(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ：７０〜９０％（重量％、以下同じ）、ＭｇＯ：５〜１５％およびＡｌ2Ｏ3：１０％以下からなるフラックス成分に、バーミキュライト、パーライト、ゼオライトおよび膨脹頁岩からえらんだ少なくとも１種の粉末を５％以下添加したものを、圧縮ブリケット化してなる熱崩壊性の電気炉製鋼用フラックス。
【請求項２】
ＣａＯ：７０〜９０％、ＭｇＯ：５〜１５％、Ａｌ2Ｏ3：１０％以下およびＣａＦ2 ：１０％以下からなるフラックス成分に、バーミキュライト、パーライト、ゼオライトおよび膨脹頁岩からえらんだ少なくとも１種の粉末を５％以下添加したものを、圧縮ブリケット化してなる熱崩壊性の電気炉製鋼用フラックス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の組成を有する粉末混合物を、２本のロールからなりそれぞれの対向する位置に凹みを設けた成形機に供給し、圧縮してブリケットに成形することからなる電気炉製鋼用フラックスの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の組成を有する粉末混合物を、２本のロールの間に供給し、圧縮して板状に成形したものを破砕・整粒してブリケットを得ることからなる電気炉製鋼用フラックスの製造方法。
【請求項５】
請求項３または４の製造方法により製造したブリケットであって、表面に油の被膜を設けて保存性を高めた電気炉製鋼用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気炉製鋼用フラックスの改良に関し、滓化速度が速く精錬反応の効率が高く、かつ炉壁耐火物の保護に役立つフラックスを提供する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉製鋼において、炉の内張りに用いたマグネシア耐火物を保護するために、カルシア（ＣａＯ）スラグに対してマグネシア（ＭｇＯ）を添加して使用することが、古くから知られている（特公昭４２−１２３２７）。  精錬時の高温においては、耐火物中のＭｇＯがＣａＯを主成分とするスラグ中に溶出してくるが、スラグ中にＭｇＯが適量含まれていれば、平衡関係により耐火物中のＭｇＯの溶出が抑えられ、耐火物の溶損が進まないという原理である。
【０００３】
スラグへのＭｇＯ供給源としては、ＣａＯとＭｇＯの両方を含むドロマイトが好適であって、上記特公昭４２−１２３２７では、ＭｇＯ／ＣａＯ＝１：１５〜１：３とすることを提案している。  スラグ全体でいえば、ＭｇＯ：５〜１０重量％が適切であり、焼成したドロマイトを全スラグ形成装入物の１５〜２０％使用することが教示されている。
【０００４】
電気炉製鋼においてもマグネシア系の耐火物が多用されているが、従前の操業では、転炉ほどには炉の内容物が激しく流動しないため、カルシア系スラグへのＭｇＯの溶出が起ってもスラグラインに局限され、耐火物の溶損は溝状に生じていたから、マッド材のガンニングによる熱間補修が対策として効果的であり、あまり問題は深刻でなかった。  しかし近年の高力率操業では、炉壁の耐火物がスラグで洗われて広い範囲に溶損が及ぶため、熱間補修では対応しきれなくなってきた。
【０００５】
そこで、高温において速やかに滓化し、融体となって溶鋼面をおおうフラックスを使用し、溶融したフラックスをもってスラグ成分の溶融を促すことが行なわれている。  フラックス成分はスラグ成分と合体し、最終的なスラグ組成は両者の組成と混合割合で決定される。  電気炉製鋼におけるスラグは、ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ2 −Ａｌ2Ｏ3系状態図の中で低融点の組成域に入るようにすべきであり、フラックスの組成は、このような観点から定めなければならない。
【０００６】
よく知られているように、電気炉製鋼の工程は、スクラップの溶解にはじまって、酸化精錬と、それに続く還元精錬とからなる。  酸化精錬も還元精錬もスラグを利用して行なうが、それらスラグは塩基度を高く保つ必要があり、組成上融点が高い。
【０００７】
一方、高炉−転炉の組み合わせによる製鋼において、溶銑または溶鋼を生石灰系脱硫剤で脱硫するに当り、生石灰フラックスとの混合物に熱崩壊剤を混合して造粒したものを使用することが提案された（特開昭５９−１５９９０９）。  この造粒脱硫剤は、溶銑や溶鋼上に投入されたとき、加熱された外殻部分から徐々に崩壊して新鮮な面があらわれて脱硫を行なうため、使用した生石灰のうち脱硫に利用される率が高いという利点を有する。
【０００８】
発明者らは、電気炉製鋼において脱硫を主目的とする精錬に使用するＣａＯ系フラックスにＭｇＯを添加して、マグネシア耐火物の溶損を抑えることを意図して研究を進め、上記した溶銑・溶鋼用の造粒脱硫剤が採用した熱崩壊剤の利用を検討した。  その結果、最終的に適切なスラグ組成を与えるよう適切にえらんだ成分組成のフラックスを粉末混合物として用意し、その中へ比較的多量の熱崩壊剤を混合してブリケット化しておくことにより、電気炉製鋼においてブリケットが短時間で崩壊して粉末が湯面上に拡散し、共存するスラグを容易に滓化することを見出した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した発明者らの知見を活用し、マグネシア系耐火物を使用した電気炉で行なう製鋼に使用するフラックスであって、滓化により表面に保護被膜を形成するとともに耐火物の溶損とくにＭｇＯの溶出を抑え、それによって耐火物の使用寿命を長くし、かつ精錬用スラグの滓化が速やかであって脱硫効率を高く得ることができ、さらに電極の保護にも役立つような電気炉製鋼用のフラックスを提供することにある。  そのようなフラックスの製造方法を提供することも、本発明の目的に含まれる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気炉製鋼用フラックスは、基本的には、ＣａＯ：７０〜９０％（重量％、以下同じ）、ＭｇＯ：５〜１５％およびＡｌ2Ｏ3：１０％以下からなるフラックス成分に、バーミキュライト、パーライト、ゼオライトおよび膨脹頁岩からえらんだ少なくとも１種の粉末を５％以下添加したものを、圧縮ブリケット化してなる熱崩壊性の電気炉製鋼用フラックスである。
【００１１】
変更態様としては、上記組成に対してさらに、ＣａＦ2 ：１０％以下を加えた組成のフラックス成分を使用する。
【００１２】
上記の電気炉製鋼用フラックスの製造方法は、ひとつの代表的態様においては、上記いずれかの組成を有する粉末混合物を、２本のロールからなりそれぞれの対向する位置に凹みを設けた成形機に供給し、圧縮してブリケットに成形することからなる。
【００１３】
いまひとつの代表的な態様は、やはり上記いずれかの組成を有する粉末混合物を、２本のロールの間に供給し、圧縮して板状に成形したものを破砕・整粒してブリケットを得ることからなる。
【００１４】
いずれの態様により製造したブリケットであっても、その表面に油の被膜を設けて内部を保護し、保存性を高めることが好ましい。
【００１５】
【作用】
フラックスの成分組成を上記のように限定した理由は、もちろん前述のように、最終スラグ組成が精錬に適したものとなるように意図したからであるが、個々の成分について説明すれば、つぎのとおりである。
【００１６】
ＣａＯ：７０〜９０％、好ましくは８０％前後
脱硫の主剤となるもので、他の成分とともに比較的低融点のフラックスを形成させる上で、７０〜９０％の範囲内の量であることを要する。  とくに、８０％の範囲が好適である。
【００１７】
ＭｇＯ：５〜１５％、好ましくは１０％前後
フラックスの融点を低くするために、５％以上の添加を必要とする。  マグネシア耐火物中のＭｇＯの溶出をフラックス中のＭｇＯとの平衡関係を利用して抑えようとする観点からは、できるだけフラックスにＭｇＯを添加したいが、１０％を超える量、たとえば１２％を添加してみても、フラックス中に溶けきれなくなって析出して来ることがあり、そうなるとフラックスの見掛けの溶融粘度を高めて好ましくないから、通常は１０％前後にすべきである。
【００１８】
Ａｌ2Ｏ3：１０％以下、好ましくは５％以下
やはりフラックスの融点を低くする上で、１０％以下の範囲内で適量添加するとよい。  製鋼原料とくにスクラップが多量のＡｌを含有する場合、それがＡｌ2Ｏ3となってフラックス中に移行するから、積極的に添加しなくてもよいことが多く、また添加するにしても、５％以下にしておいた方が無難なことがある。
【００１９】
ＣａＦ2：１０％以下
必要により任意に添加する成分である。  よく知られているとおり、フラックスの融点と粘度を低下させる上で効果的な添加剤であり、また脱硫剤としても有用であるから、適量使用することは賢明な策といえる。  ただしＣａＦ2 の使用は有害物質の発生を招き環境上好ましくないことと、耐火物の寿命にとっても不利な存在であるから、できれば使用は控えたい。
【００２０】
各成分の粉末は、ブリケットが崩壊したのち容易に反応して低融点化合物を生成し滓化するよう、なるべく微粉（１００メッシュ以下）とし、緊密に混合しておくことが望ましい。
【００２１】
バーミキュライト、パーライト、ゼオライトおよび膨脹頁岩からえらんだ熱膨脹剤：５％以下、好ましくは２〜３％
前記の溶銑処理に用いる熱崩壊型造粒脱硫剤は、徐々に崩壊して粒の新鮮な表面を露出させる、という見地で崩壊剤を使用していたので、その添加量も０．５〜１％程度と少量であったが、本発明においては、最大５％、通常は２〜３％を添加して、熱による膨脹が、強力に行なわれるようにする。  それにより、フラックスのブリケットが溶鋼に触れたとき爆発的に砕け、フラックス成分の粉末が飛散して溶鋼に触れるため、短時間で滓化が進む。  この成分は、粒径１mm以下の範囲で適度の大きさであることが、膨脹による崩壊作用を発揮させる上で効果的である。
【００２２】
上記のフラックス組成を選択することによって、常用の酸化精錬用スラグと合体したとき、最終的に下記の組成範囲のスラグが形成され、
ＣａＯ：４０〜６０％
ＭｇＯ：５〜１５％
ＳｉＯ2：２０〜４０％
Ａｌ2Ｏ3：３０％以下
低融点の、従って低溶融粘度のスラグが得られる。
【００２３】
最終スラグ組成中で、酸性成分であるＳｉＯ2 は、脱硫剤としては役立たないが、組成物の融点を低くする上で、２０〜４０％の範囲内の量が存在する必要がある。
【００２４】
なお、酸化スラグ中には上記各成分のほかＦｅＯも含まれていて、その量は１０〜３０％の範囲で変動する。  ＦｅＯ生成量の多小によりスラグ融点は影響を受けるが、ＦｅＯの生成量は精錬時の操業によって左右される（従ってコントロールできない）ため、本発明ではＦｅＯを除いた最終スラグ組成にもとづいて検討を行なった。
【００２５】
ブリケットの製造に当っては、粉末をプレスして、たとえばアーモンド形のブリケットをつくる機械が知られており、本発明においてもそれが好適に使用できる。  ブリケットのカサ密度は、要するに冷時の取扱いにおいて砕けない程度の強度があり、一方で高温にさらされたときに容易に崩壊して瞬時に粉末が飛散する程度に、粉末の結合度合はゆるやかである方が好ましい。  こうした見地からすれば、適切なカサ密度は、おおよそ１．５〜２．５g／cm3である。
【００２６】
本発明の電気炉製鋼用フラックスの使用法は、つぎのとおりである。  すなわち、このフラックスを酸化精錬用スラグとともに使用するときは、全部または一部をスクラップおよびスラグとともに電気炉中に装入しておく。  アーク加熱によりスクラップが溶けて溶鋼面が形成されて行く過程で、フラックスも溶解して溶鋼面上に存在する。  液面の上昇に伴って、炉壁に接したフラックスは、炉壁の耐火物に付着して保護被膜を形成して行く。  溶融したフラックスは、精錬用スラグを溶かし込む形で滓化し、スクラップの溶け落ち時には、溶融スラグが溶鋼面を覆っている。  還元精錬においては、通常酸化精錬に用いたスラグを除去してから還元精錬用スラグを装入するから、それとともに、またはそれに先立って、本発明のフラックスを投入することにより、還元スラグの滓化も速やかに行なわれる。
【００２７】
【実施例】
［ブリケットの製造］
下記の組成（重量％）の粉末混合物を用意した。  ＭｇＯの量は、生石灰ＣａＯと軽焼ドロマイトＣａＯ・ＭｇＯとを種々の比率で混合することによって調整した。
【００２８】
Ｎo. (区分)    ＣａＯ    ＭｇＯ    Ａｌ2Ｏ3    ＣａＦ2    熱膨脹剤  
１ (実施例)     ９０      １０        −          −         ３
２ (実施例)     ８５      １０        ５          −         ３
３ (実施例)     ８０      １０      １０          −         ２
４ (実施例)     ８０      １０        −          ５         ２
５ (比較例)     ９０      １０        −          −         −
６ (比較例)     ８０      １０      １０          −         −
各粉末は、いずれも粒度１００メッシュ以下。
【００２９】
上記Ｎo.１〜６の各粉末混合物をブリケッティングマシンにかけ、長さ２０mm×幅１０mm×厚さ１０mmの小型アーモンド状または長さ３５mm×幅２０mm×厚さ１０mmの大型アーモンド状のブリケットに成形した。  カサ密度は、前者が２．２ｇ／cm3、後者が２．３ｇ／cm3であった。  このブリケットの硬度を木屋式硬度計で測定し、３０〜４０kgの値を得た。
【００３０】
Ｎo.１およびＮo.５の粉末混合物は、１．０トン／cm2 の圧力で成形し、タブレット（直径４０mm×厚さ５mm）状のブリケットにもした。
【００３１】
［熱崩壊性試験１］
上記のＮo.１およびＮo.５のタブレット状ブリケットを、１２００℃に保持した試験用電気炉（炭化珪素発熱体）に入れて観察した。  Ｎo.１のブリケットは５分間で崩壊し、１〜５mmの粒子の集まりに変ったが、Ｎo.５のブリケットは、１０分経過後も形状に変化がなかった。
【００３２】
同じ試料を１０００℃で溶融している鉄の上に落したところ、Ｎo.１のタブレットはおよそ１０秒で完全に崩壊したが、熱膨脹剤を含まないＮo.５のタブレットは形状が変らなかった。
【００３３】
［熱崩壊性試験２］
Ｎo.３およびＮo.６のアーモンド状ブリケットについて、上記と同じ試験を行なった。  １２００℃の電気炉中で、Ｎo.３のブリケットは、Ｎo.１と同様に５分間で完全に崩壊したが、Ｎo.６のブリケットは、Ｎo.５と同様に形状が変化しなかった。
【００３４】
１６００℃ の溶融した鉄の上で、Ｎo. ３のブリケットは１０秒以内に崩壊した。  これに対しＮo.６のブリケットは、約１分後に軟化傾向を示した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のフラックスを使用して電気炉製鋼を行なえば、スクラップの溶け落ちる間に、溶融したフラックスが炉壁に付着して保護被膜を形成し、かつ炉壁のマグネシア耐火物とフラックスとの間でＭｇＯに関する平衡関係から耐火物中のＭｇＯの溶出が抑えられて、耐火物の寿命が長くなる。  溶融したフラックスが精錬用スラグ原料を速やかに溶融させることにより、溶鋼上で速やかな精錬用スラグが形成される。  形成させたスラグの溶融粘度が低いため、スラグフォーミングが好調であり、スラグフォームでアークが包み込まれ、炉壁への直接放熱が減少することによる熱経済と炉壁の保護、および電極の酸化損耗と応力からの保護が期待できる。  出鋼時には、溶融したスラグが炉壁および炉底の耐火物を被覆して保護するはたらきも期待できる。
【００３６】
本発明のフラックスはブリケット状で適度の強度を有するから、取扱いが容易で粉塵の発生はなく、使用時には溶鋼上で短時間で崩壊し粉末を溶湯面に飛散させる。  各成分が微細な粉末であって緊密に混合してあるから、溶湯の熱で直ちに反応して低融点物質を形成し、スラグを速やかに滓化させる。  滓化の速度が速いことは、電気炉製鋼の操業時間の短縮につながり、電力原単位の改善と生産性の向上をもたらす。
【００３７】
ブリケットに成形してあることは、空気中の水分や炭酸ガスを吸収して変質する速度を低くするのに役立ち、本発明のフラックスは比較的保存性がよい。  とくに、好ましい態様に従って表面に油の被膜を与えたものは、いっそう保存性がよい。  この油は、もちろん使用時に容易に燃焼し去って、製鋼作業には何ら支障を与えない。