(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属精錬炉で生成した還元スラグの処理方法において、スラグとメタルを分離した後の溶融スラグを収容した容器内に発熱剤を添加するとともに、酸素を含有するガスを該スラグに吹き込むことにより、処理後のスラグ中のＦｅ２Ｏ３濃度を３質量％以上１０質量％以下とすることを特徴とする還元スラグの粉化を防止する方法。
【請求項２】
発熱剤として金属シリコン、金属アルミニウム、金属鉄および酸化第一鉄の内の１種以上を使用することを特徴とする請求項１記載の還元スラグの粉化を防止する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、その他の合金を製造する際に発生する還元スラグの粉化を防止する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉、アルゴン−酸素脱炭炉（ＡＯＤ）および電気炉等でステンレス鋼を製造する場合は脱炭工程でクロムが酸化されるので、その後にフェロシリコンを主体とした合金を添加して、酸化クロムを溶鋼中に還元回収する方法が採用されている。炭素鋼、合金鋼等を製造する場合も脱炭工程で鉄、マンガンおよびクロム等の有価金属が酸化しスラグ中にロスするので、フェロシリコンやアルミニウム合金等の合金を添加して、それらの酸化物を溶鋼中に還元回収する方法が採用されている。
【０００３】
上記の有価金属を還元回収した後に生成するスラグを還元スラグと称し、この還元スラグはメタルと分離後に、埋立に利用されるのが一般的である。しかし、還元スラグは粉化し易く、埋立時に粉塵が発生し環境上の問題があり改善が求められている。
【０００４】
還元スラグの粉化は、スラグ中の２ＣａＯ・ＳｉＯ2 が冷却過程で粉化し易いγ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2 に変態することによって起こることが知られている。この対策として、従来よりスラグに酸化硼素、シリカ、アルミナ、五酸化燐等を含む改質剤を添加することにより、γ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2 への変態を抑制し、粉化し難いβ−２ＣａＯ・ＳｉＯ2 変態にとどめる方法が開示されている（特開昭５５−１２８５１８号公報、特開昭５９−１１５９８２号公報、特開昭５５−１３８０１７号公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方法は、精錬炉からスラグ鍋へ還元スラグを排出時に改質剤を添加混合する方式であり、スラグ鍋に排出したスラグはその保有熱を大気冷却により放散し、スラグ固化が早く進むため、均一混合が困難であり、改質剤を添加する効果が十分なものでなかった。精錬炉内で改質剤を添加して強撹拌することも考えられるが、その場合はメタル側の温度が低下するという問題が発生し、スラグ中へのメタルロスが多くなり、メタル組成の管理も難しく問題であった。
【０００６】
特開昭５９−２０４１４号公報には、還元スラグを混合するための手段として、不活性ガスによって撹拌する方法が開示されている。しかし、この方法では不活性ガスによる熱放散が加わり、急冷化を促進し目的の攪拌が不十分となり、粉化の防止に十分な効果を挙げることができないという問題があった。
本発明の目的は、還元スラグの粉化を防止する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、種々検討を重ねた結果、下記の(A) および(B) の知見を得た。
(A) 溶融還元スラグに発熱剤を添加し酸素を吹き込むことにより、スラグは加熱・保温され溶解状態を維持でき、十分良好な流動性が保たれ、スラグの均一混合が促進され、還元スラグの粉化を防止できる。
【０００８】
(B) 発熱剤として金属鉄、金属アルミニウム、金属シリコンおよび酸化第一鉄の少なくとも１種以上を還元スラグ中に添加することにより、十分良好な流動性が保たれ、スラグの均一混合が達成でき粉化を防止できる。
【０００９】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は下記（１）および（２）である。
（１）金属精錬炉で生成した還元スラグの処理方法において、スラグとメタルを分離した後の溶融スラグを収容した容器内に発熱剤を添加するとともに、酸素を含有するガスを該スラグに吹き込むことにより、処理後のスラグ中のＦｅ２Ｏ３濃度を３質量％以上１０質量％以下とすることを特徴とする還元スラグの粉化を防止する方法。
【００１０】
(2) 上記(1) の発熱剤として金属シリコン、金属アルミニウム、金属鉄および酸化第一鉄の内の１種以上を使用することを特徴とする還元スラグの粉化を防止する方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
転炉、アルゴン−酸素脱炭炉（ＡＯＤ）、電気炉等の金属精錬炉でステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼等の溶融合金を製造する際に生成した還元スラグをメタルから分離後にスラグ容器に保持する。
【００１２】
図１は、本発明で使用するスラグ容器の一例を示す模式的な縦断面図である。
図１に示すように、還元スラグ４を収納したスラグ容器１にホッパー２から発熱剤として金属シリコン、金属アルミニウム、金属鉄および酸化第一鉄の内１種以上を還元スラグに添加後に、ランス３から酸素を含有するガスを還元スラグ中に吹き込む。
【００１３】
金属シリコン（以下、Ｓｉと記載する）としてはフェロシリコン、金属アルミニウム（以下、Ａｌと記載する）としては溶鋼脱酸用Ａｌインゴット、金属鉄（以下、Ｆｅと記載する）としては粒鉄、酸化第一鉄（以下、ＦｅＯと記載する）としてはミルスケールが使用できる。また、酸素を含有するガスとしては純酸素上吹き転炉用の工業酸素が使用できる。
スラグ容器１の材質は、鋳鉄製または耐火物で内張りされているものでも良い。
【００１４】
本発明において、酸素を含有するガスを吹き込むのはＦｅＯ、Ｆｅ、ＡｌおよびＳｉを酸化し、それぞれ最終的にＦｅ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 およびＳｉＯ2 の酸化物を生成させて、これらの生成熱（酸化反応熱）によってスラグ温度の低下を抑制できスラグの流動性が確保され、この結果、添加物を均一に分散できるからである。
【００１５】
処理後のスラグ中の酸化鉄の形態はＦｅ2 Ｏ3 が良く、その濃度は３重量％以上が良い。この理由は、スラグ中にＦｅＯの形態で存在しても粉化を抑制する効果が小さく、Ｆｅ2 Ｏ3 の形態で存在してもその濃度が３重量％未満であると、粉化を抑制する効果が小さいおそれがあるからである。なお、以下記載の各濃度は全て重量％を表し、単に％で示す。
【００１６】
Ｆｅ2 Ｏ3 の上限は、１０％以下が好ましく、その理由は１０％を越えるとスラグの粉化を防止する効果が飽和すると共に、酸化第一鉄の添加量が多くなってその酸化に必要な酸素が過大となり、処理コストが上昇するからである。
【００１７】
本発明においてＦｅを添加するのは、酸素との反応によってＦｅが酸化してＦｅＯが生成し、ＦｅＯの添加と同一の効果があり、しかもＦｅの酸化熱によってスラグ温度の低下が一層抑制されるからである。Ｆｅの添加量は適宜ＦｅＯの添加量に準じて決定すればよい。ＦｅとＦｅＯとの添加量は、両者が酸化されて生成したＦｅ2 Ｏ3 量の和が目標のＦｅ2 Ｏ3 濃度（３〜１０％）を得るのに必要な量に一致するように決定すればよく、スラグの加熱に熱量が多く必要な場合は、相対的にＦｅを多くし、スラグの加熱に熱量が少なくてもよい場合は、相対的にＦｅＯを多くすることが必要であり、適宜それぞれ添加量を決定すればよい。
【００１８】
Ｓｉを添加するのは、熱源であると同時に、Ｓｉの酸化反応の生成物であるＳｉＯ2 は、スラグの塩基度を下げ、２ＣａＯ・ＳｉＯ2 のγ相への変態を抑制し、粉化を防止する効果がある。したがって、Ｓｉの添加量は還元スラグの塩基度により、適宜決定すればよい。
【００１９】
Ａｌを添加するのは、Ｓｉと同様に熱源であると同時に、Ａｌの酸化反応の生成物であるＡｌ2 Ｏ3 の存在により、同一の塩基度でも２ＣａＯ・ＳｉＯ2 のγ相への変態を抑制する効果がある。Ａｌ添加量は、上記から還元スラグの塩基度、およびＦｅＯ、Ｆｅ、Ｓｉの添加量により、適宜決定すればよい。
【００２０】
【実施例】
アルゴン−酸素脱炭炉で生成したスラグ（ＦｅＯ＝０．６〜０．７％、Ｃｒ2 Ｏ3 ＝０．６〜０．７％、ＭｎＯ＝０．３〜０．４％、塩基度＝１．５〜２．０）のスラグ１５〜１６ｔを対象として処理を実施した。
【００２１】
表１に実施例の処理条件、処理後のスラグ組成および固化率を示す。
なお、固化率は、粒径５mmを超えるスラグの重量を測定し、全スラグ重量に対しての重量割合を求めたものである。即ち、固化率＝粒径５mmを超えるスラグの重量／全スラグ重量×１００（％）である。
なお、粒径５mm以下のスラグを粉化しているスラグという。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
Ｎｏ．１〜１０は本発明例であり、Ｎｏ．１、３、４は、ＦｅＯとしてＦｅＯ含有濃度約９２％のミルスケール、ＦｅとしてＦｅ含有濃度約９９％の粒鉄（粒径１０〜３０mm）をホッパーから投入し、ランスから酸素純度約９９．９％の上吹き用工業酸素をスラグに２．３〜４．４Nm3/分の流量で３０分間吹き込んで、処理後のスラグ中のＦｅ2 Ｏ3 を３％以上にした。
【００２４】
Ｎｏ．２は同様の方法により、スラグにミルスケールをホッパーから投入し、同時にＳｉＯ2 含有量約９７％の珪砂をホッパーから添加して塩基度の低下を図った。
【００２５】
Ｎｏ．５〜８は、スラグにミルスケール、Ａｌ2 Ｏ3 含有濃度約９７％のアルミナ、Ｂ2 Ｏ3 含有濃度約３０％の酸化硼素含有物、ＳｉＯ2 含有濃度約９７％の珪砂、Ｐ2 Ｏ5 含有濃度約４．６％であり塩基度約２．３の溶銑脱Ｐスラグをホッパーからそれぞれ添加した。Ｎｏ．９はＳｉとしてＳｉ含有濃度約７５％フェロシリコンをホッパーから投入し、Ｎｏ．１０はＡｌとしてＡｌ含有濃度約９９％の溶鋼脱酸用Ａｌインゴットをホッパーから添加した。
【００２６】
Ｎｏ．１１〜１５は比較例であり、スラグ容器内の還元スラグに窒素ガスをランスを使用して３．０Nm3/分の流量で３０分間吹き込んだものであり、Ｎｏ．１１〜１４は、本発明例と同じ組成の珪砂、アルミナ、酸化硼素含有物、溶銑脱Ｐスラグを添加し、Ｎｏ．１５は、Ｆｅ2 Ｏ3 含有濃度約９４％の鉄鉱石を添加したものである。
【００２７】
表１に示すように、固化率はＳｉ、Ａｌ、ＦｅおよびＦｅＯの内１種以上を還元スラグに添加し、その後に酸素を還元スラグに吹き込んだＮｏ．１〜１０の本発明例においては、１００％の固化率が得られたのに対し、比較例のＮｏ．１１〜１５においては、７０％以下の固化率しか得られなかった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、金属精錬炉から発生する還元スラグの粉化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用するスラグ容器の模式的な縦断面図である。
【符号の説明】
１：スラグ容器、
２：ホッパー、
３：ランス、
４：還元スラグ
【図１】
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