JP6935845B2 - 排出スラグのフォーミング鎮静方法およびこれに用いる精錬設備 - Google Patents
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Description
精錬反応容器から受滓容器への排滓に際して排出スラグのフォーミングを鎮静する方法であって、
フォーミング鎮静剤として粘度低減効果を有する物質を前記受滓容器に排出したスラグの上面表層部に滞留するように添加する
ことを特徴とする排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(2)
粘度低減効果を有する物質として、アルカリ金属の化合物もしくはアルカリ土類金属の化合物、またはこれらの混合物を使用する
ことを特徴とする(1)に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(3)
粘度低減効果を有する物質の添加量を排出スラグ量1tに対し、2kg以上とする
ことを特徴とする(1)または(2)に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(4)
粘度低減効果を有する物質の粒度が10mm以下の範囲にあるもの比率を70質量%以上とする
ことを特徴とする(1)〜(3)の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(5)
粘度低減物質を添加する高さは、前記受滓容器の上端から3m以下の高さである
ことを特徴とする(1)〜(4)の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(6)
粘度低減物質を添加する高さは、前記精錬反応容器の側方に設けられた作業床の前記受滓容器の上端からの高さを基準にして60%以下の高さである
ことを特徴とする(1)〜(4)の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(7)
粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、滑走斜面を有するガイドを用いる
ことを特徴とする(1)〜(4)の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(8)
粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、滑走斜面を有するガイドを用い、
前記ガイドの下端の高さは、前記受滓容器の上端から3m以下の高さである
ことを特徴とする(1)〜(4)の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(9)
粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、滑走斜面を有するガイドを用い、
前記ガイドの下端の高さは、前記精錬反応容器の側方に設けられた作業床の前記受滓容器の上端からの高さを基準にして60%以下の高さである
ことを特徴とする(1)〜(4)の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(10)
粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、添加する粘度低減物質の80質量%以上がスラグ落下位置近傍以外に添加されるように、スラグ落下位置近傍を避けて添加する
ことを特徴とする(1)〜(9)の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(11)
粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、キャリアガスで粘度低減物質を上面表層部に沿う方向に吹き付ける
ことを特徴とする(1)〜(4)の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。
(12)
精錬反応容器と、前記精錬反応容器からスラグを排出する受滓容器と、を備える精錬設備であって、
前記受滓容器に排出されたスラグの上面表層部に滞留するようにフォーミング鎮静剤を添加するためのガイドを更に備え、
前記ガイドは、滑走斜面を有する
ことを特徴とする精錬設備。
(13)
前記ガイドの下端の高さは、前記精錬反応容器の側方に設けられた作業床の前記受滓容器の上端からの高さを基準にして60%以下の高さである
ことを特徴とする(12)に記載の精錬設備。
以上の効果により、生産性向上、コスト削減(副原料使用量の削減、発生スラグの削減、熱損失の抑制、鉄分歩留の向上)が可能となる。
まず、図1を用いて、本開示において、粘度低減効果を有する物質(以降、「粘度低減物質」と称する。)を受滓容器に排出したスラグの上面表層部に滞留するように添加することにより、フォーミングが鎮静する機構を説明する。
さらに、転炉等の精錬反応容器内と排滓鍋等の受滓容器内のフォーミング状況との違いから、本開示の方法が受滓容器内のフォーミング鎮静に適している理由を説明する。
上述した機構に基づき、図2を用いて、本開示の実施の形態について説明する。図2に示すように、精錬反応容器としては転炉7を、受滓容器としては転炉7から排滓する際に使用する排滓鍋8を例として説明する。
まず、鎮静剤として使用する粘度低減物質12としては、アルカリ金属の化合物もしくはアルカリ土類金属の化合物、またはこれらの混合物を使用することが望ましい。
フォーミングしやすいスラグはSiO2等の酸性酸化物を多く含有しているが、溶融スラグにおいて酸性酸化物はネットワーク構造を形成し、粘度を増加させる作用を持つ。これに対し、アルカリ金属の化合物やアルカリ土類金属の化合物はネットワーク構造を切断する作用を持ち、粘度を低下させるためである。
アルカリ金属の化合物、アルカリ土類金属の化合物の具体例としては、CaF2、CaCO3、CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、K2CO3等が挙げられる。
更に、鎮静剤として使用する粘度低減物質12が、アルカリ金属、アルカリ土類金属のフッ化物または酸化物であると、高温でガスを発生しないので、フォーミングを鎮静する観点から更に好ましい。上記具体例のうち、CaF2、CaOがこれに当たる。
なお、鎮静剤として使用する粘度低減物質12がアルカリ金属、アルカリ土類金属の炭酸塩または水酸化物であると、高温でガスを発生する。上記具体例のうち、CaCO3、Ca(OH)2、Na2CO3、K2CO3がこれに当たる。
そのためには、粘度低減物質を低い位置から添加することが望ましい。具体的には、粘度低減物質を添加する高さは、排滓鍋上端から3m以下が望ましく、更に望ましくは2m以下である。
尚、転炉の側方には、通常作業床14が存在し、作業床14(の上面)の高さは、排滓鍋上端から約5mである。粘度低減物質を添加する高さは、作業床14を基準に設定してもよく、作業床14の排滓鍋上端からの高さを100%として、60%以下の高さ(排滓鍋上端からの高さ)が望ましく、更に望ましくは40%以下である。
添加に用いる設備として、樋(gutter)やパイプ(pipe)等の滑走斜面を有するガイド(すなわち、物を滑り落とす機能を有する部材、chute)を用いてもよい。ガイドを通じて自然落下により添加する。粘度低減物質が滑走斜面を滑走することで、ガイドの下端(粘度低減物質を添加する高さ)における粘度低減物質の鉛直方向の速度を小さくすることができる。粘度低減物質の鉛直方向の速度を小さくする観点から、ガイドの下端におけるガイドの角度(すなわちガイドの下端における粘度低減物質の速度方向を規定する角度であって、水平方向に対する角度)は、30°以下が好ましい。
キャリアガスで上面表層部に吹き付ける方法とは、ホースなどを用いて粘度低減物質を上面表層部に沿う方向(水平方向に近い方向)に吹き付ける方法である。この方法によれば、スラグ上層表面部に粘度低減物質が達した時点での鉛直方向の速度を小さくすることが容易であり、粘度低減物質を効果的にスラグ上面表層部に滞留させることができる。
また、受滓容器内において、スラグ落下位置近傍はスラグ落下の位置エネルギーにより局所的に撹拌が強くなっている。したがって、スラグ落下位置近傍に粘度低減物質を添加した場合、そのスラグ落下位置近傍に添加された粘度低減物質がスラグ上層表面部の滞留するようにすることは困難である。
よって、スラグ落下位置近傍を避けて添加することが望ましい。但し、添加する粘度低減物質のうちの一部がスラグ落下位置近傍に添加されてしまうことを除外する趣旨ではない。つまり、スラグ落下位置近傍を避けて添加することにより、添加する粘度低減物質の80質量%以上がスラグ落下位置以外に添加されることが望ましく、更に望ましくは95質量%以上である。
ここで、スラグ落下位置近傍とは、受滓容器内のスラグ上層表面とスラグ落下流が衝突する部分の中心部を中心としたスラグ上層表面上の仮想円の内部である。その仮想円の直径は、スラグ落下の位置エネルギーによって変動するため、一概には定義できないが、傾転した転炉(図2参照)の炉口下端から排滓鍋上端までが5〜10mの設備の場合、目安として1〜2mの範囲である。
次に、粘度低減物質の添加量としては、排出スラグ量1tに対し、2kg未満では十分な鎮静効果が得られず、2kg以上とすることが望ましいことを見出した。
尚、上記の範囲での最適添加量については、受滓容器の容量、スラグ組成、温度、フォーミングの状況等によって変化するが、一般的な操業条件範囲における適正な添加量を事前の試験によって調査しておくことが望ましい。
さらに、粘度低減物質の粒度については、粒度が大きいと、粘度低減物質がフォーミングスラグの上面表層部に留まらずに内部に潜入しやすく、さらに、溶融に時間を要し、極低粘度領域の形成が遅れるという問題がある。そこで、検討を行った結果、10mm以下の範囲にあるものの鎮静効果が高いこと、また、必ずしもすべての粒度が上記の範囲である必要はなく、上記の範囲の粒度の比率が70質量%以上含まれていれば十分な効果が得られることを見出した。また、粒度の下限については、特に定めないが、粒度が小さすぎると、受滓容器内のスラグから発生する上昇気流やガス等により、受滓容器外への飛散が増加するため、それらを勘案して決定することが望ましい。
尚、粒度は、粒子が通過できる篩の網目で定義し、粒度が10mm以下とは、10mmの篩を通過できるものとする。
さらに、設備や操業の制約により必要な鎮静剤の全量を本開示の方法で添加できない場合は、一部の鎮静剤を本開示の方法で添加し、残りの鎮静剤を従来と同様の方法で添加しても、相応の効果が得られる。
また、上記では図2を用いて具体的なガイド11について説明したが、本開示のガイドはこれに限定されない。例えば、ガイドの上端が作業床の上方に位置していてもよいし、屈折したパイプ等で角度が段階的あるいは連続的に変化しているガイドにしてもよい。
なお、実施例の条件は、本開示の実施可能性および効果を確認するために採用した条件の一例であり、本開示はこの例に限定されるものではない。本開示の要旨を逸脱せず、本開示の目的を達成する限りにおいては、種々の条件を採用し得るものである。
試験は350t規模の上底吹き転炉において、脱燐処理後の排滓中に実施した。尚、条件のばらつきによる評価への影響をほぼ無視できる程度に条件を揃えるようにしており、脱燐処理後の炉内スラグ量は約20tであった。
脱燐処理後に転炉を傾転させて排滓する際、鎮静剤の添加方法(添加条件および添加位置を含む)、スラグ上面表層部での鎮静剤の滞留、鎮静剤の種類、添加量、粒度を変更し、排滓量、排滓時間、転炉の最終傾転角度を評価した。
各水準の条件および結果を図3の表に示す。
さらに、鎮静剤の添加位置として、「スラグ落下位置近傍」と「スラグ落下位置近傍外」を比較している。同様に、前者は後者に比べ、鎮静剤がフォーミングしたスラグの内部に潜入しやすい。
また、スラグ上面表層部での鎮静剤の滞留については、目視により判定した。「なし」とはスラグ内に瞬時に巻き込まれる状況、「あり」とはスラグ上層表面にしばらく(数秒程度)滞留する状況を指す。尚、「排滓鍋上端から2m上方より、パイプを通じて粒状で添加する方法」で「スラグ落下位置近傍外」に添加した場合は、目視判定が困難な場合を除き、スラグ上面表層部での鎮静剤の滞留は目視で確認できた。
フォーミング鎮静の評価指標としては、少量の鎮静剤でフォーミングを迅速に鎮静し、短時間で大量に排滓することが重要であるため、鎮静剤の添加量、平均排滓速度(排滓量/排滓時間)で評価を行った。
尚、水準2に比べて、水準1が優位である理由は、鎮静剤として使用した「パルプ滓とスラグの成型物」が、そもそもフォーミングしたスラグの内部に潜入することにより急激にガスを発生させて鎮静することを企図したものであるためと考えられる。
水準5は、比較例である水準4に対して、鎮静剤の添加方法を本開示の方法に変更しているが、同等の平均排滓速度を得つつ、鎮静剤添加量が大幅に低減した。
水準6は、水準5に対して、鎮静剤(粘度低減物質)の種類を変更しているが、水準5と効果はほぼ同等であった。
水準7〜9は、水準5に対して、鎮静剤(粘度低減物質)の添加量(鎮静剤添加量原単位)を変更している。粘度低減物質の添加量を排出スラグ量1tに対し、2kg以上とすることで平均排滓速度が向上した。一方、水準9の結果からわかるように、鎮静剤添加量を増やしても効果が飽和する領域があった。
水準10〜12は、水準8に対して、鎮静剤(粘度低減物質)の粒度(10mm以下粒度の比率)を変更している。粘度低減物質の粒度が10mm以下の範囲にあるもの比率を70質量%以上とすることで平均排滓速度が向上した。一方、水準12の結果からわかるように、10mm以下の粒度の比率を増やしても効果が飽和する領域があった。
2 泡沫層
3 バルクスラグ層
4 液膜排出
5 粘度低減物質(フォーミング鎮静剤)
6 極低粘度領域
7 転炉(精錬反応容器)
8 排滓鍋(受滓容器)
9 溶鉄
10 スラグ
11 ガイド
12 粘度低減物質(フォーミング鎮静剤)
13 極低粘度領域
14 作業床
Claims (13)
- 精錬反応容器から受滓容器への排滓に際して排出スラグのフォーミングを鎮静する方法であって、
フォーミング鎮静剤として粘度低減効果を有する物質を前記受滓容器に排出したスラグの上面表層部に滞留するように添加する
ことを特徴とする排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減効果を有する物質として、アルカリ金属の化合物もしくはアルカリ土類金属の化合物、またはこれらの混合物を使用する
ことを特徴とする請求項1に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減効果を有する物質の添加量を排出スラグ量1tに対し、2kg以上とする
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減効果を有する物質の粒度が10mm以下の範囲にあるもの比率を70質量%以上とする
ことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減物質を添加する高さは、前記受滓容器の上端から3m以下の高さである
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減物質を添加する高さは、前記精錬反応容器の側方に設けられた作業床の前記受滓容器の上端からの高さを基準にして60%以下の高さである
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、滑走斜面を有するガイドを用いる
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、滑走斜面を有するガイドを用い、
前記ガイドの下端の高さは、前記受滓容器の上端から3m以下の高さである
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、滑走斜面を有するガイドを用い、
前記ガイドの下端の高さは、前記精錬反応容器の側方に設けられた作業床の前記受滓容器の上端からの高さを基準にして60%以下の高さである
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、キャリアガスで粘度低減物質を上面表層部に沿う方向に吹き付ける
ことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 粘度低減効果を有する物質を添加するに際し、スラグ落下位置近傍を避けて添加する
ことを特徴とする請求項1〜請求項10の何れか一項に記載の排出スラグのフォーミング鎮静方法。 - 精錬反応容器と、前記精錬反応容器からスラグを排出する受滓容器と、を備える精錬設備であって、
前記受滓容器に排出されたスラグの上面表層部に滞留するようにフォーミング鎮静剤を添加するためのガイドを更に備え、
前記ガイドは、滑走斜面を有し、
前記ガイドは、前記精錬反応容器から排出されるスラグが接触しない位置に配置されている
ことを特徴とする精錬設備。 - 前記ガイドの下端の高さは、前記精錬反応容器の側方に設けられた作業床の前記受滓容器の上端からの高さを基準にして60%以下の高さである
ことを特徴とする請求項12に記載の精錬設備。
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