JPS6342684B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、製鉄所等の金属精錬炉において、ス
ラグの泡立ちを抑制するために好適に実施し得る
スラグの泡立ち制御方法に関するものである。 ［従来の技術］ 高炉から出銑された溶銑中に対しては、溶銑鍋
やトピードカー中で脱硅処理を行う場合が多い
が、その際の反応によりCOガスが多量に発生し、
上層に堆積されているスラグを発泡させる。この
泡立ちが大きくなると、スラグが溶銑鍋等から溢
流するために、それ以上の溶銑の注入が不可能と
なり、運搬効率が低下することがある。 このスラグの泡立ち現象の要因としては、(1)ス
ラグの特に表面における粘性、(2)スラグの表面張
力、(3)懸濁固体粒子の存在、(4)懸濁炭素飽和鉄微
粒子の酸化が挙げられ、これらの要因について次
に説明する。 ●スラグの粘性 溶融スラグの温度と粘性の関係は、スラグの
温度が1500℃以上では粘性は殆ど変化せず、
1500℃以下となると急激に上昇し、極端な場合
には温度が170℃低下すると粘性は約８倍とな
る。特に、泡末状の表面層のスラグは対流しな
いために、温度低下はスラグの内部よりも著し
く、そのために粘性が大きくなり、泡立ちを大
きくする要因と考えられる。 ●スラグの表面張力 スラグ中に介在するSiO₂の一部は表面活性
物質SiO₄ ⁴等で存在し表面層に吸着され、また
スラグ中に含まれるFe₂O₃、P₂O₅等も何れも表
面活性物質であつて、SiO₄ ⁴等と共に表面層に
吸着される。スラグ泡沫の安定性には表面張力
が大きく関与するが、これら表面活性物質の存
在は表面張力を下げ、泡沫を壊れ難くする結果
となつている。スラグの場合は一般水溶液など
の場合と異なり、温度が高いほど表面張力が大
きくなり、更には温度が高いほど泡沫の寿命も
短くなることが知られている。 ●懸濁固体粒子の存在 スラグ中には未反応のCaO等の懸濁固体微粒
子が存在するが、これらは泡沫層中に存在し、
泡沫層中のスラグの沈降分離を妨げ泡沫層を破
壊され難くしている。 ●懸濁微粒炭素飽和鉄の酸化 スラグ中には微細粒子の炭素飽和鉄が介在し
ており、酸素ポテンシヤルの高いスラグ層にお
いて炭素分は酸化してCOガスとなるが、懸濁
炭素飽和鉄粒子が細かいためにガス発生も急激
に起ることが考えられる。 なお、ここで云うスラグの泡立ち現象とは、上
述した(1)〜(4)の泡立ちの要因が組合わされ、泡立
ち現象が急激に起り、その結果として泡沫層が系
外に溢流するに至る現象を云うものとする。即
ち、温度低下によるスラグ粘性の著しい増加、表
面粘性物質の存在による表面張力の低下、一方で
は炭素飽和鉄中の炭素の酸化による急激なCOガ
スの発生による内部ガス圧の上昇があり、或る瞬
間これらの平衡が破れ、一挙にガスが外部に突出
してスラグ泡沫が溢流するものと考えることがで
きる。 このスラグ泡立ち現象の防止については、これ
までにも操業条件の調節、ガス吹付けなどによる
泡沫層の破壊、バーナーによる熱的破壊、パルプ
廃滓等の添加によるスラグ表面温度の上昇等の手
段が採用されているが、未だ満足すべき解決策に
は至つていない。 ここにおいて、本発明者等は先に特願昭60−
274493号（特開昭62−136512号）において、金属
アルミニウム粉末と炭素質粉末とを、結合剤によ
り、混合した泡立ち防止剤を提案した。即ち、こ
の防止剤をスラグ表面に投入すると、炭素質物質
の燃焼熱とアルミニウムのスラグ中の酸化鉄との
反応熱により、スラグ表面の粘度を低下させるこ
とにより、泡立ちを減少させるものである。しか
しながら、この防止剤は効果の持続性を持たせる
点が１つの課題であつた。 ［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の問題点を解消し、その
使用により極めて効果的にスラグの泡立ちを防止
すると共に、その効果を持続させることのできる
スラグの泡立ち制御方法を提供することにある。 ［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、
金属精錬炉において発生するスラグの泡立ち現象
を抑制するために、比重が５以下の軽金属の粉末
と炭素質粉末とを混合した第１の物質と、炭素質
粉末と塩化カルシウム粉末とを混合した第２の物
質とを順次にスラグ表面に投入することを特徴と
するスラグの泡立ち制御方法である。 ［発明の実施例］ 本発明に係る方法においては、軽金属粉末と炭
素質物質粉末を混合した第１の物質と、炭素質物
質粉末と塩化カルシウム粉末を混合した第２の物
質とを用いてスラグの泡立ちを抑制するものであ
る。ここで、第１の物質はスラグ泡立ちの防止の
主役をなし、第２の物質がその効果を持続させる
役割を果たす。即ち、第１の物質はこれをスラグ
表面に投入した場合に、炭素質物質の燃焼熱と軽
金属のスラグ中の酸化鉄との反応熱をスラグ表面
に伝えることにより、スラグ表面の粘度を低下さ
せる作用をなす。また、続けて投入される第２の
物質は炭素質物質の燃焼熱と共に塩化カルシウム
がスラグ中のCaOと溶け合い、低融点物質を生成
することによりスラグ内部のガス圧を低下させス
ラグの泡立ちを防止する。 軽金属粉末には比重が５以下の金属が利用で
き、例えばアルミニウム、マグネシウム、硅素、
チタン等及びこれらを含む合金等も使用できる。
第１図は各金属における比重と酸化物生成自由エ
ネルギ、及び生成熱の関係を示したものであり、
図中〇印は1000℃にける自由エネルギ、△印は常
温におる生成熱である。従つて、この第１図から
酸化鉄よりも酸素との反応性が大きい金属、つま
り自由エネルギが酸化鉄のそれよりも小さく、生
成熱が酸化鉄よりも小さな金属として、マンガ
ン、アルミニウム、硅素、ベリリウム、マグネシ
ウム、カルシウム、チタンなどの軽金属を挙げる
ことができる。しかしながら、現実の経済的効果
や取り扱いの容易さ等を考慮すると、添加すべき
金属はアルミニウム、マグネシウム、硅素、チタ
ンが好適であり、経済的に入手可能なものとして
アルミ灰が最も望ましいと云える。 炭素質物質としてはコークス、石炭、タール等
が挙げられ、取り扱い上でもまた経済的にも所謂
コークスブリーズが最適である。また、同時に用
いられる塩化カルシウムは無水塩、及び２水塩等
があるが経済的にも２水塩が効果的である。これ
はスラグ表面に投入された場合に、含有する結晶
水等が気化する時に約1000倍に容積が膨張し、機
械的にスラグ泡沫を破壊することが期待されるか
らである。 なお、炭素質物質、軽金属、塩化カルシウムの
各粉末の粒度は５mm以下とすることが、スラグと
の反応性の点で好ましい。 スラグ表面に第１の物質を投入する場合に、炭
素質物質と共に加える軽金属は、スラグ中の酸化
鉄とのアルミニウムの場合のような所謂テルミツ
ト反応を生じ、その反応熱は次表のようになる。 Al Mg Si Ti 3897 3354 3235 2054（Kcal／Kg） この数値から明らかなように、各軽金属の酸化
鉄との反応熱において大きい差はないことが判
る。従つて、経済性からも軽金属としてはアルミ
ニウムが最も好適である。 次に、第１の物質の炭素質物質としてコーク
ス、軽金属にアルミニウム又はアルミ灰を用いた
場合について詳しく説明する。コークス、アルミ
ニウムから成る第１の物質をスラグ表面に投入す
ると、 Ｃ＋O₂＝CO₂ ………(1) 2Al＋3FeO＝Al₂O₃ ………(2) となり、(1)式の反応熱は7837Kcal／Kg、(2)式の
反応熱は3897Kcal／Kgであり、発生した熱量を
スラグ表面に伝熱する。この熱によりスラグ表面
の粘度は低下する。従つて、炭素質物質と、軽金
属粉末の配合比は上述の反応を行う上から重要な
意味を持つてくる。即ち、炭素質物質100％に対
し軽金属粉末が５％以下では酸化鉄との反応熱が
期待できず、また80％以上では総熱量は不足する
ことになる。 次に、第２の物質をスラグ表面に投入すること
により、含有する炭素質物質の燃焼熱と共に、第
２の物質中に含有する塩化カルシウム（CaCl₂）
は水を放出し水蒸気となるが、容積は約1000倍と
なり機械的にスラグの泡立ちを破壊する。その後
に、塩化カルシウムはスラグ中の酸化カルシウム
（CaO）と溶け合つて低融点物質を生成するので、
スラグ表面が軟化し内部のガス圧を低下させ、ス
ラグの泡立ちを抑制することができる。 第２図はCaCl₂−CaO系の状態図を示し、この
第２図において、例えばスラグ表面温度の約1400
℃ではCaCl₂は20％のCaOを溶解する。それより
もCaOが多い場合には、融体中に初晶としてCaO
が析出するが、目的は内部のガス圧を低下させる
ことによる泡立ちの防止であるので固相が存在し
ていてもよい。 第２の物質において用いる塩化カルシウムは、
既に述べたように２水塩のものがよく、その添加
割合は熱平衡上から求められる。即ち、スラグ表
面に第２の物質を投入した場合に、 CaCl₂・2H₂O＝CaCl₂＋2H₂O の反応によりCaCl₂・2H₂Oは分解してCaCl₂と共
に２モルのH₂を生成する。従つて、第２の物質
中の塩化カルシウムの配合割合は炭素質物質の燃
焼熱とCaCl₂の顕熱及び発生する水の蒸発顕熱と
の平衡から求められる。 即ち、25℃からスラグ表面温度1400℃に加熱す
る場合に要する熱量は、CaCl₂：0.76Kgについて
353Kcal／Kg、H₂O：0.24Kgについて1388Kcal／
Kg、塩化カルシウムの顕熱は601Kcal／Kgであ
る。 従つて、例えば炭素質物質をコークスとする
と、その発熱量は6500Kcal／Kgであり、コーク
スと塩化カルシウムの配合比と第２の物質の発熱
量の関係を次の表で示すことができる。

【表】 この表からも明らかなように、塩化カルシウム
の配合比が増すと、第２の物質の発熱量は減少す
るが、第２の物質の総発熱量を4500Kcal／Kgと
するためには、重量比においてコークス100％に
対して、塩化カルシウム１〜25％とすることが適
当である。 また、溶銑の脱珪処理工程において上述のスラ
グの泡立ち制御方法を実施し、レベル計によりス
ラグレベルの状態を観測したところ、第３図に示
すようにスラグレベルは低下し、スラグの泡立ち
が確実に抑制されたことが確認された。 ［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係るスラグの泡立
ち制御方法は、溶銑上層のスラグ中に第１の物質
と第２の物質とを順次に投入することにより、部
分的にスラグ温度を上昇させると共にその粘度を
低下させ、泡沫が破壊され易く内部のガスはこの
部分からの脱出が容易となると共に、その効果を
持続させるので、スラグの泡立ちを効果的に減少
することができる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は各金属の比重に対する酸化物生成
自由エネルギ、生成熱の関係を示すグラフ図、第
２図はCaCl₂−CaOの状態図、第３図はスラグレ
ベル測定値のグラフ図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属精錬炉において発生するスラグの泡立ち
   現象を抑制するために、比重が５以下の軽金属の
   粉末と炭素質粉末とを混合した第１の物質と、炭
   素質粉末と塩化カルシウム粉末とを混合した第２
   の物質とを順次にスラグ表面に投入することを特
   徴とするスラグの泡立ち制御方法。 ２ 前記第１の物質及び第２の物質において用い
   られる炭素質物質は、コークス、石炭、タールと
   した特許請求の範囲第１項に記載のスラグの泡立
   ち制御方法。 ３ 前記第２の物質中に用いられる塩化カルシウ
   ムは無水塩又は２水塩とした特許請求の範囲第１
   項に記載のスラグの泡立ち制御方法。 ４ 前記第１の物質中の軽金属粉末の配合比は、
   重量比で炭素質物質100部に対し軽金属５部〜80
   部とした特許請求の範囲第１項に記載のスラグの
   泡立ち制御方法。 ５ 前記第２の物質中に用いられる炭素質物質と
   塩化カルシウムの配合比は、重量比で炭素質物質
   100部に対し塩化カルシウム１〜25部とした特許
   請求の範囲第１項に記載のスラグの泡立ち制御方
   法。 ６ 前記炭素質物質、軽金属、塩化カルシウムの
   各粉末の粒度は５mm以下とした特許請求の範囲第
   １項に記載のスラグの泡立ち制御方法。