TWI499673B - The Method of Calculating the Amount of Silicone Sand for Modifier in Converter Steelmaking Process - Google Patents

Description

轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法

本發明是有關於一種計算改質劑矽砂用量之方法，特別是指一種使用在轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法。

爐石是冶煉鋼鐵一貫作業過程中之副產品，俗稱爐渣。通常冶煉一噸生鐵即自高爐排出約310公斤之冷卻固體物，稱為高爐石(Blast Furnace Slag)。而自轉爐用鐵水吹煉一噸鋼時，大約產出130公斤之冷卻固體物，稱為轉爐石(Basic Oxygen Furnace Slag)。由於在煉鋼溶渣倒出時無法完全與鋼液分離乾淨，故轉爐石中常含有鐵份；另為了保證能去除鋼液中的雜質，常加入過量的石灰，使得在吹煉完成後，由於渣中氧化鈣重量百分比高，轉爐石中會殘存游離氧化鈣(free CaO)，再經水化反應而形成Ca(OH)₂ 及CaCO₃ 而造成體積膨脹，而導致轉爐石的應用受到限制；因此，若在轉爐渣中加入「改質劑」來進行造渣反應，則可以消除渣中的游離氧化鈣，而能順利將轉爐石資源化。

一般而言，技術人員係藉由對轉爐石進行「改質噴吹處理」的過程中，往往憑藉自身的經驗判斷該階段 在進行時所需噴吹之矽砂的數量。然，如此的判斷方式之結果是因人而異的。

因此，本發明旨在針對雙轉爐，開發一種改質劑矽砂用量的計算方法，其係採用制式化的矽砂用量標準，以避免僅依靠技術人員的經驗所造成的人為誤差。

因此，本發明之目的，即在提供一種轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法。

於是本發明轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，包含一個填入步驟、一個吹煉步驟、一個矽總量計算步驟、一個矽換算步驟、一個氧化鈣總量計算步驟、一個權重計算步驟、一個二氧化矽推算步驟、一個氧化鈣推算步驟、一個選擇步驟及一個改質處理步驟。

於該填入步驟中，是將鐵水與廢鋼分別填入一第一轉爐及一第二轉爐中。

於該吹煉步驟中，是將造渣所需含有氧化鈣之原料分別加入該第一轉爐及該第二轉爐中，再將氧氣吹入該第一轉爐及該第二轉爐中，以分別對該第一轉爐及該第二轉爐進行吹氧精煉，並將吹煉後該第一轉爐及該第二轉爐所產生的溶化爐渣依序倒入同一渣桶內。

於矽總量計算步驟中，是將加入該第一轉爐內吹煉的原料中所含有的矽元素重量，予以加總，得到一組第一轉爐純矽重量指標，並將加入該第二轉爐內吹煉的原料中所含有的矽元素重量，予以加總，並得到一組第二轉 爐純矽重量指標。

於矽換算步驟中，是利用純矽與二氧化矽兩者分子量之數值換算，分別得到一組第一轉爐二氧化矽重量指標及一組第二轉爐二氧化矽重量指標。

於氧化鈣總量計算步驟中，是分別將加入該第一轉爐及該第二轉爐內吹煉的原料中所含有的氧化鈣重量，予以加總，以分別得到一組第一轉爐氧化鈣重量指標及一組第二轉爐氧化鈣重量指標。

於權重計算步驟中，是依據該第一轉爐及該第二轉爐倒入至該渣桶的爐渣重量，得到對應於該第一轉爐之一第一分率及對應於該第二轉爐之一第二分率。

於二氧化矽推算步驟中，是將該第一轉爐二氧化矽重量指標與該第一分率之乘積，以及該第二轉爐二氧化矽重量指標與該第二分率之乘積，予以加總，得到一組二氧化矽重量指標。

於氧化鈣推算步驟中，是將該第一轉爐氧化鈣重量指標與該第一分率之乘積，以及該第二轉爐氧化鈣重量指標與該第二分率之乘積，予以加總，得到一組氧化鈣重量指標。

於選擇步驟中，是選擇一鹽基度指標，該鹽基度指標為氧化鈣與二氧化矽之重量比，其範圍在1.5~2.5之間。

於改質處理步驟中，是將該氧化鈣推算步驟所得到的氧化鈣重量指標，除以由該選擇步驟所得到的該鹽 基度指標，再減去該二氧化矽推算步驟所得到的該二氧化矽重量指標，而得到該爐渣改質需噴吹的矽砂之一預定用量並繼而將計算得到的該矽砂加入爐渣進行改質處理。

11‧‧‧填入步驟

12‧‧‧吹煉步驟

13‧‧‧矽總量計算步驟

14‧‧‧矽換算步驟

15‧‧‧氧化鈣總量計算步驟

16‧‧‧權重計算步驟

17‧‧‧二氧化矽推算步驟

18‧‧‧氧化鈣推算步驟

19‧‧‧選擇步驟

20‧‧‧改質處理步驟

3‧‧‧換算表

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊流程圖，說明本發明轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法之一較佳實施例；及圖2是一示意圖，說明該較佳實施例中之一渣桶內轉爐渣的高度和體積、總重量之一換算表。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之兩個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法的較佳實施例，包含一個填入步驟11、一個吹煉步驟12、一個矽總量計算步驟13、一個矽換算步驟14、一個氧化鈣總量計算步驟15、一個權重計算步驟16、一個二氧化矽推算步驟17、一個氧化鈣推算步驟18、一個選擇步驟19及一個改質處理步驟20。

其中，在該填入步驟11中，是將鐵水與廢鋼分別填入一第一轉爐及一第二轉爐中，接著進行該吹煉步驟12。

於該吹煉步驟12中，是將造渣所需含有氧化鈣之原料，如，石灰、白雲石及輕燒白雲石加入該第一轉爐及該第二轉爐中，再將氧氣吹入該第一轉爐及該第二轉爐中，以進行吹氧精煉，此時，石灰、白雲石及輕燒白雲石是用來產生未溶於鋼液中的爐渣，接著進一步將吹煉後該第一轉爐及該第二轉爐所產生的溶化爐渣依序倒入同一渣桶內。

於矽總量計算步驟13中，是將加入該第一轉爐內吹煉的原料中所含有的矽元素重量，予以加總，得到一組第一轉爐純矽重量指標，並將加入該第二轉爐內吹煉的原料中所含有的矽元素重量，予以加總，並得到一組第二轉爐純矽重量指標，其中，加入該第一轉爐及該第二轉爐內吹煉的含矽原料包括有鐵水、廢鋼、回爐鋼、矽鐵及碳化矽，該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標是將上述各種含矽原料的矽元素重量，予以加總，如下列方程式(1)所載：Wi _Si =(Wi _HM ×HMi [Si ])+(Wi _Sc ×SCi [Si ])+(Wi _Re ×REi [Si ])+(Wi _FeSi ×0.75)+(Wi _SiC ×0.49) (1)

其中，Wi _Si 代表該第i 轉爐純矽重量指標，其中，i =1,2；且Wi _HM 代表加入轉爐的鐵水重量(Kg)，HMi [Si ]代表鐵水中的純矽重量百分比(%)，且Wi _Sc 代表加入轉爐的廢鋼重量(Kg)，SCi [Si ]代表廢鋼中的純矽重量百分比(%)；且Wi _Re 代表加入轉爐的回爐鋼重量(Kg)，REi [Si ]代表回爐鋼中的純矽重量百分比；且Wi _FeSi 代表吹煉過程中副原料矽鐵的總 添加量(Kg)，數值0.75為矽鐵的純矽含量；且Wi _Si 代表吹煉過程中副原料碳化矽的總添加量(Kg)，數值0.49為碳化矽的純矽含量。

當能夠測得廢鋼的矽元素重量百分比時，是以該矽元素重量百分比的實際值計算該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標，當無法測得廢鋼的矽元素重量百分比時，則是以預設值0.10%計算該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標。

當能夠測得回爐鋼的矽元素重量百分比時，是以該矽元素重量百分比的實際值計算該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標，當無法測得回爐鋼的矽元素重量百分比時，則是以預設值0.10%計算該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標。

當矽總量計算步驟13結束之後，便會獲得該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標，然後進行該矽換算步驟14，利用純矽與二氧化矽兩者分子量之數值換算，分別得到一組第一轉爐二氧化矽重量指標及一組第二轉爐二氧化矽重量指標，如下列方程式(2)所載：

代表該第i 轉爐二氧化矽重量指標，其中，i =1,2，所採用的數值60即為二氧化矽SiO ₂ 的分子量，數值28即為矽Si 的分子量；也就是說，利用比例觀念，將原本：Wi _Si =60：28的比例關係，換算成該第一轉爐二氧化矽重量指標及第二轉爐二氧化矽重量指標的計算公式，其 單位為Kg。

此外，於該氧化鈣總量計算步驟15中，是依據加入該第一轉爐及該第二轉爐內吹煉的原料中所含有的氧化鈣重量，經由加總後分別得到一組第一轉爐氧化鈣重量指標及一組第二轉爐氧化鈣重量指標，其中，加入該第一轉爐及該第二轉爐內吹煉的含氧化鈣原料包括有石灰、白雲石及輕燒白雲石，該第一轉爐氧化鈣重量指標及該第二轉爐氧化鈣重量指標是將上述各種含氧化鈣原料的氧化鈣重量，予以加總，如下列方程式(3)所載：Wi _CaO =Ei _CaO ×Wi _Lime +Ei _Dol ×Wi _Dol +Ei _BDol ×Wi _BDol (3)

其中，Wi _CaO 代表該第i 轉爐氧化鈣重量指標，其中，i =1,2，且Ei _CaO 代表石灰中氧化鈣重量百分比(約90%)，Wi _Lime 代表吹煉過程中副原料石灰的總添加量，且Ei _Do 代表白雲石中氧化鈣重量百分比(約30%)，Wi _Dol 代表吹煉過程中副原料白雲石的總添加量，且Ei _BD 代表輕燒白雲石中氧化鈣重量百分比(約60%)，Wi _BDol 代表吹煉過程中副原料輕燒白雲石的總添加量。

接著在權重計算步驟16中，依據該第一轉爐及該第二轉爐倒入至該渣桶的爐渣重量，得到對應於該第一轉爐之一第一分率及對應於該第二轉爐之一第二分率，如下列方程式(4)及(5)所載：A %=W _SlagPotA ÷W _SlagA (4)

B %=W _SlagPotB ÷W _SlagB (5)

A %及B %分別代表該第一分率及該第二分率， 且W _SlagA 和W _SlagB (單位Kg)是從轉爐工廠的程控電腦直接抓取使用，其分別代表該第一轉爐及該第二轉爐原渣總重；且W _SlagPotA 和W _SlagPotB 分別代表從該第一轉爐及該第二轉爐倒入渣桶內的爐渣重量；在本較佳實施例中，該第一轉爐的爐渣會全部倒入渣桶內，而礙於渣桶容量，該第二轉爐的爐渣可能無法全部倒出，因此可利用渣車和天車荷重元來秤量渣桶內的渣量，或者可應用雷達波來偵測渣桶內渣的高度，計算出渣桶內渣的體積，再換算成渣桶內的爐渣重量W _{SlagPot tTotal} (如利用圖2中的一換算表3來換算)，所以該第二轉爐倒入至渣桶內渣的重量W _SlagPotB 為W _{SlagPot tTotal} 減掉W _Sla 後的數值，此外，由於，該第一轉爐倒入渣桶內的渣量W _SlagPotA 為W _SlagA ，使得該第一分率A %之數值為100%，因此可進一步求得該第二分率B %之數值。

接著在該二氧化矽推算步驟17中，是將該第一轉爐二氧化矽重量指標與該第一分率之乘積，以及該第二轉爐二氧化矽重量指標與該第二分率之乘積，予以加總，得到一組二氧化矽重量指標，如下列方程式(6)所載：

代表該二氧化矽重量指標(即，該第一轉爐及該第二轉爐倒入渣桶內渣中二氧化矽的總重量)；代表該第一轉爐二氧化矽重量指標；代表該第二轉爐二氧化矽重量指標。

接著在該氧化鈣推算步驟18中，是將該第一轉爐氧化鈣重量指標與該第一分率之乘積，以及該第二轉爐 氧化鈣重量指標與該第二分率之乘積，予以加總，得到一組氧化鈣重量指標，如下列方程式(7)所載：W _{CaO Total} =A %×W _{CaO A} +B %×W _{CaO B} (7)

W _{CaO Total} 代表該氧化鈣重量指標(即，該第一轉爐及該第二轉爐倒入渣桶內渣中氧化鈣的總重量)；W _{CaO A} 代表該第一轉爐氧化鈣重量指標；W _{CaO B} 代表該第二轉爐氧化鈣重量指標。

接著在該選擇步驟19中，選擇一鹽基度指標，該鹽基度指標為氧化鈣與二氧化矽之重量比，其範圍在1.5~2.5之間。

繼而，最後在該改質處理步驟20中，是將該氧化鈣總量計算步驟15所得到的氧化鈣重量指標，除以由該選擇步驟19所得到的該鹽基度指標，再減去該矽換算步驟14所得到的該二氧化矽重量指標，而得到該爐渣改質需噴吹的矽砂之一預定用量，如下列方程式(8)所載：

代表爐渣改質需噴吹的矽砂之預定用量，其中，W _{CaO total} 代表單一爐次(如，第一轉爐或第二轉爐)或二爐次(如，第一轉爐及第二轉爐)倒入渣桶內爐渣中氧化鈣的總重量；代表單一爐次(如，第一轉爐或第二轉爐)或二爐次(如，第一轉爐及第二轉爐)倒入渣桶內爐渣中二氧化矽的總重量；且該B _{2 after} 代表吹入該預定用量之矽砂進行改質，渣桶內改質後的轉爐渣鹽基度指標。

繼而，將計算得到的該矽砂加入爐渣進行改質 處理，以利用矽砂中的二氧化矽將轉爐渣殘存的free CaO反應去除，並改善體積膨脹問題，順利的將轉爐石資源化。

綜上所述，本發明轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，藉由該改質處理步驟20所得到的該爐渣改質需噴吹的矽砂之預定用量，對於純粹依靠技術人員的經驗而投入改質劑(矽砂)所產生的誤差，可以有效的避免，同時也能使矽砂用量標準化，而能順利的將轉爐石資源化，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧填入步驟

12‧‧‧吹煉步驟

13‧‧‧矽總量計算步驟

14‧‧‧矽換算步驟

15‧‧‧氧化鈣總量計算步驟

16‧‧‧權重計算步驟

17‧‧‧二氧化矽推算步驟

18‧‧‧氧化鈣推算步驟

19‧‧‧選擇步驟

20‧‧‧改質處理步驟

Claims (9)

1. 一種轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，包含下列步驟：一個填入步驟，將鐵水與廢鋼分別填入一第一轉爐及一第二轉爐中；一個吹煉步驟，將造渣所需含有氧化鈣之原料分別加入該第一轉爐及該第二轉爐中，再將氧氣吹入該第一轉爐及該第二轉爐中，以分別對該第一轉爐及該第二轉爐進行吹氧精煉，並將吹煉後該第一轉爐及該第二轉爐所產生的溶化爐渣依序倒入同一渣桶內；一個矽總量計算步驟，將加入該第一轉爐內吹煉的原料中所含有的矽元素重量，予以加總，得到一組第一轉爐純矽重量指標，並將加入該第二轉爐內吹煉的原料中所含有的矽元素重量，予以加總，並得到一組第二轉爐純矽重量指標；一個矽換算步驟，利用純矽與二氧化矽兩者分子量之數值換算，分別得到一組第一轉爐二氧化矽重量指標及一組第二轉爐二氧化矽重量指標；一個氧化鈣總量計算步驟，分別將加入該第一轉爐及該第二轉爐內吹煉的原料中所含有的氧化鈣重量，予以加總，以分別得到一組第一轉爐氧化鈣重量指標及一組第二轉爐氧化鈣重量指標；一個權重計算步驟，依據該第一轉爐及該第二轉爐倒入至該渣桶的爐渣重量，得到對應於該第一轉爐之 一第一分率及對應於該第二轉爐之一第二分率；一個二氧化矽推算步驟，將該第一轉爐二氧化矽重量指標與該第一分率之乘積，以及該第二轉爐二氧化矽重量指標與該第二分率之乘積，予以加總，得到一組二氧化矽重量指標；一個氧化鈣推算步驟，將該第一轉爐氧化鈣重量指標與該第一分率之乘積，以及該第二轉爐氧化鈣重量指標與該第二分率之乘積，予以加總，得到一組氧化鈣重量指標；一個選擇步驟，選擇一鹽基度指標，該鹽基度指標為氧化鈣與二氧化矽之重量比，其範圍在1.5~2.5之間；以及一個改質處理步驟，將該氧化鈣推算步驟所得到的氧化鈣重量指標，除以由該選擇步驟所得到的該鹽基度指標，再減去該二氧化矽推算步驟所得到的該二氧化矽重量指標，而得到該爐渣改質需噴吹的矽砂之一預定用量並繼而將計算得到的該矽砂加入爐渣進行改質處理。
2. 如請求項1所述的轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，其中，於該矽總量計算步驟中，加入該第一轉爐及該第二轉爐內吹煉的含矽原料包括有鐵水、廢鋼、回爐鋼、矽鐵及碳化矽，該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標是將上述各種含矽原料的矽元素重量，予以加總。
3. 如請求項2所述的轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，其中，於該矽總量計算步驟是利用下列算式，得到該第一轉爐純矽重量指標及第二轉爐純矽重量指標：Wi _Si =(Wi _HM ×HMi [Si ])+(Wi _Sc ×SCi [Si ])+(Wi _Re ×REi [Si ])+(Wi _FeSi ×0.75)+(Wi _SiC ×0.49)，Wi _Si 代表該第i 轉爐純矽重量指標，其中，i =1,2，且Wi _HM 代表加入第i 轉爐的鐵水重量，HMi [Si ]代表鐵水中的純矽重量百分比，且Wi _Sc 代表加入第i 轉爐的廢鋼重量，SCi [Si ]代表廢鋼中的純矽重量百分比，且Wi _Re 代表加入第i 轉爐的回爐鋼重量，REi [Si ]代表回爐鋼中的純矽重量百分比，且Wi _Fe 代表吹煉過程中副原料矽鐵的總添加量，Wi _SiC 代表吹煉過程中副原料碳化矽的總添加量。
4. 如請求項1或2所述的轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，其中，於該氧化鈣總量計算步驟中，加入該第一轉爐及該第二轉爐內吹煉的含氧化鈣原料包括有石灰、白雲石及輕燒白雲石，該第一轉爐氧化鈣重量指標及該第二轉爐氧化鈣重量指標是將上述各種含氧化鈣原料的氧化鈣重量，予以加總。
5. 如請求項4所述的轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，其中，該氧化鈣總量計算步驟是利用下列算式，得到該第一轉爐氧化鈣重量指標及該第二轉爐氧化鈣重量指標：Wi _CaO =Ei _CaO ×Wi _Lime +Ei _Dol ×Wi _Dol +Ei _BDol ×Wi _BDol ， Wi _CaO 代表該第i 轉爐氧化鈣重量指標，其中，i =1,2，且Ei _CaO 代表石灰中氧化鈣重量百分比，Wi _Lime 代表吹煉過程中副原料石灰的總添加量，且Ei _Dol 代表白雲石中氧化鈣重量百分比，Wi _Dol 代表吹煉過程中副原料白雲石的總添加量，且Ei _BDol 代表輕燒白雲石中氧化鈣重量百分比，Wi _BDol 代表吹煉過程中副原料輕燒白雲石的總添加量。
6. 如請求項5所述的轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，其中，於該矽總量計算步驟中，當能夠測得廢鋼的矽元素重量百分比時，是以該矽元素重量百分比的實際值計算該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標，當無法測得廢鋼的矽元素重量百分比時，則是以預設值0.10%計算該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標。
7. 如請求項6所述的轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，其中，於該矽總量計算步驟中，當能夠測得回爐鋼的矽元素重量百分比時，是以該矽元素重量百分比的實際值計算該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標，當無法測得回爐鋼的矽元素重量百分比時，則是以預設值0.10%計算該第一轉爐純矽重量指標及該第二轉爐純矽重量指標。
8. 如請求項1所述的轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量之方法，其中，於該權重計算步驟中所得到的該第一分率，其數值為100%。
9. 如請求項8所述的轉爐煉鋼製程中計算改質劑矽砂用量 之方法，其中，於該權重計算步驟中所得到的該第二分率，其數值小於或等於100%。