(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含クロム鋼の溶解工程または精錬工程において発生するスラグを溶鋼の浴面上から分離あるいは除去するに際し、下記（１）式および（２）式の条件を満足するようにスラグ組成を調整してスラグを分離あるいは除去することを特徴とするスラグの排滓処理方法。
（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２  ）≦１．８０                        ・・・（１）
（ＭｇＯ）≦０．３９５（Ａｌ２  Ｏ３  ）＋０．２７７（ＳｉＯ２  ）
・・・（２）
（ＣａＯ）    ：スラグ中（ＣａＯ）濃度（ｍａｓｓ％）
（ＳｉＯ２  ）  ：スラグ中（ＳｉＯ２  ）濃度（ｍａｓｓ％）
（ＭｇＯ）    ：スラグ中（ＭｇＯ）濃度（ｍａｓｓ％）
（Ａｌ２  Ｏ３  ）：スラグ中（Ａｌ２  Ｏ３  ）濃度（ｍａｓｓ％）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、含クロム鋼の溶解工程または精錬工程（溶解工程に続く精錬工程を含む）において発生するスラグの水和膨張性を防止し、道路用材および建築用材等の資源としての利用をはかるスラグの排滓処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼のような１１ｍａｓｓ％以上のＣｒを含むクロム鋼は電気炉での溶解工程後、上底吹き転炉、ＡＯＤおよびＶＯＤ等での精錬工程で製造されている。これらの工程では溶鋼中〔Ｃ〕、〔Ｓ〕等の不純物の除去が行われるが、不可避的に溶鋼中の〔Ｓｉ〕や〔Ａｌ〕等の酸化が起こり、（ＳｉＯ2 ）、（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の酸化物が生成する。
一方、炉の耐火物の保護および精錬反応の促進のためにＣａＯやＭｇＯが添加される。これらの結果、溶解工程および精錬工程（以下、溶解精錬工程という）ではスラグの生成は避けられない。
【０００３】
また、含クロム鋼の溶解精錬工程では溶鋼中の〔Ｃｒ〕および〔Ｆｅ〕の酸化が避けられず、スラグ中に〔Ｃｒ2 Ｏ3 ）およびＦｅの酸化物である〔ＦｅＯ〕、〔Ｆｅ2 Ｏ3 〕が生成する。これらの酸化物は溶解精錬工程の末期で還元処理されるが、一部に残存する。なお、Ｆｅの酸化物は総称して、以後、（Ｔ．Ｆｅ）と称する。
以上より、含クロム鋼の溶解精錬工程において発生するスラグには、主に（ＳｉＯ2 ）、（Ａｌ2 Ｏ3 ）、（ＣａＯ）、（ＭｇＯ）、（Ｃｒ2 Ｏ3 ）、（Ｔ．Ｆｅ）が含まれる。
【０００４】
従来、含クロム鋼の溶解精錬工程で発生したスラグは長期間かけて埋立て処分されてきた。近年、埋立て処分場の枯渇およびスラグの資源としての有効利用の観点から、例えば道路用の路盤材および建築用の基盤材等としての利用が試験的に行われるようになってきた。
しかし、含クロム鋼の溶解精錬工程で発生したスラグは、普通鋼の溶解精錬工程で発生したスラグに比べ、一般にスラグの固化を促進する（Ｐ2 Ｏ5 ）（Ｆｅ2 Ｏ3 ）の濃度が低く、かつ、水和膨張性を促進する（ＭｇＯ）濃度が高いために排滓処理した後に粉化、水和膨張性が激しく、長期間放置しても安定状態にならないために、十分な資源としての利用ははかれていない。
【０００５】
スラグの粉化防止に関しては、例えば、特開昭５９−１１５９８２号公報に開示されているように、スラグ塩基度（（ＣａＯ）／（ＳｉＯ2 ））を約１．５以下に調整する方法、あるいは特開平１−２５９１１４号公報に開示されているように、スラグの粉化防止剤を用いる方法等がある。
これらの方法では、スラグの粉化は防止できるが、水和膨張については全く効果はない。さらに、粉化したスラグは水およびコンクリート等を加えて、水和塊成化処理することで塊状化することも可能であり、スラグの粉化は大きな問題とはなっていない。
【０００６】
一方、水和膨張性に関しては、これまでスラグ中に含まれるＣａＯおよびＭｇＯが大気中に放置しておくと水和反応を起こし、Ｃａ（ＯＨ）2 およびＭｇ（ＯＨ）2 を形成するために膨張することが知られているが、スラグ組成と水和膨張性の関係については十分な定量的な知見は得られていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
含クロム鋼の溶解精錬工程において発生するスラグを溶鋼の浴面上から分離、あるいは除去するに際し、排滓後のスラグの水和膨張性を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を有利に解決したものであり、その要旨は含クロム鋼の溶解工程または精錬工程において発生するスラグを溶鋼の浴面上から分離、あるいは除去するに際し、下記（１）式および（２）式の条件を満足するようにスラグ組成を調整してスラグを分離、あるいは除去することを特徴とするスラグの排滓処理方法である。
【０００９】
0003745030.tif 000002
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は図１に例示するような含クロム鋼の溶解精錬工程で発生するスラグおよびスラグの排滓処理に適用するものである。
図１（ａ）は電気炉での溶解または溶解および精錬、（ｂ）はＡＯＤでの精錬、（ｃ）は上底吹き転炉での溶解または精錬、（ｄ）はＶＯＤでの精錬の各工程を示し、図中の１は電極、２は溶鋼、３はスラグ、４は上吹きランス、５は横吹き羽口、６は底吹き羽口、７は底吹きポーラスプラグを示す。なお、同図（ｂ）のＡＯＤでの精錬は減圧下での精錬も含まれる。これらの工程では溶解精錬を効率的に進め、かつ炉の耐火物を保護するために、溶鋼量の５％以上のスラグの発生は避けられない。
【００１１】
スラグの水和膨張性は前記したように、ＣａＯおよびＭｇＯの水和反応による膨張に起因するものであるが、本発明者らは、スラグの資源化で最も問題となる数年間大気中に放置しても膨張が持続するような長期の水和膨張性はＭｇＯの水和反応に起因することを見出した。
また、水和膨張性を評価する手段として、オートクレーブを用いた１００℃の水蒸気加圧条件下で、スラグを１０日間放置して、その体積膨張率（以下、蒸気膨張率という）を測定する方法が有効であり、長期水和膨張性を有するスラグの蒸気膨張率は１０％以上であることを見出した。
なお、蒸気膨張率が１０％未満のスラグは、１〜３日間スラグに蒸気を通して処理する、いわゆるエージング処理にて水和膨張性がなくなり、資源としての利用がはかられるようになる。
【００１２】
さらに、スラグ成分と蒸気膨張率との関係について、種々の検討を重ねた結果、下記の知見を得た。
（１）含クロム鋼の溶解精錬工程で発生したスラグ中の（ＭｇＯ）はＭｇＯ、ＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ−Ｃｒ2 Ｏ3 、３ＣａＯ−ＭｇＯ−２ＳｉＯ2 の鉱物相を形成する。
（２）上記鉱物相の中でＭｇＯ以外のＭｇＯ−Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ−Ｃｒ2 Ｏ3 、３ＣａＯ−ＭｇＯ−２ＳｉＯ2 の鉱物相は安定な鉱物相であり、ＭｇＯのみが長期水和膨張性を有する。
【００１３】
（３）ＭｇＯの鉱物相はスラグ中（ＭｇＯ）濃度が高く、スラグ塩基度の高い側、スラグ中（Ｃｒ2 Ｏ3 ）濃度および（Ａｌ2 Ｏ3 ）濃度の低い側で発生しやすい。
さらに、（Ｔ．Ｆｅ）はＡｌ2 Ｏ3 と結合して安定な鉱物相を形成しやすいために、スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）濃度が高い側でＭｇＯの鉱物相は発生しやすい。
【００１４】
（４）一般に、含クロム鋼の溶解精錬工程で発生するスラグ中の（Ｃｒ2 Ｏ3 ）濃度および（Ｔ．Ｆｅ）濃度は２％以下と低い濃度であり、ＭｇＯの鉱物相の形成に対する影響は小さいとみなせる。
これらの結果に基づき、種々の含クロム鋼の溶解精錬工程で発生したスラグの蒸気膨張率の測定を行い、スラグ組成と蒸気膨張率との関係の定量化を検討した。
【００１５】
図２は含クロム鋼の溶解精錬工程で発生したスラグについて、スラグ中の（ＭｇＯ）、（Ａｌ2 Ｏ3 ）および（ＳｉＯ2 ）濃度の関係が前記（２）式の条件を満足しているスラグでのスラグ塩基度（（ＣａＯ）／（ＳｉＯ2 ））と前記方法で測定した蒸気膨張率の関係を示す。
図２より、スラグ塩基度が１．８０以下では蒸気膨張率は全て１０％以下であり、長期の水和膨張性は有しない。一方、スラグ塩基度が１．８０を超えると、一部に蒸気膨張率が１０％以下のスラグもあるがほとんどが蒸気膨張率が１０％を超えており、長期の水和膨張性を有する。これらの結果より、難水和膨張性を有するスラグ組成の条件はスラグ塩基度が１．８０以下であり、前記（１）式の関係が導き出される。
【００１６】
図３は含クロム鋼の溶解精錬工程で発生したスラグについて、スラグ塩基度が前記（１）式を満足しているスラグでの〔（ＭｇＯ）−０．３９５（Ａｌ2 Ｏ3 ）＋０．２７７（ＳｉＯ2 ）〕と前記方法で測定した蒸気膨張率の関係を示す。図３より、横軸の値が０以下のスラグでは蒸気膨張率は全て１０％以下であり、長期の水和膨張性は有しない。一方、横軸の値が０を超えると、一部に蒸気膨張率が１０％以下のスラグも有るが、ほとんどが蒸気膨張率が１０％を超えており、長期の水和膨張性を有する。これらの結果より、難水和膨張性を有するスラグ組成の条件は横軸の値で０以下であり、前記（２）式の関係が導き出される。
【００１７】
前記（１）式および（２）式のスラグ組成の条件を用いることで、難水和膨張性スラグの排滓処理が可能になる。例えば、含クロム鋼の溶解精錬工程において発生するスラグを浴面上から分離あるいは除去する前に、スラグの組成分析を行い、スラグ塩基度および〔（ＭｇＯ）−０．３９５（Ａｌ2 Ｏ3 ）＋０．２７７（ＳｉＯ2 ）〕の値を求める。
もし、これらの値が前記（１）式および（２）式の条件を満足していない場合には、満足するようにスラグへのＡｌ2 Ｏ3 源またはＳｉＯ2 源あるいはこれらの両方を添加した後に、スラグを溶鋼の浴面上から分離あるいは除去することにより、スラグを難水和膨張スラグとすることが可能である。
なお、Ａｌ2 Ｏ3 源としては粘土あるいは金属Ａｌの製造工程で発生するスラグ、ＳｉＯ2 源としては川砂あるいはコンクリート廃材が有用である。
【００１８】
【実施例】
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼（８ｍａｓｓ％Ｎｉ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ）６０ｔの溶鋼を製造し、処理を図１（ａ）に示す溶解工程、（ｂ）に示す精錬工程の実施態様で実施した。
溶解工程ではスクラップ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉを原料として溶解し、溶鋼温度１５００℃まで昇温した後、取鍋にスラグと共に出鋼した。取鍋に入ったスラグは溶鋼をＡＯＤに入れる前にスラグパンに傾転排滓した。
ＡＯＤでは〔Ｃ〕濃度０．０５ｍａｓｓ％まで脱炭した後に、脱炭中に不可避的に酸化した〔Ｃｒ〕を還元するために還元剤を加え、還元精錬を行った後にスラグと共に出鋼した。溶鋼を連続鋳造した後に、スラグはスラグパンに分離、除去した。
【００１９】
表１に溶解精錬の実施例を示す。本発明例および比較例のいずれも３０チャージに適用した。
本発明例では出鋼する前にスラグの組成分析を行い、スラグの組成が前記（１）式のみまたは（１）式および（２）式ともに満足しない場合には川砂をＳｉＯ2 源として添加してスラグ組成を調整し、前記（２）式のみを満足しない場合には金属Ａｌの製造工程で発生したスラグをＡｌ2 Ｏ3 源として添加してスラグ組成を調整した。
比較例はスラグ組成を調整しなかった場合であり、溶解および精錬後、直ちに出鋼して、スラグを排滓処理した場合である。
【００２０】
【表１】
0003745030.tif 000003
【００２１】
実施結果を表２に示す。スラグ処理コストは本発明例のコストを１００として比例換算した値である。
なお、スラグ処理コストにはスラグパンより排出し、埋立て処分するか、または道路用の路盤材等の資源として利用して処理するかまでを含めて、スラグを最終処理するまでにかかったコストである。
【００２２】
【表２】
0003745030.tif 000004
【００２３】
本発明例では水和膨張性をもつスラグの発生したチャージは全くなかったが、比較例では水和膨張性をもつスラグが溶解工程で１３チャージ、精錬工程で１８チャージ発生した。
本発明例では、難水和膨張性スラグのために、全てを埋立て処分して管理する必要がなく、かつ一部は道路用の路盤材として利用できたために、大幅なスラグ処理コストの削減が達成できた。
【００２４】
【発明の効果】
本発明法によると、含クロム鋼の排滓処理において、排滓後のスラグの水和膨張を防止することが可能になり、長期にわたるスラグの管理が不要となる。また、スラグの環境に関する悪影響がなくなり、例えば道路用材および建築用材として使用することが可能になるなど資源として活用する範囲を大幅に広げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を示す概略断面図で、（ａ）は電気炉での溶解、（ｂ）はＡＯＤでの精錬、（ｃ）は上底吹き転炉での溶解精錬、（ｄ）はＶＯＤでの精錬工程を示す図
【図２】スラグ塩基度と蒸気膨張率の関係を示す図
【図３】スラグ組成より求められる〔（ＭｇＯ）−０．３９５（Ａｌ2 Ｏ3 ）＋０．２７７（ＳｉＯ2 ）〕の値と蒸気膨張率の関係を示す図
【符号の説明】
１    電極
２    溶鋼
３    スラグ
４    上吹きランス
５    横吹き羽口
６    底吹き羽口
７    底吹きポーラスプラグ
【図１】
0003745030.tif 000005
【図２】
0003745030.tif 000006
【図３】
0003745030.tif 000007