TW202315956A

TW202315956A - 煉鋼脫氧除渣劑與其製備方法

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Publication number: TW202315956A
Application number: TW110137204A
Authority: TW
Inventors: 洪熒鑫; 廖宴青
Original assignee: 釔銪鑫應用材料有限公司
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2023-04-16
Also published as: TWI786870B

Abstract

一種煉鋼脫氧除渣劑的製備方法，包含以下步驟：將一助磨劑與提煉鋁的冶煉過程中產生的一含鋁組成物混合，並進行一研磨步驟，該含鋁組成物為鋁渣、鋁渣灰、鋁灰或鋁集塵灰的至少一種，該助磨劑選自多元醇、硬酯酸、硬酯酸鹽、醇胺類所組成的群組中的至少一種或多種的任意組合，該研磨步驟用以使該助磨劑包覆該含鋁組成物鋁渣或該鋁灰的表面，以形成一安定化組成物；以及，進行一表面改性步驟，將該安定化組成物與一偶聯劑混合，以形成一煉鋼脫氧除渣劑。

Description

煉鋼脫氧除渣劑與其製備方法

本發明係關於一種煉鋼脫氧除渣劑及其製備方法，改質劑為含有安定化鋁渣、鋁渣灰、鋁灰或鋁集塵灰的組成物。

鋁為高活性金屬，在提煉鋁的冶煉過程中會伴隨著氧化反應的發生，再加上原料中含有機物等雜質進而導致鋁渣的產生。鋁渣中的主要成分由氧化鋁、金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁、氧化矽及部分鹽類所組成，在鋁的一次冶煉生成的鋁渣稱作一次鋁渣灰，其含有40%~50%具回收價值的金屬鋁，所以會再次進行回收程序，經分離過後呈現粉末狀的鋁渣則稱為二次鋁渣灰，後續可繼續以球磨的方式，依據二次鋁渣灰中各成分物性的不同，在球磨後以篩網分離的方法將金屬鋁從二次鋁渣灰中分離出來，而殘留的混合物則稱為鋁灰，經過袋式集塵設備捕捉粉塵，稱為鋁集塵灰。

即使是透過上述處理方式獲得的含鋁組成物(鋁渣、鋁渣灰、鋁灰或鋁集塵灰)，仍然富含著金屬鋁、氧化鋁、氮化鋁、矽等成分，但要將含鋁組成物作資源化應用，就需要考慮上述成分作為活性成分時會有失活的可能性，其中，氮化鋁極容易與環境中的水或是潮濕空氣進行化學反應，釋放出氨氣、氮、甲烷等氣體，影響其應用範圍。

本發明提供一種經回收的含鋁組成物製成煉鋼脫氧除渣劑的製備方法，包含以下步驟：將一助磨劑與提煉鋁的冶煉過程中產生的一含鋁組成物混合，並進行一研磨步驟，該含鋁組成物為鋁渣、鋁渣灰、鋁灰或鋁集塵灰的至少一種，該助磨劑選自多元醇、不飽和脂肪酸、硬酯酸鹽、醇胺類所組成的群組中的至少一種或多種的任意組合，該研磨步驟用以使該助磨劑包覆該含鋁組成物的表面，以形成一安定化組成物；以及，進行一表面改性步驟，將該安定化組成物與一偶聯劑混合，以形成一煉鋼脫氧除渣劑。

此外，該研磨步驟是透過球磨或輪輾來進行。

此外，該助磨劑於加熱霧化之後，噴灑至該含鋁組成物的表面，接著進行該研磨步驟。

此外，該助磨劑為該多元醇與該硬酯酸鹽的混合，例如，為70wt%~90wt%的PEG 400 以及10wt%~30wt%的硬脂酸鈉

此外，該多元醇選自聚乙二醇(PEG)、聚烯經基二醇(PAG)及二甘醇(DEG）的至少一種，該醇胺類為二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、三異丙醇胺(TIPA)或二乙醇單異丙醇胺(DEIPA)，該不飽和脂肪酸為硬酯酸，該硬酯酸鹽為硬酯酸鈉，該偶聯劑選自矽烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑的至少一種。

此外，該表面改性步驟之後更包含一分篩步驟，該分篩步驟至少使用10目以及100目的篩網。

此外，在該表面改性步驟之後還包含一造粒步驟，以形成該煉鋼脫氧除渣劑。

此外，該助磨劑是以該含鋁組成物的總重為基礎而添加3 wt%至5 wt%的份量。

本發明還提供一種鋁渣鋁灰集塵灰製成煉鋼脫氧除渣劑，由上述方法任一種製備而成。

於一實施態樣中，提供一種鋁冶煉過程中產生一含鋁組成物的資源化方法，即是將含鋁組成物進行表面改性與安定化之後，作為煉鋼脫氧除渣劑的用途。上述含鋁組成物包含(1)在鋁的一次冶煉生成的鋁渣(一次鋁渣灰)，(2)已進行一次回收程序之後產生二次鋁渣、鋁灰，或是(3)在鋁回收過程時經過袋式集塵設備捕捉的鋁集塵灰。上述含鋁組成物的成分包含氧化鋁、金屬鋁、氮化鋁、碳化鋁、氧化矽及部分鹽類的至少一種，經過適當處理後有利於資源化的應用。

作為示例，鋁灰中含有的成分種類，如表一所示。

表一以X射線繞射分析(XRD)分析鋁灰中含有的成分種類

成分	比例(%)
金屬鋁(Al)	19.8%
氧化鋁(Al ₂O ₃)	18.8%
氮化鋁(AlN)	25.8%
鋁鎂氧化物(Al ₂MgO ₄)	22.3%
氧化鎳(NiO ₂)	0.3%
矽(Si)	2.8%
二氧化矽(SiO ₂)	4.9%
其他	5.2%

煉鋼脫氧除渣劑的製備方法包含將鋁冶煉過程中產生的一含鋁組成物進行破碎步驟、磁選步驟，接著，將含鋁組成物與一助磨劑混合並進行一研磨步驟。

破碎步驟，是將含鋁組成物破碎至小於13mm的尺寸，磁選步驟是將含鋁組成物中的含鐵組成物除去。

接著，將助磨劑加熱霧化之後，噴灑至含鋁組成物的表面，再進行研磨步驟，研磨步驟是透過球磨機或/及輪輾機來進行，使助磨劑包覆含鋁組成物的表面，並使研磨後的含鋁組成物粒徑小於3mm的尺寸，以形成一安定化組成物。

助磨劑選自多元醇、不飽和脂肪酸、硬酯酸鹽、醇胺類所組成的群組中的至少一種或多種的任意組合。

多元醇是指擁有多個羥基的醇類，或者，為平均分子量介於200 至10000之間的且含有多個羥基的聚合物。於本實施態樣中，多元醇可以選自聚乙二醇(PEG)、聚烯烴基二醇(PAG)和二甘醇(DEG)的至少一種或多種。

助磨劑中也可以是帶有多個羥基的胺類化合物(或被稱之為醇胺類)，上述醇胺類可以是例如二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、三異丙醇胺(TIPA)或二乙醇單異丙醇胺(DEIPA)。。

上述的助磨劑含有羥基，在研磨步驟的過程中同時作為包覆含鋁組成物的物理表面改性劑，除了能控制含鋁組成物的粒徑，減少含鋁組成物粉末顆粒的團聚或再團聚，還能在研磨步驟時有較好的分散性，可以降低粉磨能耗、提高磨粉效率，也能在含鋁組成物的表面形成保護層，而達到抗水解目的。

助磨劑包覆含鋁組成物時，將使其所含的氮化鋁(AlN)不會在與水反應，故能減少生成氨氣的機會，助磨劑的羥基也能減少氨氣之釋出，進而保護金屬鋁(Al)、金屬矽(Si)的過氧化。透過上述步驟處理的含鋁組成物，其活性成分(例如金屬鋁、金屬矽)的活性仍然被保留，因此可以被再次的資源化利用，例如，作為煉鋼脫氧除渣劑。

作為示例，抗水解助磨劑的配方是以多元醇為主，例如，助磨劑配方為70wt%~95wt% 的 PEG 400 以及5wt%~30wt% 的硬脂酸鈉，較佳地，例如，90wt% 的 PEG 400 以及10wt% 的硬脂酸鈉。

在研磨步驟為濕式研磨的條件下，該助磨劑是以該含鋁組成物的總重為基礎(100wt%)，額外添加50wt%以上的份量，亦即，於5kg 的含鋁組成物中添加2.5kg以上的份量，或者，是額外添加65wt%至90wt%的份量。在研磨步驟為乾式研磨的條件下，該助磨劑是以該含鋁組成物的總重為基礎(100wt%)，額外添加3 wt%至5 wt% 的份量。助磨劑也可以在破碎步驟之前加入含鋁組成物中。

在研磨之過程中，延展性佳的金屬鋁在球磨過程中被分離出，而其他延展性較低的氧化物則受球磨罐內的金屬球撞擊而越磨越細，金屬鋁會因敲打而形成片狀金屬鋁。在乾式研磨的條件下，加入助磨劑能在研磨後能擁有比較小的粒徑，且研磨後的尺寸達到均質。

經過研磨步驟之後，可以使用10目以及100目的篩網進行分篩步驟。分篩步驟的目的在於將安定化組成物區分成含有(1) 10目以上的金屬鋁、(2) 10目至100目之間的金屬矽與氧化物混合物、(3) 100目以下的灰。上述區段之間的活性成分比例不相同，故能依據既定產品規格中所需要的活性成分的比例，將已分離的安定化組成物依比例混合，以獲得特定規格的煉鋼脫氧除渣劑。然而，若經研磨處理的安定化組成物已符合既定產品規格所需的活性成分含量，亦可以省略分篩步驟。

此外，上述的不飽和脂肪酸可以是硬酯酸，硬酯酸鹽可以是硬酯酸鈉，在助磨劑中的硬酯酸鈉是作為潤滑劑。

在研磨步驟之後還包含一表面改性步驟，表面改性步驟是將包含偶聯劑的表面改性劑加熱並噴灑至安定化組成物的表面，以形成該煉鋼脫氧除渣劑。

上述，偶聯劑是例如矽烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑或鋁酸酯偶聯劑，較佳為矽烷類偶聯劑。偶聯劑是一種同時具有能與無機粒子表面進行反應的極性基團，和有機物反應或相容性的有機官能團的化合物。偶聯劑的一端能與粉體(即安定化組成物)表面結合進行表面改性，另一端可與分散介質有強的相互作用，因此可以提高粉體與其他材料的親和性，讓粉體在其他材料中的分散，使成型坯體結構力完整，並提高加工性能，增加含鋁組成物的資源化的應用範圍。

作為示例，該表面改性劑為偶聯劑與多元醇的混合，例如，表面改性劑的配方為40wt%~60wt% 的PEG 400以及40wt%~60wt% 的單烷氧基型鈦酸酯偶聯劑，透過高溫使表面改性劑各成分均勻混和，並霧化噴灑至安定化組成物的表面。

此外，上述的分篩步驟可以在表面改性步驟之前或之後進行。

在表面改性步驟之後還包含造粒步驟，造粒步驟是將經表面改性步驟(或進行表面改性步驟與分篩步驟)的安定化組成物加入黏結劑，以形成尺寸不均一的顆粒。黏結劑包含羧甲基纖維素或者澱粉調配之溶劑，亦不以此為限。造粒步驟的目的是將安定化組成物製成預定規格的煉鋼脫氧除渣劑。常態型鋁渣、鋁集塵灰製造之煉鋼脫氧劑、因抗水解耐潮性差、導致靜置環境濕度、粉體造粒成型過程、氮化鋁水解、金屬鋁與金屬矽過氧化的現象，使煉鋼脫氧效果差，氨、氮等有害氣體逸散，造成環境危害公安風險。

而本實施態樣中的煉鋼脫氧除渣劑的作用機理為：

1、去氧。煉鋼脫氧除渣劑含金屬鋁，在精煉爐上使用可取代碳化矽和部分鋁絲，也可在轉爐出鋼的時候，脫去氧至到40ppm以下。

2、促進脫硫。煉鋼脫氧除渣劑含有氧化鋁，會與氧化鈣結合形成鋁酸鈣渣系，該渣系具有很高的硫容量，由於金屬鋁的存在，降低了氧的活度，更有助於硫從鋼（鐵）水中去除。

4、去除雜物。鋁酸鈣渣系在精煉高溫下，容易吸附鋼中的氧化鈣，特別是α-Al ₂O ₃等夾雜在鋼包精煉爐(Ladle Furnace, LF)的精煉過程中，隨著底部氬氣的攪拌、鋼中夾雜物上浮並被煉鋼脫氧除渣劑吸附。根據精煉時間的不同，一般情況下可使鋼中的雜物總量下降50%以上，淨化鋼水作用非常明顯，適用於高品質鋼的生產。另外，煉鋼脫氧除渣劑造白渣的效果也特別好。

無

Claims

一種煉鋼脫氧除渣劑的製備方法，包含以下步驟：將一助磨劑與鋁冶煉過程中產生的一含鋁組成物混合，並進行一研磨步驟，該含鋁組成物為鋁渣、鋁渣灰、鋁灰或鋁集塵灰的至少一種，該助磨劑選自多元醇、不飽和脂肪酸、硬酯酸鹽、醇胺類所組成的群組中的至少一種或多種的任意組合，該研磨步驟用以使該助磨劑包覆該含鋁組成物的表面，以形成一安定化組成物；以及進行一表面改性步驟，將該安定化組成物與一偶聯劑混合，以形成一煉鋼脫氧除渣劑。
如請求項1所述之製備方法，其中，該助磨劑於加熱霧化之後，噴灑至該含鋁組成物的表面，接著進行該研磨步驟。
如請求項1所述之製備方法，其中，該助磨劑為該多元醇與該硬酯酸鹽的混合。
如請求項1所述之製備方法，其中，該助磨劑為該多元醇選自聚乙二醇(PEG)、聚烯經基二醇(PAG)及二甘醇(DEG）的至少一種，該醇胺類為二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、三異丙醇胺(TIPA)或二乙醇單異丙醇胺(DEIPA)，該不飽和脂肪酸為硬酯酸，該硬酯酸鹽為硬酯酸鈉，該偶聯劑選自矽烷類偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑的至少一種。
如請求項1所述之製備方法，其中，該表面改性步驟之前或之後更包含一分篩步驟，該分篩步驟至少使用10目以及100目的篩網。
如請求項1所述之製備方法，其中，在該表面改性步驟之後還包含一造粒步驟，以形成該煉鋼脫氧除渣劑。
如請求項1所述之製備方法，其中，該化學表面改性步驟是將包含該偶聯劑的一表面改性劑加熱並噴灑至該安定化組成物的表面。
如請求項1所述之製備方法，其中，該助磨劑是以該含鋁組成物的總重為基礎而添加3 wt%至5 wt%的份量。
如請求項1所述之製備方法，其中，該助磨劑70wt%~90wt% 的 PEG 400 以及10wt%~30wt% 的硬脂酸鈉。
一種煉鋼脫氧除渣劑，由請求項1至請求項9中任一項所述之方法製備而成。