鋼脱硫剤および鋼の脱硫におけるその使用
本発明は、剤の総質量に対して下記を含むことを特徴とする鋼脱硫剤に関する：
‐少なくとも10%のSiO2；
‐少なくとも10%のC2S；
‐少なくとも35%の少なくとも１種のアルミン酸カルシウムおよび任意成分としてのシリコ-アルミン酸カルシウム。
‐少なくとも10%のSiO2；
‐少なくとも10%のC2S；
‐少なくとも35%の少なくとも１種のアルミン酸カルシウムおよび任意成分としてのシリコ-アルミン酸カルシウム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金の分野に関し、とりわけ、高濃度のSiO2、C2Sおよびアルミン酸カルシウムを含む鋼脱硫剤、並びに鋼の脱硫におけるその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の製造は、下記のような２つの方法において系統的に実施し得る：
‐鉄鉱石を高炉または転炉のような手段により鋼に転換する；
‐くず鉄を電気炉内で処理する。
鋳鉄を精錬した後に得られる鋼中の不純物、リンおよびイオウの存在は、機械的性質に対してとりわけ有害であることが知られている。高炉により製造した鋳鉄の精錬後に得られた鋼中の高割合のイオウの存在が、イオウが寒冷延性、耐衝撃性およびインゴット表面の性質を低下させるためにとりわけ有害であることは、既知の事実である。金属中で許容し得るイオウの割合は、極めて低量、即ち、0.02%未満或いは0.005%未満でさえもでなければならない。
現行の鋼製造法における主要工程の１つは、転炉または電気炉による一次冶金であり、それによって鋼を得、その後、この鋼を取鍋内で再処理して鋼に特定の性質を付与させている。鋼の諸性質を改良する分野における最も注目すべき進展は、取鍋冶金に由来する。
鋳鉄を精錬し鋼を製造する装置(高炉、転炉)は、金属のイオウ含有量の低減を可能にする；しかしながら、これらの装置は上述の欠点を排除するに必要な全体的脱硫をもたらさず、従って、鋼の精錬を必要とする。精錬の一般的原理は、以下のように参考書において説明されているように要約し得る。
鋼から不純物を抽出するためには、不純物に対して高めの親和性を有する、従って、低めの自由エンタルピーを有する生成物との緊密な接触をもたらさなければならない。このことは、高温を使用することによって解決し得る熱力学平衡の問題である。
【０００３】
鋼に対して有害な作用を有するとみなされる成分の濃度を低下させるためには、主要精製方法は、下記のとおりである：
1) スラグによる交換；
2) 不溶性化合物を形成させる；
3) 鋼に真空を適用することにより部分圧を低下させることによって鋼中の不純物の溶解性を低下させる。
鋼の脱硫における化学反応は、以下のとおりである：
[S]m + (O--)s → (S--)s + [O]m
(式中、[S]mおよび[O]mは、金属中に溶解した成分であり；(O--)sおよび(S--)sは、スラグ中に溶解した成分である)。
鋼に対して有害な作用を有するとみなされる成分の濃度を低下させる通常の方法は、石灰系スラグを使用することである。この場合、反応は、以下のとおりであろう：
[S]m + (CaO)s → (CaS２)s + [O]m
(式中、[S]mおよび[O]mは、金属中に溶解した成分であり；(CaO)sおよび(CaS2)sは、スラグ中に溶解した成分である)。
指標として、下記の表１に、製鋼所スラグの通常の鉱物学および化学組成を質量％で列挙する。
【０００４】
【０００５】
しかしながら、現在脱硫に使用されている方法の中で、完全に満足し得る方法はない。
即ち、炭酸ナトリウムの使用は、有害煙の放出およびとりわけ侵蝕性スラグの産生を伴う最高60%程度の脱硫収率しかもたらさない。
炭化カルシウムの使用は金属の加炭をもたらし、さらにまた、生成物を乾燥に保って、アセチレンの発生、即ち、爆発発生のリスクを回避しなければならない。
カルシウムシアナミドの使用は、金属の窒化および浸炭化をもたらし、これを回避するのは厄介である。
マグネシウムは、鋼との接触時に蒸発して爆発を生じ得、従って、タール中でコーティーングして釣鐘内に入れなければならないので、使用するのが困難である。
精製すべき塊状物内に吹き込むシリコ-カルシウムの使用は、内包物の球状化(globularisation)をもたらし、アルカリ性スラグの使用を必要とし、鋼に窒素の再獲得を生じさせる。
石灰の使用は有利であるが、その約2200℃の高融点は、石灰と液体金属との反応を停止させる。
多くの研究は、妥当な脱硫品質を有する生成物は、53〜55%のCaO、43〜45%のAl2O3および1%のFeOを含有し得るという結論に至っている。1983年2月18日に出願されたフランス特許FR第2541310号に記載されている製品またはWacker社から入手し得る製品、さらにまたバナジウム製造に由来するスラグのような、このタイプの組成を有する多くの製品が存在する。
しかしながら、これらの製品は、高価であり、容易には入手できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、上述の欠点を是正すると同時に、当該技術組成物状況よりも安価でありながら容易に入手し得、とりわけ、工業廃棄物、とりわけ製鋼所スラグから得ることのできる脱硫剤が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、本発明に従い、剤の総質量に対して、下記を含むことを特徴とする鋼脱硫剤によって満たされる：
‐少なくとも10%のSiO2；
‐少なくとも10%のC2S；および、
‐少なくとも35%の少なくとも１種のアルミン酸カルシウムおよび任意成分としてのシリコアルミン酸カルシウム。
高濃度のC2Sを含む上記脱硫剤の組成は、上述の利点を別にしても、脱硫剤の膨張ひいては粉末を得るのを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
上記脱硫剤は、好ましくは、1000〜5000 cm2/kg、好ましくは1000〜2000 cm2/kgからなる比表面積を有する粉末の形にある。粉末の比表面積の測定方法は、当業者にとって周知である。引用し得る方法の例としては、低温度でのガスの物理的吸着に基づく方法、例えば、BETとして知られる周知の方法がある。
好ましくは、上記脱硫剤は、剤の総質量に対して、下記の鉱物学的相を含むが、該組成物は、少なくとも35%のアルミン酸カルシウムまたはアルミン酸カルシウムとシリコ-アルミン酸カルシウムの混合物を含むことを条件とする：
‐10〜60%のC2S；
‐0〜50%のC3A；
‐0〜50%のC2AS；
‐0〜70%のC12A7；および、
‐0〜60%のCA。
最も好ましくは、上記脱硫剤は、剤の総質量に対して、下記の鉱物学的相を含む：
‐10〜30%のC2S、30〜60%のCA、および10〜40%のC2AS；または、
‐20〜50%のC2S、20〜70%のC12A7、および0〜40%のC3A、好ましくは10〜40%のC3A。
好ましくは、上記脱硫剤は、製鋼所スラグから得られる。本発明のこの実施態様は、製鋼所副生成物に価値を付加することが可能であるので、経済的見地からとりわけ有利である。
【０００９】
本発明の脱硫剤は、溶融製鋼所スラグを制御された酸化雰囲気内で処理してその鉱物学および化学組成を変化させることによって得ることができ、不純物を、精錬において通常使用する石灰と炉添加剤の混合物の代りに、スポンジとして作用し得るようにして除去し得る。
とりわけ、上記脱硫剤を製造する方法は、アルミナまたはアルミナを生成する生成物と製鋼所スラグの混合物を調製し、その後、混合物を1250℃〜1450℃からなる温度にて10-1〜10-6バールからなる部分酸素圧中で加熱することからなり得る。
アルミナまたはアルミナを生成する生成物は、溶融製鋼所スラグに添加し得る。
一般に、製鋼所スラグから脱硫剤を得るために添加する必要のあるアルミナの量は、スラグの組成および/または脱硫剤の必要組成によるが、スラグの総質量に対して10〜30%である。
アルミナまたはアルミナを生成する化合物の添加は、スラグがより容易に溶融し且つ容易に脱硫されるようにする。好ましくは、アルミナ源は、ボーキサイト、アルミニウム残渣および赤泥の中から選択する。
また、本発明は、鋼に上述のような脱硫剤と石灰(CaO)を添加することを特徴とする鋼の脱硫方法にも関する。
好ましくは、上記脱硫剤と石灰は、鋼に添加する前に一緒に混合する。
好ましくは、上記脱硫剤対石灰の質量比は、1/0.5〜1/2で変動し、好ましくは、1/1である。
上記鋼の脱硫工程は、好ましくは1500℃〜1600℃からなる温度で、最も好ましくは1550℃で生じる。
【実施例】
【００１０】
本発明に従う脱硫剤を原材料から製造した。原材料の鉱物学的組成を下記の表２に示す。
【００１１】
スラグとボーキサイトを1250℃〜1450℃からなる温度にて10-1〜10-6バールからなる部分酸素圧中で混合し、次いで、石灰と下記の表３に示す質量％で表す割合で混合した。
【００１２】
表３に記載した組成物から得られた脱硫剤の鉱物学相組成を下記の表４に示す。
【００１３】
上記脱硫剤の能力を実験室試験した。脱硫剤を溶融鋼と1/1の質量比で混合した。溶融鋼および脱硫剤中のイオウ濃度(質量/質量)を、鋼を脱硫剤で処理する前および処理した後に、蛍光X線法により測定した。結果を下記の表５に示す。
表５の結果は、溶融金属中のイオウ濃度が脱硫剤による処理後に係数７で低下していることを示している。これらの試験は、溶融金属のイオウ濃度を低下させるのに本発明に従う脱硫剤の使用の利点を明らかに裏付けている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金の分野に関し、とりわけ、高濃度のSiO2、C2Sおよびアルミン酸カルシウムを含む鋼脱硫剤、並びに鋼の脱硫におけるその使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の製造は、下記のような２つの方法において系統的に実施し得る：
‐鉄鉱石を高炉または転炉のような手段により鋼に転換する；
‐くず鉄を電気炉内で処理する。
鋳鉄を精錬した後に得られる鋼中の不純物、リンおよびイオウの存在は、機械的性質に対してとりわけ有害であることが知られている。高炉により製造した鋳鉄の精錬後に得られた鋼中の高割合のイオウの存在が、イオウが寒冷延性、耐衝撃性およびインゴット表面の性質を低下させるためにとりわけ有害であることは、既知の事実である。金属中で許容し得るイオウの割合は、極めて低量、即ち、0.02%未満或いは0.005%未満でさえもでなければならない。
現行の鋼製造法における主要工程の１つは、転炉または電気炉による一次冶金であり、それによって鋼を得、その後、この鋼を取鍋内で再処理して鋼に特定の性質を付与させている。鋼の諸性質を改良する分野における最も注目すべき進展は、取鍋冶金に由来する。
鋳鉄を精錬し鋼を製造する装置(高炉、転炉)は、金属のイオウ含有量の低減を可能にする；しかしながら、これらの装置は上述の欠点を排除するに必要な全体的脱硫をもたらさず、従って、鋼の精錬を必要とする。精錬の一般的原理は、以下のように参考書において説明されているように要約し得る。
鋼から不純物を抽出するためには、不純物に対して高めの親和性を有する、従って、低めの自由エンタルピーを有する生成物との緊密な接触をもたらさなければならない。このことは、高温を使用することによって解決し得る熱力学平衡の問題である。
【０００３】
鋼に対して有害な作用を有するとみなされる成分の濃度を低下させるためには、主要精製方法は、下記のとおりである：
1) スラグによる交換；
2) 不溶性化合物を形成させる；
3) 鋼に真空を適用することにより部分圧を低下させることによって鋼中の不純物の溶解性を低下させる。
鋼の脱硫における化学反応は、以下のとおりである：
[S]m + (O--)s → (S--)s + [O]m
(式中、[S]mおよび[O]mは、金属中に溶解した成分であり；(O--)sおよび(S--)sは、スラグ中に溶解した成分である)。
鋼に対して有害な作用を有するとみなされる成分の濃度を低下させる通常の方法は、石灰系スラグを使用することである。この場合、反応は、以下のとおりであろう：
[S]m + (CaO)s → (CaS２)s + [O]m
(式中、[S]mおよび[O]mは、金属中に溶解した成分であり；(CaO)sおよび(CaS2)sは、スラグ中に溶解した成分である)。
指標として、下記の表１に、製鋼所スラグの通常の鉱物学および化学組成を質量％で列挙する。
【０００４】
【０００５】
しかしながら、現在脱硫に使用されている方法の中で、完全に満足し得る方法はない。
即ち、炭酸ナトリウムの使用は、有害煙の放出およびとりわけ侵蝕性スラグの産生を伴う最高60%程度の脱硫収率しかもたらさない。
炭化カルシウムの使用は金属の加炭をもたらし、さらにまた、生成物を乾燥に保って、アセチレンの発生、即ち、爆発発生のリスクを回避しなければならない。
カルシウムシアナミドの使用は、金属の窒化および浸炭化をもたらし、これを回避するのは厄介である。
マグネシウムは、鋼との接触時に蒸発して爆発を生じ得、従って、タール中でコーティーングして釣鐘内に入れなければならないので、使用するのが困難である。
精製すべき塊状物内に吹き込むシリコ-カルシウムの使用は、内包物の球状化(globularisation)をもたらし、アルカリ性スラグの使用を必要とし、鋼に窒素の再獲得を生じさせる。
石灰の使用は有利であるが、その約2200℃の高融点は、石灰と液体金属との反応を停止させる。
多くの研究は、妥当な脱硫品質を有する生成物は、53〜55%のCaO、43〜45%のAl2O3および1%のFeOを含有し得るという結論に至っている。1983年2月18日に出願されたフランス特許FR第2541310号に記載されている製品またはWacker社から入手し得る製品、さらにまたバナジウム製造に由来するスラグのような、このタイプの組成を有する多くの製品が存在する。
しかしながら、これらの製品は、高価であり、容易には入手できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、上述の欠点を是正すると同時に、当該技術組成物状況よりも安価でありながら容易に入手し得、とりわけ、工業廃棄物、とりわけ製鋼所スラグから得ることのできる脱硫剤が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、本発明に従い、剤の総質量に対して、下記を含むことを特徴とする鋼脱硫剤によって満たされる：
‐少なくとも10%のSiO2；
‐少なくとも10%のC2S；および、
‐少なくとも35%の少なくとも１種のアルミン酸カルシウムおよび任意成分としてのシリコアルミン酸カルシウム。
高濃度のC2Sを含む上記脱硫剤の組成は、上述の利点を別にしても、脱硫剤の膨張ひいては粉末を得るのを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
上記脱硫剤は、好ましくは、1000〜5000 cm2/kg、好ましくは1000〜2000 cm2/kgからなる比表面積を有する粉末の形にある。粉末の比表面積の測定方法は、当業者にとって周知である。引用し得る方法の例としては、低温度でのガスの物理的吸着に基づく方法、例えば、BETとして知られる周知の方法がある。
好ましくは、上記脱硫剤は、剤の総質量に対して、下記の鉱物学的相を含むが、該組成物は、少なくとも35%のアルミン酸カルシウムまたはアルミン酸カルシウムとシリコ-アルミン酸カルシウムの混合物を含むことを条件とする：
‐10〜60%のC2S；
‐0〜50%のC3A；
‐0〜50%のC2AS；
‐0〜70%のC12A7；および、
‐0〜60%のCA。
最も好ましくは、上記脱硫剤は、剤の総質量に対して、下記の鉱物学的相を含む：
‐10〜30%のC2S、30〜60%のCA、および10〜40%のC2AS；または、
‐20〜50%のC2S、20〜70%のC12A7、および0〜40%のC3A、好ましくは10〜40%のC3A。
好ましくは、上記脱硫剤は、製鋼所スラグから得られる。本発明のこの実施態様は、製鋼所副生成物に価値を付加することが可能であるので、経済的見地からとりわけ有利である。
【０００９】
本発明の脱硫剤は、溶融製鋼所スラグを制御された酸化雰囲気内で処理してその鉱物学および化学組成を変化させることによって得ることができ、不純物を、精錬において通常使用する石灰と炉添加剤の混合物の代りに、スポンジとして作用し得るようにして除去し得る。
とりわけ、上記脱硫剤を製造する方法は、アルミナまたはアルミナを生成する生成物と製鋼所スラグの混合物を調製し、その後、混合物を1250℃〜1450℃からなる温度にて10-1〜10-6バールからなる部分酸素圧中で加熱することからなり得る。
アルミナまたはアルミナを生成する生成物は、溶融製鋼所スラグに添加し得る。
一般に、製鋼所スラグから脱硫剤を得るために添加する必要のあるアルミナの量は、スラグの組成および/または脱硫剤の必要組成によるが、スラグの総質量に対して10〜30%である。
アルミナまたはアルミナを生成する化合物の添加は、スラグがより容易に溶融し且つ容易に脱硫されるようにする。好ましくは、アルミナ源は、ボーキサイト、アルミニウム残渣および赤泥の中から選択する。
また、本発明は、鋼に上述のような脱硫剤と石灰(CaO)を添加することを特徴とする鋼の脱硫方法にも関する。
好ましくは、上記脱硫剤と石灰は、鋼に添加する前に一緒に混合する。
好ましくは、上記脱硫剤対石灰の質量比は、1/0.5〜1/2で変動し、好ましくは、1/1である。
上記鋼の脱硫工程は、好ましくは1500℃〜1600℃からなる温度で、最も好ましくは1550℃で生じる。
【実施例】
【００１０】
本発明に従う脱硫剤を原材料から製造した。原材料の鉱物学的組成を下記の表２に示す。
【００１１】
スラグとボーキサイトを1250℃〜1450℃からなる温度にて10-1〜10-6バールからなる部分酸素圧中で混合し、次いで、石灰と下記の表３に示す質量％で表す割合で混合した。
【００１２】
表３に記載した組成物から得られた脱硫剤の鉱物学相組成を下記の表４に示す。
【００１３】
上記脱硫剤の能力を実験室試験した。脱硫剤を溶融鋼と1/1の質量比で混合した。溶融鋼および脱硫剤中のイオウ濃度(質量/質量)を、鋼を脱硫剤で処理する前および処理した後に、蛍光X線法により測定した。結果を下記の表５に示す。
表５の結果は、溶融金属中のイオウ濃度が脱硫剤による処理後に係数７で低下していることを示している。これらの試験は、溶融金属のイオウ濃度を低下させるのに本発明に従う脱硫剤の使用の利点を明らかに裏付けている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剤の総質量に対して、下記を含むことを特徴とする、鋼脱硫剤：
‐少なくとも10%のSiO2；
‐少なくとも10%のC2S；および、
‐少なくとも35%の少なくとも１種のアルミン酸カルシウムおよび任意成分としてのシリコ-アルミン酸カルシウム。
【請求項２】
前記鋼脱硫剤が、剤の総質量に対して、下記の鉱物学的相を含む、請求項１記載の鋼脱硫剤：
‐10〜60%のC2S；
‐0〜50%のC3A；
‐0〜50%のC2AS；
‐0〜70%のC12A7；および、
‐0〜60%のCA。
【請求項３】
前記鋼脱硫剤が、剤の総質量に対して、下記の鉱物学的相を含む、請求項１または２記載の鋼脱硫剤：
‐10〜30%のC2S、30〜60%のCA、および10〜40%のC2AS；または、
‐20〜50%のC2S、20〜70%のC12A7、および0〜40%のC3A、好ましくは10〜40%のC3A。
【請求項４】
前記鋼脱硫剤が、製鋼所スラグから得られる、請求項１〜３のいずれか１項記載の鋼脱硫剤。
【請求項５】
溶融鋼に、請求項１〜４のいずれか１項記載の脱硫剤および石灰(CaO)を添加することを特徴とする、鋼の脱硫方法。
【請求項６】
前記脱硫剤と石灰を、鋼に添加する前に一緒に混合する、請求項５記載の鋼の脱硫方法。
【請求項７】
前記脱硫剤対石灰の質量比が、1/0.5〜1/2で変動し、好ましくは1/1である、請求項５または６記載の鋼の脱硫方法。
【請求項１】
剤の総質量に対して、下記を含むことを特徴とする、鋼脱硫剤：
‐少なくとも10%のSiO2；
‐少なくとも10%のC2S；および、
‐少なくとも35%の少なくとも１種のアルミン酸カルシウムおよび任意成分としてのシリコ-アルミン酸カルシウム。
【請求項２】
前記鋼脱硫剤が、剤の総質量に対して、下記の鉱物学的相を含む、請求項１記載の鋼脱硫剤：
‐10〜60%のC2S；
‐0〜50%のC3A；
‐0〜50%のC2AS；
‐0〜70%のC12A7；および、
‐0〜60%のCA。
【請求項３】
前記鋼脱硫剤が、剤の総質量に対して、下記の鉱物学的相を含む、請求項１または２記載の鋼脱硫剤：
‐10〜30%のC2S、30〜60%のCA、および10〜40%のC2AS；または、
‐20〜50%のC2S、20〜70%のC12A7、および0〜40%のC3A、好ましくは10〜40%のC3A。
【請求項４】
前記鋼脱硫剤が、製鋼所スラグから得られる、請求項１〜３のいずれか１項記載の鋼脱硫剤。
【請求項５】
溶融鋼に、請求項１〜４のいずれか１項記載の脱硫剤および石灰(CaO)を添加することを特徴とする、鋼の脱硫方法。
【請求項６】
前記脱硫剤と石灰を、鋼に添加する前に一緒に混合する、請求項５記載の鋼の脱硫方法。
【請求項７】
前記脱硫剤対石灰の質量比が、1/0.5〜1/2で変動し、好ましくは1/1である、請求項５または６記載の鋼の脱硫方法。
【公表番号】特表２００７−５１７１３７（Ｐ２００７−５１７１３７Ａ）
【公表日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４６２８８（Ｐ２００６−５４６２８８）
【出願日】平成１６年１２月２３日（２００４．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／０５０７５４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６４０２２
【国際公開日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【出願人】（５９９００２８７０）ラファルジュ (19)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２３日（２００４．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００４／０５０７５４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６４０２２
【国際公開日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【出願人】（５９９００２８７０）ラファルジュ (19)
【Ｆターム（参考）】
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