JP2005194574A

JP2005194574A - 転炉スラグの改質方法

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Publication number: JP2005194574A
Application number: JP2004001897A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Wakao; 昌光若生; Masanori Kumakura; 政宣熊倉
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: JP4189326B2

Abstract

【課題】特別な容器を使用せず、添加量が多いと固まってしまうという熱的な制約もなく、かつ距離の遠い高炉から出るスラグを使用しなくても、転炉スラグを膨張しないように改質転炉で排出されたスラグを、路盤材やコンクリート骨材のような他の材料の原料として利用出来る方法を提供するものである。
【解決手段】転炉スラグを膨張しないように改質することを目的として、同一の転炉または、２基の転炉を連続で用いて１チャージ分の溶鋼を溶製する際にスラグを２回以上排出する方法において、１回目に排出されたスラグの上に２回目以降のスラグを排出させて２つのスラグを混合させることを特徴とする転炉スラグの改質方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、転炉で排出されたスラグを他の材料の原料として利用するための改質方法に係わるものである。

鋼の製造においては、不純物除去の精錬を行うことにより、スラグが発生する。高炉で発生したスラグは、通常、路盤材やコンクリート骨材として使用されているが、製鋼の転炉工程で発生したスラグは、塩基度が高いために、他の酸化物と化合していない生石灰（遊離ＣａＯ）が水分により膨張するために、そのままでは使用できない。

このような転炉スラグを利用できるものに改質する従来の技術としては、遊離ＣａＯを低減させるために、製鋼（転炉）スラグを加圧・加熱処理して改質することを特徴とした発明がある（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、一旦冷却させたスラグを再加熱するものであり、また加圧のための密封容器が必要である。また、同様な改質方法として、密閉容器内で水蒸気を発生させることにより加圧を行なう方法の発明がある（例えば、特許文献２参照）。この場合にも、加圧のための密封容器が必要となる。

更に、製鋼スラグを排出させる際に、高圧流体を吹き付けて粒状化させる発明がある（例えば、特許文献３参照）。この場合には、密封容器は必要で無くなるが、高圧流体を吹き付けるための設備が必要であり、また、流体が必ずしもスラグのすべてに行き渡らないために、粒状化する歩留りが低い問題がある。

また、転炉スラグを溶融した高炉スラグと混合させることや溶融した転炉スラグに相対的に塩基度の低い物質を作用させることで有用な材料をつくる方法の発明がある（例えば、特許文献４参照）。この場合、溶融した高炉スラグに転炉スラグを混合することは、多量に添加すると温度が下がって固まってしまうため、混合する量に制約が生じる。また、溶融した転炉スラグに相対的に塩基度の低い物質を作用させて遊離ＣａＯを実質上含有しないものを得る技術は、後述する本発明と関わりがあるが、具体的な物質として挙げられているのは、高炉スラグ、フライアッシュ、ケイ砂であり、後述する本発明とは異なる。高炉スラグ、フライアッシュ、ケイ砂を転炉スラグに添加することは確かに遊離ＣａＯ量を低減する上で有効な方法であるが、固体状態で添加するために、多量に添加すると固まってしまい、添加する量に制約が生じる。

更に、同じ特許文献４には、溶融状態にある高炉スラグと溶融状態にある転炉スラグを混合する発明が記載されている。この場合には、双方が溶融しているので、混合により固まることはないが、一般に転炉と高炉の位置は距離が離れているため、どちらかのスラグを輸送するのに時間がかかってしまい、スラグの表面は固まってしまうという問題が生じる。

一方、転炉での溶鋼溶製法として、同一の転炉または、２基の転炉を連続で用いて１チャージ分の溶鋼を溶製する方法が公知である（例えば特許文献４参照）。この方法は同一の転炉を用いる場合と特許文献４のように異なる転炉を用いる場合とがあり、まず同一炉を用いる場合は、最初の吹錬で脱珪や脱燐を行い、スラグのみを排滓して、次に脱炭を行い、その後溶鋼とスラグを排出する。また、異なる炉を用いる場合は、まず一方の炉で脱珪や脱燐を行い、溶銑とスラグを排出する。排出された溶銑は別の転炉に装入されて脱炭を行った後、溶鋼とスラグを排出する。これらの発明においては、スラグの処理法は例えば、特許文献４に見られるように、脱炭を行った後のスラグを炉内に残して次の脱珪・脱燐に使用してから排滓する方法が挙げられる。この方法では、確かに系外に排出されるスラグ量は減少するが、脱珪・脱燐後のスラグについて、その後に改質が必要となる場合がある。

特開平０６−９２６９７号公報特開平０９−１７８３６６号公報特開平０７−１３８６２１号公報特開平１０−２７９３３１号公報特開平０５−２４７５１１号公報

転炉で排出されたスラグを、路盤材やコンクリート骨材のような他の材料の原料として利用するためには、他の酸化物と化合していない生石灰（遊離ＣａＯ）が水分により膨張する問題を解決しなければならない。本発明は、この解決法として、従来の技術のような特別な容器を使用せず、添加量が多いと固まってしまうという熱的な制約もなく、かつ距離の遠い高炉から出るスラグを使用しなくても、転炉スラグを膨張しないように改質出来る方法を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を特徴とする。
（１）同一の転炉または、２基の転炉を連続で用いて１チャージ分の溶鋼を溶製する際にスラグを２回以上排出する際に、１回目に排出されたスラグの上に２回目以降のスラグを排出させて２つのスラグを混合し、混合したスラグ中のＣａＯとＳｉＯ₂の質量濃度比が２以下にすることを特徴とする転炉スラグの改質方法。
（２）２つのスラグを混合させる際に、前記スラグ以外に１種以上の酸化物を主体とする物質を添加して混合させることを特徴とする上記（１）に記載の転炉スラグの改質方法。

本発明により、特別な容器を使用せず、添加量が多いと固まってしまうという熱的な制約もなく、かつ距離の遠い高炉から出るスラグを使用しなくても、転炉スラグを他の材料の原料として使用できるよう改質する事が可能となる。

本発明者らは、同一の転炉または、２基の転炉を連続で用いて１チャージ分の溶鋼を溶製する際のスラグ処理方法を検討した。上述したように、この方法は同一の転炉を用いる場合と異なる転炉を用いる場合とがあり、まず同一炉を用いる場合は、最初の吹錬で脱珪や脱燐を行い、スラグのみを排滓して、次に脱炭を行い、その後溶鋼とスラグを排出する。また、異なる炉を用いる場合は、まず一方の炉で脱珪や脱燐を行い、溶銑とスラグを排出する。排出された溶銑は別の転炉に装入されて脱炭を行った後、溶鋼とスラグを排出する。

発明者らは、このようにスラグが２回排出されることに着目して、新たなスラグ改質法を着想するに至った。

以下に本発明の詳細を記す。

同一炉を用いる場合も、異なる炉を用いる場合も、脱珪や脱燐をする工程に於いては、溶鉄の温度はそれほど上がらないため、スラグ（以下、脱燐スラグと称する）の融点は１２００℃〜１４００℃であり、ＣａＯとＳｉＯ₂の重量濃度比で表される塩基度を２以下とすることが可能である。このようなスラグは、他の材料として利用することを考えた場合、塩基度が低いために遊離ＣａＯが少ないという利点があるが、逆に塩基度が低いために、フォーミングが起こりやすくスラグ中に気泡を多く含み、強度が小さいという欠点がある。

一方、脱炭後に排出されるスラグ（以下、脱炭スラグと称する）は、脱炭のために炉内温度が上昇して１６００℃以上となっており、高温での復燐現象を抑制するために、スラグの塩基度は最低でも２以上となっている。このような塩基度のスラグは、前述したように転炉スラグ本来の問題である遊離ＣａＯが多いという問題がある。

これらの特徴を鑑み、発明者らは以下の方法を着想した。すなわち、脱珪・燐燐後に排出された低温のスラグの上に、その後の脱炭工程の後で排出される高温のスラグを排出する事である。脱珪・脱燐工程後にスラグ運搬容器の中に排出されたスラグは、温度降下により表面だけが固まる。しかしながら、そこに次に、このスラグ運搬容器に入ったスラグの上に、脱炭工程で生成する温度１６００℃以上のスラグが排出されると、この表面は容易に溶解し、溶融している内部ともに全体が混合して、比較的均一なスラグが生成する。このスラグの組成は脱燐スラグと脱炭スラグの組成と混合量で決定されるので、塩基度が２以下で気泡含有量の少ない、他の材料の原料として利用しやすいスラグに改質することが出来る。

次に、発明の条件を規定した理由とこの発明の具体的な適用法について説明する。対象となるプロセスは、同一の転炉または、２基の転炉を連続で用いて１チャージ分の溶鋼を溶製する際にスラグを２回以上排出する製鋼プロセスである。まず、スラグを混合するための排出の順番であるが、脱燐スラグの上に、脱炭スラグを排出することが重要である。これは、脱燐スラグのほうが、塩基度が低く、かつ融点も低いからである。逆に脱炭スラグの上に脱燐スラグを排出すると、脱炭スラグの融点よりも、脱燐スラグの温度のほうが低いので、脱炭スラグを完全には溶解しきれず不均一となる。

次に混合して生成したスラグ中のＣａＯとＳｉＯ₂の質量濃度比で表される塩基度を２以下とした理由は、転炉スラグを他の材料の原料として利用する場合には、遊離ＣａＯを生じさせないための条件として、塩基度２以下が必要なためである。これを達成するためには、以下のような方法がある。まず、一般に脱燐スラグの塩基度は１〜２以下で、これ自体は塩基度２以下を満足できるが、その後に排出する脱炭スラグは、通常塩基度が２以上である。従って、両者の混合比率を調整することによって、混合後のスラグの塩基度を２以下とする必要がある。

また、混合比率を調整しても混合後のスラグの塩基度を２以下とすることができない場合は、二つのスラグを混合させる際に、更にもう１種以上の酸化物を添加して混合させる必要がある。この場合には、もう１種類以上の酸化物として、元々塩基度の低いフライアッシュ（主成分：ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系）や廃ガラス（主成分：Ｎａ₂Ｏ−ＳｉＯ₂系）等が適している。これを添加混合する場合は、排出された脱燐スラグの上に添加して、その後温度の高い脱炭スラグの排出により溶融混合させる方法と、脱炭スラグの排出時に同時に添加する方法がある。

３５０ｔ容量の転炉を用いて、まず溶銑の脱珪・脱燐を行い、脱燐スラグを排出した。その後、引き続き同じ転炉で脱炭を行った後、脱炭スラグを排出した。スラグの組成を表１に示す。実験水準および結果を表２に示す。基本的には発明の通り、脱燐スラグを排出した後に、その上に脱炭スラグを排出したが、比較Ｐでは逆の排出順で試験を行った。また、発明Ｃ、発明Ｆ、比較Ｒでは、脱炭スラグを排出する際に、同時にそれぞれフライアッシュ、灰ガラス、フライアッシュを添加した。混合物の特性はＪＩＳ規格での水浸膨張率の測定と、一般的な嵩密度の測定で行った。

結果を表２に示すが、表より本発明の場合の条件を満たす場合には、混合物の膨張率と嵩密度が基準を満足し、種々の用途に適用できた。

一方、Ｐ、Ｑ、Ｒのいずれの比較例においても、満足した混合物の特性が得られず、他材料への原料として適用が不可であった。すなわち、比較Ｐではスラグ混合の手順が本発明と異なるために、混合スラグが充分溶融せず、不均質なものとなった。また、比較Ｑでは、混合物の塩基度が本発明を満足するように混合比率を設定しなかったために、混合物の特性値が基準を満足せず、他材料への原料として適用できなかった。更に、比較Ｒでは、フライアッシュを添加しても、混合物の塩基度が本発明を満足するように混合比率を設定しなかったために、混合物の特性値が基準を満足せず、他材料への原料として適用できなかった。

Claims

同一の転炉または、２基の転炉を連続で用いて１チャージ分の溶鋼を溶製する際に、生成スラグを２回以上排出する際に、１回目に排出されたスラグの上に２回目以降のスラグを排出させて混合し、該混合したスラグ中のＣａＯとＳｉＯ₂の質量濃度比が２以下にすることを特徴とする転炉スラグの改質方法。
２つのスラグを混合させる際に、前記スラグ以外に１種以上の酸化物を主体とする物質を添加して混合させることを特徴とする請求項１に記載の転炉スラグの改質方法。