鉄鋼生産における石灰岩：役割、処理および重要性
共有
Table Of Content
Table Of Content
定義と基本概念
石灰岩は主に炭酸カルシウム（CaCO₃）で構成される堆積岩です。鉄鋼製造の文脈では、鉄鋼製造プロセス中にフラックス剤として主に使用される重要な原材料として機能します。
その基本的な目的は、溶融金属からシリカ、アルミナ、硫黄などの不純物を除去するのを助けることであり、スラグを形成します。石灰岩の化学的および物理的特性により、これらの不純物と結合し、溶融鋼または鉄から分離できる流動性のあるスラグを生成します。
全体の鋼生産チェーンの中で、石灰岩はさまざまな段階で導入され、特に高炉操作や基本酸素鋼製造において重要です。スラグ形成を促進するためにフラックスとして通常添加され、これは不純物の精製と最終鋼製品の化学組成の制御に不可欠です。
石灰岩の役割は、不純物の効率的な除去、プロセスの安定性の維持、および望ましい鋼の品質の達成を確保するために不可欠です。その使用は、鋼製造の運用効率、環境排出、およびコスト効果に影響を与えます。
技術設計と運用
コア技術
石灰岩の処理は、堆積物から大きなブロックを採掘することから始まります。これらのブロックは、粉砕、ふるい分け、そして冶金用途に適した微細な粒子に粉砕されます。
主な工学原理は、溶融金属中の酸性不純物と炭酸カルシウムの化学反応を含み、これによりスラグを構成するカルシウムシリケート、アルミネート、硫化物が形成されます。
主要な技術コンポーネントには、材料処理用のクラッシャー、ミル、コンベヤーシステム、鋼製造炉への制御供給用の貯蔵サイロが含まれます。
高炉操作では、石灰岩は通常、コークスや鉄鉱石と一緒に上部充填システムを介して添加されます。基本酸素炉では、石灰岩は注入またはフラックス混合物の一部として添加されます。
主な運用メカニズムは、最適なスラグ化学、温度、流動性を維持するために石灰岩の制御された投与を含みます。材料は貯蔵から炉に流れ込み、不純物と反応して、溶融金属の表面に浮かぶスラグを形成します。
プロセスパラメータ
重要なプロセス変数には、石灰岩の粒子サイズ、温度、および添加率が含まれます。
石灰岩の粒子サイズは、直接添加の場合、一般的に10 mmから50 mmの範囲で、注入システムではより細かい粒子が使用されます。典型的な添加率は、プロセスや不純物レベルに応じて、総充填重量の1%から5%の範囲で変動します。
温度は、焼成および反応動力学に影響を与えます。高炉内の最適温度は約1500°Cから1600°Cであり、効率的な分解とスラグ形成を促進します。
添加率は、スラグの体積、不純物除去効率、および炉の安定性に直接影響します。過剰な石灰岩は、金属の流れを妨げる過度に粘性のあるスラグを引き起こす可能性があり、不十分な量は不純物の除去が不完全になる可能性があります。
制御システムは、スラグの組成、温度、およびプロセス変数を監視するために、スペクトロメーターや熱電対などのリアルタイムセンサーを使用します。自動投与システムは、ターゲットスラグ化学を維持するためにフィードバックに基づいて石灰岩の入力を調整します。
設備構成
典型的な石灰岩処理設備には、大規模な採石場、一次クラッシャー、二次クラッシャー、および粉砕ミルが含まれます。これらは、制御された排出メカニズムを持つ貯蔵サイロにコンベヤーベルトで接続されています。
高炉では、石灰岩は振動フィーダーまたはベルトフィーダーを備えた覆われたサイロに保管され、正確な投与が行われます。鋼製造炉では、微細な石灰岩粒子用に空気圧またはランス注入器などの注入システムが使用されます。
設備のバリエーションは、単純なダンプトラックや手動供給から、自動化されたコンピュータ制御システムに進化し、精度と安全性を向上させています。
補助システムには、取り扱いや処理中の粉塵排出を制御するためのバッグフィルターや静電気集塵装置などの粉塵収集ユニットが含まれます。
プロセス化学と冶金
化学反応
鋼製造における石灰岩に関する主な化学反応は焼成です：
CaCO₃ (s) → CaO (s) + CO₂ (g)
この吸熱反応は900°C以上の温度で発生し、二酸化炭素ガスを放出します。
スラグ形成プロセスでは、酸化カルシウム（CaO）がシリカ（SiO₂）、アルミナ（Al₂O₃）、および硫黄化合物と反応して、さまざまなスラグ成分を生成します：
CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (スラグ)
CaO + Al₂O₃ → CaAl₂O₄ (スラグ)
CaO + SO₂ → CaS + O₂ (硫黄除去)
これらの反応は高温で熱力学的に有利であり、動力学は粒子サイズと温度に影響されます。
反応生成物には、カルシウムシリケート、アルミネート、および硫化物が含まれ、スラグ相に組み込まれ、不純物の除去を促進します。
冶金的変化
鋼製造中、石灰岩由来のCaOは不純物と反応し、非金属の包含物を捕らえる粘性のある融解可能なスラグを形成します。温度と組成が変化するにつれて、スラグ内で微細構造の変化が発生し、その粘度と分離効率に影響を与えます。
高炉では、石灰岩は分解し、シリカと反応してカルシウムシリケート相を生成し、スラグの融点と流動性に影響を与えます。これらの相は炉の運転中に進化し、還元プロセスと熱金属の品質に影響を与えます。
鋼転炉では、石灰岩の添加がスラグ化学を修正し、不純物分離を促進する安定した低融点スラグの形成を促進します。