JP4793054B2 - 転炉スラグ成分調整用材料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉スラグ成分調整用材料の製造方法に係わり、特に、転炉内張り耐火物のスラグ・コーティングに用いるスラグのＭｇＯ含有量を高め、該スラグの液相率を４０％以下にするのに有効な技術に関する。

転炉等の鉄鋼精錬で使用される炉は、鉄皮の内側を耐火物で保護しているが、精錬時の高温下でのスラグとの反応、溶銑流や溶鋼流による磨耗、あるいは熱衝撃によるスポーリングに起因して、その内張り耐火物は損耗していく。そのため、該内張り耐火物の寿命を延長する技術の一つとして、所謂「スラグ・コーティング」が行われるようになった。それは、精錬が完了した溶鋼を出鋼した後もスラグを炉内に残留させ、炉を傾動させたり、あるいはスラグをガスでスプラッシュ状に吹き飛ばして、該スラグで内張り耐火物の表面を覆い、該内張り耐火物を保護するものである。

かかる「スラグ・コーティング」を実際に行うに際しては、炉内に残留させたスラグの組成を事前に調整する必要がある。コーティングしたスラグが、以降に行う精錬中にできるだけ剥がれないことが望ましいからである。例えば、このスラグ組成を調整するため、コーティングしたスラグの液相体積分率が４０％以下になるように、転炉内にスラグ固化材を添加する技術が開示されている（特許文献１参照）。また、精錬の末期に、スラグ組成を測定し、該測定結果に基づきスラグ改質のための副材の投入量を決定し、該副材を精錬終了前に炉へ投入してしまう技術もある（特許文献２参照）。なお、最近の転炉は、内張り耐火物にＭｇＯ−Ｃ系が普及しているので、前記固化材及び副材には、生ドロマイト、軽焼ドロマイト等の利用が多い。

ところで、転炉を解体した際には大量の耐火物屑が発生するが、資源の有効利用の観点からそれら耐火物屑も前記固化材及び副材に利用されるようになった。例えば、該耐火物屑を利用したスラグ濃度調整用材料として、ＭｇＯブリケットが既に提案されている（特許文献３参照）。それは、５ｍｍ以下に粉砕したＭｇＯを主成分とする使用済み耐火物をバインダー及び水を添加・混練しブリケットに成形したものである。また、このブリケットでは、バインダーとしてタールピッチが外数で５〜１０質量％、水を外数で５〜１１質量％加えられている。そして、このようなブリケットをコーティング・スラグの組成調整に利用することで、粒度が大きい材料を使用した場合に生じる溶解性不良や、転炉装入前のハンドリングによる粉化、投入歩留りの低下といった問題が解消されるばかりでなく、耐火物屑の全量のリサイクルが可能となり、製鋼コストの低減に大いに貢献することになった。

しかしながら、上記ブリケットは、バインダーにタールピッチを採用しているが、該タールピッチは一般に硫黄（記号：Ｓ）含有量が６〜１０質量％と多い。また、バインダーとしての添加量も外数で５〜１０質量％と多いので、該ブリケットをスラグに投入すると、内張り耐火物をコーティングしたスラグ層の硫黄（記号：Ｓ）含有量も多くなる。そのため、以降の精錬で溶製された溶鋼がこの硫黄で汚染され、該溶鋼の硫黄濃度を高くするという問題がある。これでは、高級鋼を志向する最近の事情に合致しない。また、タールピッチは、フレーク状の固体であり、添加量が多いと、ブリケットの製造原料量が増加し、生産性低減の一因にもなる。さらには、比較的多量の水も添加するので、製造したブリケットは別途乾燥しないと使用できないという問題もある。
特開平７−２５８７１７号公報 特開平１１−２２９０２０号公報 特開平１０−３１７０４０号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、溶鋼を硫黄で汚染する恐れがないばかりでなく、スラグ調整材のコストを従来より低減可能な転炉スラグ成分調整用材料の製造方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため、バインダーに着眼して鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、転炉の内張り耐火物面をスラグ・コーティングするに際し、予め該転炉内に残したスラグに添加され、その成分を調整するのに用いられる転炉スラグの成分調整用材料を製造するに当たり、２ｍｍ以下に粉砕した転炉内張り耐火物屑にバインダーとしてのアスファルトを加えて７０〜９０℃の温度で混練した後、その混練物を外周面に多数の孔型を刻設したロールを備えた成形機でブリケットに成形することを特徴とする転炉スラグ成分調整用材料の製造方法である。

この場合、前記アスファルトの添加量を、前記混練物の０．５〜５．０質量％としたり、あるいは前記転炉内張り耐火物屑がＭｇＯ−Ｃ系とするのが好ましい。また、前記ブリケットの形状を、マセック型、中凹型、印籠型及び玉子型のいずれかとするのが良い。

本発明によれば、溶鋼を硫黄で汚染する恐れがないばかりでなく、それに伴い、耐火物屑で製造したブリケットの使用量が増加するので、スラグ調整材のコストが低減できるようになる。つまり、軽焼きドロマイト、焼成ドロマイト等の代用として、耐火物屑全量の有効利用が達成される。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、発明者は、硫黄含有量が比較的高いというタールピッチの欠点を是正すべく、バインダーの代替物質を検討した。その結果、石油を原料とするアスファルトであれば、硫黄含有量が３〜５質量％と低いことに気がついた。しかも、アスファルトは低温で液状化するので、タールピッチのように水を添加する必要がないと考え、本発明を完成させたのである。

つまり、２ｍｍ以下に粉砕した転炉内張り耐火物屑を主原料とし、バインダーとしてタールピッチに代えてアスファルトを添加することを主要件とする。そして、それらの混練を、７０〜９０℃の温度下行うようにした。その結果、アスファルトは液状化し、混練物はブリケットとした際に、タールピッチの場合と同程度の圧壊強度を示した。つまり、転炉への投入時に、飛散したり、ハンドリングし難いという問題は起きないことがわかった。

本発明では、前記混練時の加熱手段は、特に限定するものではない。ただし、経済性を配慮すると、省エネ対策として製鉄所内で発生させた安価な水蒸気の吹きつけるのが好ましい。また、加熱温度を７０〜９０℃としたのは、７０℃未満では、アスファルトの液状化が不十分で、粉状耐火物屑への分散が悪く、９０℃超えでは、熱量が無駄になるからである。

前記アスファルトの添加量としては、タールピッチに比べて、大幅に少なくても良く、混練物全体の５．０質量％を上限とすれば十分であった。ただし、０．５質量％未満では、バインダーの効果が見出されなかったので、本発明では、前記混練物の０．５〜５．０質量％を好適範囲と定めた。

耐火物屑の粒度は、２ｍｍ以下が好ましい。あまり大きいと、スラグへの溶解が遅くなり、実質的に添加効果が発揮されないので、試用結果より溶解性に問題が生じない２ｍｍ以下と定めた。２ｍｍ以下であれば、タールピッチの場合のような爆裂がなくても、スラグへの添加で十分に溶解するからである。

次に、ブリケットの製造は、図２に示すように、外周面に多数の孔型１を刻設した一対のロール２と、原料装入手段３とを備えた成形機（ブリケット・マシン４ともいう）を用いることにした。このようなロール２を利用すれば、特別な加圧を行わなくても、単にロール２の間隔を調整するだけで混練物を圧縮し、迅速に大量のブリケットが製造できるからである。また、ブリケット（転炉スラグ成分調整用材料）５の形状としては、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示すようなマセック型、中凹型、印籠型及び玉子型のいずれかが好ましい。ロール２への孔型の刻設が容易であるし、得られたブリケットのハンドリングもし易いからである。

なお、以上述べた本発明に係る転炉スラグ成分調整用材料の製造方法の実施に用いる工程例を図１に示しておく。図１では、主原料の耐火物屑及びバインダーのアスファルトは、それぞれ粉砕機６で所定のサイズに粉砕される。その粉砕物は、ベルト・コンベア７で公知の混練機８に搬送、装入される。粉砕機６及び混練機８の種類も、本発明では特に限定しない。図１には、所謂「ニーダー」方式と攪拌羽根を有する方式の２種類が並列に配置してある。また、バインダーとしては、予め液状化したアスファルトも利用できるように、そのバインダー貯槽９も示してある。製造されたブリケット５は、乾燥させることなく、単に製品槽１０に貯えられ、その後、利用に供せられる。

図１に示した工程で、本発明に係る転炉スラグ成分調整用材料を製造した。主原料の耐火物屑は、溶鋼を溶製する底吹き転炉の内張り耐火物を解体したもので、ＭｇＯ−Ｃ系である。この主原料及びバインダーのアスファルトを、粉砕機６でそれぞれ２ｍｍ以下に粉砕してから、混練機８に送った。なお、アスファルトは、混練量の３.５質量％となるように調整されている。また、図１に示した液状のアスファルトは、この例では使用していない。

次に、混練は、混練機８内の雰囲気を水蒸気で８０℃に保持して行い、引き続き、混練物を順次ブリケット・マシン４（株式会社 ケイハン製の商品名３５／Ｈブリケット・マシン）に連続的に装入し、マセック型で、１個のサイズが長さ４０ｍ×幅４０ｍｍ×高さ２６ｍｍのブリケットを製造し、得られた製品を製品槽１０に貯蔵した。なお、製品は単に大気放冷とし、乾燥は行っていない。

常温に冷却されたブリケットの圧壊強度をＪＩＳ Ｍ ８７１３及び落下強度をＪＩＳ Ｍ ８７１１（焼結鉱に準じて）に規定された方法で測定したところ、圧壊強度は１４０〜１６０ｋｇｆで、落下強度指数は９０〜９５であった。これらの値は、従来のタールピッチをバインダーとしたブリケットと同程度であり、何ら遜色がない。また、硫黄含有量は、０．１１〜０．１５質量％とタールピッチをバインダーとした従来のもの（硫黄含有量：０．６〜１．０質量％）に比べて、非常に低かった。

そこで、このブリケットを実際に操業中の転炉でスラグ・コーティングに使用してみた。その操業は、２３０トンの純酸素底吹き転炉で行われており、出鋼温度が１５８０〜１６５０℃のものである。このブリケットの転炉内への投入は、炉内に残留させたスラグ中のＭｇＯがほぼ２質量％増加すること（ブリケット量で約３００ｋｇ程度）を目標に行われた。その結果、２０チャージの平均実績としては、１．９８質量％の増加であった。また、この操業で出鋼した溶鋼の硫黄含有量を調査したところ、スラグ・コーティングを実施しなかった場合に比べて、平均で１ｐｐｍ以下程度の増加にとどまった。つまり、スラグ・コーティングに利用したスラグによる溶鋼の硫黄汚染がほとんどないことが明らかになった。
つまり、このブリケットは、スラグ・コーティングに際してのスラグ組成調整材に、軽焼きドロマイト、焼成ドロマイト等の代用として大量に使用できることが確認された。

一方、比較例としてタールピッチをバインダーとした従来のブリケット（硫黄含有量：０．８質量％）を、スラグ中のＭｇＯがほぼ２質量％増加するように転炉内に投入した。投入量は、ブリケット量で３３０ｋｇであった。２０チャージの平均で、スラグ中のＭｇＯは１．９７質量％と、本発明の例と変わりがなかったが、溶鋼の硫黄含有量の増加は、硫黄含有量の規制の厳しい極低硫鋼（硫黄含有量３０ｐｐｍ以下）においては、重大な成分不良をきたすものであった。

本発明に係る転炉スラグ成分調整用材料の製造方法の実施に用いる工程例を示すフロー図である。 多数の孔型を刻設した一対のロールと、原料装入手段とを備えたブリケット・マシンの例を示す横断面図である。 本発明に係る転炉スラグ成分調整用材料の製造方法で得たブリケットの形状を、平面及び側面で示した図であり、（ａ）はマセック型、（ｂ）は中凹型、（ｃ）は印籠型及び（ｄ）は玉子型である。

符号の説明

１ 孔型
２ ロール
３ 原料装入手段
４ ブリケット・マシン
５ ブリケット
６ 粉砕機
７ ベルト・コンベア
８ 混練機
９ バインダー貯槽
１０ 製品槽

Claims (4)

1. 転炉の内張り耐火物面をスラグ・コーティングするに際し、予め該転炉内に残したスラグに添加され、その成分を調整するのに用いられる転炉スラグの成分調整用材料を製造するに当たり、
   ２ｍｍ以下に粉砕した転炉内張り耐火物屑にバインダーとしてのアスファルトを加えて７０〜９０℃の温度で混練した後、その混練物を外周面に多数の孔型を刻設したロールを備えた成形機でブリケットに成形することを特徴とする転炉スラグ成分調整用材料の製造方法。
2. 前記アスファルトの添加量を、前記混練物の０．５〜５．０質量％とすることを特徴とする請求項１記載の転炉スラグ成分調整用材料の製造方法。
3. 前記転炉内張り耐火物屑がＭｇＯ−Ｃ系であることを特徴とする請求項１又は２記載の
   転炉スラグ成分調整用材料の製造方法。
4. 前記ブリケットの形状を、マセック型、中凹型、印籠型及び玉子型のいずれかとすることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の転炉スラグ成分調整用材料の製造方法。

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