TW522169B - Method of making iron and steel - Google Patents

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522169 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 發明説明（/ 太發明之背景 太發明之領域 本發明係有關於以含碳還原劑（例如碳質材料）來 原氧化鐵（例如鐵礦石)，以製造金屬鐵之鐵製法以及 法的改良。更特別地是’本發明係有關於一經過改良之鐵 製法與鋼製法’其中熔融鐵係由將混有含碳還原劑(九爿犬_ 或壓塊)之含氧化鐵的成形製品於固態加入後熱還原， 一步還原與熔化它們而產生。這些方法可改良由熱還原至 還原熔化之一連串步驟的熱效率，並且能夠有效地進行脈 石(礦脈之夾雜物)成分的分離。 先前技術之說明 以諸如鐵礦石或氧化鐵九等氧化鐵，與碳質材料或還 原氣體做還原，而產生還原鐵之直接還原製程，典型地以 MIDREX製程爲代表的局爐法已爲所知。在這種形式之直 接製鐵製程中，還原鐵係由將天然氣體或其類似者所產生 的還原氣體經過高爐較低部位的鼓風口吹入，並使用還原 氣體之還原力將氧化鐵還原的方法而得。此外，使用諸如 煤等碳質材料而非天然氣體作爲還原劑的還原鐵生產方法 於近年來已被注意，而特別地是一種所謂SL/RN法之旋 窯中混有微細煤之鐵礦石燒結九的熱還原的製程已被實際 使用。 此外，另一種製鐵的方法，如美國專利No3,44：3,931 所揭示之一種生產還原鐵的製程，其包括有將碳質材料與 冬紙張尺度適用中麵家標準（CNS) Α4規格（21Qx297公菱） (請先閱讀背面之注意事項，/寫本頁} _裝· τ訂 522169 A7 ----—________ B7 '1 ' 1 …丨.....1 " - ----------- - — 五、發明説明（2 ) 氧^匕鐵粉末加入成塊狀，並於旋爐床上做熱還原。在此製 ’微細的礦石與微細的煤係加入成塊狀，並隨後於高 溫氣氛下被熱還原。 &上述之方法所生產的還原鐵，係依原樣置入電弧爐 其於室溫下形成塊狀後再置入電弧爐，而作爲鐵的來 、源°因舄遼原鐵包含有較少的諸如夾雜元素(tramp element) 胃#胃金屬成分，所以在廢鐵的再生已變得越來越活躍的 胃#幾年，還原鐵已被視爲包含於廢料中之夾雜元素的稀 釋材料。 然而，因爲氧化鐵（鐵礦石等）中包含成脈石成分的諸 如Si〇2、Al2〇3以及CaO等熔渣成分，以及含碳材料(煤或 相似者）的塞入，產品之鐵的品質(金屬鐵的純度)將降低。 «實際的使用上，雖然熔渣成分在後續熔融步驟中被分離 ’但是熔渣數量的增加會降低精煉煉熔融鐵的產額 ’生有關電弧爐操作成本之明顯不欲的效應。 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 B要求具有高度鐵含量以及較少熔渣含量的還原鐵。 然而’爲了以現存之用於上述還原鐵的生產製程來滿足該 ’必須使用具有高度鐵含量的鐵礦石做爲生產還原鐵 所用的原料，此舉會將實際可被使用之製鐵材料的選擇範 圍大幅地縮小。 此外，上述之先前技術方法最終意圖得到一做爲中間 產品的還原固體產品，並在將產品依據實際使用送至做爲 後續步驟之還原熔化步驟之前，將要求諸如製錠、冷卻、 運輸以及儲存等步驟，此舉將產生大量的能量漏失，或需 4 本紙張尺度適用中周國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 B7 五、發明説明（3 ) 要額外用於製錠的設備與能量。 另一方面，關於以氧化鐵之直接還原而得到初步還原 鐵的方法，一諸如DIOS方法的熔化還原法亦爲所熟知。 該方法包括有以30-50%的預還原比例將氧化鐵做初步還原 ，其次將其以固體碳和/或一氧化碳一同置於鐵浴以及熔 渣中並熔化之直接還原反應將其還原成金屬鐵。然而，由 於本方法中建有在熔融還原容器中初步還原步驟所需之產 生還原氣體並導入初步速原爐中的循環系統，因此達到製 程平衡係麻煩且極困難的。再者，由於液體氧化鐵(FeO)與 耐火材料彼此間係於熔融態直接接觸，所以嚴重的耐火材 料腐蝕問題已被指出。 此外，日本特開平3-60883中亦揭示有關之其他方法 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 ，係將微細的礦石與碳質材料加入、將其成形爲塊狀、以 旋爐床式加熱爐將其初步還原、在不冷卻所得到的初步還 原產品之情況下將其載入熔化爐中、將其熔化、加入碳質 材料進行還原並進一步吹入氧氣進行熔化。因爲初步還原 產品在不冷卻的情況下被送至熔化爐，並以該方法進行還 原與熔化，所以認爲此法將將產生較少的能量漏失，並允 許連續作業，且由生產力的觀點看來亦爲有效率的。 在此製鐵法中，伴有大量含碳材料的氧氣（或空氣）吹 入用於加熱及熔化的熔化爐。其次’因爲鐵礦石中的脈石 成分與碳質材料如上述地大量包含於送入熔化爐的初步還 原產品中，所以將有大量的熔渣暴露於熔化爐中熔融鐵的 劇烈攪動。因爲有大量的氧化鐵(Fe0)塞入熔渣中’此舉將 _5 ^氏張尺度適用中阒國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 ---^_____B7 五、發明説明（4 ) 導致明顯地產生襯墊耐火材料腐鈾之嚴重問題，所以難以 使該方法在工業規模中具有實用性。 無論如何，爲確保還原氣體具有熔化爐上流的初步還 原爐所需求之足夠的還原位能，因爲供給大量的氧及碳質 材料(數百kg/tmi (mi ··所要製造的熔融鐵))進入燃燒它們 的熔化爐係所需的，所以熔化爐的熱負載係非常大，而且 該襯墊耐火材料受到熔融鐵以及熔渣之劇烈攪拌所引起的 嚴重腐蝕。再者，爲將還原氣體以初步還原爐所需之適當 的組成與數量穩定地供給，爲達整個設備之平衡係極麻煩 的，且需要一高水準的控制系統。 本發明之槪要 本發明係鑒於上述之觀點而完成。在不產生耐火材料 腐蝕的情況下，提供一種使用高鐵含量的氧化鐵源或使用 相對低鐵含量的鐵礦石之製鐵法，係本發明之一個目標。 再者，本製/儀法可以簡易的設備與作業獲致熔融鐵，並提 供使用以上述的方法所得到的熔融鐵之製鋼法。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 根據可克服前述議題之本發明的製鐵法，係以供給固 體還原鐵，其由含有氧化鐵之成形產品與含碳還原劑加入 作爲主要材料在還原鐵生產設備中製造的，且在未實質冷 卻的高溫將其置入電弧加熱式熔化爐，而將還原中的鐵於 熔化爐內加熱，而獲致熔融鐵的製鐵法，其中該方法包括 有··將固體還原鐵金屬化至60%或更高百分比，將固體還 原鐵中的碳含量控制到相對於將殘留在固體還原鐵中的氧 __ _ 6 _ 本紙張尺度適用中阒國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 ____ B7_ 五、發明説明（t ) 化鐵還原所需之理論當量値的50%或更高百分比，而固體 還原鐵的比重爲L7或更高，以及使用電弧加熱式熔化爐 將固體還原鐵加熱，而獲致具有碳含量爲1.5至4.5%的熔 融鐵。 對於執行上述之本發明，爲了在電弧加熱式熔化爐之 襯墊耐火材料腐蝕最小的情況下有效率地進行熔化還原， 固體還原鐵將被排放於電弧加熱式熔化爐之熔融熔渣上， 熔融熔渣的鹼度最好控制在„1，0至1.8的範圍中，而熔融 熔渣中.氧化鐵的含量以Fe做計算時係意欲限制於9%或更 低百分比，且最好限制爲5%或更低百分比。 當含碳還原劑爲補充電弧加熱式熔爐中之不足而被額 外添加於其中時，其係意欲將含碳還原劑施加於固體還原 鐵的進料位置，因爲此舉將使還原熔化更有效率。 此外，當額外地進料於電弧加熱式熔爐之含碳還原劑 的數量，對於熔融鐵中碳含量的調整係重要的，而以熔化 還原所得之熔融鐵的碳含量於本發明中所指定者爲由1.5 至4.5%的範圍。用於控制額外進料之含碳還原劑之數量的 方法，其被推薦者爲： 1) 一種方法，其從電弧加熱式熔化爐中的熔融鐵取樣 ，直接地分析熔融鐵並控制含碳還原劑之添加量，以使得 碳含量位在上述之範圍中，或者 2) —種方法，其量測由電弧加熱式熔化爐所排出之廢 氣成分與數量，由量測値所得的廢氣中之氧當量爲基礎來 做計算，以決定熔融鐵中的碳含量，而控制碳質還原劑之 ______ 7 本紙張尺度適用中阒國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事¾ -裝-- ;寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 522169 A7 _______B7_ 五、發明説明（t ) 添加量。 此外’本發明具有關於控制方面的主要技術特徵，以 使得熔融鐵中的碳含量位於上述的範圍中，且包括有 0.05°/。或更低百分比的Si、〇·1%或更低百分比的Μη、0.1% 或更低百分比的Ρ以及0·20%或更低百分比的S之熔融鐵 可被獲致。該熔融鐵將以下述之方法除硫或除磷。硫含量 將減低至大約0.050%或更低百分比，而磷含量將減低至大 約0.040%或更低百分比，而將獲致具有較少雜質成分的熔 融鐵，其可作爲電弧爐(以下將稱爲EAF)或鹼性氧氣爐(以 下將稱爲BOF)製鋼之原料。 對於本發明所採用之除硫和/或除磷的方法，較佳地 推薦下列的方法：一種方法，其將電弧加熱式熔化爐中所 產生的熔融鐵傳遞至一分離容器中，以添加石灰質除硫助 熔劑(或伴隨氣體做噴射)而將熔融鐵除硫，和/或以吹入 含有固體氧源（氧化鐵或類似者）與氣體氧化物之石灰質助 熔劑而除磷。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在本發明的方法中，有關還原諸如鐵礦石等氧化鐵源 的還原位能與鼓風爐製鐵法比較係較低的，而脈石成分中 的Si02將以Si02的形式形成熔渣而不發生還原作用。因 此，所獲致的熔融鐵中的矽含量係較低的(0.05%或更低百 分比），故無須特別的除矽。再者，因爲熔融鐵中的矽含量 係較低的，所以將可以上述之除磷作用輕易地獲得具有低 磷含量的熔融鐵，而完全無需初步的除矽。 因而獲致之具有較少雜質成分的熔融鐵，可以原來的 8 本紙張尺度適用中周國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 B7 五、發明説明（卩） s 熔融態供給至相鄰排列的EAF或BOF以作爲製鋼的材料 ，因此該系統可實際使用爲用於製鐵和製鋼的連續製程； 或者是說，所產生的熔融鐵立刻排放至爐外，而冷卻固化 的金屬鐵可供給至EAF或BOF作爲製鋼材料。特別地是 ，藉由以上述之方法所產生之具有較少雜質成分的熔融鐵 ，在高溫下以該熔融態供給至EAF或BOF而作爲製鋼材 料之製鋼法的使用，由於熔融鐵中所擁有的熱能可被有效 地作爲精煉用之熱源來使用，所以由商業上的觀點視之其 亦被推薦爲一極有效率的方法。 圖式之簡略說明_ 圖1係舉例根據本發明之含有氧化鐵之成形產品與含 碳材料加入之還原、電弧加熱式熔化以及製鋼之典型的連 續製程範例； 圖2係說明進料於電弧加熱式熔化爐中的熔融熔渣上 之固體還原鐵之還原熔化行爲； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖3係舉例說明本實驗所得到的固體還原鐵之還原速 率與還原時間之間關係之範例的圖示； 圖4係舉例說明固體還原鐵在電弧式熔化爐內的功率 消耗量與還原速率之間關係之範例的圖示； 圖5係舉例說明固體還原鐵之金屬化程度與有關其之 散佈之範例的圖不； 圖6係舉例說明固體還原鐵中之碳含量與熔融熔渣中 之氧化鐵(T.Fe)之間關係的圖示； 9 __ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 B7 五、發明説明（J ) 圖7係舉例說明個別固體還原鐵片的熔化速率與連續 進料之極限熔化速率之間的關係之圖示； 圖8係舉例說明熔融鐵中之碳含量與除硫比例之間的 關係之圖示； 圖9係舉例說明熔渣之鹼度與熔化溫度之間的關係之 圖示； 圖10係舉例說明個別固體還原鐵片之重量與固體還原 鐵之比重之圖示。 較佳實施例之細節說明 本發明的整個架構將以舉出較佳實施例之整個流程圖 做示意地說明，而限定各步驟之條件的原因亦將特別地說 明。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖1係舉例一製鐵法之連續製程以及根據本發明之製 鐵/製鋼之示意流程圖，其中係個別地圖示成形產品材料 之製造部份1、一還原鐵生產設備2、一電弧加熱式熔化爐 3以及一製鋼爐4。箭號A所示之一連串的步驟對應於製 鐵法(還原鐵的製造），而箭號B所示之步驟則對應於製鋼 方法。 首先，在製鐵法中，混有碳質材料（九狀或錠狀）之含 有氧化鐵之成形產品，係使用諸如鐵礦石等氧化鐵源與諸 如微細的煤或微細的焦炭等含碳還原劑爲原料，而製造於 已成形產品材料製造部份1，以及所製造之成形產品接續 地送至還原鐵生產設備2。作爲還原鐵生產設備2，任何具 _ 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " 522169 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___ B7 五、發明説明（，） 有加熱混有碳質材料之含氧化鐵的成形產品(以下有時將稱 爲成形產品），並以所加入的碳質材料的還原力以及由其燃 燒所形成之C0氣體之還原力而進行成形產品中氧化鐵成 分之還原於實質保有其原有的固態下之功能的設備，皆可 採用。例如，具有諸如旋窯或旋轉爐床之任何結構的設備 皆可被使用。設備2提供以具有爲成形產品所使用之運輸 裝置，並提供以具有諸如燃燒器等加熱源，一燃燒氧氣供 給部份，與可選擇性地使用的一還原氣體供給部份，並進 一步結合溫度計或溫度控制裝置，以使得所進行之還原狀 態可被適當地控制。圖1係圖示具有熱還原成形產品之架 構的旋轉爐床式裝置，其中該成形產品係由進料部份2a進 料且沿著旋轉爐床的移動而移動，並在達成預定還原比例 時由連續排放部份2b將其以原來固態排出。 在還原鐵生產設備2中還原以及自其所排出之固體還 原鐵，將於未實質冷卻的狀態下連續地送至電弧加熱式熔 化爐3，其中進行成形產品中仍未還原的氧化鐵的熱還原 ’而已還原的鐵將同時被熔化。因爲由還原鐵生產設備2 所排放的固體還原鐵，通常具有大約700至13〇〇°C的熱， 而該熱將依原樣實質地被使用以作爲電弧加熱式熔化爐3 的熱源，其將對於降低電弧加熱的能源消耗有所貢獻。 在此所使用之電弧加熱式熔化爐3藉由使用電弧熱將 熔融鐵加熱而無須強迫攪動，並在盡可能限制襯墊耐火材 料腐蝕的情況下有效率地進行還原與熔化，以及藉由將電 極3a插入熔化爐3中之熔融鐵上所漂浮的熔渣內並供給電 _____ 11 本紙張用ίϊ國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) " (請先閱讀背面之注意事項V. V寫本頁) -裝· 訂 線· 522169 A7 _________B7_ 五、發明説明（,。） 流所產生之包含有潛弧之電弧等功能。其次，一材料(固體 還原鐵)進料部份3b係置於電弧加熱部份(亦即在插入電極 3a的部份)的附近，以使進料入電弧加熱式熔化爐3中的固 體還原鐵將經由電弧熱而被快速地還原並熔化。此外，用 於含碳還原劑之額外進料部份3c係配置於相對於進給固體 還原鐵之位置。 其次’在電弧加熱式熔化爐.3 .中，藉由所進料之固體 還原鐵A的還原與熔化所形成之熔融鐵(有時亦被稱爲熔融 金屬或熔融鐵），其不斷地與已經形成的熔融鐵加入並累積 ’而一倂存在於固體還原鐵A中的脈石成分，將以熔融熔 渣的形式形成並與漂浮在熔融鐵上的熔融熔渣結合。因此 ’在熔融鐵與熔融熔渣在電弧加熱式熔化爐3中累積至預 定量時’熔融鐵可由熔化爐3側壁較低的部位接續地排放 ，或者熔融熔渣可由熔融熔渣與熔融鐵之間界線稍上方的 位置適當地排放。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在諸如要求的除硫或除磷等淨化處理後，所得到的熔 融鐵作爲製鋼材料乃傳送至製鋼爐4。對於製鋼爐4，使用 EAF 4a或BOF 4b，而在與廢鐵或生鐵混合後精煉將於其 中進行。在此狀況中，若製鋼爐4與電弧加熱式熔化爐3 相鄰排列，則由於在高溫下的熔融鐵可在未實質降溫的情 況下供應爲製鋼爐4所使用的材料，由此熔融鐵中所擁有 的熱將可依照原樣被使用做爲精煉的熱源，以熱效率的觀 點視之其係最佳的。依狀況而定，在電弧加熱式熔化爐3 中所得到的熔融鐵可即刻置入鑄造模具或類似者，冷卻至 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) - 522169 A7 -----— B7___ 五、發明説明（"） ^ 固化，並被配製成作爲製鋼中間原物料的商業產品，或者 將其作爲製鋼用材料送至遠端的製鋼爐。 由方< 根據本發明所獲致的熔融鐵與前述之廢料比較， 係含有較少量的雜質金屬成分包含於其中，所以藉由適量 地與廢料結合使用，其可有效地利用爲廢料中之雜質金屬 成分的稀釋物。 本發明之基本步驟正如上所說明，而爲了有效率地執 行該步驟於工業規模中，控制還原鐡生產設備中固體還原 鐵的金屬化、固體還原鐵中的碳含量以及固體還原鐵的比 重’係極爲重要的，而適當地控制以電弧加熱式熔化爐3 之還原熔化所生產的熔融鐵之碳含量亦極爲重要的。以下 將對其做特別地說明。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 首先’當要供給至還原鐵生產設備2之含有氧化鐵之 成形產品被成形時，作爲成形材料之諸如鐵礦石等氧化鐵 源以及諸如煤或焦炭各種含碳還原劑粉末等，與選擇性地 混合適量的黏結劑，該已經混合的產品以使用所選擇的壓 九裝置或壓九機成形爲所選擇的形狀，並施加以所需的初 步燒結而使用之。有關製造成形產品，爲使還原作用在還 原鐵生產設備2中有效率地進行，在顧及將氧化鐵還原所 需之理論當量以及還原鐵生產設備之還原反應特性下，將 達成目標殘留碳量所需之含碳還原劑與氧化鐵源混合係所 欲者。爲了得到具有“60%或更高百分比之金屬化”的固體 還原鐵，對於根據本發明之方法之穩定作業的執行係重要 的，乃混入需要得到先前所定之金屬化的碳質材料，而還 13 本&張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " --^ 522169 A7 ________B7_ 五、發明説明（U ) 原爐中的氣氛溫度與反應時間將可適當地控制。 其次，在本發明中，將還原鐵生產設備2中之初步還 原步驟所獲得的固體還原鐵進行金屬化至60%或更高比例 ，係重要的因素。亦即，對於以還原鐵生產設備2所進行 的初步還原至以電弧加熱式熔化爐3爲接續步驟所進行的 熔化還原之作爲穩定地與有效率地連續製程，將由還原鐵 生產設備2供給至電弧加熱式熔化爐3之固體還原鐵之金 屬化散佈最小化係所需的。若金屬化程度變化很大，則諸 如額外添加於熔化爐3中的含碳還原劑的作業條件以及諸 如加熱條件等作業條件，將難以控制，因此，其將使得固 體還原鐵的快速還原熔化變得困難，並使得熔融鐵中碳含 量的控制變得困難。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 亦即，若供給至電弧加熱式熔化爐3中的固體還原鐵 之金屬化程度爲60%或更低，則大量的熱便須供給至熔化 爐3，以補充殘留在固體還原鐵中的未還原氧化鐵之還原( 吸熱反應)所需的熱。特別是，大量的電力必須供給至電弧 加熱用之電極，其將明顯地增加熔化爐的還原負載，以及 熔化爐中的襯墊耐火材料之腐蝕將變大，而使得熔化爐3 的壽命大量的縮短，此舉將使其難以在工業規模中實用化 。順帶一提，若固體還原鐵的金屬化程度增加至60%或更 高比例時，最好爲70%或更高的比例，在電弧加熱式熔化 爐3中將無超額還原負載產生，前述的問題便可被避免， 便可進行平順的還原熔化。 對於用以增加還原鐵生產設備2所獲得的固體還原鐵 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 ___B7_ 五、發明説明（咔） 熔渣的比重通常大約爲2.4至2·7，而具有比重爲大約 1.8的固體還原鐵Α爲何可浸入熔融熔渣s中的理由係如 下所思考。亦即，進料於熔化爐3中之熔融熔渣S內的固 體還原鐵A由熔融熔渣S的表面吸熱，而預定數量的C0 氣體與較少量的C02氣體將由殘留在內部的含碳還原劑所 產生的還原反應而於固體還原鐵A附近釋出，其隨後將與 熔融熔渣S以泡沬的形式混合而產生吹氣(參考圖2(A))， 而使熔融熔渣S的比重下降。其次，當固體還原鐵A進一 步浸入熔融熔渣S中時(圖2(B))，由固體還原鐵A所產生 的氣體數量將進一步增加，吹氣將變得更激烈，因爲由固 體還原鐵A所釋放的氣體數量將進一步增加，而使得熔融 熔渣S的吹氣效果更激烈。其比重將更進一步降低，而固 體還原鐵A將更進一步地沈入熔融熔渣S中，並於固體還 原鐵A完全沈入熔渣中後，其吸收來自在整個還原鐵A表 面上之熔融熔渣S的熱(圖2(C))，而固體還原鐵A將快速 地被還原並熔化。其次，熔融鐵將不斷地變爲熔融鐵Fe， 而副產物的熔渣成分將不斷地變爲熔融熔渣S。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在此狀況中，若固體還原鐵的比重小於1.7，則進料 於熔化爐3中之熔融熔渣S上的固體還原鐵A，在電弧加 熱時段內將不再沈入熔融熔渣S中，而僅依照原樣漂浮於 熔融熔渣S上，如圖2(A)所示，如此，與熔融熔渣S接觸 面積將減少而降低加熱效率，且還原反應速率將減小而需 較長的製程時間。結果，生產能力將明顯地降低，而由工 業上與經濟上的觀點視之，其將難以將此製程實用化。 _______16___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 522169 A7 ____B7 五、發明説明（吖） 相反地，若固體還原鐵A的比重爲1.7或更高，最好 爲1.8或更高，更好爲1.9或更高，則進給於熔融熔渣S 上之固體還原鐵A將因如圖2(B)(C)所示之比重的差異， 而在極短的時間內沈入熔融熔渣S中，並吸收在其整個表 面上之熔融熔渣S的熱，而使還原作用快速進行，使得還 原效率明顯地改善以快速地完成還原反應。當中，熔化入 熔融熔渣S中之氧化鐵的量亦被減至最小，且襯墊耐火材 料的腐蝕亦可被減至最小。 經濟部中夬榡準局員工消費合作衽印製 對於固體還原鐵A的還原速率而言，由上述之熔融熔 渣S所傳遞的電弧熱之熱傳導效率係極爲重要的。即使是 比重値爲適當的，但若包含在固體還原鐵A中的含碳還原 劑的數量不足，則會得不到令人滿意的還原效率。在熔化 爐3中，其亦可將需用於還原作用之含碳還原劑與固體還 原鐵A分開額外進給，但額外進料的含碳還原劑基本上供 給至固體還原鐵A的四周，而不必塞入固體還原鐵A的內 部，所以除非固體還原鐵A熔化’否則無法有效率地獲得 還原力，且固體還原鐵A中的還原速率將取決於存在固體 還原鐵A中的含碳還原劑的數量。 由上述之觀點，如其他用以在短時間內有效率地進行 進料於熔化爐3中的固體還原鐵A之熱還原之因素，有關 包含於固體還原鐵A中之含碳還原劑數量之硏究結果，其 已發現：若固體還原鐵A中之碳含量限定爲相對於需以還 原殘留於固體還原鐵A中之氧化鐵之理論當量的50%或更 高的百分比，最好爲70%或更高的百分比時’則固體還原 _ 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 B7 五、發明説明（4 鐵A中之氧化鐵的還原作用將藉由收受從外界所得的熱而 快速地進行，以達成高效率之還原與熔化。 碳含量可隨意地界定爲100%或更高。然而，其已證 實若碳含量不足大約50%則實用性的問題幾乎不發生，因 爲藉由固體還鐵A的熔化所流出之未還原狀態的氧化鐵， 將被因碳成分不足而分開額外進料之含碳還原劑所快速地 還原。因此，若供給至電弧加熱式熔化爐3的固體還原鐵 A中的碳含量，少於用以將殘留於未還原狀態中的氧化鐵 還原所需的理論當量成分之100%時，則不足的碳含量可以 含碳還原劑額外分開添加於固體還原鐵進料位置的周圍。 由於以還原鐵生產設備所製造的固體還原鐵比重，將 隨著供給至還原鐵生產設備之原料的性質與混合比例，以 及還原鐵生產設備中的還原條件（特別是氣氛溫度或時間） 而變化，所以還原條件與比重之間的關係已於先前以初步 實驗所證實，且適當的條件將可隨其而定。 經濟部中央榡準局員工消費合作衽印製 此外，固體還原鐵中的碳殘留量將完全視還原鐵生產 設備之還原特性而調整，在基於混合材料的種類與組成， 而顧及還原反應特性並適當地控制還原作用的條件(溫度、 時間、大氣組成)下，而決定混合的數量。 其次，將要說明由電弧加熱式熔化爐3所得之熔融鐵 A中的含碳量調整至1.5至4.5%範圍內的理由。 在由含有氧化鐵的成形產品與加入含碳還原劑所製造 的還原鐵的情況中，大約70%之包含於諸如煤等含碳還原 劑中的硫含量，通常將殘留於還原鐵中。其次，當還原鐵

522169 A7 ______B7 _ 五、發明説明（（]) 在熔化爐中熔化時，特別是當低金屬化程度的還原鐵被熔 化時，幾乎無法期望熔化爐中發生除硫，所以大部份保留 在熔化爐中的硫將傳遞至熔融鐵中，產生了高含硫量的熔 融鐵。 熔融鐵中的硫含量在將熔融鐵由熔化爐流放至澆杓後 ，可以石灰質助熔劑除之。然而，若熔融鐵中的碳含量(C) 小於1.5%，則由於熔融鐵中平衡態之氧含量(0)將增加， 其將對後序之除硫效率明顯地有阻礙。因此，爲增加除硫 效率並協助低硫量熔融鐵之生產，增加以電弧加熱式熔化 爐3所生產之熔融鐵中的碳含量(C)至1.5%或更高的比例 係必須的。然而，熔融鐵中的碳含量在4.5%左右時實質飽 和，而爲了穩定地獲致具有飽和碳含量的熔融鐵，必須將 相當過量的含碳還原劑進給入熔融爐中，所以含碳還原劑 經常以大約10%或更高的比例出現於爐內的熔渣中，此舉 將增加對含碳還原劑之需求的成本，並在後序熔化中增加 除碳之負擔，其係非所欲者。爲增加作業的穩定度，熔融 鐵中碳含量的特殊較佳下限爲2力％，而較佳上限則爲 3.5%。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 用於控制以電弧加熱式熔化爐3所生產之熔融鐵中的 碳含量達上述之1.5至4.5%的範圍之具體方法，並無特別 的限制。其可以一初步的實驗預先決定用以確保碳含量之 最適化條件(在製造成形產品時所需加入之碳質材料的數量 、在還原鐵生產設備中之初步還原條件、在電弧加熱式熔 化爐中需額外進給的含碳還原劑數量以及作業條件），並於 19 本&張尺度適用中顺家標準（CNS ) Α4規格（21GX297公釐)~ ~' 522169 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 A7 ___^B7_ 五、發明説明（β ) 由此所決定的條件下進行作業。然而，用於成形產品中做 爲原料的氧化鐵源與含碳還原劑的品質並非總是穩定的， 且通常相當地具有波動性，所以其係欲以採納諸如下列之 方法，以忽略該波動性因素但獲得在適當範圍的穩定碳含 量之熔融鐵。 1. 一種方法，其係在電弧加熱式熔化爐中熔融鐵做取 樣，分析熔融鐵並確實量測熔融鐵中碳的數量.，同時控制 添加含碳還原劑的數量。 2. —種方法，其係量測由電弧加熱式熔化爐中所排出 之廢氣的組成以及數量，基於量測値以計算廢氣中的氧當 量而決定熔融鐵中的碳含量，並根據碳含量來控制要額外 進給之含碳還原劑的數量。 順帶一提，當固體還原鐵在電弧加熱式熔化爐中同時 地被還原以及熔化時，由固體還原鐵中的脈石化合物所形 成之熔融熔渣將漂浮於熔融鐵之上方。事實上適當地控制 熔融熔渣之鹼度以及氧化鐵含量以增加熔化爐中熔融熔渣 的還原效率與分離效率，或抑制熔化爐中之襯墊耐火材料 的腐蝕，係極爲有效的。根據實際執行本發明之結果，熔 融熔渣之鹼度控制於1.0至1.8之範圍(較佳的下限爲1.1， 而較佳的上限爲1.5)，而熔融熔渣中之所有鐵的含量 (T，Fe)(以氧化鐵所呈現之總共的鐵含量)控制於9%或更低 的比例，更佳的是控制到5%或更低的比例，係所欲的。 熔渣鹼度係顯示熔渣性質之基本與典型的特徵之一， 其係以包含於熔融熔渣中之典型成份CaO與Si02的比例 ___2〇___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項V4.寫本頁) -裝- 、ΤΓ _«線· 522169 A7 __B7 五、發明説明（η ) 來表示，亦即(Ca0)/(Si02)。若熔融熔渣的鹼度超過1.8 ，則熔渣的熔點將突然上升而降低其流動性以及還原之進 行，且熔化爐中的熔化將變得困難，除非熔融鐵的溫度被 蓄意升高。此外，若鹸度少於1.0，則襯墊耐火材料的腐蝕 將變大。再者，當熔融熔渣中的氧化鐵數量增加時，熔化 爐中之襯墊耐火材料的腐蝕將變大。若熔融熔渣中的 (T，Fe)超過9%，則該趨勢將明顯地逐漸顯現。因此，爲有 效率地在短時間內進行熔化爐中固體還原鐵的還原以及熔 化，並使熔化爐中的襯墊耐火材料之腐蝕最小化以延長熔 化爐的工作壽命，則在固體還原鐵於電弧加熱式熔化爐內 的還原熔化步驟中適當地將熔融熔渣取樣，量測鹼度以及 (T，Fe)的數量，以添加熔渣鹼度調整劑(CaO或Si02)適當地 控制熔渣鹼度於適當的範圍，或控制額外添加之含碳還原 劑數量以抑制熔融熔渣中的(T，Fe)數量，係所欲者。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 藉由上述之在電弧加熱式熔化爐3內的還原以及熔化 ，將可獲得具有1.5至4.5%碳含量與大約0.05%或更低百 分比之矽含量的熔融鐵。雖然依據熔融鐵中的碳含量(C)而 有部份的差異，但其具有大約1350°C或更高的熱之熔融鐵 ，將可依照原樣供給至諸如EAF或BOF等製鋼爐，或可 立即取出以置入模具並冷卻固化，而於後序使用做製鋼中 間產品，如參考圖1所做的說明。然而，因爲有許多的硫 和磷包含於上述之熔融鐵中，所以在將其傳遞至製鋼步驟 前預先除去硫和磷，係所欲者。 作爲適用於此目的之較佳除硫方法，其可提及的方法 __ 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） " ' 522169 A7 _____B7 五、發明説明（) ，諸如將熔化爐3中所生產的熔融鐵流放進澆杓或相似者 、加入石灰質助熔劑以除硫，最好是使用潛浸的吹氣管將 石灰質助熔劑伴隨鈍氣注入熔融鐵、以助熔劑捕抓硫、以 及然後將它以熔融鐵上的熔渣形式而分離並移除。此外， 作爲較佳除磷的方法，其可提及之方法，諸如將固體氧氣 來源(氧化鐵或相似者)或氣體氧氣來源(氧氣，空氣或相似 者)伴隨石灰質助熔劑供給至流入澆杓或相似者之熔融鐵中 (最好能將磷的成分氧化）、以助熔劑捕捉磷、以及隨後於 其在熔融鐵上浮起時做分離。對於上述之除硫以及除磷方 法並無特殊的限制，當然可以採用其他所熟知的除硫與除 磷方法。然而，後者之除磷方法的使用係較佳的，因爲熔 化爐內所產生之熔融鐵中的矽含量(Si)係如上述之0.05%— 般低或更低，其係不同於所熟知的鼓風爐生鐵，且可確保 筒除磷速率，而無特別的除砂作用。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項罗4寫本頁) 上述之除硫與除磷作用的進行，可提供高純度的熔融 鐵，該熔融鐵包括有1.5至4.5%的碳含量(C)、大約0.05% 或更低比例的矽含量(Si)、大約0.1%或更低比例的錳含量 (Μη)、大約〇·〇5%或更低比例的硫含量(S)、大約0.04%或 更低比例的磷含量(Ρ)以及實質上餘量的鐵，其可極有效地 使用爲製鋼的原料。特別是，因爲以此方法所得的熔融鐵 具有含極微量的其他雜質金屬成分的高鐵純度，若其以例 如大約20至50%的比例加入其他鐵的來源(廢鐵或生鐵)以 作爲製鋼材料，則具有作爲來自廢鐵之雜質金屬成分之稀 釋物的功能，以獲得具有較少量雜質金屬成分的鋼。當然 _____22 本紙張尺度適用中阖國家榡準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 522169 A7 ____B7 五、發明説明（2丨） ，供結合之用的還原鐵的比例，可依據一起使用之廢鐵中 雜質金屬成分含量，而從上述之範圍中選擇出來，或者還 原鐵可以100°/。的比例使用，而在高鐵純度下有效地生產鋼 ，且再者，其他金屬成分可在使用EAF或BOF製鋼的最 後步驟確實地加入，以生產合金鋼。 總之，因爲以根據本發明之方法所得到的還原鐵具有 雜質金屬含量極低之明顯特徵，可利用該特徵以廣泛地使 用於各種合金鋼之鋼材的生產。 其次，將對限定“固體還原鐵之金屬化程度：60%或更 高的比例”、“固體還原鐵中的碳含量：用以還原殘留於固 體還原鐵中的氧化鐵所需之理論當量的50%或更高的比例（ 之後有時稱爲用於FeO還原當量之碳的數量)”、“固體還原 鐵的比重或更高’"、以及“電弧加熱式熔化爐所產生之· 熔融鐵中的碳含量1.5%-4.5%”等之根據，特別個別地做說 明。 限定“固體還原鐵之金屬化程度：60%或更高的比例” 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 之根據 在還原鐵生產設備中所製造的固體還原鐵之金屬化程 度曲線，係自然地依據氧化鐵原料、所要混合之石灰質還 原劑的組成與混合比例以及還原條件而改變。金屬化程度 的曲線具有例如圖3所示之趨勢。 在圖3的曲線①中，點A係表不金屬化程度爲76%且 殘留碳含量爲4.8%的點，而點B則表示金屬化程度爲85% ____23_ 本紙ίίλ度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） 522169 A7 ________B7_ 五、發明説明（il) 且殘留碳含量爲1.6%的點。相對於FeO還原當量之碳的數 量，所殘留碳的數量在點A爲142%而在點B爲53.5%， 且所殘留之碳的數量隨還原時間的經過而減少。圖3中的 曲線②係以改變原料之混合比例而降低並限制固體還原鐵 之金屬化程度的範例。在任何狀況下，金屬化程度起初都 將隨著還原時間的進行而急遽地上升，而上升的曲線將因 隨著時間經過，所增加之金屬化程度變得緩和。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 順帶一提，在本發明所採用之固體還原鐵的製造及其 還原熔化之連續製程中，還原鐵生產設備所製造的固體還 原鐵的金屬化程度，對於電弧加熱式熔化爐(以下稱爲電弧 熔化爐)的作業能力有明顯的影響。例如，圖4係舉例說明 固體還原鐵之金屬化程度與電弧熔化爐中氧化鐵之還原熔 化的功率消耗量間關係之圖示。在還原鐵生產設備與電弧 熔化爐之連續作業進行時，確保電弧熔化爐之穩定作業係 重要的。當供給至電弧熔化爐中的電功率增加時，電極所 負載的熱供給必然會增加，進而增加施加於熔化爐襯墊材 料上的熱衝擊。因此，爐體的尺寸必須擴大以緩和電極裝 置以及爐壁上的熱衝擊，其在實用性與經濟的觀點上都是 不好的。 在一般的電弧熔化爐中，該問題在功率消耗量超過 800 kWh/tmi時將明顯地顯現。因此，爲避免上述的問題 ，供給至電弧熔化爐之固體還原鐵的金屬化程度控制至 60%或更高的比例，最好爲70%或更高的比例。 再者，還原鐵生產設備所製造之固體還原鐵的金屬化 __24 本紙張尺度適用中阒國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 B7 五、發明説明（) 所以固體還原鐵的比重相對於以例如midrex製程所產生 的初步還原鐵低許多。 另一方面，如圖2之說明，爲增加電弧熔化爐中固體 還原鐵在還原與熔化時之固體還原鐵還原熔化效率，應該 使進料於電弧熔化爐中的固體還原鐵快速地沈入熔融鐵上 的熔融熔渣，並有效率地收受其整個表面上的電弧熱。固 體還原鐵的比重對於此目的很很大的影響。順帶一提，圖 7係圖示使用具有由1.60至1.75的比重(平均比重：1.65) 與由1.8至2.3的比重(平均比重：2.1)之固體還原鐵，於 電弧熔化爐中進行還原與熔化時檢驗固體還原鐵的比重對 還原與熔化速率的影響之結果的圖示，其中橫軸表示在各 固體還原鐵單獨進料於熔融熔渣上時之熔化速率，而縱軸 表示在各固體還原鐵連續地進料以進行還原熔化時之極限 熔化速率。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 如圖所示，在固體還原鐵於平均比重爲1.65的狀況下 ，若固體還原鐵連續地進料於熔融熔渣上，則觀察不到固 體還原鐵潛入熔融熔渣中的現象，而大部份的固體還原鐵 在熔融熔渣的表面進行還原熔化。因此，固體還原鐵連續 進料時的熔化速率，大約爲固體還原鐵單獨進料時的熔化 速率之1〇〇倍。以該程度的熔化速率，由連續進料所產生 的還原作用與熔化將無法於實際的規模中執行。相反地， 對於具有平均比重2.1的固體還原鐵，進料於熔融熔渣上 的固體還原鐵快速地潛入熔渣，而還原熔化將有效地進行 ，所以固體還原鐵連續進料時的熔化速率，相對於單獨進 27 本纸張尺度適用中阖國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 ___B7 _ 五、發明説明（4) 料的狀況而言係大幅地增加，而可獲得大約300倍的連續 熔化速率。以該程度的熔化速率，連續還原熔化將可有效 地實際使用於工業規模中。 參考固體還原鐵比重的影響，在做爲界線之平均比重 1·7處的熔化情形將大幅地改變，連續熔化速率在界線處急 遽地改變。其次，若平均比重少於1.7，則無法在工業規模 中獲得滿意之連籲作業的熔化速率，而足以進行連續作業 的熔化速率在平均比重爲1.7或更高時，最好爲1.9或更 高時便可確定。 限定“雷弧加熱式熔化爐所產牛之熔融鐵中的碳含量： 1.5%·4.5%”之根據 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 通常，熔融鐵中碳的數量與溶氧的數量有密切的關係 ，其中熔融鐵中溶氧的數量隨熔融鐵中碳含量的減少而增 加。其次，在溶氧的數量越大時，熔融鐵的氧位能就越大 ，其係不利於除硫作用。依此，與熔融鐵平衡之熔融熔渣 的氧氣位能亦較高，因此熔融熔渣中的FeO含量將增加， 而增加與耐火材料之間的反應性，使熔化爐之襯墊耐火材 料的腐蝕變大。因此，需要將熔融鐵中的碳含量定至稍高 的程度，以增加在除硫作用時的除硫比例，並抑制熔化爐 之襯墊耐火材料的腐蝕以其延長工作壽命。 順帶一提，圖8係收集舉例說明由不同的實驗所得之 熔融鐵中碳含量與除硫比例之間的關係之圖示。在本實驗 中，係採用一種注入CaO系列之除硫劑於澆杓中的熔融鐵 28 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 522169 A7 B7 五、發明説明（) 之方法，且排列出除硫劑之消耗量達固定値時之數據。如 圖所示，若熔融鐵中的碳含量少於1.5%，則除硫劑便需注 入以確保設定的目標除硫比例，結果將使大量的金屬鐵爲 大量產生之熔渣所接收，而增加鐵金屬漏失。亦即，爲使 本發明能應用於實用性規模，需要考慮其他問題，諸如除 硫作用所產生的熔渣處理以及熔融鐵中的碳含量等，其中 熔融鐵中的碳含量應爲1.5%或累高百分比，最好爲2.0% 或更高百分比，以在較小量之除硫劑消耗下充分地進行澆 杓中的除硫作用。 然而，熔融鐵中的碳含量在大約4.5%達飽和，而必須 使用過量的含碳還原劑，以得到具有飽和碳含量的熔融鐵 ，係不經濟的。再者，因爲亦將增加後序精煉中的脫氧負 載，所以碳含量係意欲限制於4.5%或更低，最好爲3.5% 或更低。 “熔融熔渣之鹼度：1.0-1.8” 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 雖然鹼度(Ca0/Si02)並非本發明之必要條件，但其對 於電弧熔化爐中之固體還原鐵的還原熔化效率有一點影響 ，並對於熔化爐之襯墊耐火材料的腐蝕有顯著的影響。 亦即，熔融熔渣的鹼度對於流動性有明顯地影響，且 例如圖9所示，隨著鹼度的減少，熔渣之熔化溫度將減少 而增加流動性，其對固體還原鐵的還原熔化效率有較佳的 影響；反之其與耐火材料的反應性增加，而使襯墊耐火材 料的腐蝕變大。另一方面，鹼度增加時，熔渣的熔化溫度 29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） 522169 A7 __B7_ 五、發明説明（β) 上升，因而使得爐內的溫度必須過度地增加以將熔渣熔化 ，以熱能的觀點視之係負面的效果，此外高溫對爐體所產 生的熱影響亦增加。如圖9所示，此一趨勢在熔渣鹼度少 於1.0或超過L8時變得明顯，所以電弧熔化爐中之熔融 熔渣的鹼度意欲控制於由1.0至1.8的範圍內，最好爲1.3 至 1.6 〇 本發明之範例將於下面做說明。·本發明非爲下列範例 所限制，而可以任何適當的改良執行之，只要落於本發明 之範疇中並包含於本發明之技術範圍內即可。 範例 使用鐵礦石、煤以及少量黏結劑（膨土）等之各粉碎產 品並混合，使得煤中的碳含量相當於鐵礦石中氧化鐵之理 論當量値。它們以製粒裝置成形爲大約13至20mm直徑的 實質球形，而加入碳質材料之包含氧化鐵的成形產品，係 用爲生胚成形產品。一個使用鐵礦石與煤之組成的範例係 表示如下。 鐵礦石的組成’· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 T，Fe=65%，FeO=0.7%，Si02=2.5% Α12〇3=2·100/〇，CaO=0.04% 煤的組成： 所有碳的數量=77.6%，固定碳=71.2% 揮發性成分= 17.0%，灰份= 11.8% 成形產品（生胚九)供給至旋轉爐床式還原鐵生產設備 30 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 522169 A7 B7 五、發明説明U?) ，而還原作用係在1250至1350°C的溫度，於旋爐中以7 至9分鐘的平均停留時間進行，以產生還原鐵。未還原氧 化鐵的數量以及在所產生之固體還原鐵內殘留的碳的數量 ，視熱還原條件而異。在本範例中，控制熱還原條件以使 固體還原鐵內氧化鐵的金屬化程度在各個狀況下爲60%或 更高。表1顯示固體還原鐵之金屬化程度與組成的範例。 再者，以相似之實驗所得之固體還原鐵的重量以及比重， 例如圖10所示，其中與每試件之重量無確實關係的平均比 重，係於1.7至2.5的範圍中。 表1 編號 金屬化 程度 T，Fe M，Fe FeO Ceq Ceq/2 1 92 85.1 78.3 8.9 1.5 0.7 2 90 84.4 76.0 11.0 1.8 0.9 3 80 80.8 64.7 21.1 3.5 1.8 4 70 77.5 54.3 30.3 5.1 2.5 5 60 74.5 44.7 38.8 6.5 3.2 6 50 71.7 35.9 46.7 7.8 3.9 7 40 69.1 27.6 54.0 9.0 4.5 (註解）ceq :用於: Fe0還原當量之碳的數量

Ceq/2 :對應於用於FeO還原當量之碳的數量的1/2 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 由還原鐵生產設備所得之固體還原鐵’在盡量不與大 氣接觸的狀況下連續地進給並保持高溫地（本實驗中爲 1000°C)到排列於還原鐵生產設備相鄰的電弧加熱式熔化爐 ，而進行進一步的還原與熔化。在本狀況中，一預定數量 的熔融鐵保留於熔化爐中，漂浮於熔融鐵上之熔融溶渣的 鹼度調整至由1.0至1.8的範圍’電流以電弧加熱用潛浸 31 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） 522169 A7 __B7 五、發明説明（U ) ，則熱還原將在短時間內有效地進行；反之，若比重小於 1·7，則進給的固體還原鐵較少沈入熔融熔渣中，使得來自 熔融熔渣的熱傳導將不足，且吹氣作用將減少，而使熱還 原所需之時間明顯地延遲，因而熔入熔融熔渣中之氧化鐵 的熔化數量亦被增加，其將易於產生熔化爐之襯墊耐火材 料的腐蝕。 再者，若固體還原鐵中的碳含暈少於50%之用於還原 固體還原鐵中未還原氧化鐵所需之理論碳量時，還原效率 將不充分，且即使在含碳還原劑額外進料於熔化爐中時， 還原速率亦爲緩慢，並且熔融熔渣中氧化鐵的含量將增加 ，而明顯地產生襯墊耐火材料的腐蝕。 其次，在熱還原步驟中，熔融鐵將被週期性地取樣， 以量測碳量，且控制額外進料之含碳還原劑的數量，以使 碳量在1.5至4.5%的範圍內。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 連續地進行熱還原步驟，而在一預定量的熔融鐵停置 於熔化爐中時，熔融鐵將由位於爐體底部的流放口排放至 澆杓，同時適量的熔融熔渣將由位於熔化爐側壁的熔渣排 放口排放，以控制殘留於爐內的熔渣量。 進行該熱還原之實際條件以及有關的結果係舉例如下 (還原鐵的性質） 固體還原鐵及其他等等的組成：表1中的編號3 (金屬 化程度：80%)

進給至電弧加熱式熔化爐的進料溫度：1000°C ___ 33 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ 522169 A7 B7 五、發明説明（p) 進料方法：連續進料 (電弧加熱式熔化爐的作業條件）

I 電弧加熱電極之功率消耗量：大約565 KWh/tmi (mi :所要產生的熔融鐵）. (進料的種類以及數量） 煆燒石灰：92.2kg/tmi，煆燒白雲石：21.5kg/tmi 額外進料之煤的數量：大約20kg/tmi 還原鐵的單位消耗量：1227kg/tmi (要得到之熔融鐵以及形成的熔渣的組成） 熔融鐵： 訂 C : 2.0%，Si : 0·03%或更低，Μη : 0.05%或更低，p :0.043%，S : 0.137%，溫度 1550°C 所形成的熔渣:

CaO : 36.5%，Si02 : 26.1%，Al2〇3 : 18·2%，Mg〇 : 10·0%，T.Fe : 6.3%，鹼度：1.4 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 如前述所示·，熔融鐵之矽含量在還原熔化步驟中被充 分地降低’因爲其硫含量以及磷含量對作爲製鋼的原料而 言係太高’所以在澆杓中進行除硫及除磷，以獲得下列組 成的熔融鐵。 除硫用材料··石灰質助熔劑 組成·· Ca〇 : 83-90%，CaF2 : 6-10%，C ·· 4.0% 消耗量：大約12kg/tmi 除磷用材料：石灰質助熔劑+Fe2〇3 組成：Ca〇 : 44-45%，CaF2 : 7-8%，Fe203 : 47-48% 34 本紙張尺度適财家標準（CNS ) A4規格（21Gx297公菱） 522169 A7 B7 五、發明説明（”） 消耗量：大約20kg/tmi 除硫以及除磷後之熔融鐵的組成：

C : 1.8-2.0%，Si :微量，Μη : 0.02%，P : 0.032%，S ：0.038% 在除硫以及除磷後的熔融鐵（1450°C)，與廢鐵及生鐵 以下列混合比例一倂進給至EAF中，而在加入下列副料並 吹入小量的氧氣時進行電爐製鋼.，以產生下列組成的熔融 鋼。 (電弧爐中的進料） 已除硫與除磷的熔融鐵：40%， 廢鐵：50%，生鐵：10% (副料） 瑕燒石灰：50.2kg/tmi ’瑕燒白雲石· l〇kg/tmi 砂土石：15.1kg/tmi 吹入的氧氣量：大約l8Nm3/tmi (所得到之熔融鋼的組成） 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 C : 0.10%，Μη : 0.06%，Si :微量，S ·· 0.022%，P : 0.018% 前述實驗顯示的範例，係在電弧加熱式熔化爐中製備 並進行除硫與除磷之熔融鐵，於熔融態時供給至EAF ’亦 即，維持於高溫的狀態並使用其作爲製鐵材料；而該熔融 鐵亦可供給至BOF作爲製鋼材料，且該熔融鐵可立即取出 注入鑄造模具中，並冷卻固化，而有效地使用爲製鋼中間 材料。 35 本紙張尺度適用中阒國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 522169 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種用以製備含有i·5至4.5%碳之熔融鐵的製鐵方 法，其中該方法包括有： (a) 提供氧化鐵以及含碳還原劑； (b) 由含碳還原劑以及氧化鐵製備成形產品； (c) 由成形產品製備固體還原鐵，其中該固體還原鐵具 有至少60%的金屬化程度，至少1.7的比重，以及至少 50%之用以還原殘留於固體還原鐵中之氧化鐵所需之理論 數量的碳含量；以及 (d) 在實質冷卻發生之前，將固體還原鐵在電弧加熱式 熔化爐中於高溫下加熱，而製備含有由1·5至4.5%碳的熔 融鐵，其中熔融熔渣的泡沬鹼度係自1.0至1 ·8 ° 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中固體還原鐵於 電弧加熱式熔化爐中加熱至由700至1300°C的溫度。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中含碳還原劑係 添加於電弧加熱式熔化爐中進給固體還原鐵的位置。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中固體還原鐵係 進給於電弧加熱式熔化爐中的熔融熔渣內。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中熔融熔渣的pH 値係由1.0至1.8。 6·如申請專利範圍第4項之方法，其中熔融熔渣包含 9%或更低之氧化鐵。 7·如申請專利範圍第6項之方法，其中熔融熔渣包含 5%或更低之氧化鐵。 Μ口申請專利範圍第！項之方法，_巾_鐵_含 _1 ------------·-------—tr---------答 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

   522169 A8 B8 C8 D8 f、申請專利範圍 量係已限定。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中由電弧加熱式 熔化爐所釋出的氣體組成以及數量係已限定。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中在釋出之氣體 中的氧當量係已限定。 11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中電弧加熱式解 爐中的熔融鐵轉移至另一個容器中並除硫。 12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中電弧加熱式熔 化爐中的熔融鐵轉移至另一個容器中並除磷。 13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中熔融鐵含有 0.05%或更低之矽。 14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中熔融鐵含有 0.1%或更低之錳。 15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中熔融鐵含有 0.1%或更低之磷。 16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中熔融鐵含有 0.2%或更低之硫。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 17. —種製鋼的方法，其包括將申請專利範圍第1項所 製備之熔融鐵添加至製鋼爐中，因而製備鋼材。 18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中製鋼爐係電 弧爐(EAF)或鹼性氧氣爐(BOF)。 19. 一種製鋼的方法，包括有： (a)將申請專利範圍第1項所製備的熔融鐵冷卻，而製 備凝結的鐵；以及 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 522169 A8 B8 C8 D8 卜年 f、申請專利範圍 (b)將凝結的鐵添加至製鋼爐中，而製備鋼。 20·如申請專利範圍第19項之製鋼法，其中製鋼爐係 電弧爐(EAF)或鹼性氧氣爐(BOF)。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) β 訂---------線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）