TWI729791B - 改善爐渣流動性的方法 - Google Patents

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Abstract

改善爐渣流動性的方法包括：進行配料造渣計算以計算出配渣公式；根據所述配渣公式來配置多個助熔劑以覆蓋高爐的爐床中的落爐背襯材。所述配料造渣計算包括：分析高爐的爐床中的落爐背襯材與爐料的混合料之熔渣的化學成份比例來計算出熔渣的液化溫度和黏度；取得於液化溫度低於液化溫度門檻值且黏度低於或等於黏度門檻值的條件下，每個助熔劑的成份比例的多組組合；及透過迴歸分析演算法來分析所述多組組合以計算出所述配渣公式。

Description

改善爐渣流動性的方法
本發明是關於一種改善爐渣流動性的方法，且特別是關於一種用以監控與改善高爐爐渣流動性的方法。
爐渣是高爐冶煉的過程中礦石及原燃料中的雜質成分經過冶煉及高溫後與金屬分離得到的產物，若爐渣具有良好的流動性就能夠與金屬順利的分離，但若爐渣的流動性差，則會造成高爐爐床的通液性不佳，進而發生斷渣現象，甚至無法出渣而影響爐況的穩定，因此爐渣流動性的監控對於高爐冶煉來說是相當重要的課題。
高爐於停爐進行冷卻壁更換時，冷卻壁的背襯材的一些部分將會不可避免地掉落至爐內，然而，這些落爐背襯材將會於下次開爐後混入爐料當中，因此，若是後續的加料未將落爐背襯材的掉落狀況估算進去，將會導致爐渣的流動性變差，進而影響高爐透氣阻力與出渣率，增加出渣出鐵作業困難。
本揭露之目的在於提出一種改善爐渣流動性的方法，包括：進行配料造渣計算以計算出配渣公式；根據所述配渣公式來配置多個助熔劑以覆蓋高爐的爐床中的落爐背襯材。所述配料造渣計算包括：分析高爐的爐床中的落爐背襯材與爐料的混合料之熔渣的二氧化矽百分比、氧化鋁百分比、氧化鎂百分比和氧化鈣百分比，其中熔渣之二氧化矽百分比、氧化鋁百分比、氧化鎂百分比和氧化鈣百分比會隨著高爐所使用的多個助熔劑之每一者的成份比例不同而隨之改變；根據熔渣之二氧化矽百分比、氧化鋁百分比、氧化鎂百分比和氧化鈣百分比來計算出熔渣的液化溫度和黏度；取得於液化溫度低於液化溫度門檻值且黏度低於或等於黏度門檻值的條件下，每個助熔劑的成份比例的多組組合；及透過迴歸分析演算法來分析所述多組組合以計算出所述配渣公式。
在一些實施例中，所述多個助熔劑的配置係於所述落爐背襯材的落料處之上添加所述多個助熔劑。
在一些實施例中，所述多個助熔劑的配置係透過加料裝置且以定點加料方式來添加所述多個助熔劑，以增加所述落爐背襯材與所述多個助熔劑之接觸面積。
在一些實施例中，所述多個助熔劑包含矽石、蛇紋石與轉爐石。
在一些實施例中，上述配渣公式為：M=(-0.133)*N+(0.532)*Y；其中，M代表配置M倍的落爐背襯材的重量的矽石、N代表配置N倍的落爐背襯材的重量的蛇紋石，Y代表配置Y倍的落爐背襯材的重量的轉爐石。
在一些實施例中，其中係利用液化溫度公式來計算出熔渣的液化溫度，液化溫度公式為T liquidus=a 1*A 3+b 1*B 3+c 1*C 3+d 1*D 3+e 1*E 3+ a 2*A 2+b 2*B 2+c 2*C 2+d 2*D 2+e 2*E 2+ a 3*A+b 3*B+c 3*C+d 3*D+e 3*E+S； 其中T liquidus為液化溫度；a 1、b 1、c 1、d 1、e 1、a 2、b 2、c 2、d 2、e 2、a 3、b 3、c 3、d 3、e 3以及S為常數；A、B、C、D和E係分別代表熔渣之二氧化矽百分比、氧化鈣百分比、二氧化鈦百分比、氧化鎂百分比和氧化鋁百分比。
在一些實施例中，其中係利用黏度公式來計算出熔渣的黏度，當生鐵水溫度大於熔渣的變形溫度時，黏度公式為：µ T=µ 1500*(1500/T) 13.4；當生鐵水溫度小於或等於變形溫度時，黏度公式為：µ T=µ 1500*(1500/T) 18.2；其中µ 1500=e 4*E 3+d 4*D 2+a 4*A+b 4*B+c 4*C；其中µ T為黏度；T為生鐵水溫度；a 4、b 4、c 4、d 4以及e 4為常數；A、B、C、D和E係分別代表熔渣之二氧化矽百分比、氧化鈣百分比、二氧化鈦百分比、氧化鎂百分比和氧化鋁百分比。
在一些實施例中，上述液化溫度門檻值為所述生鐵水溫度減去攝氏80度。
在一些實施例中，上述液化溫度門檻值為攝氏1355度。
在一些實施例中，上述黏度門檻值為6泊(poise)。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
高爐於停爐進行冷卻壁更換時，冷卻壁的背襯材的一些部分會掉落至爐內，從而導致爐渣的流動性變差。此背襯材的成份經分析後大多是氧化鋁(A1 2O 3)，因此，於下次開爐時，這些落爐背襯材會混入爐料，造成高爐爐渣的氧化鋁(A1 2O 3)含量上升，導致爐渣的流動性變差，增加出渣出鐵作業困難。本揭露的技術手段在於，於落爐背襯材於高爐的爐床的落料處之上添加助熔劑以覆蓋高爐的爐床中的落爐背襯材，從而提高爐渣流動性。
圖1係根據本揭露的實施例之改善爐渣流動性的方法100的流程圖。首先，進行步驟110，進行配料造渣計算以計算出配渣公式。值得一提的是，在進行配料造渣計算之前，還會先建立高爐爐渣流動性公式。
在本揭露的實施例中，高爐爐渣流動性公式的建立方式為對多組爐渣樣本進行分析，以取得每一爐渣樣本的化學成份比例，並利用軟熔溫度量測儀與旋轉式高溫黏度計來進行液化溫度量測與黏度量測，接著利用數據迴歸方式，來求出化學成份比例與液化溫度之關係式(即：液化溫度公式)，並求出黏度公式。上述軟熔溫度量測儀與旋轉式高溫黏度計為本領域技術人員所公知，例如參閱中華民國專利公告400338所揭示的軟熔溫度量測儀與旋轉式高溫黏度計，為了精簡的因素，細節在此不多作說明。
在本揭露的實施例中，液化溫度公式的數據迴歸方式說明如下。在高爐操作實務上，除了平日爐操控制渣性之外，於特殊情況下，如高爐定修，高爐內降料位時，風量減少，爐溫降低，此時高爐操作便以調降爐渣的鹽基度的方式來調降爐渣液化溫度，有時將爐渣的鹽基度調降到1.0以下，超出此爐渣液化溫度公式的爐渣的鹽基度的適用範圍(1.0~1.4)。因此，在本揭露的實施例中，擴大了爐渣液化溫度之爐渣的鹽基度的適用範圍(0.5~1.4)，利用軟熔溫度量測儀進行配渣軟熔試驗，將所得數據中之二氧化矽(SiO 2)、氧化鈣(CaO)、二氧化鈦(TiO 2)、氧化鎂(MgO)和氧化鋁(A1 2O 3)之爐渣組成的五種化學成份總和正規化為100%後，以五元三次多項式進行化學成份比例組成與液化溫度的迴歸分析，可獲得擬合度R 2=0.91的迴歸關係式(液化溫度公式)如式(1)所示： T liquidus=a 1*A 3+b 1*B 3+c 1*C 3+d 1*D 3+e 1*E 3+ a 2*A 2+b 2*B 2+c 2*C 2+d 2*D 2+e 2*E 2+ a 3*A+b 3*B+c 3*C+d 3*D+e 3*E+S；   (1) 其中T liquidus為液化溫度，單位為攝氏度(℃)；a 1、b 1、c 1、d 1、e 1、a 2、b 2、c 2、d 2、e 2、a 3、b 3、c 3、d 3、e 3以及S為常數；A、B、C、D和E係分別代表爐渣(或稱為熔渣)之二氧化矽(SiO 2)百分比、氧化鈣(CaO)百分比、二氧化鈦(TiO 2)百分比、氧化鎂(MgO)百分比和氧化鋁(A1 2O 3)百分比。
在本揭露的實施例中，黏度公式的數據迴歸方式說明如下。參考上述之爐渣的化學成份比例與液化溫度之迴歸分析，類似地，將五種化學成份總和正規化為100%後，以五元二次多項式(常數項為0)進行化學組成與變形溫度(T deform)的迴歸分析，可獲得擬合度R 2=0.95的迴歸關係式如式(2)所示： T deform=a 5*A 2+b 5*B 2+c 5*C 2+d 5*D 2+e 5*E 2+ a 6*A+b 6*B+c 6*C+d 6*D+e 6*E        (2) 其中T deform為變形溫度，單位為攝氏度；a 5、b 5、c 5、d 5、e 5、a 6、b 6、c 6、d 6、e 6為常數；A、B、C、D和E係分別代表爐渣(或稱為熔渣)之二氧化矽(SiO 2)百分比、氧化鈣(CaO)百分比、二氧化鈦(TiO 2)百分比、氧化鎂(MgO)百分比和氧化鋁(A1 2O 3)百分比。在定溫1500℃下，以五元三次多項式(常數項為0)進行化學組成與黏度的迴歸分析，可獲得擬合度R 2=0.93的迴歸關係式如式(3)所示： µ 1500=e 4*E 3+d 4*D 2+a 4*A+b 4*B+c 4*C    (3) 其中µ 1500為定溫1500℃下的黏度；a 4、b 4、c 4、d 4以及e 4為常數；A、B、C、D和E係分別代表爐渣(或稱為熔渣)之二氧化矽(SiO 2)百分比、氧化鈣(CaO)百分比、二氧化鈦(TiO 2)百分比、氧化鎂(MgO)百分比和氧化鋁(A1 2O 3)百分比。接著收集多組有相同爐渣化學成份比例下之不同生鐵水溫度的黏度數據，再與有相同化學成份比例之1500℃下的黏度值進行比較，其中爐渣化學成份比例範圍為0%>氧化鎂(MgO)百分比>15%，5%>氧化鋁(A1 2O 3)百分比>20%，0%>二氧化鈦(TiO 2)百分比>5.8%、0.88>鹽基度=(氧化鈣(CaO)百分比/二氧化矽(SiO 2)百分比)>1.37，1300℃≦生鐵水溫度(T)≦1580℃。為了避免習知之黏度多元迴歸式中，越接近限定邊界(高溫段)越可能出現負值黏度的不合理現象，本案分別取(1500/生鐵水溫度)的對數，即ln(1500/T)，以及µ 1500/lnµ T的對數，即ln(µ 1500/lnµ T)，並求得其黏度(µ T)與生鐵水溫度(T)的關係式如式(4)所示： µ T=µ 1500*(1500/T) 16.3(4) 其中µ T為黏度；T為生鐵水溫度。綜合式(3)與式(4)之高溫段黏度估算值不僅可避免負值出現，且在較高溫段(大於1450℃)，兩者相互接近；但隨著生鐵水溫度下降，兩者黏度差異越來越大。分析其主因在於式(4)模式並未考慮爐渣黏度突升的臨界溫度，意即未考慮其在生鐵水溫度低於臨界點後，其爐渣本質上已完全固化，在低溫階段其與量測值有偏差，會導致黏度的量測扭力值突然急升。因此，本揭露以爐渣變形溫度(T deform)為分界點，提出兩階段線性迴歸來修正式(4)的指數值，當生鐵水溫度(T)大於熔渣的變形溫度(T deform)時，黏度公式如式(5)所示： µ T=µ 1500*(1500/T) 13.4(5) 當生鐵水溫度(T)小於或等於變形溫度(T deform)時，黏度公式如式(6)所示： µ T=µ 1500*(1500/T) 18.2(6) 式(5)與式(6)提供高爐人員較準確且簡便易用的黏度預測模式，進而調整配料或爐操來改善爐渣流動性，是對於實操者較可信賴且回饋最迅速的爐渣黏度預估方式。
請回到圖1，於步驟110，進行配料造渣計算以計算出配渣公式。圖2係根據本揭露的實施例之配料造渣計算的流程圖。首先，進行步驟112，分析高爐的爐床中的落爐背襯材、助熔劑與爐料的混合料之熔渣的二氧化矽(SiO 2)百分比、氧化鋁(A1 2O 3)百分比、氧化鎂(MgO)百分比和氧化鈣(CaO)百分比。
在本揭露的實施例中，使用了三種助熔劑(矽石、蛇紋石與轉爐石)來覆蓋高爐的爐床中的落爐背襯材。在本揭露的實施例中，矽石的化學成份比例包含96%的二氧化矽(SiO 2)與1.5%的氧化鋁(A1 2O 3)，蛇紋石的化學成份比例包含40%的二氧化矽(SiO 2)、1.0%的氧化鋁(A1 2O 3)與38%的氧化鎂(MgO)，轉爐石的化學成份比例包含11%的二氧化矽(SiO 2)、3.5%的氧化鋁(A1 2O 3)、7%的氧化鎂(MgO)與41%的氧化鈣(CaO)。由此可知，於步驟112當中之熔渣之二氧化矽(SiO 2)百分比、氧化鋁(A1 2O 3)百分比、氧化鎂(MgO)百分比和氧化鈣(CaO)百分比會隨著添加於落爐背襯材之上的多個助熔劑之每一者的成份比例不同而隨之改變。舉例來說，若三種助熔劑中轉爐石的佔比為較重，則熔渣之氧化鈣(CaO)百分比會隨之增加。
請回到圖2，接著進行步驟114，將於步驟112中取得之熔渣之二氧化矽(SiO 2)百分比、氧化鋁(A1 2O 3)百分比、氧化鎂(MgO)百分比和氧化鈣(CaO)百分比代入液化溫度公式與黏度公式來計算出熔渣的液化溫度和黏度。其中，隨著添加於落爐背襯材之上的多個助熔劑之每一者的成份比例不同，熔渣之二氧化矽(SiO 2)百分比、氧化鋁(A1 2O 3)百分比、氧化鎂(MgO)百分比和氧化鈣(CaO)百分比會隨著改變，因此，則於步驟114所計算出的液化溫度和黏度也會隨之不同。具體而言，可調整添加於落爐背襯材之上的多個助熔劑之每一者的成份比例，來得到其所對應之熔渣的液化溫度和黏度。
請回到圖2，接著進行步驟116，取得於液化溫度低於液化溫度門檻值且黏度低於或等於黏度門檻值的條件下，每個助熔劑的成份比例的多組組合。在本揭露的實施例中，定義爐渣的流動性順暢所對應之液化溫度和黏度。在本揭露的一實施例中，爐渣的流動性順暢所對應之液化溫度被定義為液化溫度需小於生鐵水溫度減去80℃，意即，液化溫度門檻值為生鐵水溫度減去80℃。在本揭露的另一實施例中，爐渣的流動性順暢所對應之液化溫度被定義為1355℃，意即，液化溫度門檻值為1355℃。在本揭露的實施例中，爐渣的流動性順暢所對應之黏度被定義為，於生鐵水溫度為1500℃時，爐渣黏度需小於或等於6.0泊(poise)，意即，黏度門檻值為6泊(生鐵水溫度為1500℃)。具體而言，由於於步驟114可調整添加於落爐背襯材之上的多個助熔劑之每一者的成份比例，來得到其所對應之熔渣的液化溫度和黏度，因此，會有多組的每個助熔劑的成份比例組合是符合液化溫度低於液化溫度門檻值且黏度低於或等於黏度門檻值的條件。
請回到圖2，接著進行步驟118，透過迴歸分析演算法來分析於步驟116所取得之每個助熔劑的成份比例的多組組合，來計算出配渣公式。將這些組合以三元一次多項式進行每個助熔劑的成份比例的迴歸分析，可獲得擬合度R 2=0.9的迴歸關係式(即，配渣公式)如式(7)所示： M=(-0.133)*N+(0.532)*Y        (7) 其中，M代表配置M倍的落爐背襯材的重量的矽石、N代表配置N倍的落爐背襯材的重量的蛇紋石，Y代表配置Y倍的落爐背襯材的重量的轉爐石。其中，M值介於2~4，N值介於2~4，Y值介於4.5~6.5。
請回到圖1，步驟120，根據配渣公式來配置助熔劑以覆蓋落爐背襯材。具體而言，操作人員可根據式(7)之配渣公式，來添加M倍的落爐背襯材的重量的矽石，N倍的落爐背襯材的重量的蛇紋石，Y倍的落爐背襯材的重量的轉爐石於落爐背襯材於高爐的爐床的落料處之上，以使得這些被添加的助熔劑覆蓋高爐的爐床中的落爐背襯材，從而提高爐渣流動性。
在本揭露的實施例中，步驟120的助熔劑之配置係透過加料裝置且以定點加料方式來添加所述多個助熔劑，以增加所述落爐背襯材與所述多個助熔劑之接觸面積。
綜合上述，本揭露提出一種改善爐渣流動性的方法。透過配料造渣計算來計算出配渣公式，並根據配渣公式來添加多個助熔劑以覆蓋高爐的爐床中的落爐背襯材，從而改善爐渣的流動性，其高爐透氣阻力與出渣率皆正常，且出渣出鐵之爐渣流動順暢。
以上概述了數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可以更了解本揭露的態樣。熟習此技藝者應了解到，其可輕易地把本揭露當作基礎來設計或修改其他的製程與結構，藉此實現和在此所介紹的這些實施例相同的目標及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應可明白，這些等效的建構並未脫離本揭露的精神與範圍，並且他們可以在不脫離本揭露精神與範圍的前提下做各種的改變、替換與變動。
100:方法 110,112,114,116,118,120:步驟
從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本揭露之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。 [圖1]係根據本揭露的實施例之改善爐渣流動性的方法的流程圖。 [圖2]係根據本揭露的實施例之配料造渣計算的流程圖。
100:方法
110,120:步驟

Claims (8)

  1. 一種改善爐渣流動性的方法，包括：進行一配料造渣計算，包括：分析一高爐的一爐床中的一落爐背襯材與一爐料的一混合料之一熔渣的一二氧化矽百分比、一氧化鋁百分比、一氧化鎂百分比和一氧化鈣百分比，其中該熔渣之該二氧化矽百分比、該氧化鋁百分比、該氧化鎂百分比和該氧化鈣百分比會隨著該高爐所使用的複數個助熔劑之每一者的一成份比例不同而隨之改變；根據該熔渣之該二氧化矽百分比、該氧化鋁百分比、該氧化鎂百分比和該氧化鈣百分比，來計算出該熔渣的一液化溫度和一黏度；取得於該液化溫度低於一液化溫度門檻值且該黏度低於或等於一黏度門檻值的條件下，每一該些助熔劑的該成份比例的複數組組合，其中該液化溫度門檻值為攝氏1355度且該黏度門檻值為6泊(poise)；及透過一迴歸分析演算法來分析該些組合以計算出一配渣公式；及根據該配渣公式來配置該些助熔劑以覆蓋該落爐背襯材。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該些助熔劑的配置係於該落爐背襯材的一落料處之上添加該些助熔劑。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該些助熔劑的配置係透過一加料裝置且以一定點加料方式來添加該些助熔劑，以增加該落爐背襯材與該些助熔劑之接觸面積。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該些助熔劑包含矽石、蛇紋石與轉爐石。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該配渣公式為：M=(-0.133) * N+(0.532) * Y；其中，M代表配置M倍的該落爐背襯材的重量的矽石、N代表配置N倍的該落爐背襯材的重量的蛇紋石，Y代表配置Y倍的該落爐背襯材的重量的轉爐石。
  6. 如請求項1所述之方法，其中係利用一液化溫度公式來計算出該熔渣的該液化溫度，該液化溫度公式為Tliquidus=a1 * A3+b1 * B3+c1 * C3+d1 * D3+e1 * E3+a2 * A2+b2 * B2+c2 * C2+d2 * D2+e2 * E2+a3 * A+b3 * B+c3 * C+d3 * D+e3 * E+S；其中Tliquidus為該液化溫度；a1、b1、c1、d1、e1、a2、b2、c2、d2、e2、a3、b3、c3、d3、e3以及S為常數；A、B、C、D和E係分別代表該熔渣之該二氧化矽百分比、該氧化鈣百分比、一二氧化鈦百分比、該氧化鎂百分比和該氧化鋁百分比。
  7. 如請求項1所述之方法，其中係利用一黏度公式來計算出該熔渣的該黏度，其中當一生鐵水溫度大於該熔渣的一變形溫度時，該黏度公式為：μT=μ1500 * (1500/T)13.4；其中當該生鐵水溫度小於或等於該熔渣的該變形溫度時，該黏度公式為：μT=μ1500 * (1500/T)18.2；其中μ1500=e4 * E3+d4 * D2+a4 * A+b4 * B+c4 * C；其中μT為該黏度；T為該生鐵水溫度；a4、b4、c4、d4以及e4為常數；A、B、C、D和E係分別代表該熔渣之該二氧化矽百分比、該氧化鈣百分比、一二氧化鈦百分比、該氧化鎂百分比和該氧化鋁百分比。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該液化溫度門檻值為該生鐵水溫度減去攝氏80度。
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