TWI570246B - Method for desulfurization of molten iron - Google Patents

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Description

鐵水的脫硫處理方法
本發明是有關於一種鐵水的脫硫處理方法，特別是指一種提供特殊的鎂用量估算式的鐵水的脫硫處理方法。
經高爐煉製得到的鐵水，可接著使用轉爐煉鋼法精煉得到鋼材。而鐵水中含有大量的不純物，如碳、矽、磷、硫等，若能在進入轉爐煉鋼前先行去除，就能減輕轉爐的負擔，並達到降低鋼材生產成本以及提高鋼材品質的目的。
例如鐵水的脫硫，是在鐵水進入轉爐前，先在鐵水中加入氧化鈉、碳化鈣或鎂等的脫硫劑，以降低鐵水中的硫含量。以使用鎂做為脫硫劑而言，於鐵水中通入鎂後，鎂的沸點低於鐵水的溫度，所以鎂在鐵水中會昇華變成氣態，氣態鎂在逸散出鐵水進入大氣的過程中，會涉及與鐵水的溶解反應、與硫的反應，以及與氧的反應。因此在估算鐵水脫硫所需的鎂用量時應該要考慮：逸散到大氣、溶解於鐵水、與氧反應以及與硫反應所需要的總量。然而，習知的技術無法估算氣態鎂逸散到大氣中的量，所 以為了要確保氣態鎂逸散到大氣後仍有足夠量的鎂能與硫及氧反應，以使鐵水脫硫後的含硫量能確實達到所要求的目標值，就會添加比實際消耗量更多的鎂，但卻因使用過量的鎂，反而增加處理成本。
從降低處理成本來看，仍有需要改良現有的鐵水的脫硫處理方法，而得以在簡省鎂的用量的前提下還能確實達到脫硫的目的。
因此，本發明之第一目的，即在提供一種鐵水的脫硫處理方法。該鐵水的脫硫處理方法能更符合實際操作所需，且更有助於節省鎂劑的使用量以及降低處理成本。
於是本發明鐵水的脫硫處理方法，包含以下步驟：提供一鐵水，該鐵水具有一硫初始濃度；將鎂劑通入該鐵水中，得到一經處理的鐵水，該鎂劑的總用量為第一階段脫硫的鎂劑用量A11、第二階段脫硫的鎂劑用量A12、第三階段脫硫的鎂劑用量A13、脫氧的鎂劑用量A2及溶解於該鐵水的鎂劑用量A3的總和，其中，該A11、A12、A13、A2及A3分別經由以下算式所獲得： 該等算式中的濃度單位為ppm，該鐵水重的單位為公噸，該鎂劑的總用量單位為公斤，其條件是當硫初始濃度小於該第一階段預定硫殘留濃度時，A11的值為零。
本發明之功效在於：藉由特殊的鎂劑用量估算式來使用鎂劑，而能更符合實際操作所需，且當鐵水的硫初始濃度較高時，更有助於節省鎂劑的使用量，進而降低處理成本。該特殊的鎂劑用量估算式是將鎂劑與硫的反應分為三階段，並預定每一階段反應後鐵水中的硫殘留濃度(預定硫殘留濃度)，以及預定每一階段中鎂的脫硫效率(預定脫硫效率)，並配合估算鎂劑用於與氧反應的量，以及鎂劑用於溶解於鐵水中的量，得以較精確地估算鎂劑用量，從而能更符合實際操作所需。
以下將就本發明內容進行詳細說明：本發明的鐵水為一經高爐煉製得到的鐵水，該鐵水包含硫。
A11、A12、A13、A2及A3的算式，主要是考量在本發明鐵水脫硫的方法中，於鐵水中所投入的鎂劑在鐵水中會昇華變成氣態，並進行以下反應：
1.氣態鎂溶解在鐵水中
2.氣態鎂逸散出鐵水並進入大氣
3.氣態鎂與鐵水中的硫反應，化學反應式為Mg+S→MgS(s)
4.氣態鎂與鐵水中的氧反應，化學反應式為Mg+O→MgO(s)
在脫硫過程中，氣態鎂用在與硫反應的量越多，代表氣態鎂溶解於鐵水以及逸散到大氣中的量越少。並因脫硫過程的初始階段，鐵水中的硫濃度高，所投入的鎂劑大部份用於與硫反應，溶解在鐵水中量較少，故逸散到大氣中的量較少。而隨著鐵水中的硫濃度越來越低，至脫硫過程的末期階段，鐵水中的硫濃度較低，所投入的鎂劑僅有少部份用於與硫反應，大部份是溶解在鐵水中，故逸散到大氣中的量較多。依據上述鎂與硫反應過程的變化，本案發明人首先思及將鎂與硫的反應分為第一階段、第二階段及第三階段，並設定經處理鐵水的預定硫終點濃度，及每一階段的預定硫殘留濃度以及預定脫硫效率。其中，經處理鐵水的預定硫終點濃度代表在脫硫處理結束後預定在經處理鐵水中的硫終點濃度；預定硫殘留濃度代表在該階段中預定在脫硫後所殘留的硫濃度；預定脫硫效率代表在該階段中預定鎂劑用於與硫反應的比例。預定脫硫效率越高表示鎂劑用於與硫反應的比例越高，而溶解於鐵水中以及逸散至大氣中的比例越低；預定脫硫效率越低表示鎂劑用於與硫反應的比例越低，而溶解於鐵水中以及逸散至大氣中的比例越高。
基於上述考量，再藉由以下算式，分別得出A11、A12及A13，即能估算鎂劑逸散至大氣中的量，並得到鎂劑與硫反應的用量：
每一階段的該預定硫殘留濃度及預定脫硫效率可依據實際需求，根據脫硫過程中的操作條件，例如鎂劑的噴吹時間、噴吹管插入鐵水的角度及深度、鐵水深度、鎂劑的種類及粒徑大小等，並配合鎂脫硫的熱力學以及流體動力學綜合評估後得到。
該鐵水的硫初始濃度範圍無需特別限制，皆可適用於本發明鐵水的脫硫處理方法。當鐵水的硫初始濃度範圍小於該第一階段預定硫殘留濃度時，該A11的值以零計。較佳地，該鐵水的硫初始濃度範圍至少為170ppm時，更有助於節省鎂劑的使用量。
該經處理鐵水的預定硫終點濃度範圍可以依據實際需要進行設定。較佳地，該經處理鐵水的預定硫終點濃度範圍至多為50ppm；更佳地，該經處理鐵水的預定硫終點濃度範圍至多為20ppm。
較佳地，該硫初始濃度>該第一階段預定硫殘留濃度>該第二階段預定硫殘留濃度>該預定硫終點濃度。
較佳地，該第一階段預定脫硫效率>該第二階段預定脫硫效率>該第三階段預定脫硫效率。
較佳地，該第一階段預定硫殘留濃度的範圍為130至170ppm。
較佳地，該第二階段預定硫殘留濃度的範圍為60至70ppm。
較佳地，該第一階段預定脫硫效率為0.85±0.1。
較佳地，該第二階段預定脫硫效率為0.70±0.1。
較佳地，該第三階段預定脫硫效率為0.25±0.1。
當達到該預定硫終點濃度時，代表該經處理鐵水中的鎂劑濃度與預定硫終點濃度達到化學平衡，因此溶 解於該鐵水的鎂劑用量A3為
鎂劑在脫硫過程中，亦會與鐵水中的氧反應，並因相較於鐵水中的硫濃度，氧濃度較低，且鎂劑脫氧的效率很高，而不需考慮鎂劑用於脫氧的效率，因此，該脫 氧的鎂劑用量A2為
本發明鐵水的脫硫處理方法可以運用於處理各種鐵水，能有助於節省鎂劑的使用量。特別是當鐵水的硫初始濃度較高時(硫初始濃度範圍至少170ppm時)，可在較低用量的鎂劑下達到脫硫處理目的，更有助於節省鎂劑的使用量。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
〈實施例〉
[實施例1至9]鐵水的脫硫處理方法
採用中國的營口戴斯瑪克高新技術有限公司的「單吹顆粒鎂鐵水脫硫設備」，將鎂劑噴吹於一鐵水中(鐵水溫度：1250至1400℃，噴吹時間：8至20分，得到一經處理的鐵水。其中，鎂劑的總用量為A11、A12、A13、A2及A3的總和。
脫硫結束後量測實施例1至9的經處理鐵水中的實際硫終點濃度，以檢測實施例1至9鐵水的脫硫處理方法的脫硫效果。
實施例1至9的鐵水重、鐵水中的硫初始濃度及氧初始濃度、經處理鐵水中的預定硫終點濃度、實際硫濃度、第一階段預定硫殘留濃度、第二階段預定硫殘留濃 度、第一階段預定脫硫效率、第二階段預定脫硫效率及第三階段預定脫硫效率、鎂劑總用量及單位鐵水鎂劑的總用量是如表1及表2所示。並以營口戴斯瑪克高新技術有限公司的技術手冊中所載的鎂劑總用量及單位鐵水鎂劑的總用量做為對照組。
[評價項目]
1.硫濃度的測量
以光譜分析儀分析一鐵水的塊狀樣品中的硫濃度，得到鐵水的硫初始濃度。
並以相同方式測量一經處理鐵水的塊狀樣品，得到經處理鐵水中的實際硫濃度。
2.氧濃度的測量
將一鐵水的塊狀樣品(約1克重)酸洗後，以氮氧分析儀(oxygen/nitrogen Analyzer)分析，得到鐵水的氧初始濃度。
從表1可知，以實施例1及其對應的對照組為 例，在相同的硫初始濃度(124ppm)下，欲達到預定硫終點濃度(20ppm)，對照組需要鎂劑的總用量為110kg，而實施例1計算得到的鎂劑總用量僅需108.93kg，甚至即能使得經處理鐵水中的實際硫濃度達到18ppm，代表實施例1鐵水的脫硫處理方法確實能節省鎂劑的使用量。
實施例2至9中亦顯示出與實施例1相同的結果，相較於對照組的鎂劑總用量，實施例2至9計算得到的鎂劑總用量較低即能達到脫硫的目的。
綜上所述，本發明鐵水的脫硫處理方法藉由特殊的鎂劑用量的估算式來使用鎂劑，而能更符合實際操作所需，有助於節省鎂劑的使用量。且當鐵水的硫初始濃度較高時，更有助於節省鎂劑的使用量，進而降低處理成本，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，凡是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。

Claims (10)

  1. 一種鐵水的脫硫處理方法，包含以下步驟：提供一鐵水，該鐵水具有一硫初始濃度；及將鎂劑通入該鐵水中，得到一經處理鐵水，該鎂劑的總用量為第一階段脫硫的鎂劑用量A11、第二階段脫硫的鎂劑用量A12、第三階段脫硫的鎂劑用量A13、脫氧的鎂劑用量A2及溶解於該鐵水的鎂劑用量A3的總和；其中，該A11、A12、A13、A2及A3分別經由以下算式所獲得： 該等算式中的濃度單位為ppm，該鐵水重的單位為公噸，該鎂劑的總用量單位為公斤，其條件是當硫初始濃度小於該第一階段預定硫殘留濃度時，A11的值為零。
  2. 如請求項1所述的鐵水的脫硫處理方法，其中，該硫初始濃度>該第一階段預定硫殘留濃度>該第二階段預定硫殘留濃度>該預定硫終點濃度。
  3. 如請求項1所述的鐵水脫硫的方法，其中，該第一階段預定脫硫效率>該第二階段預定脫硫效率>該第三階 段預定脫硫效率。
  4. 如請求項1所述的鐵水的脫硫處理方法，其中，該鐵水的硫初始濃度範圍至少為170ppm。
  5. 如請求項4所述的鐵水的脫硫處理方法，其中，該第一階段預定硫殘留濃度的範圍為130至170ppm。
  6. 如請求項5所述的鐵水的脫硫處理方法，其中，該第二階段預定硫殘留濃度的範圍為60至70ppm。
  7. 如請求項1所述的鐵水的脫硫處理方法，其中，該經處理鐵水的預定硫終點濃度範圍至多為50ppm。
  8. 如請求項1所述的鐵水的脫硫處理方法，其中，該第一階段預定脫硫效率為0.85±0.1。
  9. 如請求項8所述的鐵水的脫硫處理方法，其中，該第二階段預定脫硫效率為0.70±0.1。
  10. 如請求項9所述的鐵水的脫硫處理方法，其中，該第三階段預定脫硫效率為0.25±0.1。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1276434A (zh) * 1999-06-07 2000-12-13 川崎制铁株式会社 铁水的脱硫方法
CN101358265A (zh) * 2008-07-05 2009-02-04 攀枝花市东攀工贸有限责任公司 复合型铁水脱硫剂及其制备方法
CN104131136A (zh) * 2014-08-19 2014-11-05 马鞍山中科冶金材料科技有限公司 一种铁水、钢水脱硫用材料及其制备方法

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