等於60 kg/t之金屬裝料(例如，熱金屬)的最大量填裝鈣-鎂化合物。

在根據本發明之方法之一有利實施例中，預見較佳在填裝該爐渣調節劑之前、期間或之後，填裝再循環之爐渣的步驟。實際上，其在一些情況下可適用於能夠再循環之前仍含有鐵及氧化鈣及/或氧化鎂的爐渣，藉此減少待用於精煉方法中之爐渣調節劑之量。

較佳地，熔融精煉鋼在該容器中之溫度藉由添加足以使其不超過1850℃之量的廢料來控制。已以實驗方式見到，可在高於1650℃且甚至在通常對於使鋼脫磷來說視為不利溫度之高於1700℃的溫度下達到熔融鋼之良好脫磷率。

在用於精煉鋼之根據本發明之方法的一更有利實施例中，歸功於上文所提及之經優化數量爐渣調節劑之使用，該方法可甚至在無底部攪拌之情況下進行。通常在轉化容器中施用底部攪拌以使其對鋼之脫磷率具有有益影響。底部攪拌通常藉由使諸如氮氣或氬氣之惰性氣體自配置於容器底部之噴嘴流動來達成。由於底部攪拌插塞上之機械磨損、化學磨損及熱化學應力，需要噴嘴及底部攪拌插塞之週期性維護，其亦涉及鋼生產之停止。在存在及不存在底部攪拌之情況下藉由根據本發明方法所獲得之鋼之脫磷率實質上相同，此意謂藉由根據本發明之方法，不再需要底部攪拌、消耗惰性氣體及維護。換言之，根據本發明，容器之攪拌足以藉由自容器頂部吹送氧氣之方式進行。

較佳地，在吹送氧氣之步驟之前將預定量之該爐渣調節劑引入該容器中。

替代地，在該吹送氧氣之步驟期間將預定量之該爐渣調節劑引入該容器中。

替代地，在形成爐渣之步驟期間，將預定量之該爐渣調節劑引入該容器中。

爐渣調節劑之預定量相對於待添加之爐渣調節劑之總量可小於50重量%。在此類情況下，根據本發明，預見到在沿精煉方法擴展之若干步驟中添加爐渣調節劑。若爐渣調節劑之預定量在吹送氧氣步驟之前、期間或之後待添加，則可在沿精煉方法擴展之一個或多於一個步驟中添加待添加之剩餘量。

有時，將較佳的是預定量對應於待要在精煉方法期間添加之爐渣調節劑之總量。在此類情況下，可在吹送氧氣之前、期間或之後添加總量。

較佳地，該熱金屬包含介於500與1500 ppm之間的初始量之以當量P₂ O₅ 表示之磷。

較佳地，該爐渣調節劑呈現低於1 w%、較佳低於或等於0.9 w%、較佳低於或等於0.75 w%、較佳低於或等於0.6 w%之以SiO₂ 當量表示之SiO₂ 量。

較佳地，爐渣之鹼度介於3與6之間。

在隨附申請專利範圍中提及根據本發明之其他實施例。

本發明之其他特徵及優點將自以下非限制性描述且藉由參考圖式及實例來導出。

根據本發明，執行用於鋼之精煉及脫磷之方法。該方法包含以下步驟： - 用廢料填裝容器； - 用熱金屬填裝該容器； - 用生石灰填裝該容器； - 用爐渣調節劑填裝該容器； - 在該熱金屬上方經由噴槍將氧氣吹送至該容器中； - 允許在作為下相之熔融精煉鋼上方形成作為上相之含有雜質之爐渣；及 - 使該爐渣與該熔融精煉鋼分離。 該方法之特徵在於該爐渣調節劑包含： -   鈣，藉由X射線螢光光譜法量測，其呈相對於該爐渣調節劑之重量至少40 wt%之表示為CaO當量的量。 -   鐵，藉由X射線螢光光譜法量測，其呈相對於該爐渣調節劑之重量介於20 wt%與60 wt%之間、較佳30 wt%與50 wt%之間、更佳40 wt%與50 wt%之間的表示為氧化鐵Fe₂ O₃ 的量； -   亞鐵酸鈣相，其中亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之質量比大於0.5，該等相經與雷特韋德精煉結合之X射線繞射量測。

該方法進一步特徵在於生石灰之最小量等於或大於20 kg/t之金屬裝料(例如熱金屬)且該爐渣調節劑之最小量等於或大於2 kg/t之金屬裝料(例如熱金屬)。

自上文所提及之製造方法獲得爐渣調節劑。

藉由根據上文所描述之製造方法獲得之爐渣調節劑實現根據本發明用於精煉鋼之方法。

實例 1 至 3. - 藉由提供包含相對於混合物之重量62.5 wt%之以CaO當量表示之生石灰量及35.2 wt%之當量Fe₂ O₃ 表示之赤鐵礦及其餘為包括MgO、SiO₂ 、MnO及Al₂ O₃ 之雜質的混合物來獲得爐渣調節劑。

所用生石灰之粒度小於或等於2 mm，其中相對於生石灰之重量至少30 wt%之生石灰粒子之粒度小於或等於90 µm。赤鐵礦之d₉₀ 小於或等於50 µm。

在將混合物壓成塊且在20分鐘期間在1100℃下加熱由此獲得之綠色壓塊之後，爐渣調節劑之所得經煅燒(經熱處理)之壓塊包含相對於爐渣調節劑之重量21.2 wt.%之亞鐵酸一鈣、30.2 wt%亞鐵酸二鈣、1.8 wt%之殘餘量之氧化鐵Fe₂ O₃ 及其餘未反應之生石灰及雜質。

藉由與雷特韋德精煉結合之XRD來量測亞鐵酸一鈣相與亞鐵酸二鈣相以定量該等相。亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之比率為0.7。

對於使用呈壓塊形式成形且經熱處理之爐渣調節劑的三個實例(實例1至3)， 根據本發明之精煉鋼之方法的參數及結果呈現在表1中，該爐渣調節劑進一步包含相對於壓塊之重量21.2 wt%之亞鐵酸一鈣及30.2 wt%之亞鐵酸二鈣。廢料、生石灰、爐渣調節劑之量以kg/t之熱金屬(HM)形式呈現。表 1.-

參數	單位	實例1.-	實例2.-	實例3.-
廢料	Kg/t	237	292	303
生石灰	Kg/t	56	40	56
爐渣調節劑	Kg/t	9	5	10
O2	Nm³/t	54	63	50
O2 流速	Nm³/min	624	650	621
在脫磷之前熱金屬中之元素
C	wt.%	4.4	4.5	4.5
Si	wt.%	0.58	0.31	0.43
Mn	wt.%	0.37	0.31	0.30
P	wt.%	0.091	0.08	0.075
熱金屬之溫度	℃	1342	1328	1365
精煉鋼中之元素
C	wt.%	0.028	0.017	0.031
Si	wt.%	0	0	0
Mn	wt.%	0.14	0.11	0.13
P	wt.%	0.01	0.01	0.008
鋼溫度	℃	1706	1761	1695
爐渣中之Fe	wt.%	16.5	17.7	15.0
爐渣鹼度	-	4	3.5	4.8
底部攪拌效率	%	0	83	0
Lp (爐渣中之P2 O5 之wt.%/鋼中之P之wt.%)	-	226	151	203

表1展示在以公噸熱金屬計少於10 kg之爐渣調節劑及以公噸熱金屬計介於40至60 kg之間的生石灰的情況下，有可能在精煉鋼中獲得小於或等於0.01 wt之磷殘餘量。

在實例1及實例3中，精煉方法在無底部攪拌之情況下進行且與在83%之噴嘴起作用之情況下進行之實例2相比在脫磷方面呈現類似結果。因此有可能在無底部攪拌下實現根據本發明之鋼精煉方法，由此遏制惰性氣體消耗及維護噴嘴及底部攪拌插塞之需求。

表1之結果亦展示甚至在高於1700℃之溫度下亦可實現良好脫磷率。通常在此項技術中避免此類高溫，因為觀測到脫磷效率之降低。因此，藉由在對脫磷無負面影響之情況下允許達成較高出鋼溫度，根據本發明之精煉鋼之方法使在二級冶金製程期間加熱液體鋼之需要減至最少，從而進一步降低生產成本。

比較實例 1 至 3 .- 精煉鋼之方法之三個比較實例在與實例1至3類似之條件下但不使用上文所呈現之爐渣調節劑實現。此等比較實例(比較實例1至3)之參數及結果呈現於表2中。表 2.-

參數	單位	比較實例1	比較實例2	比較實例3
廢料	Kg/t	269	322	327
石灰	Kg/t	62	54	46
O2	Nm³/t	57	63	55
O2流速	Nm³/min	660	680	577
在脫磷之前熱金屬中之元素
C	wt.%	4.5	4.5	4.4
Si	wt.%	0.48	0.37	0.36
Mn	wt.%	0.31	0.31	0.29
P	wt.%	0.083	0.091	0.085
HM溫度	℃	1340	1245	1325
精煉鋼中之元素
C	wt.%	0.027	0.02	0.03
Si	wt.%	0	0	0
Mn	wt.%	0.17	0.15	0.23
P	wt.%	0.018	0.018	0.024
鋼溫度	℃	1635	1673	1700
爐渣中之Fe	wt.%	20.7	22.2	16.8
爐渣鹼度		3.9	4.1	3.5
底部攪拌效率	%	0	16	50
Lp		91	74	66

表2展示用與實例1至3類似量之生石灰及廢料但無爐渣調節劑實現之比較實例呈現較低脫磷率。

比較實例 4 至 6 .- 精煉鋼方法之其他比較實例在與實例1至3類似之條件下實現，但爐渣調節劑由獲自包含粒度小於50 µm之10.4 wt.%之氧化鐵、粒度小於3 mm之85.3 wt.%之生石灰、0.02 wt.%之硬脂酸鈣及其餘雜質的混合物之壓坯替代。

在450 MPa之壓力下用204 mm/s之衝頭之閉合速度及70 ms之保持時間將混合物在旋轉壓機內壓緊。

隨後在1100℃下加熱綠色壓坯持續20分鐘且壓坯包含相對於壓坯之重量5.9 wt%之亞鐵酸一鈣及5.9 wt%之亞鐵酸二鈣。

比較實例6在相較於比較實例4及比較實例5更小之容器中實現。

在比較實例6中，將氧氣流速設定為17 Nm³/min直至吹送結束，且隨後將其設定降至3.6 Nm³/min。此耗氧量之差異與容器之尺寸有關且對鋼精煉方法無影響。

比較實例4至比較實例6(比較實例4至6)之參數及結果呈現於表3中。表 3.-

參數	單位	比較實例4	比較實例5	比較實例6
廢料比率	Kg/t	282	217	131.63
石灰	Kg/t	40	34	32.04
壓坯10% Fe2O3 TT	Kg/t	19	16	4.08
O2	Nm³/t	62	55	51.00
O2流速	Nm³/min	624	620	17.00
	Nm³/t min			3.60
在脫磷之前熱金屬中之元素
C	wt.%	4.4	4.4	3.62
Si	wt.%	0.52	0.56	0.37
Mn	wt.%	0.37	0.38	0.42
P	wt.%	0.082	0.084	0.076
HM溫度	℃	1313	1249
精煉鋼中之元素
C	wt.%	0.022	0.025
Si	wt.%	0	0
Mn	wt.%	0.18	0.18
P	wt.%	0.009	0.009	0.015
鋼溫度	℃	1697	1687	1682
爐渣中之Fe	wt.%	18.5	17.0
爐渣鹼度		3.8	3.5	3至6
底部攪拌效率	%	50	50	100
Lp		172	190

如可自表3看出，用以公噸熱金屬計介於16與19 kg之間的壓坯的量獲得良好脫磷率。然而，當相同壓坯以公噸熱金屬計以類似量用於根據實例2之方法中，脫磷率降低

為了評估亞鐵酸一鈣及亞鐵酸二鈣對脫磷率之影響，已藉由在上述製程中改變呈赤鐵礦形式之氧化鐵的量來製備不同組成之各種爐渣調節劑。

圖1為展示在爐渣調節劑中包括亞鐵酸一鈣及亞鐵酸二鈣之亞鐵酸鈣量隨赤鐵礦形式之氧化鐵量而變之曲線圖，該爐渣調節劑呈壓塊形式成形且根據在1100℃下將生石灰及赤鐵礦壓成塊及加熱持續20分鐘之方法獲得。

圖2為展示隨在爐渣調節劑中亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之質量比的變化而變之在鋼精煉方法中脫磷改良之演變，且其中添加以公噸熱金屬計之介於5與10 kg之間的爐渣調節劑及以公噸熱金屬計之介於40 kg與60 kg之間的生石灰。

如可見，在爐渣調節劑中亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之比率愈高，脫磷改良愈高。因此，重要的是，根據本發明之鋼精煉之方法提供獲自使亞鐵酸一鈣之生產產率最大化的方法之爐渣調節劑。

為了使用以公噸熱金屬計儘可能少量之爐渣調節劑，亞鐵酸一鈣之重量相對於爐渣調節劑之重量的百分比必須儘可能高。

因此，不建議提供獲自加熱混合物(其中氧化鐵相對於氧化鈣為過量)之方法的爐渣調節劑，因為即使亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之比率可能較高，當在加熱步驟之前混合物中氧化鐵之量超過50 wt.%時，亞鐵酸鈣生產之產率仍會大大降低。

此外，藉由根據本發明之方法，已觀測到金屬產率改良。

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。

圖1為展示在爐渣調節劑中包括亞鐵酸一鈣及亞鐵酸二鈣之亞鐵酸鈣量隨赤鐵礦形式之氧化鐵量而變之曲線圖，該爐渣調節劑中以壓塊形式成形且根據在1100℃下將生石灰及赤鐵礦壓成塊及加熱持續20分鐘之方法獲得。

圖2為展示在鋼精煉方法中使用預定量之爐渣調節劑及預定量之生石灰隨亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之質量比而變之脫磷改良之演變的曲線圖。

Claims (12)

1. 一種用於精煉鋼及使鋼脫磷之方法，其包含以下步驟： 用金屬裝料填裝容器； 用鈣-鎂化合物填裝該容器； 用爐渣調節劑填裝該容器； 在該金屬裝料上方經由噴槍將氧氣吹送至該容器中； 允許在作為下相之熔融精煉鋼上方形成作為上相之含有雜質之爐渣； 使該爐渣與該熔融精煉鋼分離； 該方法之特徵在於該爐渣調節劑包含 鈣，藉由X射線螢光光譜法量測，其呈相對於該爐渣調節劑之重量至少40 wt%之表示為CaO當量的量， 鐵，其呈相對於該爐渣調節劑之重量至少20 wt%、更佳至少30 wt%之表示為氧化鐵Fe₂ O₃ 的量；及 亞鐵酸鈣相，其中亞鐵酸一鈣:亞鐵酸二鈣之質量比大於0.5，該等相經與雷特韋德精煉(Rietveld refinement)結合之X射線繞射(XRD)量測；及 在於以等於或大於20 kg/t之金屬裝料之以CaO當量表示的最小量填裝該鈣-鎂化合物且以等於或大於2 kg/t之金屬裝料的最小量填裝該爐渣調節劑。
2. 如請求項1之方法，其中該爐渣調節劑呈成形物件之形式，較佳呈壓塊之形式。
3. 如請求項1或請求項2之方法，其中以小於或等於15 kg/t之金屬裝料、較佳小於或等於12 kg/t之金屬裝料、更佳小於或等於10 kg/t之金屬裝料的最大量填裝該爐渣調節劑。
4. 如前述請求項中任一項之方法，以小於或等於100 kg/t、較佳小於或等於80 kg/t、更佳小於或等於60 kg/t之金屬裝料之以CaO當量表示的最大量填裝該鈣-鎂化合物。
5. 如前述請求項中任一項之方法，其中該熔融精煉鋼在該容器中之溫度藉由添加足以使其不超過1850℃之量的廢料來控制。
6. 如前述請求項中任一項之方法，其進一步包含較佳在填裝該爐渣調節劑之前、期間或之後填裝再循環之爐渣的步驟。
7. 如前述請求項中任一項之方法，其中其在無底部攪拌之情況下進行。
8. 如前述請求項中任一項之方法，其中在吹送氧氣步驟之前將預定量之該爐渣調節劑引入該容器中。
9. 如前述請求項中任一項之方法，其中在該吹送氧氣步驟期間將預定量之該爐渣調節劑引入該容器中。
10. 如前述請求項中任一項之方法，其中在形成該爐渣步驟期間將預定量之該爐渣調節劑引入該容器中。
11. 如前述請求項中任一項之方法，其中該爐渣調節劑呈現低於1 w%、較佳低於或等於0.9 w%、較佳低於或等於0.75 w%，較佳低於或等於0.6 w%的以SiO₂ 當量表示之SiO₂ 量。
12. 如前述請求項中任一項之方法，其中該爐渣具有介於3與6之間的鹼度。

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