TWI655291B - 鐵水的精煉方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種鐵水的精煉方法，其係藉由在鐵水中添加助熔劑，使脫磷渣含有特定含量的氧化鋁，以提高脫磷處理的脫磷效率，進而獲得具有極低磷含量的鋼液。

Description

鐵水的精煉方法

本發明是關於一種鐵水的精煉方法，特別是關於一種提高脫磷效率的鐵水精煉方法。

由於鋼中的磷容易在晶界偏析，而導致鋼具有低溫脆性和回火脆性等缺陷。因此，鐵水精煉製程包含對鐵水進行脫磷處理，以使精煉後鋼液中的磷含量符合後續應用的需求。一般而言，鐵水中包含約900ppm的磷，而要求脫磷後的鋼液中的磷含量須為100ppm以下，甚至極低磷鋼液係要求磷含量為50ppm以下。

習知利用轉爐進行之鐵水精煉製程係先加入焦炭、石料等助熔劑，並將鐵礦加熱熔融成鐵水。接著，將廢鋼放入轉爐，再將鐵水倒入轉爐內，並進行吹氧精煉，以去除鐵水中的雜質。吹氧精煉的原理是利用鐵水中碳、矽、磷等雜質元素對氧的親和性比鐵對氧的親和性好，故對鐵水吹氧時，氧會先和前述雜質元素發生氧化反應並與鐵水分離，且由於此氧化反應為放熱反應，所釋放之熱能可使鐵水保持熔融狀態，甚至使鐵水溫度上升。

習知鐵水的脫磷處理係藉由添加石灰(氧化鈣)以及氧氣或氧化鐵等氧源，以使鐵水中的磷氧化，而生成五氧化二磷(P₂O₅)，且五氧化二磷會與氧化鈣形成穩定的3CaO‧P₂O₅化合物[Ca₃(PO₄)₂]，並固定在脫磷渣中。因此，氧化鈣的使用量愈多，愈有助於脫磷反應。然而，由於氧化鈣的熔點太高(2572℃)，而精煉的鐵水溫度係小於2000℃，故須降低脫磷渣的熔點，使脫磷渣可於鐵水中熔融，以具有良好流動性，進而增加與鐵水的接觸面積，前述降低脫磷渣熔點之製程即所謂的造渣或渣化。習知係將脫磷渣的鹽基度控制為小於2.0，以進行造渣，其中鹽基度係定義為氧化鈣與二氧化矽的比值。習知方法一般係藉由二氧化矽降低脫磷渣的熔點，而二氧化矽可例如來自於鐵水中雜質元素包含的矽，經氧化後所生成。

除了藉由二氧化矽進行造渣，也可利用添加其他助熔劑促進石灰渣化。然而，習知的單爐單渣法由於出鋼溫度較高，例如大於1600℃，若在精煉製程中加入過多助熔劑，則可能因稀釋氧化鈣而降低脫磷效率，且因為渣的熔點太低導致破壞精煉爐的爐壁，而爐渣亦無法進行濺渣護爐作業。因此，習知單爐單渣法對於助熔劑的添加量有較嚴格的限制。

另外，由於脫磷反應是劇烈的放熱反應，若鐵水溫度過高，反應便傾向以逆反應方向進行，則不僅無法降低鐵水中的磷含量，更可能使氧化後的五氧化二磷因逆反應發生而導致復磷的現象。反之，若鐵水溫度過低，則無法有 效促進石灰的渣化，且會影響脫磷渣的流動性，而不利於脫磷反應的進行。因此，若欲製得極低磷的鋼液，精煉時的溫度亦必須嚴格的控管。

有鑑於此，亟須提供一種鐵水的精煉方法，以藉由添加助熔劑，促進石灰渣化，而使磷含量高的鐵水在精煉後獲得極低磷的鋼液。

本發明之一態樣是提供一種鐵水的精煉方法，其係藉由添加助熔劑，並控制脫磷渣中氧化鋁的含量，以使磷含量較高的鐵水在經過精煉後，可獲得極低磷含量的鋼液。

根據本發明之一態樣，提供一種鐵水的精煉方法。此方法包含對鐵水添加氧化鈣及助熔劑，並進行脫磷處理，以獲得第一鋼液及脫磷渣。鐵水係包含大於900ppm的磷，且助熔劑包含氧化鋁。基於脫磷渣為100wt%，脫磷渣包含氧化鈣、二氧化矽及大於或等於3wt%的氧化鋁。接著，進行出渣作業，以分離第一鋼液及脫磷渣。然後，對第一鋼液進行脫碳處理，以獲得第二鋼液。第二鋼液含有小於或等於50ppm的磷。

根據本發明之一實施例，上述脫磷渣包含3wt%至12wt%的氧化鋁。

根據本發明之一實施例，基於脫磷渣為100wt%，上述脫磷渣包含35wt%至50wt%的氧化鈣。

根據本發明之一實施例，基於該脫磷渣為100wt%，上述脫磷渣之氧化鈣及二氧化矽的總和為50wt%至80wt%。

根據本發明之一實施例，上述脫磷渣之鹽基度為2.0至2.5。

根據本發明之一實施例，上述助熔劑包含焊道渣及/或精煉渣。

根據本發明之一實施例，上述脫磷處理之最終溫度為1280℃至1350℃。

根據本發明之一實施例，上述脫磷處理更包含利用頂吹噴槍進行吹氧作業。

根據本發明之一實施例，上述脫磷處理之脫磷率為大於70%。

應用本發明之鐵水的精煉方法，藉由添加助熔劑，使脫磷渣含有特定含量的氧化鋁，以提高脫磷處理的脫磷效率，進而獲得具有極低磷含量的鋼液。

100‧‧‧方法

110‧‧‧對鐵水添加氧化鈣及助熔劑，並進行脫磷處理，以獲得第一鋼液及脫磷渣之步驟

120‧‧‧進行出渣作業，以分離第一鋼液及脫磷渣之步驟

130‧‧‧對第一鋼液進行脫碳處理，以獲得第二鋼液之步驟

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，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]係繪示根據本發明一實施例之鐵水的精煉方法的流程圖。

承上所述，本發明提供一種鐵水的精煉方法，其係藉由添加助熔劑，並控制脫磷渣中氧化鋁的含量，以使磷含量較高的鐵水在經過精煉後，可獲得極低磷含量的鋼液。

以下利用「轉爐雙爐法冶煉製程技術」(簡稱為雙爐法)說明本發明之鐵水的精煉方法的一些實施例，然而，本發明不以此為限。一般而言，雙爐法係針對製備極低磷的鋼種所使用的製程技術。雙爐法係藉由鐵水在低溫下有利於脫磷的特性，利用二個轉爐型精煉爐，其中第一個精煉爐做為鐵水預處理的轉爐型精煉爐，或稱為脫磷爐。脫磷爐主要係用以進行鐵水脫矽及脫磷。接著，將脫磷爐所獲得之半鋼液倒入第二個轉爐中，進行脫碳精煉處理，故第二個轉爐亦稱為脫碳爐。須理解的是，在脫磷爐中雖然是以鐵水脫磷反應為主，但亦同時會進行脫碳反應，而在脫碳爐中雖然是以鐵水脫碳反應為主，但亦同時會進行脫磷反應。雙爐法的應用可使鐵水精煉作業更充分地控制各自反應，並提高處理效率。一般而言，欲利用雙爐法製得極低磷的鋼液，則脫磷爐的脫磷率便是主要關鍵。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明一實施例之鐵水的精煉方法100的流程圖。首先，進行步驟110，對鐵水添加氧化鈣及助熔劑，並進行脫磷處理，以獲得第一鋼液及脫磷渣。在一實施例中，亦可在鐵水中添加廢鋼，以避免因雜質元素發生氧化反應所放出的熱量，導致鐵水溫度過度升高。在一實施例中，鐵水係包含大於900ppm(0.090%)的 磷。在另一實施例中，鐵水係包含大於900ppm且小於或等於1700ppm(0.17%)的磷。在再一實施例中，鐵水係包含1250ppm(0.125%)至1500ppm(0.15%)的磷。

在一實施例中，脫磷處理可選擇性地利用頂吹噴槍對鐵水進行吹氧作業。在另一實施例中，脫磷處理亦可選擇性地利用底吹氮氣或氬氣對鐵水進行攪拌。

上述步驟110中所添加的助熔劑係包含氧化鋁。在一實施例中，助熔劑係包含煉鋼用的精煉渣及/或助焊用的焊道渣。精煉渣及焊道渣分別為煉鋼及焊接後剩下的廢棄物，一般而言，精煉渣及焊道渣皆包含氧化鈣、二氧化矽及氧化鋁。因此，若在鐵水的精煉中回收使用精煉渣或焊道渣做為助熔劑，由於此些助熔劑之熔點較低，其可有助於石灰的渣化，進而增加鐵水的脫磷效率，且對環境友善，並可有效降低生產成本。

在步驟110中，脫磷處理後所獲得的脫磷渣係包含氧化鈣、二氧化矽及氧化鋁。欲控制脫磷渣的成分含量，步驟110之脫磷處理係利用添加助熔劑，例如上述之精煉渣及/或焊道渣，以控制氧化鋁在脫磷渣中的含量。在一實施例中，基於脫磷渣為100wt%，脫磷渣的氧化鋁為大於或等於3wt%，較佳為3wt%至12wt%，更佳為5wt%至10wt%。若氧化鋁的添加量太少，例如習知的單爐單渣法限定脫磷渣中氧化鋁的含量須小於3wt%，則無法有效降低脫磷渣的熔點，故對於促進石灰渣化的效果不顯著。當脫磷渣中的氧化鋁為3wt%至12wt%時，利用此脫磷渣所進 行之脫磷反應可具有較佳的脫磷效率，且熔融後之脫磷渣具有較佳的黏度表現，而可避免浮溢現象(slopping)。

藉由助熔劑的添加，可設定脫磷渣的鹽基度為高於習知使用的鹽基度，以增進脫磷效率。在一實施例中，脫磷渣的鹽基度為2.0至2.5，較佳為2.2至2.5。若欲控制脫磷渣的鹽基度，首先，藉由分析鐵水中的矽含量，進而估算在吹氧作業後所產生的二氧化矽在脫磷渣中的含量，然後，根據所設定之脫磷渣的鹽基度，以計算氧化鈣的添加量。在一實施例中，鐵水中包含約2500ppm的矽。在一實施例中，根據估算出的二氧化矽含量，基於脫磷渣為100wt%，添加之氧化鈣的量為35wt%至50wt%，較佳為40wt%至50wt%。在另一實施例中，基於脫磷渣為100wt%，脫磷渣中氧化鈣及二氧化矽的總和為50wt%至80wt%。在一實施例中，基於脫磷渣為100wt%，脫磷渣中氧化鋁、氧化鈣及二氧化矽的總和為80wt%至90wt%。在一實施例中，脫磷渣中除了上述之氧化鋁、氧化鈣及二氧化矽之外，更可選擇性地包含氧化鎂、氧化鐵、氧化錳及二氧化鈦。

在一實施例中，步驟110之脫磷處理的最終溫度為1280℃至1350℃，較佳為1280℃至1320℃。所設定脫磷處理的最終溫度係低於習知單爐單渣法的出鋼溫度，故本發明不會因氧化鋁含量過高，而造成稀釋氧化鈣，使得脫磷效率降低，亦不會有脫磷渣的熔點過低而傷害爐壁的問題。再者，較低的溫度有助於脫磷反應的進行。然而，若脫磷處理的最終溫度太低，例如小於1280℃，則進行脫磷處 理的時間太短，可能不足以使石灰渣化，或石灰渣化後脫磷反應的時間太少，無法達到良好的脫磷效率。若脫磷處理的最終溫度太高，例如大於1350℃，則可能發生脫磷反應的逆反應，導致復磷現象。

在一實施例中，進行步驟110後，所獲得之第一鋼液的磷含量為小於或等於350ppm(0.035wt%)，較佳為200ppm(0.020wt%)至350ppm(0.035wt%)，更佳為220ppm(0.022wt%)至300ppm(0.030wt%)。在另一實施例中，步驟110之脫磷處理的脫磷率(deP%)為大於70%，較佳為75%至85%。補充說明的是，脫磷率係定義為進行脫磷處理前的鐵水中的磷含量[或稱熔銑磷(HM_P)]與脫磷處理後的第一鋼液中的磷含量[或稱出鋼磷(EP_P)]的差值相對於熔銑磷的比值百分率，如下式(1)所示。

在一實施例中，脫磷渣中磷分配比(LP)為51以上，較佳為55以上。補充說明的是，在此使用的磷分配比係定義為脫磷渣中五氧化二磷的磷含量與進行脫磷處理前鐵水中的磷含量的比值。因此，磷分配比愈大，即五氧化二磷愈多(發生氧化反應的磷愈多)，則代表脫磷處理的效果愈好。

請繼續參閱圖1，方法100繼續進行步驟120，進行出渣作業，以分離第一鋼液及脫磷渣。將步驟110所獲得之第一鋼液及脫磷渣分離，並將第一鋼液移至另一精煉爐或同一精煉爐內進行後續製程。由於脫磷渣含有較高含量的 氧化鋁，因此須避免使脫磷渣進入後續較高溫的精煉爐(例如：脫碳爐)中，以免熔點過低的脫磷渣導致爐壁的破壞。在一實施例中，第一鋼液實質不包含脫磷渣。在一具體例中，第一鋼液實質不包含氧化鋁。

然後，進行步驟130，對第一鋼液進行脫碳處理，以獲得第二鋼液。須理解的是，脫碳處理過程中，第一鋼液仍會繼續進行脫磷。在一實施例中，第二鋼液含有小於或等於50ppm的磷。在一實施例中，步驟130可選擇性地包含加入石灰，以進行造渣。在一實施例中，脫碳處理後可獲得脫碳渣，且脫碳渣可重新回收，做為步驟110中使用的助熔劑。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，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。

實施例

實施例係使用焊道渣作為助熔劑，進行三次脫磷處理後所得之平均結果，其中脫磷渣中的平均氧化鋁含量為大於3wt%且小於或等於12wt%。實施例之鐵水的平均磷含量為0.124wt%，在經過脫磷處理後，得到第一鋼液的平均磷含量為0.028wt%。因此，實施例的平均脫磷率為約77.8%，且平均磷分配比為55.4。

比較例

比較例係不添加焊道渣或精煉渣，且脫磷渣中的氧化鋁含量均小於3wt%，並進行5次脫磷處理後所得之 平均結果。比較例之鐵水的平均磷含量為0.134wt%，在經過脫磷處理後，得到第一鋼液的平均磷含量為0.041wt%。因此，實施例的平均脫磷率為約69.1%，且平均磷分配比為50.1。

相較於比較例，添加焊道渣之實施例的脫磷率提高約8.7%，且磷分配比提升約10.6%。由此可知，添加焊道渣以增加脫磷渣中的氧化鋁含量，對於鐵水的脫磷效果有顯著的提升。

如上所述，應用本發明提供之鐵水的精煉方法，藉由對磷含量較高的鐵水添加助熔劑，使脫磷渣含有特定含量的氧化鋁，促進石灰的渣化，以提高脫磷處理的脫磷效率，進而獲得具有極低磷含量的鋼液。

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 (9)

1. 一種鐵水的精煉方法，包含：對該鐵水添加氧化鈣及一助熔劑，並進行一脫磷處理，以獲得一第一鋼液及一脫磷渣，其中該鐵水包含大於900ppm的磷，該助熔劑包含氧化鋁，且基於該脫磷渣為100wt%，該脫磷渣包含氧化鈣、二氧化矽及大於或等於3wt%的氧化鋁；進行一出渣作業，以分離該第一鋼液及該脫磷渣；以及進行該出渣作業後，對該第一鋼液進行一脫碳處理，以獲得一第二鋼液，其中該第二鋼液含有小於或等於50ppm的磷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鐵水的精煉方法，其中該脫磷渣包含3wt%至12wt%的氧化鋁。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鐵水的精煉方法，其中基於該脫磷渣為100wt%，該脫磷渣包含35wt%至50wt%的氧化鈣。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鐵水的精煉方法，其中基於該脫磷渣為100wt%，該脫磷渣之該氧化鈣及該二氧化矽的總和為50wt%至80wt%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鐵水的精煉 方法，其中該脫磷渣之一鹽基度為2.0至2.5。
6. 如申請專利範圍第1項所述之鐵水的精煉方法，其中該助熔劑包含一焊道渣及/或一精煉渣。
7. 如申請專利範圍第1項所述之鐵水的精煉方法，其中該脫磷處理之一最終溫度為1280℃至1350℃。
8. 如申請專利範圍第1項所述之鐵水的精煉方法，其中該脫磷處理更包含利用一頂吹噴槍進行一吹氧作業。
9. 如申請專利範圍第1項所述之鐵水的精煉方法，其中該脫磷處理之一脫磷率為大於70%。