JP2005200686A - 溶銑予備処理のスラグフォーミング抑止材およびスラグフォーミング抑止方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 少量をスラグに投入すれば、直ちにフォーミングの抑止効果を発揮し、しかもその効果を持続する経済性および効率性に優れたスラグフォーミング抑止材およびスラグフォーミング抑止方法を提供する。
【解決手段】 スラグのフォーミングを抑制するフォーミング抑止剤と、比重調整剤とを混合して、得られた混合物の比重を溶銑の比重より小さくかつスラグの比重より大きくし、次いで混合物を造粒あるいは成形したスラグフォーミング抑止材を使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶銑の予備処理におけるスラグのフォーミング（すなわち泡立ち）を抑止するスラグフォーミング抑止材およびスラグフォーミング抑止方法に関し、特に溶銑の予備処理として脱珪処理を行なう際にスラグのフォーミングを効果的に抑止できるスラグフォーミング抑止材およびスラグフォーミング抑止方法に関する。

溶銑を高炉から出銑した後、転炉で脱炭処理を行なうに先立って、溶銑に脱珪，脱燐，脱硫処理を施す技術は、一般に広く採用されている。これらの処理は、溶銑の予備処理と呼ばれており、転炉から出鋼される溶鋼成分の適中率向上および転炉の生産性向上を目的として行なう。つまり溶銑の予備処理は、高炉の鋳床に設けられる出銑樋や傾注樋を流れる溶銑、あるいは溶銑鍋やトーピードカー等の容器に収容された溶銑にフラックスを添加して、溶銑中のSi，Ｐ，Ｓを酸化してスラグとして除去するものである。したがって溶銑の予備処理では、スラグの生成は避けられない。

ところが、フラックスには種々の酸化物が含有されており、溶銑中のＣと酸化物中のＯとが反応してＣＯガスが発生し、気泡となって溶銑の浴面からスラグ内を浮上する。その結果、スラグのフォーミング（すなわち泡立ち）が生じる。特に脱珪処理を行なう場合は、フラックスに加えて酸素ガスも溶銑に供給するので、ＣＯガスが大量に発生し、スラグが激しくフォーミングを起こす。

スラグのフォーミングが激しくなると、出銑樋，傾注樋等の流路や溶銑鍋やトーピードカー等の容器からスラグが溢れ出し、設備故障を招くばかりでなく、作業の安全性に問題が生じて、溶銑の予備処理の操業に支障をきたす。

そこで、フォーミングによってスラグが溢れ出すのを防止して、溶銑の予備処理を効率良く行なうために、種々の技術が検討されている。たとえば、溶銑鍋やトーピードカー等の容器の開口部からスラグ浴面までの高さ（いわゆるフリーボード）を確保すれば、スラグが溢れ出すのを防止することは可能である。しかしフリーボードを確保するためには、容器内の溶銑の収容量を削減しなければならないので、溶銑の予備処理の生産性低下、さらには転炉の稼働率低下を招く。

一方、出銑樋，傾注樋等の流路で溶銑の予備処理を行なう場合に、スラグが溢れ出すのを防止するためには、スラグのフォーミングを抑制する必要がある。フォーミングを抑制すれば、容器に収容した溶銑の予備処理を行なう場合にもスラグが溢れ出すのを防止できる。このような観点から種々のフォーミング抑止剤が提案されている。

たとえば特許文献１には、フォーミング抑止剤としてスラグと濡れ難い炭材を使用する技術が開示されている。この技術は、ＣＯガスの気泡により体積が膨張したスラグのスラグ液膜を炭材で破壊してフォーミングを抑制するものである。

特許文献２には、高炉ガスから分離されたダスト（いわゆる高炉灰）や高炉出銑口の閉塞に使用するマッド材の廃棄物（いわゆる廃ボタ）をフォーミング抑止剤として使用する技術が開示されている。この技術は、高炉灰に水分を添加したり、あるいは高炉灰に廃ボタを混合し、フォーミング抑止剤の嵩比重を大きくしてスラグに投入することによって、スラグ中を沈降させ、ＣＯガスの抜け道としてガス流路をスラグ層に形成してフォーミングを抑制するものである。

また、溶銑の予備処理で使用するフラックスには、通常、酸化鉄が含まれているので、生成するスラグに酸化鉄が混入する。そのため、特許文献３には、フォーミング抑止剤として金属アルミを使用する技術が開示されている。この技術は、脱珪処理の際に生成するスラグにフォーミング抑止剤を投入して、金属アルミと酸化鉄を反応させて Al₂Ｏ₃ を生成し、このAl₂Ｏ₃ によってスラグの表面張力を増加させてフォーミングを抑制するものである。

特許文献４ではAlを25質量％以上，Ｓを２質量％以上含有するフォーミング抑止剤を使用する技術が開示されている。この技術は、脱珪処理の際に生成するスラグにフォーミング抑止剤を投入して、スラグの酸化度をAlで低減するとともに、スラグ／メタル界面の表面張力をＳで低減し、気泡を容易に消滅させてフォーミングを抑制するものである。
特開平5-125424号公報 特開平2-118011号公報 特開昭57-104604 号公報 特開2000-328122 号公報

特許文献１，２に開示された技術は、いずれも気泡を破壊するものである。しかし、フォーミング抑止剤として使用する炭材によるスラグ液膜の破壊作用（特許文献１）やフォーミング抑止剤によってスラグに形成されたガス流路（特許文献２）を長期間にわたって保持するのは困難である。特に特許文献２では、フォーミング抑止剤の嵩比重を大きくするために水分を添加する場合には、水蒸気爆発等の危険が生じて安全性の問題があり、廃ボタを混合して使用する場合には、廃ボタもスラグとなるので溶銑の予備処理で生じるスラグ生成量が増大する。

また特許文献３，４に開示された技術は、いずれもアルミニウムの消泡作用を利用してフォーミングを抑制するものであるが、アルミニウムの消泡作用を一定に維持するのは困難である。そのためフォーミング抑止剤を多量に添加せざるを得ず、経済的に不利となるばかりでなく、スラグの生成量が増大する。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、溶銑の予備処理を行なう際に少量をスラグに投入すれば、直ちにフォーミングの抑止効果を発揮し、しかもその効果を持続する経済性および効率性に優れたスラグフォーミング抑止材およびスラグフォーミング抑止方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記したスラグと溶銑の界面でフォーミング抑制剤を作用させる技術とスラグ中にガス流路を形成する技術の特性を兼ね備えたフォーミング抑止技術であり、特に脱珪処理のようにスラグが激しくフォーミングを起こす場合に顕著な効果を発揮する。

すなわち本発明のスラグフォーミング抑止材は、溶銑の予備処理におけるスラグのフォーミングを抑制するフォーミング抑止剤と、比重調整剤とを混合して、得られた混合物の比重を溶銑の比重より小さくかつスラグの比重より大きくし、次いで混合物を造粒した後さらに成形したスラグフォーミング抑止材である。

本発明のスラグフォーミング抑止材においては、フォーミング抑止剤としてアルミ灰を用いることが好ましい。また、比重調整剤として鉄源を用いることが好ましい。なお、鉄源として鉄粉を用いることが好ましい。このようにして得られたフォーミング抑止剤と比重調整剤との混合物の比重は３〜6.8 ｇ／cm³ の範囲内であることが好ましい。

また本発明のスラグフォーミング抑止方法は、溶銑の予備処理を行なうにあたって、上記したスラグフォーミング抑止材をスラグの上方から投入して沈降させ、スラグと溶銑の界面にスラグフォーミング抑止材を滞留させることによってスラグのフォーミングを抑止するスラグフォーミング抑止方法である。

本発明のスラグフォーミング抑止方法は、溶銑の予備処理として脱珪処理に適用するのが好ましい。

本発明によれば、溶銑の予備処理において、少量のスラグフォーミング抑止材を投入するだけで、直ちにフォーミングの抑止効果が発揮され、しかもその効果を持続できる。したがって効率的かつ経済的にスラグのフォーミングを抑止できる。特に、スラグのフォーミングが激しい脱珪処理においても、顕著な効果が発揮される。

本発明では、フォーミング抑止剤と比重調整剤とを混合し、造粒あるいは成形して、スラグフォーミング抑止材とする。

フォーミング抑止剤は、特定の材質に限定せず、従来から知られている材料が使用できる。なお、Alを含有するフォーミング抑止剤を使用すると、脱珪処理においてもフォーミングを抑止する効果が顕著に発揮される。Alを含有するフォーミング抑止剤としては、アルミ灰，再生アルミ，アルミスクラップ等が使用できる。ただしフォーミング抑止剤は、後述する通り、比重調整剤と混合してスラグフォーミング抑止材を製造するにあたって造粒および成形を施すので、再生アルミ，アルミスクラップ等は予め粉砕しなければならない。したがって、アルミ灰をフォーミング抑制剤として使用すると、多大な経済的効果が得られる。

比重調整剤は、スラグフォーミング抑止材の比重を調整するために、フォーミング抑止剤に混合する。スラグフォーミング抑止材の製造工程においては、フォーミング抑制剤と比重調整剤との混合物の比重は、スラグフォーミング抑止材の比重に等しい。したがって、フォーミング抑止剤と比重調整剤とを混合する段階で、その混合物の比重が所定の範囲内になるように調整する。すなわちフォーミング抑止剤と比重調整剤との混合物の比重が、溶銑の比重より小さく、かつスラグの比重より大きくなるように調整する。

比重調整剤は、特定の材質に限定しないが、製鉄所で回収される各種の鉄粉（すなわち細粒の粒鉄），鉄スクラップ等の鉄源を使用すると、経済的効果が得られるばかりでなく、産業廃棄物の再利用を可能にして環境汚染を防止する効果も得られる。しかも鉄源中のFeが溶銑に回収されるので、Fe歩留りも向上する。

このようにして、フォーミング抑止剤と比重調整剤との混合物の比重を調整し、溶銑の比重より小さく、かつスラグの比重より大きくする。すなわち、通常、溶銑の比重は 6.8ｇ／cm³ 程度，スラグの比重は 2.3ｇ／cm³ 程度であるから、混合物の比重がその範囲内を満足するように調整する。ただし、溶銑やスラグの比重がその成分に応じて変動することを考慮すると、混合物の比重を３〜6.8ｇ／cm³ の範囲内に調整するのが好ましい。なお、後述するように、スラグフォーミング抑止材がスラグ中を沈降する速度を増加させると、スラグフォーミング抑止材の速効性が向上する。したがって、スラグフォーミング抑止材をスラグの上方から投入して直ちにフォーミングの抑止効果を発揮させるために、混合物の比重を５〜6.8ｇ／cm³ の範囲内に調整するのが一層好ましい。

このように比重を調整した混合物を造粒あるいは成形したものをスラグフォーミング抑止材として使用する。なお、混合物を造粒する手段は、特定の構成に限定せず、ペレタイザー等の従来から知られている造粒装置が使用できる。また、成形する手段も特定の構成に限定せず、型枠を用いた加圧成形や凹部を設けたロールによる成形等、種々の手段が使用できる。

図１，２は、本発明のスラグフォーミング抑止材の例を模式的に示す断面図である。すなわち、図１はフォーミング抑止剤１内に比較的小粒の比重調整剤２が分散した例であり、図２はフォーミング抑止剤１の中心部に比較的大粒の比重調整剤２が中心部に存在する例である。これらのスラグフォーミング抑止材の形態は、フォーミング抑制剤１や比重調整剤２の粒度あるいは造粒の設定条件等に応じて変化するものであり、本発明では図１，２のいずれの形態であっても支障なく使用できる。

また、成形されたスラグフォーミング抑止材の寸法や形状も限定しない。ただし、成形した後の運搬時に崩壊するのを防止する観点から、球形や円柱形に成形するのが好ましい。
こうして製造したスラグフォーミング抑止材を、溶銑の予備処理に使用する際には、スラグの上方からスラグフォーミング抑止材を投入する。スラグフォーミング抑止材の比重はスラグより大きいので、スラグフォーミング抑止材はスラグの上面から沈降していき、スラグ層にＣＯガスの流路を形成する。つまり、スラグフォーミング抑止材をスラグに投入すると、直ちにＣＯガスの流路が形成され、フォーミングを抑止する効果が発揮される。このとき、スラグフォーミング抑止材が沈降する速度が大きいほど、スラグ層にＣＯガスの流路が形成される所要時間が短縮される。したがってスラグフォーミング抑止材の比重は、上記した好適範囲の上限値に近い方が好ましい。

スラグフォーミング抑止材は、スラグの上面から沈降していき、溶銑の浴面（すなわちスラグと溶銑の界面）に到達する。スラグフォーミング抑止材の比重は溶銑より小さいので、スラグフォーミング抑止材は溶銑の浴面に滞留し、溶銑とスラグの界面でフォーミング抑止剤２中のAl成分が反応して、その上面のスラグのフォーミング抑止効果を発揮する。

つまり本発明のスラグフォーミング抑止材をスラグに投入した後、直ちに効果が発揮され、しかもスラグと溶銑の界面にスラグフォーミング抑止材が滞留して長期間にわたって効果が持続される。

以上に説明したように、溶銑の予備処理を行なうにあたって、本発明のスラグフォーミング抑止材をスラグの上方から投入すると、スラグ層にＣＯガスの流路が形成されるとともに、スラグと溶銑の界面でフォーミング抑止剤２が作用するので、脱珪処理を行なう場合にも、スラグのフォーミングを十分に抑止できる。

したがって、本発明のスラグフォーミング抑止材を使用すれば、その投入量を削減できるので、溶銑の予備処理を経済的かつ効率的に行なうことができる。その結果、溶銑鍋やトーピードカー等の容器に収容した溶銑の予備処理を行なう場合には、その容器に収容する溶銑量を増加できるので、予備処理の生産性向上あるいは転炉の生産性向上の効果も得られる。

フォーミング抑止剤１としてアルミ灰（平均粒径0.1mm ）を使用し、比重調整剤２として鉄粉（平均粒径0.1mm ）を使用して、図１に示すようなスラグフォーミング抑止材（球形，平均直径20mm）を製造した。なお、フォーミング抑止剤１と比重調整剤２の混合物を造粒する際にはペレタイザーを使用して製造した。

溶銑の予備処理として脱珪処理を行なう際に、このスラグフォーミング抑止材を使用した。すなわち、トーピードカー（容量300ton）に収容した溶銑に脱珪剤を投入し、さらにランスに介して酸素ガスを供給して溶銑の浴面上にスラグが生成した後、スラグの上方からスラグフォーミング抑止材を投入した。スラグフォーミング抑止材の投入量は１回あたり10kgとし、脱珪処理が終了するまでスラグのフォーミングの状況を開口部から観察しながら適宜投入した。

このようにしてトーピードカー20チャージ分の脱珪処理を繰り返し行なった。これを発明例とする。

一方、比較例として、比重調整剤２を使用せず、フォーミング抑止剤１としてアルミ灰（平均粒径0.1mm ）のみをペレタイザーで造粒し製造した球形（平均直径20mm）のものを、溶銑の脱珪処理で使用した。脱珪処理の手順は、発明例と同じであるから説明を省略する。

発明例では、スラグフォーミング抑止材を１チャージあたり２〜３回投入すると、トーピードカーの開口部からスラグが溢れ出るのを防止できた。一方、比較例のフォーミング抑制剤の投入回数は、１チャージあたり５〜６回であった。つまり、発明例ではスラグフォーミング抑止材の投入量は１チャージあたり20〜30kgであったのに対して、比較例では１チャージあたりフォーミング抑止剤が50〜60kg必要であった。

したがって本発明のスラグフォーミング抑止材を使用すれば、その投入量を削減できるので、溶銑の予備処理を経済的かつ効率的に行なうことができる。

本発明のスラグフォーミング抑止材の例を模式的に示す断面図である。 本発明のスラグフォーミング抑止材の他の例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ フォーミング抑止剤
２ 比重調整剤

Claims (7)

1. 溶銑の予備処理におけるスラグのフォーミングを抑制するフォーミング抑止剤と、比重調整剤とを混合して、得られた混合物の比重を前記溶銑の比重より小さくかつ前記スラグの比重より大きくし、次いで前記混合物を造粒した後さらに成形したことを特徴とするスラグフォーミング抑止材。
2. 前記フォーミング抑止剤としてアルミ灰を用いることを特徴とする請求項１に記載のスラグフォーミング抑止材。
3. 前記比重調整剤として鉄源を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のスラグフォーミング抑止材。
4. 前記鉄源として鉄粉を用いることを特徴とする請求項３に記載のスラグフォーミング抑止材。
5. 前記混合物の比重が３〜6.8 ｇ／cm³ の範囲内であることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のスラグフォーミング抑止材。
6. 溶銑の予備処理を行なうにあたって、請求項１ないし５のいずれかに記載のスラグフォーミング抑止材をスラグの上方から投入して沈降させ、前記スラグと前記溶銑の界面に前記スラグフォーミング抑止材を滞留させることによってスラグのフォーミングを抑止することを特徴とするスラグフォーミング抑止方法。
7. 前記溶銑の予備処理として脱珪処理を行なうことを特徴とする請求項６に記載のスラグフォーミング抑止方法。

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