(57)【要約】【課題】発熱性と取扱性に優れた製鋼用副資材を提供する。【解決手段】製鋼用副資材は、製鋼用助材がシュレッダーダスト（樹脂分を５０質量％以上含む。）で固化された製鋼用副資材であって、製鋼用助材がアルミ灰を含有する。製鋼用副資材は、製鋼用助材がアルミ灰を含有するため、製鋼用助材として製鋼炉に投入された際に、アルミ灰が酸化反応を起こし、大きな輻射熱源を発生させることができ、発熱性に優れ、シュレッダーダストが製鋼用助材を結合して定型性を有するため、取扱性に優れたものとなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼用助材がシュレッダーダスト（樹脂分を５０質量％以上含む。）で固化された製鋼用副資材であって、
該製鋼用助材がアルミ灰を含有することを特徴とする製鋼用副資材。
【請求項２】
前記シュレッダーダストを２０〜８０質量％、前記製鋼用助材を２０〜８０質量％、含有することを特徴とする請求項１に記載の製鋼用副資材。
【請求項３】
前記製鋼用助材がアルミ灰と鉄酸化物を含有することを特徴とする請求項１に記載の製鋼用副資材。
【請求項４】
前記シュレッダーダストを２０〜８０質量％、前記アルミ灰を１０〜６０質量％、前記鉄酸化物を１０〜５０質量％、含有することを特徴とする請求項３に記載の製鋼用副資材。
【請求項５】
前記製鋼用助材の平均粒子径（メジアン径）が０．０１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は３に記載の製鋼用副資材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼において使用される製鋼用副資材に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼は、例えば、電気炉製鋼では、鉄スクラップを電気炉で溶融し、炭素含有量をなど調整し、鉄鋼を再生産する製鋼方法であり、製鋼には、輻射熱源として大量の電力が必要とされる。また、高炉（溶鉱炉）製鋼では、鉄鉱石をコークスで溶かし、銑鉄をつくる製鋼方法であり、製鋼には、大量のコークスが必要とされる。
【０００３】
製鋼の輻射熱源を補うための、製鋼用副資材が、下記特許文献１及び２で知られている。特許文献１に記載された製鋼用原燃料体は、嵩密度が１．５〜２．５ｔ／ｍ3となるように樹脂類と鉄類との比率が調整され、電気炉や高炉に投入された際に、輻射熱源及び加炭源として機能するものである。特許文献２に記載された金属原料入り助燃材は、シュレッダーダストから不要金属成分を取除いたものをバインダーとし、鉄系切削屑等の金属細片を該バインダーで固め、製鋼の助燃材兼金属原料として用い、シュレッダーダストの有効活用と鉄屑のリサイクル率を向上させるものである。また、製鋼に関する従来技術を示すものとして、下記特許文献３〜９が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０２１４４５号公報
【特許文献２】特開２００３−０６４４２３号公報
【特許文献３】特開２００７−１２５４９８号公報
【特許文献４】特開２０１５−０５７５０６号公報
【特許文献５】特開平９−１４３５３３号公報
【特許文献６】特開２００３−１３８３２０号公報
【特許文献７】特開平１０−０３０１１２号公報
【特許文献８】特開平０１−２６８８１４号公報
【特許文献９】特開２０１６−００８３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の製鋼用副資材は、鉄類や鉄系切削屑などを輻射熱源として使用しているため、熱源として決して大きいものではなかった。製鋼は、大量の輻射熱源が必要とされる。このため、大量の輻射熱源を補うために、製鋼用副資材は、より大きな輻射熱源を発生する発熱性に優れたものが求められるという課題があった。また、輻射熱源を発生する鉄類や鉄系切削屑などの製鋼用助材は、粉体状であり、定型性を有していないため、取扱性に改善の余地があるものであった。このため、製鋼用副資材は、取扱性に優れたものが求められるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、発熱性と取扱性に優れた製鋼用副資材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る製鋼用副資材は、製鋼用助材がシュレッダーダスト（樹脂分を５０質量％以上含む。）で固化された製鋼用副資材であって、該製鋼用助材がアルミ灰を含有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の製鋼用副資材によれば、製鋼用助材がアルミ灰を含有するため、製鋼用助材として製鋼炉に投入された際に、アルミ灰が酸化反応を起こし、大きな輻射熱源を発生させることができるため、発熱性に優れ、シュレッダーダストが製鋼用助材を結合して定型性を有するため、取扱性に優れたものとなる。
【０００９】
ここで、上記製鋼用副資材において、前記シュレッダーダストを２０〜８０質量％、前記製鋼用助材を２０〜８０質量％、含有する構成とすることができる。これによれば、製鋼用副資材は、シュレッダーダストと製鋼用助材の含有バランスに優れ、発熱性と取扱性により優れたものとすることができる。
【００１０】
また、上記製鋼用副資材において、前記製鋼用助材がアルミ灰と鉄酸化物を含有する構成とすることができる。これによれば、製鋼用副資材は、輻射熱源として十分な酸化反応（テルミット反応を含む。）を起こすことができ、製鋼用副資材が着磁性を持つことから磁石によって運搬することが可能なものとなり、発熱性と取扱性により優れたものとすることができる。
【００１１】
また、上記製鋼用副資材において、前記シュレッダーダストを２０〜８０質量％、前記アルミ灰を１０〜６０質量％、前記鉄酸化物を１０〜５０質量％、含有する構成とすることができる。これによれば、製鋼用副資材は、シュレッダーダストとアルミ灰と鉄酸化物の含有バランスに優れ、発熱性と取扱性により優れたものとすることができる。
【００１２】
また、上記製鋼用副資材において、前記製鋼用助材の平均粒子径（メジアン径）が０．０１〜１０ｍｍである構成とすることができる。これによれば、製鋼用副資材は、製鋼用助材の表面積が大きくなり、酸化反応（テルミット反応を含む。）が同時多発的に起こり易く、短時間に高い輻射熱源を発生することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の製鋼用副資材によれば、製鋼用助材がアルミ灰を含有するため、製鋼用助材として製鋼炉に投入された際に、アルミ灰が酸化反応を起こし、大きな輻射熱源を発生させることができ、発熱性に優れ、シュレッダーダストが製鋼用助材を結合して定型性を有するため、取扱性に優れたものとなる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について説明する。実施形態の製鋼用副資材は、製鋼用助材がシュレッダーダスト（樹脂分を５０質量％以上含む。）で固化された製鋼用副資材であって、該製鋼用助材がアルミ灰を含有するものである。また、実施形態の製鋼用副資材は、鉄酸化物を含み、シュレッダーダストを２０〜６０質量％、アルミ灰を１０〜６０質量％、鉄酸化物を１０〜５０質量％、含有する構成とすることができる。
【００１５】
実施形態において、製鋼用副資材とは、製鋼における、鉄鉱石や鉄スクラップなどを溶解する際に、輻射熱源を発生することによって補助エネルギー材となるものをいう。製鋼用助材とは、製鋼用副資材を構成する要素のうち、酸化反応（テルミット反応を含む。）によって輻射熱源を発生するものをいう。製鋼用副資材が大きな輻射熱源を発生することによって、製鋼炉の使用するエネルギー（輻射熱源）の代替えとなり、省エネルギーに貢献するものである。
【００１６】
シュレッダーダストとは、廃棄物の破砕物から金属類を除いた残留物であり、樹脂分を５０質量％以上含むものが実施形態のシュレッダーダストとして使用することができる。樹脂分を５０質量％以上含むシュレッダーダストとして、ＡＳＲ（Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ  Ｓｈｒｅｄｄｅｒ  Ｒｅｓｉｄｕｅ）などを使用することができる。
【００１７】
ＡＳＲとは、使用済みの自動車の破砕物から金属類を除いた残留物であり、主組成は高分子材料である。自動車に使用される高分子材料は、熱可塑性樹脂（特にウレタン系樹脂）が多く、ＡＳＲも主組成は、熱可塑性樹脂であるウレタン系樹脂が多いものである。なお、ＡＳＲは、原料となる自動車の粉砕物が調整されているものではないため、組成にはばらつきがあるが、およそ、５０〜８０質量％のウレタン系樹脂を含有するものである。
【００１８】
熱可塑性樹脂であるウレタン系樹脂が多いＡＳＲは、１５０〜１８０℃に加熱されることによって、軟化・溶融し、製鋼用助材のアルミ灰（アルミ灰及び鉄酸化物）を融着させて任意の一体化物を形成することができる。一体化物とすることによって、製鋼用副資材は、取扱性に優れたものとなる。なお、この際の製鋼用副資材の成形方法は、溶融押出成形によって成形することが好ましい。ちなみに、製鋼用副資材のアルミ灰（アルミ灰及び鉄酸化物）を結合させて一体化させるものとして、水溶性樹脂やセメントスラリーなどの水を含むものは、その使用に困難を伴うものである。水が後述する窒化アルミニウムと反応して、アンモニアガスが発生し、作業環境上、好ましくないためである。また、当反応は、発熱反応であり、危険を伴うおそれもある。
【００１９】
製鋼用副資材におけるシュレッダーダストの含有量は、２０〜８０質量％であることが好ましい。これによれば、製鋼用副資材は、輻射熱源として確実な酸化反応（テルミット反応を含む。）を起こすことができ、シュレッダーダストが製鋼用助材を結合させて一体化させることによって定型性を有し、取扱性に優れたものとすることができるからである。シュレッダーダストの含有量が２０質量％未満だと、シュレッダーダストの融着力（結合力）が弱く、製鋼用副資材は外力によって崩れやすいものとなり、移動等の取扱性が劣るおそれがある。一方、シュレッダーダストの含有量が８０質量％を超えると、相対的に製鋼用助材が少なくなり、製鋼用副資材の輻射熱源が小さくなるおそれがある。より好ましくは、３５〜４５質量％であり、さらに好ましくは、３８〜４２質量％である。
【００２０】
製鋼用助材とは、製鋼用副資材を構成する要素のうち、酸化反応（テルミット反応を含む。）によって輻射熱源を発生するものをいう。実施形態において、製鋼用助材にはアルミ灰と鉄酸化物を用いている。
【００２１】
アルミ灰とは、アルミニウム精錬やアルミニウムリサイクルの二次精錬、アルミニウム合金やアルミニウム合金溶解等の精錬、これらの精錬工程の際に発生する、アルミニウム製錬滓、アルミドロス、及び、アルミドロスを原料とする分級残渣のことである。アルミ灰に含まれるアルミニウム分が酸化反応を起こすことによって、製鋼用助材は、大きな輻射熱源を発生することができるものとなる。なお、アルミ灰は、窒化アルミニウムを含有しているものであっても良い。製鋼用副資材として製鋼炉に投入されたときに、窒化アルミニウムが加熱時における輻射熱源を発生することができるからである。また、窒化アルミニウムを含有するアルミ灰を有効に使用することができるからである。
【００２２】
アルミ灰は、分級残渣であるため粉体状を呈している。粉体状であるため、アルミ灰は、その輸送や移動に制約があり、製鋼用副資材としての使用を試みた場合、ユニットでの移動等が可能な袋詰めを行う、粉体状のまま移動等が可能なベルトコンベアを製鋼炉に設置する、などの対策を講じる必要が生じる。実施形態の製鋼用副資材では、製鋼用助材のアルミ灰がシュレッダーダストで固化されているため、移動等の制約がなくなり、後述する鉄酸化物が製鋼用助材に含有されることによって、磁石によって運搬することが可能なものとなり、取扱性により優れたものとなる。なお、アルミ灰を固化するバインダーとして、水溶性樹脂やセメントスラリーなどの水を含むものは、その使用に困難を伴うものである。水が窒化アルミニウムと反応して、アンモニアガスが発生し、作業環境上、好ましくないためである。また、当反応は、発熱反応であり、危険を伴うおそれもある。
【００２３】
アルミ灰のアルミニウム分は、２０〜８０質量％であることが好ましい。これによれば、輻射熱源として十分な酸化反応を起こすことができるからである。アルミニウム分が２０質量％未満だと、酸化反応が十分でなく、大きな輻射熱源を得られないおそれがある。一方、８０質量％を超えると、輻射熱源として十分な酸化反応を起こすことができるが、高価なアルミ灰（または金属アルミニウム）を使用することになり不経済である。より好ましくは、２５〜６０質量％であり、さらに好ましくは、３０〜４０質量％である。
【００２４】
アルミ灰の平均粒子径（メジアン径；ｄ５０）は、０．０１〜１０ｍｍであることが好ましい。これによれば、アルミ灰の表面積が大きくなり、酸化反応が同時多発的に起こり易く、短時間に高い輻射熱源を発生することができるからである。より好ましくは、０．０１〜２ｍｍであり、さらに好ましくは、０．０５〜１ｍｍである。
【００２５】
製鋼用助材に鉄酸化物を含まない場合における、製鋼用副資材におけるアルミ灰の含有量は、１０〜８０質量％であることが好ましい。これによれば、製鋼用副資材は、輻射熱源として確実な酸化反応を起こすことができるからである。アルミ灰の含有量が１０質量％未満だと、酸化反応に資するアルミニウムが少なく、酸化反応に至らないおそれがある。一方、８０質量％を超えると、相対的にシュレッダーダストの量が少なくなり、融着力（結合力）が弱く、製鋼用副資材は外力によって崩れやすいものとなり、移動等の取扱性が劣るおそれがある。より好ましく酸化反応を得るには、２０〜６０質量％であり、さらに好ましくは、２５〜４０質量％である。
【００２６】
製鋼用助材に鉄酸化物を含む場合における、製鋼用副資材におけるアルミ灰の含有量は、１０〜６０質量％であることが好ましい。これによれば、製鋼用副資材は、輻射熱源として確実な酸化反応（特にテルミット反応）を起こすことができるからである。アルミ灰の含有量が１０質量％未満だと、酸化反応に資するアルミニウムが少なく、酸化反応が不十分となるおそれがある。一方、６０質量％を超えると、相対的に鉄酸化物の量が少なくなり、酸化反応に資する酸素が不足し、酸化反応が弱くなるおそれがある。より好ましく酸化反応を得るには、２０〜４０質量％であり、さらに好ましくは、２５〜３５質量％である。
【００２７】
実施形態における鉄酸化物とは、製鋼などで発生する鉄酸化物であり、ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、など酸化鉄を９０質量％以上含有するものである。アルミ灰と鉄酸化物とによって、酸化反応（テルミット反応）が起こり、大きな輻射熱源を発生することができる。なお、鉄酸化物は、酸化鉄組成で酸素モル比の小さいＦｅＯ組成の含有量が高いものほど好ましい。
【００２８】
製鋼用副資材における鉄酸化物の含有量は、１０〜５０質量％であることが好ましい。これによれば、製鋼用副資材は、輻射熱源として酸化反応（テルミット反応）を起こすことができるからである。鉄酸化物の含有量が１０質量％未満だと、鉄酸化物の量が少なくなり、酸化反応（テルミット反応）に資する酸素が不足し、酸化反応（テルミット反応）が弱くなるおそれがある。一方、５０質量％を超えると、酸素が過剰となる、または、酸化反応（テルミット反応）に資するアルミ灰が不足し、酸化反応（テルミット反応）が不十分となるおそれがある。より好ましくは、２０〜４０質量％であり、さらに好ましくは、３０〜４０質量％である。
【００２９】
鉄酸化物の平均粒子径（メジアン径；ｄ５０）は、０．０１〜１０ｍｍであることが好ましい。これによれば、鉄酸化物の表面積が大きくなり、酸化反応（テルミット反応）が同時多発的に起こり易く、短時間に高い輻射熱源を発生することができるからである。より好ましくは、０．０５〜５ｍｍであり、さらに好ましくは、０．０５〜１ｍｍである。
【００３０】
なお、鉄酸化物を含まない場合における、製鋼用副資材は、シュレッダーダストを２０〜８０質量％、アルミ灰を２０〜８０質量％、含有するものであることが好ましい。これによれば、製鋼用副資材は、輻射熱源として確実な酸化反応を起こすことができるからである。アルミ灰の含有量が２０質量％未満だと、酸化反応に資するアルミニウムが少なく、酸化反応に至らないおそれがある。一方、８０質量％を超えると、相対的にシュレッダーダストの量が少なくなり、融着力（結合力）が弱く、製鋼用副資材は外力によって崩れやすいものとなり、移動等の取扱性が劣るおそれがあるからである。アルミ灰は、より好ましくは、２５〜６０質量％であり、さらに好ましくは、３０〜４０質量％である。一方、シュレッダーダストは、より好ましくは、４０〜７５質量％であり、さらに好ましくは、６０〜７０質量％である。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。試験例に使用した、シュレッダーダストであるＡＳＲの組成を表１に記載し、アルミ灰の組成を表２に記載し、鉄酸化物の組成を表３に記載する。
【００３２】
【表１】
2018178171.tif 000002
【００３３】
【表２】
2018178171.tif 000003
【００３４】
【表３】
2018178171.tif 000004
試験例の製鋼用副資材は、後に記載する配合割合で、シュレッダーダストであるＡＳＲと製鋼用助材のアルミ灰及び鉄酸化物を混合し、溶融押出成形機によって、直径３０ｍｍの長さ４０〜１００ｍｍの一体化合物に成型した。かくして成型された製鋼用副資材について、成型性、落下強度、着磁性、テルミット反応力、アルミ酸化反応力を以下のように評価した。
【００３５】
＜成型性＞
成型性は、溶融押出成型材によって成型された製鋼用副資材のＡＳＲ以外の素材（製鋼用助材）の未成型粉体の発生率によって評価した。そして、○：発生率が１質量％以下、△：発生率が１質量％を超え３質量％以下、×：発生率が３質量％を超える、として評価した。
【００３６】
＜落下強度＞
落下強度は、製鋼用副資材（成形体）を３ｍの高さから２５ｍｍ厚鋼板に落下させたときの損傷の有無によって評価した。そして、破断等の損傷が認められなかったものを○、破断等の損傷が認められたものを×として評価した。
【００３７】
＜着磁性＞
製鋼用副資材の取扱性の重要な要素に磁力によるハンドリング性がある。その評価を３段階とし、着磁が可能で、一定衝撃にも耐えたものを○、着磁はするものの衝撃で落下したものを△、着磁しなかったものを×として評価した。
【００３８】
＜テルミット反応力＞
アルミ灰と鉄酸化物によるテルミット反応力の評価は、電気炉製鋼に製鋼用副資材として投入して評価した。そして、ベストモード（試験例１）のように、酸化燃焼の状態とは明らかに異なる反応に伴うスプラッシュ（火花）を飛散させ、閃光が確認されたものを○として評価した。ベストモードと比較して反応力が劣るものを△、燃焼しなかったものを×として評価した。なお、アルミ灰のテルミット反応ではなく酸化反応が確認されたものについては、−（評価外）とした。
【００３９】
＜アルミ酸化反応力＞
アルミ灰のアルミ酸化反応力の評価は、電気炉製鋼に製鋼用副資材として投入して評価した。そして、アルミの酸化反応が確認されたものを○として評価し、確認されなかったものを×として評価した。なお、テルミット反応が確認されたものについては、上記のテルミット反応力で評価し、アルミ酸化反応力での評価は、−（評価外）とした。
【００４０】
試験例を表４と表５とに記載する。なお、試験例１，３〜１８が実施例であり、試験例２が比較例である。
【００４１】
【表４】
2018178171.tif 000005
【００４２】
【表５】
2018178171.tif 000006
【００４３】
（試験例１）
試験例１は、ベストモードとなる実施例である。試験例１は、ＡＳＲが４０質量％含有されていることにより熱可塑性樹脂が十分に含有され、溶融押出成形によって十分な定型性を確保することができた。製鋼用副資材におけるアルミ灰の含有量が２５質量％であり、アルミ灰におけるアルミニウム分の含有量が４３質量％であるため、輻射熱源として十分なテルミット反応を起こすことができた。なお、テルミット反応は、酸化燃焼の状態とは明らかに異なる反応に伴うスプラッシュ（火花）を飛散させ、閃光が確認された。製鋼用副資材は、鉄酸化物を３５質量％含有し、鉄酸化物がＦｅnＯm（酸化鉄）を９７質量％含有するため、テルミット反応に資される酸素の量が十分であり、また、磁石運搬性も十分であった。また、アルミ灰の平均粒子径（メジアン径）が０．２ｍｍであり、鉄酸化物の平均粒子径（メジアン径）が０．８ｍｍであるため、これらの表面積が大きく保たれ、テルミット反応が一気に起こり、短時間に高い輻射熱源を発生させることができた。
【００４４】
（試験例２）
試験例２は、比較例であり、試験例１からアルミ灰を除いた試験例である。酸化反応を起こすアルミ灰が除かれているため、十分な輻射熱源を得られることはできなかった。
【００４５】
（試験例３〜６）
試験例３〜６は、試験例１から鉄酸化物を除いた試験例である。酸素供与材である鉄酸化物が除かれているため、テルミット反応は確認できなかったが、酸化反応によって大きな輻射熱源が得られた。
【００４６】
（試験例７〜１８）
試験例７〜１８は、ＡＳＲ、アルミ灰及び鉄酸化物の配合量を増減、並びに、アルミ灰及び鉄酸化物の組成を変更した試験例である。
【００４７】
試験例７は、試験例１からＡＳＲの添加量を減らした試験例であり、バインダーとなるＡＳＲが少ないため、成型性がやや劣るものとなった。
【００４８】
試験例８は、試験例１からＡＳＲの添加量を増やした試験例であり、バインダーとなるＡＳＲが増え、相対的にアルミ灰と鉄酸化物とが減ったため、テルミット反応力と着磁性が劣るものとなった。
【００４９】
試験例９は、試験例１からアルミ灰の添加量を減らし相対的に鉄酸化物の添加量を増やした試験例である。テルミット反応を起こすアルミニウムが少なく、酸素供与材である鉄酸化物が多いため、テルミット反応力がやや劣るものとなった。
【００５０】
試験例１０は、試験例１からアルミ灰の添加量を増やし相対的に鉄酸化物の添加量を減らした試験例である。テルミット反応を起こすアルミニウムが多いものの、酸素供与材である鉄酸化物が少ないため、テルミット反応力がやや劣るものとなり、金属鉄が少ないため、着磁性もやや劣るものとなった。
【００５１】
試験例１１は、試験例１からアルミ灰の種類を変更したものであり、平均粒子径が大きいアルミ灰Ｂを使用した。平均粒子径の違いに係らず、試験例１同様の良好な結果が得られた。
【００５２】
試験例１２は、アルミニウム含有率がやや低いアルミ灰Ｃを使用した試験例であり、アルミニウム含有率が低いためテルミット反応力がやや劣るものとなった。試験例１３は、アルミ灰Ｃを使用してアルミ灰の添加量を増やした試験例であり、試験例１同様の良好な結果が得られた。
【００５３】
試験例１４は、試験例１２に使用したアルミ灰よりアルミニウム含有率がより低いアルミ灰Ｄを使用した試験例であり、アルミニウム含有率が低いためテルミット反応力がやや劣るものとなった。
【００５４】
試験例１５は、アルミニウム含有率が高いアルミ灰Ｅを使用した試験例であり、試験例１同様の良好な結果が得られたが、アルミ灰が高価なものであったため、非経済的であった。
【００５５】
試験例１６は、平均粒子径が小さい鉄酸化物Ｊを使用した試験例であり、試験例１同様の良好な結果が得られた。試験例１７は、試験例１から、アルミニウム含有率がやや低いアルミ灰Ｃを増量して使用し、均粒子径が小さい鉄酸化物Ｊを減量して使用した試験例であり、着磁性がやや劣るものとなった。試験例１８は、ＦｅnＯm（酸化鉄）含有率が低い鉄酸化物を使用した試験例であり、鉄酸化物の酸素が少ないために、テルミット反応力がやや劣るものとなった。