TWI398525B - 盛鋼桶鋼水精鍊脫硫劑及脫硫方法 - Google Patents

Description

盛鋼桶鋼水精鍊脫硫劑及脫硫方法

本發明是有關於一種鋼水精鍊方法，且特別是有關於一種盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法。

盛鋼桶精鍊是電爐鍊鋼過程必備的製程之一，其中還原造渣是精鍊製程中不可或缺的一環。還原渣程序在精鍊製程中除扮演降低鋼水中的硫含量與調整鋼液成份的角色外，還能保護熔鋼不被高溫氧化。

廢鋼(steel scrap)經電爐熔解成鋼水並脫磷處理後，將鋼水倒入盛鋼桶內，以電弧加熱方式，使盛鋼桶鋼水加溫至1620℃，而後開始進行脫硫精煉製程，所使用的脫硫劑以氧化鈣(CaO)為主。然而目前的電爐鋼廠均將鍊鋼產生的爐渣作一次性使用，導致大量並未反應完全的精鍊渣在還有很強的脫硫能力時就被拋棄，不僅浪費造渣成本，更造成環境的負擔。

目前已有增加精鍊渣使用次數的技術。利用將高爐(blast furnace)鐵水之脫硫渣經過多道處理步驟，包括機械粉碎、撒水冷卻、金屬磁選、補充石灰源及碳源等步驟，製成再生脫硫渣重複利用。然而，由於製程繁複使得再生成本居高不下，且尚須委託相關處理業者進行處理，就經濟效益來說，並不符合電爐鍊鋼業的需求。

此外，上述技術尚須配合改良的輸送流程，並牽涉到硬體設備及精鍊爐體結構上的重新設計，需要大幅改變目前鍊鋼業的排渣習慣，因此難以實際應用於產業，尤其難以應用在電爐廠。

因此，本發明之一態樣是在提供一種盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，包括將盛鋼桶鋼水精鍊後之脫硫渣，直接加入另一鋼水中進行脫硫反應。

本發明之另一態樣是在提供一種盛鋼桶鋼水精鍊脫硫劑，為於盛鋼桶鋼水精鍊中進行至少一次脫硫反應所產出之脫硫渣，可用於硫含量介於約0.06-0.03wt.%之間的鋼水脫硫。

根據上述，本發明實施方式具有下列技術優點：本發明實施方式之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，利用進行過一次脫硫反應所產出之脫硫渣具有較低熔點，於接觸高溫鋼水時會自然散開、氧化鈣可再與鋼水接觸脫硫的特點，直接進行脫硫渣再利用，不需冷卻、破碎等前處理步驟，亦不需添加其他原料，真正達到環保與節能的目的。

本發明之實施方式，將脫硫渣與鋼水分離取出後，不進行冷卻處理即直接將脫硫渣運用於另一鋼水之脫硫，可保持較高的脫硫起始溫度，以縮短精鍊升溫的時間並節省升溫成本。此外，脫硫渣於盛鋼桶中因熔點低，故在高溫時係呈半流動狀態，較顆粒狀氧化鈣具有更好的覆蓋性，可有效隔絕外界氧氣，促進氧化鈣與鋼水中的硫反應完全。

本發明之實施方式，特別避免對脫硫渣進行破碎處理，具有防止氧化鈣與外界水氣反應產生氫氧化鈣(CaOH)的目的，維持氧化鈣的反應性，達到完整的脫硫效果。

因此，本發明實施方式之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，適用於廢鋼回收之電爐鍊鋼業使用，可重複利用盛鋼桶鋼水精鍊產出之脫硫渣，不經過任何前處理，直接加入鋼水中即可進行脫硫，並達到結構鋼等級所需的脫硫標準。

本發明實施方式之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，包括將盛鋼桶鋼水精鍊產出之脫硫渣，直接加入另一鋼水中進行脫硫反應，可用於原始含硫量介於約0.06-0.03wt.%之間的鋼水(廢鋼)脫硫。

請參照第1圖，其繪示依照本發明實施方式的一種盛鋼桶鋼水精鍊脫硫的方法流程圖，包含下列步驟：步驟110，將氧化鈣粒料加入第一爐次之鋼水(以下簡稱第一鋼水)中形成一次脫硫渣。依照本實施方式之一實施例，氧化鈣粒料添加量為第一鋼水量之1.1-1.8wt.%。鋼水的溫度係控制於1620-1630℃之間，造渣之時間為約30-50分鐘，第一鋼水中所含之硫可降至0.03wt.%以下。

表1為氧化鈣粒料經過一次脫硫處理後，形成的一次脫硫渣成份。

由表1可看出以氧化鈣粒料為原料產生之一次脫硫渣中增加了原本新鮮的脫硫劑(氧化鈣粒料)中所沒有的雜質，例如氧化矽、氧化鋁、氧化鐵等，但氧化鈣(CaO)仍為主要成份。含有雜質的一次脫硫渣，其熔點會下降，約介於1400-1500℃之間(氧化鈣的熔點為2572℃)。

由於一次脫硫渣的熔點(1400-1500℃)低於鋼水脫硫溫度(1620-1630℃)，可於第二爐次的高溫鋼水中熔融分散，而暴露出未反應的氧化鈣部份以進行脫硫反應。

步驟120，出鋼後將一次脫硫渣取出，直接加入第二爐次的鋼水(以下簡稱第二鋼水)中，即可進行第二鋼水的脫硫。脫硫之反應式如下：

[FeS]+CaO=(FeO)+CaS。

本文所述之「直接加入」，係為盛鋼桶鋼水精鍊產出之脫硫渣取出後，在加入另一鋼水之前，只進行必要之運送及暫時堆放，即加入另一鋼水中，不經任何刻意處理，包括破碎、沖水、降溫等處理。

依照本實施方式之一實施例，鋼水的溫度係控制於1620-1630℃之間，脫硫反應之時間為約30-50分鐘，以利脫硫反應進行，並避免溫度過高導致爐襯耗損。

請參照第2圖，為一次脫硫渣的熱差分析圖(Differential Thermal Analysis)。第2圖中顯示在1432℃有明顯的吸熱峰，表示一次脫硫渣的熔點接近1432℃。因為脫硫溫度設定在約1620℃，因此，一次脫硫渣於高溫鋼水中很容易熔融分散而覆蓋於鋼水表面，暴露出未反應的氧化鈣部份以進行脫硫反應

本發明之實施例將一次脫硫渣直接加入鋼水中，不在空氣中破壞渣之結構，使渣中之氧化鈣到鋼水中才暴露出來，可維持一次脫硫渣內部氧化鈣的反應性，促進脫硫反應，因此可達到同一批氧化鈣應用於至少二個爐次的效果，不需再額外補充脫硫劑。此外，由於脫硫渣的熔點低，因此在高溫鋼水中呈現半流動狀態，相較於顆粒氧化鈣可具有較佳的覆蓋性，能隔絕外界氧氣。

依照本實施方式之一實施例，更可藉由控制第二鋼水中之游離氧含量，促進脫硫效果。游離氧含量控制在約20ppm以下，可達較好的脫硫效果。控制氧含量的方法可包括脫硫反應進行時，於第二鋼水中加入一脫氧劑，例如純鋁或純鎂。

實施例：

將市售之氧化鈣進行細化處理以增加表面積，形成氧化鈣粒料，並存放於真空或密閉環境備用，避免氧化鈣粒料受潮形成氫氧化鈣而影響脫硫能力。

使用之廢鋼的原始含硫量為0.054wt.%，其他成份包含碳0.015wt.%、矽0.021wt.%、錳0.087wt.%、磷0.018wt.%；其餘包括鉻、鎳、鉬、銅、鋅、鋁、鈦、鈣等，其含量均少於0.01wt.%。

將70公斤之上述廢鋼置於高週波爐內準備熔鍊，控制高週波爐溫度緩慢升溫，由1525℃、1602℃、1615℃直至達到1631℃，以除去鋼材中生成之廢渣。此外，可適量添加矽鐵和錳鐵調整鋼水成份。

將1120克氧化鈣粒料(添加量約為鋼水量之1.6 wt.%)及50純鋁添加於熔融之鋼水中，以1622℃之溫度30-50分鐘進行脫硫反應並造渣。

附件1為本實施例之第一鋼水脫硫反應進行時之熔融鋼水與脫硫渣的外觀照片。附件1(A)為進行脫硫反應時，氧化鈣粒料覆蓋於鋼水上的照片；附件1(B)為出鋼水時將鋼水倒入砂模的照片；附件1(C)為在第一鋼水中進行過一次脫硫反應所產出的一次脫硫渣外觀照片，一次脫硫渣從鋼水中取出時呈現半流動狀，冷卻後則凝成固態，原本的顆粒較細的氧化鈣粒料結成較大塊狀的脫硫渣(右下方為放大圖)，由於吸附了雜質及沾附部份鋼水，一次脫硫渣回收的重量會略大於原本加入的氧化鈣粒料的重量，在本實施例中，回收的脫硫渣量為1280克。

依照本實施例之方法，同一批氧化鈣粒料可至少應用於兩個爐次的盛鋼桶鋼水精鍊脫硫程序。請參照第3A-3B圖，為以同一批氧化鈣粒料進行兩個爐次的盛鋼桶鋼水精鍊脫硫反應的結果圖。第3A圖及第3B圖的左邊縱軸為硫含量、右邊縱軸為游離氧含量相對於時間的關係圖，實心方塊連接之曲線為硫含量隨時間變化曲線，空心圓形連接之曲線為在鋼液中之游離氧隨時間變化曲線。

第3A圖為第一爐次，利用新鮮之氧化鈣粒料進行脫硫反應的結果；第3B圖為第二爐次，利用第一爐次所產出之一次脫硫渣回收再進行脫硫反應的結果。

第3A圖中，當游離氧含量控制在20 ppm以下時，以新鮮之氧化鈣粒料進行鋼水脫硫反應，可於20分鐘左右將 鋼水中的硫含量降低至0.03 wt.%的標準以下。

第3B圖中，當游離氧含量控制在20 ppm以下時，以第一爐次所產出之一次脫硫渣回收再進行脫硫反應，約於30分鐘左右即可將鋼水中的硫含量降低至0.03 wt.%的標準以下。

根據第3A圖及第3B圖的結果，證實以本發明實施方式的方法，可有效利用進行過至少一次脫硫反應所產出之一次脫硫渣再進行另一爐次的脫硫反應，在相同條件下所需的脫硫時間相去不遠，且可達到製備結構鋼等級的精鍊程度(硫含量0.03 wt.%以下)。

本發明實施例之一次脫硫渣，使用於盛鋼桶鋼水脫硫並達到0.03 wt.%以下硫含量所需的時間約為30-50分鐘以內，恰可配合一般電爐煉鋼之連鑄程序，即精鍊時間40-50分鐘後直接進入分配器，完全適用於現有一貫化作業之電爐鋼廠的生產流程。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點：

一、有效再利用盛鋼桶鋼水精鍊之脫硫爐渣，脫硫效率與新鮮脫硫劑接近，且可達到製備結構鋼等級的精鍊程度。

二、脫硫爐渣回收再利用之程續簡單，不需前處理及額外設備，即可達到高效率的脫硫效果，確實節省時間及處理成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和 範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧步驟

120‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示依照本發明實施方式的一種盛鋼桶鋼水精鍊脫硫的方法流程圖。

第2圖為一次脫硫渣的熱差分析圖。

第3A圖為利用新鮮之氧化鈣粒料進行脫硫反應的結果。

第3B圖為利用第一爐次所產出之一次脫硫渣回收再進行脫硫反應的結果。

Claims (15)

1. 一種盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，包含：加入一氧化鈣粒料於一第一鋼水中進行造渣，使該氧化鈣粒料形成一次脫硫渣；以及取出該一次脫硫渣，直接加入一第二鋼水中，進行一脫硫反應，其中該第二鋼水之硫含量介於約0.06-0.03wt.%之間。
2. 如請求項1所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，其中該氧化鈣粒料添加量為該第一鋼水量之1.1-1.8wt.%。
3. 如請求項1所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，其中該一次脫硫渣主要由氧化鈣、氧化矽、氧化鋁、氧化鐵所組成。
4. 如請求項1所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，其中該鋼水的溫度控制於1620-1630℃之間。
5. 如請求項1所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，其中該脫硫反應之時間為約30-50分鐘。
6. 如請求項1所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，更包含控制該第二鋼水中之游離氧含量。
7. 如請求項1所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，更包含提供一脫氧劑於該第二鋼水中。
8. 如請求項7所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，其中該脫氧劑為純鋁。
9. 如請求項7所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，其中該脫氧劑為純鎂。
10. 如請求項1所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，其中該第一鋼水之硫含量介於約0.06-0.03wt.%之間。
11. 如請求項1所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫方法，其中該脫硫反應之反應式如下：[FeS]+CaO=(FeO)+CaS。
12. 一種盛鋼桶鋼水精鍊脫硫劑，為於盛鋼桶鋼水精鍊中進行至少一次脫硫反應所產出之脫硫渣。
13. 如請求項12所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫劑，其中該脫硫劑主要由氧化鈣、氧化矽、氧化鋁、氧化鐵所組成。
14. 如請求項12所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫劑，其中該脫硫劑之熔點為約1400-1500℃。
15. 如請求項12所述之盛鋼桶鋼水精鍊脫硫劑，其中該脫硫劑適用於硫含量介於約0.06-0.03wt.%之間的鋼水脫硫。