JP5026961B2 - 溶融金属を処理するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、冶金学的な容器内にある溶融金属を処理するための方法に関するものであり、このような溶融金属の表面には、酸化ケイ素および酸化アルミニウムを含んだ、微粒状のカバー材料が散布されている。

冶金学的な容器内にある溶融金属の表面を、酸化ケイ素を含む高融点のカバー材料から成る層でカバーすることが公知である。このカバーは一方では溶融金属を、雰囲気ガス（特に酸素）の侵入から保護するために働く。他方ではこのカバーにより効果的な断熱が得られるので、処理中に溶融金属の冷却が遅らせられる。特に鋳物工場または製鋼所ではこのような方法は必要である。何故ならば、溶融金属の効果的な保護が、溶融金属の表面にカバー材料を注ぐまたは分配することにより得られるからである。

上記目的で、例えば、パーライトまたは廃棄物として生じる煤のような種々様々な粉体状の微粒状のカバー材料を使用することが一般に公知である。さらに、植物性の起源の粒子状の灰分、特に米籾殻灰を使用することが公知であり、この米籾殻灰には、粒状化プロセスのために、有機バインダとして、紙材料またはパルプのようなセルローススラリーが添加されている。別の添加材料として、上記のカバー材料ではグラファイトおよびスラグが使用される。さらに付加的なバインダとしてとりわけ合成樹脂やコロイド状のケイ酸を含んでいて良い。

植物性の灰を主体とした公知のカバー材料に関しては、所望の目的のために必要な物理的特性を得るために比較的手間のかかる製造法が必要であるという欠点がある。さらに、一連の添加材料が必要であり、このことは全体として、公知のカバー材料がその高いコストに基づき製鋼工業における定期的な使用のためには適していないこととなる。

さらには、従来の粉体状のカバー材料を使用する際の欠点は、その溶融温度が約１１００℃〜１２００℃の比較的低い温度であることにある。溶融金属の表面にもたらされる粉体の特別な物理的特性に基づき、この粉体は、時間の経過と共に、同様に表面上に浮遊しているスラグ層と結合する。これにより一方ではスラグ量は不都合に著しく高められ、他方では継続的に悪化された断熱により、冷却されたスラグが硬化し、溶融金属のために使用される容器に固着してしまう。これにより手間のかかるクリーニング作業が必要となる。上記カバー材料のさらなる欠点は、溶融金属の表面上および冶金学的な容器の壁に、連続的な層を形成するように固着する傾向があることにある。公知のカバー材料の溶融温度が低いことはさらに欠点として、相応に高い材料消費という結果を招く。

冶金学的な容器内にある金属浴のカバーにおける特別な問題点は、先行技術により使用される材料がしばしば不都合なダストの発生を示すことにある。熱い溶融金属の上方における極端な空気の対流により、ダスト量が僅かであっても制御不能に周囲に分配されてしまう。

さらに、溶融金属のカバーのために公知の材料を使用する場合には、この材料がしばしば溶融金属の表面上に劣悪にしか分配されないという欠点がある。表面の均一なカバーを得るためには、しばしば手間のかかる、ひいてはコストのかかる分配装置を使用しなければならない。

このようなことを前提として本願発明の根底を成す課題は、上記欠点を回避するような溶融金属の表面をカバーするための手段を提供することである。特に、溶融金属の表面にカバー材料を散布する際にできるだけ僅かなダストしか生じないことが保証されるのが望ましい。同時に、使用されるカバー材料が良好な断熱性を有していると望ましく、溶融金属の表面に問題なく分配することができるのが望ましい。

この課題は、本発明によれば、冒頭で述べた形式の方法から出発して、カバー材料が人工的なゼオライト材料であって、該材料がほぼ同じ割合の酸化ケイ素および酸化アルミニウムを有しており、カバー材料の粒子径分布が狭く、即ち、３０μｍよりも小さい粒子径または１２５μｍよりも大きい粒子径を有する粒子は２０％よりも少ないことにより解決される。

ゼオライトは公知のように、ケイ酸アルミニウムネットワークから成るミクロ孔性の結晶である。この材料は多孔率が高いことにより高い断熱特性を有している。同時に、この材料の密度が低いことにより、微粒状のカバー材料が沈下せず、溶融金属上に浮遊するスラグに結合しないことが保証されるので、冶金学的な容器における固着は効果的に回避される。人工的なゼオライト材料の比重が僅かであることによりさらに、カバー層を溶融金属の液相から確実に分離することが保証される。

本発明の方法においては、微粒状のカバー材料が、上述したような狭い粒子径分布を有していることが重要である。粒子径分布が狭いことに基づき、溶融金属上に散布された粉体状のカバー材料は、個々の粒子の間に特に大きな空隙を形成する。このような空隙により断熱性はさらに改善される。特に有利には、本発明により使用されるカバー材料は、溶融金属の表面上で卓越した流動性を有している。カバー材料はこれにより、溶融金属の表面上で殆ど自動的に分配され、これにより何らかの分配装置の使用を省くことができる。先行技術により公知のカバー材料は、溶融金属の表面上に注がれた後、ここでまずは円すいの形状で留まり、次いで適当な装置を使用して分配しなければならないが、本発明によれば、溶融金属上に散布されたカバー材料は自動的に流れて広がり、溶融金属の表面を均一にカバーする。本発明の方法に関する極めて有利なこのような特性は先ず第一に、人工的なゼオライト材料の粒子径分布が狭いことに基づくものである。カバー材料の粒子がほぼ球状に形成されていて、できるだけ平滑な表面を有しているならばカバー材料の流動性はさらに改善される。

本発明において適したカバー材料は、人工的なゼオライト材料であって、これはいわゆる平衡触媒（英語ではEquilibrium-Catalyst）と言われ、石油化学においては大量に廃棄物として発生するものである。このようなゼオライト材料は原油からベンジンを製造する際に使用することができ、場合によっては、予め調整した後は、本発明の方法で使用するために僅かなコストで準備することができる。特に有利には、これにより手間をかけて廃棄しなければならない多量の廃棄物を有利な使用のために供給することができる。本発明のような粒子径の分布を得るためには、種々異なる粒子径分布をもって化学工業において生じる使用済みゼオライト材料を適当な方法で混合する、及び／又は選別する必要がある。

石油化学において使用される典型的なゼオライト材料はほぼ同じ部分、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素から成っている。この材料に通常含まれているその他の構成部分は、本発明による溶融金属をカバーするために使用する際には妨げにはならず、それどころか本発明において有利に作用する。酸化ケイ素に対する酸化アルミニウムの比が１よりも大きい場合、カバー材料が約１５００℃の特に高い溶融温度を有するという利点が得られる。さらに酸化ケイ素は有利には、アルミニウムキルド鋼溶融物では有利には酸素供給源として働くことはできない。

実際には、本発明により使用されるカバー材料はそれぞれ１％までの酸化チタン、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化カルシウムを含んでいて良いことが示されている。これにより、カバー材料の本発明による使用に関する主要な特性は殆ど損なわれない。

本発明による方法は、鋼分配装置または鋼鋳造取鍋内にある溶融金属のカバーのために特に適している。鋼分配装置（タンディッシュとも言われる）または鋼鋳造取鍋内には、溶融鋼が比較的長時間にわたって存在し、これにより効果的な断熱が重要である。さらにこのような容器内における溶融鋼は、カバーすべき大きな表面積を有している。このような理由から、本発明により使用されるゼオライト材料は、その卓越した流動性により特に適している。

本発明による方法の有利な別の形式では、カバー粉体を、溶融金属上に直接位置する、反応性のアルミン酸カルシウムスラグから成る中間層に散布する。このような２層のカバーシステムでは、反応性のアルミン酸カルシウムスラグは、一方では溶融金属を雰囲気ガスの侵入から効果的に保護するために働く。他方では、反応性のアルミン酸カルシウムスラグにより有利には、溶融金属の不都合な非金属的な含有物がカバー層において受容される。反応性のスラグ上に散布された人工的なゼオライト材料は効果的な断熱性を保証する。

必要とあらば、本発明によれば溶融金属上に散布されたカバー材料に、例えば石油コークスのような炭素供給源を添加し、カバー材料の溶融特性に影響を与えることができる。これにより、同様に石油化学において生じる廃棄物としての石油コークスは有効利用のために供給することができる。

実際にはカバー材料は特に簡単に、プラスチックポリマバッグに所定の分量だけパックして、溶融金属の表面に載置することができる。１０００℃を超える溶融金属の上方の高温に基づきプラスチックポリマバッグは迅速に燃焼する。その後、カバー材料はその流動性に基づき自動的に溶融金属の表面上に分配される。この場合、個々のダストの発生を効果的に回避することができる。このことは、本発明により使用されるカバー材料の粒子が少なくとも３０μｍの粒子径を有していることに起因する。

本発明の方法の有利な別の形式によれば、カバー材料は４０重量％までの割合で植物性灰分から成っている。冒頭で述べた米籾殻灰が特に適している。植物性灰分の添加は、カバー粉体の絶縁特性がさらに改善されるという利点を有している。さらに植物性灰分は炭素供給源であって、このことはスラグの溶融特性に良好に影響する。

純粋な植物性灰分を使用することの重大な欠点は、灰分が高温で繊維質の結晶相（クリストラバイト）に変わることにある。このような結晶繊維は肺に到り、癌をひきおこす恐れがある。このような欠点は、本発明による植物性灰分と人工的なゼオライト材料との混合により確実に回避される。クリストラバイトの形成は混合時に著しく抑制される。

実際には、溶融鋼のカバーのために少なくとも６０重量％のゼオライト材料と４０重量％までの植物性灰分との混合物を使用することが特に実証済みである。約８０重量％のゼオライト材料と約２０重量％の米籾殻灰との混合物は有利である。このような混合物は、有利には殆ど中性の特性を有しているが、従来のカバー材料は主として酸に反応し、冶金学的な容器のジャケットは長い間には攻撃される。

本発明のようなゼオライト材料の粒子径分布が得られた場合にのみ、上記範囲で植物性灰分を添加する際に、カバー材料の卓越した流動性が維持されることが重要である。

次に本発明の実施例を説明する。

添付の図面には、本発明によりカバー材料として適した人工的なゼオライト材料の粒子径分布を示すグラフが示されている。このグラフには、粒子径（μｍ）に関する合計分布（％）が示されている。このグラフからは、粒子の約８０％が、３５〜１２５μｍの直径を有していることがわかる。このグラフに記載されているような狭い粒子径分布は、本発明により使用されているカバー材料の上記有利な特性を生ぜしめる。

次の表では、ゼオライト材料の粒子径分布が数字で示されている。

化学的な組成に関しては、上記のような粒子径分布を有するカバー材料は、約４５％までの酸化ケイ素とこれより僅かに多くの酸化アルミニウムとから成っている。材料の比重は、０．８〜０．９ｇ／ｃｍ３の範囲にある。

カバー材料として適した人工的なゼオライト材料の粒子径分布を示すグラフである。

Claims (13)

1. 冶金学的な容器内にある溶融金属を処理するための方法であって、溶融金属の表面に、酸化ケイ素および酸化アルミニウムを含む微粒状のカバー材料を散布する形式のものにおいて、
   カバー材料が人工的なゼオライト材料であって、該材料が酸化ケイ素および酸化アルミニウムを有しており、カバー材料中の酸化ケイ素に対する酸化アルミニウムの比が１よりも大きい、または１であって、カバー材料が狭い粒子径分布を有しており、即ち、３０μｍよりも小さい粒子径または１２５μｍよりも大きい粒子径を有する粒子は２０％よりも少ないことを特徴とする、冶金学的な容器内にある溶融金属を処理するための方法。
2. カバー材料の粒子が球状である、請求項１記載の方法。
3. カバー材料を、溶融金属の表面に散布する前に所望の分布を得るために混合及び／又は選別する、請求項１又は２記載の方法。
4. カバー材料がそれぞれ１％までの酸化チタン、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化カルシウムを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 溶融金属が、鋼分配装置または鋼鋳造取鍋内に位置している、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. カバー粉体を、溶融金属上に直接位置する、反応性のアルミン酸カルシウムスラグから成る中間層に散布する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. カバー材料に、炭素供給源を添加する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. プラスチックポリマバッグに所定の分量だけパックしたカバー材料を溶融金属の表面に載置する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. カバー材料に植物性灰分を添加する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. カバー材料が、４０重量％までの割合で植物性灰分から成っている、請求項９記載の方法。
11. 酸化ケイ素および酸化アルミニウムを含む微粒状材料の、冶金学的な容器内にある溶融金属のカバーのための使用において、
    カバー材料が人工的なゼオライト材料であって、該材料が酸化ケイ素および酸化アルミニウムを有しており、カバー材料中の酸化ケイ素に対する酸化アルミニウムの比が１よりも大きい、または１であって、カバー材料が狭い粒子径分布を有しており、即ち、３０μｍよりも小さい粒子径または１２５μｍよりも大きい粒子径を有する粒子は２０％よりも少なく、この場合カバー材料の粒子は球状であることを特徴とする、酸化ケイ素および酸化アルミニウムを含む微粒状材料の、冶金学的な容器内にある溶融金属のカバーのための使用。
12. 酸化ケイ素および酸化アルミニウムを含む微粒状材料の、冶金学的な容器内にある溶融金属のカバーのための使用において、
    該カバー材料が、少なくとも６０重量％の人工的なゼオライト材料と、４０重量％までの植物性灰分とから成る混合物であって、前記ゼオライト材料は酸化ケイ素および酸化アルミニウムを有しており、カバー材料中の酸化ケイ素に対する酸化アルミニウムの比が１よりも大きい、または１であって、ゼオライト材料が狭い粒子径分布を有しており、即ち、３０μｍよりも小さい粒子径または１２５μｍよりよりも大きな粒子径を有する粒子は２０％よりも少ないことを特徴とする、酸化ケイ素および酸化アルミニウムを含む微粒状材料の、冶金学的な容器内にある溶融金属のカバーのための使用。
13. 植物性灰分が米籾殻灰分である、請求項１２記載の使用。

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