(57)【要約】【課題】ＣａＦ２の使用量を低減させる、あるいはＣａＦ２を使用することなく、溶解性及び保存性に優れた製鋼用フラックスを得ることができる製鋼用フラックスの製造方法を提供する。【解決手段】複数の原料組成物を混合処理する第１工程と、前記第１工程で得られた混合物を加熱溶融する第２工程と、前記加熱溶融した混合物を水砕により急冷して、得られる固体状の製鋼用フラックスをガラス化させる第３工程とを有する。これにより、製造された製鋼用フラックスはガラス化度が向上した非晶性固体となるので、溶解しやすく介在物除去効率が高くなり、溶湯温度損失を低減させることが可能となると共に、粉末化しにくく保存性も向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の原料組成物を混合処理する第１工程と、
前記第１工程で得られた混合物を加熱溶融する第２工程と、
前記加熱溶融した混合物を水砕により急冷して、得られる固体状の製鋼用フラックスをガラス化させる第３工程とを有することを特徴とする製鋼用フラックスの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製鋼用フラックスの製造方法において、前記原料組成物は３０〜６０モル％のＣａＯ源と、４０〜７０モル％のＡｌ２Ｏ３源であることを特徴とする製鋼用フラックスの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の製鋼用フラックスの製造方法において、前記原料組成物は３０〜７０モル％のＣａＯ源と、１５〜３５モル％のＡｌ２Ｏ３源と、１５〜３５モル％のＣａＦ２源であることを特徴とする製鋼用フラックスの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製鋼用フラックスの製造方法において、前記原料組成物は４０モル％のＣａＯ源と、３０モル％のＡｌ２Ｏ３源と、３０モル％のＣａＦ２源であることを特徴とする製鋼用フラックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼用フラックスの製造方法に関し、より具体的には、溶融状態の原料混合物を水砕により急冷することによりガラス化度を向上させた製鋼用フラックスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材に対する品質要求の高度化に伴い高純度鋼に対するニーズが増大しており、鋼材生産における酸素、リン、硫黄、水素等の不純物の低減が求められている。このような高純度化を転炉精錬のみで行うのは非効率的なので、脱硫等の一部の精錬工程を転炉精錬の前後の溶銑予備処理及び溶鋼二次精錬にも分担する方法が実用化され現在広く用いられている。
【０００３】
溶鋼の精錬工程において、リン、硫黄等の介在物の除去、脱ガス、スラグ生成の促進等のために添加される、脱硫剤等の介在物除去剤、造滓剤等を総称して製鋼用フラックスという。
例えば、溶鋼の精錬における脱硫剤及び脱リン剤として従来ＣａＯが使用されている。また、溶鋼二次精錬工程においては、ＣａＯ、Ｎａ２ＣＯ３、ＣａＣ２、Ｍｇ、カルシウムアルミネート（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３）等が脱硫剤として使用されている。
【０００４】
脱硫効果及び脱リン効果を有するＣａＯは、経済性において優れており、製鋼用フラックスとして最も一般的に用いられているが、融点が高く（２５７２℃）脱硫及び脱リン効率が低い。そのため、ＣａＯを製鋼用フラックスとして単独で用いると、使用量の増大に伴う溶湯温度の損失、脱硫滓発生量の増大等を生じ、その結果、脱硫処理コストの増大や作業性の低下等の問題を招く。そこで、ＣａＯに対して４０重量％程度のＣａＦ２（蛍石：融点９３５℃）を融材として添加することが行われている。
また、ＣａＯに代わって、低融点（１３６０℃）であることに加え、硫化物吸収能を有し復硫反応を抑制できるという利点を有するカルシウムアルミネート（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３）の脱硫剤としての使用（例えば、特許文献１参照）も試みられている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２５６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来用いられている製鋼用フラックスは結晶質のものであるため一般に融点が高く、溶解に長時間を要する等作業性の点で問題があった。更に、結晶質の製鋼用フラックスは溶解熱が大きいため、溶湯温度損失を招くという問題点もあった。
上述したように、溶解性を改善するための融剤としてＣａＦ２を添加することが従来行われていたが、近年環境に対するフッ素の排出規制が実施されており、フッ化物イオンを含有する脱硫滓の埋め立てや路盤材等への使用が制限されているため、環境保全の観点からＣａＦ２使用量の低減あるいはＣａＦ２を使用しないことが望まれている。
また、結晶質又は焼結体である従来の製鋼用フラックスは吸湿性が高く、長期間保存すると空気中の水分と反応して崩壊し粉末化してしまうため、保存性の点でも問題があった。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ＣａＦ２の使用量を低減させる、あるいはＣａＦ２を使用することなく、溶解性及び保存性に優れた製鋼用フラックスを得ることができる製鋼用フラックスの製造方法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】
【０００８】
前記目的に沿う本発明に係る製鋼用フラックスの製造方法は、複数の原料組成物を混合処理する第１工程と、前記第１工程で得られた混合物を加熱溶融する第２工程と、前記加熱溶融した混合物を水砕により急冷し、得られる固体状の製鋼用フラックスをガラス化させる第３工程とを有する。
【０００９】
本発明に係る製鋼用フラックスの製造方法において、前記原料組成物は３０〜６０モル％のＣａＯ源と、４０〜７０モル％のＡｌ２Ｏ３源であってもよい。
【００１０】
また、本発明に係る製鋼用フラックスの製造方法において、前記原料組成物は３０〜７０モル％のＣａＯ源と、１５〜３５モル％のＡｌ２Ｏ３源と、１５〜３５モル％のＣａＦ２源であってもよく、前記原料組成物は４０モル％のＣａＯ源と、３０モル％のＡｌ２Ｏ３源と、３０モル％のＣａＦ２源であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る製鋼用フラックスの製造方法において、加熱溶融した原料組成物の混合物は水砕により急冷されるために結晶化が抑制され、得られる製鋼用フラックスはガラス化度が向上した非晶性固体となる。このような非晶性の製鋼用フラックスは、同一組成を有する結晶性の製鋼用フラックスに比べて短時間で溶解し、溶解熱も小さくなると共に滓化性も向上する。そのため、本発明により提供される製鋼用フラックスは溶解しやすいため介在物除去効率が高く、溶湯温度損失を低減させることが可能になるため、熱源を有しない取鍋の脱ガス剤等として用いた場合に特に顕著な効果を有する。
また、使用量単位を低減させることができるので、スラグの発生量も低減し、その処理コストを低減させることが可能になる。
更に、ガラス化度を向上させることにより、空気中の水分と反応して崩壊し粉末化しにくくなるため、本発明により提供される製鋼用フラックスは、同一組成を有する結晶性の製鋼用フラックスに比べて保存性が向上する。
【００１２】
本発明に係る製鋼用フラックスの製造方法において、原料組成物として、３０〜６０モル％のＣａＯ源と、４０〜７０モル％のＡｌ２Ｏ３源とを用いる場合は、ＣａＦ２を含有しないので、製鋼用フラックスを溶鋼の脱硫等の介在物の除去に使用した結果生成するスラグはフッ素を含有しない。そのため、フッ素の含有量に対する規制が特に厳しい路盤材等へスラグを利用することができ、スラグの処理に要するコストを低減させることが可能になると共に廃棄物を低減させることが可能になる。
【００１３】
本発明に係る製鋼用フラックスの製造方法において、原料組成物として、３０〜７０モル％のＣａＯ源と、１５〜３５モル％のＡｌ２Ｏ３源と、１５〜３５モル％のＣａＦ２源とを用いると、製鋼用フラックスのガラス化度を向上させることによる溶融温度低下に加え、ＣａＦ２の添加により溶融温度を更に低下させることができるため作業性が良好となる。
特に、原料組成物として、４０モル％のＣａＯ源と、３０モル％のＡｌ２Ｏ３源と、３０モル％のＣａＦ２源とを用いる場合には、溶融しやすいため迅速な介在物の除去操作が可能であり、溶湯温度損失の小さい製鋼用フラックスを、従来よりも少量のＣａＦ２添加により得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の第１の実施の形態に係る製鋼用フラックスの製造方法によって製造される製鋼用フラックスは、例えば、普通鋼用溶鋼、ステンレス用溶鋼等で構成される溶鋼の脱硫処理等の介在物の除去時の温度（例えば１５５０〜１６５０℃程度）で使用可能な組成に調整されたものであり、加熱溶融した複数の原料組成物の混合物を水砕により急冷することで結晶化を抑制し、結晶質よりも低い温度で溶融し、それに伴う溶湯温度損失の小さいガラス状態としたものである。
また、この製鋼用フラックス（例えば、脱硫剤）の粒径は、ＲＨ脱ガス槽や取鍋に上置添加する場合には３〜２５ｍｍ程度の粒径に、インジェクション（吹込方式）する場合には１ｍｍ以下に、連続鋳造のタンディッシュ（投入撹拌方式）に使用する場合には、１〜３ｍｍ程度に、使用条件に応じてそれぞれ調整されている。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態に係る製鋼用フラックスの製造方法は、転炉精錬又は溶鋼二次精錬における溶鋼の脱硫に使用される製鋼用フラックスの製造を行うためのものであり、原料組成物である３０〜６０モル％のＣａＯ源と、４０〜７０モル％のＡｌ２Ｏ３源とを混合処理する第１工程と、第１工程で得られた混合物を加熱溶融する第２工程と、第２工程で加熱溶融した混合物を水砕により急冷する第３工程とを有する。
【００１６】
ここで、ＣａＯが３０モル％未満では、得られる製鋼用フラックスの介在物除去性能が著しく低下する。一方、ＣａＯが６０モル％を超えると、得られる製鋼用フラックスが溶鋼中で容易に軟化、又は溶融しなくなるため、迅速で高い介在物除去効率を実現することができなくなる。
また、Ａｌ２Ｏ３が４０モル％未満では、得られる製鋼用フラックスが溶鋼中で容易に軟化、又は溶融しなくなり、迅速で高い介在物除去効率を実現することができなくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３が７０モル％を超えると、得られる製鋼用フラックス中に含まれるＣａＯの含量が低下し介在物除去性能が著しく低下する。
【００１７】
本発明の第１の実施の形態に係る製鋼用フラックスの製造方法の各工程について説明する。まず、ＣａＯ源及びＡｌ２Ｏ３源を前記した割合に配合する。
ここで使用する原料は、ＣａＯ源として、例えば、生石灰、石灰石、ドロマイト等、Ａｌ２Ｏ３源として、例えば、ボーキサイト、礬土頁岩、アルミナ等である。配合時においては、上記したＣａＯ源及びＡｌ２Ｏ３源を、それぞれにＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３に換算して配合を行う。なお、ＣａＯ源及びＡｌ２Ｏ３源として、試薬であるＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３をそれぞれ使用できることは勿論である。
【００１８】
これらの原料組成物を、できるだけ均一となるよう混合を行った後、溶解炉に投入する。溶解炉は、平炉、縦型炉、電気炉等のいずれも使用できるが、炉材からのＰやＳ等の不純物の混入を避けるために、好ましくは炉の内張材がカーボンで構成される電気炉が好適である。電気炉の一例であるアーク式電気炉で溶解した混合物、即ち溶解物は、一定時間（例えば５〜２０分間）熟成した後、水砕により急冷される。
【００１９】
水砕による急冷は、溶解物を直接水槽中に投入することにより行われる。水槽中の冷却水と直接接触した溶解物は急速に冷却され、フレーク状又は砂粒状の外観を呈するガラス状固体となる。この冷却されて生成した固体は、結晶化が進行する前に固化するため、その大部分が非晶質であり、結晶化した部分についても、結晶の成長が防止された結果、微細化されている。そのため、得られた製鋼用フラックスは、同一組成を有する結晶性のものに比べより低温で軟化又は溶融し、その際に消費される熱エネルギーも結晶性のものに比べ少なくなる。
【００２０】
得られた製鋼用フラックスは水分を含んでおり、そのまま転炉等に投入すると水蒸気爆発を起こす危険性があるため、水分を除去するために乾燥を行う。乾燥はドライヤー等の任意の公知の手段により行うことができる。
【００２１】
本発明の第２の実施の形態に係る製鋼用フラックスの製造方法は、転炉精錬又は溶鋼二次精錬における溶鋼の脱硫等に使用される製鋼用フラックスの製造を行うためのものであり、原料組成物である３０〜７０モル％のＣａＯ源と、１５〜３５モル％のＡｌ２Ｏ３源と、１５〜３５モル％のＣａＦ２源とを混合処理する第１工程と、第１工程で得られた混合物を加熱溶融する第２工程と、第２工程で加熱溶融した混合物を水砕により急冷する第３工程とを有する。
【００２２】
ここで、ＣａＯが３０モル％未満では、得られる溶鋼用フラックスの脱硫性能が著しく低下する。一方、ＣａＯが７０モル％を超えると、得られる溶鋼用フラックスが溶鋼中で容易に軟化、又は溶融しなくなるため、迅速で高い介在物除去効率を実現することができなくなる。
Ａｌ２Ｏ３が１５モル％未満では、得られる製鋼用フラックスが溶鋼中で容易に軟化、又は溶融しなくなり、迅速で高い介在物除去効率を実現することができなくなる。一方、Ａｌ２Ｏ３が３５モル％を超えると、得られる製鋼用フラックス中に含まれるＣａＯの含量が低下し介在物除去性能が著しく低下する。
また、ＣａＦ２が１５モル％未満では、得られる製鋼用フラックスが溶鋼中で容易に軟化、又は溶融しなくなるため、迅速で高い介在物除去効率を実現することができなくなる。一方、ＣａＦ２が３５モル％を超えると、介在物の除去処理の結果生成するスラグの路盤材等への使用に支障をきたすおそれがある。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態に係る製鋼用フラックスの製造方法の各工程については、使用する原料組成物を除いて前記第１の実施の形態に係る製造方法と同一であるので、ここでは使用する原料組成物についてのみ説明する。
まず、ＣａＯ源、Ａｌ２Ｏ３源、ＣａＦ２源を前記した割合に配合する。ここで使用する原料は、ＣａＯ源として、例えば、生石灰、石灰石、ドロマイト等、Ａｌ２Ｏ３源として、例えば、ボーキサイト、礬土頁岩、アルミナ等、ＣａＦ２源として、例えば、蛍石である。配合時においては、上記したＣａＯ源、Ａｌ２Ｏ３源、及びＣａＦ２源を、それぞれＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３、ＣａＦ２に換算して配合を行う。なお、ＣａＯ源、Ａｌ２Ｏ３源及びＣａＦ２源として、試薬であるＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、及びＣａＦ２をそれぞれ使用できることは勿論である。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。ここで、図１は実施例１において製鋼用フラックスのＸ線回折測定より得られた散乱角（２θ）とＸ線回折強度の関係を示すグラフであり、図２は実施例２において製鋼用フラックスのＸ線回折測定より得られた散乱角（２θ）とＸ線回折強度の関係を示すグラフである。
また、図３は、本発明の実施例１及び２において製鋼用フラックスの原料組成物として使用したＣａＯのＸ線回折測定より得られた、散乱角（２θ）とＸ線回折強度の関係をそれぞれ示すグラフであり、図４は、本発明の実施例１及び２において製鋼用フラックスの原料組成物として使用したＡｌ２Ｏ３のＸ線回折測定より得られた、散乱角（２θ）とＸ線回折強度の関係をそれぞれ示すグラフである。
なお、Ｘ線回折測定は、リガク製ＲＩＮＴ２０００型自動Ｘ線回折装置（縦型ゴニオメーター）を使用し、加速電圧４０ｋＶ、加速電流２００ｍＡで行った。
【００２５】
（実施例１）
ＣａＯ源としてＣａＯを、Ａｌ２Ｏ３源としてＡｌ２Ｏ３をそれぞれ使用し、これらをモル比１２：７で配合して均一になるよう混合し、アーク炉で加熱溶解した。得られた溶解物を水砕槽に投入し、水砕を行った。水砕により得られたガラス状固体を回収後、ドライヤーにより乾燥した。
こうして得られた製鋼用フラックスについて行ったＸ線回折測定の結果を図１に示す。図３及び図４との比較から明らかなように、原料組成物中のＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及び結晶性の１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３に由来するＸ線回折ピークは殆ど観測されず、２θ値が２５〜３５度付近に、強度の低いブロードな回折腺が観測された。この結果は、得られた製鋼用フラックスのガラス化度が非常に高いことを示している。
【００２６】
（実施例２）
ＣａＯ源としてＣａＯを、Ａｌ２Ｏ３源としてＡｌ２Ｏ３を、ＣａＦ２源としてＣａＦ２をそれぞれ使用し、モル比４０：３０：３０で配合した原料組成物を均一になるよう混合し、アーク炉で加熱溶解した。得られた溶解物を水砕槽に投入し、水砕を行った。水砕により得られたガラス状固体を回収後、ドライヤーにより乾燥した。
こうして得られた製鋼用フラックスについて行ったＸ線回折測定の結果を図２に示す。図３及び図４との比較から明らかなように、原料組成物中のＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＦ２、及びカルシウムフルオロアルミネートに由来する回折ピークが観測されたがいずれも強度が低かった。この結果は、得られた製鋼用フラックスには若干の結晶成分が存在するものの大部分がガラス状であることを示している。
【００２７】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記した実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の製鋼用フラックスの製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態では、原料組成物を粉砕せずに混合を行ったが、原料組成物を粉砕した後に混合を行ってもよく、あるいは先に原料組成物をほぼ均一になるように混合した後に粉砕してもよい。
また、前記実施の形態では溶解物を直接水槽中に投入することにより水砕を行ったが、溶解物への圧力水の噴射により行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１における製鋼用フラックスのＸ線回折測定より得られた散乱角（２θ）とＸ線回折強度の関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例２における製鋼用フラックスのＸ線回折測定より得られた、散乱角（２θ）とＸ線回折強度の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１及び２において製鋼用フラックスの原料として使用したＣａＯのＸ線回折測定より得られた、散乱角（２θ）とＸ線回折強度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例１及び２において製鋼用フラックス原料として使用したＡｌ２Ｏ３のＸ線回折測定より得られた、散乱角（２θ）とＸ線回折強度の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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