JP4252883B2

JP4252883B2 - 高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法及び研掃材

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Publication number: JP4252883B2
Application number: JP2003388381A
Authority: JP
Inventors: 博一杉森; 外秋川口; 正浩森; 謙治高橋; 美穂小林
Original assignee: JFE Material Co Ltd
Current assignee: JFE Material Co Ltd
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: CN1517179A; JP2004238276A; CN100366389C

Description

高炭素フェロクロム溶融スラグ流出樋から流出する溶融スラグをノズルから噴出するエアーにより噴霧・粉砕し、品質の優れた風砕スラグを安定して歩留まり高く製造できる高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法及び研掃材に関する。

船舶、橋梁、石油タンク、鋳物等の表面を塗装するに先立って、ブラスト処理が行われる。ブラストマシンを用いた一般的なブラスト処理法は、スチールや硅砂の細粒などの研掃材を、ノズルを用いて高圧空気によって、鋼材の表面に吹きつける方法である。空気とともに吹き出された研掃材が、目的物に強く衝突して、その表面の汚れや酸化被膜を除去し、この結果、目的物の表面に正常な活性面が得られる。

従来の風砕スラグには、製鋼スラグの風砕スラグが用いられていた。この製鋼スラグの風砕スラグは、ＣａＯ分が高く、割れやすく、経時変化を起こし、また、強度が低い、という問題を有していた。

製鋼スラグの替わりに、フェロクロム精錬時に発生するＣａＯ分が低い溶融スラグを研掃材として用いた技術が開示されている。

例えば特許文献１（特開昭５６−９１６８号公報）は、粒径が０．５〜５．０ｍｍ高炭素フェロクロムスラグのブラスト処理用研掃材について開示している。

また特許文献２（特開平９−１０９０３０号公報）は、フェロクロム精錬時に発生する溶融スラグを、マッハ１以上の超音速ガスにてアトマイズし、粒径０．２〜２．５ｍｍの粒状物とする研掃材の製造方法を開示している。

特開昭５６−９１６８号公報特開平９−１０９０３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたブラスト処理用研掃材は、破砕スラグでありコストが高い。さらに、研掃材として表面粗さが得られないと共に被研掃面に研掃材がささり、正常な被研掃面が得られなくなる。

特許文献２に記載された研掃材の製造方法は、マッハ１以上の超音速ガスを噴出するメイン１段ノズルで風砕しているので、落下する溶融スラグのうち、噴霧されなかった分が、上部、あるいはメイン１段ノズル側に飛散し、歩留りが低い。加えてメインノズルの両脇にサイドノズルもあり、多量のエアーが必要となる。

本発明は、新たな高炭素フェロクロム風砕スラグ製造方法及びその製造方法により製造された研掃材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、成分Ｃｒ₂Ｏ₃：６質量％以下、ＭｇＯ：２０〜４０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２０〜４０質量％、ＳｉＯ₂：２５〜４５質量％、ＣａＯ：１〜５質量％で温度１３００〜１６５０℃の高炭素フェロクロム溶融スラグを風砕用メインノズルと風砕用メインノズルの上方に設けられる飛散防止用上ノズルを用いて風砕し、粒径０．１〜５．０ｍｍの球状高炭素フェロクロム風砕スラグを製造することを特徴とする。

高炭素フェロクロム溶融スラグは、製鋼スラグと比較すると、その粘性が高い。このため、高炭素フェロクロム溶融スラグを風砕するにあたって、風砕用メインノズルから噴出するエアーの流速を音速程度あるいはそれ以上にまで上げる必要がある。本発明によれば、風砕用メインノズルの上方向に飛散防止用上ノズルを設けたので、まず、飛散防止用上ノズルが溶融スラグの落下方向を前方に方向転換させ、その後、風砕用メインノズルが方向転換した溶融スラグを噴霧・粉砕する。このため、風砕用メインノズルから噴出されるエアーの流速が速くても、溶融スラグが風砕用メインノズル側に流れるのを抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の高炭素フェロクロム風砕スラグを製造する方法において、前記風砕用メインノズルがラバールノズルであり、その風速が３４０ｍ／ｓｅｃ以上で、アトマイズ比（Ｎｍ³/分／スラグｋｇ/分）が０．１０以上、また、飛散防止用上ノズルの風速が１０〜２００ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする。

風砕直後の凝固層の発達が不充分な時点で着地又はフードに衝突したスラグは、扁平状のスラグとなる。この現象は（空気／スラグ）比と関係があり、このアトマイズ比（Ｎｍ³/分／スラグｋｇ/分）が０．１０以上であれば、殆ど全量球状スラグが得られる。また、風砕空気速度によりスラグ粒径は変化し、空気速度が速い程、平均粒径は小さくなる傾向がある。高融点で粘性が高い高炭素フェロクロムスラグの粒径を細かくし、歩留りよく回収するため、メインノズルの風速は音速３４０ｍ／ｓｅｃを超える。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法において、前記温度が１５００〜１６５０℃に設定されることを特徴とする。

高炭素フェロクロムの溶融スラグは、温度が低くなると、粘性が高くなる傾向がある。請求項３の発明によれば、高い温度で風砕することで、溶融スラグの粘性を低くし、小径の風砕スラグを得ることができる。

請求項４の発明は、成分Ｃｒ₂Ｏ₃：６質量％以下、ＭｇＯ：３１〜３７質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２３〜３１質量％、ＳｉＯ₂：３０〜３７質量％、ＣａＯ：１〜５質量％、ＳｉＯ₂／ＭｇＯの質量比が０．９５以上の高炭素フェロクロム溶融スラグを、風砕用メインノズルと風砕用メインノズルの上方に設けられる飛散防止用上ノズルを用いて風砕し、粒径０．１〜５．０ｍｍの球状高炭素フェロクロム風砕スラグを製造する高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法である。

ＳｉＯ₂／ＭｇＯの質量比が０．９５以上であると、溶融スラグの流動性が良くなるので、風砕スラグの歩留りが向上する。また研掃時の風砕スラグの割れも少なくなる。

以下本発明の実施形態について説明する。図１は、風砕スラグの製造方法の実施にあたって用いられる製造装置を示す。溶融スラグはスラグパン１からタンデッシュ２に移される。タンデッシュ２の直下には、溶融スラグの落下流に対面して、風砕用メインノズル３（以下単にメインノズルという）及び飛散防止用上ノズル４（以下単に上ノズルという）が配置される。上ノズル４及びメインノズル３は垂直方向に並べられ、上ノズル４はメインノズル３の上方に配置される。上ノズル４及びメインノズル３から噴出するエアーにより、高炭素フェロクロムの溶融スラグを噴霧・粉砕（すなわち、風砕）して、粒径０．１〜５ｍｍの大きさの風砕スラグを得る。

本実施形態では、高炭素フェロクロムを電気炉で製造する際に副次的に生成する溶融スラグを原料として用いる。

（成分）
ＣａＯ：ＣａＯ分があると強度が落ち、かつ脆くなり粉化し易くなるため、５．０質量％以下とする。

Ｃｒ₂Ｏ₃：Ｃｒ₂Ｏ₃は、Ｃｒ分の溶出防止のため６．０質量％以下とする。

その他、流動性確保、硬度、靭性確保のため、Ａｌ₂Ｏ₃：２０〜４０質量％、ＭｇＯ：２０〜４０質量％、ＳｉＯ₂：２５〜４５質量％とする。

ここで、Ａｌ₂Ｏ₃：２３〜３１質量％、ＭｇＯ：３１〜３７質量％、ＳｉＯ₂：３０〜３７質量％が望ましい。

ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の質量比が上がると流動性が悪くなる。また研掃材の回収率が悪くなる。ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の質量比が下がるとスラグ（Ｃｒ₂Ｏ₃）％が高くなり、環境上研掃材として使用できない。このため、ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃の質量比は１．０〜１．６が適正である。ＳｉＯ₂はスラグの流動性を確保するため、３０質量％以上とする。ＳｉＯ₂の質量比が３７％以上になると、耐火物の侵食の問題があり、現実的でない。

溶融スラグの流動性及び風砕スラグの歩留りを向上させ、また研掃時の風砕スラグの割れを抑制するという観点から、ＳｉＯ₂／ＭｇＯの質量比が０．９５以上であるのが望ましい。

（温度）
１６２０℃で電気炉より出湯され、凝固点は１２６０℃である。それ故１３００〜１６５０℃間で風砕する。溶融スラグの流動性確保による細粒歩留り向上のため、１５００℃以上が好ましい。

（Ｅ／ａ値）
Ｅ／ａ値が大きい程、粒径が小さくなる。

Ｅ＝（ノズルから噴出する気体の量（Ｎｍ³/ｍｉｎ））×（ノズルから噴出する気体の流速（Ｎｍ³/ｓｅｃ））²
ａ＝溶融スラグ流量（Ｔｏｎ／Ｈｒ）

粒径制御には、風速、風量が必要である。高炭素フェロクロム溶融スラグは、融点が高く、粘性も高い。したがって、本発明のように大きなアトマイズエネルギーを必要とする。

（ノズル）
風砕直後の凝固層の発達が不充分な時点で着地又はフードに衝突したスラグは、扁平状のスラグとなる。この現象は（空気／スラグ）比と関係があり、このアトマイズ比（Ｎｍ³/分／スラグｋｇ/分）が０．１０以上であれば、殆ど全量球状スラグが得られる。

また、風砕空気速度によりスラグ粒径は変化し、空気速度が速い程、平均粒径は小さくなる傾向がある。高融点で粘性が高い高炭素フェロクロムスラグの粒径を細かくし、歩留りよく回収するため、メインノズル３の風速は音速３４０ｍ／ｓｅｃを超える。ノズルはラバールノズルである。

上ノズル４は、メインノズル３の上方に位置し、高速メインノズルによるスラグの逆流、後方及び上部飛散を防止する。造粒はしないため、風速に上限値がある。形状は平行管もしくは先細ノズルである。また、上ノズル４のエアーは風砕スラグの飛翔中の冷却エアーとしても寄与する。

図２は、上ノズル４及びメインノズル３による落下スラグの飛翔を示す模式図である。まず、上ノズル４が溶融スラグ５の落下方向を前方に方向転換させる。その後、メインノズル３が方向転換した溶融スラグ５を噴霧・粉砕する。溶融スラグ５の落下方向が方向転換されているため、溶融スラグ５がメインノズル３側に流れるのを抑制することができる。上ノズル４を設けないと、鉛直方向に落下する溶融スラグ５ａのうち、噴霧されなかった分がメインノズル３に戻り、メインノズル３に溶融スラグが付着して操業ができなくなる。

以上より、２段ノズルで風砕することにより、粘性の高い高炭素フェロクロムスラグを細粒に、しかも歩留りよく風砕できる。勿論、上ノズル４の上方向にノズルを設け、３段ノズルで風砕しても同様な効果が得られる。

上ノズル４による溶融スラグの逆流防止のため、メインノズル３に傾斜角度αをつけることができ、それにより飛翔時間を保てる。実際には、上ノズル４の傾斜角度は５°〜１０°であり、メインノズル３の傾斜角度は５°〜２０°である。

（風砕スラグの物性）
・超硬度：スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）や、フォルステライト（２（ＭｇＯ_0.96・ＦｅＯ_0.04）ＳｉＯ₂）が主鉱物組成であり、硬度が高く、さらに急冷することで超硬度となる。
・耐摩耗性：単に硬いだけでなく、摩耗に強く、耐久性にも優れている。

風砕して球状化させるが、直径２．５ｍｍ以下のものは殆ど球状化している。直径２．０〜５．０ｍｍのものは若干いびつな球状（亜球状）のものとして形成されているが、何れも球状化フェロアロイスラグとして使用できる。

（研掃材について）
この発明の研掃材は、塗装下地処理などとしてのブラスト処理に使用される。

上述したように、ブラストマシンを用いた一般的なブラスト処理法は、スチールや、硅砂の細粒（研掃材）を、エジェクターノズルを用いて高圧空気によって目的物表面に吹きつける方法であって空気とともに吹き出された研掃材が目的物と強く衝突して、その表面の汚れや酸化膜を除去し、この結果、前記目的物に清浄な活性面が得られるものである。

ブラスト処理に用いる研掃材は、硬度が高く、比重が小さいものが望ましいとされている。すなわち、硬度が高いものは研掃性に優れていて研掃能率が高く、比重が小さいものはエジェクターノズルの閉塞が生じにくく、またその供給を安定に行うことができ、さらに研掃作業終了後の清掃も容易に行うことができる。

従来使用されている研掃材としては、スチールショット、スチールグリット、カットワイヤー等の鋼を素材にしたもの、水砕スラグ（銅スラグ、ニッケルスラグ、鉛スラグなど）及び硅砂がある。

しかしながら、硅砂は、硬度が十分高く、比重が小さく、作業能率も優れているが、目的物に衝突した場合に非常に破砕しやすく、作業環境が悪いという問題があるほか、比重がやや小さすぎるので目的物表面を粗度４０μｍ以上の面にすることが困難である。このため近年多用されている重防食塗料などの厚塗り型塗料に関しては、塗膜の密着性が悪いという問題がある。またスチールショットなどの鋼を素材としたものは、作業時に破砕しにくく、粉塵の発生が少なく、したがって硅砂に比べて作業環境がきわめて良いが、比重が比較的大きいので、空気の供給量が不足するとエジェクターに吸い込まれにくくなって研掃能率が低下するという問題がある。

粒径を０．１〜５．０ｍｍに限定したのは、粒径が０．１ｍｍ未満では厚塗り型塗料でもその塗膜の密着性を良好にするために必要な所定値以上の面粗度が得られないからであり、一方５．０ｍｍを超えると、エジェクターの吸引効率が下がって作業能率が悪くなるほか、前記エジェクターが閉塞してしまうおそれが大きくなるからである。

また、風砕した球状スラグブラスト材は、衝突エネルギーの多くが周辺への打撃に変わるので、広範囲のさびを飛ばすことができ、これによりブラスト能力（即ち、研掃能力）が大きくなる。

さらに、高炭素フェロクロム風砕スラグの研掃材は、ブラスト時の粉塵量が少なくクローズ打ちに於いて作業手元が確認でき、素地調整の品質確認が容易となると同時に作業時の安全も確保できる。他の研掃材との間で優位性を保っている大きな要因は、ブラスト時の破砕率が低いことにより粉塵量が少ないところにある。

その他にも、均一な粗度を形成しているため、塗料の付着性に優れている。

形状が球形なので流動性が良く、圧送が容易となる。このため、研掃機のホース、ノズル等の摩耗が減少し、機械の保守負担が軽減する。

風砕スラグは弱アルカリ性（ｐＨ８〜９．５）を呈するため、研掃面も弱アルカリとなり防食効果を生じる。

なお本発明の高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法により製造された風砕スラグは、研掃材の他、鋳型用材料、コンクリート用骨材、モルタル用セメント、滑り止め床材等に用いることができる。

出湯温度１６２０℃の高炭素フェロクロム溶融スラグを電気炉（４００００ＫＶＡ）より出湯し、流し樋を介して流し、これを樋下に配置されたノズルで風砕した。

以下に条件を示す。

スラグ量は２０分で１２ｔ出湯した。

ラバール形状のメインノズルにコンプレッサーよりエアーを送り、風量１１１Ｎｍ³／ｍｉｎ、風速５１２ｍ／ｓｅｃで吐出した。

上ノズルは、ブロアーよりエアーを送り風量５０Ｎｍ³／ｍｉｎ、風速３０ｍ／ｓｅｃで吐出した。

風砕されたスラグは、ノズル前の長さ３０ｍ、高さ６ｍの風洞内へ飛翔させ、冷却後回収した。

回収粒径は０．１〜５．０ｍｍで９４％であった。

回収したフェロクロムスラグの特性を表１から表３に示す。

本発明の高炭素フェロクロム風砕スラグとニッケルスラグ、ガーネット、硅砂を用いてブラストを行った。

条件は下記の通りであった。

ブラスト条件
・コンプレッサー圧力：７ｋｇ／ｃｍ²
・ノズル先端圧力：５ｋｇ／ｃｍ²
・投射距離：８０ｃｍ

被研掃面
・ＳＳ材、タールエポキシ樹脂塗料

研掃材の粉塵量を表４に示す。

他研掃材との間で優位性を保っている大きな要因は、ブラスト時の破砕率が低いことにより粉塵発生量が少ないところにある。

また、素地調整ランクＳａ２・１／２を維持している。

触針式粗さ計でのブラスト面の表面粗さ測定は、Ｒｚ（同平均値）７５〜５０μｍの範囲で下地としては十分といえる。

溶融スラグのＳｉＯ₂／ＭｇＯの質量比が１．０６と０．８４の場合とで発生する粉塵量を表５で比較する。

ＳｉＯ₂／ＭｇＯの質量比が１．０６の場合は、研掃時の風砕スラグの割れも少なくなることがわかった。

風砕スラグの製造方法の実施にあたって用いられる製造装置。落下スラグの飛翔を示す模式図。

符号の説明

１…スラグパン
２…タンデッシュ
３…風砕用メインノズル（メインノズル）
４…飛散防止用上ノズル（上ノズル）
５，５ａ…溶融スラグ

Claims

成分Ｃｒ₂Ｏ₃：６質量％以下、ＭｇＯ：２０〜４０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２０〜４０質量％、ＳｉＯ₂：２５〜４５質量％、ＣａＯ：１〜５質量％で温度１３００〜１６５０℃の高炭素フェロクロム溶融スラグを、風砕用メインノズルと風砕用メインノズルの上方に設けられる飛散防止用上ノズルを用いて風砕し、粒径０．１〜５．０ｍｍの球状高炭素フェロクロム風砕スラグを製造する高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法。
前記風砕用メインノズルがラバールノズルであり、その風速が３４０ｍ／ｓｅｃ以上で、アトマイズ比（Ｎｍ³/分／スラグｋｇ/分）が０．１０以上、また、前記飛散防止用上ノズルの風速が１０〜２００ｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１に記載の高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法。
前記温度が１５００〜１６５０℃に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法。
成分Ｃｒ₂Ｏ₃：６質量％以下、ＭｇＯ：３１〜３７質量％、Ａｌ₂Ｏ₃：２３〜３１質量％、ＳｉＯ₂：３０〜３７質量％、ＣａＯ：１〜５質量％、ＳｉＯ₂／ＭｇＯの質量比が０．９５以上で温度１３００〜１６５０℃の高炭素フェロクロム溶融スラグを、風砕用メインノズルと風砕用メインノズルの上方に設けられる飛散防止用上ノズルを用いて風砕し、粒径０．１〜５．０ｍｍの球状高炭素フェロクロム風砕スラグを製造する高炭素フェロクロム風砕スラグの製造方法。