TWI865849B - 經改質之轉爐石及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種經改質之轉爐石及其製備方法，製備方法包括步驟：提供熱熔渣；以及待熱熔渣之溫度介於1350℃至1550℃之間時，將40 Nm
3至250 Nm
3氧氣吹入熱熔渣中，以得到一經改質之轉爐石。經改質之轉爐石不含有游離氧化鈣，且具有低於0.5%之膨脹率及低於11之pH值。
Description
本發明係有關一種轉爐石之製備方法，尤指一種經改質之轉爐石之製備方法。本發明亦有關一種轉爐石，尤指一種經改質之轉爐石。
煉鋼廠利用轉爐煉鋼，將鐵水及石灰等副原料加入轉爐後，吹氧產出鋼液及熱熔渣，經冷卻之熱熔渣稱為轉爐石(basic oxygen furnace slag,BOF slag)。由於地球資源日漸匱乏，因此先進國家已逐漸減少河砂濫採，並以性質足以媲美天然砂石之由煉鋼廠所生產之轉爐石副產品取代，將轉爐石副產品作為再生骨材，以達到減碳之目的，同時解決資源及環保問題。
然而，由於轉爐石中存在游離氧化鈣(free CaO,f-CaO)，因此當轉爐石遇水後，會引起膨脹現象，進而造成體積不安定之問題。為使轉爐石達到工程所需之轉爐石粒料體積不膨脹要求，現有技術已利用熱渣改質法、蒸氣養生法、滾筒及悶罐等方法，以安定化轉爐石。
在現有技術中，熱渣改質法係透過將矽砂吹入熱熔渣中，並將渣鹽基度(CaO/SiO2)由4.5調整至3以下，使二氧化矽與游離氧化鈣熔融，以形成矽酸二鈣(C2S,Ca2SiO4)等體積安定產物，並降低安定化後之轉爐石遇水之膨脹率，解決轉爐石遇水膨脹之問題。然而此種熱渣改質法由於需要使用矽砂作為
改質劑，及提供熔解矽砂之熱能，因此會造成改質操作程序複雜、耗能及轉爐渣量增加之問題。例如，以矽砂之添加量為130至140公斤/噸渣所生產之經改質之轉爐石，依據所添加之矽砂比例，估計其所生產之經改質之轉爐石的渣量會增加13%至14%。
因此，開發出一種製程簡單、降低轉爐石之遇水膨脹率且提高轉爐石之安定性的經改質之轉爐石之製備方法係本領域亟待解決之問題。
為解決上述現有技術之問題，本發明之目的在於提供一種經改質之轉爐石之製備方法，透過將氧氣吹入熱熔渣中，以得到一經改質之轉爐石。
本發明之另一目的在於提供一種經改質之轉爐石，其係經由本發明之經改質之轉爐石之製備方法所製得。該經改質之轉爐石不含有游離氧化鈣，且具有低於0.5%之膨脹率及低於11之pH值。
為了達成上述目的，本發明提供一種經改質之轉爐石之製備方法，包括步驟：提供一熱熔渣；以及待該熱熔渣之溫度介於1350℃至1550℃之間時，將40Nm3至250Nm3氧氣吹入該熱熔渣中，以得到一經改質之轉爐石。
在一具體實施例中，在將40Nm3至250Nm3氧氣吹入該熱熔渣中，以得到一經改質之轉爐石之步驟之後，進一步包括步驟：將該經改質之轉爐石進行冷卻。
在一具體實施例中，在將該經改質之轉爐石進行冷卻之步驟係透過灑水方式進行。
在一具體實施例中，在將40Nm3至250Nm3氧氣吹入該熱熔渣之步驟中，該氧氣係透過一吹射管吹入該熱熔渣中。
在一具體實施例中，在將40Nm3至250Nm3氧氣吹入該熱熔渣之步驟中，吹入該氧氣之時間為約5分鐘至30分鐘。
在一具體實施例中，在待該熱熔渣之溫度介於1350℃至1550℃之步驟之後，係將120Nm3至180Nm3氧氣吹入該熱熔渣中。
本發明另提供一種由上述經改質之轉爐石之製備方法所製得之經改質之轉爐石，該經改質之轉爐石具有低於11之pH值。
在一具體實施例中，該經改質之轉爐石具有低於0.5%之膨脹率。
在一具體實施例中，該經改質之轉爐石具有低於0.2%之膨脹率。
在一具體實施例中，該經改質之轉爐石不含有游離氧化鈣。
本發明之經改質之轉爐石之製備方法透過將氧氣吹入熱熔渣，可製得不含f-CaO、膨脹率低於0.5%及pH值低於11之經吹氧改質之轉爐石。本發明之經改質之轉爐石之製備方法無需額外添加矽砂作為調質劑，因此，本發明提供製成簡單及節能之經改質之轉爐石之製備方法，且所製得之經改質之轉爐石不含有游離氧化鈣，且具有低於0.5%之膨脹率及低於11之pH值，提高該經改質之轉爐石之安定性，並解決現有技術之轉爐石之改質操作程序複雜、耗能及轉爐渣量增加，以及現有技術之轉爐石存在膨脹及高pH值等不安定性之問題。
S1:步驟1
S2:步驟2
S3:步驟3
第1圖係本發明之經改質之轉爐石之製備方法的流程圖。
以下係藉由特定之具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。然而，本發明中所揭示之例示性實施例僅出於說明之目的，不應被視為限制本發明之範圍。換言之，本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同的觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
除非本文另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之單數形式「一」及「該」包括複數個體。除非本文另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之術語「或」包括「及/或」之含義。
製備例1 製備第一經矽砂改質之轉爐石
利用轉爐煉鋼，將鐵水及石灰等副原料加入轉爐後，吹氧產出鋼液及第一熱熔渣。將第一熱熔渣運送至吹射站，待第一熱熔渣之溫度為1400℃時，將矽砂吹入第一熱熔渣中，且矽砂之吹射量為10份，吹入時間為20分鐘，以得到第一經矽砂處理之熱熔渣。之後將第一經矽砂處理之熱熔渣倒至鋼製淺盤中，並以灑水方式進行冷卻，以得到第一經矽砂改質之轉爐石。
製備例2 製備第二經矽砂改質之轉爐石
利用轉爐煉鋼，將鐵水及石灰等副原料加入轉爐後，吹氧產出鋼液及第二熱熔渣。將第二熱熔渣運送至吹射站，待第二熱熔渣之溫度為1400℃時，將矽砂吹入第二熱熔渣中，且矽砂之吹射量為20份，吹入時間為25分鐘，以得到第二經矽砂處理之熱熔渣。之後將第二經矽砂處理之熱熔渣倒至鋼製淺盤中，並以灑水方式進行冷卻，以得到第二經矽砂改質之轉爐石。
如反應式1所示，上述製備例1所製得之第一經矽砂改質之轉爐石及製備例2所製得之第一經矽砂改質之轉爐石係利用將矽砂與游離氧化鈣(free CaO,f-CaO)進行反應，以生成穩定之矽酸二鈣(C2S,Ca2SiO4)。
2 f-CaO+SiO2→Ca2SiO4(C2S) (反應式1)
製備例3 製備第一經吹氧改質之轉爐石
參見第1圖，製備第一經吹氧改質之轉爐石之步驟包括：S1：利用轉爐煉鋼，將鐵水及石灰等副原料加入轉爐後，吹氧產出鋼液及第一熱熔渣；S2：將第一熱熔渣運送至吹射站，待第一熱熔渣之溫度為1420℃時，將吹射管插入第一熱熔渣中，並吹入約180Nm3氧氣，且吹入氧氣之時間為約25分鐘，以得到第一經吹氧處理之熱熔渣；以及S3：將第一經吹氧處理之熱熔渣倒至鋼製淺盤中，並以灑水方式進行冷卻，以得到第一經吹氧改質之轉爐石。
製備例4 製備第二經吹氧改質之轉爐石
製備第二經吹氧改質之轉爐石之步驟包括：S1：利用轉爐煉鋼，將鐵水及石灰等副原料加入轉爐後，吹氧產出鋼液及第二熱熔渣；S2：將第二熱熔渣運送至吹射站，待第二熱熔渣之溫度為1450℃時，將吹射管插入第二熱熔渣中，並吹入約120Nm3氧氣，且吹入氧氣之時間為約20分鐘，以得到第二經吹氧處理之熱熔渣；以及S3：將第二經吹氧處理之熱熔渣倒至鋼製淺盤中，並以灑水方式進行冷卻，以得到第二經吹氧改質之轉爐石。
如反應式2所示，上述製備例3所製得之第一經吹氧改質之轉爐石及製備例4所製得之第二經吹氧改質之轉爐石係分別利用將吹氧氣吹入第一熱熔渣及第二熱熔渣中，使氧氣與第一熱熔渣及第二熱熔渣中的氧化亞鐵(FeO)進行放熱反應，以生成氧化鐵(Fe2O3)。如反應式3所示，氧化鐵(Fe2O3)再進一步與游離氧化鈣(f-CaO)反應，以生成鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)。
2 FeO+1/2 O2→Fe2O3 (反應式2)
2 f-CaO+Fe2O3→Ca2Fe2O5(C2F) (反應式3)
實施例1 檢測第一熱熔渣、第一經矽砂改質之轉爐石及第一經吹氧改質之轉爐石之矽酸二鈣(C2S,Ca2SiO4)、鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)、FeO及f-CaO等晶相之含量、膨脹率及pH值
秤取體積約5ml之第一熱熔渣、第一經矽砂改質之轉爐石及第一經吹氧改質之轉爐石，並利用碳化鎢材質之球磨機(型號：Retsch MM400)，於頻率為20Hz之條件下進行研磨20分鐘，以得到粒度小於325篩目(mesh)(44.1μm)之第一熱熔渣、第一經矽砂改質之轉爐石及第一經吹氧改質之轉爐石。
利用X射線繞射儀(X-ray diffractometer,XRD)(Malvern Panalytical Empyrean)分析第一熱熔渣、第一經矽砂改質之轉爐石及第一經吹氧改質之轉爐石之矽酸二鈣(C2S,Ca2SiO4)、鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)、FeO及f-CaO之含量。
分別秤取約20克之第一熱熔渣、第一經矽砂改質之轉爐石及第一經吹氧改質之轉爐石並置於燒杯內，分別於燒杯內加入20毫升試劑水，攪拌5分鐘後，靜置約15分鐘，之後取水相層，透過廢棄物之氫離子濃度指數(pH值)測
定方法(電極法，NIEA R208.04C)，以pH值測定儀檢測第一熱熔渣、第一經矽砂改質之轉爐石及第一經吹氧改質之轉爐石之pH值。
利用CNS15311粒料受水合作用之潛在膨脹試驗法檢測第一熱熔渣、第一經矽砂改質之轉爐石及第一經吹氧改質之轉爐石之膨脹率。
結果如表1所示，相較於第一熱熔渣，第一經吹氧改質之轉爐石之鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)由38%提升至61%；f-CaO(膨脹因子)由6.6%降至0%；pH值由12.4降至10.6，以及膨脹率由3%降至0.2%。結果顯示，在第一經吹氧改質之轉爐石的生成過程中，f-CaO與Fe2O3結合，生成穩定之鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)，導致f-CaO含量下降且鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)含量增加。由此顯見，透過將氧氣吹入第一熱熔渣，可使FeO氧化成Fe2O3(反應式2)，且Fe2O3可進一步與f-CaO反應形成鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)(反應式3)，使第一經吹氧改質之轉爐石達到安定化之目的。
實施例2檢測第二熱熔渣、第二經矽砂改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石之矽酸二鈣(C2S,Ca2SiO4)、鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)、FeO及f-CaO等晶相之含量、膨脹率及pH值
秤取體積約5ml之第二熱熔渣、第二經矽砂改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石，並利用碳化鎢材質之球磨機(型號：Retsch MM400)，於頻率為20Hz之條件下進行研磨20分鐘，以得到粒度小於325篩目(mesh)(44.1μm)之第二熱熔渣、第二經矽砂改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石。
利用X射線繞射儀(X-ray diffractometer,XRD)(Malvern Panalytical Empyrean)分析第二熱熔渣、第二經矽砂改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石之矽酸二鈣(C2S,Ca2SiO4)、鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)、FeO及f-CaO之含量。
分別秤取約20克之第二熱熔渣、第二經矽砂改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石並置於燒杯內，分別於燒杯內加入20毫升試劑水，攪拌5分鐘後，靜置約15分鐘，之後取水相層，透過廢棄物之氫離子濃度指數(pH值)測定方法(電極法，NIEA R208.04C)，以pH值測定儀檢測第二熱熔渣、第二經矽砂改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石之pH值。
利用CNS15311粒料受水合作用之潛在膨脹試驗法檢測第二熱熔渣、第二經矽砂改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石之膨脹率。
結果如表2所示，相較於第二熱熔渣，第二經吹氧改質之轉爐石之鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)由38%提升至61%；f-CaO(膨脹因子)由3.0%降至0%；pH值由12.4降至10.8，以及膨脹率由5%降至0.3%。結果顯示，在第二經吹氧改質之轉爐石的生成過程中，f-CaO與Fe2O3結合，生成穩定之鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)，導致f-CaO含量下降且鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)含量增加。由此顯見，透過將氧氣吹入第二熱熔渣，可使FeO氧化成Fe2O3(反應式2)，且Fe2O3可進一步與f-CaO
反應形成鐵酸鈣(C2F,Ca2Fe2O5)(反應式3)，使第二經吹氧改質之轉爐石達到安定化之目的。
上述實施例1及實施例2結果顯見，已成功去除第一經吹氧改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石內的f-CaO，且第一經吹氧改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石之膨脹率降至低於0.5%以下，符合CNS國家規範。此外，相較於第一熱熔渣、第一經矽砂改質之轉爐石、第二熱熔渣、第二經矽砂改質之轉爐石，第一經吹氧改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石之pH值已降低至11以下，達成第一經吹氧改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石之安定化之功效。因此，本發明透過將氧氣吹入第一熱熔渣及第二熱熔渣，無需額外添加矽砂作為調質劑，即可生成不含f-CaO、膨脹率低於0.5%及pH值低於11之第一經吹氧改質之轉爐石及第二經吹氧改質之轉爐石，解決現有技術之轉爐石存在膨脹及高pH值之問題。
上述實施例僅例示性說明本發明之經改質之轉爐石及其製備方法，而非用於限制本發明。任何熟習此項技術之人士皆可在不違背本發明之精神
及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所載。
S1:步驟1
S2:步驟2
Claims (9)
- 一種經改質之轉爐石之製備方法，包括步驟：提供一熱熔渣；以及待該熱熔渣之溫度介於1350℃至1550℃之間時，將120Nm3至180Nm3氧氣吹入該熱熔渣中，以得到一經改質之轉爐石；其中在將該120Nm3至該180Nm3氧氣吹入該熱熔渣中之步驟中，並未添加矽砂，及該經改質之轉爐石具有低於11之pH值。
- 如請求項1所述之製備方法，其中在該將120Nm3至180Nm3氧氣吹入該熱熔渣中，以得到一經改質之轉爐石之步驟之後，進一步包括步驟：將該經改質之轉爐石進行冷卻。
- 如請求項2所述之製備方法，其中在該將該經改質之轉爐石進行冷卻之步驟係透過灑水方式進行。
- 如請求項1所述之製備方法，其中在該將120Nm3至180Nm3氧氣吹入該熱熔渣之步驟中，該氧氣係透過一吹射管吹入該熱熔渣中。
- 如請求項1所述之製備方法，其中在該將120Nm3至180Nm3氧氣吹入該熱熔渣之步驟中，吹入該氧氣之時間為約5分鐘至30分鐘。
- 一種如請求項1至5中任一項所述之經改質之轉爐石之製備方法所製得之經改質之轉爐石，其中該經改質之轉爐石具有低於11之pH值。
- 如請求項6所述之經改質之轉爐石，其中該經改質之轉爐石具有低於0.5%之膨脹率。
- 如請求項7所述之經改質之轉爐石，其中該經改質之轉爐石具有低於0.2%之膨脹率。
- 如請求項6至8中任一項所述之經改質之轉爐石，其中該經改質之轉爐石不含有游離氧化鈣。
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| TW110149217A TWI865849B (zh) | 2021-12-28 | 2021-12-28 | 經改質之轉爐石及其製備方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US20040020411A1 (en) * | 2000-05-24 | 2004-02-05 | Francois Sorrentino | Method for oxidising treatment of steel works slag and resulting ld slag |
| TW201538738A (zh) * | 2014-04-09 | 2015-10-16 | China Steel Corp | 經改質轉爐石渣的製備方法 |
-
2021
- 2021-12-28 TW TW110149217A patent/TWI865849B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040020411A1 (en) * | 2000-05-24 | 2004-02-05 | Francois Sorrentino | Method for oxidising treatment of steel works slag and resulting ld slag |
| TW201538738A (zh) * | 2014-04-09 | 2015-10-16 | China Steel Corp | 經改質轉爐石渣的製備方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 期刊 曾耀弘、林育成 改質轉爐石在工程材料與循環經濟之應用 工程 94 中國工程師學會 2021.9 39-50 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| TW202325677A (zh) | 2023-07-01 |
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