JPH1171611A - 金属精錬用石灰系フラックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍石を添加することなく、フラックスインジ
ェクション時の溶湯攪拌作用を高めて滓化性の向上を図
り、さらには溶融スラグにはふっ素や未滓化石灰が可及
的に含まれず燐酸・カリ肥料としてやセメント・路盤材
の原料に好適となる利用可能な良質のスラグを生成でき
るようにすること。 【解決手段】 粉状の生石灰を含んでいる石灰系フラッ
クスに、粉状の水酸化カルシウムを添加しておく。もし
くは石灰系フラックスの大部分を水酸化カルシウムとし
ておく。これらは必要に応じて塊状にされたりもする。
これを金属精錬炉における溶湯内に供給し、水酸化カル
シウムを溶湯内で比表面積の大きい生石灰に分解する。
分解の際に生じる僅かな水蒸気爆裂を意図的に誘発さ
せ、キャリアガスと共に溶湯とフラックスの接触を促
し、溶融金属中の硫黄分や燐酸分等と反応して溶融スラ
グの生成を促進させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属精錬用石灰系フ
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，脱硫や脱珪等をして金属介在物
のスラグ化を助長し、またフラックスの滓化性を高める
蛍石の多量な添加を回避して生成スラグの利用の途を拡
大できるようにした石灰系のフラックスに関するもので
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、溶湯の溶精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（主として生石灰ＣａＯ）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最近少なくなり、石灰
系フラックスが急速に脚光を浴びるようになってきてい
る。

【０００４】ところで、ランスから吹き込まれる石灰系
フラックスは細かいほど反応性が高く、例えば３００メ
ッシュといったものが好適である。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。一方、石灰は
もともと融点が高く（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
化物を煤溶剤として添加し融点を降下させ、石灰粉の周
辺に２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ の膜を形成させないようにする
こと、人工鋼滓をつくることなどが挙げられる。

【０００５】上記した蛍石ＣａＦ₂ は、製鋼作業などに
おいて製品中に不純物が入らないように不純物と化合す
る溶剤として鉱滓の分離を促したり、脱燐脱硫させるな
どするうえで重要な原料であり、とりわけ、製鋼作業に
おいて消費される割合が大きい。この蛍石などのふっ化
物を石灰系フラックスに添加しておくと、造滓時の石灰
系フラックスの融点を実質的に下げる効果があることも
よく知られている。これは、ＣａＯの溶融スラグへの溶
解メカニズムにおいて、ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 系スラグで生
成される化合物相２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ が、融点の低い蛍
石の溶融によって生じるぬれ層を通して滓化されやすく
なるからと言われている。

【０００６】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１，２０
０℃で焼成してつくることができる（後述する図３中の
Ｅの部分以降を参照）。これは圧縮強度が高くて衝撃に
強く、輸送や炉への投入の際の取り扱いが容易である。
反面、石灰石を焼成するときには大量の炭酸ガスが発生
すること、焼成や假焼温度が高く燃料消費量の増大を招
くこと、假焼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。

【０００７】そこで、石灰系フラックスを製造しなけれ
ばならない場合には、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の節減を図ること
が望まれる。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４−１４
９０４５号公報に記載されている。

【０００８】ところで、脱燐脱硫のためのＣａＯ系フラ
ックスは、生石灰ＣａＯ，マグネシアＭｇＯ，ドロマイ
トを主体としている。そして、脱燐する場合にはＰ₂ Ｏ
₅ をつくり、溶滓中のＣａＯとの結びつきを安定させる
ため酸素増加材としての気体酸素または酸化鉄が少量添
加される。これは以下の式によって示される。 ２Ｐ＋５Ｏ＋ｎ（ＣａＯ）─→（ｎＣａＯ・Ｐ₂ Ｏ₅ ） ２Ｐ＋５ＦｅＯ＋ｎ（ＣａＯ）─→（ｎＣａＯ・Ｐ₂ Ｏ
₅ ）＋５Ｆｅ なお、式中の下線を施したものは、溶湯中に存在してい
ることを表している。

【０００９】さらに、滓化促進のため、前述したごとく
蛍石ＣａＦ₂ が加えられる。また、脱硫する場合には、
ＣａＯ，ＭｇＯ，ドロマイトを主体にしているが、これ
に炭素Ｃ，アルミ灰（アルミナＡｌ₂ Ｏ₃ と若干の金属
Ａｌを含有している），ＣａＦ₂ が添加される。これは
以下の式によって示される。 ３（ＣａＯ）＋３Ｓ─→３（ＣａＳ）＋３Ｏ ２Ａｌ＋３Ｏ ─→（Ａｌ₂ Ｏ₃ ） 式中の下線を施されたものは、溶湯中に存在しているこ
とを表している。ちなみに、上記各式の右辺に記載され
たものは、下線の施されたものを除きスラグと化すもの
である。

【００１０】このように溶湯をＡｌで脱酸した場合、基
本的にはＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 系スラグを生成する。この
ＣａＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃ 系スラグは脱硫能力と脱酸能力が高
く、それゆえ、このカルシウムアルミネートは溶湯の二
次精錬におけるフラックスとしても注目されているほど
である。とりわけ、１２ＣａＯ・７Ａｌ₂ Ｏ₃ は溶融点
が１，３８５℃であり、スラグの低融点化を促進する。

【００１１】しかし、以上述べたいずれの方法において
も滓化が充分に促進されず、結局はフラックスが過剰に
使用されることになる。表１はのろ畑から採取した脱燐
脱硫スラグにおける概略組成の一例である。これから分
かるように、遊離石灰（フリーライム）が十数％にも及
んでいる。

【表１】

【００１２】上記したように未反応石灰が脱燐脱硫スラ
グに残存していると、このスラグから路盤材を製造して
も、時間の経過と共に残存遊離石灰ＣａＯがフケるなど
して路盤材としての資質が低下する欠点がある。

【００１３】最近では、炭酸化や塩害、アルカリシリカ
反応等によるコンクリート構造物の劣化も問題となって
いる。また、石油等の燃焼に伴って硫黄酸化物や窒素酸
化物が大気中に放散され、ｐＨが４．７程度の酸性雨が
降ると、コンクリート打ち放し面での劣化も甚だしくな
る。

【００１４】一方、滓化促進のため前記した蛍石を使用
した場合、不活性ガスを除いた全ての元素と化合物をつ
くる反応性に富んだふっ素がスラグに残存することにな
る。したがって、燐があるにもかかわらずふっ素の存在
によって肥料として使用することもできず、埋立地等に
投棄せざるを得ないことが多い。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フラックス
に使用される生石灰は、水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ)₂
を脱水して製造することもできる。水酸化カルシウムは
脱水すると極めて反応性が高いが、これは比表面積が大
きくなっているからである（後述する図３中のＤの部分
以降を参照）。なお、この製法によれば、石灰石を假焼
する場合よりも低い温度で生石灰を得ることができる利
点がある。これは、図３中のＤの部分がＥの部分よりも
温度の低いことで裏づけられる。この図によれば、前者
の比表面積は後者のそれより数段大きいことも分かる。

【００１６】しかし、金属精錬における粉状フラックス
として利用できるかどうかの実証研究は進んでいない。
これは、水酸化カルシウムのＯＨ基による水蒸気爆裂の
おそれが懸念され、石灰系フラックスへの転化はほとん
ど試みられていないのが実情であるからである。そし
て、水酸化カルシウムが微細な粉体であって假焼する場
合の取り扱いが厄介であること、假焼した場合にますま
す粉化して、塊状フラックスとしての固形化が困難であ
るということも原因している。

【００１７】ところで、特開平６−１５７０８５号公報
には、水酸化カルシウムに粉砕されたＣａＯを５重量％
ないし４０重量％混合して造粒し、これを假焼して金属
精錬用造粒生石灰を製造する方法が記載されている。ま
た、特開平７−６２４２０号公報には、水酸化アルミニ
ウムの粉末を７０重量％ないし２０重量％とし、それに
３０重量％ないし８０重量％の水酸化カルシウム粉末を
混合して造粒し、これを假焼して金属精錬用石灰系フラ
ックスを製造する方法が記載されている。

【００１８】いずれの石灰系フラックスにおいても生石
灰に水酸化カルシウムが混入され、水酸化カルシウムの
利用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、製造の際に炭酸ガスの発生を少なくして環境保
全に寄与することができる。また、石灰石を主原料とし
て假焼する塊状石灰系フラックスの製造法に比べると低
い７００℃ないし１，０００℃での假焼が可能であり、
燃料原単位を低減すると共に、動力消費の激しい粉砕工
程などが少なくエネルギ消費の節減も実現される。

【００１９】さらには、蛍石を添加して滓化性を向上さ
せるべく融点の低い石灰系フラックスを製造するに際
し、蛍石の反応を抑制して焼成炉耐火壁の損傷を可及的
に軽減でき、焼成温度の上昇を抑えて燃料消費を少なく
し安価な石灰系フラックスを得ることができる。

【００２０】しかしながら、上記したいずれの公報に記
載された例においても、假焼することにより水酸化カル
シウムの略全てを生石灰化させた５ｍｍないし２０ｍｍ
の粒状となっている。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
ければならないという欠点がある。

【００２１】ところで、図３は‘Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ’（応用化学ジ
ャーナル）１９５８年１２月８日発行の第７９４頁に記
載されている「種々の温度で５時間加熱した水酸化カル
シウム，炭酸カルシウムのサンプル」を表したＦｉｇ．
１の（ｂ）を転記したものである。

【００２２】これは、大気中で加熱した温度に対して生
じる比表面積（ｍ² ／ｇ）の変化を表している。Ａの部
分はＣａ（ＯＨ）₂ の状態にあり、Ｄの部分以降はＣａ
（ＯＨ）₂ からＣａＯに分解されていることを示し、Ｂ
の部分はＣａＣＯ₃ の状態にあり、Ｅの部分以降はＣａ
ＣＯ₃ からＣａＯになっていることを表している。

【００２３】これから分かるように、前記した特開平６
−１５７０８５号公報や特開平７−６２４２０号公報に
開示された技術においては、フラックスの一部をなす水
酸化カルシウムが７００℃ないし１，０００℃での假焼
されるので、ＣａＣＯ₃ を假焼した場合と同様に、焼き
しめられてその比表面積は１３ｍ² ／ｇ以下といったよ
うに低くなっている。

【００２４】図３から見ても假焼すると最大の比表面積
が得られなく従って滓化性が低くなるにもかかわらずこ
のような温度で加熱しているのは、フラックスを緻密化
させて上記したごとく圧縮強度を上げ、取り扱いを容易
にしておくことができるようにするためである。

【００２５】それに加えて、フラックス中にＣａ（Ｏ
Ｈ）₂ が残存すると、溶湯中で Ｃａ（ＯＨ）₂ →Ｃａ
Ｏ＋Ｈ₂ Ｏ の反応によってＨ₂ Ｏが生成され、これに
基づく水蒸気爆裂を回避する意図にもよる。また、Ｈ₂
Ｏが分解されて水素が溶湯に混じると、製品としての鋼
材等に水素脆性をきたすおそれがあるからでもある。

【００２６】本発明は上記の問題に鑑みなされたもの
で、その目的は、水酸化カルシウム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
の際に炭酸ガスの発生が少なく環境保全に寄与できるこ
と、石灰系フラックスの製造にあたり假焼工程さらには
動力消費の激しい粉砕工程など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、さらには蛍石を添加することなく、フラックス
インジェクション時の溶湯攪拌作用を高めて滓化性の向
上を図ることである。

【００２７】加えて、溶融スラグにはふっ素が含まれず
セメント原料や燐酸・カリ肥料などとして利用可能な良
質のスラグを生成できるようにすること、産業廃棄物の
利用の途を開き、天然資源である石灰石の消費量を少な
くすることを実現した金属精錬用石灰系フラックスを提
供することである。

【００２８】なお、滓化作用をさせるフラックスは多孔
質、すなわち比表面積の大きいことが望ましいことは上
で述べたとおりで、多孔質なフラックスの各孔に燐やサ
ルファ分が進入し、前記した脱燐脱硫反応が促進される
からである。したがって、図３から分かるように、水酸
化カルシウムから生成されたばかりの比表面積の大きい
ＣａＯをフラックスとして使用すれば、滓化反応性が極
めて優れたものとなること、Ｃａ（ＯＨ）₂ の分解によ
る溶湯内での水蒸気爆裂は、溶湯への供給要領によって
は回避できること、溶湯に水素に混じっていても、その
後の精錬操作において現在は完全に水素を除去すること
ができる技術水準に達していることといった知見に基づ
いて本発明はなされたものである。

【００２９】

【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、石灰系フラックスを粉状の水酸化カルシウムＣａ
（ＯＨ）₂ としたことである。

【００３０】上記の粉状石灰系フラックスに粉状の生石
灰ＣａＯを混合しておいてもよい。そして、いずれのフ
ラックスにも蛍石，アルミ灰，ドロマイト，炭素，カリ
鉱物もしくはＭｇＯを含めておいたり、微粉スケールま
たは酸化鉄を混入させておくことができる。

【００３１】石灰系フラックスとして、粉状の水酸化カ
ルシウムＣａ（ＯＨ）₂ を造粒した粒状体もしくは塊状
体とし、これを假焼しないでおくことである。

【００３２】上記の造粒フラックスには、造粒前に予め
粉状の生石灰ＣａＯを混合しておいてもよい。そしてい
ずれのフラックスにも蛍石，アルミ灰，ドロマイト，炭
素，カリ鉱物もしくはＭｇＯを含めておいたり、微粉ス
ケールまたは酸化鉄を混入させておくことができる。

【００３３】造粒フラックスは、造粒後に自然養生する
か、造粒後に軟焼しておくことが好ましい。

【００３４】石灰系フラックスは粉状・造粒にかかわら
ず、水酸化カルシウムとしてカーバイドスラグを使用す
ることもできる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、水酸化カルシウムを假
焼することなく主原料として石灰系フラックスに適用す
ることができる。水酸化カルシウムを假焼するためのエ
ネルギ消費はなく、比表面積の大きい高活性度の生石灰
を溶湯熱によって自動的に得ることができる。生石灰の
使用量を抑制できるので、ＣａＣＯ₃ を焼成するための
エネルギ消費を低減できるだけでなく、焼成時に原料か
ら発生する炭酸ガス量も少なくなる。

【００３６】石灰系フラックスを溶湯中にインジェクシ
ョンしたとき、溶湯の熱によって５００℃前後に達した
微細な水酸化カルシウムは比表面積の大きい活性化石灰
となり、その滓化性が著しく改善される。加えて溶湯中
で水酸化カルシウムから生じる水蒸気により軽微な爆裂
が誘発され、キャリアガスによる溶湯の攪拌作用を増強
し、石灰系フラックスの分散性を上げることができる。
これによっても精錬中の溶湯とフラックスとの接触効率
が向上して脱燐脱硫作用が促進される。したがって、遊
離石灰の少ないスラグが生成されると共に、金属材中の
不純物元素を低減するように溶湯の介在物形態をも制御
することができる。

【００３７】上記の粉状石灰系フラックスに粉状の生石
灰ＣａＯを混合しておく場合も同様である。なお、いず
れのフラックスにも蛍石，アルミ灰，ドロマイト，炭
素，カリ鉱物もしくはＭｇＯを含めておけば脱硫作用を
高めることができる。微粉スケールまたは酸化鉄を含め
れば脱燐効果を上げることができる。

【００３８】石灰系フラックスとして、粉状の水酸化カ
ルシウムＣａ（ＯＨ）₂ を造粒した粒状体もしくは塊状
体とし、これを假焼しないでおくことにしても、粉状フ
ラックスと同様の滓化性を発揮させることができると共
に、有形化による取扱性がよくなる。

【００３９】上記の造粒フラックスに造粒前に予め粉状
の生石灰ＣａＯを混合しておく場合や、蛍石，アルミ
灰，ドロマイト，炭素，カリ鉱物もしくはＭｇＯを含め
ておいたり、微粉スケールまたは酸化鉄を添加しておい
たりすれば、脱硫・脱燐作用を発揮させることができ
る。

【００４０】造粒フラックスは、造粒後に自然養生して
おけば、造粒物の表面にＣａＣＯ₃が、造粒後に軟焼し
ておくと表面にＣａＯが生成されて、保形性が高くな
る。

【００４１】水酸化カルシウムとしてカーバイドスラグ
を使用すれば、産業廃棄物の利用の途も開かれ、天然資
源の有効な利用や資源のリサイクルが可能となる。そし
て、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、また、焼成時の石灰石からの炭酸ガスの発生量
が少なくなり、環境保全にも寄与する。

【００４２】いずれの石灰系フラックスを金属精錬に使
用しても、それによって得られたスラグを原料として良
質のセメントや燐酸・カリ肥料が得られ、また路盤材と
することができる。本発明に係る石灰系フラックスは遊
離石灰が可及的に低減されることから、生成されたスラ
グをセメント原料として採用しても耐アルカリシリカ反
応性や耐酸性に優れた脱燐脱硫スラグセメントとするこ
とができる。路盤材としても未反応石灰が可及的に残存
していないことから化学的に安定した路盤材となる。加
えて、石灰系フラックスには原則的に蛍石が含まれてい
ないことから、反応性に富んだふっ素がスラグに残存す
る可能性は低く、スラグを燐酸・カリ肥料として使用し
た場合に有害なふっ素が溶出するということもなくな
る。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る金属精錬用
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、溶湯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。すなわち、溶湯の精
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。

【００４４】その石灰系フラックスは、粉状生石灰Ｃａ
Ｏを含む石灰系フラックスに、微細な粉末の水酸化カル
シウムＣａ（ＯＨ）₂ を添加したものである。その水酸
化カルシウムの含有率は任意でよいが、望ましくは３重
量％（以下％と表示する）以上としておけばよい。もち
ろん、Ｃａ（ＯＨ）₂ の含有率を上げておくことが好ま
しく、甚だしくは１００％もしくはそれに近い状態、す
なわち水酸化カルシウム単味としておいてもよい。

【００４５】生石灰ＣａＯは石灰石ＣａＣＯ₃ を約９０
０℃で焼いてつくられる。その際に炭酸ガスＣＯ₂ の発
生は避けられないが、石灰系フラックスとして使用する
とき水酸化カルシウムと混合されるのでＣａＯの消費量
は少なくなり、製造時の炭酸ガスの発生は抑制され環境
保全にも寄与する。この炭酸ガスが抜けたところには空
孔が存在し、フラックスの比表面積は大きくなって、溶
湯中のサルファ分などと反応し、スラグを生成する活性
度の高いものとなる。

【００４６】このＣａＯは圧縮強度も高くて衝撃に強い
が、粉状フラックスとするためには微粉化しておく必要
がある。その粉砕のために動力消費も不可避であるが、
上記したごとく消費量が少なく粉砕エネルギの増大も免
れる。

【００４７】一方、水酸化カルシウムは石灰（生石灰Ｃ
ａＯ）に水を添加して生成される。Ｈ₂ Ｏの代わりに水
と共にアルコールを使用して、Ｃａ（ＯＨ）₂ をつくる
こともできる。これは非常に細かい粒子であり、比表面
積は小さい。なお、Ｃａ（ＯＨ）₂ としてドロマイトを
水和した形態で実現してもよい。この場合、Ｍｇ（Ｏ
Ｈ）₂ も同時に含まれており、後述するごとく脱硫を目
的とする場合などでは都合がよい。もちろん、水酸化カ
ルシウムとして市販の消石灰を使用してもよく、また、
水酸化カルシウムに代えてカーバイドスラグを使用して
もよい。カーバイドスラグはＣａ（ＯＨ）₂ が９０％以
上、多い場合には９６％も含まれているからである。

【００４８】カーバイドスラグは、カーバイドＣａＣ₂
に水を加えてアセチレンガスＣ₂ Ｈ₂ を製造するとき多
量に発生する。これはカーバイドを１トン生産する際に
１．１６トンも排出され、わが国では年間５０万トン以
上もの廃棄もしくは再利用処理が余儀なくされている。
本発明によれば産業廃棄物の利用の途も開かれ、天然資
源の有効な利用や資源のリサイクルが可能となる。この
ように、石灰石を原料とする他の産業分野から廃棄され
たものを、製鋼用などの造滓剤の製造に供することがで
きる。

【００４９】石灰系フラックスとしては、上記したＣａ
ＯとＣａ（ＯＨ）₂ の混合物もしくはＣａ（ＯＨ）₂ 単
味を使用するだけでよい場合もある。しかし、脱燐を主
たる目的とする場合に、酸化鉄または微粉スケールや、
Ｆｅ（ＯＨ）₂ 、Ａｌ（ＯＨ）₃ もしくは気体酸素を混
入させておくことが好ましい。

【００５０】また、脱硫（脱酸）を目的とする場合に
は、金属Ｍｇ，ＭｇＯ，Ｍｇ（ＯＨ）₂ またはドロマイ
ト、炭素Ｃ、Ｋ₂ ＣＯ₃ やＫＣｌといったカリ鉱物、ア
ルミ灰（Ａｌ₂ Ｏ₃ ＋金属Ａｌ）、蛍石を少し混入させ
ておくことが好ましい。これらはフラックスとしての品
質に悪い影響を与えない限り許容されるものであり、ま
た、脱燐脱硫スラグから製造される肥料等の加工品の品
質を阻害しない程度とされることは述べるまでもない。

【００５１】このような石灰系フラックスをフラックス
インジェクション法によりサブランス等を介して溶湯内
に吹き込むとき、その粉体混合物をキャリアガスとして
のアルゴンまたは窒素ガスに伴われて供給管内で移送さ
れる。この場合、主たる成分の生石灰と水酸化カルシウ
ムとが均一に混合され、溶湯に吹き込んだときに成分に
偏りの生じないようにしておく必要がある。

【００５２】粉体フラックスがパイプやランス内を気流
搬送されることを考慮して１％程度のステアリン酸もし
くはシリコンオイルを添加し、水酸化カルシウムの混合
率が５０％以上においては２％ないし３％程度といった
ように増量しておけば、その安息角低下作用によって管
内の均一な混合粉輸送を可能にすることができる。

【００５３】また、溶湯内においてもフラックスを均等
に拡散させ滓化性が向上することにもなる。なお、この
ステアリン酸は湿気を防止する性質があるので、ＣａＯ
がフケるのを抑えておくこともできる。ちなみに、この
ステアリン酸やシリコンオイルの添加によって鋼質に悪
影響を与えるということはない。

【００５４】溶湯中に吹き込まれた粉状石灰系フラック
スは直ちに浮上しようとするが、融点が５８０℃である
水酸化カルシウムは高温の溶湯に接触して直ちに５００
℃前後となり、 Ｃａ（ＯＨ）₂ ─→ＣａＯ＋Ｈ₂
Ｏ の反応を呈してＣａＯが生成されたり、溶湯中の炭素分
によって以下の反応を呈する。 Ｃ＋Ｃａ
（ＯＨ）₂ ─→ＣａＯ＋ＣＯ₂ ＋Ｈ₂

【００５５】これは吸熱反応であって周囲の温度低下を
きたすため、生成されたＣａＯの加熱が抑制される。し
たがって、ＣａＯの緻密化（再結晶化）が急激に進むこ
とがなく、図３から分かるように、石灰石ＣａＣＯ₃ か
ら変化した生石灰よりも比表面積が大きく、その二倍な
いし三倍にあたる３０ｍ² ／ｇ近くに達して、反応性の
高いものとなる（図３を参照）。

【００５６】なお、水酸化カルシウムから生石灰が生成
されるのは上記した二つの式の反応が併存して生じるの
で、Ｈ₂ Ｏが大量に発生することは抑制される。フラッ
クスは鋼１トンあたり１０ｋｇ程度使用されるが、１０
分ないし３０分をかけて少しずつインジェクションすれ
ば、溶湯の高熱による激しい水蒸気爆裂は生じることが
ない。

【００５７】Ｃａ（ＯＨ）₂ から分解して生成された活
性化石灰ＣａＯは、溶湯中のＣやＳとは次式のように反
応する。 ＣａＯ＋Ｈ₂ Ｏ＋Ｃ＋Ｓ─→ＣａＳ＋ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ この反応から分かるようにＣＯ₂ ガスとＨ₂ ガスが生じ
るが、ＣＯ₂ ガスがキャリアガスと共にバブリング作用
して溶湯の攪拌を助長すること、水酸化カルシウムが分
解したとき発生する僅かな水蒸気は小規模な爆裂を誘発
して溶湯の攪拌とフラックスの分散を助長し、溶湯内を
浮上する間での反応性の促進で滓化作用のより一層の向
上が図られることは、本発明において注目すべきであ
る。なお、このような現象は、上記したごとく本石灰系
フラックスにコークス粉を添加しておいたとき、さらに
顕著となることは言うまでもない。

【００５８】なお、ランス等を用いてＣａＯの粉末を吹
き込むことは従前から行われているが、吹き出し後の分
散性が劣ることからランス近傍で反応が集中し、ランス
を振動させることがあった。しかし、本発明に係る石灰
系フラックスは上記した理由によるガス攪拌による溶湯
の流動とフラックスの拡散性が向上する結果、ランスを
振動させることも可及的に抑制されることが確認され
た。

【００５９】ちなみに、発生したＨ₂ Ｏが分解されるな
どして生じた水素が溶湯に混じることがある。しかし、
現在の技術では溶湯からその後の真空脱ガス処理（例え
ばＲＨ法）において完全に水素を除去することができる
ので、鋼材の品質に全く影響することはない。

【００６０】溶湯の有する熱エネルギーを利用して水酸
化カルシウムからおのずと生成されるＣａＯのみなら
ず、Ｃａ（ＯＨ）₂ と共に投入されたＣａＯによって、
溶湯中を浮上する間におよび溶湯面において高い滓化性
が発揮される。すなわち、精錬中に生じるスラグの溶融
温度の低下を目的として蛍石を積極的に投入するまでも
なく、比表面積の大きいフラックスによって滓化性を向
上させ、しかも通常投入される石灰系フラックスの投入
量を節減しながら鋼材中の不純物元素が低減するよう
に、溶湯の介在物の形態を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がほとんど含
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、また路盤材としても使
用される。

【００６１】以上は、転炉や電気炉など製鋼炉を例にし
て、それに使用される石灰系フラックスとして説明し
た。なお、上記した石灰系フラックスの主たるものはＣ
ａＯとＣａ（ＯＨ）₂ の混合物もしくはＣａ（ＯＨ）₂
の単味であるが、それに他の副資材例えばアルミナ，珪
酸，酸化鉄等を含ませることができるのは上述したとお
りである。

【００６２】次に、Ｃａ（ＯＨ）₂ 単味もしくはＣａＯ
を含む造粒石灰系フラックスについて述べる。粉状の水
酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）₂ に若干の水を加えてペレ
タイザー等によって造粒したりブリケットマシンを用い
て塊状とする。大きさは直径が１ｍｍないし５０ｍｍ程
度であって、所望する任意のものとしておけばよい。こ
のような粒状体もしくは塊状体の造粒物は、従来技術の
項で述べた先行技術とは違って假焼されることはない。

【００６３】なぜなら、前述したごとく水酸化カルシウ
ムは溶湯に投入しても二つの反応が並行して激しい水蒸
気爆裂を発生させるほどのＨ₂ Ｏは発生しないこと、假
焼すれば図３に示したように５ｍ² ／ｇ以下の比表面積
となって滓化性が劣ることになるからである。

【００６４】なお、あえて造粒しているのは運搬や炉投
入等における取扱性を粉体よりも上げるためである。前
述した粉体の石灰系フラックスは、そのまま溶湯に投入
すると表面で無秩序に広がり、そして排ガスに伴われて
炉外へ持ち去られることになるので、ランス等を用いて
インジェクションすることによってのみ使用可能とな
る。一方、造粒物としておけば、炉上より溶湯面に投入
したり、取鍋精錬等においては溶湯と共に流し込むこと
ができるようになる。

【００６５】もちろん、水 化カルシウム単味とするの
ではなく、造粒前に予め粉状の生石灰ＣａＯを混合して
おいてもよい。そして、粉状石灰系フラックスの場合と
同様に、蛍石，アルミ灰，ドロマイト，炭素，カリ鉱物
もしくはＭｇＯが含められたり、微粉スケールまたは酸
化鉄が添加される。いずれも粉状にしておき造粒前に混
合される。これらによる作用効果は前述の場合と異なる
ところがない。

【００６６】上記のごとく造粒した場合、その後に自然
養生させることが好ましい。これによって造粒物表面の
Ｃａ（ＯＨ）₂ が空気中のＣＯ₂ と反応し、ＣａＣＯ₃
のやや硬い皮膜が形成される。したがって、造粒物の保
形性が上がって取り扱いが一層容易となる。

【００６７】この自然養生に代えて軟焼してもよい。こ
の場合には造粒物の表面にＣａＯの皮膜が形成され、自
然養生の場合よりも保形性は向上する。軟焼する場合に
は、造粒物を１１０℃程度で乾燥させ、ロータリキルン
に投入して１００℃ないし３００℃で加熱すればよい。

【００６８】なお、水酸化カルシウムとしてカーバイド
スラグを採用しておいてもよいことは、粉状フラックス
の場合と変わるところがない。そして、造粒フラックス
を使用して得られたスラグを原料としてセメントや燐酸
・カリ肥料を製造したり、そのまま路盤材とすることが
できるのも同じである。

【００６９】以上の説明から分かるように、水酸化カル
シウムを假焼することなく主原料として石灰系フラック
スに適用することができる。水酸化カルシウムの假焼エ
ネルギは必要でなく、溶湯中に吹き込んだり投入したと
き大きい比表面積を有した高活性度の生石灰を自動的に
得ることができる。これによって生石灰の使用量を抑制
できるので、石灰石を假焼して生石灰を得るためのエネ
ルギ消費を低減できるだけでなく、假焼時に原料から発
生する炭酸ガス量も少なくなる。

【００７０】滓化性が向上する結果未反応石灰は可及的
に減少し、遊離石灰の残存量は著しく低減されることか
ら、セメント原料として本発明に係る石灰系フラックス
を使用して生じた脱燐脱硫スラグを採用しても、耐アル
カリシリカ反応性や耐酸性に優れた高炉セメントと同等
かそれを凌ぐ脱燐脱硫スラグセメントを製造することが
できる。

【００７１】上記のごとく本発明に係る石灰系フラック
スを使用して生成された脱燐脱硫スラグには遊離石灰が
少ないことから、これを原材料として路盤材をつくって
も未滓化石灰に原因する資質変化をきたすようなことは
なく、化学的に安定した路盤材を供給することができる
ようになる。なお、脱燐脱硫スラグはそのまま路盤材と
してもよいし、公知の方法によって若干の副資材を混合
してもよい。また、ブロック化のために成形するなどし
ても特に問題となることはない。

【００７２】一方、水酸化カルシウムによる反応性の向
上により、スラグ融点の低下を目的として意図的に多量
の蛍石を添加することはないので脱燐脱硫スラグにはふ
っ素が可及的に少なく、これを原材料として肥料を製造
した場合ふっ素が含まれないことから、安全性の高い良
質の燐酸・カリ肥料として提供することができる。

【００７３】

【実施例】以下に、高周波炉内に設置または黒鉛発熱体
で覆った坩堝に溶湯を投入し、ＣａＯにＣａ（ＯＨ）₂
を適宜の量を混合するなどしてインジェクションしたテ
スト結果を示す。なお、各フラックスはアルゴンガスに
よってパイプ内を搬送し、溶湯下部に供給されるように
している。表２および表３は、ＣａＯ単味、ＣａＯとＣ
ａ（ＯＨ）₂ との混合比２％，５％，２０％，５０％お
よびＣａ（ＯＨ）₂単味のフラックスに対して得られた
溶湯中のサルファ残留量や脱硫率を示している。

【表２】

【表３】

【００７４】表２および表３の結果のうち中段の溶湯中
の時間の経過に伴うサルファ残留量は図１に、脱硫率は
図２に示されている。これらによれば、Ｃａ（ＯＨ）₂
の比率が増加すれば溶湯中のサルファ残留量が低減し、
時間の経過につれて脱硫率も著しく高く推移していくこ
とが分かる。水酸化カルシウムを石灰系フラックスとし
て多く使用すると、前述したがＣａＯよりも比表面積が
大きいことによる反応性の改善が上記テストで確認さ
れ、加えて、Ｃａ（ＯＨ）₂ 分解時に生じる小さな水蒸
気爆裂に基因した攪拌効果や分散効果の向上に基づく滓
化反応の増進も確認することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 生石灰と水酸化カルシウムとの混合比を変え
ることによって得られる石灰系フラックスの時間経過に
伴う滓化の進行による溶鋼中のサルファ残留量の推移を
示すグラフ。

【図２】 生石灰と水酸化カルシウムとの混合比を変え
ることによって得られる石灰系フラックスの時間経過に
伴う滓化の進行による脱硫率の変化を示すグラフ。

【図３】 種々の温度で５時間加熱した水酸化カルシウ
ム，炭酸カルシウムのサンプルの比表面積を表したグラ
フ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 前記石灰系フラックスは、粉状の水酸化カルシウムＣａ
   （ＯＨ）₂ としたことを特徴とする金属精錬用石灰系フ
   ラックス。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された石灰系フラックス
   に、粉状の生石灰ＣａＯを混合したことを特徴とする金
   属精錬用石灰系フラックス。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載された石
   灰系フラックスに、蛍石，アルミ灰，ドロマイト，炭
   素，カリ鉱物もしくはＭｇＯが含められていることを特
   徴とする金属精錬用石灰系フラックス。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載された石
   灰系フラックスに、微粉スケールまたは酸化鉄が含めら
   れていることを特徴とする金属精錬用石灰系フラック
   ス。
5. 【請求項５】 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、 前記石灰系フラックスは、粉状の水酸化カルシウムＣａ
   （ＯＨ）₂ を造粒した粒状体もしくは塊状体であって、
   該造粒物は假焼されていないことを特徴とする金属精錬
   用石灰系フラックス。
6. 【請求項６】 請求項５に記載された石灰系フラックス
   には、造粒前に予め粉状の生石灰ＣａＯが混合されてい
   ることを特徴とする金属精錬用石灰系フラックス。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載された石
   灰系フラックスには、蛍石，アルミ灰，ドロマイト，炭
   素，カリ鉱物もしくはＭｇＯが含められていることを特
   徴とする金属精錬用石灰系フラックス。
8. 【請求項８】 請求項５または請求項６に記載された石
   灰系フラックスには、微粉スケールまたは酸化鉄が含め
   られていることを特徴とする金属精錬用石灰系フラック
   ス。
9. 【請求項９】 請求項５ないし請求項８のいずれか一項
   に記載された造粒フラックスは、造粒後に自然養生され
   ていることを特徴とする金属精錬用石灰系フラックス。
10. 【請求項１０】 請求項５ないし請求項８のいずれか一
    項に記載された造粒フラックスは、造粒後に軟焼されて
    いることを特徴とする金属精錬用石灰系フラックス。
11. 【請求項１１】 前記水酸化カルシウムはカーバイドス
    ラグであることを特徴とする請求項１ないし請求項１０
    のいずれか一項に記載された金属精錬用石灰系フラック
    ス。