JP4089815B2 - 精錬用石灰系フラックス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は精錬用石灰系フラックスに係り、詳しくは、金属精錬炉における溶湯に供給され、溶湯を脱燐、脱硫等して金属介在物のスラグ化を助長し、そして滓化性を高める融材の添加を特に必要としないようにした反応性の高い造滓材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材中の不純物元素を低減させるために、溶鋼の溶製中スラグによって脱酸、脱硫、脱燐、脱珪さらには介在物の形態制御などをすることが種々の方法で行われている。金属精錬において溶湯中の硫黄分などと反応させて製鋼スラグの生成の促進を図るために、溶湯に造滓剤としてのソーダ灰系フラックスや石灰系フラックスが塊状にして投入されたり、粉状にしてサブランスから吹き込まれたりする。
【０００３】
上記したうち粉状のフラックスを使用する場合には、溶湯の攪拌効果を上げるため窒素やアルゴンガスなどと共にインジェクションされるが、ガス単体のインジェクションに比べて均一混合時間が短縮され、かつスラグ生成の促進を図ることができる。しかし、生成されたスラグが再利用できないことなどの理由によってソーダ灰系フラックスの使用は近年ほとんどなくなり、最近ではほとんどの場合石灰系フラックスが使用されている。
【０００４】
ところで、ランスから吹き込まれる石灰系フラックス（造滓材）はポーラス質性が高いほど反応性が高く、それが例えば３００メッシュといった細かいもので形成されていればより好適である。したがって、粉砕方法について種々の検討が加えられている。
【０００５】
その一方、石灰は元来融点が高く（ＣａＯの融点は２，５７２℃である）、溶湯中での反応滓化を促進するために、上記した石灰系フラックスの微細化以外に次の方法が考えられている。それは、水和性をよくすること、石灰粉の中心に極めて僅かなＣＯ₂ を残存させること、蛍石などのふっ化物を融材として添加して溶けやすくし、石灰粉の周辺に２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ の被膜を形成させないようにすることなどが挙げられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−１４９０４５号公報
【特許文献２】
特開平５−２８７３５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した石灰系フラックスとしての生石灰ＣａＯは、石灰石ＣａＣＯ₃ を９００℃ないし１，２００℃（場合によっては１，２００℃を超えることもある）で焼成してつくることができる。これは圧縮強度が高くて衝撃に強く、輸送や精錬炉への投入の際の取り扱いが容易である。反面、焼成温度が高く、燃料消費量の増大を招くこと、焼成温度の上昇を抑える場合には、超微粉化させる必要があって粉砕エネルギの増大が避けられないことなどの問題がある。この種の石灰系フラックスを製造する場合には、安定供給が何時までも保証されることのない天然資源の石灰石の消費量節減も考慮すべきである。
【０００８】
ちなみに、石灰石から脱燐や脱硫用の造滓剤としての生石灰粉を製造する方法が、特開平４−１４９０４５号公報に記載されている。その生石灰による滓化メカニズムは、溶湯中に含まれている珪素が酸化されてＳｉＯ₂ となるとＣａＯ・ＳｉＯ₂ と化し、燐が気体酸素もしくは固体酸素と反応してＰ₂ Ｏ₅ となると、ｎＣａＯ・Ｐ₂ Ｏ₅ （ｎ＝２ないし５）を生成する反応を呈することである。また、硫黄分については、溶湯中のサルファをＣａＯと反応させてＣａＳが生成され、金属Ｍｇが添加されている場合にはそれによっても最終的にＣａＳを生成させ、これがスラグ中へ移行するようにしている。
【０００９】
ところで、石灰石を焼成するなどして生成させた生石灰は５ないし３０ミリメートル大の塊粒状となっている。これを粉砕するなどして溶湯にインジェクションしても、キャリアガスによる溶湯の攪拌効果があるとはいえ吹き込まれた細粒のまま直ちに溶湯面に浮上することが多い。したがって、溶湯中での直接的な接触は少なく、滓化作用の大部分は溶湯面近くにおいてのみ進行する傾向となる。その結果、脱燐脱硫が充分に達成されないか長い時間をかけて滓化を進行させなければならなかった。
【００１０】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的は、産業廃棄物の利用の途を図って天然資源である石灰石の消費量を抑制すると共に、製造の際に動力消費の激しい粉砕工程を可及的になくしてエネルギ消費の節減を可能にし、製造原価の著しい低減を図ること、造粒性や保形性の増強、ポーラス化の増進を促し、積極的な融材の投入なくしても滓化性の向上が図られるようにした精錬用石灰系フラックスを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属精錬炉における溶湯に供給され、溶融金属中の硫黄分や燐酸分等と反応して溶融スラグの生成を促進するために使用される石灰系フラックスに適用される。その特徴とするところは、ライムケーキに、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが、ライムケーキ１００重量部に対し３ないし１０重量部となるように単独もしくは組み合わせて混入のうえ造粒し、その造粒物を焼成してポーラス質としたことである。
【００１２】
上記した造粒物は、９００ないし１，１００℃で焼成するようにしておく。
【００１３】
なお、微粉スケールまたは酸化鉄を添加しておくこともできる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、ライムケーキを主材にして使用するので、極めて細かい粉体状のＣａＣＯ₃ が大部分を占め、粉砕動力の消費なくしてフラックス用原料として供することができる。ライムケーキに含まれている糖蜜分は造粒時のバインダとして機能して造粒性を改善すると共に、焼成中の保形性が高められる。ライムケーキを焼成して生じた生石灰は石灰石の原石を焼成して得た生石灰よりはポーラス性が高く、その比表面積は大きく滓化性は著しく向上する。その結果、敢えて融材を添加する必要もなく、フラックスの低廉化が図られる。
【００１５】
バインダとして機能した糖蜜は焼成によって炭化し、精錬中はこのカーボン分も溶湯中のカーボン分と共に寄与してＣａＳの生成を助長させ、脱硫作用の活性が図られる。ライムケーキの使用は産業廃棄物の再利用を実現し、石灰石の消費が抑制されることによって省資源化も図られる。
【００１６】
造粒物にはライムケーキのほかに、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムを、ライムケーキ１００重量部に対し３ないし１０重量部となるように、それぞれ単独もしくは組み合わせて造粒時に混入させるので、それらが増粘材としても作用し、造粒直後の保形性は高まって焼成時の取り扱いが著しく容易となる。
【００１７】
Ｃａ（ＯＨ）₂ は焼成されてＣａＯとなり、Ｍｇ（ＯＨ）₂ はＭｇＯと、Ａｌ（ＯＨ）₃ はＡｌ₂ Ｏ₃ となる。ＣａＯは造滓材として、ＭｇＯは炉壁保護材として、Ａｌ₂ Ｏ₃ は脱硫に貢献するように作用する。
【００１８】
造粒物を焼成するにあたって、９００ないし１，１００℃下で処理すれば、焼き締まりの飛躍的な回避が図られる。微粉スケールまたは酸化鉄Ｆｅ₂ Ｏ₃ を造粒物に適量加えておけば、精錬時の脱燐作用を増強しておくことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る精錬用石灰系フラックスについて詳細に説明する。この石灰系フラックス（造滓材）は、転炉、電気炉等の金属精錬炉における溶湯やトピードカーや取鍋等に受けられた溶湯に供給され、溶鉄中の不純物元素を低減させるべく溶融スラグ生成の促進を図るために使用される。
【００２０】
すなわち、精錬中に石灰系フラックスを副原料として溶湯へ投入し、溶融金属中の硫黄分、燐酸分や珪酸分などと反応させて金属スラグ生成を促し、さらには介在物の形態も制御することができるようにするものである。
【００２１】
その石灰系フラックスは、後述する水酸化カルシウムなどを含むが、ＣａＣＯ₃ を主たる成分としたライムケーキであり、それを略５ないし６０ミリメートル径に造粒してロータリキルンにより９００ないし１，１００℃で焼成して製造される。ライムケーキは原糖を精糖する製糖工場から排出されるもので、粗糖液に石灰乳を加えたのち炭酸飽充槽に入れて炭酸ガスとの接触で炭酸飽充させたときに生じる。
【００２２】
このような炭酸石灰清浄法によって凝集沈澱する糖石灰（ライムケーキ）は、製糖に消費された石灰の大部分を含んでいる。上記したように、石灰系フラックスを製造すべく焼成する前に、石灰石の場合は粉砕することになるが、ライムケーキは軽微性炭酸カルシウムであるので粉砕が不要となる利点がある。
【００２３】
ライムケーキ（糖石灰、ＣａＣＯ₃ ）は５ないし１２μｍで細かく、これを焼成して得られた生石灰は、石灰石を焼いてできた生石灰よりはポーラス性に富んだ比表面積の大きい活性度の高いものとなる。それのみならず、本発明においては造粒されているので焼成時１００℃を超えた時点で水分が抜け、造粒物には多数の空孔が形成される。そして、８００℃を超えるとＣＯ₂ のほとんどが抜けるので、生成された生石灰はポーラスな軽石状となり、溶銑や溶鋼の進入を許容する接触面積の拡大されたフラックスとなる。ちなみに、焼成温度は平均的には１，２００℃を超えることがないので、生成されたライムケーキが焼き締まってしまうということはない。ましてや１，１００℃までに留めれば、ポーラス質化の促進とその保持がなされ、焼き締まりの回避はより一層確かなものとなる。
【００２４】
造粒の時点ではライムケーキに含まれる有機物中に糖蜜が残っており、これが粘りを発揮するバインダとなって造粒物に保形力を与える。この糖蜜は焼成によって炭化するが、精錬中このカーボン分も溶湯中のカーボン分と共にＣａＳの生成に寄与し、脱硫作用の増強が図られる。ライムケーキの使用は製糖産業廃棄物の再資源化を促すことは言うまでもなく、これによって、天然石灰の消費が抑えられることになる。
【００２５】
上記のごとく、ポーラス質となった粒塊状生石灰は高い滓化性を発揮する。この場合、精錬中に生じるスラグの溶融促進を目的として蛍石等の融材を積極的に投入するまでもなく、ポーラス質化による比表面積の大きいフラックスによって滓化性が向上されるのである。しかも、通常投入される石灰の投入量を大幅に節減しながら鋼材中の不純物元素を除去し、溶湯介在物の形態も制御することできる。その結果、溶融スラグには未反応石灰やふっ素はほとんど含まれず、セメント原料や燐酸・カリ肥料などとして利用可能な良質のスラグが生成される。
【００２６】
上で少し触れたが、ライムケーキの造粒物を作るときに、水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）₂ を、ライムケーキ１００重量部に対して２０重量部以下、好ましくは３ないし１０重量部となるように混入しておく。水酸化カルシウムは増粘材としても機能するので、造粒におおいに寄与する。焼成されればＣａＯと化してその比表面積は大きく、ライムケーキから変成したＣａＯと混在しても、それらと何ら区別する必要のない滓化性の高いものとなる。もちろん、ライムケーキから生成された生石灰の反応性を阻害することもない。
【００２７】
水酸化カルシウムに代えて、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）₂ を、ライムケーキ１００重量部に対して２０重量部以下、好ましくは３ないし１０重量部となるように混入してもよい。これも増粘材として機能するので、造粒やその保形に都合がよい。焼成されればＭｇＯとなり、精錬炉壁耐火物を保護するように挙動する。
【００２８】
ちなみに、水酸化マグネシウムを混入する代わりにＭｇＯを用いてもよい。ＭｇＯは増粘材として機能させようがないが、それによる不足をカバーする必要がある場合には、水酸化カルシウムまたは次に述べる水酸化アルミニウム、もしくはその混成物を石灰石１００重量部に対し３ないし２０重量部の範囲で混入するようにすればよい。
【００２９】
水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムに代えて、水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）₃ を、上記と同量混ぜておく。これも粘結作用を発揮し、造粒物を保形する。焼成されればＡｌ₂ Ｏ₃ となり、脱硫に貢献する。なお、微粉スケールや酸化鉄Ｆｅ₂ Ｏ₃ をライムケーキ１００重量部に対して例えば１ないし５重量部添加しておけば、脱燐反応は一層助長される。
【００３０】
上記した水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムは、それぞれが単独で添加されるだけでなく、それらを適宜組み合わせて混入するようにしてもよい。しかし、その場合でもその添加量は、ライムケーキ１００重量部に対し３ないし１０重量部に留められ、多くても２０重量部までとされる。いずれの場合も、３重量部より少なければ増粘材としての作用は薄れ、１０重量部を超えればましてや２０重量部を超えればライムケーキに対して過剰混入となり、その増量にもかかわらず、それに見合った成果は得られない。
【００３１】
なお、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムもしくはそれらを適宜組み合わせて混入させる場合、造粒後ロータリキルンにおいては１，２００℃近くで焼成してもよい。しかし、９００ないし１，１００℃で焼成しておけば、焼き締まりの回避はより確実なものとなり都合がよいことは言うまでもない。
【００３２】
以上の説明から分かるように、産業廃棄物を利用して石灰系フラックスを生成することができる。しかも、粉砕エネルギの消費を要しない廉価なフラックスの提供が可能となる。造粒ライムケーキの焼成は微細なＣａＯを生成させ、焼成の間の水分飛散によるポーラス化はＣａＯと溶湯との接触率を著しく高め、造滓性が増強される。

Claims (3)

1. 金属精錬炉における溶湯に供給され、溶融金属中の硫黄分や燐酸分等と反応して溶融スラグの生成を促進するために使用される石灰系フラックスにおいて、
   ライムケーキに、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが、ライムケーキ１００重量部に対し３ないし１０重量部となるように単独もしくは組み合わせて混入のうえ造粒し、その造粒物を焼成してポーラス質としたことを特徴とする精錬用石灰系フラックス。
2. 前記造粒物は、９００ないし１，１００℃で焼成されたことを特徴とする請求項１に記載された精錬用石灰系フラックス。
3. 微粉スケールまたは酸化鉄が添加されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された精錬用石灰系フラックス。