JPS62274013A - スラグ泡立ち防止剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は、製鉄所における溶銑処理工程において、溶銑
スラグの泡立ちを抑制するために好適に使用し得るスラ
グ泡立ち防止剤に関するものである。

［従来の技術］ 高炉から出銑された溶銑中に対しては、溶銑鍋或いはト
ピードカーで脱珪素処理を行う場合が多いが、その際の
反応によりＣｏガスが多量に発生し、上層に堆積されて
いるスラグを発泡させる。

この泡立ちが大きくなると、スラグが溶銑鍋等から溢流
するために、それ以上の溶銑の注入が不可能となり、運
搬効率が低下する問題がある。

このスラグの泡立ち現象の要因としては、（１）スラグ
の特に表面における粘性、（２）スラグの表面張力、（
３）懸濁固体粒子の存在、（４）懸濁炭素飽和鉄微粒子
の酸化が挙げられ、これらの要因について次に説明する
。

・スラグの粘性 溶融スラグの温度と粘性の関係は、スラグ温度が１５０
０℃以上では粘性は殆ど変化せず。

１５００℃以下となると急激に上昇し、極端な場合には
温度が１７０℃低下すると粘性は約８倍となる、特に、
泡末状の表面層のスラグは対流しないために、温度低下
はスラグの内部よりも著しく、そのために粘性が大きく
なり、泡立ちを大きくする要因と考えられる。

拳スラグの表面張力 スラグ中に介在する５ｔ０２の一部は表面活性物質５ｉ
０４’等で存在し表面層に吸着され、またスラグ中に含
まれるＦｅ２０３　、Ｐ２０５等も何れも表面活性物質
であって、５ｉｎ４’等と共に表面層に吸着される。ス
ラグ泡沫の安定性には表面張力が大きく関与するが、こ
れら表面活性物質の存在は表面張力を下げ、泡沫を壊れ
難くする結果となっている。スラグの場合は一般水溶液
などの場合と異なり、温度が高いほど表面張力が大きく
なり、更には温度が高いほど泡沫の寿命も短くなること
が知られている。

・懸濁固体粒子の存在 スラグ中には未反応のＣａＯ等の懸濁固体微粒子が存在
するが、これらは泡沫層中に存在し、泡沫層中のスラグ
の沈降分離を妨げ泡沫層を破壊され難くしている。

・懸濁微粒炭素飽和鉄の酸化 スラグ中には微細粒子の炭素飽和鉄が介在しており、酸
素ポテンシャルの高いスラグ暦において炭素分は酸化し
てＣＯＯ２０なるが、懸濁炭素飽和鉄粒子が細かいため
にガス発生も急激に起ることが考えられる。

なお、ここで云うスラグの泡立ち現象とは、上述した（
１）〜（４）のスラグ泡立ちの要因が組合わされ、泡立
ち現象が急激に起り、その結果として泡沫層が系外に溢
流するに至る現象を云うものとする。即ち、温度低下に
よるスラグ粘性の著しい増加、表面粘性物質の存在によ
る表面張力の低下、一方では炭素飽和鉄中の炭素の酸化
による急激なＣＯＯ２０発生による内部ガス圧の上昇が
あり、成る瞬間これらの平衡が破れ、−挙にガスが外部
に突出してスラグ泡沫が溢流するものと考えることがで
きる。

このスラグ泡立ち現象の防止については、これまでにも
操業条件の調節、ガス吹付けなどによる泡沫層の破壊、
バーナーによる熱的破壊、パルプ廃滓等の添加によるス
ラグ表面温度の上昇等の手段が採用されているが、未だ
満足すべき解決策には至っていない。

本発明者等は特願昭６０−２７４４９３号において、こ
のスラグ泡立ち防止剤として金属アルミニウム粉末と炭
素質物質を混合したものが効果的であることを提案した
。それは、この防止剤をスラグ表面に投入した場合に、
熱をスラグ表面に与えることによりスラグ表面の粘度を
低下させることに外ならない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の問題点を解消すると共に、先の
出願による効果を更に増強し、使用により極めて効果的
にスラグの泡立ちを防止することが可能なスラグ泡立ち
防止剤を提供することにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、溶銑上の
スラグ中に投入してスラグの泡立ちを抑制するものであ
って、比重５以下の軽金属の粉末と炭素質粉末と酸化剤
とから成ることを特徴とするスラグ泡立ち防止剤である
。

［発明の実施例］ 本発明に係る防止剤は、軽金属粉末と炭素質物質及び酸
化剤とが混合されている。軽金属粉末は比重が５以下の
金属が利用でき、例えばアルミニウム、マグネシウム、
硅素、チタン等及びこれらを含む合金等も使用できる。

第１図は各金属における比重と酸化物生成自由エネルギ
、及び生成熱の関係を示したも′のであり、図中Ｑ印は
１０００℃にける自由エネルギ、Δ印は常温におる生゛
成熱である。従って、この第１図から酸化鉄よりも酸素
との反応性が大きい金属、つまり自由エネルギが酸化鉄
のそれよりも小さく、生成熱が酸化鉄よりも小さな金属
として、マンガン、アルミニウム、硅素、ベリリウム、
マグネシウム、カルシウム、チタンなどの軽金属を挙げ
ることができる。

しかしながら、現実の経済的効果や取り扱いの容易さ等
を考慮すると、添加すべき金属はアルミニラム、マグネ
シウム、硅素、チタンが好適である。

混入する軽金属粉末はスラグ面に投入された場合に、ス
ラグ中の酸化鉄と直接反応して、例えばアルミニウムで
あれば良く知られている所謂テルミット反応を起し、鉄
を還元すると共に反応熱をスラグ面に提供する。従って
、用いられる軽金属粉末としては前述したように酸素と
の反応性において酸化鉄よりも反応性が高い軽金属元素
の中から選択する必要があることは当然であり、軽金属
粉末も金属以外の合金、例えば硅酸カルシウムなどを用
いることができる。

また、炭素質物質としてはコークス、石炭、無煙炭等が
用いられる。この場合に、炭素分が５０％以上、発熱量
が１ｋｇ当り６０００Ｋｃａ１以上であることが望まし
い、そして、炭素質物質の含有量は金属粉末１００に対
する重量比で２０％〜８０％とする。これは重量比が２
０％未満であると、発熱量が不足するという問題があり
、重量比が８０％を超えるとテルミット反応の寄与が不
足するという問題があって好ましくないことによる。

酸化剤は例えば前工程の溶銑処理において、脱珪剤の投
入により発生するＣｏガスのため相対的に酸素分圧が低
下しており、特に炭素質物質の燃焼により熱をスラグ表
面に伝える場合に、燃焼速度が遅く充分な効果を発揮で
きない場合に利用できる。酸化剤としては、スラグ表面
温度においてその機能を発揮できることが条件であり、
硝酸ナトリウムがその点で効果的である。

酸化剤として硝酸ナトリウムを用いた場合に、硝酸ナト
リウムの熱分解により酸素を発生する機構は、 ２ＮａＮＯ３＝Ｎａ２０＋２ＮＯ ＋３７２０２ で示され、吸熱反応であり、硝酸ナトリウムが分解する
ために３４８　Ｋｃａｌ／　Ｋｇの熱を供給することが
必要である。従って、硝酸ナトリウムの添加量は熱平衡
上からも軽金属粉末と炭素質物質の合計に対し１〜１５
％以下とすることが必要である。

これらの軽金属粉末、炭素質粉末、硝酸ナトリウムは単
に混合したまま使用してもよいが、結合剤を用いてベレ
ット状とすることもできる。結合剤としては、ベントナ
イトや水ガラス等の無機材料、或いは澱粉などの有機材
料で、有害なガスを発生しないものや、スラグに対し悪
い影響を与えないものを用いることができる。また、結
合剤の量は軽金属粉末、炭素質物質の粒度、性状により
異なるが２〜１０％の重量比が好適である。これは、重
量比で２％未満では結合効果が充分に発揮できないとい
う問題があり、１０％を超えるとその分だけ軽金属、炭
素買物質の割合が減るために発熱量が不足する問題があ
って好ましくないことによる。また、ペレットの大きさ
は例えば３０ｍｍＸ　４５　ｍｍＸ　４０　ｍｍとして
、その圧潰強度はハンドリング中に壊れないよう２Ｋｇ
以上とすることが望ましい。

このように構成した本発明に係る防止剤を、例えば溶銑
脱珪処理工程に投入した場合に、スラグ泡立ち現象を抑
制することができる。即ち、この防止剤の投入により、
（１）軽金属粉末とスラグ成分中の酸化鉄との反応によ
り熱量が供給される、（２）炭素質物質の高温での燃焼
により発生するＣｏガスが軽金属粉末の無駄な酸化を防
止し、かつ熱量をスラグ表面に供給する、（３）酸化剤
は分解して酸素を供給するので、炭素質物質の燃焼速度
を高めることができる、即ち、このスラグ泡立ち防止剤
を溶銑処理工程のスラグ表面に投入するときは、含有す
る軽金属粉末はスラグ成分中の酸化鉄と反応する０例え
ば、軽金属粉末としてアルミニウムを例にとり説明する
と、 ２Ａｉ＋３ＦｅＯ＋ＡＮ２０３＋２Ｆｅ＋　２０３７０
０Ｋｃａ　ｌ　／　Ｋｇモルの反応より、アルミニウム
Ｉ　Ｋｇ当す２０３７００／　（２１１２７）＝３７７
２Ｋｃａｌの熱量をスラグ面に供給できる。

一方、コークス等の炭素質物質は１５００℃以上の高温
においては、Ｂｏｕｄｎａｒｄ反応によりＣｏガスが発
生し、このＣｏガスは軽金属粉末がスラグ面に達するま
での酸化防止をすると共に、燃焼熱がスラグを加熱し含
有する。また、スラグ成分であるＦｅ２Ｏ３等の酸化鉄
の還元により、表面活性物質の減少を図リスラグの改質
に役立つものと考え、られる、この場合に１例えば溶銑
処理工程のように、発生するＣＯガスのために相対的に
酸素濃度が低下している場合における炭素と酸素との反
応は、 ２Ｃ＋０２＝２ＣＯ となり、反応速度即ち燃焼速度は酸素分圧が高い程大き
くなり、酸化剤の添加が有効である。

以上述べた点から明らかなように、本発明に係るスラグ
泡立ち防止剤は、含有する軽金属粉末によるスラグ中の
酸化鉄との反応熱、及び炭素買物質の燃焼による燃焼熱
をスラグ表面に伝達し、泡沫層を破壊しようとするもの
である。この場合に、総発熱量が同じであれば、到達温
度を高くするためには燃焼速度を速くすることが必要で
あり、そのためにも酸化剤の添加が有効であることが判
る。そして、一方では到達温度は用いる泡立ち防止剤の
総発熱量とも関連し、できるだけ総発熱量が大きいこと
が望ましことは勿論であるが、実質的に総発熱量が５０
００Ｋｃａ１以上とすることが望ましい、また、後述す
るように泡立ち防止剤を用いた場合の熱精算からも明ら
かなように、スラグ層への熱の伝熱効率は５％と低いた
め、発熱量が少なければ使用量の増加をきたすばかりで
なく、急速に発生するスラグの泡立ち現象に対し、スラ
グ泡沫層に有効に熱量を供給し泡沫を破壊させることは
できない、このために、スラグ泡立ち防止剤の総熱量を
Ｉ　Ｋｇ当り５０００Ｋｃａ１以上とすることが好まし
い。

また、このスラグ泡立ち防止剤は、ペレー２トに団鉱す
ると溶銑処理工程において投入された場合に、成る一定
時間効果を維持する持続性が得られる。即ち、燃焼速度
はスラグ泡立ち防止剤の表面積に比例して早くなるので
、ペレットに団鉱して表面積を調整することができる。

しかし、団鉱したペレットが緻密でないと、取扱上粉砕
され易いばかりでなく、団鉱による表面積調整の効果が
生じない、従って、ペレットの圧潰強度は２Ｋｇ以上と
する必要があり、ペレットの大きさについても使用され
る状況下で決定することが好ましい。

次に理解の御坊として、このスラグ泡立ち防止剤を用い
た場合の熱精算の一例を例示する。ここで、１４００℃
の溶銑に対しアルミニウム１０％、コークス５０％、硝
酸ナトリウム１５％組成の泡立ち防止剤ＩＫｇを投入し
、表面スラグ温度１４００℃を１５００℃に加熱した場
合の熱収支は次のようになる。

入熱゛ スラグ泡立ち防止剤　　５７１２Ｋｃａｌ計　　　　　
　　　　　　　　５７１２Ｋｃａｌ出熱 排ガスの顕熱　　　　　２３２４Ｋｃａｌ残滓の顕熱　
　　　　　１１２にｃａｌ放熱損失　　　　　　　２２
７８Ｋｃａ　ｌ計　　　　　　　　　　　　　５７１２
Ｋｃａｌスラグの加熱に利用できる熱量は、（入熱）−
（排ガスの顕然）−（放熱ロス）＝１１０３にｃａｌで
あり、加熱するスラグの顕熱は２５　Ｋｃａｌ／　Ｋｇ
であるから、加熱可能なスラグ量はｌ　１０３／２５＝
４４Ｋｇである。従って、本スラグ泡立ち防止剤１Ｋｇ
当リスリスラグｇを加熱することができる。

また、溶銑の脱珪処理工程において上述のスラグ泡立ち
防止剤を投入し、レベル計によりスラグレベルの状態を
観測した結果を第２図に示す、この第２図からも明らか
なように、スラグ泡立ち防止剤を添加する度にスラグレ
ベルは低下し、スラグの泡立ちが確実に抑制されている
ことが判る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係るスラグ泡立ち防止剤は
、溶銑上層のスラグ中に投入することにより、部分的に
スラグ温度を上昇させるもので、泡沫が破壊され易く内
部のガスはこの部分から脱出が容易となり、スラグ泡立
ちを効果的に減少させるばかりでなく、酸化剤の添加は
更に酸素分圧の低い状況でも、酸素分圧を高めることに
より炭素の燃焼速度を高め、スラグ泡立ちの抑制を一層
効果的にするものである。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は各金属の比重に対する酸化物生成自由エネ
ルギ、生成熱の関係を示すグラフ図、第２図は本発明に
係るスラグ泡立ち防止剤を銑鉄中に投入した場合のスラ
グレベル測定値のグラフ図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶銑上のスラグ中に投入してスラグの泡立ちを抑制
   するものであって、比重５以下の軽金属の粉末と炭素質
   粉末と酸化剤とから成ることを特徴とするスラグ泡立ち
   防止剤。 ２、前記金属粉末と炭素質物質の配合比は、軽金属粉末
   １００に対し炭素質物質２０〜８０％、かつ軽金属粉末
   と炭素質物質に対し酸化剤１〜１５％とした特許請求の
   範囲第１項に記載のスラグ泡立ち防止剤。 ３、前記防止剤はペレット状に団鉱した特許請求の範囲
   第１項に記載のスラグ泡立ち防止剤。