(57)【要約】【課題】  鉛快削鋼を製造する際、鉛添加温度をコントロールして還元スラグ中の鉛の蒸発を促し、この還元スラグを希釈するとともに鉛の蒸発を促進し、新たな処理工程を必要とすることなく、鉛含有量および溶出量の低い電気炉スラグを製造する方法を提供する。【解決手段】  電気炉にて酸化精錬を行い、取鍋にて還元精錬を行う電気炉製鋼法による鉛快削鋼の製造法において、鉛添加時の温度をコントロールして添加終了時の温度を１５６０℃以上に制御することにより、スラグ中の鉛を効率的に蒸発させ、鉛含有量および溶出量の低い還元スラグとする。さらに、この還元スラグを、後続チャージの酸化スラグと溶融状態で混合することによって、還元スラグを希釈するとともに鉛の蒸発をさらに促進し、偶発的に鉛量の高い電気炉スラグの発生を防止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉にて酸化精錬を行い、取鍋にて還元精錬を行う電気炉製鋼法において、還元精錬の最終時期に鉛を添加する際に、鉛添加温度をコントロールすることにより還元スラグ中の鉛の蒸発を促すことを特徴とする電気炉および取鍋による鉛快削鋼の精錬における電気炉スラグ中の鉛含有量の低減方法。
【請求項２】
現行チャージの酸化スラグを伴って電気炉から出鋼した取鍋中に先のチャージで添加温度をコントロールして還元スラグ中の鉛の蒸発を促した還元スラグを移注し、酸化スラグ及び還元スラグを溶融状態で混合することによって、還元スラグを希釈するとともに鉛の蒸発をさらに促進し、かつ、電気炉スラグ中あるいは溶鋼の底部あるいは電気炉スラグと溶鋼の界面に存在する粒状鉛あるいは該粒状鉛の凝集状態の金属鉛を除去して偶発的に鉛量の高い電気炉スラグの発生を防止することを特徴とする請求項１に記載の電気炉および取鍋による鉛快削鋼の精錬における電気炉スラグ中の鉛含有量の低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気炉および取鍋による鉛快削鋼の精錬の際に生ずる電気炉スラグ中に含有される鉛量の低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
快削鋼は、一般の鋼よりも快削性を向上させた鋼である。さらに、この快削鋼は切削速度、工具寿命、仕上精度、切屑処理などの諸問題を解決できるため、自動車工業を中心とした各種機械部品に広く使用されている。ところで快削性を上げる元素は種々あり、快削鋼に用いられている元素はＳ、Ｔｅ、Ｐｂ、Ｓｅなどであり、これらを単独にあるいは２種以上鋼中に添加して用いている。特に、鉛は鋼に良好な快削性を付与する元素である。この鉛を添加した鉛快削鋼は、鉛を添加していない基本鋼と比較すると、同一工具寿命を有する工具による切削速度を１０〜２０％速くすることができ、同一切削速度では２〜４倍程度の工具寿命の延長が得られるなど、その優れた被削性と材料強度により、鉛快削鋼は広く用いられている。
【０００３】
近年、環境対応の観点から、鉛快削鋼の使用を制限する動きが広まっており、欧州連合（ＥＵ）では「鉛を含む計６物質を電気製品に使用することを原則禁止する」という有害化学物質を規制するＲｏＨＳ指令が２００６年７月に開始されている。一方、鋼材については、当面、０．３５％以下の鉛の含有を許容する特例措置がとられている。しかし、一部大手のＯＡ機器メーカーでは、さらに踏み込んだ自主規制として、鉛の完全ゼロ化を決定している。
【０００４】
このように鋼中の鉛規制の一層の強化が予想される中、鉛フリー快削鋼のニーズが高まっており、鉄鋼各社では競って鉛フリー快削鋼の開発に取り組んでいる。しかし、一方で安価で高品質な鉛快削鋼の製造は、今日なお継続して実施されているのが現状である。
【０００５】
鉛に関する規制は鉛快削鋼だけでなく、製鋼副産物にも該当する。鉛快削鋼の製造にて発生する副産物のうち、鉛を含有する可能性がある副産物はダストおよび製鋼スラグである。ここで、転炉あるいは電気炉を用いる製鋼工程より発生するスラグを製鋼スラグと称し、これら製鋼スラグのうち、転炉製鋼法にて発生するスラグを転炉スラグ、電気炉製鋼法にて発生するスラグを電気炉スラグと称する。また、電気炉スラグは精錬の工程により、電気炉酸化精錬時に発生する酸化スラグ及び取鍋精錬以降の還元精錬時に発生する還元スラグに分類される。
【０００６】
鉛は沸点は高いが、蒸気圧が高く蒸発しやすい元素であり、１５分程度の精錬で７０％程度が蒸発することが知られている。このため、鉛投入量の大半は蒸発し、ダストとして集塵される。この鉛含有量の高いダストは鉛源としてリサイクルされることが多い。
【０００７】
一方、電気炉スラグは路盤材やアスファルト骨材等の道路用材料あるいは、土壌改良材や埋め戻し材などの土木用材料として古くよりリサイクルされており、スラグ路盤材や鉄鋼スラグを骨材として利用した鉄鋼スラグ混入アスファルト混合物は、公共工事での使用が推奨される製品として、グリーン購入法の対象製品にも指定されている。
【０００８】
上述したように、鉛は沸点は高いが、蒸気圧が高く蒸発しやすい元素である。したがって、一般に製鋼スラグ中の残存量は土壌環境基準を満足する。しかし、近年の環境意識の高まりにより、より確度の高い処理技術が求められており、様々な処理技術が開発されている。
【０００９】
製鋼中の溶鋼の浴面上から鉛を含むスラグを除去した後、この鉛を含む製鋼スラグを加熱処理して溶融させ、その後にその組成を調整することにより、鉛を不溶化し、かつ、難水和膨張性とする技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。さらに、組成調整または溶鋼の浴面上から分離あるいは除去した後に、所定期間の蒸気エ−ジング処理または屋外保管を行うことにより、鉛を含んだ製鋼工程で発生する製鋼スラグ中の鉛を不溶化する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１０】
さらに、亜鉛分と鉛分とを含有する製鋼スラグと炭素を反応炉へ供給し、製鋼スラグの溶融状態の下で、これらを反応させて鉛分を蒸気として炉外へ排出することにより、スラグ中の鉛分を所定レベル以下に低減させ、製鋼スラグの有効活用を図る技術が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【００１１】
また、さらに製鋼ダストに発熱剤を混合した粉状物を、圧縮空気と共に製鋼スラグに吹き込み、製鋼スラグの顕熱と発熱剤の反応熱とで高温加熱することによって、ダスト中の金属を溶融し、亜鉛や鉛などの低沸点金属を気化浮上させ、ダストとして回収する方法が提案されている（例えば、特許文献５参照。）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−６８７８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９２７２１号公報
【特許文献３】特開２００２−２０８１５号公報
【特許文献４】特開平１０−２７３３４７号公報
【特許文献５】特開昭５９−１５３８４８号公報
【００１３】
ところで、製鋼スラグの主要な用途先である、土木用途を鑑みると、鉛は溶出量だけでなく含有量も低減させることが必要であり、熱源の供給により鉛を蒸発させダストとして回収させる上記の特許文献４や特許文献５の手法は、鉛の蒸発しやすさからも有効な手法であると考えられる。しかし、何れの方法においても、反応炉あるいは発熱材の投与が必要であり、鉛快削鋼の生産比率の低減しつつある昨今においては、この方法を新規に導入するには、コスト的に負担が大きい問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、電気炉にて酸化精錬を行い、取鍋にて還元精錬を行う電気炉製鋼工程において、取鍋における還元精錬の最終時期に鉛を添加し鉛快削鋼とする際、鉛を添加する温度をコントロールすることにより、還元スラグ中の鉛の蒸発を促すことによって還元スラグ中の鉛含有量を低減する。さらに、この還元スラグを、後続チャージにて酸化スラグを伴って電気炉から出鋼した取鍋へ移注し、酸化スラグ及び還元スラグを溶融状態で混合することによって、還元スラグを希釈するとともに鉛の蒸発をさらに促進し、かつ、凝集状態の金属鉛を除去して偶発的に鉛量の高い電気炉スラグの発生を防止する。この方法により、新たな処理工程を必要とすることなく、鉛含有量および溶出量の低いスラグを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、電気炉にて酸化精錬を行い、取鍋にて還元精錬を行う電気炉製鋼法による鉛快削鋼の製造工程において、蒸発しやすい元素である鉛の添加を取鍋による還元精錬の最終段階にて行う。溶鋼中への鉛の添加方法は、通常の合金鋼の投入口から投入する方法のほか、取鍋の鍋底からインジェクションして吹き込むなどの方法による。いずれの方法であっても歩留まりは極めて低く、過剰の鉛を投入している。この鉛添加時の温度をコントロールして終了時の温度を１５６０℃以上に制御することにより、還元スラグ中の鉛を効率的に蒸発させ、鉛含有量および溶出量の低い還元スラグとする方法である。
【００１６】
鉛は溶鋼への溶解度が低い金属であり、鉛鋼中には微細な粒子として分散することが知られている。鉛添加後の取鍋中においては、鉛粒子は溶鋼および還元スラグ中に均一に分散しているだけでなく、溶鋼の底面に沈降し、あるいは溶鋼および還元スラグの界面や還元スラグ中に凝集して粗大な粒子を形成する場合がある。これらの凝集した鉛の凝集物は短時間では蒸発しないため、これらの鉛の粗粒を含む還元スラグが凝固した場合、偶発的に鉛含有量の高い還元スラグが発生する恐れがある。
【００１７】
このような鉛含有量の高い還元スラグが偶発的に発生することを防止するために、請求項２の発明では、取鍋精錬終了後に溶鋼をタンディッシュへ出鋼した後、取鍋に残存する還元スラグを、後続チャージの電気炉出鋼後の取鍋上に排滓し、電気炉出鋼に伴って取鍋に移注された電気炉スラグと混合し、これを直ちにスラグ鍋に排滓することが効果的である。鉛を含む還元スラグを後続チャージの取鍋上に排滓し、酸化スラグと溶融状態で混合することで、還元スラグ中の鉛が希釈されるだけでなく、混合後スラグドラッガーなどによって除滓することにより、スラグは落下による攪拌および除滓による攪拌を受け、スラグ中の鉛の蒸発が促される。さらにこの工程では、電気炉出鋼後の溶鋼より熱源が供給されるため、鉛の蒸発が促進される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の上記の手段を用いることで、新たな処理工程を必要とすることなく鉛含有量および溶出量の低い電気炉スラグを製造することができ、さらに偶発的に鉛量の高い電気炉スラグが発生することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の手段の実施の形態について、図を参照して説明する。鉛含有が０．０４％以上の快削鋼を得るために、先ず電気炉でスクラップの溶解および酸化精錬を行い、続いて取鍋に出鋼して取鍋で還元精錬を行う。この還元精錬の最終時期に鉛を添加するが、ここで添加温度をコントロールすることにより、還元スラグ中の鉛の蒸発を促し鉛含有量の低い還元スラグを製造した。この溶鋼をタンディッシュに出鋼する時期と、後続チャージの電気炉酸化精錬の完了時期が重なるため、現行チャージの鉛の蒸発を促した還元スラグを、後続チャージの酸化スラグを伴って電気炉から出鋼した取鍋中に、移注した。この還元スラグを移注する際の操業条件を表１において１０例を示した。ここで溶出量は、平成３年８月環境庁告示第４６号付表に掲げる方法により検液を作成した。
【００２０】
すなわち、表１に、鉛の添加終了時の溶鋼の温度、鉛投入量（ｋｇ）、還元スラグ中の鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）および鉛溶出量（ｍｇ／Ｌ）を示した。これら還元スラグのサンプリング時期はいずれも鉛添加後であり、取鍋より採取した。表１において、還元スラグ１〜６では、鉛添加終了時の溶鋼の温度が１５６０℃以上であった。一方、還元スラグ７〜１０では、鉛添加終了時の溶鋼の温度が１５６０℃以下であった。
【００２１】
この鉛添加終了温度区分に基づき、鉛投入量と還元スラグ中の鉛含有量の温度依存性を図１に示す。鉛添加終了時の溶鋼の温度によって、鉛投入量に対する還元スラグ中の鉛の含有傾向が異なっており、１５６０℃以下で添加を終了したスラグは、１５６０℃以上で添加した場合の倍以上の鉛が、還元スラグ中に含有される傾向が示されている。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
次に、表１に示す鉛快削鋼のスラグをスラグ鍋に排滓し、そのまま冷却ヤードに流し込み、徐冷凝固させた場合と、請求項２の発明の手段である、還元スラグを後続チャージの酸化スラグと熱間で混合した後、スラグ鍋に除滓して冷却ヤードにて徐冷凝固させた場合について、冷却ヤードより採取したスラグ中の鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）および溶出量（ｍｇ／Ｌ）を表２に示した。
【００２４】
表２に冷却ヤードより採取したスラグ中の鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）および溶出量（ｍｇ／Ｌ）を示した。なお、表１の各番号の還元スラグが同順で各徐冷スラグに対応している。すなわち、表１の還元スラグ１が表２の徐冷スラグ１に、表１の還元スラグ２が表２の徐冷スラグ２にそれぞれ対応している。
【００２５】
さらに、図２に還元スラグ中の鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）と冷却スラグ中の鉛含有量（ｍｇ／ｋｇ）の関係を示した。酸化スラグと熱間混合したスラグは、還元スラグ中の鉛含有量と直線的な関係があり、酸化スラグとの混合による希釈および鉛の蒸発促進効果によって、徐冷スラグ中の鉛含有量は還元スラグ中の２８％程度まで減少していた。これに対し、熱間混合を行っていない徐冷スラグ中の鉛含有量は、還元スラグ中の鉛含有量とほぼ同じで、鉛添加後から減少が見られなかった。さらに、徐冷スラグ３に関しては、還元スラグ中の鉛含有量より高い鉛含有量が検出されており、不均一に凝集していた鉛粗粒の影響であると考えられる。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
以上より、鉛添加終了時の温度を１５６０℃以上とすることで、スラグ中に鉛が残存する割合を低減することができ、さらに鉛含有還元スラグを酸化スラグと熱間混合することにより、希釈および蒸発の促進によりさらなる鉛含有量の低減が図れるだけでなく、不均一に分散している鉛粗粒による高鉛含有量スラグの発生を抑制することができた。
【００２８】
また、本発明の方法により得られた鉛快削鋼スラグからの鉛の溶出量は検出限界以下で、溶出量も問題がないことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】鉛投入量と還元スラグ中の鉛含有量の温度依存性を示す図である。
【図２】スラグの熱間混合により鉛含有量の減少を示す図である。
【図１】
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【図２】
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