(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェロクロム精錬時に副生する溶融スラグを、スラグ溶湯の落下流に対面して配設され、上向きに傾斜されたアトマイズノズルを用いて、マッハ１以上の超音速ガスにてアトマイズし、粒径0.2 〜2.5mm の粒状物とすることを特徴とする研掃材の製造方法。
【請求項２】
上記溶融スラグは、主要成分の組成が、MgO : 20〜40wt％、Al2O3 : 20〜40wt％、SiO2 : 25 〜45wt％を含み、残部がその他の少量の酸化物を含有して構成された高炭素フェロクロム精錬スラグの溶融物を用いることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
超音速ガスによるアトマイズに当たっては、50〜200 Nm3/min の範囲内のガス流量を供給して行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
タンディッシュのスラグ樋と；この樋を通じて供給されるスラグ溶湯の落下流に対面して配設され、上向きに傾斜された、マッハ１以上の超音速噴射が可能なラバール形メインノズルと、その両脇に配設された、超音速噴射が可能なラバール形サイドノズルとを組合わせてなるアトマイズノズルと；このノズルの噴射方向に配設された捕集ドームと；からなる研掃材製造装置。
【請求項５】
上記捕集ドームは、ノズル噴射方向に面して開口する入口開口部を前面に有し、下すぼまりとなる内底部には１基以上の粒子捕集用チエンコンベアを有し、そのコンベアエンドには粒子の排出口を有し、そして奥側の頂部にはガス排出口を具えることを特徴とする請求項４に記載の製造装置。
【請求項６】
上記各ノズルの開口形状がいずれもラバール型のスリット形状であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
上記メインノズルは上向き傾斜で配設され、このメインノズルを挟みつけるようにその両側に配設された各サイドノズルは、メインノズルに平行に配設されていることを特徴とする請求項４または６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、研掃材の製造方法とその装置に関するものであって、特に、船舶、橋梁、石油タンクおよびゲート等に表面塗装を施すのに先立って行うブラスト処理において用いられる研掃材、例えば耐摩耗性が高く研掃効果（作業性）に対して優れた効果を発揮する研掃材を有利に製造する方法と、この方法の実施に用いるための装置について提案する。
【０００２】
一般に、普通鋼、特殊鋼あるいは合金鋼等の鋼材（以下、「被処理鋼材」という。）の表面に塗装を施す場合、その塗装処理の前に、鋼材表面に研掃材を吹き付ける、いわゆる、“ブラスト処理”が行われる。このブラスト処理の目的の１つは、前記被処理鋼材表面の酸化層、表面汚染物または古い塗装面などを剥離除去し、塗装に適する清浄な表面を形成することにより、塗料と被処理材表面との密着性を高めるところにあり、この処理にはフェロアロイや鋼とりわけ特殊鋼の精錬時に副生するスラグの解砕粒子が用いられている。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、ブラスト処理に供する研掃材としては、サンド、グリッド、鋼球などが使われており、それぞれ種々の方法たとえば機械的粉砕処理や噴霧粉砕処理あるいは、電気化学的処理等を施すことによって製造されている。中でも溶融物をアトマイズ装置にて噴霧粉砕処理（アトマイズ法）して製造したものが一般的である。
かかるアトマイズ装置は、主として溶融物供給手段と噴霧ノズル（アトマイズ用ノズル）とで構成されており、そのアトマイズ製造課題もこの２つの構成に集中しているのが実情である。たとえば、ノズルの形状や噴霧角度、アトマイズガス流量などを制御することにより、好ましい形状、粒径としている。
【０００４】
従来、こうした溶融物、たとえば製鉄スラグのアトマイズ用ノズルの例としては、本出願人が先に提示（特開昭62−252348号公報に開示) した「クロム含有溶融スラグ風砕用ノズル」などが代表的なものとして知られている。すなわち、この既知ノズルは、
「クロム含有溶融スラグの風砕用ノズルであって、前記ノズルは前記スラグが受滓容器より注出され、流下するスラグ流に対面して設けられており、前記風砕用ノズルは、先端開口部が略Ｕ字状の形状をなすノズルと、前記ノズル底部湾曲部に近接して前記ノズルの上位および下位に先端開口部がスリット状の形状を有する上位ノズル(92)と下位ノズル(93)から構成されており、Ｕ字形状ノズル開口部内側には空気の流れを一定にさせるため直線状の整風板(94)を複数枚設けられており、先端開口部の面積は、中位ノズル(91)が最も大きく、上, 下位ノズル(92), (93)は小さくされてなることを特徴とするＵ字状ノズルからは中速空気が、上、下位ノズルからは高速空気が噴出することにより、受滓容器より注出されるクロム含有溶融スラグをその落下途中において、上部ノズル(92)よりの高速空気で風砕造粒し、Ｕ字形状ノズルより中速空気でさらに造粒しつつ十分冷却し、次に下位ノズル(93)よりの高速空気で前記造粒スラグを風砕スラグ収納容器内に吹き飛ばす先端ノズルを有する、クロム含有溶融スラグ風砕用ノズル」
である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上掲の既知風砕用ノズルは、これを精錬炉溶融スラグの風砕に利用すると、解砕能力の不足から、生成する粒子の大きさが、研掃材として好ましい粒径 (0.2 〜2.5mm)にまで細かくならないだけでなく、偏平したり凝集したりして凝集粒子や擬似粒子を形造って研掃効果の悪い粒子にしかならず、それゆえに製品歩留の低下を招くという問題点があった。
しかも、このような風砕用ノズルでは、装置壁面への付着も招いて設備トラブルを招きやすいという問題点があった。
【０００６】
本発明の第１の目的は、粘性が高く、耐摩耗性に優れたスピネル質の溶融スラグの研掃材を高歩留りで安価に製造するための方法を提案するところにある。
本発明の第２の目的は、上記方法の実施に用いるための製造装置を提供するところにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、上記製造装置を構成するノズル、即ちフェロアロイ精錬スラグを解砕して研掃材を製造するために適したアトマイズ用ノズルの構成を提案するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従来技術が抱えている上述した問題点に鑑み、かつ上記各目的に適う研掃材製造技術について鋭意研究した結果、発明者らは、ノズルからの吐出速度を高くするためラバール形ノズルを使い、他に同形のサイドノズルを組合せることで、耐摩耗性が良好で、細かくかつ粒子形状の揃った研掃材を高歩留りで安価に製造できることを知見し、本発明を完成した。
【０００９】
即ち、本発明は、フェロクロム精錬時に副生する溶融スラグを、スラグ溶湯の落下流に対面して配設され、上向きに傾斜されたアトマイズノズルを用いて、マッハ１以上の超音速ガスにてアトマイズし、平均粒径0.2 〜2.5mm の粒状物とすることを特徴とする研掃材の製造方法である。上記の研掃材の製造に当たって、上記溶融スラグは、主要成分の組成が、MgO: 20〜40wt％、Al2O3 : 20〜40wt％、SiO2 : 25 〜45wt％を含み、残部がその他の少量の酸化物を含有して構成された高炭素フェロクロム精錬スラグの溶融物を用いることを特徴とする。上記の超音速ガスによるアトマイズに当たっては、50〜200 Nm3/min の範囲内のガス流量を供給して行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、上記の方法の実施に当たっては、タンディッシュのスラグ樋と；この樋を通じて供給されるスラグ溶湯の落下流に対面して配設された、マッハ１以上の超音速噴射が可能なラバール形メインノズルと、その両脇に配設され、上向きに傾斜された、超音速噴射が可能なラバール形サイドノズルとを組合わせてなるアトマイズノズルと；このノズルの噴射方向に配設された捕集ドームと；からなる研掃材製造装置を用いることを特徴とする。
【００１１】
上記の捕集ドームは、ノズル噴射方向に面して開口する入口開口部を前面に有し、下すぼまりとなる内底部には１基以上の粒子捕集用チエンコンベアを有し、そのコンベアエンドには粒子の排出口を有し、そして奥側の頂部にはガス排出口を具えることを特徴とする。
また、上記各ノズルの開口形状は、いずれもスリット形であることを特徴とする。
そして、上記メインノズルは、好ましくは1 〜6 ゜上向き傾斜に配設され、このメインノズルを挟みつけるようにその両側に配設された各サイドノズルは、メインノズルに平行に配設されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明における研掃材製造用出発原料としては、精錬スラグの溶融物（以下、「溶融スラグ」という）を用いる。この溶融スラグに着目した理由は、後で詳しく述べるように、ブラスト処理時に、被処理材表面に衝突しても割れにくく、たとえ割れたとしても粉塵を発生させない内部構造を持ち、しかも研掃効果に優れているために、ブラスト処理時間を短縮することが可能になる。
そして本発明では、こうした溶融スラグのうちでもとくに、高炭素フェロクロムを電気炉で溶融して製造する際に副次的に生成する溶融スラグを粒状化したものが好適に用いられる。その成分組成の一例を下記表１に示す。
【００１３】
【表１】
0003793261.tif 000002
【００１４】
本発明において、上述した精錬スラグのうちでも、とくに高炭素フェロクロム精錬スラグを出発原料として着目した理由は、このような精錬スラグを用いて製造した研掃材の場合は、Mg, AlおよびSiの酸化物を含むために、硬く、かつ割れにくいことおよび、構造が主としてMgとAlの酸化物のスピネル構造を有するからである。すなわち、ブラスト処理に当って、たとえこの研掃材が被処理材表面に衝突したときの衝撃によって割れたとしても結晶粒界で割れるので、微粉状とならずに比較的大きな粒状物となり、粉塵を発生することがない。
また、このような原料から得られる研掃材では、硬度が高くかつ靱性にも優れるので、ブラスト処理を行うと、被処理材表面に適切なアンカーパターンを形成するのに効果がある。
さらに、このような原料から得られる研掃材は、これを被処理材たる鋼表面に強く吹き付けた場合、鋼材表面のFeと機械的に結合し、または時には互いに反応して、被処理鋼材表面に、あたかも合金層の如き酸化物浸透層を形成する。しかも、この酸化物浸透層は、容易に剥離することなく、いわゆる鋼材表面の改質層として存在するものである。
【００１５】
ところで、本発明において、上述したMg, AlおよびSiを含む酸化物の精錬スラグを出発原料として使用すること, とくに高炭素フェロクロム精錬スラグを出発原料とすることにより所期の効果を有する研掃材を製造することができる。
しかし、本発明の上述した効果は、高炭素フェロクロム精錬スラグだけに限らず、同様の成分を有する組成物を、例えば単独で電気炉等で調整したものを出発原料として使用しても実現され得ることはいうまでもない。
【００１６】
なお、上記高炭素フェロクロム精錬スラグは、主要成分の組成は、Al2O3 : 20〜40wt％、MgO : 20〜40wt％、SiO2 : 25 〜45wt％、残部はその他の少量の酸化物からなるものを用いる。このような成分組成の精錬スラグを出発原料とする理由は次の通りである。
まず、Al2O3, MgO, SiO2の組成を上記のように限定したのは、この組成のスラグだと、粉塵の発生が少なく、かつ塗装の際に塗料と塗装面の密着性を向上させることができ、研掃効果が高いためである。
【００１７】
MgO, SiO2 は、硬度，靱性改善に影響を与える要因であり、特にMgO は、Al2O3 とスピネルを形成し、硬度が高くなり、被処理材表面に衝突したときに粉砕しないための成分であり、特にAl2O3 とのバランス上、上記範囲に限定される。
【００１８】
上記の他に、CaO を含有してもよいが、このCaは、多くなるとスラグがアルカリ性となるとともに、やわらかく、かつ脆くなり粉化し易くなるので、10wt％以下、好ましくは4.0 wt％以下であることが好ましい。
【００１９】
さて、本発明において、上記精錬スラグの粒状物を出発原料として、研掃材を製造するときに重要なことは、後述する噴霧条件（アトマイズ条件）をコントロールすることにより、製品粒径を適当なサイズのものに調整することにある。
すなわち、発明者らの研究によれば、こうした粒径としては、0.2 〜2.5mm のものが好適である。下限の粒径が0.2mm より小さいと、割れることはないがそれ自体が粒径が小さくなるためにあたかも粉塵となって大気中に舞い上がるような挙動を示す。一方、上限の粒径が2.5mm を超えると、却って割れ易くなり、粉化するおそれが少なくなる。
このことから、本発明製造方法においては、研掃材の粒径が0.2 〜2.5mm の範囲になるように、噴霧条件を設定することが必要である。
【００２０】
なお、こうして得られる研掃材は、最多数径（粒度分布曲線の最大値を示す粒径）が0.9 〜1.4mm の大きさであることが好ましく、0.9mm より小さいと、仕上面の白色度は向上するが研掃に要する時間がかかり過ぎ、研掃効果が低下することと、研掃材の使用量が多くなり、1.4mm を超えると、われやすくなり、粉化するおそれがあり、かえって研掃効果が低下するからである。
【００２１】
上掲の溶融物（高炭素フェロクロム精錬スラグ）を原料とし、この原料をアトマイズして平均粒径が0.2 〜2.0mm の大きさの研掃材を得るには、以下に説明するようなアトマイズ条件の採用が不可欠である。
一般に、溶融物をガスアトマイズするときのエネルギーは次式で表わすことができる。
アトマイズエネルギー∞｛ノズルから噴出する気体の量(Nm3/min) ｝×｛気体の流速(m/sec) ｝÷溶融物処理量(kg/min)
この式からわかるとおり、ノズルから噴出する気体の流速(m/sec) を高めることが有利である。
【００２２】
図１は、フェロクロム溶融物を、ラバール形ノズルと従来形先細ノズルを使ってアトマイズした（流量 17 Nm3/min)ときの各ノズルの噴射速度(m/sec) と平均粒径(mm)の関係を示すものである。この図に示すところからわかるように、0.5 〜2.0mm の平均粒径のものを得るには、マッハ１以上の超音速（≧340m/s常温) にしないと平均粒径は1.5mm 以下にはならない。
この点、従来形の先細ノズルでは亜音速 (340m/s未満) の風速しか得られないから平均粒子径1.5mm を確保するには困難が伴なう。即ち、最大粒径がかなり大きくなると共に、上述した最多数径(0.9〜1.4mm)の割合が少なくなり、歩留り（合格率) の低下ならびに流量(Nm3/min) の不足により処理能力不足を招く。
【００２３】
このような背景の下で、発明者らは、使用すべきノズルの種類として、図２に示すような多流量、高風速が得られやすい、噴出口断面形状がラバール構造を有する図２(a) に示すラバールノズルの適用を考慮した。それは、このノズルであれば、例えば500m/secの風速で100Nm3/minを超える流量をほ示すようなアトマイズを容易に実施できるし、高い生産性を確保するのに有利である。
【００２４】
次に、上記製造方法の実施に当たって用いる本発明にかかる製造装置について説明する。
図３は、装置の全体図を模式的に示すものであり、主として、スラグ溶湯を流下させるタンディッシュのスラグ樋１と、その直下においてスラグ溶湯の落下流に対面して配設されたアトマイズノズル２と、このアトマイズノズルの噴射方向に面して開口を有する捕集ドーム３とから構成されているものである。
【００２５】
上記、アトマイズノズル２は、図２(b) に示すとおり、ノズル構造がいずれも図２(a) に示すようなラバール構造を有するラバール形メインノズル2aとその両脇に対称に配設されるラバール形サイドノズル2b, 2cとの組合せにかかるものを用いる。
【００２６】
また、上記アトマイズノズル２の開口形状は、スリット形とする。このような形状にしたのは、落下溶湯を確実に捕え、効率よく風砕するためである。
【００２７】
なお、かかるアトマイズノズル２に、サイドノズル2b, 2cを採用した理由は、メインノズル2aによって放射状に飛散する半溶融のアトマイズ粒子を、捕集ドーム３内に効率よく捕集し、かつ冷却に必要な滞空時間を確保すること、および、上述した目的粒径のアトマイズ粒子を形成するためである。この点、メインノズル2aだけだと、風砕された放射状に発散する半溶融高温の粒子が高速で捕集ドーム３の壁面に衝突して付着し、ドーム入口を封塞したり、付着物の落下に伴なう操業トラブルにつながるので、これを防ぐためにも必要である。
また、このアトマイズノズル２は、いずれも上向き（約１〜６゜程度）傾斜とし、サイドノズル2b, 2cについてはメインノズルと平行とする。これは、上向きにするとアトマイズ粒子群に飛翔力がつき、粒子の冷却時間を十分とるのに好都合だからである。
【００２８】
また上記捕集ドーム３は、アトマイズノズル２の噴射方向に面する前面に入口開口部3aを有し、下すぼまりとなる内底部には奥行き方向に敷設される１以上のチェンコンベア4a, 4bが配設される。このチェンコンベア4a, 4bは、コンベヤエンドに排出口５が開口するように１〜２基が配設される。これは、風砕されたアトマイズ粒子(1.2〜2.0mm)を掻き集めて排出口５から排出するために設けられるものである。なお、この捕集ドーム３内の奥側の頂部にはガス排出口３が設けられ、集塵機に接続される。
【００２９】
この装置の操業に当っては、とくに本発明の如き平均粒径が0.2 〜2.5mm という細かいアトマイズ粒子を工業的に製造する際には、風速を高目（超音速）にし、相対的に少ない風量で効率よく風砕し製品アトマイズ粒子を回収することが重要である。そのためには捕集ドーム３内の風圧は低目に維持し、このドーム３内からの熱ガスや粉塵等の吹き出しを緩和することが好ましく、このことはみな集塵の負荷を軽くする上でも有利である。
発明者らの実験では、サイドノズル2b, 2cの風速を440m/secとして、それぞれ17 Nm3/minの流量を噴射し、メインノズルからは510m/minの風速、流量 110 Nm3/minでアトマイズした場合は、風速を高くしかつ相対的に少ない風量で風砕品の飛跡を修正することができ、しかも冷却のための滞空時間の確保も容易にできるので、アトマイズ効果を上げることができることがわかった。
【００３０】
【実施例】
本発明の効果を確かめるために、図２，３に示す製造放置と表２に示すアトマイズノズルを用い、高炭素フェロクロムの精錬工程で副生した溶融スラグの噴霧試験を行った。この試験で用いたアトマイズノズルは、250mm 幅のラバール形スリット開口とし、メインノズルは６゜上向き、サイドノズルはそれぞれメインノズルと平行に配置するものとした。試験No. １，２の比較例はメインノズルかサイドノズルのいずれか一方もしくは両方が超音速に満たない速度でアトマイズしたものである。
その結果を表３に示す。
【００３１】
【表２】
0003793261.tif 000003
【００３２】
【表３】
0003793261.tif 000004
【００３３】
表３に示すとおり、発明例（No. ３）では、研掃材として利用できる粒子（0.2 〜2.0mm)の回収率（歩留）が高く、一方、比較例（No. １，２）については、風砕された未凝固粒子が捕集ドーム内壁等に多く付着, 堆積した。また、凝固前に粒子が落下してお互いに粟おこし状の塊（凝集粒子、擬似粒子）となり、装置のトラブルを起こしたり、さらに製品の歩留り低下を招いた。
この点、発明例では、サイドノズルでの風砕粒子の飛跡、コントロールが好適にでき、凝固するまでの滞空時間の確保が十分にできたため、設備トラブルなく、併せて歩留の大幅な向上を計ることができた。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研掃材を高歩留りと低コストで製造できることに加え、耐摩耗性ならびに研掃効果に優れた研掃材を、確実に製造することができる。しかも、アトマイズノズルのコントロールによって、未凝固粒子による捕集ドーム内付着物の生成やこのことに伴う操業トラブルもなく、安定した製造が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アトマイズノズルの風速と平均粒径との関係を示すグラフである。
【図２】アトマイズノズル形状（ａ）および組合せ構成（ｂ）を示す略線図である。
【図３】本発明製造装置の全体模式図である。
【符号の説明】
１  タンディッシュスラグ樋
２  アトマイズノズル
2a  メインノズル
2b, 2c  ガイドノズル
３  捕集ドーム
3a  入口開口部
3b  ガス排出口
4a, 4b  チエンコンベア
５  排出口
【図１】
0003793261.tif 000005
【図２】
0003793261.tif 000006
【図３】
0003793261.tif 000007