TW202041680A - 製鋼礦渣的改質方法以及噴槍 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種藉由改質處理可確保製鋼礦渣的膨脹穩定性、且可抑制改質時的噴槍的損耗的製鋼礦渣的改質方法。一種製鋼礦渣的改質方法，其藉由在熔融狀態的製鋼礦渣中吹入含氧氣體來進行改質，所述方法中，將於金屬製的管的周圍施加有厚度5 mm以上的耐火物的噴槍加以浸漬，於內部溫度為1450℃以上的改質前的製鋼礦渣中吹入含氧氣體。

Description

製鋼礦渣的改質方法以及噴槍
本發明是有關於一種藉由在熔融狀態的製鋼礦渣中吹入含氧氣體來對製鋼礦渣進行改質的製鋼礦渣的改質方法以及於熔融狀態的製鋼礦渣中吹入含氧氣體的噴槍。
自鋼鐵製造中的高爐、預處理製程、轉爐、電爐副產生礦渣（slag）。該些中，將自預處理製程、轉爐、電爐副產生的礦渣稱為製鋼礦渣。於製鋼步驟中，為了去除鐵水及/或鋼液中所含的磷或矽而使用大量的石灰作為副原料。因此，製鋼礦渣中未熔解的石灰、或冷卻時結晶的石灰作為游離CaO（亦稱為游離石灰（free lime）；以下，記載為「f-CaO」）而殘留。
該f-CaO藉由水合反應而成為Ca(OH)2 ，並堆積膨脹為約2倍左右。因此，若包含大量f-CaO的礦渣與水接觸，則礦渣因f-CaO的水合而膨脹崩壞。製鋼礦渣的用途之一有路基材料，但若將包含大量f-CaO的製鋼礦渣用於路基材料中，則產生路基因f-CaO的水合膨脹而隆起的問題。因此，為了減少成為路基隆起的原因的製鋼礦渣中的f-CaO，進行下述（1）、（2）的處理。
（1）老化（aging）處理 所謂老化處理，為藉由水合反應使礦渣中所含的f-CaO變化為Ca(OH)2 而穩定化的方法。老化處理有如下處理：將礦渣露天堆放於場院（yard）來進行的大氣老化處理、與使用水蒸汽促進水合反應的蒸汽老化處理。
（2）改質處理 所謂改質處理，如專利文獻1中所記載般，為藉由在熔融狀態的礦渣中吹入含氧氣體、並且視需要添加包含SiO2 或Al2 O3 的改質材料來使礦渣改質的處理。藉由該改質處理，可使f-CaO改質為並不進行水合膨脹的穩定礦物相。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2004-331449號公報
[發明所欲解決之課題] 所述（1）中，於大氣老化處理中，直至礦渣中的f-CaO穩定化之前，需要幾個月等長的時間。於蒸汽老化處理中，與大氣老化相比，雖可縮短處理時間，但由於使用大量的水蒸汽，因此處理成本增大。進而，該些老化處理是於低溫下進行，因此難以完全消除f-CaO。於所述（2）的改質處理中，雖可減少礦渣中的f-CaO，但若將金屬製的噴槍（lance）或滲鋁（calorizing）管噴槍浸漬於1450℃以上的熔融礦渣中並吹入含氧氣體，則噴槍燃燒並於短時間內燒損。因該噴槍的燒損，處理成本增大。本發明是鑑於此種現有技術而成的發明，其目的在於提供一種製鋼礦渣的改質方法，其藉由改質處理可確保製鋼礦渣的膨脹穩定性、且可抑制改質時的噴槍的損耗。 [解決課題之手段]
解決此種課題的本發明的特徵為如下所述。 （1）一種製鋼礦渣的改質方法，其藉由在熔融狀態的製鋼礦渣中吹入含氧氣體來進行改質，所述製鋼礦渣的改質方法中，將於金屬製的管的周圍施加有厚度5 mm以上的耐火物的噴槍加以浸漬，於內部溫度為1450℃以上的改質前的製鋼礦渣中吹入所述含氧氣體。 （2）如（1）所述的製鋼礦渣的改質方法，其中以所述含氧氣體的氧濃度為20體積%以上、且於所述噴槍的前端部的線速度為30 m/sec以上的方式吹入所述含氧氣體。 （3）如（1）或（2）所述的製鋼礦渣的改質方法，其中所述耐火物並不含有C，包含0.5質量%以上且17.0質量%以下的Mg，並且不含MgO所表示的結晶相。 （4）一種噴槍，其於熔融狀態的製鋼礦渣中吹入含氧氣體，所述噴槍具有：金屬製的管、以及施加至所述金屬製的管的周圍的厚度為5 mm以上的耐火物。 （5）如（4）所述的噴槍，其中所述耐火物並不含有C，包含0.5質量%以上且17.0質量%以下的Mg，並且不含MgO所表示的結晶相。 [發明的效果]
藉由使用本發明的製鋼礦渣的改質方法，噴槍的損耗得到抑制。藉此，可抑制製鋼礦渣的改質處理成本的增大。
以下，藉由本發明的實施形態來說明本發明。圖1是表示可實施本實施形態的製鋼礦渣的改質方法的製鋼礦渣改質設備10的一例的剖面示意圖。製鋼礦渣改質設備10具有：礦渣鍋12、以及噴槍14。礦渣鍋12收容熔融狀態的製鋼礦渣（以後，記載為熔融礦渣18），並將製鋼礦渣維持為熔融狀態。所謂熔融礦渣18，是指液相為70%以上的製鋼礦渣。所謂製鋼礦渣，例如為脫磷製程中副產生的脫磷礦渣、脫碳製程中副產生的脫碳礦渣、預處理製程中副產生的預處理礦渣以及電爐精煉製程中副產生的電爐礦渣。
通過自熔融礦渣18的上方浸漬的噴槍14而將規定量的含氧氣體16吹入熔融礦渣18中。藉由所吹入的含氧氣體16，製鋼礦渣改質為具有膨脹穩定性的製鋼礦渣。於本實施形態中，所謂含氧氣體16，為氧濃度為20體積%以上的氣體，例如為空氣。
含氧氣體16的氧濃度較佳為高。藉由使用氧濃度高的含氧氣體16，可將製鋼礦渣的溫度保持得高。於使用氧濃度為30體積%以上的含氧氣體16時，較佳為將供給含氧氣體16的配管的襯墊（packing）或潤滑脂（grease）設為氧規格，並且將表壓設為小於1 MPa，且於氧配管設置具備火焰消除元件的逆火防止器具。
製鋼礦渣的改質是藉由兩個反應來進行。第一個反應為藉由所吹入的含氧氣體16中所含的氧來使製鋼礦渣中所含的Fe、FeO氧化而生成Fe2 O3 的反應。第二個反應為製鋼礦渣中所含的f-CaO與第一個反應中生成的Fe2 O3 進行反應，生成穩定的化合物即2CaO·Fe2 O3 的反應。如此，藉由將含氧氣體16吹入熔融礦渣18中，使製鋼礦渣中所含的f-CaO成為2CaO·Fe2 O3 ，可改質為具有膨脹穩定性的製鋼礦渣。如此，實施本實施形態的製鋼礦渣的改質方法。
亦可於在製鋼礦渣中吹入氧的同時，添加矽砂或煤灰等SiO2 源或Al2 O3 源。但是，若因添加SiO2 源或Al2 O3 源而製鋼礦渣的溫度降低，則自f-CaO與Fe2 O3 生成2CaO·Fe2 O3 的反應停滯。因此，於添加SiO2 源或Al2 O3 源時，其添加量較佳為於製鋼礦渣每1噸質量中為合計70 kg以下，更佳為合計35 kg以下，進而佳為並不添加。亦可添加金屬Si或金屬Al作為SiO2 源或Al2 O3 源。藉此，製鋼礦渣的溫度降低得到抑制，就成本觀點而言，較佳為於製鋼礦渣每1噸質量中設為合計7 kg以下，進而佳為並不添加。
於吹入規定量的含氧氣體16後，自熔融礦渣18拔出噴槍14，使礦渣鍋12傾轉，自礦渣鍋12排出經改質的熔融礦渣18。所排出的熔融礦渣18是於大氣中冷卻後，藉由破碎與篩分而被製成按照尺寸來篩選的礦渣粒狀材料，並作為路基材料的原料而使用。
收容熔融礦渣18的礦渣鍋12的直徑與深度的比較佳為1：0.25～1：4的範圍內。無論直徑相對於深度的比是大於所述範圍還是小於所述範圍，比表面積均變大而放熱變大，並且構成礦渣鍋12的結構材料的量變多而不經濟，因此欠佳。
噴槍14具有碳鋼製的管20、以及施加至該管20的周圍的厚度5 mm以上的耐火物22。耐火物22只要至少施加至浸漬於熔融礦渣18中的管20的周圍即可。如此，藉由在金屬製的管20的周圍設置厚度5 mm以上的耐火物22，浸漬於熔融礦渣18中時的管20的溫度降低，管20的燒損得到抑制。噴槍14於中心側具有碳鋼製的管20。如此，噴槍14藉由具有金屬製的管20，與僅包含耐火物的噴槍相比，強度提高，噴槍14的折損得到抑制。
耐火物22的施加厚度必須為5 mm以上。出於抑制熔損的目的，耐火物中使用有1 mm以上的骨材，若施加厚度小於5 mm，則骨材偏向存在，局部產生由熔損所致的損耗加劇的部分。藉由使用施加有厚度5 mm的耐火物的噴槍，並且以30 m/sec以上的線速度將含氧氣體16吹入熔融礦渣18中，可利用由含氧氣體16進行的冷卻、與耐火物22的傳熱阻力，將管20的溫度維持為800℃以下。藉由以30 m/sec以上的線速度將含氧氣體16吹入熔融礦渣18中，即便於遠離噴槍前端的位置，亦會產生使製鋼礦渣中所含的Fe、FeO氧化而生成Fe2 O3 的反應（該反應為發熱反應），因此，噴槍前端附近的該反應的比率降低，可降低噴槍前端的溫度。耐火物22的施加厚度可為100 mm以下。
關於管20，雖示出了為碳鋼製的例子，但並不限於此。亦可使用不鏽鋼系耐熱鋼或Ni基耐熱合金的管來代替碳鋼製的管20。藉此，即便為要改質的熔融礦渣18的量多、含氧氣體16的吹入時間變長的情況、或熔融礦渣18的溫度超過1600℃的情況，亦不會產生彎曲損傷。
於圖1所示的例子中，示出了管20為單層管的例子，但管20亦可為雙層管。藉由將管20設為雙層管，且使外周側的含氧氣體16的線速度快於內周側的含氧氣體16的線速度，可抑制被吹入熔融礦渣18後的氣體的線速度上升，可於不產生熔融礦渣的飛散的情況下使管20的溫度降低。進而，亦可使自雙層管的外周側吹入的含氧氣體的氧濃度低於自內管側吹入的含氧氣體的氧濃度，來抑制氧化所致的損耗。
於管20的周圍施加的耐火物22較佳為使用不含C的耐火物。若耐火物包含C，則耐火物22的耐用性因C的氧化而降低，因此欠佳。進而，較佳為使用不含MgO所表示的結晶相的耐火物，即，使用包含經尖晶石化的MgO且不含未尖晶石化的MgO的耐火物。未尖晶石化的MgO藉由水合反應而膨脹，因此若所調配的MgO自耐火物丟失而混入熔融礦渣18中，則該MgO助長製鋼礦渣的水合膨脹，因此欠佳。另一方面，經尖晶石化的MgO不僅不會產生水合膨脹，而且熔點高、耐火性優異，因此經尖晶石化的MgO較佳為以Mg的換算值計而於耐火物22中包含0.5質量%以上。
此處，尖晶石的理論組成中的Mg的換算值為17.0質量%，因此若以包含經尖晶石化的MgO為前提，則耐火物22中所含的Mg的含量為17.0質量以下。因此，耐火物22較佳為包含0.5質量%以上且17.0質量%以下的Mg。
含氧氣體16於噴槍14的前端部的線速度較佳為30 m/sec以上且120 m/sec以下。藉由將含氧氣體16於噴槍14的前端部的線速度設為30 m/sec以上且120 m/sec以下，即便為熔融礦渣18的量多、含氧氣體16的吹入時間為15分鐘以上的情況、及熔融礦渣18的溫度超過1600℃的情況，亦可不產生彎曲損傷地使用廉價的碳鋼製的管20。含氧氣體16的線速度可藉由改變噴槍14的內徑及根數來進行調整。
另一方面，若噴槍14的前端部的含氧氣體16的線速度小於30 m/sec，則熔融礦渣18與氧的反應位置偏靠於噴槍14附近，製鋼礦渣的改質效率降低。進而，若含氧氣體16的線速度小於30 m/sec，則噴槍14附近的溫度因氧化反應而上升，產生噴槍14的損耗加劇的擔憂，因此欠佳。
若噴槍14的前端部的含氧氣體16的線速度快於120 m/sec，則含氧氣體16於未反應的狀態下在熔融礦渣18內前進的距離變長，製鋼礦渣的改質效率降低，因此欠佳。進而，若使含氧氣體16的線速度快於120 m/sec，則需要增大礦渣鍋12以免含氧氣體16直接撞擊礦渣鍋12而損傷礦渣鍋12，因此欠佳。進而，若使含氧氣體16的線速度快於120 m/sec，則熔融礦渣18的飛散量亦變多，因此欠佳。
吹入含氧氣體16的改質前的熔融礦渣18的內部溫度必須為1450℃以上。藉由將熔融礦渣18的內部溫度設為1450℃以上而熔融礦渣18流動，並且藉由吹入含氧氣體16而熔融礦渣18被攪拌，因此可有效地進行熔融礦渣18的改質反應。另一方面，若使改質前的熔融礦渣18的內部溫度小於1450℃，則熔融礦渣18的流動性降低，無法有效地進行製鋼礦渣的改質反應。熔融礦渣18的內部溫度較佳為1650℃以下。另一方面，若熔融礦渣18的內部溫度高於1650℃，則噴槍14的損耗加劇，因此欠佳。熔融礦渣18的內部溫度可藉由吹入的含氧氣體16的量來調整。熔融礦渣18的內部溫度是使熱電偶等溫度計自熔融礦渣18的表面向內部側浸漬100 mm以上來測定。於熔融礦渣18流動而表面經更新時，表面溫度與內部溫度的差小，因此亦可利用紅外線溫度計等非接觸式溫度計對熔融礦渣18的表面溫度進行測定，並將該溫度設為內部溫度。於使用紅外線溫度計時，所顯示的溫度因熔融礦渣18的輻射率而發生變化，因此可預先同時使用熱電偶等溫度計與紅外線溫度計對溫度進行測定，以所顯示的值一致的方式來設定輻射率。
圖2是表示可實施本實施形態的製鋼礦渣的改質方法的製鋼礦渣改質設備10的一例的剖面示意圖。如圖2所示般，為了提高熔融礦渣18的攪拌效率、或噴槍14的耐用性，亦可於使噴槍14自鉛垂方向傾斜的狀態下吹入含氧氣體16。
圖3是可實施本實施形態的製鋼礦渣的改質方法的另一製鋼礦渣改質設備30的剖面示意圖。於圖3所示的例子中，對與圖1共通的要素標註相同的參照編號並省略重覆說明。如圖3所示般，亦可於礦渣鍋12的上方設置蓋狀的防熱/防飛散板40。藉此，飛散到礦渣鍋12的周圍的礦渣量變少。藉由設置防熱/防飛散板40，亦可獲得如下效果：減少來自熔融礦渣18的上表面的熱輻射，抑制熔融礦渣的溫度降低。 實施例
對按照以下順序進行含氧氣體的吹入並進行製鋼礦渣的改質的實施例進行說明。自轉爐將約10 t的熔融礦渣排出到礦渣鍋中，將該礦渣鍋搬送到噴槍位置。將內徑21.6 mm～67.9 mm的噴槍3根～5根浸漬於熔融礦渣中，流通規定流量的約30體積%的含氧氣體，進行製鋼礦渣的改質。所使用的噴槍是於碳鋼製的管的周圍以規定厚度施加有耐火物的噴槍。所施加的耐火物的組成為Al2 O3 ：95.3質量%、MgO：0.5質量%、CaO：0.3質量%、SiO2 ：3.4質量%，其他為不可避免的雜質。
改變含氧氣體的氧濃度、流量、吹入時間、線速度、耐火物厚度，進行製鋼礦渣的改質。含氧氣體的吹入結束後，使噴槍上升，將氣體流量設為0。將礦渣鍋搬送到傾轉位置，使礦渣鍋傾轉，對熔融礦渣進行排渣，並於大氣中進行冷卻。
測定改質後的噴槍長度，根據改質前的噴槍長度算出損耗量，並根據該損耗量與吹入時間算出噴槍損耗速度。於噴槍的一部分產生燒損或熔損的情況下，將損耗最嚴重的部分、即噴槍浸漬於熔融礦渣中時噴出氣體的部分作為噴槍前端來評價改質後的噴槍長度。將發明例以及比較例的改質條件及結果示於下述表1中。
[表1]
  氧濃度 噴槍內徑 流量 吹入時間 線速度 熔融礦渣溫度 耐火物厚度 噴槍根數 噴槍損耗速度 膨脹穩定性
(體積%) (mm) (Nm3 /min) (min) (m/sec) (℃) (mm) (根) (mm/min)
發明例1 50 27.6 5.4 37 30 1450～1580 15 5 6 ○
發明例2 50 27.6 7.2 28 40 1450～1580 10 5 8 ○
發明例3 20 35.7 15.0 33 50 1450～1580 5 5 3 ○
發明例4 100 21.6 4.0 26 60 1450～1580 10 3 2 ○
發明例5 30 67.9 21.7 15 25 1450～1580 10 4 21 ○
比較例1 20 67.9 21.7 23 20 1450～1580 0 5 32 ○
如表1所示般，於發明例1～發明例5及比較例1全部中，可將製鋼礦渣改質為膨脹穩定性優異的製鋼礦渣。另一方面，將耐火物的施加厚度設為5 mm以上的發明例1～發明例5的噴槍損耗速度慢於耐火物的施加厚度為0 mm的比較例1的噴槍損耗速度。根據該結果，確認到：藉由將耐火物的施加厚度設為5 mm以上，可抑制噴槍的損耗。如此，若可抑制噴槍的損耗，則噴槍的耐用性提高，噴槍的更換頻率變低，因此可抑制製鋼礦渣的改質處理成本的增大。
進而，將含氧氣體的噴槍前端的線速度設為30 m/sec以上的發明例1～發明例4的噴槍損耗速度慢於含氧氣體的噴槍前端的線速度為25 m/sec的發明例5的噴槍損耗速度。根據該結果，確認到：藉由將含氧氣體的噴槍前端的線速度設為30 m/sec以上，可進一步抑制噴槍的損耗。如此，若可進一步抑制噴槍的損耗，則噴槍的更換頻率進一步變低，因此可進一步抑制製鋼礦渣的改質處理成本的增大。
10:製鋼礦渣改質設備 12:礦渣鍋 14:噴槍 16:含氧氣體 18:熔融礦渣 20:管 22:耐火物 30:製鋼礦渣改質設備 40:防熱/防飛散板
圖1是表示可實施本實施形態的製鋼礦渣的改質方法的製鋼礦渣改質設備10的一例的剖面示意圖。 圖2是表示可實施本實施形態的製鋼礦渣的改質方法的製鋼礦渣改質設備10的一例的剖面示意圖。 圖3是可實施本實施形態的製鋼礦渣的改質方法的另一製鋼礦渣改質設備30的剖面示意圖。
10:製鋼礦渣改質設備
12:礦渣鍋
14:噴槍
16:含氧氣體
18:熔融礦渣
20:管
22:耐火物

Claims (5)

  1. 一種製鋼礦渣的改質方法，其藉由在熔融狀態的製鋼礦渣中吹入含氧氣體來進行改質，所述製鋼礦渣的改質方法中， 將於金屬製的管的周圍施加有厚度5 mm以上的耐火物的噴槍加以浸漬，於內部溫度為1450℃以上的改質前的製鋼礦渣中吹入所述含氧氣體。
  2. 如請求項1所述的製鋼礦渣的改質方法，其中以所述含氧氣體的氧濃度為20體積%以上、且於所述噴槍的前端部的線速度為30 m/sec以上的方式吹入所述含氧氣體。
  3. 如請求項1或2所述的製鋼礦渣的改質方法，其中所述耐火物並不含有C，包含0.5質量%以上且17.0質量%以下的Mg，並且不含MgO所表示的結晶相。
  4. 一種噴槍，其於熔融狀態的製鋼礦渣中吹入含氧氣體，所述噴槍具有： 金屬製的管、以及施加至所述金屬製的管的周圍的厚度為5 mm以上的耐火物。
  5. 如請求項4所述的噴槍，其中所述耐火物並不含有C，包含0.5質量%以上且17.0質量%以下的Mg，並且不含MgO所表示的結晶相。
TW109114087A 2019-05-10 2020-04-28 製鋼礦渣的改質方法以及噴槍 TWI743762B (zh)

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