JPH10263768A - 転炉スラグの再利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転炉吹錬後の溶融スラグまたは冷却スラグを
改質して、連続鋳造用のモールドパウダーに再利用す
る。 【解決手段】 転炉スラグにＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａの
一種以上と、ＳｉＯ₂ 、ＣａＦ₂ およびＮａ₂ ＣＯ₃ を
添加して、少なくともＦが１〜２０％、Ｎａ₂ Ｏが５〜
２０％、ＦｅＯが０〜１５％およびＭｎＯが０〜５％の
範囲に成分調整するとともに、塩基度を０．５〜１．５
に調整した後、粉砕して粉末とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転炉吹錬後の溶融
スラグを改質して連続鋳造用のモールドパウダーとし
て、再利用する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼生産コストの低減およびスラグ廃棄
にともなう環境汚染防止のために、スラグの生成量の低
減が望まれている。鉄鋼スラグの代表である高炉スラグ
や製鋼スラグの利用については、今までに色々と試みら
れてきた。

【０００３】高炉スラグは当初、土地造成用材または路
盤材に利用する程度であったが、最近は水砕スラグのセ
メント原料への用途が圧倒的な割合を占めている。これ
は高炉スラグの化学成分がポルトランドセメントに近い
ことや優れた潜在水硬性を備えていることを有効に利用
しており、現在、高炉スラグの利用率は１００％近くな
っている。

【０００４】製鋼スラグは当初、精錬の副原料として用
いたが遊離酸化カルシュウム（ｆｒｅｅ ＣａＯ）を含
むため大気中の水分と反応して体積が２倍程度に膨張
し、スラグが崩壊して取り扱いがむずかしかった。しか
し最近は、比較的崩壊に対し安定な低塩基度３〜４のも
のを大気中で５ケ月程度エイジングした後に、路盤材等
へ適用されているが、利用率としては６０〜７０％程度
である。

【０００５】その他に、次のような利用方法が提示され
ている。特開平７−１７２８８２号公報には、鉄鋼スラ
グを硫酸溶液中に浸漬して反応させて石膏を生成させた
後、硫酸溶液から分離し、水洗乾燥して石膏粉末を得る
方法が開示されている。

【０００６】また、特開昭６１−１９７４５１号公報に
は、製銑、製鋼工程で発生するスラグ中の不純物である
Ｐ（燐）またはＳ（硫黄）を除去し、このスラグを再度
製鋼精錬用としてリサイクルして使用する方法が開示さ
れている。

【０００７】しかし、これらは鉄鋼スラグをそのままセ
メント原料に使用したり、再度鉄鋼精錬用に用いたり付
加価値の低い用途に限られている。また、いずれの方法
も溶融スラグの熱エネルギーを活用していない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、転炉
からの溶融スラグまたは冷却スラグを改質し、さらに必
要により成分を調整して、付加価値の高い連続鋳造用の
モールドパウダーとして再利用する方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、転炉からの
スラグ (以下、転炉スラグ) の再利用方法として、種々
の実験、検討を行った結果、下記の知見を得た。

【００１０】転炉吹錬後のスラグはモールドパウダー
のＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、Ｆ、およびその他の成分組成が比
較的類似している。 成分調整剤を特に溶融スラグ中に添加することによ
り、モールドパウダーの品質に欠かせない成分の均一化
が達成できるとともに、溶融スラグの熱を添加材の溶融
熱源として有効活用できる。

【００１１】本発明は、このような知見に基づきなされ
たもので、その要旨は下記の通りである。 （１）転炉吹錬後の溶融スラグにＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃ
ａの一種以上と、ＳｉＯ₂ 、ＣａＦ₂ およびＮａ₂ ＣＯ
₃ を添加して、少なくともＦ、Ｎａ₂ Ｏ、ＦｅＯおよび
ＭｎＯの含有量が下記の範囲になるように成分調整する
とともに、塩基度を０．５〜１．５に調整した後、粉砕
して粉末とし、連続鋳造用モールドパウダーとして使用
することを特徴とする転炉スラグの再利用方法である。

【００１２】重量％で、Ｆ：１〜２０％、Ｎａ₂ Ｏ：５
〜２０％、ＦｅＯ：０〜１５％、ＭｎＯ：０〜５％。

【００１３】ここでいう「塩基度」とは、スラグ中のＣ
ａＯ％のＳｉＯ₂ ％に対する比（ＣａＯ％／ＳｉＯ
₂ ％）をいう。 （２）前記溶融スラグを冷却スラグとする上記（１）項
記載の転炉スラグの再利用方法。

【００１４】通常の転炉吹錬工程において、生成した溶
融スラグは、吹錬終了して出鋼した後、溶鋼用の取鍋と
は別のスラグ専用鍋（以下、ただ単に「滓鍋」という）
へ排滓される。滓鍋はヤードへ運搬され、溶融スラグは
滓鍋からヤードへ排出された後、そこで放置されてい
る。放置された溶融スラグは自然冷却により凝固する。
その間に大気中に放出されるスラグの熱量は大きいにも
関わらず、エネルギーとして他方面へ有効利用されるに
は至っていない。

【００１５】転炉吹錬後の溶融スラグの主成分は、塩基
度が２．０〜６．０（ＣａＯ：４０〜６０％、Ｓｉ
Ｏ₂ ：１０〜１５％）程度、Ｆが０〜１０％程度であ
る。一方、連続鋳造に使用されるモールドパウダーは、
塩基度が０．５〜１．５（ＣａＯ：２０〜５０％、Ｓｉ
Ｏ₂ ：３０〜４０％）程度、Ｆが１〜２０％程度、およ
びＮａ₂ Ｏが１０％前後である。

【００１６】したがって、転炉スラグを基にしてモール
ドパウダーを製作するには、塩基度、Ｆ、Ｎａ₂ Ｏおよ
び必要によりその他の成分を添加剤により調整する必要
がある。

【００１７】本発明では、成分調整のために添加剤を溶
融状態の転炉スラグに添加するため、容易に成分を均一
にすることが可能となった。即ち、添加剤が溶融スラグ
の含有熱により加熱され、スラグ中へ溶解することによ
り、両者が溶融状態となり効率的にかつ均一に混合でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の転炉吹錬後の溶融スラグ
を改質する塩基度、Ｆ、Ｎａ₂ Ｏ、ＦｅＯおよびＭｎＯ
を前記のように限定した理由を以下に説明する。

【００１９】塩基度：０．５〜１．５ 前述したように、通常転炉吹錬後の溶融スラグはＣａＯ
が４０〜６０％、ＳｉＯ₂ が１０〜１５％であり、塩基
度は２．０〜６．０程度で、融点は１６００〜１７００
℃である。転炉スラグの塩基度が高いのは、溶鋼中のＦ
ｅ、Ｍｎ等の金属の酸化損失を抑制するためと、転炉お
よび取鍋の耐火物の溶損を抑制するためである。

【００２０】一方、通常のモールドパウダーはＣａＯが
３５〜４０％、ＳｉＯ₂ が３０〜３５％であり塩基度は
０．５〜１．５で、融点は１０００〜１２００℃であ
る。

【００２１】したがって、転炉溶融スラグを利用してモ
ールドパウダーを製造するには、塩基度を調整する必要
がある。この調整はＳｉＯ₂ を転炉溶融スラグ中に添加
することにより行われる。このときのＳｉＯ₂ 源として
は珪砂または珪石等を用いる。なおＣａＯは、上記のよ
うに転炉溶融スラグ中に多量に含有されているので、添
加する必要はない。

【００２２】モールドパウダーの塩基度調整は、溶融パ
ウダーの流動性を確保し、鋳型と鋳片との間隙へ流入し
易くして潤滑性を維持するためである。モールドパウダ
ーの塩基度が０．５未満であると、溶融パウダーの流動
性が良すぎて鋳型と鋳片との間隙への溶融パウダーの流
入が不均一になり、鋳片表面温度が不均一になって、鋳
片表面割れの要因となるので下限を０．５とした。一
方、１．５を超えるとモールドパウダーの融点が高くな
り、溶融しにくくなって潤滑の効果が得られないので上
限は１．５とした。

【００２３】Ｆ：１〜２０％ 転炉吹錬後の溶融スラグにはＦが１〜１０％程度含有さ
れている。このＦは転炉スラグを高塩基度に維持すると
ともに、スラグの融点を低下させて流動性を良くする働
きを持っている。

【００２４】一方、モールドパウダーにはＦが１〜２０
％程度含有されている。したがって、Ｆを１〜２０％の
所定の値に調整する必要がある。この調整はＣａＦ₂ を
転炉溶融スラグ中に添加することにより行われる。この
ときのＣaＦ₂ 源としては蛍石を用いる。モールドパウ
ダーのＦは、溶融パウダーの流動性を確保するためであ
る。

【００２５】モールドパウダー中のＦが１％未満である
と、融点が高くなり流動性が悪くなるので下限を１％と
した。しかし、２０％を超えると流動性が良すぎてタン
デイシュに取り付けた侵漬ノズルが溶損するので上限は
２０％とした。なお、好ましくは５〜１０％、より好ま
しくは６〜８％である。

【００２６】Ｎａ₂ Ｏ：５〜２０％ 転炉吹錬後の溶融スラグにはＮａ₂ Ｏはほとんど含有さ
れていない。しかしモールドパウダーは融点を下げて流
動性を上げる目的で、Ｎａ₂ Ｏを５〜２０％含有させて
いる。したがって、Ｎａ₂ Ｏを調整する必要がある。こ
の調整はＮａ₂ＣＯ₃ を転炉溶融スラグ中に添加するこ
とにより行われる。このときのＮａ₂ ＣＯ₃ 源としては
ソーダ灰を用いる。

【００２７】モールドパウダー中のＮａ₂ Ｏが５％未満
であると、融点が高くなり流動性が悪くなるので下限を
５％とした。しかし、２０％を超えると流動性が良すぎ
て侵漬ノズルの溶損速度が大きくなるので上限は２０％
とした。なお、好ましくは６〜１５％、より好ましくは
８〜１２％である。

【００２８】ＦｅＯおよびＭｎＯ 転炉の溶融スラグには、吹錬中に生成されるＦｅＯおよ
びＭｎＯがそれぞれ１０〜３０％、５〜１０％程度含有
されている。この成分がスラグ中にあると、融点は低下
するが、一方でスラグの持つ溶鋼酸化力がその分だけ増
大するため、モールドパウダーとして好ましくない。し
たがって、転炉の溶融スラグをモールドパウダーとして
再利用する場合、ＦｅＯおよびＭｎＯをそれぞれ０〜１
５％、０〜５％程度に調整する必要がある。この調整
は、Ｓｉを転炉溶融スラグに添加して酸化還元反応を起
こさせることによりできる。

【００２９】ＳｉとＦｅＯまたはＭｎＯとの酸化還元反
応は、次の（１）および（２）式で表される。 Ｓｉ＋２ＦｅＯ＝ＳｉＯ₂ ＋２Ｆｅ ・・・・・・・・（１） Ｓｉ＋２ＭｎＯ＝ＳｉＯ₂ ＋２Ｍｎ ・・・・・・・・（２） （１）および（２）式により生成したＳｉＯ₂ は、塩基
度調整剤として添加するＳｉＯ₂ と同様の役割をする。
また、ＦｅおよびＭｎは還元されて金属となる。Ｆｅお
よびＭｎはスラグと比較して比重が大きいため、沈降に
より、スラグからは自然に分離する。

【００３０】添加するＳｉ源としては、Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓ
ｉ、Ｃａ−Ｓｉ等の金属Ｓｉまたはその合金を用いるの
が良い。また、Ｓｉの代わりにまたはその一部の代わり
に、Ａｌ、ＭｇおよびＣａの少なくとも１種を添加して
も良い。この場合、生成する酸化物はそれぞれＡｌ₂ Ｏ
₃ 、ＭｇＯおよびＣａＯであり、さらにＳｉも同時添加
する場合にはＳｉＯ₂ も生成し、モールドパウダーにと
ってそれらはいずれも必要な成分であるので、過度に生
成しないように添加量を制御さえすれば何ら問題はな
い。

【００３１】上記以外の成分調整について以下に説明す
る。 ＭｇＯおよびＡｌ₂ Ｏ₃ 転炉溶融スラグはＭｇＯおよびＡｌ₂ Ｏ₃ を各１〜５％
程度含有しているが、これは造滓剤に含まれる不可避的
不純物であり、また炉壁耐火物の溶損等の要因で存在し
ている。モールドパウダーにも転炉溶融スラグと同程度
のＭｇＯおよびＡｌ₂ Ｏ₃ が含まれているので、これら
は特に問題とはならない。

【００３２】ＰおよびＳ 転炉溶融スラグ中のＰおよびＳは、各１％未満程度含有
しているが、これは溶鋼中のＰおよびＳが、精錬反応に
よりＰ₂ Ｏ₅ および硫化物となって転炉スラグに吸収さ
れるためである。モールドパウダーにとって、これらは
存在しない方が望ましいが、転炉スラグからモールドパ
ウダーへの成分調整時に希釈されることもあり、特に問
題とはならない。

【００３３】次に、転炉吹錬後の溶融スラグの成分調整
の具体的な実施方法について説明する。前述したように
実際に使用する添加剤は、主として、ＳｉＯ₂ としての
珪石（珪砂を含む）、Ｆ源としての蛍石、Ｓｉ源として
のＳｉ合金およびＮａ₂ Ｏ源としてソーダ灰を用いるの
が一般的である。添加剤中の必要成分は、通常製鋼原料
として用いられている程度の純度であれば十分である。

【００３４】添加剤の粒度は細かい方が溶解し易いの
で、１００μｍ以下が好ましい。また添加剤は、含有す
る水分による水蒸気爆発を避けるために良く乾燥した後
に使用する。

【００３５】これらの添加剤はホッパーに予め装入して
おき、転炉吹錬終了後に排滓された溶融スラグが入って
いる滓鍋へ、ホッパーから落下投入するのが簡便でよ
い。ホッパーは、添加剤の種類の数だけ用意し、各種添
加剤を別々に添加できるようにするのが好ましい。添加
順序は、Ｓｉ合金を添加した後、蛍石、ソーダ灰、最後
に珪石を添加するのがよい。すなわち蛍石が溶融促進剤
の役割をするのでスラグを溶融状態に保もてるからであ
る。

【００３６】Ｓｉ合金の添加量は、転炉からの溶融スラ
グの量、溶融スラグ中のＦｅＯおよびＭｎＯの含有量
と、モールドパウダーとしての目標ＦｅＯおよびＭｎＯ
の含有量とを考慮して決定する。

【００３７】蛍石の添加量は、溶融スラグの量、溶融ス
ラグ中のＦの含有量と、モールドパウダーとしての目標
Ｆの含有量とを考慮して決定する。珪石の添加量は、溶
融スラグの量、溶融スラグ中の塩基度と、モールドパウ
ダーとしての目標塩基度を考慮して、Ｓｉ合金添加量
（生成するＳｉＯ₂ 量）および蛍石添加量（含有ＳｉＯ
₂ 量）を決定する。

【００３８】成分調整の済んだ溶融スラグは滓鍋から排
出し、自然冷却をする。次に、成分調整後の常温スラグ
を粉砕するが粉砕粒度について限定した理由を以下に説
明する。

【００３９】冷却した後のスラグはモールドパウダーと
して利用するために、粉砕する。粉砕の方法は特に限ら
れることはなく、通常の方法であるロータリーミルで良
い。粒度は細かい方が鋳型内で溶融し易いので望まし
い。１００μｍ以上になると溶融速度が十分得られなく
なるので好適上限を１００μｍとした。

【００４０】その後、粉砕したスラグの成分分析を行
い、各成分が目標範囲内にあることを確認する。次に、
上述した以外の成分を調整する場合について説明する。

【００４１】モールドパウダーの融点を降下させ、流動
性を良好にすることを目的として、Ｎａ₂ Ｏの他に、Ｌ
ｉ₂ Ｏを含有させる場合がある。そのために、これらの
原料を転炉からの溶融スラグに専用ホッパーから添加し
てもよいし、スラグを粉砕後の成分調整時に粉状原料に
て配合しても良い。

【００４２】また、モールドパウダーの溶鋼表面の保温
性を向上させるために、Ｃ、Ｃａ、Ｓｉ等の燃焼剤を配
合することがある。しかし、これらを溶融スラグに添加
するとスラグの熱で燃焼してしまうので、スラグを粉砕
した後に粉状原料として配合しなければならない。これ
らの原料の混合は、例えばモールドパウダー用として一
般的に実施されているナウターミキサーで行うと良い。

【００４３】成分調整されたモールドパウダーは、１０
０〜１５０℃程度の温度で乾燥し、鋳型内にて溶融不
良、異常反応を防止するため水分を０．５重量％以下に
する。なお、溶融スラグの顕熱を利用せずに、自然冷却
したスラグに上記成分を添加して成分調整、塩基度調整
を行っても良い。

【００４４】

【実施例】成分調整は、８０トン上底吹転炉で脱炭吹錬
終了後の炭素鋼を出鋼後転炉を傾動し、滓鍋へ排滓した
表１に示す転炉吹錬後の溶融スラグ５トンに対して行っ
た。

【００４５】添加剤の重量は、表１のモールドパウダー
目標成分組成に合わせるように計算した後、専用の添加
ホッパーから、まず金属Ｓｉ（Ｔ．ＦｅおよびＭｎＯ酸
化還元用）を２００ｋｇ添加した。その後、添加ホッパ
ーから蛍石（Ｆ用）を１４００ｋｇ、ソーダ灰（Ｎａ₂
Ｏ用）を１５００ｋｇ添加して、最後に珪砂（ＳｉＯ₂
用）を１７５０ｋｇ添加した。

【００４６】次に、成分調整済みの転炉スラグを滓鍋か
ら排出し、自然冷却後、ロータリーミルにより粉砕して
粒度を６０μｍにして、さらにこの粉末にＣａ、Ｓｉ等
を加えて成分調整を行ったところ、表１の本発明のモー
ルドパウダーの成分となった。表１から明らかのように
モールドパウダー目標成分組成と本発明のモールドパウ
ダーとは、ほとんど同一成分であることが分かる。

【００４７】

【表１】

【００４８】また、添加剤処理中にスラグの温度は低下
したが溶融状態を保っており、成分分析を５ヶ所（表１
は代表の１ヶ所のみ示した）行ったがバラツキはほとん
どなく、転炉スラグと添加剤は十分混合されていたこと
を確認した。したがって、転炉スラグからモールドパウ
ダーを製造できることが分かった。

【００４９】次に、表１に示す本発明のモールドパウダ
ーを以下の条件にて実操業に使用した。連続鋳造機は垂
直部の長さ１．５ｍ、湾曲半径３．５ｍ、の垂直曲げ型
を用いて、鋳型寸法１００ｍｍ厚さ×１０００ｍｍ幅
で、中炭素鋼（Ｃ：０．１７％、Ｓｉ：０．１０％、Ｍ
ｎ：０．３５％、Ｐ：０．０１５％、Ｓ：０．００２
％）の鋳造を行い鋳片表面を目視で観察した。

【００５０】その結果、鋳片表面の湯皺、ノロ噛みおよ
び縦割れ等のモールドパウダーに起因する欠陥発生量
は、従来の原料から製造したモールドパウダーを使用し
た場合と同程度であった。

【００５１】

【発明の効果】今まで、セメント原料および製鋼精錬用
にしか利用されていなかった転炉スラグを、従来よりも
付加価値の高い連続鋳造用のモールドパウダーとして再
利用でき、かつ排滓直後のスラグ顕熱を有効利用でき
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転炉吹錬後の溶融スラグにＳｉ、Ａｌ、
   Ｍｇ、Ｃａの一種以上と、ＳｉＯ₂ 、ＣａＦ₂ およびＮ
   ａ₂ ＣＯ₃ を添加して、少なくともＦ、Ｎａ₂ Ｏ、Ｆｅ
   ＯおよびＭｎＯの含有量が下記の範囲になるように成分
   調整するとともに、塩基度を０．５〜１．５に調整した
   後、粉砕して粉末とし、連続鋳造用モールドパウダーと
   して使用することを特徴とする転炉スラグの再利用方
   法。重量％で、Ｆ：１〜２０％、Ｎａ₂ Ｏ：５〜２０
   ％、 ＦｅＯ：０〜１５％、ＭｎＯ：０〜５％。
2. 【請求項２】 前記溶融スラグを冷却スラグとする請求
   項１記載の転炉スラグの再利用方法。