(57)【要約】【課題】  製鉄プロセスの熱間圧延工程などで生成する含油スラッジを添加することによるスロッピングの発生を低減し、且つ、精錬時間を延長させることなく、前記含油スラッジを冷却材及び酸素源として有効利用することのできる溶銑の予備処理方法を提供する。【解決手段】  本発明の溶銑の予備処理方法は、処理容器内の溶銑に酸素源を供給して溶銑を脱珪処理及び／または脱燐処理する溶銑の予備処理方法において、含油スラッジ単体または含油スラッジとダストとの混合物を成形・造粒した含油スラッジブリケットを前記溶銑浴面に向けて投入する。含油スラッジをブリケットとすることでスラグのフォーミングが抑制され、これによりスラグのスロッピングが減少する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内の溶銑に酸素源を供給して溶銑を脱珪処理及び／または脱燐処理する溶銑の予備処理方法において、含油スラッジ単体または含油スラッジとダストとの混合物を成形・造粒した含油スラッジブリケットを前記溶銑浴面に向けて投入することを特徴とする、溶銑の予備処理方法。
【請求項２】
前記含油スラッジブリケットは、含油スラッジとダストとの混合物を成形・造粒したものであり、前記ダストは、高炉の排ガスから回収される高炉乾ダストであることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の予備処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセスの熱間圧延工程などで生成する、油分を含有するスラッジを冷却材及び酸素源として有効利用した溶銑の予備処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスの連続鋳造工程や熱間圧延工程では、高温の鋳片や鋼片を冷却する或いは鋼片上のスケールを除去するために、多量の冷却水が使用されている。この冷却水は循環使用されており、鋳片や鋼片を冷却した際、或いは、スケールを除去した際に、冷却水に混入した酸化鉄などの鉄分は、循環経路の循環水貯水池などに沈殿し、沈殿して堆積した鉄分はスラッジとして回収されている。冷却水は圧延ロールや連続鋳造機の鋳片支持ロールの軸受け部と接触することから、回収されるスラッジには、軸受け部の潤滑油に由来する油分が混入している。このスラッジには油分が混入していることから、本発明では「含油スラッジ」と称す。
【０００３】
製鉄プロセスの製鋼精錬工程では、酸化鉄を冷却材や酸素源として従来から使用しており、含油スラッジは酸化鉄を主成分としていることから、含油スラッジを製鋼精錬工程における冷却材や酸素源として有効利用することが望まれていた。但し、含油スラッジは油分を含有することから、この油分を起源として多量のガスが発生し、このガスによってスラグがフォーミング（泡立ち）してスロッピング（スラグが処理容器内から噴出する現象）が発生するという問題があった。
【０００４】
そこで、この問題を解決するべく、特許文献１には、気体酸素源または固体酸素源を溶銑に供給して溶銑を予備処理する際に、酸素源の一部として含油スラッジまたは含油スラッジとＣａＯ含有物質との混合物を溶銑に供給し、含油スラッジ由来の酸素源の供給量を考慮して、気体酸素源及び固体酸素源の供給量を低減して行う溶銑予備処理方法が提案されている。特許文献１によれば、含油スラッジ由来の酸素源の供給量を考慮して、気体酸素源及び固体酸素源の供給量を低減することで、溶銑予備処理（脱燐処理及び脱珪処理）の効率を落とすことなく、スロッピングを防止できるとしている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、含油スラッジを発生形態のまま、つまり粉粒状形態のままで処理容器内に添加しており、本発明者らの試験では、含油スラッジを粉粒状形態のままで使用した場合には、気体酸素源及び固体酸素源の供給量を低減しても、気体酸素源及び固体酸素源の供給量を大幅に低減しない限り、スロッピングは抑制されないことを確認している。気体酸素源及び固体酸素源の供給量を大幅に低減した場合には、精錬時間が延長して生産性が低下するという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２２６９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製鉄プロセスの熱間圧延工程などで生成する含油スラッジを添加することによるスロッピングの発生を低減し、且つ、精錬時間を延長させることなく、前記含油スラッジを冷却材及び酸素源として有効利用することのできる溶銑の予備処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］処理容器内の溶銑に酸素源を供給して溶銑を脱珪処理及び／または脱燐処理する溶銑の予備処理方法において、含油スラッジ単体または含油スラッジとダストとの混合物を成形・造粒した含油スラッジブリケットを前記溶銑浴面に向けて投入することを特徴とする、溶銑の予備処理方法。
［２］前記含油スラッジブリケットは、含油スラッジとダストとの混合物を成形・造粒したものであり、前記ダストは、高炉の排ガスから回収される高炉乾ダストであることを特徴とする、上記［１］に記載の溶銑の予備処理方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、熱間圧延工程などで生成する含油スラッジを溶銑の予備処理で使用するにあたり、含油スラッジ単体または含油スラッジとダストとの混合物を成形・造粒した含油スラッジブリケットを溶銑浴面に向けて投入するので、投入される含油スラッジブリケットによって処理容器内のスラグにガス抜き孔となる貫通孔が形成され、これにより、溶銑の脱珪処理及び／または脱燐処理で生成されるスラグのフォーミングが抑制され、その結果、スラグのスロッピングが低減される。また、投入された含油スラッジブリケットは、溶銑の予備処理で固体酸素源として使用されている鉄鉱石や鉄鉱石の焼結鉱粉などと同様に、冷却材並びに酸素源として機能し、含油スラッジの有効活用が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】脱珪処理中の脱珪スラグの噴出量を本発明方法と従来方法とで比較して示す図である。
【図２】脱珪処理時間を本発明方法と従来方法とで比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体的に説明する。本実施の形態では、含油スラッジとして、製鉄プロセスの熱間圧延工程で発生する含油スラッジを使用した場合を例として、本発明を説明する。
【００１２】
製鉄所の熱間圧延工程では、加熱炉で加熱された鋼片の表面に生成するスケールをスケールブレーカーで除去した後、鋼片の熱間圧延を開始する。除去されたスケールは鋼片表面に向けて噴射されるスケールブレーカーからの冷却水とともに流され、冷却水の循環経路に設けられた循環水貯水池に沈殿する。沈殿して堆積したスケールは含油スラッジとして回収されている。冷却水はスケールブレーカーのロールの軸受け部や圧延ロールの軸受け部と接触することから、回収される含油スラッジには軸受け部の潤滑油に由来する油分が混入する。
【００１３】
回収される含油スラッジの代表的な成分及び嵩比重を表１に示す。表１に示すように、含油スラッジは、その大部分が酸化鉄であり、１０〜１５質量％程度の水分を含有した、嵩比重の低い粉粒状の形態である。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
本発明では、含油スラッジ単体、または、含油スラッジと製鉄工程の排ガスから回収されるダストとの混合物をブリケットに成形・造粒し、このブリケット（「含油スラッジブリケット」と称す）を溶銑の予備処理に供する。
【００１６】
含油スラッジブリケットを製造する際に、含油スラッジ単体でも成形・造粒できるが、含油スラッジ単体では水分が過多となる場合があり、この場合には含油スラッジブリケットの圧潰強度が低く、電磁フィーダーなどを用いてホッパーなどから切り出す際に、含油スラッジブリケットが破壊して棚吊りを起こすこともある。従って、これを防止するために、水分調製用のダストを混合し、混合したものを成形・造粒することが好ましい。混合するダストは、乾燥していることが必要であり、乾燥している限り、どのようなダストであっても構わない。ダストの混合比率は、５〜３０質量％とすれば十分である。
【００１７】
本発明者らの経験から、混合するダストとして高炉の排ガスから回収されるダスト（「高炉乾ダスト」という）を使用した場合には、４５．０ｋｇｆ／ｐ以上の圧潰強度を有する含油スラッジブリケットが得られたことから、混合するダストとして高炉乾ダストを使用することが好ましい。表２に、高炉乾ダストの代表的な成分を示す。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
含油スラッジの成形・造粒は、例えば、以下のようにして行うことができる。含油スラッジ単体、または、含油スラッジとダストとの混合物に２〜１０質量％のバインダー（ベントナイトや燐酸アルミニウムなど）を添加し、これらを混練機で混合した後、成形機で造粒し、造粒されたブリケットを乾燥機で乾燥させて、含油スラッジブリケットを製造する。含油スラッジブリケットの大きさは、溶銑予備処理で使用する原料供給装置の仕様に応じて適宜決めればよい。通常は、直径及び厚みを３０ｍｍないし５０ｍｍ程度とすればよい。
【００２０】
このようにして製造した含油スラッジブリケットを冷却材及び酸素源として使用し、溶銑の予備処理、つまり、脱珪処理及び／または脱燐処理を実施する。ところで、含油スラッジは、油分に由来する硫黄の含有量が高く、含油スラッジブリケットを使用することで、予備処理後の溶銑の硫黄濃度を高める虞がある。従って、後工程に溶銑の脱硫処理が設定されている条件下での脱珪処理及び脱燐処理で、含油スラッジブリケットを使用することが好ましい。
【００２１】
本発明を適用して溶銑に脱珪処理及び脱燐処理を実施する際、溶銑は、溶銑鍋や混銑車に収容されていても、また、転炉に収容されていても、何れの場合も本発明を適用することができるが、ここでは、溶銑鍋に収容された溶銑に脱珪処理及び脱燐処理を行う場合について説明する。
【００２２】
先ず、溶銑鍋に収容された溶銑に本発明を適用して脱珪処理を行う方法を説明する。
【００２３】
溶銑鍋に収容された溶銑に、インジェクションランスを浸漬させ、このインジェクションランスから窒素ガスや空気などを搬送用ガスとして生石灰粉（ＣａＯ粉）を溶銑中に吹き込みながら、上吹きランスを介して酸素ガスを溶銑浴面に吹きつける。上吹きランスから吹きつけられる酸素ガスと溶銑中の珪素とが反応（脱珪反応：Ｓｉ＋２Ｏ→ＳｉＯ2）して、溶銑に対して脱珪処理が施される。この場合、上吹きランスから吹きつけられる酸素ガスは溶銑中の炭素とも反応（脱炭反応：Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）して炉内にＣＯガスが発生する。
【００２４】
脱珪反応によって生成するＳｉＯ2はインジェクションランスから吹き込まれる生石灰粉と反応して、脱珪スラグが生成する。脱珪スラグの塩基度（[質量％ＣａＯ]／[質量％ＳｉＯ2]）（以下、単に「塩基度」とのみ表示することもある）は０．６〜１．２の範囲内であれば、どの程度であっても問題ない。脱珪スラグはＳｉＯ2を主成分としていることからフォーミングしやすく、炉内にＣＯガスが発生することから、通常、脱珪スラグはフォーミングした状態で存在する。ここで、スラグのフォーミングとは、溶融スラグがガスを含んで体積膨脹する現象である。
【００２５】
本発明では、この脱珪処理中、処理開始後から処理終了まで、貯蔵ホッパーに収容した含油スラッジブリケットを連続的または断続的に溶銑鍋内に落下投入する。含油スラッジブリケットは嵩比重が１．５〜２．５程度であり、含油スラッジブリケットが脱珪スラグ中を落下することによって、フォーミングした脱珪スラグ中に貫通孔が形成される。炉内で発生したＣＯガスは、形成された貫通孔を通って上昇するので、脱珪スラグのフォーミングが抑制される。
【００２６】
つまり、含油スラッジブリケットが、スラグ中にガス抜き孔を形成させてフォーミングを抑制する鎮静材として機能し、脱珪スラグのフォーミングが抑制される。含油スラッジのままで投入すると、含油スラッジは粉粒状であることから、鎮静材の機能は発現しないが、ブリケットに成形することで、嵩比重が高くなり、且つ、塊状であることから、鎮静材の機能が発現する。ここで、鎮静材とは、スラグのフォーミングを抑制するために、フォーミングしたスラグ中に添加されて使用される物体であり、古くは木片などを使用し、近年では微粒鉄粉と石炭、石灰石、紙スラジ、プラスチックとの混合物のブリケット成形体などが使用されている（特開平９−３１０１１２号公報などを参照）。
【００２７】
また、投入した含油スラッジブリケットは酸化鉄を主成分としており、この酸化鉄と溶銑中珪素とが反応して脱珪反応が進行する。また更に、含油スラッジブリケット中に残留する油分は分解してガスが発生し、且つ、含油スラッジブリケット中の酸化鉄は溶銑中炭素とも反応してＣＯガスが生成するが、油分が分解して発生したガス及び生成したＣＯガスは、含油スラッジブリケットを連続的または断続的に溶銑鍋内に投入することから、落下する含油スラッジブリケットによって脱珪スラグ中に次々に形成される貫通孔を通って脱珪スラグから排出され、脱珪スラグのフォーミングは抑制される。脱珪スラグのフォーミングが抑制されることから、脱珪スラグのスロッピングも抑制される。
【００２８】
含油スラッジブリケット中の酸化鉄と、溶銑中の珪素及び炭素との反応は、含油スラッジブリケット中の酸化鉄の顕熱及び溶融熱による吸熱量の方が珪素及び炭素の酸化発熱量よりも大きいことから吸熱反応となり、含油スラッジブリケットは冷却材として機能する。また、含油スラッジブリケット中の酸化鉄は脱珪スラグ中に溶融し、脱珪スラグの酸素ポテンシャルを高め、脱珪反応を促進させる機能も有する。
【００２９】
つまり、含油スラッジブリケットは、脱珪処理において、スラグの鎮静材として機能すると同時に、鉄鉱石などに代表される固体酸素源としても機能する。
【００３０】
このようにして脱珪処理を溶銑に施し、溶銑の珪素濃度が目的とする値、例えば、０．０５質量％以下になったなら、脱珪処理を終了する。
【００３１】
次に、溶銑鍋に収容された溶銑に本発明を適用して脱燐処理を行う方法を説明する。
【００３２】
溶銑鍋に収容された溶銑に、インジェクションランスを浸漬させ、このインジェクションランスから窒素ガスや空気などを搬送用ガスとして生石灰粉を溶銑に吹き込みながら、上吹きランスを介して酸素ガスを溶銑浴面に吹きつける。上吹きランスから吹きつけられる酸素ガスと溶銑中の燐とが反応（脱燐反応：２Ｐ＋５Ｏ→Ｐ2Ｏ5）し、この脱燐反応によって生成する燐酸化物（Ｐ2Ｏ5）が、添加された生石灰粉の滓化・溶融によって形成されるスラグ中に３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5なる安定形態の化合物として取り込まれ、溶銑に脱燐処理が施される。
【００３３】
燐酸化物をスラグ中に３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5なる安定形態の化合物として取り込むためには、スラグの塩基度（[質量％ＣａＯ]／[質量％ＳｉＯ2]）を１．５以上とすることが必要であり、従って、脱燐処理においては、生成する脱燐スラグの塩基度が常に１．５以上となるように、生石灰粉の添加量を制御する。脱燐スラグの塩基度確保を目的として、脱燐処理開始時に、所定量の生石灰を溶銑上に投入してもよい。脱燐スラグの塩基度の上限値は脱燐反応からは規定する必要はないが、多量の生石灰の使用は無駄であるので、塩基度の上限値は３．０程度とすればよい。
【００３４】
この場合、上吹きランスから吹きつけられる酸素ガスは溶銑中の珪素とも反応（脱珪反応）し、これにより、脱珪処理を施した溶銑を脱燐処理する場合には脱燐処理を開始して間もなく、脱珪処理を施していない溶銑を脱燐処理する場合には脱燐処理の前半（開始４〜６分後）で、溶銑の珪素濃度は実質的にゼロとなる。この脱珪反応によって生成するＳｉＯ2によって脱燐スラグの塩基度が１．５未満にならないように制御する。また、上吹きランスから吹きつけられる酸素ガスは溶銑中の炭素とも反応（脱炭反応）し、炉内にＣＯガスが発生する。
【００３５】
このように、脱燐処理の場合は、溶銑中の珪素濃度が実質的にゼロとなることから、脱珪処理時よりも脱炭反応が活発になり、ＣＯガス発生量が脱珪処理時よりも増加し、これにより、通常、炉内の脱燐スラグはフォーミングした状態で存在する。
【００３６】
本発明では、この脱燐処理中に、貯蔵ホッパーに収容した含油スラッジブリケットを連続的または断続的に溶銑鍋内に落下投入する。含油スラッジブリケットが脱燐スラグ中を落下することによって、フォーミングした脱燐スラグ中に貫通孔が形成され、つまり、脱燐スラグ中にガス抜き孔が形成され、脱燐スラグのフォーミングが抑制される。
【００３７】
また、投入した含油スラッジブリケットは酸化鉄を主成分としており、この酸化鉄と溶銑中燐とが反応して脱燐反応が進行する。また更に、含油スラッジブリケット中に残留する油分は分解してガスが発生し、且つ、同時に含油スラッジブリケット中の酸化鉄は溶銑中炭素とも反応してＣＯガスが生成するが、油分が分解して発生したガス及び生成したＣＯガスは、含油スラッジブリケットを連続的または断続的に溶銑鍋内に投入することから、落下する含油スラッジブリケットによって脱燐スラグ中に次々に形成される貫通孔を通って脱燐スラグから排出され、脱燐スラグのフォーミングが抑制される。脱燐スラグのフォーミングが抑制されることから、脱燐スラグのスロッピングも抑制される。
【００３８】
含油スラッジブリケット中の酸化鉄と溶銑中の燐及び炭素との反応は、含油スラッジブリケット中の酸化鉄の顕熱及び溶融熱による吸熱量の方が燐及び炭素の酸化発熱量よりも大きいことから吸熱反応となり、含油スラッジブリケットは冷却材として機能する。また、含油スラッジブリケット中の酸化鉄は生石灰の滓化を促進させると同時に、生成する脱燐スラグの酸素ポテンシャルを高め、脱燐反応を促進させる機能も有する。
【００３９】
つまり、含油スラッジブリケットは、脱燐処理において、スラグの鎮静材として機能すると同時に、鉄鉱石などに代表される固体酸素源としても機能する。
【００４０】
このようにして脱燐処理を溶銑に施し、所定時間の脱燐処理を実施したなら、或いは、溶銑の燐濃度が目的とする値、例えば、０．０３質量％以下になったなら、脱燐処理を終了する。尚、溶銑の脱珪処理を本発明を適用して行い、この脱珪処理で精錬した溶銑を本発明を適用して脱燐処理することも可能である。
【００４１】
以上説明したように本発明によれば、含油スラッジを溶銑の予備処理で使用するにあたり、含油スラッジ単体または含油スラッジとダストとの混合物を成形・造粒した含油スラッジブリケットを溶銑浴面に向けて投入するので、投入される含油スラッジブリケットによって処理容器内のスラグにガス抜き孔となる貫通孔が形成され、これにより、溶銑の脱珪処理及び脱燐処理で生成されるスラグのフォーミングが抑制され、その結果、スラグのスロッピングが低減される。また、投入された含油スラッジブリケットは、溶銑の予備処理で固体酸素源として使用されている鉄鉱石や鉄鉱石の焼結鉱粉などと同様に、冷却材並びに酸素源として機能し、含油スラッジの有効活用が実現される。
【００４２】
尚、本発明は上記説明の範囲に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明は、製鉄プロセスの熱間圧延工程で発生する含油スラッジを使用しているが、酸化鉄を主成分とする含油スラッジである限り、含油スラッジの発生場所はどこであっても構わない。また、脱珪処理及び脱燐処理で、生石灰をインジェクションランスを介して溶銑中に吹き込んでいるが、溶銑中に吹き込む必要はなく、上方から落下投入しても、また、上吹きランスを介して搬送用ガスとともに溶銑浴面に吹きつけ添加してもよい。
【実施例】
【００４３】
製鉄プロセスの熱間圧延工程で発生した含油スラッジと、高炉乾ダストとを、質量比８：２で混合し、水分値を１０質量％程度に調整した上で、バインダーとして４質量％のベントナイトを添加し、混練機で混合した。この混合物を成形機に投入し、直径３０ｍｍ、厚み３０ｍｍのブリケットに成形・造粒し、次いで、このブリケットを乾燥機で乾燥（乾燥温度：１３０〜１５０℃）して含油スラッジブリケットを製造した。
【００４４】
この含油スラッジブリケットを、固体酸素源、冷却材及び鎮静材として使用し、溶銑鍋内の約２００トンの溶銑に脱珪処理を実施した。脱珪処理は、上吹きランスから酸素ガスを溶銑浴面に吹きつけるとともに、インジェクションランスから生石灰粉を吹き込み、且つ、含油スラッジブリケットを１．５〜２．０ｋｇ／(ｍｉｎ・溶銑−トン)の添加量で連続的に投入しながら実施した。含油スラッジブリケットは脱珪処理の開始とともに投入開始し、脱珪処理終了時点まで投入した。また、比較のために、含油スラッジブリケットを使用せず、固体酸素源として鉄鉱石の焼結鉱粉を使用した脱珪処理も行った。脱珪処理終了は何れも溶銑中珪素が０．２８質量％となった時点を目標とした。
【００４５】
含油スラッジブリケットを使用した脱珪処理（本発明方法）と鉄鉱石の焼結鉱粉を使用した脱珪処理（従来方法）とで、脱珪処理中のスロッピングによる脱珪スラグの噴出量を比較調査した。また、本発明方法と従来方法とで脱珪処理時間を比較調査した。図１に、脱珪処理中の脱珪スラグの噴出量を本発明方法と従来方法とで比較して示し、また、図２に、脱珪処理時間を本発明方法と従来方法とで比較して示す。
【００４６】
図１に示すように、本発明方法では脱珪スラグの噴出量が従来方法に比較して少なく、脱珪スラグのフォーミングが抑制されていることが確認できた。また、図２に示すように、本発明方法の方が従来方法に比較して脱珪処理時間が若干ではあるものの短縮されていることが確認できた。これは、脱珪スラグのスロッピングが減少したことで、酸素ガスの供給流量を落とさずに脱珪処理を行うことが可能になったことによる。
【図１】
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【図２】
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