TW202235630A

TW202235630A - 煉鋼用脫硫劑的製備方法

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Publication number: TW202235630A
Application number: TW110107819A
Authority: TW
Inventors: 吳威德; 林啟明; 張維迪; 張育恩; 沈峻名
Original assignee: 國立中興大學
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-09-16
Also published as: TWI762226B

Abstract

一種煉鋼用脫硫劑的製備方法，包含以下步驟：步驟(a)，將氧化鈣與三氧化二鋁混合，並依序進行熔融處理及冷卻處理，形成包含七鋁酸十二鈣的鋁酸鈣組分；及，步驟(b)，將該鋁酸鈣組分、精煉渣、氧化鈣、氧化鎂及氟化鈣進行混合處理，形成包含七鋁酸十二鈣、氧化鈣、二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鎂及氟化鈣的煉鋼用脫硫劑。以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，氧化鈣、二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鎂及氟化鈣的總含量依序為45至60wt%、5至15wt%、15至30wt%、0至10wt%，及5至15wt%。由本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法所製得的煉鋼用脫硫劑具有80%以上的脫硫率的優點。

Description

煉鋼用脫硫劑的製備方法

本發明是有關於一種脫硫劑的製備方法，特別是指一種使用鋁酸鈣組分及精煉渣的煉鋼用脫硫劑的製備方法。

由於鋼鐵的用途日益廣泛，致使對鋼鐵性能的要求也日漸提高，而要使鋼鐵性能提升的關鍵技術之一是使鋼液的純淨度提升，尤其是降低該鋼液中的硫含量，因此，如何降低鋼液中的硫含量為廣泛被研究的議題。一般來說，降低鋼液中的硫含量的方法大多是利用脫硫劑來進行。

中華民國專利公告第602925號揭示一種煉鋼用脫硫劑及脫硫劑的製備方法。該脫硫劑包含30~50重量份的精煉渣(refining slag)及50~70重量份的補充材。該精煉渣包括氧化鈣、氧化矽、氧化鋁、氧化鎂及氟化鈣，而該補充材包括氧化鈣、氧化鋁及氧化矽。該脫硫劑的製備方法是將該精煉渣與該補充材進行混合，接著，升溫至該精煉渣與該補充材完全熔融液化，然後，冷卻至室溫。

雖該專利案的脫硫劑的製備方法能夠生產出對一鋼液進行20分鐘的脫硫處理後具有57.6~77.5%的脫硫率的脫硫劑，然而，面對現今對鋼鐵性能的要求日益增長下，該脫硫率仍不符合鋼鐵業所需。

因此，本發明的目的，即在提供一種能夠製備出具有80%以上的脫硫率的煉鋼用脫硫劑的煉鋼用脫硫劑的製備方法。

於是，本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法，包含以下步驟：步驟(a)，將氧化鈣(CaO)與三氧化二鋁(A1 ₂O ₃)混合，並依序進行熔融處理及冷卻處理，形成包含七鋁酸十二鈣的鋁酸鈣組分；及，步驟(b)，將該鋁酸鈣組分、精煉渣、氧化鈣、氧化鎂(MgO)及氟化鈣(CaF ₂)進行混合處理，形成包含七鋁酸十二鈣、氧化鈣、二氧化矽(SiO ₂)、三氧化二鋁、氧化鎂及氟化鈣的煉鋼用脫硫劑。以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該氧化鈣的總含量範圍為45wt%至60wt%、該二氧化矽的總含量範圍為5wt%至15wt%、該三氧化二鋁的總含量範圍為15wt%至30wt%、該氧化鎂的總含量範圍為0wt%至10wt%，及該氟化鈣的總含量範圍為5wt%至15wt%。

本發明的功效在於：透過該鋁酸鈣組分、氧化鈣、氧化鎂及氟化鈣與精煉渣混合，本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法能夠使該精煉渣得以回收再利用，同時，還能夠製備出具有80%以上的脫硫率的煉鋼用脫硫劑。

本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法包含以下步驟：步驟(a)，將氧化鈣與三氧化二鋁混合，並依序進行熔融處理及冷卻處理，形成包含七鋁酸十二鈣的鋁酸鈣組分；步驟(b)，將該鋁酸鈣組分、精煉渣、氧化鈣、氧化鎂及氟化鈣進行混合處理，形成包含七鋁酸十二鈣、氧化鈣、二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鎂及氟化鈣的煉鋼用脫硫劑，且以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該氧化鈣的總含量範圍為45wt%至60wt%、該二氧化矽的總含量範圍為5wt%至15wt%、該三氧化二鋁的總含量範圍為15wt%至30wt%、該氧化鎂的總含量範圍為0wt%至10wt%，及該氟化鈣的總含量範圍為5wt%至15wt%。

以下將就本發明內容進行詳細說明。

＜步驟(a)＞

在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，以該氧化鈣與該三氧化二鋁的總量為100wt%計，該氧化鈣的含量範圍為40wt%至60wt%。在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，以該氧化鈣與該三氧化二鋁的總量為100wt%計，該三氧化二鋁的含量範圍為40wt%至60wt%。

[熔融處理]

在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，該熔融處理的溫度範圍為1400℃以上。

[碎化處理]

在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，還包含對該鋁酸鈣組分進行碎化處理，形成經碎化的鋁酸鈣組分。在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，該經碎化的鋁酸鈣組分的粒徑範圍為0.3mm至1mm。

＜步驟(b)＞

在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該鋁酸鈣組分的七鋁酸十二鈣的含量範圍為35wt%至50wt%。

在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法中，使用該精煉渣來製備煉鋼用脫硫劑，能夠使得精煉渣得以回收再利用，從而減少精煉渣對環境的污染，同時，減少鋼鐵廠的精煉渣的廢棄物處理成粉，再者，目前脫硫劑中大多會含有氧化鈣，而精煉渣本身亦含有氧化鈣，因此，能夠降低脫硫劑中使用新鮮的氧化鈣的使用量，從而降低脫硫劑的成本。在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該精煉渣的含量範圍為30wt%至50wt%。

在本發明中，該七鋁酸十二鈣含有氧化鈣且該精煉渣也含有氧化鈣，同時，於步驟(b)中還添加氧化鈣，基於此，該煉鋼用脫硫劑的氧化鈣的總含量包含該七鋁酸十二鈣的氧化鈣的含量、該精煉渣的氧化鈣的含量，及於步驟(b)中的氧化鈣的含量。

在本發明中，該七鋁酸十二鈣含有三氧化二鋁且該精煉渣也含有三氧化二鋁，基於此，該煉鋼用脫硫劑的三氧化二鋁的總含量包含該七鋁酸十二鈣的三氧化二鋁的含量及該精煉渣的三氧化二鋁的含量。

為使該煉鋼用脫硫劑能夠直接投入鋼液中，以縮短投入時間及提升操作便利性，在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，還包含在步驟(b)的混合處理後進行壓碇處理。

[壓碇處理]

在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，該壓碇處理的時間為90秒。為使本發明煉鋼用脫硫劑於一公尺高度掉落後不會碎裂，在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，在該壓碇處理的時間為90秒時，該壓碇處理的壓力範圍為2t/cm ²至3t/cm ²。

為能夠有利於該壓碇處理的進行，以製備出能夠在被搬運過程中不會破碎的塊狀煉鋼用脫硫劑，在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，還包含在該步驟(b)中，加入黏著劑，進行該混合處理。該黏著劑例如但不限於矽酸鈉或氫氧化鈣(俗稱消石灰)等。為減少該黏著劑對該煉鋼用脫硫劑中的成分產生不必要的影響，在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，該黏著劑為氫氧化鈣。在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該黏著劑的含量範圍為1wt%至5wt%。

[乾燥處理]

為使本發明煉鋼用脫硫劑的含水量能夠低於1.5wt%，以利用煉鋼中使用，在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，還包含在該壓碇處理後進行乾燥處理。在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，該乾燥處理是利用加熱來進行。在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，該乾燥處理的溫度範圍為110℃至120℃，且時間範圍為0.5小時至1小時。

＜煉鋼用脫硫劑＞

一般回收的精煉渣大多含有不利於降低鋼液中硫含量的矽酸二鈣(Ca ₂SiO ₄，簡稱C ₂S)成分，而在本發明中，透過該鋁酸鈣組分、氧化鈣、氧化鎂及氟化鈣與精煉渣混合，以至於所獲得的煉鋼用脫硫劑不包含矽酸二鈣，致使本發明煉鋼用脫硫劑的脫硫率不會受含有矽酸二鈣的精煉渣影響，基於此，在本發明中，能夠選用含有矽酸二鈣的精煉渣，致使含有矽酸二鈣的精煉渣得以被回收再利用。

在本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的一些實施態樣中，以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該氧化鈣的總含量範圍為47wt%至53wt%、該二氧化矽的總含量範圍為6wt%至11wt%、該三氧化二鋁的總含量範圍為22wt%至30wt%、該氧化鎂的總含量範圍為2wt%至5wt%，及該氟化鈣的總含量範圍為7wt%至12wt%。

由於本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法能夠獲得不包含矽酸二鈣的煉鋼用脫硫劑，且該煉鋼用脫硫劑對含有硫的鋼液進行脫硫處理的過程中還會產生七鋁酸十二鈣，因而更有助於提升脫硫率。

本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

實施例1 煉鋼用脫硫劑的製備方法

將49wt%的氧化鈣與51wt%的三氧化二鋁混合，並加熱至1400℃，使該氧化鈣與該三氧化二鋁呈熔融狀態，然後，冷卻至室溫，形成42克且包含七鋁酸十二鈣的鋁酸鈣組分，接著，將該鋁酸鈣組分進行碎化處理，形成粒徑尺寸為0.3mm至1mm的粉末狀鋁酸鈣組分。

將該粉末狀鋁酸鈣組分、30克的精煉渣(來源：台灣電弧爐鋼鐵廠的精煉渣；具有矽酸二鈣晶相；成分：0.6wt%的硫、51.3wt%的CaO、23.1wt%的SiO ₂、15.0wt%的MgO、7.0wt%的A1 ₂O ₃，及3.0wt%的CaF ₂)、6克的氧化鈣、8克的氟化鈣及4.3克的氫氧化鈣進行混合處理，形成煉鋼用脫硫劑，接著，將該煉鋼用脫硫劑置於一台壓碇機(廠牌：新冀機械有限公司；型號：02OPM-1001)的一個模具中進行壓碇處理，形成塊狀煉鋼用脫硫劑粗胚，其中，該壓碇處理的壓力為2t/cm ²至3t/cm ²，且時間為90秒。

將該塊狀煉鋼用脫硫劑粗胚放入一台溫度設定在110℃至120℃的烘箱中進行30分鐘的乾燥處理，獲得89.4克的塊狀煉鋼用脫硫劑。

實施例2

將49wt%的氧化鈣與51wt%的三氧化二鋁混合，並加熱至1400℃，使該氧化鈣與該三氧化二鋁呈熔融狀態，然後，冷卻至室溫，形成40克且包含七鋁酸十二鈣的鋁酸鈣組分，接著，將該鋁酸鈣組分進行碎化處理，形成粒徑尺寸為0.3mm至1mm的粉末狀鋁酸鈣組分。

將該末狀鋁酸鈣組分、40克的精煉渣(來源：台灣電弧爐鋼鐵廠的精煉渣；具有矽酸二鈣晶相；成分： 0.7wt%的硫、53.7wt%的CaO、16.1wt%的SiO ₂、4.9wt%的MgO、16.5wt%的A1 ₂O ₃，及8.1wt%的CaF ₂)、4.6克的氧化鈣、4克的氟化鈣、2克的氧化鎂，及4.0克的氫氧化鈣進行混合處理，形成煉鋼用脫硫劑，接著，將該煉鋼用脫硫劑置於一台壓碇機(廠牌：新冀機械有限公司；型號： 02OPM-1001)的一個模具中進行壓碇處理，形成塊狀煉鋼用脫硫劑粗胚，其中，該壓碇處理的壓力為2t/cm ²至3t/cm ²，且時間為90秒。

將該塊狀煉鋼用脫硫劑粗胚放入一台溫度設定在110℃至120℃的烘箱中進行30分鐘的乾燥處理，獲得83.8克的塊狀煉鋼用脫硫劑。

實施例3

將49wt%的氧化鈣與51wt%的三氧化二鋁混合，並加熱至1400℃，使該氧化鈣與該三氧化二鋁呈熔融狀態，然後，冷卻至室溫，形成45克且包含七鋁酸十二鈣的鋁酸鈣組分，接著，將該鋁酸鈣組分進行碎化處理，形成粒徑尺寸為0.3mm至1mm的粉末狀鋁酸鈣組分。

將該粉末狀鋁酸鈣組分、35克的精煉渣(來源：台灣電弧爐鋼鐵廠的精煉渣；具有矽酸二鈣晶相；成分： 0.6wt%的硫、57.4wt%的氧化鈣CaO、23.9wt%的SiO ₂、5.8wt%的MgO、4.0wt%的A1 ₂O ₃，及8.3wt%的CaF ₂)、2克的氧化鈣、4克的氟化鈣、2克的氧化鎂，及4.4克的氫氧化鈣進行混合處理，形成煉鋼用脫硫劑，接著，將該煉鋼用脫硫劑置於一台壓碇機(廠牌：新冀機械有限公司；型號：02OPM-1001)的一個模具中進行壓碇處理，形成塊狀煉鋼用脫硫劑粗胚，其中，該壓碇處理的壓力為2t/cm ²至3t/cm ²，且時間為90秒。

將該塊狀煉鋼用脫硫劑粗胚放入一台溫度設定在110℃至120℃的烘箱中進行30分鐘的乾燥處理，獲得91.5克的塊狀煉鋼用脫硫劑。

評價項目

物相分析：將3克至5克實施例1至3的煉鋼用脫硫劑置於X-ray繞射儀(廠牌：Brukers；型號：D8 Advance ECO X；參數條件：加速電壓為40kV、功率為1000W，且量測角度為20度至80度)中進行量測，且結果如圖1至圖3所示。

脫硫率(單位：%)量測：將30克實施例1至3的煉鋼用脫硫劑置於容置有1000克的鋼液(含有0.0307wt%的硫)的精煉爐中，且脫除該精煉爐中的氧氣，然後，進行脫硫處理，且於10分鐘、15分鐘及20分鐘利用碳硫分析儀(廠牌：HORIBA；型號：EMIA-920V2)量測該鋼液中的硫的含量(單位：wt%)，其中，該脫硫處理的溫度為1600℃，且氧氣分壓為小於20ppm。該脫硫率=[(0.0307－不同時間下的硫含量)/0.0307]×100%。

表1

	成分	實施例1	實施例2	實施例3
煉鋼用脫硫劑	CaO (wt%)	48.9	50.77	50.3
SiO ₂(wt%)	8.08	8.02	9.5
MgO (wt%)	5.24	4.93	4.6
Al ₂O ₃(wt%)	27.41	27.27	27.7
CaF (wt%)	10.37	9.01	7.9
脫硫率 (%)	10分鐘	76.9	79.8	76.5
15分鐘	78.8	81.4	80.8
20分鐘	80.7	82.7	83.4
各成分含量(wt%)：[各成分的含量/(氧化鈣、二氧化矽、氧化鎂、三氧化二鋁、氟化鈣的總量和)]×100%。

由表1的實驗數據可知，本發明煉鋼用脫硫劑對該鋼液進行20分鐘的脫硫處理後，能夠達到80.7%~83.4%的脫硫率，此表示本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法確實能夠製備出具有高脫硫率的煉鋼用脫硫劑。

此外，由圖1至圖3可知，本發明煉鋼用脫硫劑對含有硫的鋼液進行脫硫處理後的物相組成包含組成為Ca ₁₂Al ₁₄F ₂O ₃₂的成分、組成為Ca ₅A _l6O ₁₄的成分及組成為Ca ₃SiO ₅的成分，但不包含矽酸二鈣，因此，本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法確實能夠選用含有矽酸二鈣的精煉渣，致使含有矽酸二鈣的精煉渣得以被回收再利用。

綜上所述，透過該鋁酸鈣組分、氧化鈣、氧化鎂及氟化鈣與精煉渣混合，本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法能夠使該精煉渣得以回收再利用，同時，還能夠製備出具有80%以上的脫硫率的煉鋼用脫硫劑，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是X-ray繞射光譜圖，說明本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的實施例1所獲得的煉鋼用脫硫劑對含有硫的鋼液進行脫硫處理後的物相組成；圖2是X-ray繞射光譜圖，說明本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的實施例2所獲得的煉鋼用脫硫劑對含有硫的鋼液進行脫硫處理後的物相組成；及圖3是X-ray繞射光譜圖，說明本發明煉鋼用脫硫劑的製備方法的實施例3所獲得的煉鋼用脫硫劑對含有硫的鋼液進行脫硫處理後的物相組成。

無。

Claims

一種煉鋼用脫硫劑的製備方法，包含以下步驟：步驟(a)，將氧化鈣與三氧化二鋁混合，並依序進行熔融處理及冷卻處理，形成包含七鋁酸十二鈣的鋁酸鈣組分；及步驟(b)，將該鋁酸鈣組分、精煉渣、氧化鈣、氧化鎂及氟化鈣進行混合處理，形成包含七鋁酸十二鈣、氧化鈣、二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鎂及氟化鈣的煉鋼用脫硫劑，且以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該氧化鈣的總含量範圍為45wt%至60wt%、該二氧化矽的總含量範圍為5wt%至15wt%、該三氧化二鋁的總含量範圍為15wt%至30wt%、該氧化鎂的總含量範圍為0wt%至10wt%，及該氟化鈣的總含量範圍為5wt%至15wt%。
如請求項1所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，其中，在步驟(a)中，以該氧化鈣與該三氧化二鋁的總量為100wt%計，該氧化鈣的含量範圍為40wt%至60wt%。
如請求項1所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，其中，在步驟(a)中，該熔融處理的溫度範圍為1400℃以上。
如請求項1所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，還包含在步驟(a)中，於該冷卻處理後進行碎化處理。
如請求項1所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，其中，以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該精煉渣的含量範圍為30wt%至50wt%。
如請求項1所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，還包含在步驟(b)的混合處理後依序進行壓碇處理。
如請求項6所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，其中，該壓碇處理的壓力範圍為2t/cm ²至3t/cm ²。
如請求項7所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，其中，該壓碇處理的時間為90秒。
如請求項6所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，還包含在該步驟(b)中，加入黏著劑，進行該混合處理。
如請求項9所述的煉鋼用脫硫劑的製備方法，其中，以該煉鋼用脫硫劑的總量為100wt%計，該黏著劑的含量為1wt%至5wt%。