TWI580789B - Methods for predicting slag viscosity - Google Patents

Description

預測熔渣黏度的方法

本發明是有關於一種預測方法，特別是指一種預測熔渣黏度的方法。

將含鐵礦物還原成生鐵的生產過程稱為煉鐵，其中，該含鐵礦物例如鐵礦石。於該生產過程中，該含鐵礦物被還原並熔化成生鐵水，而該生鐵水被排出於一煉鐵爐外，並經降溫後形成生鐵塊。於該生產過程中除形成有該生鐵水外，還會生產出熔渣(slag，亦稱爐渣)。在該生產過程中，生鐵水的排出作業的順暢度會受熔渣的流動性所影響。當該熔渣的流動性差，會牽引該生鐵水的流動，導致生鐵水排出不順暢。

因此，監控熔渣的流動性對於煉鐵過程來說是相當重要的。熔渣的流動性一般是以黏度來評估，然而，量測熔渣的黏度相當的費時，而無法即時獲得，使得現場操作人員無法即時判斷是否可進行熔渣或生鐵水的排出作業，繼而影響生產效益。

台灣專利公告第400338號揭示一種可預測黏度以評估線上熔渣的流動性的方法，其中，該線上熔渣的成分包含二氧化矽(SiO ₂)、氧化鋁(Al ₂O ₃)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)，以及二氧化鈦(TiO ₂)。該方法是採集線上熔渣作為量測樣本，並量測該線上熔渣中二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，以及二氧化鈦的成分百分比，接著，透過液化溫度方程式及黏度方程式計算出該線上熔渣的液化溫度(T _liquidus)及黏度(μ)，並藉由所獲得的液化溫度及黏度，評估該線上熔渣的流動性，其中，該液化溫度方程式及黏度方程式是藉由收集過往的生鐵水的溫度資料、過往的線上熔渣樣本的成分百分比資料，以及過往的線上熔渣樣本的液化溫度及黏度資料，並透過迴歸分析演算法所獲得。

雖該專利案可透過計算的方式即時預測出該線上熔渣的液化溫度及黏度，以提供給現場操作人員來評估該線上熔渣的流動性。然而，該專利案所預測出的黏度(μ)與實際量測的黏度差異過大，導致對線上熔渣的流動性的評估有所偏差，使得熔渣或生鐵水的排出作業仍存在有不順暢的問題。尤其是，當線上熔渣溫度大於1,530℃時，透過該專利案的黏度方程式所預測出來的黏度(μ)為不合理的負值，再者，當線上熔渣溫度小於1,350℃時，所預測出來的黏度(μ)不貼近實際量測的黏度，甚至完全偏離。

因此，本發明之目的，即在提供一種用來評估熔渣的流動性的預測熔渣黏度的方法。

於是，本發明預測熔渣黏度的方法，包含步驟(a)，提供一包含二氧化矽(SiO ₂)、氧化鋁(Al ₂O ₃)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)，以及二氧化鈦(TiO ₂)的熔渣，並以該等成分的總量和為100wt%，計算出該等成分的重量百分比；步驟(b)，根據計算出的該等成分的重量百分比，利用一變形溫度公式計算出該熔渣的一變形溫度，其中，該變形溫度為該熔渣由熔融態轉變至固化態過程中，黏度突升時的溫度，該變形溫度公式為a ₁A ²+a ₂B ²+a ₃C ²+a ₄D ²+a ₅E ²+a ₆A+a ₇B+a ₈C+a ₉D+a ₁₀E-65；及步驟(c)，根據計算出的該等成分的重量百分比，利用一黏度公式計算出該熔渣的一預測黏度(μ)，其中，當生鐵水溫度大於該變形溫度時，該黏度公式為μ ₁₅₀₀×(1500/T) ^13.4，當生鐵水溫度小於或等於該變形溫度時，該黏度公式為μ ₁₅₀₀×(1500/T) ^18.2；μ ₁₅₀₀為該熔渣在1500℃時以b ₁E ³+b ₂D ²+b ₃A+b ₄B+b ₅C計算出的黏度；A、B、C、D、E及T依序為二氧化矽的重量百分比、氧化鈣的重量百分比、二氧化鈦的重量百分比、氧化鎂的重量百分比、氧化鋁的重量百分比，以及生鐵水溫度；a ₁、a ₂、a ₃、a ₄、a ₅、a ₆、a ₇、a ₈、a ₉、a ₁₀、b ₁、b ₂、b ₃、b ₄及b ₅表示常數。

本發明之功效在於：透過該變形溫度公式及該黏度公式，使得所預測出的黏度更貼近在不同溫度下的熔渣的實際量測出的黏度，因而現場操作人員可更準確地評估線上熔渣的流動性，繼而提高熔渣或生鐵水的排出作業的順暢度。

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。

本發明預測熔渣黏度的方法適用於預測含有二氧化矽(SiO ₂)、氧化鋁(Al ₂O ₃)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)，以及二氧化鈦(TiO ₂)的熔渣的黏度。該熔渣的氧化鈣的重量百分比與二氧化矽的重量百分比的比值範圍為大於0.88且小於1.37，且，以該熔渣的總量為100wt%計，該氧化鎂的重量百分比範圍為大於0wt%且小於15wt%、該氧化鋁的重量百分比範圍為大於5wt%且小於20wt%，且該二氧化鈦的重量百分比範圍為大於0wt%且小於5.8wt%。在本發明的第一實施例中，該預測熔渣黏度的方法用來預測一煉鐵的生產過程中所產生的熔渣的黏度。以該煉鐵的生產過程中所產生的熔渣的總量為100wt%計，二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，以及二氧化鈦的重量百分比總和為大於90wt%。該煉鐵指的是含鐵礦物還原成生鐵。該含鐵礦物例如但不限於鐵礦石。該煉鐵是利用一煉鐵爐，例如但不限於高爐，來進行。該煉鐵爐並非本發明主要的技術特徵，且該煉鐵爐為本領域技術人員所公知的，為了精簡的因素，故細節在此不多作說明。

本發明預測熔渣黏度的方法包含步驟(a)至步驟(c)。

在該步驟(a)中，提供一包含二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，以及二氧化鈦的熔渣，並以該等成分的總量和為100wt%，計算出該等成分的重量百分比。所謂該等成分指的是二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，以及二氧化鈦。在本發明預測熔渣黏度的方法之一實施例中，以該熔渣的總量為100wt%計，該二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂以及二氧化鈦的重量百分比依序為36.20wt%、14.06wt%、41.09wt%、6.93wt%，以及0.5wt%。在本發明預測熔渣黏度的方法之第二實施例中，以該熔渣的總量為100wt%計，該二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂以及二氧化鈦的重量百分比依序為36.06wt%、14.45wt%、40.15wt%、6.45wt%，以及0.54wt%。

在該步驟(b)中，根據以該等成分的總量和為100wt%所計算出的該等成分的重量百分比，利用一變形溫度公式計算出該熔渣的一變形溫度。該變形溫度公式為a ₁A ²+a ₂B ²+a ₃C ²+a ₄D ²+a ₅E ²+a ₆A+a ₇B+a ₈C+a ₉D+a ₁₀E-65。

A、B、C、D及E依序為以該等成分的總量和為100wt%計時，二氧化矽的重量百分比、氧化鈣的重量百分比、二氧化鈦的重量百分比、氧化鎂的重量百分比，以及氧化鋁的重量百分比。a ₁、a ₂、a ₃、a ₄、a ₅、a ₆、a ₇、a ₈、a ₉，及a ₁₀表示常數。該a ₁範圍為-0.08至-0.04。該a ₂範圍為-0.8至-0.6。該a ₃範圍為2.2至2.5。該a ₄範圍為-0.2至-0.1。該a ₅範圍為-0.6至-0.4。該a ₆範圍為-7.3至-6.9。該a ₇範圍為67至72。該a ₈範圍為-34至-32。該a ₉範圍為4.4至5.0。該a ₁₀範圍為15至18。

該變形溫度公式是藉由收集複數個熔渣的該等成分的重量百分比(以該等成份總量和為100wt%計)及儀器量測出的該等熔渣的變形溫度資料，並透過迴歸分析演算法所獲得。該變形溫度公式為一五元二次多項式，且判定係數(coefficient of determination，R ²)為0.95。該變形溫度指的是該熔渣由熔融態轉變至固化態過程中，黏度突升時的溫度。該熔渣的變形溫度範圍為1,280℃至1,410℃。該熔渣的變形溫度係利用一軟熔溫度量測儀進行量測。該軟熔溫度量測儀並非本發明主要的技術特徵，且該軟熔溫度量測儀為本領域技術人員所公知的，例如參閱台灣專利公告第400338號揭示的軟熔溫度量測儀，為了精簡的因素，故細節在此不多作說明。

在該步驟(c)中，根據以該等成分的總量和為100wt%所計算出的該等成分的重量百分比，利用一黏度公式計算出該熔渣的一預測黏度(μ)。當生鐵水溫度(T)大於該變形溫度時，該黏度公式為μ ₁₅₀₀×(1500/T) ^13.4。當生鐵水溫度(T)小於或等於該變形溫度時，該黏度公式為μ ₁₅₀₀×(1500/T) ^18.2。本發明預測熔渣黏度的方法透過考量該熔渣的變形溫度，以使當熔渣溫度小於1,350時，所預測出來的黏度是貼近實際量測的黏度，甚至完全符合。

該μ ₁₅₀₀為利用b ₁E ³+b ₂D ²+b ₃A+b ₄B+b ₅C計算出該熔渣溫度在1500℃時的預測黏度。A、B、C、D及E如上所述，故不再贅述。T表示生鐵水溫度。b ₁、b ₂、b ₃、b ₄及b ₅表示常數。該b ₁範圍為0.003至0.006。該b ₂範圍為-0.005至-0.002。該b ₃範圍為0.04至0.08。該b ₄範圍為0.02至0.05。該b ₅範圍為-0.7至-0.5。該黏度公式是藉由收集複數個生鐵水溫度資料、複數個熔渣的該等成分的重量百分比(以該等成份總量和為100wt%計)，及複數個熔渣在1,500℃時的儀器量測出的黏度資料，並透過迴歸分析演算法所獲得。該μ ₁₅₀₀為一五元三次多項式，且判定係數為0.93。該生鐵水溫度範圍為1,300℃至1,580℃。該熔渣的黏度係利用一高溫黏度計進行量測。該高溫黏度計並非本發明主要的技術特徵，且該高溫黏度計為本領域技術人員所公知的，例如參閱台灣專利公告第400338號揭示的旋轉式高溫黏度計，為了精簡的因素，故細節在此不多作說明。

參閱圖1，粗虛線為利用高溫黏度計(廠牌：BROOKFIELD；型號：Model DV-II)實際量測出在不同溫度下的熔渣的黏度、細虛線為本發明之第一實施例且利用本發明黏度公式所計算出在不同溫度下的熔渣的預測黏度，以及實線為利用台灣專利公告第400338號揭示黏度方程式所計算出在不同溫度下的熔渣的預測黏度。由圖1可知，該台灣專利公告第400338號所預測出的黏度與實際量測的黏度差異過大，而本發明預測熔渣黏度的方法所預測出的黏度更貼近實際量測的黏度。尤其是，當該熔渣溫度小於1,350℃時，本發明所預測出來的黏度，相較於該台灣專利公告第400338號所預測出的黏度，更貼近實際量測的黏度。

參閱圖2，粗虛線為利用高溫黏度計實際量測出在不同溫度下的熔渣的黏度，以及細虛線為本發明之第二實施例且利用本發明黏度公式所計算出在不同溫度下的熔渣的預測黏度。由圖2可知，本發明預測熔渣黏度的方法所預測出的黏度更貼近實際量測的黏度，尤其是，當該熔渣溫度小於1,350℃時。

綜上所述，本發明預測熔渣黏度的方法透過該變形溫度公式及黏度公式，使得所預測出的黏度更貼近在不同溫度下的熔渣的實際量測出的黏度，因而現場操作人員可更準確地評估線上熔渣的流動性，繼而提高熔渣或生鐵水的排出作業的順暢度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，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。

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是一曲線圖，說明本發明預測熔渣黏度的方法之一第一實施例所預測出的黏度以及台灣專利公告第400338號的方法所預測出的黏度，與實際量測出的黏度間的差異程度；及 圖2是一曲線圖，說明本發明預測熔渣黏度的方法之一第二實施例所預測出的黏度，與實際量測出的黏度間的差異程度。

Claims (5)

1. 一種預測熔渣黏度的方法，包含：步驟(a)，提供一包含二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，以及二氧化鈦的熔渣，並以該等成分的總量和為100wt%，計算出該等成分的重量百分比；步驟(b)，根據步驟(a)計算出的該等成分的重量百分比，利用一變形溫度公式計算出該熔渣的一變形溫度，其中，該變形溫度為該熔渣由熔融態轉變至固化態過程中，黏度突升時的溫度，該變形溫度公式為a₁A²+a₂B²+a₃C²+a₄D²+a₅E²+a₆A+a₇B+a₈C+a₉D+a₁₀ E-65，該變形溫度公式是藉由收集複數個熔渣的該等成分的重量百分比及該等熔渣的變形溫度資料，並透過迴歸分析演算法所獲得；及步驟(c)，根據步驟(a)計算出的該等成分的重量百分比，利用一黏度公式計算出該熔渣的一預測黏度，其中，當生鐵水溫度大於該變形溫度時，該黏度公式為μ₁₅₀₀×(1500/T)^13.4，當生鐵水溫度小於或等於該變形溫度時，該黏度公式為μ₁₅₀₀×(1500/T)^18.2；μ₁₅₀₀為該熔渣在1500℃時以b₁E³+b₂D²+b₃A+b₄B+b₅C計算出的黏度；A、B、C、D、E及T依序為二氧化矽的重量百分比、氧化鈣的重量百分比、二氧化鈦的重量百分比、氧化鎂的重量百分比、氧化鋁的重量百分比，以及生鐵水溫度；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、 a₆、a₇、a₈、a₉、a₁₀、b₁、b₂、b₃、b₄及b₅表示常數，該黏度公式是藉由收集複數個生鐵水溫度資料、複數個熔渣的該等成分的重量百分比，及複數個熔渣在1,500℃時的黏度資料，並透過迴歸分析演算法所獲得。
2. 如請求項1所述的預測熔渣黏度的方法，其中，該熔渣為煉鐵的生產過程中所產生的熔渣。
3. 如請求項1所述的預測熔渣黏度的方法，其中，以該熔渣的總量為100wt%計，二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂，以及二氧化鈦的重量百分比總和為大於90wt%。
4. 如請求項3所述的預測熔渣黏度的方法，其中，以該熔渣的總量為100wt%計，該氧化鎂的重量百分比範圍為大於0wt%且小於15wt%、該氧化鋁的重量百分比範圍為大於5wt%且小於20wt%，且該二氧化鈦的重量百分比範圍為大於0wt%且小於5.8wt%。
5. 如請求項1所述的預測熔渣黏度的方法，其中，該熔渣的氧化鈣的重量百分比與二氧化矽的重量百分比的比值範圍為大於0.88且小於1.37。