JP4937818B2 - 製鋼スラグの溶融改質処理方法 - Google Patents
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Description
(1)バーナーを燃焼させながら、改質材として珪酸含有物質を搬送ガスにより前記バーナーへ供給し、該バーナー直下に配置されたスラグ鍋内の溶融状態の製鋼スラグに、前記珪酸含有物質を添加して製鋼スラグの溶融改質処理を行うに際し、予定されている前記バーナー燃焼条件および前記珪酸含有物質供給条件に応じて、前記バーナー噴出口から前記バーナーの火炎温度が最高となる位置までの距離(P)と、前記珪酸含有物質が溶融状態を維持している前記バーナー噴出口からの最大距離(M)と、を事前に求めておき、前記バーナー噴出口から前記製鋼スラグの表面までの距離(J)を、P<J≦Mの範囲となる様に設定して溶融改質処理を行うことを特徴とする、製鋼スラグの溶融改質処理方法。
(2)予定されている前記バーナー燃焼条件および前記珪酸含有物質供給条件に応じて、さらに、前記バーナーの火炎長(L)の変動長(△L)を事前に求めておき、前記バーナー噴出口から前記製鋼スラグの表面までの距離(J)を、(P+△L/2)<J≦Mの範囲とすることを特徴とする、(1)に記載の製鋼スラグの溶融改質処理方法。
(3)前記珪酸含有物質が、石炭灰であることを特徴とする、(1)または(2)に記載の製鋼スラグの溶融改質処理方法。
本発明は製鋼スラグを改質処理の対象としており、改質対象の製鋼スラグとしては特に限定されるものではなく、例えば、脱炭スラグ、溶銑予備処理スラグ、電気炉スラグ等を使用することが出来る。
本発明では、溶融状態の製鋼スラグを使用して、溶融状態を維持しながら、改質処理を行う。溶融状態で処理を行うのは、流動性を良好にしてf.CaOの低減を促進するためである。溶融状態のスラグに珪酸含有改質材を添加することにより、スラグ中の未反応のf.CaOとSiO2を反応させてf.CaOを低減させることができる。したがって、f.CaOの水和反応(CaO+H2O→Ca(OH)2)による体積膨張を防止することが出来る。溶融温度未満のスラグでは、流動性が悪いため、固相スラグ中のf.CaOと改質材のSiO2との反応が十分に進行せず、その結果、f.CaOを低減することができない。
なお、「溶融状態のスラグ」とは流動性を有する状態のスラグであれば良く、必ずしも改質処理開始前から完全液相である必要はない。具体的な指標としては、市販の熱力学計算モデルソフト(例えば、SOLGASMIX)で求めた推定値で表すと、液相率30%以上であれば良い。改質処理を継続していくうちに、加熱、および改質材溶射による低塩基度化が進行するために固相率が低下する結果、流動性がさらに向上し改質が促進される。
上記のとおり、スラグの溶融改質処理では、スラグの溶融状態を維持すること、f.CaOと改質材のSiO2との反応を促進すること、の2点の理由のため、バーナーから溶射される珪酸含有改質材も溶融状態でスラグ表面に付着・添加されることが重要である。なぜなら、改質材が未溶融状態のままで、または一旦バーナー火炎中で溶融状態となったとしても温度が低下して凝固した後にスラグに添加された場合は、これらの改質材がスラグから顕熱を奪うため、逆にスラグ温度の低下を招き、スラグの溶融状態維持ができなくなるためである。さらに、未溶融状態の改質材、または一旦溶融した後に凝固した改質材では、スラグ中のf.CaOとの反応速度が遅く、効率的な改質を行えない。
そこで、本発明者は、バーナーから溶射した珪酸含有改質材を溶融状態のままスラグ湯面に添加することにより、従来よりもさらに高い効率で製鋼スラグを溶融改質処理し、f.CaOをほとんど含まず体積安定性が良好な高品質スラグを得ることを目的として、この条件を見出すために、バーナー条件と改質材の溶融状態との関係を調査した。そして、その結果に基づき、バーナー噴出口からスラグ湯面までの距離についての本発明の要件を決定した。以下に添付図面も用いて、両者の関係を調査した結果を説明する。
{(溶融状態の改質材粒の断面積の合計)/(全改質材粒の断面積の総和)}×100(%)
が90%以上となる場合を、溶融状態と判定する手法を用いても良い。ここで、観察する改質材の個数を少なくとも100粒としたのは、別途、実験により、溶融状態の判断の信頼性が確認されているためである。
本発明においては、スラグ改質処理に先立ち、珪酸含有改質材、燃料、バーナーへの供給ガスのそれぞれの性状、および供給量に関して、予定されている処理条件に対応して、事前に、バーナー火炎長L、火炎長の変動長△L、火炎温度がピークを示す距離P、改質材が溶融状態を維持しているバーナー噴出口からの最大溶融距離M、を求めておくこととする。なお、この事前の検討については、前記の実験手法を用いることで実施できる。
バーナー火炎長Lの評価法としては、例えば、目視、またはビデオ画面で評価すれば良い。実際の火炎先端は一定幅で変動しているが、その変動幅の中心位置(平均位置)で評価すれば良い。写真や静止画ではある瞬間の火炎長を捉えるので、一定時間の変動を評価することが好ましい。
火炎温度分布は、例えば、熱電対、あるいは高温用放射温度計を用いて測定すれば良い。上述の通り、火炎温度は径方向に分布があるので、火炎の径方向で最も高い温度を、その位置における火炎温度とする。そして、バーナー噴出口からの距離と火炎温度の関係を求め、火炎温度がピークを示す距離をピーク温度距離Pとする。一定範囲にわたってピーク温度が続く場合は、バーナー噴出口から最も遠い位置をPとする。
改質材としては、珪酸含有物質、つまりSiO2を含有しているものであれば良い。このSiO2は、製鋼スラグの塩基度(質量ベースでCaO/SiO2)を低減し、スラグ中のf.CaOと反応して、体積安定性の良好な化合物(2CaO・SiO2)を形成するために必要である。例えば、石炭灰、ケイ砂などが例示できるが、これらに限定するものではない。また、改質材のサイズについても、例えば石炭灰は数十μm以下が大半を占める微細粉末であるが、バーナーから溶射できるサイズであれば、特に限定するものではない。
バーナーの燃料としては、例えば、灯油、重油、LPG、微粉炭などを用いる事ができる。また、改質処理は、複数のバーナーで実施しても良い。その場合、個々のバーナーで本発明の要件を満足すれば良く、それぞれのバーナー条件が異なっても良い。
溶銑予備処理スラグ20トンを改質処理用鍋に装入し、溶融状態のまま、バーナー下に移送し、以下の条件で改質処理を行った。バーナーの燃料は灯油を用いて、酸素、搬送空気、改質材として石炭灰を供給した。灯油供給量は500リットル/時、酸素比は1.0、固気比は20.1とした。処理時間は50分である。このバーナー燃焼・溶射条件における、火炎長L、火炎長の変動長△L、ピーク温度距離P、改質材の最大溶融距離Mを、改質処理に先立ち、実機設備を用いて予定されている条件と同一条件で実験を行った。また、改質材の溶融状態と未溶融状態との判断については、改質材断面の溶融部の面積率で評価を行った。具体的には、上述した[0039]及び[0040]に記載した評価法に準拠して、改質材100粒の改質材粒断面を観察し、単独の改質材粒の断面で溶融部の面積率が90%以上である改質材粒を「溶融状態の改質材粒」とし、全改質材粒の断面積に占める「溶融状態の改質材粒」の面積率が90%以上となる場合を、溶融状態と判断した。溶融状態と再凝固状態との判断については、鉄板への採取状況で評価を行うことで、あらかじめ調査した結果、L=5.2m、△L=0.6m、P=2.7m、M=4.4mであった。
溶銑予備処理スラグ20トンを改質処理用鍋に装入し、溶融状態のまま、バーナー下に移送し、以下の条件で改質処理を行った。バーナーの燃料はLPGを用いて、酸素、搬送空気、改質材としてケイ砂を供給した。処理時間は35分とした。灯油供給量は700リットル/時、酸素比は1.0、固気比は0.9とした。このバーナー燃焼・溶射条件における、火炎長L、火炎長の変動長△L、ピーク温度距離P、改質材の最大溶融距離Mを、改質処理に先立ち、実施例1と同様の手法で、あらかじめ調査した結果、L=6.4m、△L=0.9m、P=3.3m、M=7.4mであった。
Claims (3)
- バーナーを燃焼させながら、改質材として珪酸含有物質を搬送ガスにより前記バーナーへ供給し、該バーナー直下に配置されたスラグ鍋内の溶融状態の製鋼スラグに、前記珪酸含有物質を添加して製鋼スラグの溶融改質処理を行うに際し、
予定されている前記バーナー燃焼条件および前記珪酸含有物質供給条件に応じて、前記バーナー噴出口から前記バーナーの火炎温度が最高となる位置までの距離(P)と、前記珪酸含有物質が溶融状態を維持している前記バーナー噴出口からの最大距離(M)と、を事前に求めておき、
前記バーナー噴出口から前記製鋼スラグの表面までの距離(J)を、P<J≦Mの範囲となる様に設定して溶融改質処理を行うことを特徴とする、製鋼スラグの溶融改質処理方法。 - 予定されている前記バーナー燃焼条件および前記珪酸含有物質供給条件に応じて、さらに、前記バーナーの火炎長(L)の変動長(△L)を事前に求めておき、
前記バーナー噴出口から前記製鋼スラグの表面までの距離(J)を、(P+△L/2)<J≦Mの範囲とすることを特徴とする、請求項1に記載の製鋼スラグの溶融改質処理方法。 - 前記珪酸含有物質が、石炭灰であることを特徴とする、請求項1または2に記載の製鋼スラグの溶融改質処理方法。
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