(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム成分を含有する粒状物或いは塊状物と、前記粒状物或いは塊状物の表面に形成された生石灰を主成分とするコーティング層とで構成された低発煙アルミニウム含有物であって、
前記生石灰の量が全体の０.１％以上であり、且つ前記粒状物或いは塊状物の大きさが平均粒径で直径1〜30ｍｍであることを特徴とする低発煙アルミニウム含有物。
【請求項２】
アルミニウム成分を含有する粒状物或いは塊状物と、前記粒状物或いは塊状物の表面に形成された生石灰とマグネシアの混合物を主成分とするコーティング層とで構成された低発煙アルミニウム含有物であって、
前記生石灰の量が全体の０.１％以上であり、且つ前記粒状物或いは塊状物の大きさが平均粒径で直径1〜30ｍｍであることを特徴とする低発煙アルミニウム含有物。
【請求項３】
粒状物或いは塊状物が、搗実であることを特徴とする請求項１または２に記載の低発煙アルミニウム含有物。
【請求項４】
粒状物或いは塊状物中に空隙が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の低発煙アルミニウム含有物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安価で、白煙が少なく反応有効性に優れた溶鋼・溶銑或いはスラグの脱酸・改質助剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、溶鋼・溶銑或いはスラグの脱酸・改質には金属アルミニウム分を含む脱酸・改質助剤の炉或いは取鍋への投入が行われている。この脱酸・改質助剤としては、主として再生アルミニウム製造時において発生するアルミニウム含有物質（アルミニウムの溶融時に発生して溶湯の表面に浮遊する、アルミ灰と称する粉状のアルミドロス類、アルミスクラップを溶解したときにアルミスクラップが熱のために丸まってその表面が酸化し、中心部に金属アルミニウム分が残留している粒状或いは塊状の「搗実（ツキミ）アルミ」と称されるもの等）、金属アルミショット（粒）、金属アルミスクラップ類（空缶シュレッド屑、サッシ類の切断品、その他）、溶解アルミニウム精製用の使用済みアルミナ製濾過フィルタ（ストレーナ）の粉砕物その他金属アルミニウム成分を含む材料が使用されている。前記アルミニウム含有物質の成分は、アルミニウムとアルミナを主成分とし、他にシリカ、マクグネシア、金属アルミニウム分を含む。
【０００３】
前記アルミニウム含有材物質の炉や取鍋への投入形式としては、粉のままのアルミ灰を炉や取鍋へ直接インジェクションする場合や、前記アルミ灰を押し固めて造粒物(ブリケット)としたり或いは押出し成形や転動造粒にてペレットとしたり、またバインダ或いは必要とするその他原料を混入してペレットとしてバンカー投げ込み使用とする場合、シュレッドしたスクラップ屑を圧縮成形したもの或いは溶解アルミ精製フィルター残骸を破砕した粒状物或いは塊状物を投入する場合など様々な方法がとられている。
【０００４】
このような金属アルミニウムを含む脱酸・改質剤（例えば、アルミショット、アルミ灰、搗実の場合）を炉や取鍋に投入する場合、炉或いは取鍋内の約千数百℃の溶鋼・溶銑から立ち昇る高熱のために全体が高温に加熱され、溶鋼・溶銑の上に浮かぶスラグに達する前に大半の金属アルミニウム分が大気中の酸素と反応して酸化し、微細アルミナを生成してしまい、これがもうもうたる白煙となって炉や取鍋から立ち昇る。特に、取鍋のような開放容器においては、周囲一面に微細アルミナ白煙を撒き散らす結果となり、作業環境の悪化のみならず、目視出来なくなる事により操業が出来ない位になる場合が多い。このように、従来の助剤の場合、投入材のアルミニウム成分の多くが大気中の酸素との反応により燃焼してしまい、溶鋼、溶銑の脱酸反応やスラグ改質に寄与する割合が非常に小さくなる。
【０００５】
そこで上記発煙問題解決のため、本発明者らは溶解アルミ精製用のアルミナ製フィルタの粉砕物を主成分とする助剤を開発しこれをスラグの脱酸或いはスラグ改質に使用してきた。このものは前述のように溶融アルミニウムの精製に用いられるもので、セラミック（アルミナ）を主成分とする使用済みの多孔質濾過フィルタであり、その孔の中に多量の金属アルミが残っている。
【０００６】
この使用済みのアルミナ製多孔質濾過フィルタの粉砕物を主成分とする助剤を使用すると、この助剤は前述のアルミ灰のような助剤と異なり、投入時の急激な温度上昇に曝されてもフィルタを構成するアルミナによって孔内の大半の金属アルミニウム分は大気中の酸素と接触せずその燃焼反応が抑制される。そして、孔内の金属アルミニウム分の反応が起こるまでに前記フィルタを原料とする助剤がスラグ等の脱酸や改質反応を期待する物質中に入り込み、助剤内に大量に残留していた金属アルミニウム分が前記物質内で反応を起こし、期待されていた脱酸作用や改質作用が行われることになる。
【０００７】
従って、前記使用済みのアルミナ製多孔質濾過フィルタの粉砕物を主成分とする助剤を使用すると、前述のようにアルミ灰を助剤として使用した場合と異なり、大気中における酸素との急激な燃焼反応が押さえられて白煙が著しく少なくなり且つ本来の目的とする溶解スラグ等との有効な反応性が向上し少ない量で効果的なスラグ還元に寄与するようになった。
【０００８】
しかし、このように発煙問題や反応性向上に対して極めて効果の高い使用済みのアルミナ製多孔質濾過フィルタの粉砕物を主成分とする助剤にも次のような問題がある。即ち、高強度のアルミナに高粘性の金属アルミニウムを含有した蜂の巣状の固形物を破砕するのは非常に困難で費用がかさむ点や、前記フィルタによる濾過対象の溶融アルミニウムに添加されている微量成分を助剤として使用する前にフィルタから除く事は出来ないので、当該微量成分（例えば、ボロン、銅）が炉内や取鍋内の溶鋼・溶銑内に混入し、溶製鋼種によっては前記助剤を使用できないこともある。(なお、アルミ圧延材においてはその結晶微細化のためにボロンを用いる事が多く、その結果として上記使用済みフィルタにも０.０１〜１％程度の量でボロンが残留することになる。)
【０００９】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」は本発明にかかる低発煙アルミニウム含有物(A)の第１実施例で「金属アルミニウム成分(1)を含有する粒状物(2)或いは塊状物と、前記粒状物(2)或いは塊状物の表面に形成された生石灰を主成分とするコーティング層(3)とで構成された低発煙アルミニウム含有物(A)であって、生石灰の量が全体の０.１％以上であり、且つ前記粒状物(2)或いは塊状物の大きさが平均粒径で直径1〜30ｍｍである」ことを特徴とし、「請求項２」はその第２実施例で「アルミニウム成分(1)を含有する粒状物(2)或いは塊状物と、前記粒状物(2)或いは塊状物の表面に形成された生石灰とマグネシアの混合物を主成分とするコーティング層(3)とで構成された低発煙アルミニウム含有物(A)であって、生石灰の量が全体の０.１％以上であり、且つ前記粒状物(2)或いは塊状物の大きさが平均粒径で直径1〜30ｍｍである」ことを特徴とする。
【００１０】
これによれば、助剤(A)としてコーティング粒状物或いは塊状物を炉や取鍋に投入すると、炉や取鍋から立ち昇る高熱によって生石灰或いは生石灰とマグネシアを主成分とするコーティング層(3)が溶け、金属アルミニウム分(1)を含む粒状物(2)あるいは塊状物の表面を覆う。その結果、粒状物(2)あるいは塊状物内の金属アルミニウム分の大気中の酸素との接触が抑制され、白煙の原因となる微細アルミナの生成が妨げられる。そして、前記助剤(A)は大量の金属アルミニウム分(1)を含有したままスラグ表面に至り更にはスラグ中に入り込んでいく。そして、スラグ中の酸素や溶鋼・溶銑中の酸素と前記金属アルミニウム分(1)が酸化反応し、スラグや溶鋼・溶銑の脱酸・改質を行う。
【００１１】
スラグに石灰含有量の多い場合は、スラグ上層面は融点が高くて固体であることが多いが、コーティング層(3)にマグネシアが含まれている場合、溶けたコーティング層とスラグのこれに接触している部分とが多元系の酸化物を構成してその融点が下がり、前記コーティング層(3)近傍部分が溶融することとなり、次第に金属アルミニウム分(1)を含んだ粒状物(2)あるいは塊状物がスラグ内に入り込むので、それらに含まれる酸素等との直接的な反応が起こる事となる。更に、この時の反応が液相で行われるので、反応性が大きく向上する事になる。
【００１２】
また、生石灰の量が全体の０.１％以上であるので、炉或いは取鍋に投入された時に溶解して粒状物(2)あるいは塊状物の表面全体を十分覆い尽くすことができ、大気中での金属アルミニウム分(1)の酸化を防ぐことができる。
【００１３】
そして、低発煙アルミニウム含有物(A)の粒状物(2)或いは塊状物の大きさに関し「粒状物(2)或いは塊状物の大きさが平均粒径で直径１〜30ｍｍである」ことを特徴とする。平均粒径で直径１ｍｍ未満の場合は小さ過ぎて炉或いは取鍋から立ち昇る高熱により瞬時に昇温してしまい、表面の溶けたコーティング層による被覆効果が働かず、内部の金属アルミニウム分(1)が大気中の酸素と反応し燃焼してしまう。これに対して、直径が30ｍｍより大きい場合は逆に大き過ぎてスラグ内で溶け切れず長時間残留して無駄になるばかりか、場合によっては後処理に悪影響を及ぼす事態にもなる。
【００１４】
「請求項３」は請求項１または２に記載の低発煙アルミニウム含有物(A)の粒状物(2)或いは塊状物の種類に関し「粒状物(2)或いは塊状物が、搗実である」ことを特徴とするもので、搗実を使用した場合、その大きさが適当である事に加え、表面が粉状のアルミ灰等と比べて厚い酸化膜(アルミナ)に覆われている事、その形状が不定形で内部に空隙が存在する事が多いことによってスラグ中での溶解が徐々に進むことになり反応を進める上で好ましい。また、搗実においても、飲料缶のような薄いアルミニウムを再溶解した時に発生する物は形状がいびつになり空隙(4)を有する割合が高くなり易く更に好ましい。
【００１５】
「請求項４」は、請求項１または２に記載の低発煙アルミニウム含有物(A)を更に限定したもので「粒状物(2)或いは塊状物中に空隙(4)が形成されている」ことを特徴とする。前記空隙(4)は搗実の空隙と同様断熱作用を示し、粒状物(2)あるいは塊状物のスラグ中での溶解が徐々に進むことになり脱酸反応を進める上で好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。(2)はアルミニウム成分(1)を含有する粒状物或いは塊状物で、表面に生石灰或いは生石灰とマグネシアの混合物を主成分とするコーティング層(3)が形成されて本発明の低発煙アルミニウム含有物(A)となる。前記粒状物(2)或いは塊状物は、平均粒径で直径1〜30ｍｍのもので、アルミ灰類を押し固めた造粒物、押出し成形や転動造粒にて形成したペレット、またバインダ或いは必要とするその他原料を混入してペレットとしたもの、又は搗実などが用いられる。
【００１７】
前記搗実とは、アルミスクラップを溶解して溶融アルミニウムを造る時に発生する滓の内、アルミ灰と称する粉状の物と異なり１ｍｍ以上の大きさで残った粒状物をいう。これは飲料缶の様に薄いスクラップや酸化膜の厚いスクラップなどから出来る滓であったり、溶解作業が十分に行われなかった場合に発生するものである。これらは、比較的アルミニウミの含有率が高い場合が多く、且つ表面が厚い酸化物で覆われている場合が多い。更にまた、その形状は不定形であり、特に薄いスクラップから発生する場合は丸まってしまって内部に空洞(4)を有することが多い。これによって、高温においても反応がゆっくりと進む。従って、炉または取鍋への助剤(A)として投入されたとき、大気中の酸素との急激な反応が抑制されるので、このような用途においては好適である。
【００１８】
炉または取鍋への助剤(A)として投入される前記粒状物(2)或いは塊状物の平均粒径は、直径で1〜30ｍｍのものが好ましいが、平均粒径が１ｍｍ未満の場合は小さ過ぎて取鍋等への投入時に大気中において直ぐに中心まで昇温して酸化してしまい、従来と同様、効果がない。30ｍｍより大きい場合には逆に大き過ぎて、溶鋼や溶銑中に入り込んだり、スラグ中で溶け残ったりして金属アルミニウム分(1)を残留させることになり好ましくない。
【００１９】
粒状物(2)或いは塊状物の表面に形成されるコーティング層(3)の主成分は、「生石灰」或いは「生石灰とマグネシアの混合物」である。前記「生石灰」の量は、全体に対して０.１％以上、好ましくは１〜５％である。「生石灰」の量が全体に対して０.１％以上あれば、投入時の高温によって生石灰が溶けた時に粒状物(2)或いは塊状物の表面を十分に被覆して大気中の酸素との接触を妨げることができ、粒状物(2)或いは塊状物内の大気中での酸化を妨げることができる。マグネシアは多元性酸化物スラグを形成してスラグの流動性を高める。その作用については後述する。
【００２０】
前記コーティング層(3)は、粒状物(2)或いは塊状物の全面を覆っている必要もなければ均一にコーティングされている必要もなく、投入時の高温で溶けた場合に粒状物(2)或いは塊状物の表面を覆うことができればよいので、投入前の粒状物(2)或いは塊状物に対する状態では概略これらに付着していれば足る。また、コーティングに供する生石灰やマグネシアは粉である必要はなく、ある程度粒状物(2)或いは塊状物に付着できるようなものであればよく、勿論、粒状のようなものでもよい。コーティングの状態は、前述のように粒状物(2)或いは塊状物の表面に概略付着していればよいので、単に混合機で両者を混ぜ合わせ、生石灰或いは生石灰とマグネシアの混合物を前記粒状物(2)または塊状物の表面に付着させる程度で良い。生石灰は柔らかいので、前記のように混ぜ合わせるだけでその粉化した物が粒状物(2)または粒状物の表面に表面に付着する。
【００２１】
アルミ灰のような粉状物を助剤(A)として使用する場合には、ブリケット（豆炭の様な形状に圧縮成形したもの）加工により粒状物(2)或いは塊状物として使用する。その場合、アルミ灰単独をブリケット加工してもよいし上記生石灰または生石灰とマグネシアとの混合物をブリケット加工してもよく、その場合でも前記ブリケット加工にて形成した粒状物(2)または塊状物の表面に生石灰または生石灰とマグネシアの混合物をコーティングすることになる。
【００２２】
次に、本発明の作用について説明する。生石灰や生石灰とマグネシアのコーティング層(3)を有する助剤(A)を炉や取鍋に投入すると、炉や取鍋から立ち昇る熱気によって助剤(A)の表面温度は、炉や取鍋内の千数百℃の溶鋼の上に浮遊しているスラグ温度(溶鋼温度近い)まで急激に加熱され、助剤(A)のコーティング層(3)が溶融する。コーティング層(3)が溶融すると溶融皮膜を形成し、粒状物(2)或いは塊状物の表面全体を覆い、これにより大気中の酸素との接触を妨げる。その結果、粒状物(2)或いは塊状物中の金属アルミニウム分の燃焼反応が抑制される。その間に助剤(A)は落下してスラグに到達し、続いてその大半はスラグ中に入り込み、スラグ中或いは溶鋼や溶銑中の酸素等と反応して溶鋼や溶銑の脱酸或いはスラグの改質などが行われる。
【００２３】
また、前記助剤(A)がスラグ内に入り込まず、スラグ表面に止まっている場合でも前述と同様、表面のコーティング層(3)の溶融被膜とその近傍の溶融スラグが粒状物(2)或いは塊状物の表面に溶融被膜を形成して金属アルミニウム分(1)が急激に連続燃焼反応を起こすのを防ぎ、スラグ液層に徐々に溶解して液一液反応を起こし、含有されている金属アルミニウム分(1)がスラグや溶鋼・溶銑中の酸素と脱酸・改質を行っていく。
【００２４】
前述の反応において、粒状物(2)或いは塊状物として搗実を使用した場合、搗実が粒状で且つ不定形、内部に空隙をもった形状であるため、この空隙が断熱作用を発揮し、この時の溶解及び脱酸・改質が徐々に進むことになり好ましい。従って、造粒によって形成された粒状物(2)或いは塊状物の場合でも内部に空隙(4)が形成されるようにすることが好ましい。
【００２５】
前述のコーティング層(3)の成分は、炉や取鍋に投入されたとき炉や取鍋内のスラグが溶融しやすいような成分に設計することが好ましい。概略、溶鋼の２次精練用取鍋のスラグは、石灰とアルミナを主成分とし、酸化マンガン、マグネシア、シリカ、酸化鉄等を含むが、それに本助剤(A)が投入されてそのコーティング層(3)が加わってスラグの融点が下がるように設計する事が望ましい。例えば、一般には前述のスラグは、石灰含有量が多くスラグ上層面は融点が高いため固体であることが多いが、その場合はコーティング層(3)にマグネシアを含ませておくことでスラグが多元系の酸化物となって融点が下がり、本助剤(A)を投入したときそのコーティング層(3)及びスラグの前記コーティング層(3)近傍部分が溶融することとなり、結果スラグとの反応性が向上するからである。
【００２６】
[実施例]  溶鋼取鍋のスラグ改質
転炉から出鋼した溶鋼(キル用のアルミニウムを既に含有している。)を取鍋に取り、ＣａＯなどからなるフラックスを溶鋼に投入した。溶鋼の上部表面にはＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＦｅＯなどを組成とするスラグが浮いた状態となっている。上記スラグの上部に本発明のスラグ改質材と比較例１〜３のスラグ改質材を投入し、スラグの酸素量の変化と白煙の発生状況を観察した。なお、取鍋へのスラグ改質材の投入量は、当該スラグ改質材中の金属アルミニウム量が同じ量となるように調整した。比較例１として粉状のアルミ灰、比較例２として(アルミ精製用アルミナフィルタ粉砕物、比較例３としてアルミ灰を塊状にした造粒物を用いた。本発明品はコーティング材である。なお、表１中、改質剤反応効率(改質剤自体の有効割合)は、(反応した酸素量)／(改質剤中の金属アルミニウムと反応すべき酸素量)×１００で表される。また、(Ｎ数)は試験回数である。
【００２７】
【表１】
0003859995.tif 000002
【００２８】
表から、本発明品であるコーティング材の改質剤の反応効率が４０％と非常に高い。これは本発明品の金属アルミニウムが有効に反応していることを示している。また、白煙の発生も極めて少ない。一方の比較例１、３では、反応効率で低く大量に投入しなければならない。したがって、ますます白煙が増加し熱効率のロスが発生することになる。比較例１における白煙発生は湯面が見えなくなるほど大量であった。比較例２は本発明品に近いが、既に述べたようにＢを含有しているという欠点がある。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係わる低発煙アルミニウム含有物は、アルミニウム成分を含有する粒状物或いは塊状物と、前記粒状物或いは塊状物の表面に形成された「生石灰」或いは「生石灰とマグネシア」を主成分とするコーティング層とで構成されているので、炉や取鍋に投入した時、炉や取鍋から立ち昇る高熱によって生石灰を主成分とするコーティング層が溶け、金属アルミニウム部分を含む粒状物或いは塊状物の表面を覆う。その結果、粒状物あるいは塊状物内の金属アルミニウム分の大気中の酸素との接触が抑制されて微細アルミナの生成が妨げられ白煙を生じないだけでなく酸化を免れた大量の金属アルミニウム分を含有した粒状物や塊状物がそのままスラグ表面に至り、更にはスラグ中に入り込んでスラグ中の酸素や溶鋼・溶銑中の酸素と酸化反応し、スラグや溶鋼・溶銑の脱酸・改質を効果的に行う。
【００３０】
このとき「マグネシア」を含有していると、溶融したコーティング層と溶融したコーティング層に接触しているスラグは多元系酸化物となって融点が下がり、粒状物或いは塊状物のスラグ内での侵入がより容易となり反応性の向上に繋がる。また、石灰量は溶融時に粒状物あるいは塊状物の表面を覆うことができる量があれば足り、その最少量は０.１％である。また、その平均粒径が直径１〜30ｍｍであれば、投入中に大気中で焼損してしまうこともなければ、スラグ中に塊のまま残留するということもなく、スムーズにスラグ中に溶け込み円滑な脱酸・改質反応が行われる。
【００３１】
そして、粒状物あるいは塊状物として搗実を使用した場合、大きさも適当であり、不定形で内部の空隙が断熱層として作用し、スラグ中での溶解が徐々に進むことになりある程度ゆっくりと脱酸反応が進み適正な反応を進める上で好ましい。粒状物あるいは塊状物内に空隙を形成した場合も同様の作用を奏することになる。なお、フィルタの破砕物を使用していないので、フィルタに多く残留するボロンなどの影響を受ける事なくどのような溶鋼・溶銑にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるブリケットされた造粒物助剤の断面図
【図２】本発明にかかる搗実助剤の断面図
【符号の説明】
(1)アルミニウム成分
(2)粒状物（あるいは塊状物）
(3)コーティング層
(4)空隙
【図１】
0003859995.tif 000003
【図２】
0003859995.tif 000004