TWI707954B - 渣鋼/渣鐵的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種渣鋼/渣鐵的回收方法，其係利用特定順序的佈料製程，可提升渣鋼/渣鐵的熔化效率，而可降低回收渣鋼/渣鐵的能耗、提升鐵回收率與增加渣鋼/渣鐵的添加量。
Description
本發明係有關於一種渣鋼/渣鐵的回收方法，特別是有關於一種藉由調整佈料順序，以回收渣鋼/渣鐵的方法。
在煉鐵或煉鋼的作業製程中，為了藉由進行氧化還原來得到高品質的鐵水或鋼液，投入添加劑，以進行脫硫及脫碳作業。於脫硫及脫碳作業中，雖然鋼液品質係被提升，但部分雜質亦於鋼液表面形成爐渣。為避免爐渣影響後續製程，會進行耙渣作業將爐渣從鋼液或鐵水中分離。然而，在耙渣作業的過程中，無可避免有部分的鋼液或鐵水將連帶地被帶出，而產生渣鋼/渣鐵。然而，這些渣鋼/渣鐵仍含有30%至80%的鋼液或鐵水，故若將此些渣鋼/渣鐵全部當作廢料處理，不僅數量龐大，且浪費其中所夾雜的鐵源。
電弧爐(electric arc furnace，EAF)係使用外加電能及電極棒作為熱源，以提供原料熔化的能量。其次，電弧爐製程一般會進行脫硫及脫磷，以確保所產出之鋼液包含低於標準的硫及磷。因此，電弧爐被用於回收渣鋼/渣鐵。以往的回收作業是先投入難熔的渣鋼/渣鐵，再利用廢鋼將渣鋼/渣鐵壓在電弧爐底層，以使渣鋼/渣鐵提早接觸鐵水，而可促進其熔化。
然而，根據熱傳模擬之結果，渣鋼/渣鐵之熱傳效率較差，故僅於電極附近的渣鋼/渣鐵有機會熔化，而易造成冶煉末期熔落及未熔塊留下的問題。冶煉末期熔落的渣鋼/渣鐵可能導致鐵中的磷無法完全被脫去，而產生鋼液復磷的現象，並降低脫磷的效果。此外，在冶煉末期，尺寸較大的渣鋼/渣鐵容易殘餘未熔塊，而造成末期須額外送電，因此提高鋼液的氮含量。
有鑑於以熱傳導回收渣鋼/渣鐵有可能影響鋼液品質，且其亦具有回收作業能耗高及鐵回收率低等缺點，故亟需提供一種渣鋼/渣鐵的回收方法，以解決上述問題。
因此，本發明之一態樣是提供一種渣鋼/渣鐵的回收方法，其利用特定順序的佈料製程，可提升渣鋼/渣鐵的熔化效率，而可降低回收渣鋼/渣鐵的能耗、提升鐵回收率與增加渣鋼/渣鐵的添加量。
根據本發明之上述態樣，提出一種渣鋼/渣鐵的回收方法包含，首先，於電弧爐中以低氧燃燒模式進行佈料製程，其中低氧燃燒模式的氧與甲烷之第一吹入比值為1.5至4。佈料製程包括，添加廢鋼。於添加廢鋼後，添加渣鋼/渣鐵。於添加渣鋼/渣鐵後，添加鐵水至電弧爐中。接著，以高氧模式進行造渣製程，並添加添加劑及吹入碳粉至電弧爐中，以獲得鋼液。高氧模式的氧與甲烷之第二吹入比值為2.5至10，且造渣製程的吹煉終止碳濃度係不高於0.5重量%。
依據本發明之一實施例，以電弧爐的可出鋼量為100重量%，上述之廢鋼的添加量為3重量%至30重量%。
依據本發明之一實施例，上述之廢鋼的添加量為3重量%至24重量%。
依據本發明之一實施例，上述之廢鋼的添加量為10重量%至17重量%。
依據本發明之一實施例，上述之鐵水的倒入速度為2噸/分鐘至5噸/分鐘。
依據本發明之一實施例，於添加鐵水後，上述之回收渣鋼/渣鐵的方法可選擇包含進行送電步驟。
依據本發明之一實施例，上述之添加劑為石灰石、水泥、大理石、蛇紋石、白雲石、長石、雲母及/或滑石。
依據本發明之一實施例，上述造渣製程的吹煉終止溫度為1300°C至1700°C。
依據本發明之一實施例，以廢鋼、渣鋼/渣鐵及鐵水的總量為100%，上述之渣鋼/渣鐵的添加量為至少2重量%。
依據本發明之一實施例，以廢鋼、渣鋼/渣鐵及鐵水的總量為100%，上述之鋼液的鐵回收率為至少60%。
應用本發明之渣鋼/渣鐵的回收方法，其係利用特定順序的佈料製程，以藉鹽基度之差易誘發化學擴散，而降低渣鋼/渣鐵之熔點，進而提升渣鋼/渣鐵的熔化效率，故可降低回收渣鋼/渣鐵的能耗、提升鐵回收率與增加渣鋼/渣鐵的添加量。
承上所述，本發明提供一種渣鋼/渣鐵的回收方法，其係利用特定順序的佈料製程，可提升渣鋼/渣鐵的熔化效率，而可降低回收渣鋼/渣鐵的能耗、提升鐵回收率與增加渣鋼/渣鐵的添加量。
本發明所稱之廢鋼係指一般家庭廢鋼(如廢棄家電、自行車或廚具等之鋼鐵部件)、工廠生產過程中所產生的鋼品廢料和不良鋼品、廢棄鋼筋、報廢交通工具(船舶、機器或汽機車等之鋼鐵部件)或其他廢棄鋼品。廢鋼的含鐵率一般平均為85%至95%。
本發明所稱之渣鐵係指於煉鐵製程後，經耙渣作業所產生的渣。本發明所稱之渣鋼係指於煉鋼製程後，經耙渣作業所產生的渣。本說明書後述將渣鐵與渣鋼共同稱為渣鋼/渣鐵。一般而言，渣鋼/渣鐵的含鐵率平均為60%至85%。
本發明所稱之電弧爐爐渣係指利用電弧爐熔煉渣鋼/渣鐵的過程中所產生的爐渣，且其主要成份包含氧化鈣(CaO)、二氧化矽(SiO
2)、氧化鐵(FeO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO)及氧化鋁(Al
2O
3)。電弧爐爐渣的來源可來自於添加劑(例如氧化鈣)，及/或廢鋼、渣鋼及/或渣鐵中的特定成份所產生的氧化物(例如氧化矽)。
請參閱圖1，其係繪示根據本發明一實施例之渣鋼/渣鐵的回收方法100的流程圖。首先，於電弧爐中以低氧燃燒模式進行佈料製程110，其中低氧燃燒模式係指氧與甲烷之吹入比值(即O
2/CH
4)為1.5至4，以熔化原料。
前述之佈料製程110包括，如步驟112所示，在電弧爐中添加廢鋼。接著如步驟114所示，於添加廢鋼後，添加渣鋼/渣鐵。先添加廢鋼再添加渣鋼/渣鐵的目的在於利用廢鋼墊底，以上移渣鋼/渣鐵的佈料。如此一來，當電弧爐進行後續造渣製程時，高鹽基度〔Basicity，氧化鈣與二氧化矽的比值(即CaO/SiO
2)〕的渣鋼/渣鐵與低鹽基度的電弧爐爐渣可提早接觸，而產生化學擴散。舉例來說，電弧爐爐渣中的氧化鐵擴散至渣鋼/渣鐵的表面，或渣鋼/渣鐵中的氧化鈣擴散至電弧爐爐渣中，而可提升渣鋼/渣鐵的熔化效率，因此降低回收渣鋼/渣鐵的能耗、提升鐵回收率與增加渣鋼/渣鐵的添加量。
習知的佈料方式係先添加渣鋼/渣鐵後，再添加廢鋼，將可能導致在電弧爐進行後續造渣製程時，熔融廢鋼所產生的液相鋼液阻隔在渣鋼/渣鐵與電弧爐爐渣之間，造成兩者無法進行化學擴散，而無法降低渣鋼/渣鐵之熔點，進而無法提升渣鋼/渣鐵的熔化效率，故僅能以電極生溫的熱傳導方式熔化渣鋼/渣鐵。然而，渣鋼/渣鐵的熔點約1900°C至2000°C，且渣鋼/渣鐵的熱傳導速率慢，需耗費相當多的電能才能使渣鋼/渣鐵熔化為液相，甚至可能產生冶煉末期熔落及殘餘未熔塊的問題。
在一實施例中，於步驟112中，以電弧爐的可出鋼量為100重量%，廢鋼的添加量為3重量%至30重量%。若廢鋼的添加量為前述範圍時，渣鋼/渣鐵將有效地被熔煉，而具有較佳之能耗表現。在另一實施例中，廢鋼的添加量以3重量%至24重量%為較佳，以10重量%至17重量%為更佳。
可理解的是，本發明之回收方法不限於須添加渣鋼與渣鐵之兩者至電弧爐中，在其他實施例中，本發明之回收方法亦可僅添加渣鋼或渣鐵的其中一者。
在一實施例中，於進行步驟114之前，欲添加之渣鋼/渣鐵可先經過拋摔及/或磁選，以去除含鐵成份過低的部分，而使用含鐵成分較高的渣鋼/渣鐵。
於進行步驟114後，如步驟116所示，添加鐵水至電弧爐中。由於鐵水具有1350°C至1450°C的溫度，且相較於廢鋼及渣鋼/渣鐵，鐵水的雜質較少而較為純淨，故可製造出較高品質的鋼液。因此，所添加之鐵水可作為熱能來源，亦可提升鋼液的品質。在一實施例中，以電弧爐的可出鋼量為100重量%，鐵水的添加量為20重量%至60重量%。在一實施例中，鐵水的倒入速度為2噸/分鐘至5噸/分鐘。
在一些實施例中，佈料製程110可選擇性包含送電步驟(圖未繪示)。送電步驟可於添加鐵水(步驟116)時進行，或可於添加鐵水步驟後進行。在一實施例中，送電步驟較佳是在添加鐵水步驟後進行。
於進行佈料製程110後，如步驟120所示，以高氧模式進行造渣製程，並加入添加劑及吹入碳粉。高氧模式係指氧與甲烷之吹入比值為2.5至10。在一實施例中，添加劑可例如石灰石、水泥、大理石、蛇紋石、白雲石、長石、雲母及/或滑石。加入添加劑及吹入碳粉可將熔煉過程中所產生的雜質氧化還原成電弧爐爐渣，而提升鋼液清潔度。
當電弧爐熔落(即添加至電弧爐的廢鋼和渣鋼/渣鐵均呈熔融態)且達到吹煉終止點後，即可獲得本發明之鋼液(如步驟130所示)。在一實施例中，吹煉終止碳濃度係不高於0.5重量%，較佳為0.05至0.5重量%。在一實施例中，吹煉終止溫度可為1500°C至1700°C，以完全熔落廢鋼和渣鋼/渣鐵。倘吹煉終止溫度為前述之範圍時，渣鋼/渣鐵可被完全熔落，且具有較低的能耗。
利用本發明之渣鋼/渣鐵的回收方法，廢鋼、渣鋼/渣鐵及鐵水的總量為100重量%，渣鋼/渣鐵的添加量可增加到至少2重量%，較佳為5重量%至20重量%，更佳為10重量%至20重量%。此外，渣鋼/渣鐵的鐵回收率增加到至少60%，然以至少60%至80%為較佳，以67%至72%為更佳。本發明之渣鋼/渣鐵的回收方法所使用的能耗減少到低於1010 千瓦小時/噸(kWh/T)，又以低於980 kWh/T為較佳，以700 kWh/T至低於800 kWh/T為更加。
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
本實施例渣鋼/渣鐵的回收方法係先進行佈料製程，其中以電弧爐的可出鋼量為100重量%，佈料製程先添加10重量%至17重量%的廢鋼至電弧爐中墊底後，再添加渣鋼/渣鐵，然後添加20重量%至60重量%的鐵水至電弧爐中。前述佈料製程的O
2/CH
4的比值為1.5至4。於進行佈料製程後，開始送電，且調整O
2/CH
4的比值為2.5至10。再來，投入石灰及吹入碳粉，直到吹煉終止。吹煉終止碳濃度為0.5重量%以下，且吹煉終止溫度為1620°C。
比較例
比較例渣鋼/渣鐵的回收方法與實施例大致相同，不同之處在於比較例是先添加渣鋼/渣鐵至電弧爐中後，再添加5重量%至95重量%的廢鋼。然後，將鐵水倒入電弧爐中。
評價結果 1. 熔點溫度的評估
請參閱圖2，其係繪示根據本發明的一實施例之二氧化矽-氧化鐵-氧化鈣(SiO
2-FeO-CaO)的三元相示意圖。如圖2所示，依據CaO/SiO
2的比值，虛線205代表鹽基度為4.0、虛線207代表鹽基度為2.5，而虛線209代表鹽基度為2.0。另依照二氧化矽、氧化鐵與氧化鈣之質量分率，渣鋼/渣鐵位在區域201，其鹽基度為4.0且熔點為大於1900°C。電弧爐爐渣位在區域203，其鹽基度為2.0至2.5且熔點為小於1600°C。
在實施例之渣鋼/渣鐵的回收方法，係藉由使高鹽基度且高熔點的渣鋼/渣鐵(區域201)提早接觸低鹽基度且低熔點的電弧爐爐渣(區域203)，以產生化學擴散，而可降低渣鋼/渣鐵的熔點，進而可提升渣鋼/渣鐵的熔化效率。
請參閱圖3，其係繪示根據本發明的一比較例之廢鋼與渣鋼/渣鐵的熱傳導模擬示意圖，其中X軸是熱傳導的時間，單位為秒(s)，Y軸是溫度，單位為攝氏(°C)。圖3是將廢鋼與渣鋼/渣鐵分別模擬成直徑為20公分的球體，並將其置於液相的鐵水(溫度為1400°C)中。於經過一段時間後，評估廢鋼平均溫度(線310)、廢鋼中心溫度(線320)、渣鋼/渣鐵平均溫度(線330)及渣鋼/渣鐵中心溫度(線340)在熱傳導的模式中的變化。
如圖3所示，將渣鋼/渣鐵的球體置於鐵水的環境30分鐘後，渣鋼/渣鐵的平均溫度(線330)仍較鐵水的液相溫度(1400°C)低100°C至200°C，且渣鋼/渣鐵的中心溫度(線340)仍較鐵水的液相溫度(1400°C)低300°C至400°C。由此可知，比較例以熱傳導的方式熔化渣鋼/渣鐵的導熱效果不佳。
2. 渣鋼 / 渣鐵 的可添加量
使用實施例之渣鋼/渣鐵的回收方法，以以廢鋼、渣鋼/渣鐵及鐵水的總量為100重量%，渣鋼/渣鐵的添加量可增加至10重量%至20重量%。相較之下，使用比較例之回收方法，渣鋼/渣鐵的添加量少於5重量%。
由此可知，使用實施例之方法，可大幅增加電弧爐中渣鋼/渣鐵可添加量，而可增加渣鋼/渣鐵的回收效率。
3. 能耗
請參閱圖4，其係繪示根據本發明之實施例不同墊底廢鋼的添加量對於熔煉渣鋼/渣鐵的能耗之折線圖。X軸代表以電弧爐的可出鋼量為100重量%時，所添加之墊底廢鋼的添加量，且其單位為重量百分比(重量%)。Y軸代表熔煉每噸渣鋼/渣鐵的能耗(kWh/T)。
當實施例之墊底廢鋼的添加量為24重量%至30重量%時，熔煉渣鋼/渣鐵的能耗為約1008 kWh/T。當墊底廢鋼為17重量%至24重量%時，熔煉渣鋼/渣鐵的能耗為約913 kWh/T。當墊底廢鋼為10重量%至17重量%時，熔煉渣鋼/渣鐵的能耗為約765 kWh/T。當墊底廢鋼為3重量%至10重量%時，熔煉渣鋼/渣鐵的能耗為約972 kWh/T。
由此可知，實施例之墊底廢鋼為3重量%至30重量%時，可降低熔煉渣鋼/渣鐵的能耗，且墊底廢鋼以3重量%至24重量%為較佳，10重量%至17重量%為更佳。
相較之下，比較例熔煉渣鋼/渣鐵的耗能為約1030 kWh/T至1200 kWh/T(圖未繪示)，故比較例之能耗係高於使用實施例之方法熔煉渣鋼/渣鐵的耗能。
4. 鐵回收率
透過實施例之渣鋼/渣鐵的回收方法，渣鋼/渣鐵的鐵回收率為67%至72%。相較之下，比較例之渣鋼/渣鐵的回收方法，渣鋼/渣鐵的鐵回收率為37%。
5. 電弧爐爐渣的渣量
相較於以比較例之回收方法所產生的電弧爐爐渣，實施例之回收方法所產生電弧爐爐渣的渣量平均減少1.67倍至2.25倍。顯示使用本發明之渣鋼/渣鐵的回收方法，可減少殘餘的未熔塊，而減少電弧爐爐渣的渣量。
由上述實施例可知，本發明之渣鋼/渣鐵的回收方法，其優點在於利用特定順序的佈料製程來誘發化學擴散，以降低渣鋼/渣鐵之熔點，而提升渣鋼/渣鐵的熔化效率，因此可降低回收渣鋼/渣鐵的能耗、提升鐵回收率與增加渣鋼/渣鐵的添加量。
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。
110:佈料製程
112/114/116/120/130:步驟
201/203:區域
205/207/209:虛線
310/320/330/340:線
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渣鋼/渣鐵的回收方法的流程圖。
〔圖2〕係繪示根據本發明的一實施例之二氧化矽-氧化鐵-氧化鈣(SiO
2-FeO-CaO)的三元相示意圖。
〔圖3〕係繪示根據本發明的一比較例之廢鋼與渣鋼/渣鐵的熱傳導模擬示意圖。
〔圖4〕係繪示根據本發明之實施例不同墊底廢鋼的添加量對於熔煉渣鋼/渣鐵的能耗之折線圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:方法
110:佈料製程
112/114/116/120/130:步驟
Claims (9)
- 一種渣鋼/渣鐵的回收方法，包含：於一電弧爐中以一低氧燃燒模式進行一佈料製程，其中該低氧燃燒模式的氧與甲烷之一第一吹入比值為1.5至4，且該佈料製程包括：添加一廢鋼，其中以該電弧爐的一可出鋼量為100重量%，該廢鋼的一添加量為3重量%至30重量%；於添加該廢鋼後，添加該渣鋼/渣鐵；以及於添加該渣鋼/渣鐵後，添加一鐵水至該電弧爐中；以及以一高氧模式進行一造渣製程，並添加一添加劑及吹入碳粉至該電弧爐中，以獲得一鋼液，其中該高氧模式的該氧與該甲烷之一第二吹入比值為2.5至10，且該造渣製程的一吹煉終止碳濃度係不高於0.5重量%。
- 如請求項1所述之渣鋼/渣鐵的回收方法，其中該廢鋼的一添加量為3重量%至24重量%。
- 如請求項2所述之渣鋼/渣鐵的回收方法，其中該廢鋼的一添加量為10重量%至17重量%。
- 如請求項1所述之渣鋼/渣鐵的回收方法，其中該鐵水的一倒入速度為2噸/分鐘至5噸/分鐘。
- 如請求項1所述之渣鋼/渣鐵的回收方法，其中於添加該鐵水後，該渣鋼/渣鐵的該回收方法更包含進行一送電步驟。
- 如請求項1所述之渣鋼/渣鐵的回收方法，其中該添加劑為石灰石、水泥、大理石、蛇紋石、白雲石、長石、雲母及/或滑石。
- 如請求項1所述之渣鋼/渣鐵的回收方法，其中該造渣製程的一吹煉終止溫度為1300℃至1700℃。
- 如請求項1所述之渣鋼/渣鐵的回收方法，其中以該廢鋼、該渣鋼/渣鐵及該鐵水的一總量為100%，該渣鋼/渣鐵的一添加量為至少2重量%。
- 如請求項1所述之渣鋼/渣鐵的回收方法，其中該渣鋼/渣鐵的一鐵回收率為至少60%。
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|---|---|---|---|
| TW109106949A TWI707954B (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 渣鋼/渣鐵的回收方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| TW109106949A TWI707954B (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 渣鋼/渣鐵的回收方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI707954B true TWI707954B (zh) | 2020-10-21 |
| TW202134442A TW202134442A (zh) | 2021-09-16 |
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Family Applications (1)
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