TWI645046B - 用於煉鋼渣改質劑之安定化鋁渣組成物及煉鋼渣改質劑的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種用於煉鋼渣改質劑之安定化鋁渣組成物。在一些實施例中，所述安定化鋁渣組成物包含鋁渣、鋁屑和固態安定劑。所述固態安定劑包含無機酸、有機酸、有機酸鹽或上述之組合。所述有機酸和所述有機酸鹽之每一者的碳數為2至18。所述固態安定劑不含硫、磷和鹵素。本發明更提供一種煉鋼渣改質劑的製造方法，其係對上述的安定化鋁渣組成物進行成型步驟而製得煉鋼渣改質劑。

Description

用於煉鋼渣改質劑之安定化鋁渣組成物 及煉鋼渣改質劑的製造方法

本發明是有關於一種用於煉鋼渣改質劑之安定化鋁渣組成物及煉鋼渣改質劑的製造方法，且特別是有關於一種包含固態安定劑的安定化鋁渣組成物和使用上述安定化鋁渣組成物進行高壓壓錠的煉鋼渣改質劑的製造方法，以製得具有良好性質的煉鋼渣改質劑。

鋁渣常應用於煉鋼渣改質劑。在高溫熔爐的反應中，鋁渣中的鋁及氮化鋁都是有效的還原劑，能降低煉鋼渣中鐵、錳等氧化物的含量。

再者，鋁渣水解是高放熱反應，除了氮化鋁水解，其他鋁金屬及碳化鋁等成分亦皆釋放出所含的高熱含量，如下式(1)至(3)所示：AlN_(s)+3H₂O_(l)→Al(OH)_3(s)+NH_3(g) (1)

△H=-53.2kcal/mol

Al_(s)+3H₂O_(l)→Al(OH)_3(s)+3/2H_2(g) (2)

△H=-99.8kcal/mol

Al4C_3(s)+12H₂O_(l)→4Al(OH)_3(s)+3CH_4(g) (3)

△H=-422.5kcal/mol

然而，用於煉鋼渣改質劑的鋁渣在製造或儲放期間，鋁渣中的氮化鋁易反應而產生惡臭(氨氣)，造成嚴重環境汙染之問題。對於改善鋁渣中氮化鋁易反應產生惡臭之問題，脫氮是常用方法之一，目前使用的方法包括熱水脫除、加鹼脫除、加酸脫除、加鹼加溫脫除、加鹼加壓加溫脫除等。上述脫氮的方法都是在較劇烈的條件下(酸、鹼及高溫)反應，以除去鋁渣中的氮，耗時又耗能。

因此，若能適當處理鋁渣，但不減少鋁渣中的鋁及氮化鋁的含量，保留其中的熱含量，又使其不產生臭味，即可更經濟且更高效將鋁渣應用於煉鋼改質劑中。

目前已知有一方法，其混合螢石和鋁渣等助熔材料，並使用氫氧化鈉(或鉀)與鋁渣中的鋁金屬反應產生氫氧化鋁作為黏結劑。接著將上述的助熔材料和黏結劑壓製乾燥成為冶煉時的助熔添加劑。然而，在製造過程中添加鹼及水份，會造成鋁渣中的氮化鋁水解、產生臭味，並且犧牲鋁渣中富有價值的鋁金屬。

另一種方法係於鋁渣細粉中添加10%至30%的瀝青並製成團塊，其目的在於當此團塊應用於煉鋼助熔劑，可防止在使用過程中氮化鋁水解及產生粉塵。然而，此方法添加過多的瀝青，在團塊投入鋼水時會產生大量黑煙，嚴重時甚至產生噴濺現象。

更有一種方法係提供一種新的造粒結塊製作方式。首先，於煉鋼渣改質劑的原料添加少許水份，使其凝集結塊後，再以改質劑原料混合使用量為其5%至20%之水泥包覆上述結塊。之後，將包覆水泥的結塊固化並壓模成形。此種方法不採將水泥直接黏結方式造粒，以使所得的煉鋼渣改質劑在投入鋼水時具有熔化速率快，促進渣的有效利用率等優點。然而，於製造過程中添加水份，會造成鋁渣中的氮化鋁水解，並產生臭味。

又有一種方法係在煉鋼用助熔劑中的鋁渣組成物中加入熱塑性樹脂，並利用造粒成形時的摩擦壓縮產生的熱來軟化熱塑性树脂，以將此樹脂做為黏結劑。據此可不需要添加水分，以具有較佳的保形性，且使用時不會冒出大量的黑煙的優點。然而，上述方法並無法有效改善鋁渣產生臭味的缺點。

還有一種方法係以鋁渣、氧化鈣、氧化鎂、碳酸鈉、碳酸氫鈉等為煉鋼渣改質劑的原料，並使用高鋁水泥和普通波普卜特蘭水泥與上述原料混合，其中高鋁水泥和普通波普卜特蘭水泥的比率20：80至40：80，以做為黏結劑並造塊，從而可獲得煉鋼渣脫硫改質劑。所添加的碳酸氫鈉和碳酸鈉可抑制製造過程中氨氣所產生的臭味。但是，以水泥做為黏結劑造粒，造成改質劑強度過高，使用投入時熔解緩慢，且碳酸氫鈉和碳酸鈉抑制氮化鋁水解產生氨氣的效果欠佳。

上述方法雖然分別改善鋁渣應用於煉鋼渣改質 劑的不同缺點，但仍有運送儲存過程中易破碎粉化、產生臭味、投入盛鋼桶時產生煙塵、噴濺及以及熔解太慢等問題。因此，本發明所提供的安定化鋁渣組成物及煉鋼渣改質劑的製造方法係針對上述種種缺點提出改善的方案。

因此，本發明的一個目的在於提供一種安定化鋁渣組成物，其可用以製造煉鋼渣改質劑。

本發明的另一個目的在於提供一種煉鋼渣改質劑的製造方法，其係使用上述的安定化鋁渣組成來製得煉鋼渣改質劑。

根據本發明的上述態樣，提出一種安定化鋁渣組成物。在一些實施例中，所述安定化鋁渣組成物包含30重量百分比(wt.%)至95wt.%的鋁渣、大於0wt.%至65wt.%的鋁屑和0.1wt.%至5wt.%的固態安定劑。所述固態安定劑包含無機酸、有機酸、有機酸鹽或上述之組合。所述有機酸和所述有機酸鹽之每一者的碳數為2至18。所述固態安定劑不含硫、磷和鹵素。

依據本發明的一些實施例，所述鋁渣的鋁含量為5wt.%至50wt.%。

依據本發明的一些實施例，所述鋁屑的鋁含量為75wt.%至95wt.%。

依據本發明的一些實施例，所述無機酸包含硼酸。

依據本發明的一些實施例，所述有機酸包含草酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、水楊酸、馬來酸、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或上述之組合。

依據本發明的一些實施例，所述有機酸鹽包含硬脂酸鹽、棕櫚酸鹽、月桂酸鹽或上述之組合。

依據本發明的一些實施例，所述鋁渣、鋁屑和固態安定劑各自具有一粒徑，且此粒徑不大於10目。

根據本發明的上述態樣，提出一種煉鋼渣改質劑的製造方法。在一些實施例中，所述製造方法包含提供如前述之安定化鋁渣組成物。接著，以2000psi至20000psi的壓力進行成型步驟，以製得所述煉鋼渣改質劑。

依據本發明的一些實施例，所述製造方法更包含對安定化組成物中的鋁渣、鋁屑和固態安定劑進行粉碎步驟，以使鋁渣、鋁屑和固態安定劑的粒徑不大於10目。

依據本發明的一些實施例，所述安定組成物不含水，且此製造方法排除添加水的步驟。

本發明提供一種安定化鋁渣組成物及應用此安定化鋁渣組成物製造煉鋼渣改質劑的製造方法。利用上述特定組成物及特定的製造方法所製得的煉鋼渣改質劑具有高安定性、不易破碎粉化、有效降低鋁渣中氮化鋁分解所產生的臭味、投入盛鋼桶時所產生的煙塵少，且熔解速度快。

100‧‧‧安定性測試裝置

110‧‧‧密閉腔體

120‧‧‧樣品承載架

130‧‧‧吸收液

140‧‧‧煉鋼渣改質劑

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，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]係繪示安定性測試裝置的示意剖面圖；以及[圖2]係繪示實施例1至2及比較例1至3的氨氣釋出量的長條圖。

本發明旨在改善現有的煉鋼渣改質劑的缺點，如：運送儲藏時易破碎粉化、易產生異味、使用時產生大量煙塵甚至造成噴濺，及/或使用時熔解過慢等。

鑒於上述的種種缺點，本發明首先提出一種安定化鋁渣組成物，其具有特定的組成、排除特定物質，以避免安定化鋁渣組成物中的鋁金屬含量減少。此外，本發明更提出一種煉鋼渣改質劑的製造方法，其使用上述組成物配合特定製程條件，以製得煉鋼渣改質劑。藉由本發明所提供的安定化鋁渣組成物和煉鋼渣改質劑的製造方法所製得的煉鋼渣改質劑可具有諸多優點，例如：高安定性、不易破碎粉化、有效降低鋁渣中氮化鋁分解所產生的臭味、投入盛鋼桶時所產生的煙塵少、熔解速度快等。

安定化鋁渣組成物

以下首先說明本發明的安定化鋁渣組成物。在一實施例中，所述安定化鋁渣組成物可包含30wt.%至95wt.%的鋁渣、大於0wt.%至65wt.%的鋁屑和0.1wt.%至5wt.%的固態安定劑。

具體而言，所述固態安定劑包含無機酸、有機 酸、有機酸鹽或上述之組合。上述有機酸和有機酸鹽的每一者之碳數為2至18。此外，所述固態安定劑不含硫、磷和鹵素。倘若固態安定劑含有硫、磷及/或鹵素，則無法有效抑制所製得的煉鋼渣改質劑的臭味。

當固態安定劑的使用量過少時，無法有效抑制所製得之煉鋼渣改質劑的臭味。然而，當固態安定劑的使用量過多時，煉鋼渣改質劑中相對的鋁含量減少，影響煉鋼渣改質劑使用時的效能。此外，倘若將固態安定劑溶於水中形成水溶液並與鋁渣和鋁屑混合，水會使得鋁渣和鋁屑中的含鋁份水解並減少，也會影響煉鋼渣改質劑的效能。因此，在一實施例中，本發明的安定化鋁渣組成物排除添加水。

在一些實施例中，上述鋁渣的鋁含量為5wt.%至50wt.%。在另一些實施例中，上述鋁屑的鋁含量為75wt.%至95wt.%。在一例子中，所述鋁屑也可為鋁粉。本發明以多數鋁含量較低的鋁渣搭配少數鋁含量較高的鋁屑，達到有效處理低鋁含量鋁渣，但節省製造成本，且可製得具有良好使用效率的煉鋼渣改質劑，例如：可有效降低煉鋼渣中鐵、錳之氧化物的含量。

在一些實施例中，所述無機酸可包含硼酸。在另一些實施例中，所述有機酸包含草酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、水楊酸、馬來酸、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或上述之組合。在又另一些實施例中，所述有機酸包含草酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、水楊酸、馬來酸、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或上述之組合。本發明此處所稱的固態安定劑可單獨使用無機酸、有機酸或有機酸鹽，或者可任意搭配所舉之無 機酸、有機酸和有機酸鹽。

在一些實施例中，所述鋁渣、鋁屑和固態安定劑各自具有一粒徑，且此粒徑不大於10目。具體而言，使用特定粒徑的上述鋁渣、鋁屑和固態安定劑有利於煉鋼渣改質劑的成型，從而可改善運送及/或儲藏時易破碎粉化的缺點。

煉鋼渣改質劑的製造方法

本發明更提供一種煉鋼渣改質劑的製造方法。在一些實施例中，上述製造方法包含提供前述的安定化鋁渣組成物，此安定化鋁渣組成物係均勻混合。然後，使用2000psi至20000psi的壓力，對均勻混合後的安定化鋁渣組成物進行成型步驟，從而可製得煉鋼渣改質劑。

在一些實施例中，所述成型步驟為高壓壓錠步驟。倘若上述成型步驟的壓力過小，煉鋼渣改質劑過於鬆散，易於運送或儲藏時有易破碎粉化的缺點。

在一些實施例中，本發明的製造方法更包含對安定化組成物中的鋁渣、鋁屑和固態安定劑進行粉碎步驟，以使鋁渣、鋁屑和固態安定劑的粒徑不大於10目。

在一些實施例中，所述安定組成物不含水，且本發明的製造方法排除添加水的步驟。

以下以實施例和比較例說明本發明的安定化鋁渣組成物和煉鋼渣改質劑的製造方法和其功效。

實施例1

將64.4克的鋁渣、32.6克的鋁粉、1克的草酸以及2克的硬脂酸均勻混合。以7500psi的壓力進行高壓壓錠，以製得實施例1的煉鋼渣改質劑。

實施例2

將64.4克的鋁渣、32.6克的鋁粉、2克的草酸以及1克的硬脂酸均勻混合。以7500psi的壓力進行高壓壓錠，以製得實施例2的煉鋼渣改質劑。

比較例1

比較例1係使用市售品牌的煉鋼渣改質劑進行後述評價。

比較例2

比較例2係使用市售品牌的煉鋼渣改質劑進行後述評價。

比較例3

將64.4克的鋁渣和32.6克的鋁粉均勻混合。以7500psi的壓力進行高壓壓錠，以製得比較例3的煉鋼渣改質劑。

評價方式

煉鋼渣改質劑的氨氣釋出量

本發明此處所稱之煉鋼渣改質劑的氨氣釋出量係以圖1之安定性測試裝置來進行。具體而言，安定性測試裝置100包含密閉腔體110和樣品承載架120，其中樣品承載架120設置在密閉腔體110中。於密閉腔體110中加入3wt.%硼酸100rnl做為吸收液130，並將實施例1至2和比較例1至3的煉鋼渣改質劑140分別置於樣品承載架120上。將安定性測試裝置100置入60℃的烘箱中達5小時。

接著，將冷卻後的吸收液130定量至200ml， 再取出5ml之定量後的吸收液130並加入40ml之逆滲透水以及納氏試劑2ml。之後，將上述溶液定量至50.0ml並靜置20分鐘。

然後，以分光光度計測量吸收液130中的氮含量，以計算各個實施例和比較例的煉鋼渣改質劑的氨氣釋出量。一般而言，氨氣釋出量越低越佳。

關於實施例1至2和比較例1至3的氨氣釋出量的評價結果悉如圖2所示。

如圖2所示，使用本發明的安定化鋁渣組成物及煉鋼渣改質劑的製造方法所製得的煉鋼渣改質劑的氨氣釋出率極低。然而，若未使用安定化鋁渣組成物中的固態安定劑時，所製得的煉鋼渣改質劑的氨氣釋出量較高(比較例3)。此外，市面上販售的各種煉鋼渣改質劑(比較例1和2)的氨氣釋出量更是高出本發明許多。

應用本發明的安定化鋁渣組成物和煉鋼渣改質劑的製造方法，可使所製得的煉鋼渣改質劑具有高安定性、不易破碎粉化、有效降低鋁渣中氮化鋁分解所產生的臭味、投入盛鋼桶時所產生的煙塵少、熔解速度快等優點。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，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。

Claims (10)

1. 一種安定化鋁渣組成物，包含：30重量百分比(wt.%)至95wt.%的鋁渣；大於0wt.%至65wt.%的鋁屑；以及0.1wt.%至5wt.%的固態安定劑，其中該固態安定劑包含無機酸、有機酸、有機酸鹽或上述之組合，該有機酸和該有機酸鹽之每一者的碳數為2至18，且該固態安定劑不含硫、磷和鹵素。
2. 如申請專利範圍第1項所述之安定化鋁渣組成物，其中該鋁渣的鋁含量為5wt.%至50wt.%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之安定化鋁渣組成物，其中該鋁屑的鋁含量為75wt.%至95wt.%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之安定化鋁渣組成物，其中該無機酸包含硼酸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之安定化鋁渣組成物，其中該有機酸包含草酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、水楊酸、馬來酸、硬脂酸、棕櫚酸、月桂酸或上述之組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之安定化鋁渣組成物，其中該有機酸鹽包含硬脂酸鹽、棕櫚酸鹽、月桂 酸鹽或上述之組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之安定化鋁渣組成物，其中該鋁渣、該鋁屑和該固態安定劑各自具有一粒徑，且該粒徑不大於10目。
8. 一種煉鋼渣改質劑的製造方法，包含：提供如申請專利範圍第1至7項任一項所述之安定化鋁渣組成物；以及以2000psi至20000psi的一壓力進行一成型步驟，以製得該煉鋼渣改質劑。
9. 如申請專利範圍第8項所述之煉鋼渣改質劑的製造方法，更包含對該安定化組成物中的鋁渣、鋁屑和固態安定劑進行一粉碎步驟，以使該鋁渣、該鋁屑和該固態安定劑的一粒徑不大於10目。
10. 如申請專利範圍第8項所述之煉鋼渣改質劑的製造方法，其中該安定組成物不含水，且該製造方法排除添加水的步驟。