JP7572621B2

JP7572621B2 - フォーミング鎮静材およびそれを用いたフォーミングの鎮静方法

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Publication number: JP7572621B2
Application number: JP2021004772A
Authority: JP
Inventors: 昌平柿本; 椋太石井; 悠馬安藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2024-10-24
Anticipated expiration: 2041-01-15
Also published as: JP2022109457A

Description

本発明は、転炉から鉱滓鍋に排出されたスラグのフォーミングを抑制するためのフォーミング鎮静材およびそれを用いたフォーミングの鎮静方法に関する。

溶鉄の精錬処理中又は精錬処理後に、溶鉄と製鋼スラグ（以下、スラグ）との界面で溶鉄中のＣとスラグ中のＦｅＯ（酸化鉄）とが反応して発生するＣＯ気泡や、スラグ自身の内部でスラグ中のＦｅＯとスラグに含まれる粒鉄中のＣとが反応して発生するＣＯ気泡により、スラグが泡立つ現象（以下、フォーミング）が発生する。このスラグのフォーミングが激しいと、１３００～１５００℃のスラグが精錬設備や搬送容器から溢れ出す場合があり、精錬設備・搬送容器が損傷すると復旧に多大な時間と労力が必要となる。スラグ中のＦｅＯ濃度が高いと、ＣＯ気泡が多量に発生するので、ＦｅＯ濃度の高いスラグは、強いフォーミング性（急速に膨張して溢れ出易い特性）を有することになる。

スラグのフォーミングを鎮静するためには、ＣＯ気泡が滞留する層（以下、泡沫層）を破壊してスラグを収縮させることが必要である。そこで、スラグの内部でガス化する塊状物（鎮静材）をスラグに投入し、該塊状物が熱分解でガス化する際の体積膨張エネルギーを利用して泡沫層を破壊する方法が一般に知られている。

ここで、溶鉄の精錬プロセスの一種として、転炉で脱燐処理を行った後に、スラグの一部を炉外の鉱滓鍋に排出（中間排出）し、引続き同一の転炉において脱炭処理を行う多機能転炉法が一般的に知られている。この多機能転炉法において、脱燐吹錬中にスラグのフォーミング激しくなって転炉の炉口からスラグが溢れそうになると、脱燐吹錬を中断せざるを得ず、脱燐反応の進行が不十分となってしまう。そのため、次工程の脱炭吹錬で脱燐速度を上昇させるために、転炉内に余分にＣａＯを添加する必要があり、精錬コストの増加と、スラグ発生量の増加を招くことになる。また、中間排滓の際、スラグを受滓する鉱滓鍋においても、スラグフォーミングが進行し、鉱滓鍋からスラグが溢れそうになると、中間排滓を中断せざるを得ず、その結果、転炉内に残留したスラグ中のＰ₂Ｏ₅の重量が多くなり、脱炭吹錬中に復りんしてしまうため、転炉内に余分なＣａＯを添加する必要がある。さらに、脱炭吹錬においても、スラグのフォーミングが激しく進行してしまうと、出鋼の際に転炉を傾斜させたときに転炉の炉口からスラグが流出することが懸念される。以上の理由から、脱燐処理時、及び脱炭処理時の転炉、中間排滓中の鉱滓鍋に、鎮静材を投入する必要がある。通常、このような破壊作用をなす塊状物は鎮静材と呼ばれており、このような鎮静材の例として、特許文献１～８に開示されている。

特開昭５４－３２１１６号公報特開平４－１８０５０７号公報特開平５－２８７３４７号公報特開平７－１４５４１７号公報特開平１１－５０１２４号公報特開２００８－２５５４４６号公報特開２００９－２７０１７８号公報特開２００９－２８７０５０号公報

一方、近年では、転炉の生産能力向上を目的に、中間排滓の時間を従来の３／４以下の排滓時間である４分以内に短くした高速排滓操業が行われている。このよう操業条件では、鉱滓鍋中に、粒鉄を多量に含むスラグが落下し、粒鉄中の炭素とスラグ中のＦｅＯとが反応することで、ＣＯガスが発生し、スラグフォーミングを促進することから、上述の特許文献１～８に記載の従来の鎮静材では、鉱滓鍋からのフォーミングスラグの流出を十分に抑制することができない。また、このような操業下において、スラグのフォーミングを抑制するためには、多量の鎮静材が添加し続ける必要があり、鎮静材のコストが高くなってしまう。

本発明は前述の問題点を鑑み、転炉から鉱滓鍋に排出されたスラグのフォーミングを効率良く迅速、かつ安価に鎮静化させるフォーミング鎮静材およびそれを用いたフォーミングの鎮静方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、スラグのフォーミングを鎮静するための重要な因子を検討した。その結果、鎮静材の添加によって得られるフォーミングの鎮静効果は、その鎮静材の高温化でのガス発生体積（Ｎｍ³／ｋｇ）と、その鎮静材の見掛け密度（ｋｇ／ｍ³）とが関係し、ガス発生体積および鎮静材の見掛け密度が所定の条件に制御するように設計することで、スラグのフォーミングを迅速に鎮静化するができることを見出した。

ここで、ガス発生体積を適正な条件に制御するためには、鎮静材に有機化合物が含まれるようにすること、見掛け密度を大きくするためには、鎮静材に無機材料が含まれるようにすることが重要である。そこで、本発明者らは鋭意検討し、有機化合物と無機材料との混合物からなる鎮静材が、完全燃焼した際のガス発生体積が、０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０Ｎｍ³／ｋｇ未満、かつ見掛け密度が１３００ｋｇ／ｍ³以上の鎮静材をフォーミングスラグに投入すれば、スラグのフォーミングを効率よく迅速、かつ安価に鎮静化するができることを見出した。

ここで、ガス発生体積とは、鎮静材がフォーミングしたスラグと接触して、完全燃焼した際の鎮静材１ｋｇ当たりに発生するガスの体積（Ｎｍ³／ｋｇ）であり、例えば、試料を酸素含有雰囲気で加熱し、発生したガスをバックで回収する方法によって測定することができ、その鎮静材の含有成分や組成を用いてガス発生体積を算出することもできる。また、見掛け密度とは、鎮静材が固体の場合はその成形物の内部に含まれる気孔の体積も含めた成形物の密度である。フォーミング鎮静材が、異なる材料からなる複数の固体からなる場合は、各個体の見掛け密度と割合を用いて、見掛け密度を平均化し、その値をフォーミングスラグの見掛け密度としてよい。また、本発明において、嵩密度とほとんど差がないことから、嵩密度としてもよい。見掛け密度は、例えば、ＪＩＳＺ８８０７：２０１２に記載の方法で測定することができる。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
（１）
鉱滓鍋に排滓されたスラグのフォーミングを鎮静させるためのフォーミング鎮静材であって、
有機化合物と、少なくとも１種類の無機材料との混合物であり、前記混合物を完全燃焼させた際に発生するガス発生体積をＶ _g ^T とした場合に、以下の（１）式および（２）式により算出されるガス発生体積Ｖ _g ^Tが０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０Ｎｍ³／ｋｇ未満あり、見掛け密度が２０００ｋｇ／ｍ³以上であることを特徴とするフォーミング鎮静材。
Ｖ _g ^T ＝Ｖ _g ^O ＋Ｖ _g ^I ₁ ＋Ｖ _g ^I ₂ ＋Ｖ _g ^I ₃ ＋・・・＋Ｖ _g ^I _n ・・・（１）
Ｖ _g ^O ＝２２．４・Ｗ _O ／１００・（ａ＋０．５・ｂ）／（１２・ａ＋ｂ＋１６・ｃ）
・・・（２）
ここで、Ｖ _g ^O は、前記混合物の中の前記有機化合物が完全燃焼した際に発生するガス発生体積（Ｎｍ ³ ／ｋｇ）を表し、Ｖ _g ^I ₁ 、Ｖ _g ^I ₂ 、Ｖ _g ^I ₃ 、・・・Ｖ _g ^I _n は、前記混合物にｎ種類の無機材料が含まれている場合に、それぞれの無機材料に含まれる水素が完全燃焼した際にそれぞれ発生するガス発生体積（Ｎｍ ³ ／ｋｇ）を表す。また、Ｗ _O は、前記フォーミング鎮静材中における有機化合物の割合（質量％）を表し、ａは前記有機化合物を代表する組成の化学式Ｃ _a Ｈ _b Ｏ _c 中の炭素原子の数の合計を表し、ｂは前記有機化合物を代表する組成の化学式Ｃ _a Ｈ _b Ｏ _c 中の水素原子の数の合計を表し、ｃは前記有機化合物の化学式Ｃ _a Ｈ _b Ｏ _c 中の酸素原子の数の合計を表す。

（２）
前記無機材料として、スラグ、ダスト、耐火物、およびコンクリートの中の１つ以上を含むことを特徴とする上記（１）に記載のフォーミング鎮静材。

（３）
上記（１）又は（２）に記載のフォーミング鎮静材を、鉱滓鍋に排滓されたフォーミングスラグに添加することを特徴とするフォーミングの鎮静方法。

本発明によれば、排滓中に発生するスラグのフォーミングを効率良く迅速に鎮静化させるフォーミング鎮静材およびそれを用いたフォーミングの鎮静方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係るフォーミング鎮静材は、有機化合物と、少なくとも一つの無機材料との混合物であり、完全燃焼させた際に発生するガスの体積Ｖｇ^T（Ｎｍ³／ｋｇ）が、０．４以上、２．０未満であり、その混合物の見掛け密度が１３００ｋｇ／ｍ³以上であることを特徴とする。

前述のように鎮静材は、フォーミングスラグ中でガス化する際の体積膨張エネルギーを利用して、泡沫層を破壊することが知られている。したがって、鎮静材のガス発生体積が大きいほど、体積膨張エネルギーが大きくなり、フォーミングスラグの泡沫層を破壊しやすくなると考えられる。一方で、本発明者らは、転炉から鉱滓鍋に排出されたスラグのフォーミングを抑制する場合、過剰にガス発生体積が大きい物質は、見掛け密度が小さくなり、フォーミングスラグ中に沈降できず、フォーミングスラグの表層で反応することから、明確な鎮静効果が得られないことも確認した。また、見掛け密度を高めてフォーミングスラグ中に沈降させたとしても、スラグの再フォーミングを引き起こす場合があり、排滓時間の延長を招くことを確認した。すなわち、転炉から鉱滓鍋に排出されたスラグのフォーミングを抑制する場合、鎮静材のガス発生体積を適正範囲に制御する必要があることを知見した。

ここで、鎮静材がガス化する際の実際のガス発生体積を正確に算出する方法が不明確であり、適正な組成の鎮静材を設計することは困難であった。その理由の一つは、フォーミングスラグ中において鎮静材がどのような条件で発生したガスであるかが、明確でないためである。これは、鎮静材が投入されるフォーミングスラグは、不活性なＣＯガスを含むスラグであり、このような不活性ガス雰囲気中に添加された鎮静材からのガス発生体積は、その鎮静材から発生したガスの分解反応の進行具合によって連続的に変化し、その特定が困難であるためと考えられる。

そこで、本発明者らは、フォーミングスラグ中に添加される鎮静材からのガス発生体積を明らかにする方法を鋭意検討した。その結果、フォーミングスラグから供給される酸素を考慮し、この酸素によって、鎮静材中の水素、炭素などが完全燃焼した際に発生するガス発生体積を求め、その完全燃焼した場合に発生するガス発生体積と、その鎮静材のスラグ鎮静効果とが、統計的に高い精度で相関関係があることを確認した。

このフォーミングスラグからの酸素供給を考慮するという視点は、ガス発生体積が高い材料を探索するうえで、極めて重要である。フォーミングスラグ中に供給された鎮静材が自身の熱分解によって発生したガスが、広範囲で溶融スラグと接触し、溶融スラグ中に含まれる低級酸化物であるＦｅＯ、ＭｎＯ等から瞬時に酸素が共有される。

ここで、ガス発生体積の算出方法について述べる。本実施形態に係るフォーミング鎮静材は、有機化合物と１種類以上の無機材料との混合物である。ここで、鎮静材からのガス発生体積は主に有機化合物からのガスの体積であるが、無機材料にもガス発生成分が含まれる場合がある。無機材料に含まれるガス発生成分は代表的には水素であり、水、水和物、水酸化物等に含まれる。これらもスラグ鎮静効果に効果的に作用する。そこで、本実施形態では、鎮静材にｎ種類の無機材料を含む場合に、それぞれに含まれる水素が完全燃焼した場合のそれぞれからのガス発生体積を合計することによって、鎮静材における完全燃焼した場合のガス発生体積（Ｎｍ³／ｋｇ）を計算することができる。

すなわち、完全燃焼した場合の有機化合物からのガス発生体積をＶ_g ^O（Ｎｍ³／ｋｇ）、ｎ種類のそれぞれの無機材料に含まれる水素が完全燃焼した場合のガス発生体積をそれぞれＶ_g ^I ₁、Ｖ_g ^I ₂、Ｖ_g ^I ₃、・・Ｖ_g ^I _n（Ｎｍ³／ｋｇ）とした場合に、鎮静材からのガス発生体積Ｖ_g ^T（Ｎｍ³／ｋｇ）は、以下の（１）式によって求めることができる。
Ｖ_g ^T＝Ｖ_g ^O＋Ｖ_g ^I ₁＋Ｖ_g ^I ₂＋Ｖ_g ^I ₃＋・・・＋Ｖ_g ^I _n）・・・（１）

また、有機化合物の化学式をＣ_aＨ_bＯ_c（高分子化合物の場合は括弧内）とした場合に、完全燃焼した場合の有機化合物からのガス発生体積Ｖ_g ⁰は以下の（２）式から計算することができる。
Ｖ_g ^O＝２２．４・Ｗ_O／１００・(ａ＋０．５・ｂ)／(１２・ａ＋ｂ＋１６・ｃ）
・・・（２）

ここで、Ｗ_Oは、鎮静材中の有機化合物の割合（質量％）を表す。また、ａは有機化合物の化学式中の炭素原子の数の合計を表し、ｂは有機化合物の化学式中の水素原子の数の合計を表し、ｃは有機化合物の化学式中の酸素原子の数の合計を表す。なお、酸素を含まない有機化合物の場合はｃ＝０とする。例えば、有機化合物としてセルロース（Ｃ₆Ｈ₁₀Ｏ₅）_nを５０質量％含有する鎮静材においては、完全燃焼した場合のセルロースからのガス発生体積Ｖ_g ^Oは、０．８Ｎｍ³／ｋｇと計算することができる。

なお、鎮静材の中に複数種の有機化合物が含まれる場合は、すべての有機化合物の種類や組成の同定、定量、推定が難しい場合もあることから、その鎮静材中に含まれている代表的な１つの有機化合物の化学式を用い、さらにＷ_oには鎮静材中の複数種の有機化合物の合計の割合を用いることにより、有機化合物からのガス発生体積Ｖ_g ^Oを算出するものとする。ここで代表的な有機化合物を定義する基準として、例えば最も割合（質量％）が高く、かつ複数種類の有機化合物の合計に対して２５質量％以上を占める場合に、代表的な有機化合物とみなす。一方で、鎮静材の中に複数種の有機化合物が含まれ、それぞれの有機化合物を特定できる場合は、各有機化合物について（１）式を用いて各有機化合物からのガス発生体積を求め、その総和を鎮静材に含まれる有機化合物からのガス発生体積Ｖ_g ^Oとして計算してもよい。

また、有機化合物の主要組成が不明な場合は、以下の手順によって化学式Ｃ_aＨ_bＯ_cを推定し、ａ，ｂ，ｃを求めてもよい。例えば、燃焼管中において、完全燃焼を助ける酸化剤ＣｕＯとともに前記有機化合物の試料を燃焼させ、続く２個のＵ字管内うち、塩化カルシウム管でＨ₂Ｏを、ソーダ石灰管でＣＯ₂を吸収する装置を用い、吸収したＨ₂Ｏ、ＣＯ₂の質量を求める。このとき、Ｏだけ直接定量せずに試料の質量からＯ以外のすべての元素の質量を引いて求め、それぞれ各元素の質量［ｇ］をそれぞれの原子量で割ることにより、各元素のモル比が求められる。そして、各元素の物質量の比は原子数の比を表しているので、その最も簡単な整数比を求めて有機化合物を代表する組成式とすることにより化学式中のａ，ｂ，ｃを求めることができる。また、核磁気共鳴法、質量分析法、赤外分光法や紫外可視分光法などの物理的手法により得られたスペクトルデータを解析して化学式を求めてもよい。

一方、無機材料に含まれる水素が完全燃焼した場合のガス発生体積は、昇温離脱法、熱伝導度法によって測定することが出来る。また含まれている物質が水や水和物等である場合、JIS K 0068 : 2001に規定されている方法でカールフィッシャー法等によって測定することができる。

次に、本実施形態に係るフォーミング鎮静材に含まれる有機化合物および無機材料について説明する。上述したように本実施形態においては、（２）式を用いて算出されるガス発生体積に基づき、完全燃焼した場合の鎮静材からのガス発生体積Ｖ_g ^Tが０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０未満となるような有機化合物が選択される。（２）式からわかるとおり、化学式において、水素が多い方が好ましく、酸素が少ない方が、ガス発生体積が多くなりやすい。また、鎮静材を安価に製造する観点としては、ＰＥＴボトルや廃棄プラスチックなど、リサイクル可能な廃棄物を用いることが好ましい。

また、本実施形態に係る鎮静材に含まれる無機材料は主に不燃物であり、その鎮静材の見かけ密度が１３００ｋｇ／ｍ³以上となるように配合することができる物質であれば、特に、その種類に限定されない。ただし、鎮静材を安価に製造する視点では、スラグ、ダスト、コンクリート、耐火物等、製鉄所内で安価に入手できる廃棄物または副産物であることが好ましい。ここで、耐火物とは、製銑、製鋼プロセス、圧延プロセス等、種々のプロセスで発生する煉瓦などの複合無機材料の廃棄物であり、コンクリートは解体工事などの際に発生する複合無機材料の廃棄物である。また、スラグは、製銑または製鋼プロセスで生成され、様々な酸化物を含む複合無機材料の副産物であり、ダストはフィルタ等に付着した様々な物質を含む複合無機材料の副産物である。

これらの廃棄物または副産物の一部は、所内リサイクルや、路盤材等に活用できるものの、その需要量は発生量に対して少なく、残りの大部分が多額の費用をかけて埋め立て処分されている。したがって、これらをフォーミング鎮静材として活用できれば、原料コストおよび処分コストを低く抑えることができる。例えば、耐火物は、劣化や損耗等が原因で解体した耐火物を回収し、そこから破砕・磁選を行うことで容易に得ることができる。また、所内工事の際に発生するコンクリートも再利用が困難なものが多く、本鎮静材に混合して再利用することができることを確認した。これらは、比較的密度が大きく、見掛け密度を高めるうえで効果的である。また、これらはその組成によらず使用することが可能である。これはその密度の組成依存性が小さいためである。また、無機材料は１種類のみならず、２種類以上混合してもよい。

次に、上述の有機化合物および無機材料の混合物からなるフォーミング鎮静材の条件について説明する。上述したように、フォーミングの鎮静効果を得るためには、鎮静材が上記有機化合物および無機材料との混合物であり、完全燃焼させた際に発生するガスの体積Ｖ_g ^Tが、０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０Ｎｍ³／ｋｇ未満であることが必要である。完全燃焼させた際に発生するガスの体積Ｖ_g ^Tが、０．４Ｎｍ³／ｋｇ未満であると、体積膨張エネルギーが不足してフォーミングスラグの泡沫層を十分に破壊できないからである。また、完全燃焼させた際に発生するガスの体積Ｖ_g ^Tが２．０Ｎｍ³／ｋｇ以上の場合、体積膨張エネルギーが多く、一旦はフォーミングスラグが鎮静するものの、その後速やかに、再フォーミングが起こり、結果的に、中間排滓時間の延長を招く。これは、鉱滓鍋中にスラグとともに排出された溶銑及びスラグ中に含まれる粒鉄と、鉱滓鍋中のスラグとが、発生したが量のガスによって激しく撹拌され、溶銑及び粒鉄中の炭素と、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯの成分とが反応し、ＣＯガスの発生速度を高めることが原因と考えられる。好ましくは、Ｖ_g ^Tが１．０Ｎｍ³／ｋｇ未満である。

ただし、本発明者らは、鎮静材のガス発生体積を適正に制御したとしても、その見掛け密度が低ければ、十分な鎮静効果が得られないことを知見した。すなわち、その鎮静材のガス発生体積を、０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０Ｎｍ³／ｋｇ未満としたうえで、見掛け密度をある値以上に高める必要がある。これは、転炉内で高温となったフォーミングスラグが、常温の鉱滓鍋に排出されるとフォーミングスラグが冷却され、固化した高密度のスラグ層がフォーミングスラグの表層を覆うこと、また、冷却によってフォーミングスラグの粘度が増加することから、鎮静材の沈降速度を高めるためには、見掛け密度を高める必要があるためである。

本実施形態においては、鎮静材の見かけ密度を１３００ｋｇ／ｍ³以上とすることで、中間排滓中において、鉱滓鍋内のフォーミングスラグを迅速に鎮静化できる。好ましくは見掛け密度が１８００ｋｇ／ｍ³以上であり、より好ましくは２０００ｋｇ／ｍ³以上である。一般的に、燃焼してガス化する有機化合物の密度は小さいため、鎮静材の見掛け密度は、有機化合物の割合が多くなると小さくなりやすい。そのため、有機化合物とともに混合する無機材料は、比較的見掛け密度が高い材料であることが好ましい。

また、鎮静材の粒度について、鎮静材を麻袋やビニール袋等の容器に入れず、直接フォーミングスラグに添加する場合は、粒径が５ｍｍ以上の割合が５０質量％以上とすることが好ましい。粒径が５ｍｍ以上の割合を５０質量％とすることにより、フォーミングスラグから噴出するガス等による鎮静材の飛散を抑制するとともに、スラグのより深部まで到達できる割合が上昇し、より高い鎮静効果が得られる。より好ましくは、粒径が５ｍｍ以上の割合を６０質量％以上とする。また、粒径の大きいものの割合が大きすぎると、フォーミングスラグ中でその鎮静材の反応に要する時間が長くなり、フォーミングスラグを効率的に鎮静できないため、粒径が６０ｍｍ以下の割合を５０質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは、６０質量％以上とする。

また、鎮静材を麻袋やビニール袋等の容器に入れて添加する場合は、フォーミングスラグ中に鎮静材が到達するまでにおける鎮静材の飛散リスクが小さいため、細かい粒径のものが含まれても良いが、粒径が１ｍｍ以上の割合が５０質量％以上とすることが好ましい。また、粒径が６０ｍｍ以下の割合を５０質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは、６０質量％以上とする。ここで、上述した粒径、およびその分布は、例えば、ＪＩＳＺ８８０１等の篩を用いて測定することができる。

以上のように、完全燃焼させた際に発生するガスの体積Ｖ_g ^Tが０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０Ｎｍ³／ｋｇ未満で、かつ見掛け密度が１３００ｋｇ／ｍ³以上とするために、有機化合物に対してスラグ、ダスト、耐火物またはコンクリートを２０～９５質量％程度混合することにより、フォーミングの鎮静効果が高位に維持できる。なお、上述の有機化合物と無機材料とが接着している状態で混合されていることが好ましく、その際、セメント等の結合剤により接着させる方法、粉末状にした材料を圧着する方法、材料どうしを融着させる方法などがある。また、容器内に有機化合物とその他の無機材料とを入れた状態で鎮静材として使用してもよい。

次に、上述の鎮静材を用いたスラグのフォーミング鎮静方法について詳細に説明する。本実施形態として中間排滓操業中における鉱滓鍋内のフォーミングスラグを例に説明するが、他の精錬容器での操業においても適応できる。また、スラグの温度に限定されない。

鎮静材の鉱滓鍋への添加は、例えば、その鉱滓鍋に近傍に敷設されたホッパーを介して行われる。このホッパーは、鎮静材を貯蓄したバンカーにつながっており、作業者によって設定された、任意の量の鎮静材を添加することが可能である。鎮静材を添加するタイミングとしては、鉱滓鍋でフォーミングしたスラグがその精錬炉の高さ方向の４／５程度の高さに到達した場合に、後述する材料の鎮静材を添加することが好ましい。このスラグ高さに関して、鉱滓鍋内のビデオ観察や目視による判断で添加してよい。転炉内に添加する場合は、例えば、ランスの振動情報、μ波を用いて計測する方法、炉内の音響レベルから予測する方法などがある。

なお、そのスラグ高さが鉱滓鍋の高さ方向の４／５の高さより低い条件で鎮静材を添加してもよいが、スラグが十分にフォーミングしておらず、鎮静材の鎮静効果が低下して必要な鎮静材量が多くなる場合がある。一方で、そのスラグ高さが精錬炉の高さ方向の４／５以上の高さに到達すると、その後フォーミングによって鉱滓鍋からスラグが流出する場合がある。フォーミングによってスラグが鉱滓鍋から流出した後に前述の鎮静材を添加した場合においても、その効果は発現する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

３００t規模の転炉に２５０tの溶銑を装入し、副原料を添加して脱燐処理を行った後に、転炉を傾動して、転炉内のフォーミングスラグを１０ｔ程度、炉外の鉱滓鍋に排滓した。このときのスラグ温度は１３００～１４５０℃であり、スラグ組成は、ＣａＯ＝３０～４０質量％、ＳｉＯ₂＝２０～３５質量％、Ｔ．Ｆｅ＝１０～２０質量％、ＭｇＯ＝５～１０質量％、ＭｎＯ＝５～１０質量％、Ｐ₂Ｏ₅＝２～５質量％、Ａｌ₂Ｏ₃＝０～５質量％であった。

その際、表１に示す条件で有機化合物と無機材料とを混合した鎮静材を排滓開始後の鉱滓鍋中のフォーミングスラグに２０ｋｇ／ｍｉｎのペースで、鉱滓鍋内のスラグに投入し、転炉からの排滓が終了するまでの排滓時間を調査した。ここで、排滓時間とは、転炉が中間排滓のために炉傾動を開始し、さらに排滓完了後、転炉を復炉するまでの時間である。フォーミング鎮静が不十分な場合には、スラグの流出を防止するために転炉からの排滓を一時中断するため、その分、排滓時間が長くなる。つまり、排滓時間が短いほど、鉱滓鍋内のフォーミングの鎮静効果が大きいことを示す。鎮静材の投入方法は、袋詰めした鎮静材を作業者が鉱滓鍋内のフォーミングスラグの中央部に直接手投げして添加した。

ここで、各試料は、表１中の有機化合物と無機材料とを所定の割合で混合し、１袋５ｋｇのビニール製の容器に入れたものとした。表１中の有機化合物として成形加工したＰＥＴボトル、ポリエチレン樹脂、石鹸を用いた。なお、これらに含まれる代表的な有機化合物は、それぞれポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、石鹸であり、代表的な有機化合物の化学式を用いてガス発生体積Ｖ_g ^Oを計算した。

また、無機材料として、スラグ、耐火物、ダスト、コンクリートを用い、これらに含まれる水分量をそれぞれ測定してガス発生体積Ｖ_g ^I ₁～Ｖ_g ^I ₄を算出した。表１中のＶ_g ^Tは、各試料のガス発生体積の総和である。見掛け密度は、ＪＩＳＺ８８０７：２０１２に記載の方法で測定した。

脱燐吹錬終了後に測定した溶銑温度は、１３３０～１３８０℃であり、スラグ組成は、ＣａＯ＝３０～４０質量％、ＳｉＯ₂＝２０～３５質量％、Ｔ．Ｆｅ＝１０～２０質量％、ＭｇＯ＝５～１０質量％、ＭｎＯ＝５～１０質量％、Ｐ₂Ｏ₅＝２～５質量％、Ａｌ₂Ｏ₃＝０～５質量％であった。

なお、表１中のスラグは、転炉工程で発生した製鋼スラグを用い、耐火物は、タンディッシュ、高炉樋、転炉炉体、ＫＲ（Kanbara Reactor）のインペラー、ＲＨ型真空脱ガス装置等の装置から発生した耐火物の粉とスラグ粉との混合物を用いた。また、ダストは、焼結、高炉、製鋼工程で発生した集塵ダストを用い、コンクリートは、建築廃材として発生したコンクリートガラを用いた。これら無機材料、および有機化合物の粒径は、いずれも粒径が５ｍｍ以上の割合が５０質量％のものを使用した。なお、Ｎｏ．１５の鎮静材Ｏは、製紙廃材成形品であり、製紙廃材：５０質量％、製鋼スラグ：５０質量％、を混合して、直径５０ｍｍ程度、高さ５０ｍｍ程度の円柱状に塊状化した成形物である。また、Ｎｏ．１６の鎮静材Ｐは、製紙廃材と、製鋼スラグを其々、製紙廃材：１０質量％、製鋼スラグ：９０質量％の割合で袋詰めしたものである。

表１中に示したように、Ｎｏ．１～Ｎｏ．１２のガス発生体積Ｖ_g ^Tは０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０Ｎｍ³／ｋｇ未満であり、見掛け密度は１３００ｋｇ／ｍ³以上であった。また、Ｎｏ．１３、Ｎｏ．１５の見掛け密度は、１３００ｋｇ／ｍ³未満であり、Ｎｏ．１４のガス発生体積Ｖ_g ^Tは２．０Ｎｍ³／ｋｇ以上、Ｎｏ．１６のガス発生体積Ｖ_g ^Tは０．４Ｎｍ³／ｋｇ未満であった。

表１中の発明例であるＮｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．６～Ｎｏ．８、Ｎｏ．１２は、比較例のＮｏ．１３～Ｎｏ．１６に対して排滓時間が短く、高いスラグ鎮静効果を示した。これは、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．６～Ｎｏ．８、Ｎｏ．１２のガス発生体積Ｖ_g ^Tは０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０Ｎｍ³／ｋｇ未満であり、見掛け密度は２０００ｋｇ／ｍ³以上であり、鎮静材がフォーミングスラグ中に沈降し、スラグの再フォーミングを引き起こさない、適正なガス発生体積Ｖ_g ^Tに制御したことで、鎮静材が迅速かつ、効率的に反応したためと考えられる。また、発明例であるＮｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．６～Ｎｏ．８、Ｎｏ．１２は、参考例のＮｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．９～Ｎｏ．１１に対して排滓時間が短かった。これは、発明例Ｎｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．６～Ｎｏ．８、Ｎｏ．１２は見掛け密度が２０００ｋｇ／ｍ³以上であったことから、フォーミングスラグのより深部まで沈降して反応したためと考えられる。

Claims

鉱滓鍋に排滓されたスラグのフォーミングを鎮静させるためのフォーミング鎮静材であって、
有機化合物と、少なくとも１種類の無機材料との混合物であり、前記混合物を完全燃焼させた際に発生するガス発生体積をＶ _g ^T とした場合に、以下の（１）式および（２）式により算出されるガス発生体積Ｖ _g ^Tが０．４Ｎｍ³／ｋｇ以上、２．０Ｎｍ³／ｋｇ未満あり、見掛け密度が２０００ｋｇ／ｍ³以上であることを特徴とするフォーミング鎮静材。
Ｖ _g ^T ＝Ｖ _g ^O ＋Ｖ _g ^I ₁ ＋Ｖ _g ^I ₂ ＋Ｖ _g ^I ₃ ＋・・・＋Ｖ _g ^I _n ・・・（１）
Ｖ _g ^O ＝２２．４・Ｗ _O ／１００・（ａ＋０．５・ｂ）／（１２・ａ＋ｂ＋１６・ｃ）
・・・（２）
ここで、Ｖ _g ^O は、前記混合物の中の前記有機化合物が完全燃焼した際に発生するガス発生体積（Ｎｍ ³ ／ｋｇ）を表し、Ｖ _g ^I ₁ 、Ｖ _g ^I ₂ 、Ｖ _g ^I ₃ 、・・・Ｖ _g ^I _n は、前記混合物にｎ種類の無機材料が含まれている場合に、それぞれの無機材料に含まれる水素が完全燃焼した際にそれぞれ発生するガス発生体積（Ｎｍ ³ ／ｋｇ）を表す。また、Ｗ _O は、前記フォーミング鎮静材中における有機化合物の割合（質量％）を表し、ａは前記有機化合物を代表する組成の化学式Ｃ _a Ｈ _b Ｏ _c 中の炭素原子の数の合計を表し、ｂは前記有機化合物を代表する組成の化学式Ｃ _a Ｈ _b Ｏ _c 中の水素原子の数の合計を表し、ｃは前記有機化合物の化学式Ｃ _a Ｈ _b Ｏ _c 中の酸素原子の数の合計を表す。
前記無機材料として、スラグ、ダスト、耐火物、およびコンクリートの中の１つ以上を含むことを特徴とする請求項１に記載のフォーミング鎮静材。
請求項１又は２に記載のフォーミング鎮静材を、鉱滓鍋に排滓されたフォーミングスラグに添加することを特徴とするフォーミングの鎮静方法。