TWI787969B

TWI787969B - 卜作嵐材料、其製造方法及製造系統

Info

Publication number: TWI787969B
Application number: TW110131256A
Authority: TW
Inventors: 趙英守; 陳炳南; 趙冠至; 陳志豪; 黃進修
Original assignee: 鈺長科技有限公司
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2022-12-21
Also published as: TW202308959A

Abstract

本發明可以提供一種卜作嵐材料、其製造方法及製造系統，該卜作嵐材料是將電弧爐的還原碴資源化所製得，該製造方法包括：原料篩選步驟，將鋼爐碴依顆粒粒徑進行篩選，篩選出粒徑在10mm以下的第一粒料、粒徑介於10mm~50mm之間的第二粒料、以及粒徑在50mm以上的第三粒料；第一磁選步驟：利用磁力將第一粒料中具備第一磁性的含鐵成分移除而得到第四粒料；微細粉化步驟：將該第四粒料進一步精細研磨而得到比表面積大於500m ²/Kg的卜作嵐材料。

Description

卜作嵐材料、其製造方法及製造系統

本發明係有關於一種電弧爐還原碴的資源化方法，特別是關於一種以電弧爐還原碴所製得的卜作嵐材料、其製造方法及製造系統。

「電弧爐煉鋼碴(石)」係指經電弧爐煉鋼過程，於氧化過程中產出之熱熔碴，經冷卻後產出之電弧爐煉鋼碴(石)。電弧爐煉鋼利用電能發熱至 1,500~1,600°C，將廢鐵原料及所添加的CaO熔融，再吹氧去除熔鋼中的不純成分物質，如 FeO、MnO、SiO ₂、Al ₂O ₃等氧化物，互相反應結合成安定的礦物相，其比重較還原層的鐵水為輕，浮在上層形成「電弧爐煉鋼碴(石)」)，然後將熔融的鐵水移至精煉爐(LF)，添加多量的CaO，在還原環境下進行去除鐵水中的氧和硫成分，精煉成鋼，此時所產生的爐碴稱為「電弧爐還原碴」(以下簡稱「還原碴」)。氧化碴(石)中氧化鈣含量較低，氧化亞鐵含量較高，而還原碴(石)含量比例相反。在礦物組成方面，氧化碴(石)其礦物組成以橄欖粒料、薔薇輝粒料為主;而還原碴其礦物組成以C ₃S（矽酸三鈣）、C ₂S（矽酸二鈣）及 RO（二價金屬氧化物固熔體）為主還原碴呈灰白色粉狀物多，塊狀物少於氧化碴，一般而言還原碴CaO會高於氧化碴，故電弧爐煉鋼過程須將氧化碴及還原碴分流進行貯存，而有不同處理方式。目前還原碴除使用於水泥生料外，需經高壓蒸氣或常壓蒸氣進行安定化後，以粒料方式應用於產製之控制性低強度回填材料僅限供作管溝回填及公共工程道路之路基、基層、底層、坑洞或其他回填用途使用。但是還原碴粒料過於粗大，比表面較小，反應不均勻，無法發揮材料的卜作嵐材料特性。

有鑑於此，本發明人等乃潛心研究解決上述課題之優異手段及良好對策，進而研究開發出能夠對於還原碴加以資源化處理或回收再利用之方法。亦即，本發明之目的在於提供一種卜作嵐材料、其製造方法及製造系統。此製造方法主要是將電弧爐的還原碴進行破碎、篩分、磁選後，形成粒徑小於10毫米的粉碎材，然後再以粉磨製程將粉碎材研磨成比表面積為大於500m ²/kg的卜作嵐微粉材料。

具體而言，本發明可以提供一種卜作嵐材料之製造方法，其係將電弧爐的還原碴資源化，該製造方法包括：原料篩選步驟，將鋼爐碴依顆粒粒徑進行篩選，篩選出粒徑在10mm以下的第一粒料、粒徑介於10mm~50mm之間的第二粒料、以及粒徑在50mm以上的第三粒料；第一磁選步驟：利用磁力將第一粒料中具備第一磁性的含鐵成分移除而得到第四粒料；微細粉化步驟：將該第四粒料進一步精細研磨而得到比表面積大於500m ²/Kg的卜作嵐材料。

在本發明之一實施例中，該卜作嵐材料中之二氧化矽含量為22%~30%、三氧化二鋁含量為14~18%、氧化鎂含量為6%~10%、氧化鈣含量為48%~50%、三氧化硫含量為0.03%~0.05%、氧化鐵含量為在2%以下。

在本發明之一實施例中，該製造方法係進一步包含第二粒料回收步驟：將該第二粒料研磨至粒徑小於10mm以下，再利用磁力將具備第二磁性的含鐵成分移除，再將所得產物進行該原料篩選步驟。

在本發明之一實施例中，該製造方法係進一步包含第三粒料回收步驟：利用磁力將該第三粒料中具備第三磁性的含鐵成分移除，並且將該第三粒料予以破碎至粒徑小於10mm以下，再將所得產物進行該原料篩選步驟。

在本發明之一實施例中，其中該第二粒料回收步驟與該第三粒料回收步驟係同時進行。

另外，本發明還可以提供一種卜作嵐材料製造系統，其係至少包含：一篩分裝置，用以接收鋼爐碴並篩選出粒徑在10mm以下的第一粒料、粒徑介於10mm~50mm之間的第二粒料、以及粒徑在50mm以上的第三粒料；一第一磁選裝置，其係設置於該篩分裝置的下游端，用以接收該第一粒料並將該第一粒料中具備第一磁性的含鐵成分移除，進而獲得第四粒料；一微細粉磨裝置，其係設置於該第一磁選裝置的下游端，用以接收該第四粒料並將該第四粒料研磨成比表面積大於500m ²/Kg的卜作嵐材料。

在本發明之一實施例中，該製造系統係進一步包含棒磨裝置以及設置於該棒磨裝置之下游端的第二磁選裝置；該棒磨裝置設置於該篩分裝置的下游端，用以接收該第二粒料並將該第二粒料研磨至粒徑小於10mm以下；該第二磁選裝置用以將該第二粒料中具備第二磁性的含鐵成分移除。

如在本發明之一實施例中，其中該第二磁選裝置的出料端與該篩分裝置的進料端連通。

在本發明之一實施例中，該製造系統係進一步包含第三磁選裝置及設置於該第三磁選裝置之下游端的破碎裝置；該第三磁選裝置設置於該篩分裝置的下游端，用以接收該第三粒料並將該第三粒料中具備第三磁性的含鐵成分移除；該破碎裝置用以將該第三粒料予以破碎至粒徑小於10mm以下。

在本發明之一實施例中，其中該破碎裝置得出料端與該篩分裝置的進料端連通。

在本發明之一實施例中，該製造系統係進一步包含集塵裝置，該集塵裝置用以收集該微細粉磨裝置以及該破碎裝置污防防制集塵運作中所產生的粉塵，並將該粉塵再投入至該微細粉磨裝置之中。

以下，針對本發明的實施態樣列舉各種不同的具體實施例而更加詳盡地敘述與說明，以便使本發明的精神與內容更為完備而易於瞭解；然而，本項技藝中具有通常知識者應當明瞭本發明當然不受限於此等實例而已，亦可利用其他相同或均等的功能與步驟順序來達成本發明。

在本文中，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。此外，在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。

在本文中，對於用以界定本發明範圍的數值與參數，本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差，因而大多是以約略的數量值來表示，然而於具體實施例中則盡可能精確呈現的相關數值。在本文中，「約」通常視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定，一般係指代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，例如，該實際數值為在一特定數值或範圍的±10%、±5%、±1%、或±0.5%以內。

首先，請參閱圖1，其為顯示本發明之卜作嵐材料之製造方法的標準流程圖，包含有以下步驟：

原料篩選步驟S1：將鋼爐碴依顆粒粒徑進行篩選，篩選出粒徑在10mm以下的第一粒料、粒徑介於10mm~50mm之間的第二粒料、以及粒徑在50mm以上的第三粒料。

第一磁選步驟S2：利用磁力將第一粒料中具備第一磁性的含鐵成分移除而得到第四粒料。

微細粉化步驟S3：將該第四粒料進一步精細研磨而得到比表面積大於500m ²/Kg的卜作嵐材料微粉。

請同時配合參閱圖2，其為顯示本發明之卜作嵐材料製造系統的架構示意圖，該系統包含有篩分裝置1、設置於篩分裝置1之下游端的第一磁選裝置2、以及設置於該第一磁選裝置2之下游端的微細粉磨裝置3。

篩分裝置1可以是二層振篩機，在原料篩選步驟S1中，將來自電弧爐的還原碴輸送至篩分裝置1中，該篩分裝置1中設置有孔徑分別為10mm和50mm的篩網，因此能夠還原碴篩分為粒徑在10mm以下的第一粒料、粒徑介於10mm~50mm之間的第二粒料、以及粒徑在50mm以上的第三粒料。

在第一磁選步驟S2中，經由篩分裝置1篩選而得到的第一粒料會經由傳送帶輸送至第一磁選裝置2；第一磁選裝置2可以是一磁力產生裝置，例如筒式磁選機或平面輸送式磁選機，並且能夠設定其內部磁場強度為第一磁性，該第一磁性通常是在3000高斯以上，較佳為在5000高斯以上，更佳為在7000高斯以上；在本實施例中，是將該第一磁選裝置2中的磁場強度設定為5,000高斯，能夠分離出磁性小於5,000高斯的第四粒料及第一磁性在5,000高斯以上的含鐵成分。從第一磁選裝置2所排出的第四粒料即為卜作嵐材料的半成品，可輸送至暫存槽中暫存，或是隨著傳送帶投入微細粉磨裝置3中進行微細粉化步驟S3。

在本發明之實施例中，微細粉磨裝置3可以是輥式立磨裝置，它集破碎、粉磨、選粉為一體，具有電耗低、密封性能好、噪音比球磨機低30～50db、可露天布置、占地面積小、流程簡單等特點。磨粉機工作時，主機電動機通過減速器帶動主軸及轉盤旋轉，轉盤通過柱銷帶動磨輥在環道內旋轉、滾動。物料在離心作用下散向周邊並落入磨腔，在環道內被磨輥衝壓、滾輾、研磨。物料經多層粉碎並反復研磨成粉。

在該微細粉磨裝置3中還設置有選粉機及旋風集粉器，隨著高壓風機不斷的抽吸設備內部的空氣，經多層粉碎後的物料隨著不斷進入的空氣被帶入選粉機，高速旋轉的葉輪對其進行篩選，不合格的物料回落重磨，合格的物料則隨氣流進入旋風集粉器，粉塵下落，由底部的卸料閥排出即為成品。

另外請再參閱圖1及圖2，本發明之卜作嵐材料之製造方法還進一步包含有第二粒料回收步驟S4、以及第三粒料回收步驟S5。

在第二粒料回收步驟S4中，是將該第二粒料研磨至粒徑小於10mm以下，再利用磁力將具有第二磁性的含鐵成分移除。

如圖2所示，本發明之卜作嵐材料製造系統還包含有棒磨裝置6以及第二磁選裝置7。棒磨裝置6設置於篩分裝置1的下游端，用以接收從篩分裝置1所排出的第二粒料。棒磨裝置6中設置有多條鋼棒(規格為長度340cm、直徑為90mm)，並且該些鋼棒的機械載重最高鋼棒可達9公噸，最低4公噸。第二粒料經由輸送帶進入該棒磨裝置6中，並藉由該些鋼棒以搖滾的方式進行滾動式破碎處理，以使該第二粒料的粒徑能夠降低至10mm以下。

第二磁選裝置7的出料端可以和篩分裝置1連通，因此從棒磨裝置6以及第二磁選裝置7再處理而得的產物可再投入篩分裝置1中，並依序經過第一磁選裝置2、微細粉磨裝置3，進而獲得卜作嵐材料成品。該第二磁選裝置7與前述第一磁選裝置2相同，可以是一磁力產生裝置，例如筒式磁選機或平面輸送式磁選機，並且能夠設定其內部磁場強度為第二磁性，該第二磁性通常是在3000高斯以上，較佳為在5000高斯以上，更佳為在7000高斯以上；在本實施例中，是將第二磁選裝置7中的磁場強度設定為5,000高斯，因此能夠移除第二粒料中第二磁性在5,000高斯以上的含鐵成分。

又，在第三粒料回收步驟S5中，是利用磁力將該第三粒料中磁性為5000高斯以上的含鐵成分移除，並且將該第三粒料予以破碎至粒徑小於10mm以下。

如圖2所示，本發明之卜作嵐材料製造系統還進一步包含有第三磁選裝置4以及破碎裝置5。該第三磁選裝置4設置於篩分裝置1的下游端，用以接收從篩分裝置1所排出的第三粒料；第三磁選裝置4可以是一磁力產生裝置，例如筒式磁選機或平面輸送式磁選機，並且該第二磁選裝置4中的磁場強度為5,000高斯，並且能夠設定其內部磁場強度為第三磁性，該第三磁性通常是在3000高斯以上，較佳為在5000高斯以上，更佳為在7000高斯以上；在本實施例中，是將第三磁選裝置4中的磁場強度設定為5,000高斯，因此能夠移除第三粒料中第三磁性在5,000高斯以上的含鐵成分。

破碎裝置5設置於第三磁選裝置4的下游端，用以接收已移除含鐵成分的第三粒料，並且將第三粒料進行粉碎。破碎裝置5可以是進行粗碎的顎式破碎機、或圓錐破碎機，能夠將第三粒料的粒徑破碎至10mm以下。

破碎裝置5的出料端可以和篩分裝置1的進料端連通，因此從第三磁選裝置4以及破碎裝置5再處理而得的產物可再投入篩分裝置1中，並依序經過第一磁選裝置2、微細粉磨裝置3，進而獲得卜作嵐材料成品。

又，本發明之卜作嵐材料製造系統中之各裝置是以密閉式包覆的輸送帶進行物料運輸，在微細粉磨裝置3進行研磨時或是在破碎裝置5進行破碎時所產生粉塵可隨輸送帶傳送至集塵裝置8進行篩選，尺寸小於10mm的粒料或粉塵可收集於暫存槽或是投入微細粉磨裝置3中。

根據本發明的技術思想，第一磁選步驟S2、及第二粒料回收步驟S4、以及第三粒料回收步驟S5為各自獨立的步驟，可在完成原料篩選步驟S1後同時進行，也可以視篩選狀況調整第一磁選步驟S2、及第二粒料回收步驟S4進行的時程，在此不特別加以限制。《實施例1》

在本實施例中，利用上述本發明的卜作嵐材料之製造系統及方法製作卜作嵐材料Sb。

另外，參照CNS規範對利用本發明之製造系統及方法所得的卜作嵐材料Sb與一般習知作為卜作嵐材料的燃煤飛灰進行成分分析，並將所得結果紀錄於表1中。

表1

	比較例2	實施例1	比較例1
項目	燃煤飛灰 (大林發電廠)	卜作嵐材料Sb (還原碴)	燃煤飛灰 (台中電廠)
二氧化矽%	42.2~57.39	22.41-28.98	24.22~48.6
三氧化二鋁%	16.64~21.4	14.11-17.60	15.56~29.96
氧化鐵%	2.51~6.2	1.53-1.13	1.2~2.46
氧化鎂%	2.17~2.3	6.23-9.82	0.74~4.99
氧化鈣%	2.51~6.2	48.45-48.69	0.94~27.84
三氧化硫%	0.21~1.5	0.04-0.38	0.15~0.4

由上表1的結果可知，本發明的實施例1所得到之卜作嵐材料Sb，其二氧化矽、三氧化二鋁、氧化鐵、及三氧化硫的含量與燃煤飛灰相近。

又，根據CNS規範，將利用本發明之製造系統及方法所得的該卜作嵐材料Sb與燃煤飛灰進行細度、比表面積、活性指數、及水泥熱壓膨脹率等物性比較，所得結果如表2所示：

表2

項目	分析方法	卜作嵐材料Sb (還原碴微粉)	燃煤飛灰	預定標準
細度(停留率%)	CNS386 (試驗篩45µm)	10.2	13.0	-
比表面積(m ²/kg)	CNS2924	733	-	＞500m ²/kg
活性指數%	CNS10896	75	75	28天＞75%
水泥熱壓膨脹率(健度) 100：25=水泥:飛灰	CNS1258	+0.01	+0.07	＜0.8%且不斷裂

由上表2的結果可知，實施例1所得到之卜作嵐材料Sb的停留率為10.2%，燃煤飛灰的停留率為13.0%，顯示卜作嵐材料Sb的顆粒較燃煤飛灰細，比表面積較燃煤飛灰大。又，卜作嵐材料Sb的卜作嵐活性指數為75%，符合CNS的規定。

再者，在水泥熱壓膨脹率方面，卜作嵐材料Sb的水泥熱壓膨脹率最大值為0.01%，燃煤飛灰的水泥熱壓膨脹率最大值為0.07%，皆符合CNS 3036的規定，並且實施例1所得到之卜作嵐材料Sb所得的結果又更佳，因而可以確認利用本發明之製造系統及方法所得的還原碴微粉非常適合用來做為卜作嵐反應的材料。

綜上所述，在如上所列舉的實施例中已經舉例而具體地說明本創作的內容了，然而本創作並非僅限定於此等實施方式而已。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應當明白：在不脫離本發明的精神和範圍內，當可再進行各種的更動與修飾；例如，將前述實施例中所例示的各技術內容加以組合或變更而成為新的實施方式，此等實施方式也當然視為本創作所屬內容。因此，本案所欲保護的範圍也包括後述的申請專利範圍及其所界定的範圍。

1:篩分裝置 2:第一磁選裝置 3:微細粉磨裝置 4:第二磁選裝置 5:破碎裝置 6:棒磨裝置 7:第三磁選裝置 8:集塵裝置 Wa:第一粒料 Wb:第二粒料 Wc:第三粒料 Wd:第四粒料 Sb:卜作嵐材料 S1~S5:步驟

圖1為顯示本發明之卜作嵐材料之製造方法的標準流程圖。圖2為顯示本發明之卜作嵐材料製造系統的架構示意圖。

S1~S5:步驟

Claims

一種卜作嵐材料之製造方法，其係將電弧爐的還原碴資源化；該製造方法包括：原料篩選步驟，將鋼爐碴依顆粒粒徑進行篩選，篩選出粒徑在10mm以下的第一粒料、粒徑介於10mm~50mm之間的第二粒料、以及粒徑在50mm以上的第三粒料；第一磁選步驟：利用磁力將第一粒料中具備第一磁性的含鐵成分移除而得到第四粒料；以及微細粉化步驟：將該第四粒料進一步精細研磨而得到比表面積大於500m²/Kg的卜作嵐材料；第二粒料回收步驟：將該第二粒料研磨至粒徑小於10mm以下，再利用磁力將具備第二磁性的含鐵成分移除，再將所得產物依序進行該原料篩選步驟、該第一磁選步驟、以及該微細粉化步驟；第三粒料回收步驟：利用磁力將該第三粒料中具備第三磁性的含鐵成分移除，並且將該第三粒料予以破碎至粒徑小於10mm以下，再將所得產物依序進行該原料篩選步驟、該第一磁選步驟、以及該微細粉化步驟；其中該卜作嵐材料中之二氧化矽含量為22%~30%、三氧化二鋁含量為14~18%、氧化鎂含量為6%~10%、氧化鈣含量為48%~50%、三氧化硫含量為0.03%~0.05%、氧化鐵含量為在2%以下。
如請求項1所述之卜作嵐材料之製造方法，其中該第二粒料回收步驟與該第三粒料回收步驟係同時進行。
一種卜作嵐材料製造系統，其係至少包含：一篩分裝置，用以接收鋼爐碴並篩選出粒徑在10mm以下的第一粒料、粒徑介於10mm~50mm之間的第二粒料、以及粒徑在50mm以上的第三粒料；一第一磁選裝置，其係設置於該篩分裝置的下游端，用以接收該第一粒料並將該第一粒料中具備第一磁性的含鐵成分移除，進而獲得第四粒料；一微細粉磨裝置，其係設置於該第一磁選裝置的下游端，用以接收該第四粒料並將該第四粒料研磨成比表面積大於500m²/Kg的卜作嵐材料；一棒磨裝置以及設置於該棒磨裝置之下游端的一第二磁選裝置；該棒磨裝置設置於該篩分裝置的下游端，用以接收該第二粒料並將該第二粒料研磨至粒徑小於10mm以下；該第二磁選裝置用以將該第二粒料中具備第二磁性的含鐵成分移除，且該第二磁選裝置的出料端與該篩分裝置的進料端連通；以及一第三磁選裝置及設置於該第三磁選裝置之下游端的一破碎裝置；該第三磁選裝置設置於該篩分裝置的下游端，用以接收該第三粒料並將該第三粒料中具備第三磁性的含鐵成分移除；該破碎裝置用以將該第三粒料予以破碎至粒徑小於10mm以下，且該破碎裝置的出料端與該篩分裝置的進料端連通。
如請求項3所述之卜作嵐材料製造系統，其係進一步包含集塵裝置，該集塵裝置用以收集該微細粉磨裝置以及該破碎裝置運作中所產生的粉塵，並將該粉塵再投入至該微細粉磨裝置之中。
一種卜作嵐材料，其係利用如請求項1或2中之製作方法、或利用如請求項3或4中之製造系統所製得，且其特徵在於：該卜作嵐材料中之二氧化矽含量為22%~30%、三氧化二鋁含量為14~18%、氧化鎂含量為6%~10%、氧化鈣含量為48%~50%、三氧化硫含量為0.03%~0.05%、氧化鐵含量為在2%以下。
如請求項5所述之卜作嵐材料，其中該卜作嵐材料的比表面積為大於500m²/Kg。