(57)【要約】【課題】路盤材化に適さないフリーＣａＯの質量濃度が５．０質量％以上である転炉スラグの有効的な再利用方法を提供する。【解決手段】上底吹き型転炉で溶銑予備脱燐処理を行われていない溶銑を吹錬して溶鋼を製造する際に、溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生した転炉スラグであって、前記スラグ発生時のフリーＣａＯの質量濃度が５．０％以上のものを分別、かつ、該転炉スラグに３０分間以上散水したものを粒径１０〜１００ｍｍに調整して、上底吹き型転炉内へ投入して、吹錬後のスラグの質量濃度比（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ２）が３．０以上５．０以下となるとともに（％Ａｌ２Ｏ３）が４．０質量％以下となるように、吹錬を行うことによって、路盤材化に適さないフリーＣａＯの質量濃度が５．０質量％以上である転炉スラグを再利用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上底吹き型転炉で溶銑予備脱燐処理を行われていない溶銑を吹錬して溶鋼を製造する際に、
溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生した転炉スラグであって、前記スラグ発生時のフリーＣａＯの質量濃度が５．０％以上のものを分別、かつ、該転炉スラグに３０分間以上散水したものを粒径１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に調整して、前記上底吹き型転炉内へ投入して、前記吹錬後のスラグの質量濃度比（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ２）が３．０以上５．０以下となるとともに（％Ａｌ２Ｏ３）が４．０質量％以下となるように、前記吹錬を行うこと
を特徴とする転炉スラグの再利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉スラグの再利用方法に関し、具体的には、溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生した転炉スラグのうちフリーＣａＯ濃度が５質量％以上と高いものを、転炉の脱燐剤の一部として再利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼材に対する品質要求の厳格化により、低燐鋼に対する需要が大幅に増加している。これに対応するため、製鋼精錬方法では、溶銑段階で脱燐を施す溶銑予備処理を適用することが一般的である。これにより、溶銑予備処理後に続いて行われる脱炭処理では、処理前の溶銑中Ｓｉがほぼ零か、あるいは零に近い低位の状態となっており、脱炭処理時のスラグ中ＣａＯとＳｉＯ２との質量濃度比で定義される塩基度の調整のためのＳｉＯ２源として、副原料の珪石等を使用している。
【０００３】
この場合、ＳｉＯ２が常温と低温であるため、溶銑中Ｓｉを燃焼させてＳｉＯ２を生成させる溶銑予備処理を行わない溶銑の脱炭吹錬と比較して、スラグの溶融速度が遅い。この問題を解決するには、滓化（溶融）促進剤として蛍石等のハロゲン化物を使用することが考えられるが、近年は地球環境保護の観点からその使用は望ましくなく、ほとんど使用されることはない。そのため、溶銑予備処理を行われた溶銑の脱炭吹錬ではスラグの溶融が遅く、吹錬終了後もスラグ中に未反応のＣａＯ（本明細書では「フリーＣａＯ」という）が存在していることが多い。
【０００４】
さらに、溶銑予備脱燐処理においても蛍石等のハロゲン化物は全く使用しないことが主流となっており、溶銑予備処理段階で到達可能な燐濃度が以前よりも高濃度側へ変動する傾向がある。しかしながら、前述のように低燐鋼に対する需要は増加する一方であり、これに対応するためには、溶銑予備処理後の脱炭吹錬において仕上げ脱燐を行う必要があり、脱炭吹錬スラグの脱燐能力の確保のため、スラグが高ＣａＯ濃度化（高塩基度化）する傾向にある。この脱炭スラグ高ＣａＯ濃度化もスラグ中フリーＣａＯ濃度の増加に大きく影響する。
【０００５】
しかし、スラグ中のフリーＣａＯが増加して高い濃度となると、転炉スラグの現状の再利用方法の主流である路盤材化に大きな問題が生じる。
図１は、蒸気エージング（約２４時間）を行われた転炉スラグの水浸膨張率と、転炉スラグのフリーＣａＯ濃度との関係を示すグラフである。
【０００６】
図１に示すグラフから理解されるように、転炉スラグのフリーＣａＯ濃度の上昇により転炉スラグの水浸膨張率が増加することが分かる。これは、フリーＣａＯが水分と反応してＣａ（ＯＨ）２になって体積が膨張するためである。
【０００７】
路盤材のＪＩＳ基準では１．５％以下の水浸膨張率を満足する必要があるが、フリーＣａＯが５質量％以上と高い転炉スラグでは、水浸膨張率が路盤材ＪＩＳ基準である１．５％を超えてしまう。そのため、そのような高フリーＣａＯ含有スラグは、路盤材化して再利用することが困難になる。転炉スラグを路盤材化により再利用できないと、転炉スラグを廃棄せざるを得なくなるケースが増加し、近年の重要視されている産業廃棄物の低減の観点から大きな問題となる。
【０００８】
これらの問題の対策として、路盤材に使用可能な水浸膨張率の転炉スラグを製造することを目的とした、転炉スラグのフリーＣａＯの上昇抑制方法に係る発明がこれまでにも提案されている。
【０００９】
特許文献１の段落００１０および図２には、脱炭吹錬温度でスラグの液相率が１００％となるスラグ中Ａｌ２Ｏ３濃度を計算により求め、その濃度にスラグ組成を調整することによってスラグ中フリーＣａＯ濃度を低減する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２２０６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、この方法では、スラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が高まることにより、スラグのフォーミング（泡立ち）が助長され、これに伴って、スラグや溶銑の炉外への噴出が発生し操業を継続できなくなるおそれがある。特に、近年では、鋼材需要の高まりに対応するために転炉能率は向上傾向にあり、転炉の上吹き送酸速度が大きく増加しており、脱炭処理時のＣＯガス発生速度は高く、スラグフォーミングが発生した場合のスラグや溶銑の炉外噴出発生率は大幅に上昇している。
【００１２】
また、Ａｌ２Ｏ３濃度の増加でスラグ液相率がほぼ１００％となると、炉体耐火物レンガのＭｇＯとの反応も促進され、耐火物の溶損が促進されるという問題も発生する。したがって、Ａｌ２Ｏ３源を積極的に用いることを避け、脱燐剤に混入して持ち込まれる範囲内に吹錬後スラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度を抑えることが好ましい。通常、このＡｌ２Ｏ３濃度の上限は４．０質量％であるが、上記した趣旨から３．０質量％であることが一層好ましい。
【００１３】
以上説明したように、近年の環境問題からは、蛍石等のハロゲン化物を使用することは避けなければならず、鋼材の燐濃度の低下も達成しなくてはならないが、Ａｌ２Ｏ３源を積極的に用いることも避けたい。また、産業廃棄物の低減の観点から、製鋼精錬過程でのスラグの排出量も抑制する必要がある。
【００１４】
本発明の目的は、路盤材化に適さない、フリーＣａＯが５質量％以上である高フリーＣａＯ濃度の転炉スラグの有効的な再利用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、従来の技術が有する課題を解決するためには、フリーＣａＯ上昇を抑制して転炉スラグを路盤材化するのではなく、水浸膨張率の路盤材ＪＩＳ基準を満足することが難しいレベルにある、５質量％以上の高フリーＣａＯ濃度のスラグを分別し、それを路盤材以外の用途として使用することに着目した。
【００１６】
そして、本発明者らは、溶銑予備脱燐処理を実施していない溶銑を用いて通常の吹錬（脱燐・脱炭処理による溶鋼の製造）において転炉スラグを種々の条件で使用し、最適な使用条件について調査を行った結果、以下に列記する知見（ａ）〜（ｃ）を得て、本発明を完成した。
【００１７】
（ａ）５質量％以上の高フリーＣａＯ濃度の転炉スラグを水冷した後、粒径１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に粒度調整して、溶銑予備脱燐処理を実施していない溶銑を吹錬して溶鋼を製造する際に脱燐剤の一部として用いると、その転炉スラグを使用しない吹錬の場合と比較して、その含有フリーＣａＯを単なるＣａＯ源の一つとして考える以上に、その吹錬での脱燐能力が向上する。
【００１８】
（ｂ）転炉スラグを使用した場合では、フリーＣａＯ濃度上昇に応じて脱燐能力が益々向上する。
（ｃ）この脱燐能力の向上の理由は、次のように推察される。高フリーＣａＯ濃度の転炉スラグは、水冷時にフリーＣａＯがＨ２Ｏと反応してＣａ（ＯＨ）２となり、これを通常の吹錬で使用すると、Ｃａ（ＯＨ）２がＣａＯとＨ２Ｏ（気体）に分解し（５８０℃以上で完全に分解）、発生したＨ２Ｏ（気体）がスラグーメタルの攪拌に寄与し、メタルおよびスラグ中の物質移動が促進されるため、脱燐反応が進行する。
【００１９】
本発明は、上底吹き型転炉で溶銑予備脱燐処理を行われていない溶銑を吹錬して溶鋼を製造する際に、溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生した転炉スラグであって、前記スラグ発生時のフリーＣａＯの質量濃度が５．０％以上のものを分別、かつ、該転炉スラグに３０分間以上散水したものを粒径１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に調整して、上底吹き型転炉内へ投入して、吹錬後のスラグの質量濃度比（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ２）が３．０以上５．０以下となるとともに（％Ａｌ２Ｏ３）が４．０質量％以下となるように、吹錬を行うことを特徴とする転炉スラグの再利用方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、路盤材化に適さないフリーＣａＯの濃度が５．０質量％以上である転炉スラグの有効的な再利用方法を提供することが可能となり、これにより、近年重要視されている産業廃棄物の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、蒸気エージングを行われた転炉スラグの水浸膨張率とフリーＣａＯ濃度との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、転炉吹錬後のスラグ塩基度が３．０〜４．０、かつ、Ａｌ２Ｏ３の質量濃度が３．０質量％以下の条件で、転炉スラグ不使用の場合と、本発明の所定要件を満たす転炉スラグを使用した場合とにおける、転炉吹錬後のスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度とスラグ・溶鋼間のＰ分配比との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、スラグＴ．Ｆｅを１８〜２２質量％と限定した条件において、スラグ塩基度とＰ分配比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態を詳述する。
本発明では、上底吹き型転炉で溶銑予備脱燐処理を行われていない溶銑を吹錬して溶鋼を製造する操業方法で、吹錬を行う。
【００２３】
この際に、以前の溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生した転炉スラグに３０分間以上散水した後に粒径１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に粒度調整したものを、吹錬処理開始前に上底吹き型転炉内へ投入する。
【００２４】
そして、蛍石などのハロゲン化物を含む滓化促進剤、Ａｌ２Ｏ３を２０質量％以上含有する取鍋スラグや廃耐火物等のＡｌ２Ｏ３源を積極的に添加することなく、溶銑Ｓｉ濃度の値に応じて、吹錬処理後のスラグ中の（％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ２）で定義される塩基度が３．０以上５．０以下となるとともに、（％Ａｌ２Ｏ３）が４．０質量％以下となるように、ＣａＯを５０質量％以上含む生石灰等の脱燐剤を投入して、吹錬を行う。
【００２５】
この操業方法により上底吹き型転炉内で再利用する転炉スラグは、溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬を行われた後の炉内から排出されたものを、一定量運搬用コンテナへ投入し、その後上部からシャワー状の水をかけて冷却する。冷却時間は、より多くのフリーＣａＯをＨ２Ｏと反応させるため、３０分間以上行う。
【００２６】
このようにして水冷した転炉スラグをスラグヤードへ仮置きし、さらに大気中の水分と反応する時間を確保し、Ｈ２Ｏとの反応量を増加させることが、一層望ましい。
このようにして水冷および大気中放冷を行った後の転炉スラグを、粒径１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に粒度を揃えて、前記の通常吹錬で使用する。この転炉スラグの添加は、上底吹き型転炉内へ溶銑を装入する前にスクラップと一緒にスクラップシュート内へ投入して行うことが効率的である。一方で、炉上バンカー内へ転炉スラグを搬送し、炉上から投入しても構わない。
【００２７】
なお、フリーＣａＯが５質量％以上のスラグの分別は、操業経験に基づいて以前の溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬時の操業データから当該吹錬後のスラグ中フリーＣａＯ濃度を推測し、その時点で分別を実行しても良い。この場合、当該吹錬後のスラグ全部を３０分間以上水冷することで、本発明の実施に供するスラグを容易に製造することができる。
【００２８】
また、そのスラグの分別は、スラグへの３０分間以上の散水後にスラグをサンプリングし、そのスラグサンプル中にＣａ（ＯＨ）２が乾燥状態で５％以上（５×（７２／５６）×０．８）のものを分別することにより、行ってもよい。なお、この０．８は、水酸化率８０％を意味する。
【００２９】
この転炉スラグの使用量は、通常吹錬に供する溶銑１トンあたり３ｋｇ以上とすることが、本発明の効果を確実に得られるために、望ましい。ただし、吹錬終了後の塩基度を調整する必要もあるので、溶銑１トンあたり１０ｋｇ程度が通常使用量の上限となる。
【００３０】
また、スラグ中のフリーＣａＯ濃度は、溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生した直後の濃度が８．０質量％以上であるほうが、より通常吹錬での脱燐能力が大きく、望ましい。
このようにして、本発明によれば、路盤材化に適さないフリーＣａＯの濃度が５．０質量％以上である転炉スラグの有効的な再利用方法を提供することが可能になり、近年重要視されている産業廃棄物の低減を図ることができる。
【実施例１】
【００３１】
実施例を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。
表１に示す成分範囲を有するとともに、発生時のスラグ中のフリーＣａＯ濃度が５．０質量％以上である、溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生した転炉スラグを、３０分間以上水冷し、粒径１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に粒度調整したものを、上底吹き型転炉の炉内へ３〜８ｋｇ／トン装入した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
その後、この上底吹き型転炉の炉内へ、転炉装入前の成分が［Ｃ］：約４．５〜４．９質量％、［Ｓｉ］：０．１５〜０．４５質量％、［Ｐ］：０．１００〜０．１１０質量％、［Ｍｎ］：０．１５〜０．３６質量％であり、脱炭処理前温度が１３１０〜１４１０℃である溶銑約２６０〜２８０トンと、スクラップ約２５〜４８トンとを装入し、溶銑質量トンあたりの送酸量２．８０Ｎｍ３／ｍｉｎ．〜３．３５Ｎｍ３／ｍｉｎ．で吹きつけながら吹錬を行った。なお、吹錬終了後、転炉から取鍋へ移した際の溶鋼温度は１６００〜１６３０℃であった。
【００３４】
上記の条件で吹錬を行った場合のスラグの脱燐能力と、比較として、転炉スラグを添加しないで吹錬を行った場合の主な吹錬条件と吹錬結果を表２にまとめて示す。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
また、スラグの脱燐能力の比較を図２および図３にグラフで示す。
転炉吹錬では、転炉吹錬後のスラグ塩基度（スラグ中成分を分析して得た質量濃度比（％ＣａＯ／％ＳｉＯ２））が高く、スラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度が高い場合に脱燐効率が高くなり、その効率は一般にスラグと溶鋼との間のＰ分配比（Ｐの質量濃度比）を指標として表される。
【００３７】
図２は、転炉吹錬後のスラグ塩基度が３．０〜４．０、かつ、Ａｌ２Ｏ３の質量濃度が３．０質量％以下の条件で、転炉スラグ不使用の場合と、本発明の所定要件を満たす転炉スラグを使用した場合とにおける、転炉吹錬後のスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度とスラグ・溶鋼間のＰ分配比との関係を示すグラフである。
【００３８】
図２に示すグラフから、同一のスラグ塩基度範囲である場合にスラグＴ．Ｆｅ濃度が高いほうが、Ｐ分配比が高いこと、及び本発明に係る転炉スラグを使用した場合にＰ分配比が一層高くなっていることが分かる。
【００３９】
図３は、スラグＴ．Ｆｅを１８〜２２質量％と限定した条件において、スラグ塩基度とＰ分配比との関係を示すグラフである。
図３に示すグラフから、スラグ塩基度が同一であっても、本発明例のＰ分配比が高いことがわかる。このことから、本発明で規定する条件を満足する転炉スラグ中に含まれるＣａＯ成分は、単にスラグ塩基度を高めるだけのＣａＯ源の一つとしての使用効果だけに留まらず、それ以上の脱燐効果を発揮していることが分かる。
【００４０】
図２、３に示すグラフから、フリーＣａＯの質量濃度が５．０％以上である、溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生する転炉スラグを所定の水冷後に添加することにより、通常予測できる以上の高い脱燐能力が得られること、さらに、使用する転炉スラグのフリーＣａＯ濃度が高くなると、得られる脱燐能力も一層高くなることが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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