JP2840592B2 - 冶金目的用添加剤としてのシリコン含有残渣を包含してなる団鉱及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄冶金溶煉過程用の
シリコン含有添加剤に関し、主としてシリコン含有残渣
を団鉱に処方することに関し、銅触媒の存在下でシリコ
ン粉末を塩化メチルと直接的に反応させることによって
オルガノシランを製造することからシリコン含有残留物
が生ずるにつれてかゝるシリコン含有残留物を除去又は
特に利用するという問題に関連して経済的及び環境上の
出発点となっている。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】シリコン即ちケイ素を
塩化メチルと反応させる前記の言わゆる「直接反応」に
よってオルガノシランを製造するに際しては、シリコン
粉末と銅粒子とから形成した言わゆる接触塊状物を有機
ハロゲン化物と反応させるのが好ましい。反応で消耗し
た接触塊状物は、シリコン及び銅に加えてアルミニウム
及び鉄の如き別の元素を含有するシリコン含有残渣とし
て集積する。粉砕した又は破砕した工業品位のシリコン
又はフェロシリコンを塩素ガス又はガス状塩化水素と反
応させることによってクロロシラン特にトリクロロシラ
ン及びテトラクロロシランを製造する時は、シリコン含
有原料に含有される不純物、主として鉄及びカルシウム
はシリコン含有反応残渣に集積する。シリコン含有残渣
は別のシリコン工業的処理又はシリコン冶金的処理によ
っても形成され例えば元素態シリコンの破砕又は微粉砕
中に得られるフィルターダストがあり、これによってか
ゝる小さな寸法でシリコンを含有する残渣は主として粉
塵として生起する。

【０００３】前記のシリコン含有残渣は別の残渣も同様
であるが、有価成分を回収するために加工するのが困難
であってしかも高価であり、それ故大抵は特別な投棄場
所に使わずに堆積させる。

【０００４】「消耗シリコン粉末の失活」なる名称の欧
州特許出願公開 EP0287934A2号は、直接合成によってク
ロロシランの製造から得られるシリコン含有残渣の堆積
物を処理している。水ときわめて反応性でありこれによ
って発熱的に反応するこれらの残渣の問題を解決するた
めに、高含量の有機結合剤を含有するペレットの形でシ
リコン含有残渣を投棄することが提案されている。有機
結合剤好ましくはリグニンの第１の目的は、ペレットが
取扱い及び運搬中に破壊しないようにペレットに十分な
機械的強度を与えるものである。別の目的は反応性の粒
子を湿気から保護するために反応性粒子を被覆するもの
である。破壊の可能性を低下させるには、ペレットは２
cm以下である。ペレットはシリコン含有残渣と結合剤と
好ましくは水との混合物から加圧緻密化により又は混合
機での凝集により製造する。加圧緻密化によるペレット
化は、ピストン又は成形用プレス、タブレット成形機、
ロール型プレス、ペレットミル又はスクリュー押出成形
機で行うことができる。混合機での凝集によるペレット
化は、例えば回転ドラムでの凝集機、混練機の如き櫂形
混合機又は流動混合機で行うことができる。最後に、得
られたペレットを250℃で乾燥する。

【０００５】本発明は前記型式のシリコン含有残渣を投
棄せねばならないこともなく該残渣を高価に加工するこ
ともなく、勿論適当な要領で処方して該残渣を直接有用
な工業的応用に持っていく経済的で環境上の目的に基づ
く。適当な工業分野はシリコン含有鉄又は鋼の製造特に
シリコン含有添加剤を用いてのキューポラ炉での鋳鉄の
製造に関する。

【０００６】キューポラ炉での鋳鉄の製造中に、合金用
元素を添加剤として用いて鉄の品質を調節する。これら
の合金用元素は溶錬炉の装入材料に添加するか又はタッ
ピング(tapping) 後の溶融鋳鉄に添加する。典型的なか
ゝる合金用元素は元素態のシリコンである。一般にフェ
ロシリコンをシリコン添加剤として溶融鉄に用いる。然
しながら、フェロシリコンは高価な材料である。溶錬炉
の装入材料に添加すべき別の合金用元素は銅、クロム及
びマンガンであり、これらは主として屑銅又はフェロク
ロム又はフェロマンガンとして添加される。

【０００７】経済的で環境上の目的に関して、本発明の
技術的問題は前記のシリコン含有残渣を利用することに
より溶錬炉で用いる添加剤を提供することに在る。

【０００８】この問題解決の前題条件は或る変数を考慮
するものである。

【０００９】シリコン含有残渣は、粉立ちすることもな
く湿気によって損傷を受けることもなく緻密な団鉱（ブ
リケット）として提供すべきであり、そのために一般に
結合剤を用いながら欧州特許出願公開第 0287934A2号に
よるペレット化技術を応用できる。他方しかも高い炉温
からみて、団鉱(briquette) を溶融装入材料の頂部に挿
入する間に既に団鉱を分解させる結合剤は用いるべきで
ない。何故なら欧州特許公開第 0287934A2号による有機
結合剤については容易にその傾向を帯び得るからであ
る。この代りに、団鉱は破損なしに且つ分解なしに装入
材料の底部部分に到達すべきであり、これによって炉の
適正な操作を確保する。従って団鉱を成形した加圧剤(p
ressing)はその熱的分解及び機械的分解に関して十分に
安定であるのが有利である。

【００１０】前記の技術内容は次の如く説明されるもの
である。溶錬すべき装入材料をキューポラ炉の頂部に充
填する。鋳鉄の品質に及ぼされる決定的な影響は種々の
添加剤によって提供され、該添加剤は好ましくは装入材
料と混合され、この過程は例えば装入材料についての秤
量単位で行なわれる。別法として、添加剤は溶融用装入
材料の頂部に連続層として充填できる。溶錬過程中に形
成される高温ガスはキューポラ炉中を上昇し、炉の上方
部分で装入材料を予熱し、廃ガスとして逃出する。例え
ば団鉱を成形した加圧剤を鋳鉄の特性調節のための添加
剤として用いるならばしかも前記の加圧剤が一部はシリ
コン含有残渣よりなるならば、団鉱はそれらが溶錬帯域
に到達する前には分解すべきでない。さもないと次の欠
点が予期されるものである。初期の段階に分解するなら
ば、団鉱はシリコンを小さな大きさの粒子として放出し
てしまい、こうして放出を受けたシリコンの一部は廃ガ
スと一緒に追出され且つ融解過程には損失となるもので
ある。更には、放出されたが追出されない微細シリコン
材料の別の部分は装入材料のガス透過率を低下させ、こ
れによって装入材料を通って上方に向かう均等なガス流
を撹乱させ、最終的には炉の全断面に亘って溶融すべき
装入材料の不均一な予熱を生ずるという恐れがあるもの
である。

【００１１】シリコン含有残渣を包含してなる団鉱を鉄
製造用の添加剤として用いると仮定すると、団鉱化過程
中に団鉱に直接挿入することにより計画した品質の鉄又
は鋼を得るために必要である全ての別の物質、しかも特
に合金用元素を添加することがまた考えられ、こうして
団鉱は最終的に添加剤−混合物の単一供給源を与え、種
々の供給源の物質の添加を不必要とさせる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記の
技術的課題を解決するものであり、これは乾燥重量につ
き１〜10重量％の粉砕した板紙(cardboard) と５〜40重
量％の水硬セメントと０〜20重量％の金属又は金属合金
の粒子とからなり残りはシリコン含有残渣である、シリ
コン含有残渣を包含してなる団鉱によって達成される。

【００１３】本発明の実施形式によれば、キューポラ炉
での鉄生産用の添加剤である団鉱は好ましくは２〜５重
量％のボール繊維(cardboard fibre) と10〜30重量の水
硬セメント、好ましくはポルトランドセメントとを含有
するが、何れか他の水硬セメント例えばカルシウムアル
ミネートセメントも同様に用い得る。

【００１４】本発明によると、団鉱は追加の合金化元素
を含有でき、例えば銅からの金属粒子及び／又はフェロ
シリコン、フェロクロム、フェロマンガンの如き合金及
び所望ならば何れか別の元素又は合金を含有できる。

【００１５】驚くべきことにはボール繊維の量によっ
て、セメントが未だ硬化していない時でさえ団鉱に良好
な生の強度を与えることが判明し、こうして団鉱は成形
直後にそれらの目的に取扱い且つ使用し得る。

【００１６】本発明によると、団鉱の製造は、諸成分を
混合し、そこで水でペースト化し、次いで得られる湿っ
た塊状物を既知技術の１つによる加圧−緻密化によって
団鉱に成形することにより行ない、押出成形による団鉱
化が好ましい。諸成分の混合は乾燥状態で開始でき、続
いて水を添加しあるいは混合は水の存在下に直ちに行な
う。混合物の乾燥重量に関して全ての水含量は５〜20重
量％になる。用いたシリコン含有残渣の原料は一様にそ
れ自体水を含有することを考慮しなければならない。シ
リコン含有残渣の水含量の例は以下の表１に挙げてあ
る。

【００１７】驚くべきことには、本発明の団鉱で製造し
た鋳鉄中のシリコンの量は団鉱の代りに固まりのフェロ
シリコンを用いながら生起したのと同じ良好な収率(yie
lding rate) の提供したシリコンを85％の付近で示すこ
とが見出された。更にはこれは、ボール繊維とセメント
とを含有する団鉱にシリコン含有残渣を配合することに
より廃ガスと一緒に当初の小さな大きさのシリコン材料
が放出されず即ち損失を受けないことを意味する。

【００１８】

【実施例】シリコン残渣とボール繊維とポルトランドセ
メントとフェロシリコンと水とを含有する団鉱を油圧ラ
ムプレスで製造した。圧力は100Mpaであり、圧縮温度は
室温であり、団鉱成形物は50mmの直径と20mmの高さとを
有した。加圧前に、種々の成分を実験室用ミキサー（ド
イツのEirich社からの型式Ｒ02）で強く混合した。

【００１９】こうして製造した団鉱の圧縮強度は製造直
後に室温で且つ再び還元性雰囲気中で1000℃までに団鉱
を加熱した後に測定した。

【００２０】種々の組成物及び低温及び高温でのそれら
の圧縮強度を表１に挙げる。

【００２１】

【００２２】表１に見られる通り、試験した団鉱は優秀
な初期圧縮強度と1000℃に加熱した後でも良好な圧縮強
度とを有する。実際の試験の場合には、団鉱はキューポ
ラ炉の装入材料の上方部分で観察し得る状態中は分解し
なかった。

【００２３】表１を考慮すると、別量の合金化成分を追
加的に混合することを示す（実験No.７）唯一の実験が
挙げられている。それ故本発明の範囲を限定することな
く、何れかの金属又は合金を団鉱中に混合して鋳鉄又は
何れか別の種類の鉄又は鋼の品質を調整又は改良でき、
前記の実験は本発明による別の有利な結果の例と考える
べきであり、そこで全ての提供した追加の物質を団鉱に
配合することができ、従って種々の供給源の物質の添加
を不要とさせる。然しながら、本発明の主たる利点は、
今までは主として用いずに放置されておりしかも廃棄材
料として高価な準備の下に投棄しなければならないシリ
コン含有残渣を有用で安価に利用することに在る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21C 1/08 C01B 33/107 C01F 7/12 C22B 1/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 乾燥重量に基いて１〜10重量％のボール
   繊維と５〜40重量％の水硬セメントと０〜20重量％の少
   なくとも１種の金属及び／又は金属合金の粒子と、残部
   としてシリコン含有残渣を含有してなる、冶金目的用添
   加剤としてのシリコン含有残渣を包含してなる団鉱。
2. 【請求項２】 ボール繊維の含量は２〜５重量％であ
   り、水硬セメントの含量は10〜30重量％である請求項１
   記載の団鉱。
3. 【請求項３】 団鉱は金属及び／又は金属合金の粒子と
   して少なくとも銅及び／又はフェロシリコン及び／又は
   フェロクロム及び／又はフェロマンガンを含有する請求
   項１又は２記載の団鉱。
4. 【請求項４】 約20mmの断面直径と約50mmの高さとを有
   する請求項１〜３の何れかに記載の団鉱。
5. 【請求項５】 諸成分を混合し、同時に又は次後に水を
   添加し、ペースト化した混合物は加圧−緻密化好ましく
   は押出成形により成形して団鉱にすることを特徴とす
   る、請求項１〜４の何れかに記載の団鉱の製造方法。
6. 【請求項６】 シリコン含有残渣の水含量を考慮しなが
   ら、諸成分の乾燥重量に基いて５〜20重量％の水をペー
   スト化に用いる請求項５記載の方法。