(57)【要約】【課題】単独の廃棄物をそれのみで又はその性質を適切に調整するためにそれに僅かの要素を追加して成形することで簡単に製造し得るフォーミング現象抑制剤の提供。【解決手段】生型用鋳物砂組成物廃材を水分調整をした上で混練し、圧縮成形して短円柱体１ａに構成したものである。生型用鋳物砂組成物廃材は、生型用鋳物砂組成物の廃材で、鋳物用けい砂と粘結材であるベントナイトとが大部分を占め、これに若干の水分が含まれるものである。水分調整は生型用鋳物砂組成物廃材を短円柱状体１ａに成形するための可塑性を確保するために行う。圧縮成形は金型を用いて行う。これを銑滓又は鋼滓中に投入すると、スラグ表層の膜を破ってスラグと溶融銑鉄等との界面まで速やかに沈降し、そのフォーミング現象をスピーディに防止することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生型用鋳物砂組成物廃材を水分調整した上で混練し、得られた混練物を圧力を掛けて成形してなる成形体であるフォーミング現象抑制剤。
【請求項２】
前記生型用鋳物砂組成物廃材に粘結材を添加して粘結力を補強することとした請求項１のフォーミング現象抑制剤。
【請求項３】
前記成形体を、上部周縁及び下部周縁を面取り又は角丸めした短円柱体に構成した請求項１又は２のフォーミング現象抑制剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼プロセスにおけるスラグのフォーミング現象を速やかに抑制するフォーミング現象抑制剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼プロセスにおいて、かつては溶銑の予備処理では脱硫処理のみを行い、転炉での精錬段階で脱珪素、脱燐、脱硫を行っていたが、精錬能率の向上や鋼品質の向上のために製鋼工程を見直し、溶銑の成分組成や生産鋼種に応じて、予備処理段階で、それらの脱珪素、脱硫又は脱燐等の処理が行われるようになってきている。そして、これらの予備処理が行われると、次工程での転炉吹錬が容易になり、鋼品質を向上させることができる。しかし、前記のような脱珪素処理等の溶銑予備処理の際には、後述するように、フォーミング現象が生じる問題があり、これは、安定した製鋼プロセスを妨げるだけでなく、製造コストの大幅な上昇の原因ともなる問題である。
【０００３】
前記脱珪素は、例えば、溶銑鍋への大量の酸化剤の投入、その酸素と珪素との反応によるＳｉＯ２の生成を通じて行われるが、こうして多量のＳｉＯ２を含むスラグが形成され、他方で、投入された酸化剤の酸素と溶銑中の炭素とが反応してＣＯガスが発生すると、これがスラグ中に気泡となって閉じ込められ、スラグが著しく膨れあがるフォーミング現象が生じる。このフォーミング現象が生じると、作業の中断を余儀なくされたりして安定した製鋼プロセスの操業が阻害され、製造コストの上昇の原因ともなる。次工程の転炉吹錬においても吹き込まれた酸素Ｏと炭素Ｃとが結びつくことで、ＣＯガスが生成し、これがやはりスラグ中に気泡となって閉じ込められ、精錬の末期近くにおいて、溶鋼中のスラグが膨れあがるフォーミング現象が発生する。これによって測温やサンプリング等が速やかに行われ難くなり製鋼時間が延長され、加えて転炉の耐火物の損傷の問題も生じることになる。
【０００４】
このようなフォーミング現象を抑制するフォーミング現象抑制剤に関して、いくつかの提案がある。
特許文献１は、鋼滓のフォーミング現象鎮静剤に関するもので、ちり紙用古紙スラッジ３０〜６０重量％と廃プラスチック４０〜７０重量％からなるものである。
【０００５】
この特許文献１のフォーミング現象鎮静剤によれば、ちり紙用古紙スラッジ及び廃プラスチックを利用するものであり、廃棄物の活用ができる利点のあることは認められる。この鎮静剤を転炉の中に投入すると、鋼滓の膜を破ってガス抜きが行われること、更に瞬間的に燃焼して燃焼ガスを爆発的に発生し、これが鋼滓を撹拌して鋼滓中に停滞しているＣＯガスを放出させることができることは確かであるように思われるが、この鎮静剤は比重が小さいため、これを投入した際に、所定の深さまで沈下せず、以上の作用が表層でのみ生じることとなる可能性があり、十分な鎮静効果が得られない可能性がある。
【０００６】
特許文献２は、フォーミング現象鎮静剤に関するもので、製紙スラッジ又は廃プラスチックである可燃性物質とアルミニウム塊を機械加工で形成した切り粉である金属アルミニウムとカーボン又は炭酸カルシウムであるＣＯガス発生物質とを混合した後に圧縮成形することにより固形体に構成したものである。
【０００７】
この特許文献２のフォーミング現象鎮静剤によれば、銑滓又は鋼滓中に投入した場合に、その中の他の原料に絡み合ってカシメていた金属アルミニウムが溶解して全体をバラケさせるため、直ちに効果的な鎮静作用が行われることになるとされ、またこのときに、このアルミニウムがＣＯガス発生物質と共に急燃焼することで爆発的に発生したガスが銑滓又は鋼滓を撹拌することとなり、これによってこれらに滞留しているＣＯガスを放出させ、かつ該急燃焼で銑滓又は鋼滓中の酸素を奪うことから短時間でフォーミング現象を沈静させることができるし、また、以上の燃焼熱量が冷剤添加物の吸熱熱量を補うことができる利点もあるとされる。しかし、それぞれが廃棄物を利用したものであるとしても、出所の異なる原料を集めて製造するのは、それなりの多くの搬送コストを必要とする問題点がある。
【０００８】
特許文献３は、鉄鋼スラグのフォーミング現象鎮静剤に関するものであり、配合比が重量％で、鉱滓：２０〜７０％、製紙屑等の有機質物質：２０〜７０％及び炭酸カルシウム：５〜５０％としたものである。
【０００９】
この特許文献３の鉄鋼スラグのフォーミング現象鎮静剤によれば、これを粒状混合物、ペレット、ブリケット又は棒状形状で添加すると、適度の重量を有するそれが膨れたスラグの殻を破ってガス抜き作用を発揮することが可能であり、炭酸カルシウムを配合してあるため、これが高温スラグ中で瞬時に分解してＣＯ２を発生させ、このガスの圧力でスラグ中に閉じ込められているＣＯガスを放出させるガス抜き効果を発揮することもできるとされる。また炭酸カルシウムは冷却剤としても作用し周辺スラグの温度を下げ、溶銑、溶鋼の炭素とスラグ中の酸素との反応を抑制する作用も併せ持っている。それ故、良好なフォーミング現象の鎮静作用を有するとされる。しかし、このフォーミング現象鎮静剤は、特許文献１又は２と異なり、廃棄物のみによって構成されるものではなく、全体の中で新たに５〜５０％の炭酸カルシウムを用意しなければならないものであり、その分だけコストの嵩むものとなっている。
【００１０】
特許文献４は、フォーミング現象鎮静剤に関するものであり、銑滓又は鋼滓中に投入してフォーミング現象を鎮静するためのフォーミング現象鎮静剤であって、前記フォーミング現象鎮静剤は、古紙が回収されて再生される過程で発生する短繊維の再生されない製紙スラッジと、衛生陶器の製造工程で発生する衛生陶器排水汚泥とを混合した後に圧縮成形することで得られる固形体である。
【００１１】
この特許文献４のフォーミング現象鎮静剤によれば、これを銑滓又は鋼滓中に投入した場合に、比重が適度であるため転炉中に適度な速度で沈降することになる。これを構成する製紙スラッジと衛生陶器排水汚泥は素材サイズが管理されているものであり、それ故、製品を均質化しバラツキが発生しにくく、短時間でフォーミング現象を沈静することができるとされている。また一方で、燃焼熱量が冷材添加物の吸熱量を上回るため鋼浴の温度の低下を防いで作業の生産性を向上させることも期待できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０８−２６９５２１号公報
【特許文献２】特開２０００−１６０２２３号公報
【特許文献３】特開２００１−３２００７号公報
【特許文献４】特開２００９−２５６７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、単独の廃棄物を利用して、それのみで又はその性質を適切に調整するためにそれに僅かの要素を追加するのみで、それ故、低コストで、フォーミング現象の十分な抑制機能を備えた、簡単に製造し得るフォーミング現象抑制剤を提供することを解決の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１は、生型用鋳物砂組成物廃材を水分調整の上で混練し、得られた混練物を圧力を掛けて成形した成形体であるフォーミング現象抑制剤である。
【００１５】
本発明の２は、本発明の１のフォーミング現象抑制剤において、
前記生型用鋳物砂組成物廃材に粘結材を添加して粘結力を補強することとしたものである。
【００１６】
本発明の３は、本発明の１又は２のフォーミング現象抑制剤において、
前記成形体を、上部周縁及び下部周縁を面取り又は角丸めした短円柱体に構成したものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明１のフォーミング現象抑制剤によれば、生型用鋳物砂組成物廃材のみを水分調整した上で混練し、これを圧力を掛けて成形するのみで作成できるものであり、その製造が極めて簡単に低コストでできる。またその原料が、以上のように、生型用鋳物砂組成物廃材単独であり、この生型用鋳物砂組成物を使用する鋳物工場又はこれに近接する施設で製造するものとすると、輸送コスト等も殆ど必要とせずにその面でも低コストで製造できることになる。鋳物工場では、現在、鋳物砂組成物廃材を、その一部は再生利用又はセメント材料として関係施設に提供しているが、他は産業廃棄物として処理しており、相応の費用が掛かっている。それ故、以上の両面で費用上の利点がある。
【００１８】
生型用鋳物砂組成物廃材は、生型用鋳物砂組成物の廃材であり、その成分は、これを用いて鋳型を作成して使用した結果、水分を含む他、若干の変動は生じているが、元の鋳物砂組成物に近似する成分からなるものである。
【００１９】
前記成形体の比重は、成形過程を経て、生型用鋳物砂組成物廃材の状態のそれより若干大きくなるが、適量の水を添加した元の生型用鋳物砂組成物のそれに近似するレベルであり、銑滓又は鋼滓中に投入した場合に、スラグ表層の膜を破ってスラグと溶融銑鉄等との界面まで速やかに沈降し、そこで生じているフォーミング現象をスピーディに防止することができる。
【００２０】
また前記成形体の成分は、当然、生型用鋳物砂組成物廃材と同様であり、製鋼プロセスに悪影響を与えるものではない。特に水銀、六価クロム又は鉛等の重金属、及びフッ素やリンも含まれていない。
【００２１】
前記のように、前記成形体は、生型用鋳物砂組成物廃材を原料として作成されるものであるから、主材であるけい砂及び粘結材であるベントナイト等を含み、水分調整をした上で、成形したものであり、搬送時に容易に損傷を生じない強度を確保することができる。この成形体の形状は、特定のそれに限定されない。例えば、球状、扁平状、アーモンド状その他の自由な形状を採用することができる。
【００２２】
本発明の２のフォーミング現象抑制剤によれば、これが、生型用鋳物砂組成物廃材に適量の粘結剤を添加するものであるため、何らかの事情で入手した生型用鋳物砂組成物廃材の粘結力に不足がある場合であっても、不都合無く、これを成形して適切な強度の成形体からなるフォーミング現象抑制剤に作成することができる。また本発明の２のフォーミング現象抑制剤では、添加する要素が、粘結力を補強するために加えられる粘結材（ベントナイト等）であり、元来含まれているものと同質で、補強のために加えられるものであるからその全体量は添加しないで適切に成形できるものとほぼ同量であり、その成分に殆ど変動を与えない。それ故、本発明の１のフォーミング現象抑制剤と同様にフォーミング現象を抑制するために有効に使用することができる。
【００２３】
また本発明の３のフォーミング現象抑制剤によれば、前記成形体を短円柱体に成形したものであり、コンベア等に載せると、その上に、自ずと、不安定な周面ではなく、安定した端面で載置状態になるため、搬送時に、容易に転がったりせず、その搬送を良好に行うことが可能であり、また、ホッパーからシューター搬送する際に容易に棚吊りしない利点もある。
【００２４】
本発明の３のフォーミング現象抑制剤によれば、前記短円柱状の成形体の上部周縁及び下部周縁に面取り又は角丸めを施したものであるため、搬送中、その他の取扱中にその縁部に損傷が生じるような虞もない。またフォーミング現象の抑制のために本発明の１又は２のフォーミング現象抑制剤と全く同様に有効に使用することができるものでもある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】(a)は成形体の正面図、(b)は側面図。
【図２】(a)は他の例の成形体の正面図、(b)は側面図。
【図３】(a)は金型に生型用鋳物砂組成物廃材の混練物を装入した状態を示す断面説明図、(b)は短円柱体を成形した状態を示す断面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、発明を実施するための形態を説明する。
【００２７】
この実施の形態のフォーミング現象抑制剤は、生型用鋳物砂組成物廃材を水分調整をした上で混練し、成形して成形体としたものである。該生型用鋳物砂組成物廃材は、必要に応じて粘結材を添加することができる。粘結材としては天然系ではベントナイト等の粘土等を、合成物ではＣＭＣ等を、廃材ではペーパースラッジや陶器成型スラッジ等を、それぞれ採用することができる。また必要に応じて補助添加剤としてでんぷんを用いることも可能である。
【００２８】
前記生型用鋳物砂組成物廃材は、云うまでもなく、生型用鋳物砂組成物の廃材である。該生型用鋳物砂組成物は、基本的に、主材である鋳物用けい砂と副材である粘結材と補助添加材とで構成するものである。より具体的には、粘結材としてはベントナイト等が、補助添加材としてはでんぷんが用いられる。生型用鋳物砂組成物には、更にこれらに加えて炭素質添加剤が添加されることがある。これは、鋳造工程において、溶湯を鋳型内で還元性雰囲気下で凝固させるために用いられる。鋳型内を還元性雰囲気に保持することにより、鋳造品は、鋳造の過程で酸化されることなく凝固し良好な品質のそれが得られる。なお、以上の生型用鋳物砂組成物は水を加えて可塑性を得ているものである。
【００２９】
生型用鋳物砂組成物廃材は、鋳型として使用される過程で、でんぷんや炭素質添加剤等の大部分は分解し、酸素と結合して失われるが、その他は、一部の構成要素が消耗したり、鋳鉄や鋳鋼等の成分が若干加わることはあっても、失われた構成要素は元来含有量が少ないものでもあり、当然、若干の水分を加えた元の鋳物砂組成物に近似する構成要素からなるものである。
【００３０】
この生型用鋳物砂組成物廃材の構成要素は、以上のとおりであり、またこれを構成する成分は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳＯ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯであり、中でもＳｉＯ２  が７０％（質量％、以下同じ）前後を、Ａｌ２Ｏ３  が１０％前後を、それぞれ占めており、他の成分は、全部合わせて２０％前後程度であるのが普通である。前記のように、特に水銀、六価クロム又は鉛等のような重金属は含まれていないし、フッ素やリンも含まれていない。
【００３１】
前記水分調整は、生型用鋳物砂組成物廃材を混練し、成形用の原料とすることができる程度に調整すると云うことである。前記のように、この組成物廃材は、ベントナイト等の粘結材を含むものであり、鋳型に成形して使用した後に崩したものであるから、水分も当然含んでいるが、通常、鋳型として使用した際に、その多くの部分は失われているので、この水分調整は、失われた水分を追加して成形に適する適度の可塑性を確保するために行うものである。水分は通常そのように追加調整する。
【００３２】
前記のように、この生型用鋳物砂組成物廃材は、ベントナイト等の粘結材を含むものであるが、何らかの事情でベントナイト等の粘結材が十分ではないと判断されることも全くないとは云えない。このような場合には、前記のように、当然、粘結材を補充添加することができる。前記のように、同時に、補助添加剤としてでんぷんを添加することもできる。
【００３３】
前記成形は、当然、金型を用いて行うが、特定のそれに限定されない。また成形体のサイズ及び形状も特定のそれに限定されない。もっとも銑滓又は鋼滓中に投入してスラグ表層の膜を破ってＣＯガスの放出をしやすくする観点等から、それに適するサイズとし、またそのベルトコンベヤ等による搬送の都合や取り扱い時の損傷を生じにくくする観点等からそれに適する形状とすべきではある。
【００３４】
例えば、前記成形体は、図１(a)、(b)又は図２(a)、(b)に示すように、短円柱体１ａ、１ｂに構成することができる。図１(a)、(b)に示す、短円柱体１ａは、直径：５０ｍｍ、厚さ：２５ｍｍに構成し、上下の周縁に面取り１ａ１を施したものである。また図２(a)、(b)に示す、短円柱体１ｂは、そのサイズは、短円柱体１ａのそれと同様に、直径：５０ｍｍ、厚さ：２５ｍｍに構成し、上下の周縁には、短円柱体１ａのそれとは異なり、角丸め１ｂ１を施したものである。
【００３５】
前記成形体の形状は、このような短円柱体１ａ、１ｂのようなものに限定されないが、ベルトコンベア等での搬送時に転がってしまうような問題がないという観点からはこのような形状が適当である。もっとも以上のような観点を考慮しなければ、球状、扁平状、アーモンド状その他の形状でも不都合ではない。また、前記のように、短円柱状に構成した場合は、前記短円柱体１ａ、１ｂの直径及び厚さは、前記の寸法に限定されないが、銑滓又は鋼滓中に投入してスラグ表層の膜を破ってＣＯガスの放出をしやすくする観点等から、そのような寸法又はその前後の寸法が適当である。
【００３６】
またこれらの成形体の成形加工は、前記したように、特定の手段に限定されず、自由な手段によって行うことができる。例えば、その成形手段は、コンパクタビリティ方式、圧縮成型機、ブリケットマシン等の圧力をかけ得る構造の成形手段であれば可能である。
例えば、前記短円柱体１ａは、図３(a)、(b)に示すようなリング状ダイ２、下型３及び上型４からなる金型を用いて圧縮成形することができる。必要に応じてベントナイト等の粘結材及びでんぷん等の補助添加剤を添加し、水分調整をした生型用鋳物砂組成物廃材の混練物５を、図３(a)に示すように、上型４の上昇時に、下型３とリング状ダイ２によって囲まれた型内部の空間に充填し、次いで、図３(b)に示すように、上型４を下降させ、型内部の混練物５を圧縮しつつキャビティに対応する寸法形状の成形体、すなわち、図１(a)、(b)に示す短円柱体１ａを成形する。
【００３７】
図２(a)、(b)に示す短円柱体１ｂも上型及び下型の形状が僅かに異なる類似の金型を用いて成形することができる。
【００３８】
成形体として、以上のような面取りを施した短円柱体１ａ又は角丸めを施した短円柱体１ｂに構成した場合は、いずれの場合も、周縁に損傷が生じにくくなる利点がある。
【００３９】
この実施の形態のフォーミング現象抑制剤は、若干のベントナイトやでんぷん等を添加し、水分調整のために水を添加することはあるが、殆ど生型用鋳物砂組成物廃材のみによって作成できるものであり、非常に簡易に作成できるものである。
【００４０】
この実施の形態のフォーミング現象抑制剤は、以上のとおりのものであり、これを銑滓又は鋼滓中に投入すると、スラグ表層の膜を破ってスラグと溶融銑鉄等との界面まで速やかに沈降し、その泡立ちをスピーディに防止することができる。
【００４１】
＜実施例１〜１０＞
生型鋳造ラインで使用後不要となり排出されて得られた表２に示す成分の生型用鋳物砂組成物廃材のサンプル１〜１０を原料として用い、図１に示す短円柱体１ａを作成した。得られた短円柱体１ａを実施例１〜１０とした。
各サンプルの生型用鋳物砂組成物廃材に、場合によりベントナイトを添加補充した上で、必要な可塑性を得るべくそれぞれに対応する適当な水分を添加し、かつ混練し、得られた混練物５を、図３(a)に示すように、金型内部に充填し、図３(b)に示すように、上型４を下降させて、図１(a)、(b)に示す、上下周縁部に面取り１ａ１を施した形態の短円柱体１ａを成形した。サンプル１〜１０の生型用鋳物砂組成物廃材の成分は表１に示すとおりである。
なお、以上のうち、若干のベントナイトを添加したのはサンプル８、９と１０である。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
得られたサンプル１〜１０に対応する実施例１〜１０の短円柱体１ａの比重は、１．６０〜１．９０ｇ／ｃｍ３  の範囲に入っていた。ベントナイトの添加の有無は比重に特別の変動を与えていない。
【００４４】
実施例１〜１０の短円柱体１ａ、１ａ…からなるフォーミング現象抑制剤を、それぞれ１８０ｔ転炉による転炉吹錬の末期近くに、炉上の副原料投入口から各実施例のそれ毎に、１．５ｋｇ／ｔ投入し、その炉内を観察したところ、いずれも比較的短時間で良好なフォーミング現象の抑制効果が生じることが分かった。ベントナイトを添加したサンプル８〜１０による実施例８〜１０でもベントナイトは不足する量を補ったものであり、他のサンプル１〜７による実施例１〜７と異なる結果は得られておらず、特別な影響を与えていないことが分かった。
【００４５】
実施例１〜１０の各々のフォーミング現象抑制剤を構成する短円柱体１ａ、１ａ…は、いずれも十分な強度を持った成形体となっており、かつその形状の関係から、それぞれベルトコンベアで搬送する際に端面でその上に載るため、転がってしまうような問題も生じなかったし、ホッパーからシューターを通じて落下させてみても棚吊りが生じないことも分かった。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ  短円柱体
１ａ１  面取り
１ｂ  短円柱体
１ｂ１  角丸め
２    リング状ダイ
３    下型
４    上型
５    生型用鋳物砂組成物廃材の混練物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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