(57)【要約】【課題】石灰のポーラス性を増強して溶融滓化作用を促進でき、石灰消費量の低減や精錬時間の短縮が実現されるようにした石灰系フラックスを提供する。【解決手段】石灰石を１ミリメートル以下の粉粒状に砕き、この粉粒石灰石に水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２  、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）２  、水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３  を単独もしくは組み合わせて混入し、これを混練して５ないし６０ミリメートル大に造粒し、その造粒物を１，１５０℃以下、好ましくは９００ないし１，１００℃で焼成してポーラス質とする。その水酸化カルシウム等は粉粒石灰石１００重量部に対して２０重量部以下、好ましくは３ないし１０重量部としておき、場合によっては、微粉スケールまたは酸化鉄も添加する。造粒物はポーラス質であり、特に融材を必要とすることなく早期の滓化反応性を発揮する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属精錬炉における溶湯に供給され、溶融金属中の硫黄分や燐酸分等と反応して溶融スラグの生成を促進するために使用される石灰系フラックスにおいて、
石灰石を１ミリメートル以下の粉粒状に砕き、この粉粒石灰石に水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムを単独もしくは組み合わせて混入し、これを混練して造粒し、その造粒物を焼成してポーラス質としたことを特徴とする石灰系フラックス。
【請求項２】
前記造粒物は、９００ないし１，１００℃で焼成されたことを特徴とする請求項１に記載された石灰系フラックス。
【請求項３】
水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムの混入量は、石灰石１００重量部に対し３ないし１０重量部としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された石灰系フラックス。
【請求項４】
微粉スケールまたは酸化鉄が添加されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載された石灰系フラックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石灰系フラックスに係り、詳しくは、金属精錬炉における溶湯に供給され、溶湯を脱燐、脱硫等して金属介在物のスラグ化を助長し、そして生石灰の滓化性を助長する融材の添加を特に必要としないようにした反応性の高い精錬用造滓材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材中の不純物元素を低減させるために、溶鋼の溶製中スラグによって脱酸、脱硫、脱燐、脱珪さらには介在物の形態制御などをすることが種々の方法で行われている。金属精錬において溶湯中の硫黄分などと反応させて製鋼スラグの生成の促進を図るために、溶湯に造滓剤としてのソーダ灰系フラックスや石灰系フラックスが塊状にして投入されたり、粉状にしてサブランスから吹き込まれたりする。
【０００３】
上記したうち粉状のフラックスを使用する場合には、溶湯の攪拌効果を上げるため窒素やアルゴンガスなどと共にインジェクションされるが、ガス単体のインジェクションに比べて均一混合時間が短縮され、かつスラグ生成の促進を図ることができる。しかし、生成されたスラグが再利用できないことなどの理由によってソーダ灰系フラックスの使用は近年ほとんどなくなり、最近ではほとんどの場合石灰系フラックスが使用されている。
【０００４】
そのフラックス（造滓材）の代表的なものは、生石灰ＣａＯである。これは、溶湯中に含まれている珪素が酸化されてＳｉＯ２  となるとＣａＯ・ＳｉＯ２  と化し、燐が気体酸素もしくは固体酸素と反応してＰ２  Ｏ５  となると、ｎＣａＯ・Ｐ２  Ｏ５  （ｎ＝２ないし５）を生成する反応を呈するからである。
【０００５】
また、硫黄分については、溶湯中のサルファをＣａＯと反応させてＣａＳが生成され、金属Ｍｇが添加されている場合にはそれによっても最終的にＣａＳを生成させ、これがスラグ中へ移行するようにしている。なお、生石灰にはミルスケールＦｅ２  Ｏ３  や蛍石ＣａＦ２  が混合され、その滓化性の向上が図られることも多い。
【０００６】
上記した石灰系フラックスとしての生石灰ＣａＯは、石灰石ＣａＣＯ３  を９００℃ないし１，２００℃（場合によっては１，２００℃を超えることもある）で焼成してつくることができる。これは圧縮強度が高くて衝撃に強く、輸送や精錬炉への投入の際の取り扱いが容易である。反面、焼成温度が高く、燃料消費量の増大を招くなどの問題がある。ちなみに、石灰石から脱燐や脱硫用の造滓剤としての生石灰粉を製造する方法が、特開平４−１４９０４５号公報に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１４９０４５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、石灰石を焼成するなどして生成させた生石灰は５ないし３０ミリメートル大の塊粒状となっている。これを粉砕するなどして溶湯にインジェクションしても、キャリアガスによる溶湯の攪拌効果があるとはいえ吹き込まれた細粒のまま直ちに溶湯面に浮上することが多い。したがって、溶湯中での直接的な接触は少なく、滓化作用の大部分は溶湯面近くにおいてのみ進行する傾向となる。その結果、脱燐脱硫が充分に達成されないか長い時間をかけて滓化を進行させなければならなかった。
【０００９】
そこで、本出願人は、特許第３，００５，７７０号において、１，１００℃程度で石灰を焼こうとする場合、石灰石を予め粉砕し、これを水で練って５ミリメートル径以上の造粒物としておくことを提案した。これを焼けば、水分が飛ばされかつＣＯ２  が抜けることによって、多数のしかも大きい空孔を形成できるからである。
【００１０】
しかし、単に水で練った造粒物を低い温度で焼いているだけであるので粒間結合力は乏しく、塊状物としてはいささか脆いものとなる。これを溶銑に投入すると、空孔に進入した溶鉄によって結合力が弱められ、生石灰の粒塊が溶銑中で保形できなくなる。細かくなって散らばれば生石灰が溶銑中のシリカと反応しやすくなり、その表面が融点の高い２ＣａＯ・ＳｉＯ２  で覆われたりすると、ＣａＯの以後の融解が遅延したり妨げられることにもなる。
【００１１】
ところで、低温で焼成して得られた生石灰は上記したようにして空孔が生じ、全体としてポーラス質となる。このような性状を呈することは溶銑との接触率を高める点で極めて都合がよく、脱硫反応等の向上を期待させる。
【００１２】
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、その目的は、ポーラス石灰を生成するにあたり、焼成中の保形性を高めまた精錬時の早期崩壊を抑制しておくことができるようにすること、石灰のポーラス性を増強して溶融滓化作用を促進できるようにすること、生石灰の溶融を助長する融材を特に必要とすることなく融化させることができること、ひいては石灰消費量の低減や精錬時間の短縮が実現されるようにした石灰系フラックスを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属精錬炉における溶湯に供給され、溶融金属中の硫黄分や燐酸分等と反応して溶融スラグの生成を促進するために使用される石灰系フラックスに適用される。その特徴とするところは、石灰石を１ミリメートル以下の粉粒状に砕き、この粉粒石灰石に水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２  、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）２  、水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３  を単独もしくは組み合わせて混入し、これを混練して造粒し、その造粒物を焼成してポーラス質としたことである。
【００１４】
上記した造粒物は、９００ないし１，１００℃で焼成するようにしておく。
【００１５】
水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムまたは水酸化アルミニウムの混入量は、石灰石１００重量部に対し３ないし１０重量部とされる。なお、微粉スケールまたは酸化鉄を添加しておいてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、石灰石造粒物が平均的には１，２００℃を上回ることのない温度で焼成されるので、石灰石は焼き締ることなく水分とＣＯ２  ガスの抜けたポーラス質豊かな生石灰に変成し、その生石灰に高い造滓能力が与えられる。造粒物を焼成するにあたって、９００ないし１，１００℃下で処理すれば、焼き締まりの回避はより一層確実なものとなる。
【００１７】
造粒石灰に水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムを単独もしくは組み合わせて混入させれば、水より高い粘性を発揮するバインダとして造粒物の保形性を上げ、焼成中および精錬初期における崩壊が抑制されやすくなる。
【００１８】
水酸化カルシウムを混入させている場合には、焼成によって極めてきめの細かいＣａＯと化すので、精錬開始時先んじるように造滓作用を発揮すると共に粉粒石灰石から生成された生石灰の活性化と融化を促す。水酸化マグネシウムが混入されている場合には、焼成によってＭｇＯが生成され、精錬炉壁耐火物の侵蝕を抑える。また、水酸化アルミニウムが混入される場合には、焼成によってＡｌ２  Ｏ３  が生成され、それが脱硫作用を助成する。いずれも、造粒時、焼成時、精錬時を通して、形をかえてＣａＯの滓化作用を支える。
【００１９】
水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムを、粉粒石灰石１００重量部に対し３ないし１０重量部となるようにそれぞれ単独もしくは組み合わせて造粒時に混入しておけば、上記作用を安定したものとする。微粉スケールまたは酸化鉄Ｆｅ２  Ｏ３  を造粒物に適量加えておけば、精錬時の脱燐作用がさらに増強されたものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る石灰系フラックスについて詳細に説明する。この石灰系フラックス（造滓材）は、転炉、電気炉等の金属精錬炉における溶湯や取鍋等に受けられた溶湯に供給され、溶鉄中の不純物元素を低減させるべく溶融スラグ生成の促進を図るために使用される。
【００２１】
すなわち、精錬中に石灰系フラックスを副原料として溶湯へ投入し、溶融金属中の硫黄分、燐酸分や珪酸分などと反応させて金属スラグ生成を促し、さらには介在物の形態も制御することができるようにするものである。
【００２２】
その石灰系フラックスは、石灰石を造粒しやすい１ミリメートル以下の粉粒状に砕き、この粉粒石灰石に水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムを単独もしくは組み合わせて混入し、これを混練して略５ないし６０ミリメートル径に造粒し、その造粒物をロータリキルンにより１，１５０℃以下、好ましくは９００ないし１，１００℃で焼成しポーラス質としたものである。
【００２３】
本発明においては粉粒石灰石が造粒されているので、焼成時１００℃を超えた時点で水分が抜け、造粒物には多数の空孔が形成される。そして、８００℃を超えるとＣＯ２  のほとんどが抜けるので、生成された生石灰はポーラスな軽石状となり、溶銑や溶鋼の進入を許容する接触面積の拡大されたフラックスとなる。ちなみに、焼成温度は平均的な温度が１，２００℃を超えることがないので、生成された生石灰が焼き締まってしまうことはない。ましてや１，１００℃までに留めれば、ポーラス質化の促進とその保持がなされ、焼き締まりの回避はより一層確かなものとなる。
【００２４】
造粒の時点で混入された水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２  などは、粘りを発揮するバインダとなって造粒物に保形力を与える。上記のごとく、ポーラス質となった粒塊状生石灰は高い滓化性を発揮する。この場合、精錬中に生じるスラグの溶融促進を目的として蛍石等の融材を積極的に投入するまでもなく、ポーラス質化による比表面積の大きいフラックスによって滓化性が向上される。
【００２５】
しかも、通常投入される石灰の投入量を節減しながら鋼材中の不純物元素を除去し、溶湯介在物の形態も制御することできる。その結果、溶融スラグには未反応石灰やふっ素はほとんど含まれず、セメント原料や燐酸・カリ肥料などとして利用可能な良質のスラグが生成される。
【００２６】
ところで、水酸化カルシウムの混入量は、粉粒石灰石１００重量部に対して２０重量部以下、好ましくは３ないし１０重量部とされる。この範囲での混入は水酸化カルシウムを増粘材として機能させるにふさわしく、造粒におおいに寄与する。焼成されればＣａＯと化してその比表面積は大きくなり、粉粒石灰石から変成したＣａＯと混在しても、それらと何ら区別する必要のない滓化性の高いものとなる。もちろん、粉粒石灰石から生成された生石灰の反応性を阻害することもない。
【００２７】
水酸化カルシウムに代えて、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）２  を、１ミリメートル以下の粉粒状石灰石１００重量部に対して２０重量部以下、好ましくは３ないし１０重量部となるように混入してもよい。これも増粘材として機能するので、造粒やその保形に都合がよい。焼成されればＭｇＯとなり、精錬炉壁耐火物を保護するように挙動する。
【００２８】
ちなみに、水酸化マグネシウムを混入する代わりにＭｇＯを用いてもよい。ＭｇＯは増粘材として機能させようがないが、それによる不足をカバーする必要がある場合には、水酸化カルシウムまたは次に述べる水酸化アルミニウム、もしくはその混成物を石灰石１００重量部に対し３ないし２０重量部の範囲で混入するようにすればよい。
【００２９】
水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムに代えて、水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３  を、上記と同量混ぜておく。これも粘結作用を発揮し、造粒物を保形する。焼成されればＡｌ２  Ｏ３  となり、脱硫に貢献する。なお、微粉スケールや酸化鉄Ｆｅ２  Ｏ３  を石灰石１００重量部に対して例えば１ないし５重量部添加しておけば、脱燐反応は一層助長される。
【００３０】
上記した水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムは、それぞれが単独で添加されるだけでなく、それらを適宜組み合わせて混入するようにしてもよい。しかし、その場合でもその添加量は、粉粒石灰石１００重量部に対し３ないし１０重量部に留められ、多くても２０重量部までとされる。いずれの場合も、３重量部より少なければ増粘材としての作用は薄れ、１０重量部を超えればましてや２０重量部を超えれば粉粒石灰石に対して過剰混入となり、その増量にもかかわらず、それに見合った成果は得られない。
【００３１】
以上の説明から分かるように、粉粒石灰石を造粒して焼成し、ポーラス質となって溶湯との接触性の向上した、すなわち滓化反応性の高い石灰系フラックスを生成することができる。しかも、混入される水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムまたは／および水酸化アルミニウムが保形作用を補足し、精錬中はそれぞれからの変成物で生石灰の造粒作用を補助する。滓化性の向上により別途融材を使用することも可及的に少なくなり、精錬用副資材の低廉化を促すと共に精錬処理時間の短縮を可能にするようになる。