高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造 方法以及喷砂材料 【技术领域】
本发明涉及一种高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造方法以及喷砂材料，该方法是通过喷嘴口喷出的空气把从高碳铬铁熔融矿渣流槽流出的熔融矿渣进行喷雾、粉碎，制造出合格率高、质量优良并且稳定的风力粉碎矿渣。
背景技术
在喷涂船舶、桥梁、油罐槽、铸造物等表面之前，要进行喷砂处理。使用喷砂机的一般喷砂处理方法是一种将如钢砂或硅砂等细粒的喷砂材料通过喷嘴形成的高压空气喷射钢材表面的方法。和空气同时喷出来的喷砂材料强烈地与目的物碰撞，清除其表面的尘土或氧化膜，结果使目的物表面达到一种正常的活性表面。
在已有的风力粉碎矿渣中，一般使用炼钢矿渣地风力粉碎矿渣。这种炼钢矿渣形成的风力粉碎矿渣存在的问题是，CaO成分含量高，容易破裂，随着时间的流逝而发生变化，而且，强度也低。
为取代炼钢矿渣，已经公开的技术有用精炼铬铁时产生的低CaO含量的熔融矿渣作为喷砂材料。
例如，在专利文献1(特开昭56-9168号公报)中公开了一种粒径为0.5～5.0mm的高碳铬铁矿渣用于喷砂处理的喷砂材料。
另外，在专利文献2(特开平9-109030号公报)中公开了一种制造喷砂材料的方法，该方法是把在铬铁精炼时产生的熔融矿渣，在超音速气体(1马赫以上)下使之雾化，形成粒径为0.2～2.5mm的喷砂材料。
专利文献1(特开昭56-9168号公报)
专利文献2(特开平9-109030号公报
【发明内容】
然而，在专利文献1中所描述的用于喷砂处理的喷砂材料，所需粉碎的矿渣成本高。作为喷砂材料既不能达到表面粗糙，喷砂材料又附着到被喷射面上，不能得到正常的被喷射面。
在专利文献2中所描述的喷砂材料的制造方法中，由于是用喷出超音速气体(1马赫以上)的主1段喷嘴进行风力粉碎，所以，在熔融矿渣落下过程中，没有被喷雾的部分飞散到上部或主1段喷嘴一侧，其产品合格率低。另外，在主喷嘴的两侧还有支喷嘴，需要大量的空气。
本发明的目的就是提供一种新的高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造方法以及通过该制造方法制成的喷砂材料。
为了解决上述问题，权利要求1的发明特征是，是使用风力粉碎的主喷嘴和在空气粒化的主喷嘴用的上方设置的用于防止飞散的上部喷嘴，在1300～1650℃条件下，将成分为Cr2O36质量％或6质量％以下、MgO为20～40质量％、Al2O3为20～40质量％、SiO2为25～45质量％、CaO为1～5质量％的高碳铬铁风力粉碎矿渣进行风力粉碎，制造粒径为0.1～5.0mm的球状高碳铬铁风力粉碎矿渣
高碳铬铁熔融矿渣与炼钢矿渣相比，其粘性大。因此，在进行高碳铬铁熔融矿渣风力粉碎时，从空气粒化主喷嘴喷出的气体气流速度必须提高到音速大小或其以上。根据本发明，由于在风力粉碎用的主喷嘴的上方设置了用于防止飞散的上部喷嘴，所以，首先把用于防止飞散的上部喷嘴把熔融矿渣落下的方向转换成前进方向，然后，由风力粉碎用的主喷嘴再把方向转换的熔融矿渣进行喷雾、粉碎。因此，从风力粉碎用的主喷嘴喷出的气体流速即使很快也能够抑制熔融矿渣流向风力粉碎用的主喷嘴侧的现象。
权利要求2的发明特征是，在如权利要求1中所述的高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造方法中，所述风力粉碎用的主喷嘴为拉瓦尔喷嘴，其风速至少为340m/sec，雾化比(Nm3/分：矿渣kg/分)至少为0.10，用于防止飞散的上部喷嘴的风速为10～200m/sec。
当风力粉碎过后的凝固层还没有充分凝固时，与附着面或物体碰撞的矿渣将变为扁平状。该现象与(空气和矿渣)之比有关，若该雾化比(Nm3/分：矿渣kg/分)为至少0.10以上时，几乎都能得到全部球状矿渣。另外，因风力粉碎速度不同而矿渣粒径也不同，空气速度越快平均粒径越小。为了在高熔点下使粘性高的碳铬铁矿渣粒径更细、回收合格率高，主喷嘴的风速应大于音速340m/sec。
权利要求3的发明特征是，在权利要求1或2中所述的高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造方法中，所述温度设定为1500～1650℃。
高碳铬铁熔融矿渣，当温度降低时，其粘性有增高的倾向。根据权利要求3的发明，通过在高温下进行风力粉碎使熔融矿渣粘性降低，可以得到粒径小的风力粉碎矿渣。
权利要求4是一种高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造方法，该方法是把成分Cr2O3为6质量或6质量％以下、MgO为3 1～37质量％、Al2O3为23～31质量％、SiO2为30～37质量％、CaO为1～5质量％、SiO2/MgO质量比至少为0.95的高碳铬铁熔融矿渣加以风力粉碎，制造粒径0.1～0.5mm的球状高碳铬铁风力粉碎矿渣的方法。
若SiO2/MgO质量比至少为0.95时，熔融矿渣的流动性良好，可提高风力粉碎矿渣的产品合格率。还可降低喷砂时对风力粉碎矿渣的破坏。
权利要求5的发明特征是，在权利要求4所述的一种制造高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造方法中，通过风力粉碎主喷嘴和在风力粉碎主喷嘴上安装的用于防止飞散的上部喷嘴，对所述高碳铬铁熔融矿渣进行风力粉碎。
权利要求6的发明涉及喷砂材料，其特征是，该喷砂材料是通过权利要求1至5中任一项所述高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造方法制造的。
【附图说明】
图1为在风力粉碎矿渣制造方法的实施例中所使用的制造装置。
图2为表示落下矿渣飞散的模式图。
符号说明
1矿渣包
2中间包
3用于风力粉碎的主喷嘴(主喷嘴)
4用于防止分散的上部喷嘴(上喷嘴)
5，5a熔融矿渣
【具体实施方式】
下面，就本发明的实施方式加以说明。
图1表示在风力粉碎矿渣的制造方法中所使用的制造装置。熔融矿渣由矿渣包1转移到中间包2中。在中间包2的正下方，面对熔融矿渣的流下流，设置了用于风力粉碎的主喷嘴3(以下，简称主喷嘴)和用于防止飞散的上部喷嘴4(以下，简称上喷嘴)。上喷嘴4和主喷嘴3垂直地排列，上喷嘴4设置在主喷嘴3的上方。通过上喷嘴4和主喷嘴3喷出的空气，使高碳铬铁熔融矿渣形成喷雾、粉碎(即风力粉碎)，得到粒径为0.1～5mm大小的风力粉碎矿渣。
在本发明实施方式中，当通过电炉制造高碳铬铁时，将副产品熔融矿渣用作原料。
(成分)
CaO：若存在CaO组分则强度降低，且易变脆形成粉末，所以将其设定至少为5.0质量％。
Cr2O3：Cr2O3是用来防止Cr成分析出而将其设定为6质量％或6.0质量％以下。
其他成分：为了保证产品的流动性、硬度和韧性，分别设定为Al2O3：20～40质量％、MgO：20～40质量％、SiO2：25～45质量％。
其中，优选Al2O3：23～31质量％、MgO：31～37质量％、SiO2：30～37质量％。
若增加MgO/Al2O3的质量比时，其流动性变差。而且，喷砂材料的回收率也会降低。若降低MgO/Al2O3的质量比时，矿渣(Cr2O3)％增大，在环境方面，不能用作喷砂材料。为此，MgO/Al2O3的质量比在1.0～1.6之间最合适。为了保证矿渣的流动性，将SiO2设定至少为30质量％。SiO2的质量比若超过37％时，存在着耐火物被侵蚀的问题，不现实。
考虑提高熔融矿渣的流动性和风力粉碎矿渣的合格率并抑制喷砂时的风力粉碎矿渣的破裂，优选SiO2/MgO的质量比至少为0.95。
(温度)
在1620℃下使矿渣出炉，凝固点为1260℃。所以，在1300～1650℃之间进行风力粉碎。为了确保熔融矿渣的流动性，同时提高微细颗粒的合格率，优选至少为1500℃。
(E/a值)
E/a值越大粒径越小。
E＝(喷嘴喷出的气体量(Nm3/min))×(喷嘴喷出的气体速度Nm3/sec))2
a＝熔融矿渣流量(Ton/Hr)
在控制粒径方面，风速和风量是不可缺少的条件。高碳铬铁熔融矿渣其融点高、粘性大。因此，如本发明所述，需要大量的喷雾能量。
(喷嘴)
风力粉碎后，当凝固层还没有充分凝固时，与底面或物体碰撞的矿渣，则成为扁平状的矿渣。该现象与(空气/矿渣)之比有关，该喷雾比(Nm3/分：矿渣kg/分)若为0.10以上，则几乎能得到全部的球状矿渣。
还有，因风力粉碎空气速度而改变矿渣的粒径，空气速度越快，平均粒径有越小的倾向。为了将高融点的、粘性大的高碳铬铁矿渣的粒径变成细小，并且回收合格率高，主喷嘴3的风速超过音速340m/sec。喷嘴为拉瓦尔式喷嘴。
上部喷嘴4位于主喷嘴3的上方，并防止因高速主喷嘴造成的矿渣回流、防止后部和上部飞散。由于不进行造粒，所以，在风速上有上限值。其形状为平行管或前端尖的喷嘴。上部喷嘴4的空气在风力粉碎矿渣飞散中也起着冷却空气的作用。
图2是表示通过上部喷嘴4和主喷嘴3而使落下矿渣飞散的模式图。首先，上部喷嘴4把熔融矿渣5的落下方向转换为前进方向。然后，主喷嘴3把转换了方向的熔融矿渣5进行喷雾、粉碎。由于熔融矿渣5的落下方向被转换了，所以，可以抑制熔融矿渣5流向主喷嘴3侧。若不设置上部喷嘴4，在垂直方向落下的熔融矿渣5a中没有被喷雾的部分返回到主喷嘴3，熔融矿渣附着在主喷嘴3上，使操作无法进行。
由以上可以看出，通过2段喷咀的风力粉碎，把粘性高的高碳铬铁矿渣可以风力粉碎成合格率高的细小颗粒。当然，在上部喷嘴4的上方设置喷嘴以3段喷咀进行风力粉碎也能够获得同样的效果。
为了防止因上部喷嘴4造成的熔融矿渣逆流，可以给主喷嘴3以倾斜角度α，由此可以保证飞散时间。实际上，上部喷嘴4的倾斜角度为5°～10°，而主喷嘴3的倾斜角度为5°～20°。
(风力粉碎矿渣的物性)
·超硬度：尖晶石(MgO·Al2O3)或镁橄榄石(2(MgO0.96·FeO0.04)SiO2)是主要的矿物成分，硬度高而且迅速冷却时可达到超硬度。
·耐摩损性：不仅坚硬而且具有优异的耐摩损、耐久性。
风力粉碎制成球状，直径为2.5mm以下的几乎都成球状。直径为2.0～5.0mm的形成压扁球状(亚球状)，但均可用作球状的铬铁矿渣。
(关于喷砂材料)
本发明的喷砂材料用于喷砂处理中的喷涂打底处理等。
如上所述，一般使用喷砂机进行喷砂处理的方法是把钢或硅砂微粒(喷砂材料)用喷射器喷嘴通过高压空气喷射到目的物表面上的方法，与空气一起吹出的喷砂材料强烈地碰撞目的物，除去其表面的尘埃或氧化膜，其结果就得到目的物表面清洁的活性面。
用于喷砂处理的喷砂材料，优选硬度高、比重小的材料。也就是说，硬度高的具有优良的喷砂性，喷砂能力强，但比重小的难以造成喷射器喷嘴的堵塞，还可顺利地供给喷砂材料，而且在喷砂操作后很容易地进行清扫。
从前使用的喷砂材料有，钢珠、钢石英砂、短钢丝等钢材、水碎矿渣(钢矿渣、镍矿渣、铅矿渣等)以及硅砂。
但是，硅砂硬度十分高且比重小，虽然具有良好的操作效率，但当喷射到目的物上时非常容易破碎，存在作业环境恶劣的问题，除此以外，比重稍小的就很难把目的物表面作成粗度40μm以上的表面。为此，近几年来，关于通常使用的厚度型涂料如重防蚀涂料等，存在涂膜粘接性差的问题。另外，以钢材为主的如钢珠等，加工时很难破碎，很少产生粉尘，因此与硅砂相比，作业环境相当良好，但因比重较大，当空气供给不足时，则很难被吸入喷射器中，存在喷砂效率降低的问题。
把粒径限定为0.1～5.0mm是因为，为使其涂膜具有良好的粘接性，当粒径小于0.1mm时，即使是厚度型涂料也得不到必要的具有所定数值的表面粗糙度。而若超过5.0mm时，喷射器的吸引效率降低，工作效率降低，并且所述喷射器发生堵塞的危险加大。
还有，风力粉碎的球状矿渣喷砂材料，由于大多数碰撞能量都改向周围打击，所以，可以大范围的吹散锈屑，因此喷砂能力加大(即，喷砂能力)。
另外，高碳铬铁风力粉碎矿渣的喷砂材料，在喷砂时粉尘量少，在封闭式碰撞中可以确认作业情况，容易确认本底调整的质量，同时也能够保证操作时的安全。在与其他喷砂材料相比具有优越性的大原因是由于喷射时的破碎率很低粉尘量很少的缘故。
除此以外，由于形成均匀的粗糙度故具有涂料优异的附着性。
形状为球形，故流动性优良，移膜容易。为此，研磨机管子、喷嘴等的摩损减少，机器维修负担降低。
风力粉碎矿渣呈弱碱性(pH8-9.5)，所以，喷砂面也呈弱碱性，具有防腐蚀效果。
另外，通过本发明的高碳铬铁风力粉碎矿渣的制造方法而制造的风力粉碎矿渣，除了用作喷砂材料外，还可用作铸型材料、钢筋混凝土构架材料、砂浆水泥、防滑地板材料等。
实施例1
把出炉温度为1620℃的高碳铬铁熔融矿渣从电炉(40000KVA)中出炉，通过流槽流出，用设置在槽下的喷嘴使其风力粉碎。
下面表示出炉条件。
矿渣量用20分钟出炉12t。
用压缩机给拉巴尔状的主喷嘴输送空气，其风量为111Nm3/min，风速为512m/sec。
上部喷嘴用鼓风机输送空气，其风量为50Nm3/min，风速为30m/sec。
使风力粉碎的矿渣飞向喷嘴前的长度为30m，高度为6m的风洞内，冷却后回收。
回收粒径0.1～5.0mm的为94％。
把回收的铬铁矿渣的特性列于表1至表3。
表1
成分(wt％) Cr2O3 SiO2 CaO Al2O3 MgO 2.3 33.0 1.9 25.9 34.0
表2维氏硬度 810绝对干比重 2.84表干比重 2.87体积比重 3.00吸水率 0.9％洛杉机磨损减量 12％粉化率 压力20kg/cm2 全无 温度200℃
表3
(溶出试验) 试验项目 试验结果 定量界限 试验方法 烷基汞 0.0005以下 0.0005mg/l 环境厅告示第59号(46年)付表2 总汞 0.0005以下 0.0005mg/l 环境厅告示第59号(46年)付表1 镉 0.01以下 0.01mg/l JIS K 0102-55.1 铅 0.01以下 0.01mg/l JIS K 0102-54.1 有机磷 0.1以下 0.1mg/l 环境厅告示第64号(49年)付表1 六价铬 0.05以下 0.05mg/l JIS K 0102-65.2 砷 0.01以下 0.01mg/l JIS K 0102-61.1 氰 0.1以下 0.1mg/l JIS K 0102-38.1.2，-38.3 PCB 0.0005以下 0.0005mg/l 环境厅告示第59号(46年)付表3 铜 0.01以下 0.01mg/l JIS K 0102-52.2 锌 0.01以下 0.01mg/l JIS K 0102-53.1 氟 1以下 1mg/l JIS K 0102-34.1 pH 8.9(17℃) - JIS K 0102-12.1 标样液配制法 □ - 环境厅告示第13号48年)
实施例2
用本发明高碳铬铁风力粉碎矿渣和镍矿渣、石榴石、硅砂进行喷砂。条件如下。
喷砂条件：压缩机压力：7kg/cm2
喷嘴前端压力：5kg/cm2
喷射距离：80cm
被喷砂面
SS材料、焦油环氧树脂涂料
把喷砂材料的粉尘量列于表4中。
表4
喷砂时的粉尘量 (mg/m3) 高碳铬铁矿渣 镍矿渣 石榴石 硅砂 140 950 1400 1600
在与其他喷砂材料相比，具有优越性大原因是由于喷射时的破碎率低、粉尘量少的缘故。
另外，本底等级维持在Sa2·1/2。
用触针式粗糙度计测定喷射面的表面粗糙度，Rz(平均值)为75～50μm的范围内，作为本底可以说很充分。
实施例3
当熔融矿渣SiO2∶MgO的质量比为1.06和0.84时，所产生的粉尘量用表5进行比较。
表5 SiO2/MgO 1.06 0.84 粉尘量(mg/m3) 140 350
当SiO2/MgO的质量比为1.06时，得知喷砂时的风力粉碎矿渣破裂少。