TWI737504B - 轉爐石的脫磷方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種轉爐石的脫磷方法，其包含步驟：混合65至97重量份的轉爐石，1至15重量份的矽鐵以及2至20重量份的矽砂以形成一混合物；進行一熔融還原步驟，以1400至1600℃對該混合物加熱持溫達30至120分，以獲得一熔融液；及對該熔融液進行一冷卻步驟，以形成脫磷轉爐石及含磷金屬鐵。

Description

轉爐石的脫磷方法
本發明係關於轉爐石領域，特別是關於一種轉爐石的脫磷方法。
製鋼廠每年皆會產生轉爐石(Basic Oxygen Furnace Slag)，例如約有100萬噸的轉爐石(扣除殘鋼及返轉爐之著磁料)。產出的轉爐石具有耐磨及高應度等特性，可作為道路鋪面、工程填方及海事工程等材料。然而在資源化方面，由於受到外界污名化影響，導致資源的利用量有限。轉爐石之應用途徑可分為廠外及廠內資源化，目前廠外之資源化主要應用在道路工程，每年約使用20萬噸，因此仍需設法將多餘的轉爐石進行應用。
然而，由於轉爐石在返回廠內做為鐵/鋼材之原料進行再利用時，轉爐石內含的磷成分會對鐵/鋼材之成分比例產生影響。具體而言，一般鐵水的磷含量管制值為0.13wt%，但是若使用轉爐石作為添加料時，將會使鐵水中的磷含量上升。換言之，若是在不購買低磷鐵礦的前提下，有必要對轉爐石進行脫磷步驟，以避免鐵水的磷含量超過0.13wt%。
就現有的脫磷方式，主要是加熱焦炭與轉爐石進行反應(如中華民國專利I500772)，進而減少轉爐石中的磷成分。然而，由於這種反應會容易產生泡沫渣與一氧化碳逸散等問題，所以需要對泡沫渣進行額外的處理，而且一氧化碳的產生也增加工安要求的成本。
故，有必要提供一種轉爐石的脫磷方法，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之一目的在於提供一種轉爐石的脫磷方法，其係透過使用特定的脫磷劑(矽鐵(FeSi))及添加劑(矽砂(SiO 2))來與轉爐石進行熔融還原步驟，並在冷卻後形成脫磷轉爐石及含磷金屬鐵，以避免習知技術會產生泡沫渣與一氧化碳逸散等問題。
為達上述之目的，本發明提供一種轉爐石的脫磷方法，混合65至97重量份的轉爐石，1至15重量份的矽鐵以及2至20重量份的矽砂以形成一混合物；進行一熔融還原步驟，以1400至1600℃對該混合物加熱持溫達30至120分，以獲得一熔融液；及對該熔融液進行一冷卻步驟，以形成脫磷轉爐石及含磷金屬鐵。
在本發明一實施例中，該轉爐石的平均粒徑大於零且小於等於500微米。
在本發明一實施例中，以該矽鐵的總重為100wt%計，該矽鐵包含72至78wt%的矽及22至28wt%的鐵。
在本發明一實施例中，該矽鐵的平均粒徑大於零且小於等於500微米。
在本發明一實施例中，以該轉爐石的總重為100wt%計，該轉爐石包含：41.5至43wt%的氧化鈣；11.5至13wt%的二氧化矽；25.5至27wt%的總鐵；3至3.5wt%的氧化錳；8至8.5wt%的氧化鎂；2至2.5wt%的三氧化二鋁；及2.5至7wt%的五氧化二磷。
在本發明一實施例中，該轉爐石的鹽基度大於3，其中該轉爐石的鹽基度係指該轉爐石的氧化鈣與二氧化矽的重量比值。
在本發明一實施例中，以該脫磷轉爐石的總重為100wt%計，該脫磷轉爐石包含：42至44wt%的氧化鈣；33至41wt%的二氧化矽；1.95至9.5wt%的總鐵；1.0至2.0wt%的氧化錳；8.5至9.5wt%的氧化鎂；1.5至2wt%的三氧化二鋁；及0.4至2.0wt%的五氧化二磷。
在本發明一實施例中，該脫磷轉爐石的鹽基度大於零且小於1.5，其中該脫磷轉爐石的鹽基度係指該脫磷轉爐石中的氧化鈣與二氧化矽的重量比值。
在本發明一實施例中，在形成該混合物的步驟中，更包含：混合85至90重量份的轉爐石，5重量份的矽鐵以及5至10重量份的矽砂以形成該混合物。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
要特別說明 的是，本技術領域中具有普通知識的技術人員皆知，本發明所述及的脫磷、或去磷、或不含磷等用語，意指使磷元素的含量下降，或使磷元素的含量極低，而非完全不存在有磷元素。
請參照第1圖，本發明實施例提出一種轉爐石的脫磷方法10，包含步驟11至13：混合65至97重量份的轉爐石，1至15重量份的矽鐵以及2至20重量份的矽砂以形成一混合物(步驟11)；進行一熔融還原步驟，以1400至1600℃對該混合物加熱持溫達30至120分，以獲得一熔融液(步驟12)；及對該熔融液進行一冷卻步驟，以形成脫磷轉爐石及含磷金屬鐵(步驟13)。本發明將於下文逐一詳細說明實施例之上述各步驟的實施細節及其原理。
本發明一實施例之轉爐石的脫磷方法10首先係步驟11：混合65至97重量份的轉爐石，1至15重量份的矽鐵以及2至20重量份的矽砂以形成一混合物。在本步驟11中，轉爐石通常不具有特定成分組成，例如在煉鐵／鋼的製作過程中，以該轉爐石的總重為100wt%計，該轉爐石包含：41.5至43wt%的氧化鈣；11.5至13wt%的二氧化矽；25.5至27wt%的總鐵；3至3.5wt%的氧化錳；8至8.5wt%的氧化鎂；2至2.5wt%的三氧化二鋁；及2.5至7wt%的五氧化二磷。在一範例中，轉爐石也可能含有其他不可避免的化合物或雜質。這邊要提到的是，總鐵指的是鐵的所有相關物，例如鐵化合物等。在一實施例中，該轉爐石粒徑過大，其例如可以通過研磨等使粒徑減小的方式，來獲得平均粒徑大於零且小於等於500微米的轉爐石。在一實施例中，上述粒徑範圍的轉爐石有助於後續的熔融還原步驟的均勻穩定性。在另一實施例中，步驟11更包含：混合85至90重量份的轉爐石，5重量份的矽鐵以及5至10重量份的矽砂以形成該混合物。另一方面，矽鐵(以該矽鐵的總重為100wt%計，該矽鐵包含72至78wt%的矽及22至28wt%的鐵)主要是作為脫磷劑，以從轉爐石中將磷脫出。在一範例中，該矽鐵的平均粒徑大於零且小於等於500微米，有助於後續的熔融還原步驟的均勻穩定性。此外，矽砂主要作為添加劑，以降低轉爐石的鹽基度(指該轉爐石的氧化鈣與二氧化矽的重量比值(CaO/SiO 2))，此將有助於增加轉爐石的脫磷率。在一範例中，該轉爐石的鹽基度大於3。
本發明一實施例之轉爐石的脫磷方法10接著係步驟12：進行一熔融還原步驟，以1400至1600℃對該混合物加熱持溫達30至120分，以獲得一熔融液。在本步驟12中，主要是透過熔融還原步驟來使轉爐石、矽鐵以及矽砂進行反應。在一實施例中，熔融還原步驟的溫度例如是1410、1420、1450、1480、1500、1520、1550、1570、1580或1590℃。在另一實施例中，熔融還原步驟的例如是40、50、60、70、80、90、100或110分。
本發明一實施例之轉爐石的脫磷方法10接著係步驟13：對該熔融液進行一冷卻步驟，以形成脫磷轉爐石及含磷金屬鐵。在本步驟13中，由於脫磷轉爐石及含磷金屬鐵的熔點區間不同，因此透過冷卻步驟可使分別產生脫磷轉爐石及含磷金屬鐵，並將脫磷轉爐石及含磷金屬鐵進行分離，以獲得脫磷轉爐石。在一實施例中，冷卻步驟例如是透過空冷(自然冷卻)進行。
在一實施例中，以該脫磷轉爐石的總重為100wt%計，該脫磷轉爐石包含：42至44wt%的氧化鈣；33至41wt%的二氧化矽；1.95至9.5wt%的總鐵；1.0至2.0wt%的氧化錳；8.5至9.5wt%的氧化鎂；1.5至2wt%的三氧化二鋁；及0.4至2.0wt%的五氧化二磷。在另一實施例中，該脫磷轉爐石的鹽基度大於零且小於1.5，其中該脫磷轉爐石的鹽基度係指該脫磷轉爐石中的氧化鈣與二氧化矽的重量比值。
這邊要提到的是，本發明實施例之轉爐石的脫磷方法的一特點在於使用不含C元素的脫磷劑(矽鐵)來與轉爐石進行熔融還原步驟，以避免習知技術會產生泡沫渣與一氧化碳逸散等問題。
另外要提到的是，本發明實施例之轉爐石的脫磷方法的另一特點在於，使用特定成份及比例的脫磷劑(矽鐵)及添加劑(矽砂(SiO 2))來與轉爐石進行熔融還原步驟，除了避免習知技術會產生泡沫渣與一氧化碳逸散等問題之外，還由於降低了鹽基度，因此可以加強脫磷效果。
以下舉出數個實施例與比較例，以說明本發明實施例之轉爐石的脫磷方法確實具有上述的效果。
實施例1
首先，提供65至97重量份(例如90重量份)的轉爐石，1至15重量份(例如5重量份)的矽鐵(矽鐵包含72至78wt%的矽及22至28wt%的鐵，平均粒徑例如約500微米)，以及2至20重量份(例如5重量份)的矽砂，其中轉爐石的平均粒徑大於零且小於等於500微米(例如約500微米)。接著，進行一熔融還原步驟，以1400至1600℃(例如約1500℃)對該混合物加熱持溫達30至120分(例如約120分)，以獲得一熔融液。接著，對該熔融液進行一冷卻步驟(例如空冷至約室溫)，以形成脫磷轉爐石及含磷金屬鐵。
之後，分析轉爐石與脫磷轉爐石的成分及鹽基度，如下表1所示。
表1
  轉爐石 (重量份) 實施例1 脫磷轉爐石 (重量份) 實施例2 脫磷轉爐石 (重量份)
氧化鈣(CaO) 42.33 42.77 43.24
二氧化矽(SiO 2) 12.07 33.62 40.84
總鐵(total Fe) 26.39 9.06 1.95
氧化錳(MnO) 3.22 1.61 1.24
氧化鎂(MgO) 8.17 8.9 9.06
三氧化二鋁(Al 2O 3) 2.16 1.79 1.91
五氧化二磷(P 2O 5) 3.70 1.13 0.56
鹽基度(CaO/SiO 2) 3.51 1.27 1.06
實施例2
實施例2的製作方式與實施例1的製作方式類似，惟其不同之處在於提供65至97重量份(例如85重量份)的轉爐石，1至15重量份(例如5重量份)的矽鐵(矽鐵包含72至78wt%的矽及22至28wt%的鐵，平均粒徑例如約500微米)，以及2至20重量份(例如10重量份)的矽砂。分析結果如上表1所示。
從上表1可知，透過本發明的轉爐石的脫磷方法確實可有效產生脫磷效果。例如實施例1的脫磷率約為69%((3.7%-1.13%)/3.7%)，實施例2的脫磷率約為85%((3.7%-0.56%)/3.7%)。要提到的是，由於實施例2的加入較多的矽砂，有助於降低鹽基度，因而提高脫磷率。
根據上述實施例可知，本發明實施例之轉爐石的脫磷方法的一特點在於使用不含C元素的脫磷劑(矽鐵)來與轉爐石進行熔融還原步驟，以避免習知技術會產生泡沫渣與一氧化碳逸散等問題。
根據上述實施例亦可知，本發明實施例之轉爐石的脫磷方法的另一特點在於，使用特定成份及比例的脫磷劑(矽鐵)及添加劑(矽砂(SiO 2))來與轉爐石進行熔融還原步驟，除了避免習知技術會產生泡沫渣與一氧化碳逸散等問題之外，還由於降低了鹽基度，因此可以加強脫磷效果。
另外要提到的是，由於本發明所使用的特定成份(矽鐵)，由於其具備矽成份，其也有助於降低鹽基度，因為矽成份在熔融還原步驟也有機會形成二氧化矽，進而降低了鹽基度，因此可以加強脫磷效果。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，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。
10:方法 11~13:步驟
第1圖是本發明實施例一種轉爐石的脫磷方法的流程示意圖。
10:方法
11~13:步驟

Claims (10)

  1. 一種轉爐石的脫磷方法，其包含步驟：混合65至97重量份的轉爐石，1至15重量份的矽鐵以及2至20重量份的矽砂以形成一混合物；進行一熔融還原步驟，以1400至1600℃對該混合物加熱持溫達30至120分，以獲得一熔融液；及對該熔融液進行一冷卻步驟，以形成脫磷轉爐石及含磷金屬鐵。
  2. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，其中該轉爐石的平均粒徑大於零且小於等於500微米。
  3. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，其中以該矽鐵的總重為100wt%計，該矽鐵包含72至78wt%的矽及22至28wt%的鐵。
  4. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，其中以該矽鐵的平均粒徑大於零且小於等於500微米。
  5. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，其中以該轉爐石的總重為100wt%計，該轉爐石包含：41.5至43wt%的氧化鈣；11.5至13wt%的二氧化矽；25.5至27wt%的鐵及鐵化合物；3至3.5wt%的氧化錳；8至8.5wt%的氧化鎂；2至2.5wt%的三氧化二鋁；及2.5至7wt%的五氧化二磷。
  6. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，其中該轉爐石的鹽基度大於3，其中該轉爐石的鹽基度係指該轉爐石的氧化鈣與二氧化矽的重量比值。
  7. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，其中以該脫磷轉爐石的總重為100wt%計，該脫磷轉爐石包含：42至44wt%的氧化鈣；33至41wt%的二氧化矽；1.95至9.5wt%的鐵及鐵化合物；1.0至2.0wt%的氧化錳；8.5至9.5wt%的氧化鎂；1.5至2wt%的三氧化二鋁；及0.4至2.0wt%的五氧化二磷。
  8. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，其中該脫磷轉爐石的鹽基度大於零且小於1.5，其中該脫磷轉爐石的鹽基度係指該脫磷轉爐石中的氧化鈣與二氧化矽的重量比值。
  9. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，在形成該混合物的步驟中，更包含：混合85至90重量份的轉爐石，5重量份的矽鐵以及5至10重量份的矽砂以形成該混合物。
  10. 如請求項1所述的轉爐石的脫磷方法，其中該轉爐石的脫磷方法的脫磷率介於40至85%。
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