TW555859B - Method for the treatment of slag from electric steel plants - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555859 A7 B7 五、發明說明（,） 本發明是關於一種用來處理電鋼廠中熔渣之方法。 發明背景 在電鎔爐中，目前熔渣是被劇烈的充氣（aerated)以致 於可以改善鎔爐的運作，保護其側壁，減緩電極上的磨損 以及降低噪音。然而，不同於來自鼓風爐所產生的熔渣， 由電鋼廠所產生的熔渣無法被商業上的運用而也只能夠被 簡單的倒入熔渣吹管嘴(slag tip)。會造成這種情形的主要 原因之一是起泡熔渣的最後狀況，譬如說如同由鼓風爐所 產生的一種含水粒化(aqueous granulation)之形式，是很難 被運用的。電鎔爐熔渣事實上會形成不容易流動的以及無 法立即冷卻下來的巨大泡沬。除此之外，電鎔爐熔渣的溫 度是接近於固化會產生的溫度（大約1600°〇,因此使得熔 渣具有黏滯性，以及會自然的限制熔渣實際作用的可能性 〇 另外一個會限制電鎔爐熔渣商業應用的可能性的原因 是熔渣含有生石灰。因此使得其不可能被用來作爲在土木 工程計劃中的廢渣埋塡(landfill)，因爲生石灰會造成材料 後續的膨脹。爲了在使用之前安定這種熔渣，就有可能將 熔渣吹管嘴(slag tip)翻轉並且定時的洒水，也就是，使用 水來中和生石灰，但是這是一種很花錢的行爲並且不可靠 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — II---Awl -----^----訂·------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 555859 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（>) 發明目的 因此，本發明的一個優點就是提供一種可彳了方法，其 可以用來拓展電鎔爐熔渣在商業上運用的可能性。爲了使 本發明確的表示出來’其標的可以由專利申請範圍第1項 的方法來達成。 所請求之發明的一般描述’以及其優點 一種用來處理電鋼廠中之熔渣之方法，其包含以下的 步驟： (a) 將該熔渣傳送至一冶金容器(receptacle)中； (b) 藉著添加一去泡劑(defoaming agent)在該冶金容器 中以將該熔渣去泡； (c) 然後將該熔渣加熱使其具有流動性；以及 (d) 強制性冷卻該熔渣。 根據本發明的一個重要槪念，熔渣被去泡使得減少其 多孔性以及因此增進其熱傳導係數。緊接著，熔渣在冶金 容器中被加熱使得其具有流動性。這種製程可以產生來自 於電鋼廠熔渣-其是液態，具有均勻性及流動性-近似於鼓 風爐熔渣，並且是更適合強制冷卻。結果造成熔渣在強制 冷卻的過程之前或者是期間可以被更容易的處理。因此在 冶金容器之中熔渣固化就不會有發生的危險，甚至假如其 在步驟(d)之間被擾動。好處是，之後一冷卻過程可以被進 行，其是適用於所假定的固態產品的商業運用。譬如說藉 著熔渣冷卻速率的快慢來改變熔渣粒化的大小是有可能的 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Awl Μ-----r---訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 555859 A7 B7 五、發明說明（5 ) ，這種過程可以擴大其商業運用上的可行性。 根據實施的第一種範例，去泡劑主要包含氧化鐵，譬 如是來自於滾動期間(rolling)所產生的鐵鏡(scale)。氧化鐵 具有對熔渣去泡以及降低其熔點這兩個主要的效果。事實 上，一般包含35-45%氧化鈣，15-20%矽石以及25-35%氧 化鐵的電鎔爐熔渣其特性主要類似於氧化鈣-矽石-氧化鐵 三元混合物。如同在此種三元混合物的相圖上可以看見的 ，增加氧化鐵的含量（由以上所述的比例），可使得這種混 合物導致熔點之降低。 根據實施的第二種範例，去泡劑主要包含矽石，譬如 是以砂子的形式存在。類似於氧化鐵的方式，矽石使熔渣 去泡以及降低其熔點之可能性成爲可能。最好是，添加足 夠的矽石以降低熔渣的熔點至130(TC以下。部分被添加的 矽石會與存在於熔渣中的生石灰結合，以安定該熔渣。這 種被安定後的熔渣會變得在土木工程的運用中有特別的效 果。 優點是，在步驟(b)期間，氧被注入熔渣之中，因此給 予包含在熔渣中鐵的熱化學氧化處理。鐵在該氧化處理中 如同燃料一般，其會造成熔渣溫度的上升。此外，在處理 期間所產生的氧化鐵會伴隨著產生額外熔渣熔點的降低。 如果必要的話，在步驟(b)期間可以加入額外的熱。爲 此緣故’一種在氧化作用期間會大量放熱的金屬(譬如說’ 石夕或者是鋁)可以被特別的添加入熔渣吹管嘴中。這種額外 的添加或許可以藉著使用燃料的燃燒或者是電弧來提 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 2Θ7公髮） (請先閱讀背面之注意事 裝-----^—訂---------· 寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555859 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（屮） 供。 根據本發明實施的較佳範例，一步驟(C’)被插入步驟(C) 以及(d)之間，用來調整熔渣的組成。該步驟使得改性熔渣 的組成是有可能的，特別是已經對於其使用的用途有所決 定時。特別的是，如果熔渣被用來作爲肥料(fertilizer)的話 ，磷就可以被添加進去。 最好是，一步驟(c")被插入步驟⑷以及⑷之間，用來 均勻化該熔渣。由該步驟所產生的是該熔渣是液態的，具 有流動性的以及是非常的均勻。然後對這種熔渣進行強制 性冷卻，其就會在一種較爲安定的狀態，如同在含水粒化 的狀況下一般。 在步驟(a)之熔渣被傳送之前，冶金容器最好是被加熱 。如此一來在加熱步驟(c)之間所需提供的熱量就會減少， 以及該步驟的處理時間就會縮短。 圖式簡單說明 本發明其它的特性以及特徵將會由以下所描述的較佳 實施例作爲一說明例子以及後附的圖示說明來詳加描述。 圖1至6:大槪的描述在根據本發明的較佳實施例中 的各個步驟。 根據本發明，一種用來處理電鋼廠中熔渣之方法，其 包含以下的步驟： (a) 將該熔渣傳送至一冶金容器(receptacle)中； (b) 藉著添加一去泡劑（defoaming agent)在該冶金容器 6 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再填寫本頁) 裝 tr---------Φ. 555859 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（<) 中，將該熔渣去泡； (C)然後將該熔渣加熱使其具有流動性；以及 (d)將g亥溶澄強制冷卻(forced cooling)。 使用圖1至6的描述可以用來說明本發明的方法並且 使得其被更淸楚的了解。 圖1用來說明步驟(a)以及(b)。一電鎔爐，其被標記爲 1〇，被安裝上3個電極12。覆蓋金屬處理槽表面的熔渣14 以一傳統的的方式去起泡。該介於電極12以及金屬處理槽 之間的起泡熔渣14的存在，可以改善鎔爐1〇的性能，保 護其側壁，減緩電極12的損耗以及減少噪音。當所加入之 廢渣已經熔化時，該熔渣14就被淸除(scoured)過了。經由 鎔爐10側壁上的開口 16,從金屬處理槽的表面移除熔渣 ，並且根據步驟(a)被傳送至一金屬容器18中，譬如說是 一槽(trough)或者是澆斗(ladle)。在步驟⑷之後，或許需要 10倒15分鐘的時間，該冶金容器18因此就會包含起泡過 的以及具有黏滯性的熔渣14。其組成一般包含35-45%氧 化鈣，15-20%矽石，3-6%的氧化鋁，2-4%的氧化鎂，25-35%氧化鐵(FeO以及Fe203)，3-6%的其它氧化物（氧化錳 ，氧化鉻，氧化磷等等)以及2-4%的鐵金屬。這種熔渣14 會在1600°C以下部分地固化，並且釋出石灰矽石（CaO-Si02)。一旦所溶解之石灰矽石的飽和極限到達時。生石灰 就會存在於熔渣14之中。因此可以了解到由電鎔爐10所 產生的電鎔爐熔渣14是一種自身無法粒化之物理形式(起 泡過的以及具有黏滯性的）。除此之外，其組成都沒有達到 7

^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公H -----------裝-----r I--訂-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555859 A7 B7 五、發明說明（G) 安定狀態，因爲生石灰(CaO)在任何時刻都會與水起反應並 且造成熔渣14會膨脹(swell)。 根據本方法的一個重要槪念，藉著在步驟(b)中，在冶 金容器18中添加去泡劑，可使熔渣Μ去泡。在圖1中顯 示，一滑槽(chute)20被用來添加該去泡劑。該去泡劑最好 是包含主要由矽石所構成的砂子。應該可以發現到這種砂 子的去泡效果可以產生一幾乎是液態的熔渣14。因此也應 該可以發現到這種砂子的添加可以降低熔渣14的熔點。事 實上，熔渣14的熔點與其組成是有相互關係的。然而熔渣 14的三種主要成分是石灰(CaO)，矽石（Si02)以及氧化鐵 (FeO以及Fe203)。因此，該熔渣幾乎是由一三元石灰-矽 石-氧化鐵之混合物所構成。藉著添加矽石，在熔渣14中 氧化砂的比例就會增加。如同在此種三元混合物的相圖上 可以看見的，增加氧化矽的含量可以降低熔渣14的熔點。 最好是，足夠的矽石被添加進去以降低其熔點至1300°C以 下。最後，添加到熔渣14中的矽石也會反制其反應。該生 石灰會與矽石混合形成石灰矽石，因此安定該熔渣14。 在步驟(c)，如同圖2所描述，熔渣14在冶金容器18 中被加熱使得其更具有流動性。該加熱步驟最好是藉由在 熔渣14中所包含的鐵的熱化學氧化處理來進行。基於這種 原因，一蓋子(lid)22被放置在冶金容器18的上方，可使 得一氧氣吹管(lance)24經過並導入其中，使得氧氣被注入 熔渣.14中。這種處理可以使含在熔渣Η中之至少一部份 鐵爲氧化形式存在，也就是金屬鐵(Fe)以及氧化物FeO。 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝-----r---訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555859 A7 B7 五、發明說明（"） 經由這些放熱反應所釋放出來的熱是已經足夠使得熔渣14 對於後續的處理而言具有足夠的流動性。應該被注意到的 是在熔渣14中所形成的氧化鐵會增加在三元混合物石灰-矽石-氧化鐵中氧化鐵的比例，其會導致熔渣14熔點額外 的降低並且進而阻止熔渣14的固化。特別的是，其會導致 關於熔渣之後處理操作上，一較長的時間週期。 然而，如果藉由熱化學氧化處理所貢獻的熱量是不夠 的話，最好是預先增加一額外的熱量。一種方法是將在氧 化中會強烈放熱的金屬加入處理槽中，譬如矽或者是鋁。 額外熱量的添加或許可以藉著使用燃料（天然氣燃燒裝置) 或者是電能(電弧圏）來提供。 在步驟(c)之後，圖3用來說明步驟(c’），在此期間可以 用調整熔渣14的組成，最好是，滑槽26被用來引入一限 定量的添加劑(大約是1% )。在此，就是將熔渣的組成調整 爲所需的商業上使用的組成。譬如說，磷的添加可以使得 固化的熔渣被作爲肥料來使用。 在下一個步驟(c”），該混合物被均勻化。該均勻化最 好是藉由擾拌來完成。譬如說，向前以及相後旋轉澆斗數 分鐘，如同圖4中箭號的指示。 在該處理的步驟中，包含在冶金容器中的熔渣會變得 更適合於進行強制冷卻處理。事實上，該去泡劑已經使得 熔渣幾乎是液化的。除此之外，加熱也會使得熔渣14更具 有流動性。選擇矽石作爲去泡劑可以達成以下的幾個目標 :去泡，降低熔點，安定化。 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝-----=----訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 555859 A7 B7 五、發明說明（2 ) 根據步驟(d)，對熔渣14實施強制冷卻。最好是藉由 如同圖5所描述的含水粒化方式來達成。冶金容器被旋轉 以及熔渣14被倒入一粒化桶(granulation vat)28之中。在 現在已呈液體以及爲流體形式存在的熔渣14,其物理形式 可以確保在粒化過程期間中與水進行熱能交換。因此有可 能將熔渣14瞬間以及有效率地冷卻下來，並且給予粒化的 高效能以及優良的品質。 因此可以了解到熔渣14的強制冷卻必須適用於該熔渣 所預期的商業上的運用的型態。爲了改性經固化之熔渣的 性質，可使用各種形式之強制性冷卻(在含水粒化桶中有或 者是沒有水的噴入，流經一具有或者是沒有水流流通的冷 卻表面，空氣或者是水蒸氣的強制循環，等等)以及冷卻速 率來完成。 應該被再次強調的是冶金容器18最好在步驟(a)之前 被加熱，因此可以減少以及限制由熔渣14所喪失的熱量。 譬如說，去操作兩個冶金容器18以及18’。當其另一個裝 置在運作之時，該第二個冶金容器18’是使用天然氣燃燒裝 置30來事先加熱，如同圖6所描述。 實施例 本文以上所描述的方法是被運用在從一電鎔爐鑄造80 噸鋼中所淸除產生的熔渣上。該被淸除出來熔渣的量是10 噸。其具有以下的組成40%的氧化鈣，20%的氧化矽，30 %的氧化鐵(FeO以及Fe203)，以及2.5%的金屬鐵。 10 本ί氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — ----L----^ I------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 555859 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1 ) 該方法的連續步驟被列在以下的表格之中。其也顯示 了每一個步驟的數値以及時間以及相對應的圖。 應該注意到的是較佳使用兩個冶金容器。該第二個冶 金容器18f是使用一個1到2MW的天然氣燃燒裝置30來 事先加熱30至45分鐘（圖6)。 步驟 操作 時間 圖示 ⑻ 將熔渣送入冶金容器中(在淸除期 間） 1〇至15分鐘 1 (b) 添加1.4噸的砂來進行去泡反應 2分鐘 1 (c) 藉由吹入400m3的氧氣以及添加 8〇公斤的FeSi (75%的Si)來加熱 20至30分鐘 2 (cf) 組成的調整 3分鐘 3 (Ο 藉由攪拌來達成均勻化 3分鐘 4 (d) 含水粒化作用 10分鐘 5 元件符號說明 1〇 :電鎔爐 12 :電極 14 :熔渣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — i I I L----訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 555859 A7 B7 五、發明說明（P) 16 ··開口 18、18’ ：冶金容器 20、26 :滑槽 22 :蓋子 24 :吹管 28 :粒化桶 30 :天然氣燃燒裝置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 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）

Claims (1)

1. 555859 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 9. 根據申請專利範圍第8項之方法，其特徵在於磷被 添加到該熔渣中。 10. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 特徵在於一步驟(C")，用來在步驟(c)以及(d)之間均勻化該 熔渣。 11. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 特徵在於該強制性冷卻是一含水粒化作用（aqueous granulation) 12. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其 特徵在於在於步驟(a)之該熔渣被傳送之前，將該冶金容器 預先加熱。 (請先閲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)