JPS6361368B2

JPS6361368B2 -

Info

Publication number: JPS6361368B2
Application number: JP11715586A
Authority: JP
Priority date: 1986-05-23
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1988-11-29
Also published as: JPS62274013A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、製鉄所における溶銑処理工程におい
て、溶銑スラグの泡立ちを抑制するために好適に
使用し得るスラグ泡立ち防止剤に関するものであ
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
或いはトピードカーで脱硅素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問題がある。

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)のスラグ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、バルブ
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、末だ満足すべき解決策に
は至つていない。

本発明者等は特願昭60−274493号（特開昭62−
136512号）において、このスラグ泡立ち防止剤と
して金属アルミニウム粉末と炭素質物質を混合し
たものが効果的であることを提案した。これは、
この防止剤をスラグ表面に投入した場合に、熱を
スラグ表面に与えることによりスラグ表面の粘度
を低下させることに外ならない。

［発明の目的］本発明の目的は、上述の問題点を解消すると共
に、先の出願による効果を更に増強し、使用によ
り極めて効果的にスラグの泡立ちを防止すること
が可能なスラグ泡立ち防止剤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、
溶銑上のスラグ中に投入してスラグの泡立ちを抑
制するものであつて、比重５以下の軽金属の粉末
と炭素質粉末と硝酸ナトリウムから成る酸化剤と
を含むことを特徴とするスラグ泡立ち防止剤であ
る。

［発明の実施例］本発明に係る防止剤は、軽金属粉末と炭素質物
質及び酸化剤とが混合されている。軽金属粉末は
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、△印は常温における生成熱で
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、チタンが好適である。

混入する軽金属粉末はスラグ面に投入された場
合に、スラグ中の酸化鉄と直接反応して、例えば
アルミニウムであれば良く知られている所謂テル
ミツト反応を起し、鉄を環元すると共に反応熱を
スラグ面に提供する。従つて、用いられる軽金属
粉末としては前述したように酸素との反応性にお
いて酸化鉄よりも反応性が高い軽金属元素の中か
ら選択する必要があることは当然である。

また、炭素質物質としてはコークス、石炭、無
煙炭等が用いられる。この場合に、炭素分が50％
以上、発熱量が１Kg当り6000Kcal以上であるこ
とが望ましい。そして、炭素質物質の含有量は金
属粉末100に対する重量比で20％〜80％とする。
これは重量比が20％未満であると、発熱量が不足
するといいう問題があり、重量比が80％を超える
とテルミツト反応の寄与が不足するという問題が
あつて好ましくないことによる。

酸化剤は例えば前工程の溶銑処理において、脱
硅剤の投入により発生するCOガスのため相対的
に酸素分圧が低下しており、特に炭素質物質の燃
焼により熱をスラグ表面に伝える場合に、燃焼速
度が遅く充分な効果を発揮できない場合に利用で
きる。酸化剤としては、スラグ表面温度において
その機能を発揮できることが条件であり、硝酸ナ
トリウムがその点で効果的である。

酸化剤として硝酸ナトリウムを用いた場合に、
硝酸ナトリウムの熱分解により酸素を発生する機
構は、 2NaNO₃＝Na₂O＋2NO＋３／2O₂ で示され、吸熱反応であり、硝酸ナトリウムが分
解するために348Kcal／Kgの熱を供給することが
必要である。従つて、硝酸ナトリウムの添加量は
熱平衡上からも軽金属粉末と炭素質物質の合計に
対し１〜15％以下とすることが必要である。

これらの軽金属粉末、炭素質粉末、硝酸ナトリ
ウムは単に混合したまま使用してもよいが、結合
剤を用いてペレツト状とすることもできる。結合
剤としては、ベントナイトや水ガラス等の無機材
料、或いは澱粉などの有機材料で、有害なガスを
発生しないものや、スラグに対し悪い影響を与え
ないものを用いることができる。また、結合剤の
量は軽金属粉末、炭素質物質の粒度、性状により
異なるが２〜10％の重量比が好適である。これ
は、重量比で２％未満では結合効果が充分に発揮
できないという問題があり、10％を超えるとその
分だけ軽金属、炭素質物質の割合が減るために発
熱量が不足する問題があつて好ましくないことに
よる。また、ペレツトの大きさは例えば30mm×45
mm×40mmとして、その圧潰強度はハンドリング中
に壊れないよう２Kg以上とすることが望ましい。

このように構成した本発明に係る防止剤を、例
えば溶銑脱硅処理工程に投入した場合に、スラグ
泡立ち現象を抑制することができる。即ち、この
防止剤の投入により、(1)軽金属粉末とスラグ成分
中の酸化鉄との反応により熱量が供給される、(2)
炭素質物質の高温での燃焼により発生するCOガ
スが軽金属粉末の無駄な酸化を防止し、かつ熱量
をスラグ表面に供給する、(3)酸化剤は分解して酸
素を供給するので、炭素質物質の燃焼速度を高め
ることができる、即ち、このスラグ泡立ち防止剤
を溶銑処理工程のスラグ表面に投入するときは、
含有する軽金属粉末はスラグ成分中の酸化鉄と反
応する。例えば、軽金属粉末としてアルミニウム
を例にとり説明すると、 2Al＋3FeO→Al₂O₃＋2Fe ＋210400Kcal／Kgモルの反応より、アルミニウム１Kg当り210400／
（２・27）＝3896Kcalの熱量をスラグ面に供給で
きる。

一方、コークス等の炭素質物質は1500℃以上の
高温においては、Boudourd反応によりCOガスが
発生し、このCOガスは軽金属粉末がスラグ面に
達するまでの酸化防止をすると共に、燃焼熱がス
ラグを加熱し含有する。また、スラグ成分である
Fe₂O₃等の酸化鉄の還元により、表面活性物質の
減少を図りスラグの改質に役立つものと考えられ
る。この場合に、例えば溶銑処理工程のように、
発生するCOガスのために相対的に酸素濃度が低
下している場合における炭素と酸素との反応は、 2C＋O₂＝2CO となり、反応速度即ち燃焼速度は酸素分圧が高い
程大きくなり、酸化鉄の添加が有効である。

以上述べた点から明らかなように、本発明に係
るスラグ泡立ち防止剤は、含有する軽金属粉末に
よるスラグの酸化鉄との反応熱、及び炭素質物質
の燃焼による燃焼熱をスラグ表面に伝達し、泡沫
層を破壊しようとするものである。この場合に、
総発熱量が同じであれば、到達温度を高くするた
めには燃焼速度を速くすることが必要であり、そ
のためにも酸化鉄の添加が有効であることが判
る。そして、一方では到達温度は用いる泡立ち防
止剤の総発熱量とも関連し、できるだけ総発熱量
が大きいことが望ましことは勿論であるが、実質
的に総発熱量が5000Kcal以上とすることが望ま
しい。また、後述するように泡立ち防止剤を用い
た場合の熱精算からも明らかなように、スラグ層
への熱の伝熱効率は５％と低いため、発熱量が少
なければ使用量の増加をきたすばかりでなく、急
速に発生するスラグの泡立ち現象に対し、スラグ
泡沫層に有効な熱量を供給し泡沫を破壊させるこ
とはできない。このために、スラグ泡立ち防止剤
の総熱量を１Kg当り5000Kcal以上とすることが
好ましい。

また、このスラグ泡立ち防止剤は、ペレツトに
団鉱すると溶銑処理工程において投入された場合
に、或る一定時間効果を維持する持続性が得られ
る。即ち、燃焼速度はスラグ泡立ち防止剤の表面
積に比例して早くなるので、ペレツト状に団鉱し
て表面積を調整することができる。しかし、団鉱
したペレツトが緻密でないと、取扱上粉砕され易
いばかりでなく、団鉱による表面積調整の効果が
生じない。従つて、ペレツトの圧潰強度は２Kg以
上とする必要があり、ペレツトの大きさについて
も使用される状況下で決定することが好ましい。

次に理解の一助として、このスラグ泡立ち防止
剤を用いた場合の熱精算の一例を例示する。ここ
で、1400℃の溶銑に対しアルミニウム15％、コー
クス70％、硝酸ナトリウム15％組成の泡立ち防止
剤１Kgを投入し、表面スラグ温度1400℃を1500℃
に加熱した場合の熱収支は次のようになる。

入熱スラグ泡立ち防止剤 5712Kcal 計 5712Kcal 出熱排ガスの顕熱 2324Kcal 残滓の顕熱 112Kcal 放熱損失 2276Kcal 計 5712Kcal スラグの加熱に利用できる熱量は、（入熱）−
（排ガスの顕熱）−（放熱ロス）＝1112Kcal であり、加熱するスラグの顕熱は25Kcal／Kgで
あるから、加熱可能なスラグ量は1112／25＝44Kg
である。従つて、本スラグ泡立ち防止剤１Kg当り
スラグ44Kgを加熱することができる。

また、溶銑の脱珪処理工程において上述のスラ
グ泡立ち防止剤を投入し、レベル計によりスラグ
レベルの状態を観測した結果を第２図に示す。こ
の第２図からも明らかなように、スラグ泡立ち防
止剤を添加する度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ていることが判る。

［発明の効果］以上説明したように本発明に係るスラグ泡立ち
防止剤は、溶銑上層のスラグ中に投入することに
より、部分的にスラグ温度を上昇させるもので、
泡沫が破壊され易く内部のガスはこの部分から脱
出が容易となり、スラグ泡立ちを効果的に減少さ
せるばかりでなく、酸化剤の添加は更に酸素分圧
の低い状況でも、酸素分圧を高めることにより炭
素の燃焼速度を高め、スラグ泡立ちの抑制を一層
効果的にするものである。

【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図は本発明に係るスラグ泡立ち防止剤を銑鉄中
に投入した場合のスラグレベル測定値のグラフ図
である。

Claims

【特許請求の範囲】１溶銑上のスラグ中に投入してスラグの泡立ち
を抑制するものであつて、比重５以下の軽金属の
粉末と炭素質粉末と硝酸ナトリウムから成る酸化
剤とを含むことを特徴とするスラグ泡立ち防止
剤。２前記金属粉末と炭素質物質の配合比は、軽金
属粉末100に対し炭素質物質20〜80％、かつ軽金
属粉末と炭素質物質に対し酸化剤１〜15％とした
特許請求の範囲第１項に記載のスラグ泡立ち防止
剤。３前記防止剤はペレツト状に団鉱した特許請求
の範囲第１項に記載のスラグ泡立ち防止剤。