專利名稱：硅質肥料用原料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硅質肥料用原料及其制備方法。
背景技術：
硅質肥料是主要對水稻補充硅酸的肥料，含有10％質量-20％質量或以上可溶性硅酸，含有25％質量-30％質量或以上堿成分，作為水田的土壤保養(yǎng)、老化水田的土壤改良劑大量應用。近年來，硅質肥料因在強化植物體，使其難以感染病蟲害方面的作用而受到人們的注目，不僅用于水稻，也應用于黃瓜等蔬菜。
硅質肥料也可由天然資源硅灰石制備，但目前大多數的硅質肥料都以高爐渣為原料制備。關于以高爐渣制備硅質肥料，例如日本特開昭55-113687號公報所示，將由高爐排出的熔融狀態(tài)的高爐渣緩慢冷卻，使其固化，將該固化后的塊狀高爐渣干燥，然后粉碎，調節(jié)至預定的粒度，以此作為硅質肥料。
但是，為了促進高爐內的脫硫反應，通常將高爐渣的堿度(CaO/SiO2)調節(jié)為1.24-1.26左右范圍內，因此以高爐渣為原料的硅質肥料的堿度也當然在該程度，是堿成分較高的肥料。另外，通常高爐渣中含有13-15％質量左右的Al2O3，這樣大量的Al2O3當然也包含在硅質肥料中。因此，使用這樣的硅質肥料時，在將硅酸撒布于土壤中的同時，也撒布了堿材料、Al2O3。
日本的農田原本酸性土壤較多，因此使用上述堿成分高的硅質肥料也可以達到土壤改良的目的。但是近來，隨著以硅質肥料為主的肥料施肥量的增加，酸性土壤的問題已經減少，因此需要取代傳統(tǒng)使用的堿成分高的硅質肥料，而使用硅酸含量高但堿成分低的硅質肥料。
另外，以高爐渣為原料的硅質肥料中所大量含有的Al2O3并不是肥料的有效成分，另一方面，有人指出Al2O3固定土壤中的磷酸，使其成為植物不可利用的形式，還阻礙了硅酸的溶解析出性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供可以低成本獲得硅酸(可溶性硅酸)含量高且堿成分低、優(yōu)選Al2O3含量少的硅質肥料的硅質肥料用原料。
本發(fā)明的另一個目的在于提供適合于獲得上述硅質肥料用原料的硅質肥料用原料的制備方法。
本發(fā)明的另一個目的在于提供使用上述硅質肥料用原料制備的硅質肥料及其制備方法。
本發(fā)明人對于在肥料的組成以及制造成本方面滿足上面要求的硅質肥料用原料進行了深入研究，結果發(fā)現在高爐鐵水的鐵水預處理工序中回收的特定的爐渣極適合作為硅質肥料的原料，無需進行特殊處理即可直接作為硅質肥料用原料使用，且作為肥料顯示出優(yōu)異的性能。并證實作為肥料，其中具有特定堿度的爐渣、進一步優(yōu)選在特定冷卻條件下得到的爐渣顯示出特別優(yōu)異的性能。
基于上述研究結果，本發(fā)明提供的硅質肥料用原料是在高爐鐵水的鐵水預處理工序中回收的爐渣，其特征在于由含有使鐵水中的硅氧化而生成的硅酸、且含有10％質量或以上可溶性硅酸的爐渣構成。
上述硅質肥料用原料優(yōu)選可溶性硅酸的含量盡量高，優(yōu)選含有20％質量或以上，進一步優(yōu)選含有30％質量或以上可溶性硅酸。
這里，上述硅質肥料用原料中，下述(1)、(2)的原料含有20％質量或以上的可溶性硅酸，因此為優(yōu)選的肥料用原料。
(1)由在鐵水預處理工序中回收后，在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以小于10℃/分鐘的冷卻速度冷卻而得到、且堿度(CaO/SiO2)為0.52-2.0的爐渣構成的硅質肥料用原料。
(2)由在鐵水預處理工序中回收后，在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻而得到、且堿度(CaO/SiO2)為0.49-2.0的爐渣構成的硅質肥料用原料。
上述硅質肥料用原料中，下述(3)的原料含有30％質量或以上的可溶性硅酸，因此是特別優(yōu)選的肥料用原料。
(3)由在鐵水預處理工序中回收后，在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻而得到、且堿度(CaO/SiO2)為0.50-1.5的爐渣構成的硅質肥料用原料。
上述硅質肥料用原料中，從使肥料低堿的角度考慮，優(yōu)選爐渣的堿度(CaO/SiO2)小于1.24。另外，從使肥料低堿且獲得所需的硅酸溶解特性等角度看，優(yōu)選爐渣的堿度(CaO/SiO2)為0.50或以上但小于1.24。從提高肥料中的有效成分且提高硅酸的溶解析出性的角度看，優(yōu)選爐渣的Al2O3含量為10％質量或以下。
從容易滿足上述爐渣的條件的角度看，優(yōu)選上述硅質肥料用原料的爐渣采用鐵水脫硅爐渣。
上述硅質肥料用原料可以直接用作硅質肥料或用作硅質肥料的主要原料。因此，本發(fā)明提供這樣的硅質肥料。
將上述硅質肥料用原料制成硅質肥料時，優(yōu)選對硅質肥料用原料進行破碎處理和/或整粒。
優(yōu)選上述硅質肥料用原料、特別是經破碎處理和/或經整粒的硅質肥料用原料經過使用適當粘結劑的造粒工序制成硅質肥料，這樣的硅質肥料不容易發(fā)生施肥時的飛散、隨雨水的流失、阻礙地面的透水性或透氣性的問題。形狀規(guī)則，且近似球狀、棱邊少，因此使用性良好。
為了獲得滿足上述條件的硅質肥料用原料，優(yōu)選下述制備方法。
(1)硅質肥料用原料的制備方法，其中在高爐鐵水的鐵水預處理工序中，通過向鐵水供給氧源，使鐵水中的硅氧化，從而生成硅酸；通過回收含有該硅酸的爐渣并使其固化，可獲得含有10％質量或以上可溶性硅酸的爐渣。
由上述內容看，該制備方法中特別優(yōu)選的條件如下(2)上述(1)的硅質肥料用原料的制備方法，其中將在鐵水預處理工序中回收的堿度(CaO/SiO2)為0.52-2.0的爐渣，在至少為1300-1000℃的溫度區(qū)以小于10℃/分鐘的冷卻速度冷卻并使其固化，從而獲得含有20％質量或以上可溶性硅酸的爐渣。
(3)上述(1)的硅質肥料用原料的制備方法，其中將在鐵水預處理工序中回收的堿度(CaO/SiO2)為0.49-2.0的爐渣，在至少為1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻并使其固化，從而獲得含有20％質量或以上可溶性硅酸的爐渣。
(4)上述(1)的硅質肥料用原料的制備方法，其中將在鐵水預處理工序中回收的堿度(CaO/SiO2)為0.50-1.5的爐渣，在至少為1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻并使其固化，從而獲得含有30％質量或以上可溶性硅酸的爐渣。
(5)上述(1)-(4)中任一項的硅質肥料用原料的制備方法，其中在向鐵水中添加CaO系造渣劑的同時，通過調整其添加量來調整所回收爐渣的堿度(CaO/SiO2)。
(6)上述(1)-(5)中任一項的硅質肥料用原料的制備方法，其中鐵水預處理工序為脫硅處理工序。
使用由上述各制備方法得到的硅質肥料用原料可以制備硅質肥料。因此，本發(fā)明提供這樣的硅質肥料的制備方法。此時，優(yōu)選實施上述硅質肥料用原料的破碎工序和/或整粒工序、添加粘結劑的造粒工序。
如上所述的本發(fā)明的硅質肥料用原料中，可溶性硅酸的含量高且堿成分低，并且可以直接利用鐵水預處理中生成的爐渣，因此可以以極低成本制備。因此可以取代傳統(tǒng)的以高爐渣為原料的硅質肥料，而獲得極有效的硅質肥料，另外，從鐵水預處理中生成的爐渣的有效利用角度看，其工業(yè)價值大。根據本發(fā)明的硅質肥料用原料的制備方法，可以穩(wěn)定地制備上述硅質肥料用原料。
附圖簡述


圖1是表示脫硅爐渣的堿度與硅酸可溶率的關系的圖表。
圖2是表示脫硅爐渣的堿度與可溶性硅酸含量的關系的圖表。
圖3是表示圖2的堿度(CaO/SiO2)0.3-0.7范圍的放大圖。
圖4為本發(fā)明的硅質肥料用原料的制備方法的一個實施方案的說明圖。
圖5為本發(fā)明的硅質肥料用原料的造粒工序的一個舉例說明圖。
圖6為本發(fā)明的硅質肥料用原料的造粒工序的其他舉例說明圖。
發(fā)明詳述以下，對本發(fā)明的硅質肥料用原料及其制備方法的詳細內容以及優(yōu)選實施方案進行說明，同時，對由該硅質肥料用原料得到的硅質肥料及其制備方法進行說明。
本發(fā)明的硅質肥料用原料由在高爐鐵水的鐵水預處理工序中回收的、含有使鐵水中的硅氧化而生成的硅酸，且含有10％質量或以上、優(yōu)選20％質量或以上、特別優(yōu)選30％質量或以上的可溶性硅酸的爐渣構成。這里，可溶性硅酸是指可溶于0.5mol的鹽酸溶液中的硅酸部分(根據肥料公定分析法)。
作為本發(fā)明的硅質肥料用原料的爐渣，特別優(yōu)選在高爐鐵水的脫硅處理工序中回收的脫硅爐渣。在作為鐵水預處理而實施的鐵水的脫磷處理中，由于鐵水中的硅濃度越低則脫磷處理效率越高，因此在脫磷處理之前進行鐵水的脫硅處理。該脫硅處理在高爐鑄床的鐵水槽內或在鐵水容器內進行，通過向鐵水中添加氧氣或氧化鐵等氧源而進行。添加到鐵水中的氧源與鐵水中的硅反應，生成硅酸，從而生成含有該硅酸的所謂脫硅爐渣。這里，從高爐出鐵時，高爐渣(CaO-SiO2-Al2O3-MgO系爐渣)與鐵水同時排出，該高爐渣通過設于高爐鑄床上的撇渣器與鐵水分離，但一部分高爐渣不可避免地流入鐵水容器內。因此上述脫硅處理后回收的爐渣(脫硅爐渣)是脫硅反應中生成的硅酸與高爐渣融合的產物，其組成是以硅酸為主要成分，其中含有適量的CaO、少量的Al2O3、MgO、MnO、FeO等，可溶性硅酸的含量也滿足作為硅質肥料的必要水準(10％質量或以上)。
例如，通常的脫硅爐渣的組成約為SiO225-50％質量、CaO7.5-50％質量、MgO0.5-3％質量、Al2O31-5％質量、MnO1-10％質量，堿度也比高爐渣低，通常在0.30或以上但小于1.24的范圍。因此，以這樣的脫硅爐渣本身作原料的硅質肥料與以高爐渣作原料的硅質肥料相比，具有SiO2含量高(因此可溶性SiO2的含量也高)、堿成分低的特征，同時植物不需要的(有些情況下是有害的)Al2O3含量少，還含有對植物有益的微量成分MnO、Fe，因此可以說是非常優(yōu)異的硅質肥料。另外，在鐵水容器內進行脫硅處理時，通過進一步除去混入的高爐渣后再進行脫硅處理，可獲得硅酸含量更高的脫硅爐渣。
從使肥料低堿的角度考慮，用作硅質肥料用原料的脫硅爐渣的堿度(CaO/SiO2)為小于1.24，優(yōu)選為1.00或以下，進一步優(yōu)選0.70或以下。
脫硅爐渣的堿度可通過調節(jié)脫硅處理時的CaO系造渣劑的添加量，或通過加入SiO2源等進行調節(jié)。
脫硅爐渣中含有的Al2O3對于植物來說是不需要的成分，Al2O3含量多，則肥料的有效成分量相對減少。并且Al2O3會阻礙硅酸的溶解析出性，同時可能固定土壤中的磷酸，使其程為植物不可利用的形式，因此優(yōu)選盡量少。Al2O3含量超過10％質量，則上述問題可能變得明顯，因此Al2O3含量應為10％質量或以下，優(yōu)選為5％質量或以下。通常，脫硅爐渣中大部分的Al2O3來自高爐渣，因此通過在脫硅處理前除去與鐵水同時流入到鐵水容器中的高爐渣，可以降低脫硅爐渣中的Al2O3含量。因此，相對于由高爐渣構成的硅質肥料用原料中通常含有14-18％質量左右的Al2O3，本發(fā)明的硅質肥料用原料中的Al2O3含量可以容易地降為5％質量或以下。
當然優(yōu)選硅質肥料中可溶性硅酸的含量高，但本發(fā)明人經過研究發(fā)現在提高可溶性硅酸的含量方面，在爐渣(特別是脫硅爐渣)的堿度(CaO/SiO2)、進而在回收后的爐渣的冷卻速度方面存在優(yōu)選的條件。
圖1表示在高爐鐵水的脫硅處理工序中回收的具有各種堿度(CaO/SiO2)的爐渣，對剛回收的爐渣按照通常的方法緩慢冷卻和用鐵板上排渣等方法驟冷的爐渣研究它們的堿度與硅酸可溶率(＝(可溶性硅酸量/總硅酸量)×100)的關系的研究結果。圖2是將
圖1的結果以爐渣中的可溶性硅酸含量進行整理而得，圖3是圖2中的堿度(CaO/SiO2)0.3-0.7的范圍的放大圖。
由上可知，總體上，爐渣的堿度(CaO/SiO2)增高，則硅酸可溶率增高。爐渣堿度增高，則可溶性硅酸含量增加，但當達到規(guī)定的堿度或以上時，總硅酸量減少，因此可溶性硅酸含量減少。但是，在對回收的爐渣進行緩慢冷卻的情況和驟冷情況下，爐渣堿度與可溶性硅酸含量的關系有所不同，特別是所得可溶性硅酸含量的水平有很大不同。即，在對所回收的爐渣進行緩慢冷卻的情況下，爐渣堿度為0.52-2.0的范圍時可得可溶性硅酸含量為20％質量或以上，爐渣堿度為0.63-1.0的范圍時可得可溶性硅酸含量為30％質量或以上。而在對所回收的爐渣進行驟冷的情況下，爐渣堿度為0.49-2.0的范圍時可得可溶性硅酸含量為20％質量或以上，爐渣堿度為0.50-1.5的范圍時可得可溶性硅酸含量為30％質量或以上，爐渣堿度為0.51-0.95的范圍時可得可溶性硅酸含量為40％質量或以上。
如上所述，在將脫硅處理工序中回收的爐渣以通常的形式緩慢冷卻和驟冷時，分別存在獲得高可溶性硅酸含量所優(yōu)選的爐渣堿度范圍。在這樣特定的堿度范圍內可溶性硅酸含量變高，這可認為是由于脫硅爐渣的主要礦物為Si的長鏈形式CaSiO3(硅灰石)，因此具有難以溶解的性質，但當堿度增高，則硅酸的長鏈被Ca切斷，溶解性提高。
對特定堿度的爐渣進行驟冷時，與以通常的形式緩慢冷卻的情況相比，可以大幅提高可溶性硅酸含量的水平。這可認為是由于驟冷爐渣，爐渣組織轉變?yōu)檫m合提高溶解性的玻璃結構之故。
本發(fā)明人研究的結果表明為了通過驟冷獲得
圖1和圖2所示的效果，可將回收的爐渣在至少1300-1000℃、優(yōu)選1400-950℃的溫度區(qū)，以10℃/分鐘或以上、優(yōu)選20℃/分鐘或以上的冷卻速度進行冷卻(驟冷)。該10℃/分鐘或以上的爐渣冷卻速度與通常的爐渣的冷卻形式(緩慢冷卻)相比，可以說是足夠快的冷卻速度。通過在這樣的冷卻條件下驟冷熔融物質或處于過冷卻液體溫度區(qū)的爐渣，可以獲得如上所述的溶解性優(yōu)良的爐渣組織。上述溫度區(qū)以外的冷卻條件不會對形成的爐渣組織有大的影響，因此冷卻條件隨意。
根據上述理由，本發(fā)明中，通過下述(1)或(2)的爐渣，可獲得可溶性硅酸為20％質量或以上的硅質肥料用原料。
(1)回收后，在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以小于10℃/分鐘的冷卻速度冷卻而得到的，且堿度(CaO/SiO2)為0.52-2.0的爐渣；(2)回收后，在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻而得到的，且堿度(CaO/SiO2)為0.49-2.0的爐渣。
本發(fā)明中，由下述(3)或(4)的爐渣可得到可溶性硅酸為30％質量或以上的硅質肥料用原料。
(3)回收后，在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以小于10℃/分鐘的冷卻速度冷卻而得到的，且堿度(CaO/SiO2)為0.63-1.0的爐渣；(4)回收后，在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻而得到的，且堿度(CaO/SiO2)為0.50-1.5的爐渣。
本發(fā)明中，進一步由下述(5)的爐渣可獲得可溶性硅酸為40％質量或以上的硅質肥料用原料。
(5)回收后，在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻而得到的，且堿度(CaO/SiO2)為0.51-0.95的爐渣。
關于在上述特定的溫度區(qū)內以上述冷卻速度驟冷回收的爐渣的具體方法并沒有特別限定，例如向生成的爐渣中吹入高壓空氣使其飛散，以此冷卻爐渣，同時使爐渣形成顆粒的方法(風淬法)；向生成的爐渣中吹入高壓水使其飛散，以此冷卻爐渣，同時使爐渣形成顆粒的方法(水淬法)；使生成的爐渣流到厚鋼板上，通過厚鋼板的強制冷卻和向空氣中放熱來冷卻爐渣的方法等，可以采用任何方法。另外，采用通常的冷卻形式—緩慢冷卻時，通常將爐渣裝入渣槽，然后向爐渣處理場排渣。
通常，肥料中的有效態(tài)硅酸—可溶性硅酸的含量是在0.5mol鹽酸溶液這樣強酸性的環(huán)境下測定(肥料公定分析法)，但實際上大多數土壤為pH7左右的中性環(huán)境，因此可認為上述可溶性硅酸量的測定值與作物的實際吸收之間的相關性未必是一定的。因此，作為硅質肥料的性能，除通常的在0.5mol鹽酸溶液中的硅酸溶解性外，在pH7附近的硅酸溶解性也是重要的。研究結果表明本發(fā)明的硅質肥料用原料在通常的土壤pH即pH7附近的硅酸溶解性(在中性區(qū)的溶解性)與傳統(tǒng)的由高爐水碎渣構成的硅質肥料用原料相比，其溶解性格外高。本發(fā)明人在具體對0.2M磷酸鹽溶液(pH7)中的硅酸溶解率進行測定的例子中，相對于由傳統(tǒng)的高爐水碎渣得到的硅質肥料只有0.1％左右的溶解率，本發(fā)明的硅質肥料獲得了0.9-4.3％這樣高的溶解率。其中，由在1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻(驟冷)而得到的爐渣構成的肥料獲得了特別高的溶解率。
上述的本發(fā)明的硅質肥料用原料可以直接或經破碎(粉碎)處理和/或整粒(粒度調節(jié))后作為硅質肥料使用。另外，優(yōu)選上述硅質肥料用原料、特別是經破碎處理和/或整粒的硅質肥料用原料經過使用適當粘結劑的造粒工序制成硅質肥料，這樣的硅質肥料不容易發(fā)生施肥時的飛散、隨雨水的流失、阻礙地面的透水性或透氣性的問題。形狀規(guī)則，且近似球狀、棱邊少，因此使用性良好。
另外，還可以向本發(fā)明的硅質肥料用原料中混合其它添加成分，制成硅質肥料。
下面，對本發(fā)明的硅質肥料用原料的制備方法進行說明。
圖4表示本發(fā)明的制備方法的一個實施方案，圖中所示的設備為鐵水的脫硅處理設備。裝盛了從高爐(未圖示)出鐵的鐵水2的鐵水包型鐵水容器1經由運送車3搬運到圖4所示的脫硅處理設備處。該脫硅處理設備中裝備有頂吹氧噴槍6和噴槍7。這些頂吹氧噴槍6和噴槍7可以上下移動，插入鐵水容器1內使用。
來自貯藏罐10的粉末狀固體氧源5、來自貯藏罐11的粉末狀造渣劑8(CaO系造渣劑)、來自貯藏罐12的粉末狀成分調節(jié)劑9分別供應給上述噴槍7中。這些粉末以單獨或混合的狀態(tài)，以氮氣為運送氣體供應給噴槍7，從其先端吹入鐵水2中來添加。這種情況下，只要調節(jié)噴槍7的先端位置，即可將上述顆粒吹入脫硅爐渣4中。另外，通過將噴槍7的先端配置在脫硅爐渣4上方的某一高度，可以將上述顆粒噴射到脫硅爐渣4的表面進行添加。
圖中，13-15為用于從貯藏罐10-12計量出粉末的升降罐，16為給料器?？梢酝ㄟ^升降罐13-15分別獨立地、可控制添加量和添加時間地吹入貯藏罐10內的固體氧源5、貯藏罐11內的造渣劑8和貯藏罐12內的成分調節(jié)劑9，另外也可以由噴槍7只吹入氮氣來攪拌鐵水2。
這里，上述固體氧源5是為了氧化鐵水2中的硅而添加的物質，可以使用軋鋼皮、鐵礦石等鐵氧化物。
上述造渣劑8是為了與經脫硅處理而生成的硅酸形成化合物，降低生成的脫硅爐渣4的熔點而添加的物質，通常使用CaO。有時也會為了獲得攪拌效果或為了抑制爐渣的發(fā)泡而投入石灰石。
上述成分調節(jié)劑9是為了調節(jié)生成的脫硅爐渣4的成分而添加的物質，例如希望在硅質肥料中含有Fe2O3、MgO、MnO等時，可以分別將含有鐵礦石、氧化鎂燒結物、錳礦石等所需成分的物質作為成分調節(jié)劑9添加。由此可將生成的脫硅爐渣4制成所希望的組成。另外，希望增加SiO2部分的量時，可以將硅砂、硅石等含SiO2的物質作為成分調節(jié)劑9添加。這樣，成份調節(jié)劑9可根據目的使用以Fe2O3、MgO、MnO、SiO2等的一種或多種為主要成分的物質。
脫硅處理設備中還同時設有由下述裝置構成的原料供應設備A進料斗17-19、來自這些進料斗的原料的計量裝置20-22、計量出的原料(固體氧源、造渣劑、成分調節(jié)劑)的運送裝置23、用于將原料裝入鐵水容器1內的流槽24；通過該原料供應設備A，可以分別向鐵水容器1內覆蓋添加進料斗17內的固體氧源5、進料斗18內的造渣劑8以及進料斗19內的成分調節(jié)劑。該覆蓋添加的固體氧源5、造渣劑8和成分調節(jié)劑9通常可以使用塊狀的物質。
在圖4所示的脫硅處理設備中，向鐵水容器1內供應固體氧源5、造渣劑8和成分調節(jié)劑9，以通過上述噴槍7吹入添加或通過上述原料供應設備A覆蓋添加的任意一種或兩種方式來進行。
以下，對使用上述脫硅處理設備進行鐵水的脫硅處理、制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣的方法進行說明。
在鐵水容器1內進行鐵水2的脫硅處理，但為了正確把握生成的脫硅爐渣4的組成，優(yōu)選在脫硅處理前掌握存在于鐵水容器1內的高爐渣的量和組成。該高爐渣量可通過測定爐渣的厚度或目視觀察覆蓋于鐵水2液面的爐渣的面積率等來掌握。爐渣組成通過化學分析來掌握，但當憑經驗可以大概了解其組成時，則無需化學分析。
脫硅處理中，例如可用流槽24向鐵水容器1內覆蓋添加固體氧源5，同時用頂吹氧噴槍6向鐵水2的液面吹入氧氣，再用噴槍7吹入氮氣，攪拌混合鐵水2和固體氧源5。這樣，氧氣和固體氧源5中的氧與鐵水2中的硅反應，生成硅酸。生成的硅酸與上述高爐渣混合、融合，在鐵水2上生成以硅酸為主要成分的脫硅爐渣4。
此時，為了使生成的脫硅爐渣4低熔點化，優(yōu)選經由噴槍7或流槽24添加造渣劑8。另外也可以經由噴槍7吹入粉末狀的固體氧源5。使用粉末狀的造渣劑8和粉末狀的固體氧源5的情形與使用塊狀的情形相比，反應表面積變大，可迅速且穩(wěn)定地實施脫硅處理。
脫硅爐渣4的組成受生成的硅酸量所左右。因此，根據脫硅處理前的鐵水2的硅濃度和脫硅處理后鐵水2的目標硅濃度來設定氧氣和固體氧源5的使用總量。此時，使用氧氣時鐵水2的溫度上升，而使用固體氧源5時鐵水2的溫度降低，因此在所添加的純的氧量相同的條件下，氧氣與固體氧源5的混合比例可以根據鐵水2的溫度適當改變，例如溫度條件好時可以只使用固體氧源5。
另外，根據生成的硅酸的量和原本存在的高爐渣的量來確定造渣劑8(CaO系造渣劑)的添加量，以使生成的脫硅爐渣4的堿度在上述優(yōu)選的范圍內。通常如果堿度小于1.24，則可以得到堿成分低的硅質肥料；調節(jié)造渣劑8的添加量、降低脫硅爐渣4的堿度，則可得到更低堿的硅質肥料。調節(jié)MgO等成分時，可經由噴槍7或流槽24添加所需的成分調節(jié)劑9。
這樣，鐵水2經脫硅處理，在鐵水2上生成具有硅質肥料組成的脫硅爐渣4。脫硅處理結束后，從鐵水容器1中取出脫硅爐渣4，冷卻并使其固化。冷卻固化可在從鐵水容器1中取出時進行，也可以在裝到容器中后，在從該容器中取出時進行。
關于冷卻固化的方法，如上所述，在對熔融物質或過冷卻液體溫度區(qū)進行驟冷時，例如可以采用下述方法向生成的脫硅爐渣4中吹入高壓空氣使其飛散，以此冷卻爐渣，同時使爐渣形成顆粒的方法(風淬法)；向生成的脫硅爐渣4中吹入高壓水使其飛散，以此冷卻爐渣，同時使爐渣形成顆粒的方法(水淬法)；使生成的脫硅爐渣4流到厚鋼板上，通過厚鋼板的強制冷卻和向空氣中放熱來冷卻爐渣的方法等。緩慢冷卻時，可以將爐渣裝入渣槽，然后向爐渣處理場排渣。
經過這樣的冷卻、固化，可得到硅質肥料用原料—脫硅爐渣。
以上說明的實施方案是在鐵水容器1內進行脫硅處理，但脫硅處理并不限定于上述實施方案，也可以是由高爐出鐵，通過撇渣器使其與高爐渣分離，然后向高爐鑄床槽內或傾注槽內的鐵水2中添加氧氣或固體氧源而進行的脫硅處理。不過這種情況下，無法實時掌握高爐渣的混入量，因此需要根據憑經驗掌握的高爐渣混入量來決定造渣劑的添加量。
以上說明的實施方案是采用鐵水包型鐵水容器1進行的脫硅處理，鐵水容器1并不限定于上述鐵水包型，可以任意采用魚雷車等的鐵水容器。另外脫硅處理設備的詳細情況、攪拌氣體的吹入方式等也不受上述實施方案的限制。
脫硅處理的鐵水也可以是預先實施了脫硫處理的鐵水。
如上所述制備的硅質肥料用原料只要粒度適當，即可直接制成硅質肥料，當冷卻固化后的形狀為塊狀等時，可以進行破碎處理和/或整粒(通過篩分來進行粒度調整)，制成硅質肥料。另外，也可以根據情況混合其它的添加成分制成硅質肥料。
對硅質肥料用原料的破碎(粉碎)方法并沒有特別限定，可以采用任何方法。例如可使用鄂式破碎機、棒磨機、雙軸式輪碾機、葉輪式粉碎機等粉碎機進行粉碎處理。整粒可以使用任意篩分裝置等進行，也可以在粉碎處理硅質肥料用原料后進行整粒。
經過破碎處理和/或整粒的硅質肥料用原料優(yōu)選經過采用適當粘結劑的造粒工序制成硅質肥料，這樣的硅質肥料不容易發(fā)生施肥時的飛散、隨雨水的流失、阻礙地面的透水性或透氣性的問題。形狀規(guī)則，且近似球狀、棱邊少，因此使用性良好。
對造粒方法并沒有特別限定，可以采用通常的造粒方法，例如用混料器將上述粉碎處理得到的粉碎物和粘結劑混合，一邊加入適量的水一邊用造粒機造粒，然后采用干燥的方法。
可以使用通常使用的造粒機，例如圓盤造粒機、轉鼓造粒機等，優(yōu)選采用連續(xù)造粒方法造粒后未進入規(guī)定范圍內的顆粒可直接或經粉碎等處理后再次返回混料器，作為原料的一部分而再次利用。
圖5表示硅質肥料用原料的造粒工序的一個例子由上述粉碎處理得到的粉碎物(硅質肥料用原料)25通過鏟式裝載機等裝入進料斗26中，已計量的粉碎物25由進料斗26經傳送帶27供給轉鼓造粒機28。容器30中貯存的粘結劑29也按照規(guī)定量供應給該轉鼓造粒機28，轉鼓造粒機28通過旋轉使粉碎物25和粘結劑29混合，進行造粒。之后，顆粒物質經干燥器31干燥，通過升降機32供給濾篩裝置33，進行篩分，再經冷卻器34冷卻，制成顆粒肥料。也可以經冷卻器34冷卻后進行篩分，制成顆粒肥料。
圖6表示硅質肥料用原料的造粒工序的另一個例子，由上述粉碎處理得到的粉碎物25裝入進料斗36中，已計量的粉碎物25由進料斗36裝入混料器39中。容器38中貯存的粘結劑37也按照規(guī)定量裝入混料器39?；炝掀?9中，粉碎物25和粘結劑37混合，該混合物供給圓盤造粒機40，在該圓盤造粒機40中造粒。在圓盤造粒機40中造粒的顆粒物質裝于帶式運輸機41上，之后與圖5的工序同樣，用干燥器31干燥，通過升降機32供給濾篩裝置33進行篩分，再經冷卻器34冷卻，制成顆粒肥料。
對造粒工序中使用的粘結劑并沒有特別限定，例如可單獨或混合使用選自磷酸、粘土、膨潤土、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、聚丙烯酸、糖蜜、木素、硫酸鎂、淀粉等中的一種或多種物質，從造粒性和施肥后肥料顆粒的崩解性考慮，適合采用淀粉、硫酸鎂、木素，優(yōu)選以選自其中的一種或多種物質作為粘結劑的主要成分。
將硅質肥料用原料進行造粒制備顆粒物質—肥料時，對粘結劑所要求的特性有①可獲得優(yōu)異的造粒性；②施肥后肥料顆粒(顆粒物質)可容易地崩解、分散于土壤中；③具有使顆粒在制備過程中以及從商品流通到施肥過程中不崩解的硬度；④粘結劑成分對于包括土壤在內的環(huán)境沒有壞的影響等。上述淀粉、硫酸鎂、木素滿足所有這些特性。其中使用淀粉時，造粒后的肥料顆粒的硬度特別高，且淀粉可用雨水或土壤中的水分溶解，使肥料顆粒以適當的速度崩解，因而特別優(yōu)選。另外，淀粉通過加水可以糊化，之后再通過使其干燥而固化，因此造粒性也很優(yōu)異，并且可被土壤中的微生物等分解，因此不會對植物、環(huán)境造成壞的影響。
用作粘結劑的淀粉包括以玉米、木薯淀粉、小麥、馬鈴薯、大米等為原料的淀粉。這些淀粉根據原料不同，其構成成分直鏈淀粉(d-葡萄糖結合為長直鏈狀)和支鏈淀粉(d-葡萄糖結合為分枝狀)的比例不同，糯米、粘玉米等中的支鏈淀粉的比例高。作為淀粉的種類，可以直接使用生淀粉，也可以是經熱、酸、堿、鹽、酶等處理的改性淀粉。這些淀粉不管其種類如何，只要具有糊化的性質，即適合于作為造粒粘結劑。
優(yōu)選經上述造粒的硅質肥料的平均粒徑為0.5-6mm。平均粒徑小于0.5mm時，施肥時會被風吹散，使用性差；而超過6mm則難以均勻撒布。更優(yōu)選粒徑為1-5mm。
作為本發(fā)明的硅質肥料用原料的爐渣，在鐵水預處理工序中無需進行特別的處理例如像制備鉀肥那樣添加鉀原料，或為使該鉀原料熔融而進行附加工序，只需實施本來的鐵水預處理工序即可獲得。
實施例[實施例1]使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.5％質量、硅0.25％質量、磷0.105％質量、硫0.032％質量，鐵水溫度為1410℃。高爐渣(CaO42％質量、SiO233％質量、MgO7％質量、Al2O315％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為360kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.03％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為150Nm3，鐵礦石燒結粉總量為1900kg。將生成的脫硅爐渣的堿度的目標值設為0.55，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為300kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量900-920Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度180-200kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度20-40kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，10分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.03％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1380℃。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入鑄鋼制的包(以下稱為“渣罐”)內。接著，將脫硅爐渣流入設于車間內、底面和側面由15-20mm厚度的厚鋼板圍成的鐵箱內，冷卻并使其固化，得到1342kg塊狀爐渣(硅質肥料用原料)。將該塊狀爐渣破碎為粒徑2mm或以下，制成硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量55.4％質量，堿度0.55，硅酸可溶率(可溶性硅酸相對于總硅酸部分的比例S-SiO2/SiO2)39％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.7％質量、硅0.24％質量、磷0.103％質量、硫0.042％質量，鐵水溫度為1395℃。高爐渣(CaO44％質量、SiO235％質量、MgO6％質量、Al2O313％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為400kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.12％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為74Nm3，鐵礦石燒結粉總量為1100kg。將生成的脫硅爐渣的堿度的目標值設為0.75，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為220kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量850-950Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度200-240kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度40-50kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.12％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1337℃。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，將脫硅爐渣流入設于車間內、底面和側面由15-20mm厚度的厚鋼板圍成的鐵箱內，冷卻并使其固化，得到955kg塊狀爐渣(硅質肥料用原料)。將該塊狀爐渣破碎為粒徑2mm或以下，制成硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量41.3％質量，堿度0.75，硅酸可溶率81％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.4％質量、硅0.20％質量、磷0.100％質量、硫0.030％質量，鐵水溫度為1400℃。高爐渣(CaO42％質量、SiO233％質量、MgO6％質量、Al2O313％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為370kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.12％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為55Nm3，鐵礦石燒結粉總量為700kg。將生成的脫硅爐渣的堿度的目標值設為1.03，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為225kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量600-650Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度120-140kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度40-50kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.12％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1370℃。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，將脫硅爐渣流入設于車間內、底面和側面由15-20mm厚度的厚鋼板圍成的鐵箱內，冷卻并使其固化，得到768kg塊狀爐渣(硅質肥料用原料)。將該塊狀爐渣破碎為粒徑2mm或以下，制成硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量41.0％質量，堿度1.03，硅酸可溶率76％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.5％質量、硅0.24％質量、磷0.105％質量、硫0.041％質量，鐵水溫度為1392℃。高爐渣(CaO44％質量、SiO236％質量、MgO6％質量、Al2O313％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為450kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.12％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為74Nm3，鐵礦石燒結粉總量為1100kg。將生成的脫硅爐渣的堿度的目標值設為1.3，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為513kg。
脫硅處理如下進行由頂吹氧噴槍噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量850-950Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度200-240kg/分鐘)，再覆蓋添加造渣劑生石灰中的250kg，同時通過噴槍將余下的生石灰(生石灰添加速度45-55kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.12％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1337℃。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，將脫硅爐渣流入設于車間內、底面和側面由15-20mm厚度的厚鋼板圍成的鐵箱內，冷卻并使其固化，得到1280kg塊狀爐渣(硅質肥料用原料)。將該塊狀爐渣破碎為粒徑2mm以下，制成硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量31.0％質量，堿度1.27，硅酸可溶率78％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.4％質量、硅0.14％質量、磷0.105％質量、硫0.04％質量，鐵水溫度為1400℃。高爐渣(CaO43％質量、SiO234％質量、MgO6％質量、Al2O312％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為380kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.07％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為47Nm3，鐵礦石燒結粉總量為604kg。將生成的脫硅爐渣的堿度的目標值設為1.6，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為400kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量550-570Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度110-130kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度70-90kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.07％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1380℃。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，將脫硅爐渣流入設于車間內、底面和側面由15-20mm厚度的厚鋼板圍成的鐵箱內，冷卻并使其固化，得到941kg塊狀爐渣(硅質肥料用原料)。將該塊狀爐渣破碎為粒徑2mm以下，制成硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量32.3％質量，堿度1.62，硅酸可溶率83％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.2％質量、硅0.26％質量、磷0.100％質量、硫0.038％質量，鐵水溫度為1410℃。高爐渣(CaO42％質量、SiO234％質量、MgO7％質量、Al2O315％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為400kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.07％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為131Nm3，鐵礦石燒結粉總量為1689kg。為了將硅質肥料的MgO含量提高到7％質量或以上，添加189kg作為成分調節(jié)劑的煅燒白云石，并且將生成的脫硅爐渣的堿度目標值設為0.5，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為100kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量700-900Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度160-180kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度10kg/分鐘)和成分調節(jié)劑煅燒白云石粉(煅燒白云石粉添加速度18-20kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，10分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.07％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1380℃。189kg煅燒白云石中，MgO部分為79kg，CaO部分為110kg。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，通過風淬法冷卻并使其固化，得到1326kg粒徑為3mm以下的顆粒狀爐渣(硅質肥料用原料)，將其直接用作硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在上述表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量51.1％質量，堿度0.50，硅酸可溶率64％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.2％質量、硅0.25％質量、磷0.100％質量、硫0.038％質量，鐵水溫度為1400℃。高爐渣(CaO42％質量、SiO234％質量、MgO7％質量、Al2O315％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為400kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.07％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為439Nm3，鐵礦石燒結粉總量為1582kg。為了將硅質肥料的MgO含量提高到10％質量以上，添加343kg作為成分調節(jié)劑的煅燒白云石，再將生成的脫硅爐渣的堿度目標值設為0.66，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為100kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量1470-1480Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度310-320kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度20kg/分鐘)和成分調節(jié)劑煅燒白云石粉與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.07％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1380℃。343kg煅燒白云石中，MgO部分為143kg，CaO部分為200kg。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，通過風淬法冷卻并使其固化，得到1446kg粒徑為3mm以下的顆粒狀爐渣(硅質肥料用原料)，將其直接用作硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在上述表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量44.4％質量，堿度0.66，硅酸可溶率99％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量125噸，鐵水組成碳4.2％質量、硅0.18％質量、磷0.105％質量、硫0.038％質量，鐵水溫度為1390℃。高爐渣(CaO43％質量、SiO234％質量、MgO7％質量、Al2O312％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為400kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.07％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為66Nm3，鐵礦石燒結粉總量為852kg。為了將硅質肥料的MgO含量提高到10％質量以上，添加257kg作為成分調節(jié)劑的煅燒白云石，再將生成的脫硅爐渣的堿度目標值設為0.95，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為100kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量800-900Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度160-180kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度20kg/分鐘)和成分調節(jié)劑煅燒白云石粉(煅燒白云石粉添加速度40-60kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.07％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1380℃。257kg煅燒白云石中，MgO部分為107kg，CaO部分為150kg。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，通過風淬法冷卻并使其固化，得到1053kg粒徑為3mm以下的顆粒狀爐渣(硅質肥料用原料)，將其直接用作硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在上述表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量37.3％質量，堿度0.95，硅酸可溶率99％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量125噸，鐵水組成碳4.2％質量、硅0.26％質量、磷0.105％質量、硫0.038％質量，鐵水溫度為1390℃。高爐渣(CaO44％質量、SiO235％質量、MgO7％質量、Al2O312％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為400kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.07％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為109Nm3，鐵礦石燒結粉總量為1407kg。為了將硅質肥料的MgO含量提高到10％質量以上，添加257kg作為成分調節(jié)劑的煅燒白云石，再將生成的脫硅爐渣的堿度目標值設為0.66，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為100kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量1200-1400Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度260-300kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度20kg/分鐘)和成分調節(jié)劑煅燒白云石粉(煅燒白云石粉添加速度40-60kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.07％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1390℃。257kg煅燒白云石中，MgO部分為107kg，CaO部分為150kg。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，將脫硅爐渣流入設于車間內、底面和側面由15-20mm厚度的厚鋼板圍成的鐵箱內，冷卻并使其固化，得到1282kg塊狀爐渣(硅質肥料用原料)。將該塊狀爐渣破碎為粒徑2mm或以下，用作硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在上述表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量45.5％質量，堿度0.66，硅酸可溶率70％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.7％質量、硅0.24％質量、磷0.103％質量、硫0.042％質量，鐵水溫度為1395℃。高爐渣(CaO43％質量、SiO235％質量、MgO7％質量、Al2O312％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為400kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.09％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為104Nm3，鐵礦石燒結粉總量為1333kg。將生成的脫硅爐渣的堿度目標值設為0.51，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為145kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量1200-1300Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度250-300kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度25-35kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.09％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1390℃。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，通過風淬法冷卻并使其固化，得到1100kg粒徑為3mm或以下的顆粒狀爐渣(硅質肥料用原料)，將其直接用作硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在上述表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量48.8％質量，堿度0.51，硅酸可溶率99％質量。
使用圖4所示的脫硅處理設備，實施鐵水的脫硅處理，制備硅質肥料用原料—脫硅爐渣，由該脫硅爐渣得到硅質肥料。
將由高爐出鐵的鐵水搬運到脫硅處理設備中。鐵水重量150噸，鐵水組成碳4.4％質量、硅0.16％質量、磷0.100％質量、硫0.030％質量，鐵水溫度為1400℃。高爐渣(CaO43％質量、SiO234％質量、MgO7％質量、Al2O312％質量)由前道工序流入鐵水容器內，由爐渣厚度的測定結果可知該高爐渣量為400kg。
將脫硅處理后的鐵水中硅濃度的目標值設為0.07％質量，以此確定氧氣和作為固體氧源的鐵礦石燒結粉的添加量，氧氣總量為62Nm3，鐵礦石燒結粉總量為800kg。將生成的脫硅爐渣的堿度目標值設為0.99，以此確定造渣劑生石灰的添加量，生石灰的添加量為250kg。
脫硅處理如下進行用頂吹氧噴槍向鐵水液面連續(xù)吹入氧氣(氧氣流量700-800Nm3/小時)，連續(xù)覆蓋添加鐵礦石燒結粉(鐵礦石燒結粉添加速度150-170kg/分鐘)，再通過噴槍將造渣劑生石灰(生石灰添加速度40-60kg/分鐘)與氮氣一起連續(xù)地吹入鐵水中，5分鐘后結束脫硅處理。脫硅處理后的鐵水中的硅濃度為0.07％質量，脫硅處理后的鐵水溫度為1380℃。
之后，用撇渣器將生成的脫硅爐渣由鐵水容器一次性撇入渣罐內。接著，通過風淬法冷卻并使其固化，得到910kg粒徑為3mm或以下的顆粒狀爐渣(硅質肥料用原料)，將其直接用作硅質肥料。該硅質肥料的成分分析值表示在上述表1中。如表1所示，所得硅質肥料中，SiO2含量40.6％質量，堿度0.99，硅酸可溶率99％質量。
表1

*1回收的爐渣在1300-1000℃溫度區(qū)的冷卻速度緩慢冷卻小于10℃/分鐘驟冷10℃/分鐘或以上*2可溶性硅酸*3 CaO/SiO2 研究實施例3、4、6、8的硅質肥料和由高爐水碎渣得到的硅質肥料在中性區(qū)的溶解性。將各1g硅質肥料在150ml由磷酸二氫銨和磷酸氫二銨制備的0.2M磷酸鹽溶液(PH7)中振蕩萃取。該萃取在30℃進行1小時，由濾液中的硅酸濃度求出中性區(qū)的硅酸溶解率。結果表示在表2中。
如表2所示，相對于由高爐水碎渣得到的硅質肥料在中性區(qū)(pH7)為0.1％的溶解率，本發(fā)明的硅質肥料在中性區(qū)(pH7)的溶解率可得到0.9-4.3％這樣高的值。其中，由在1300-1000℃溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻(驟冷)得到的爐渣構成的肥料獲得了特別高的溶解率。
表2

*1回收的爐渣在1300-1000℃溫度區(qū)的冷卻速度緩慢冷卻小于10℃/分鐘驟冷10℃/分鐘或以上*2 CaO/SiO2
產業(yè)適用性本發(fā)明的硅質肥料用原料中可溶性硅酸的含量多且堿成分低，并且可直接利用在鐵水預處理中生成的爐渣，因此可以以極低成本制備。因而利于制備成本低且具有優(yōu)良肥料特性的硅質肥料。另外，由于可以穩(wěn)定地制備上述爐渣，因此本發(fā)明的硅質肥料用原料的制備方法是有效的制備成本低且具有優(yōu)良肥料特性的硅質肥料用原料的方法。
權利要求
1.硅質肥料用原料，其特征在于由在高爐鐵水的鐵水預處理工序中回收的、含有使鐵水中的硅氧化而生成的硅酸、且含有10％質量或以上的可溶性硅酸的爐渣構成。
2.權利要求1的硅質肥料用原料，其特征在于由含有20％質量或以上可溶性硅酸的爐渣構成。
3.權利要求1的硅質肥料用原料，其特征在于由含有30％質量或以上可溶性硅酸的爐渣構成。
4.權利要求2的硅質肥料用原料，其特征在于由從鐵水預處理工序中回收后在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以小于10℃/分鐘的冷卻速度冷卻而得到，且堿度(CaO/SiO2)為0.52-2.0的爐渣構成。
5.權利要求2的硅質肥料用原料，其特征在于由從鐵水預處理工序中回收后在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻而得到，且堿度(CaO/SiO2)為0.49-2.0的爐渣構成。
6.權利要求3的硅質肥料用原料，其特征在于由從鐵水預處理工序中回收后在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻而得到，且堿度(CaO/SiO2)為0.50-1.5的爐渣構成。
7.權利要求1、2、3、4、5或6的硅質肥料用原料，其特征在于爐渣的堿度(CaO/SiO2)小于1.24。
8.權利要求1、2、3、4、5或6的硅質肥料用原料，其特征在于爐渣的堿度(CaO/SiO2)為0.50或以上但小于1.24。
9.權利要求1、2、3、4、5、6、7或8的硅質肥料用原料，其特征在于爐渣的Al2O3含量為10％質量或以下。
10.權利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的硅質肥料用原料，其特征在于爐渣為鐵水脫硅爐渣。
11.硅質肥料，其特征在于由權利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10的硅質肥料用原料構成，或以該硅質肥料用原料為主要原料。
12.權利要求11的硅質肥料，其特征在于是硅質肥料用原料經過破碎處理和/或整粒而得到的肥料。
13.權利要求11或12的硅質肥料，其特征在于所述硅質肥料為通過向硅質肥料用原料中添加粘結劑進行造粒而得到的顆粒物質。
14.硅質肥料用原料的制備方法，其特征在于在高爐鐵水的鐵水預處理工序中，向鐵水中提供氧源，使鐵水中的硅氧化，生成硅酸，通過回收含有該硅酸的爐渣并使其固化，獲得含有10％質量或以上可溶性硅酸的爐渣。
15.權利要求14的硅質肥料用原料的制備方法，其特征在于將在鐵水預處理工序中回收的堿度(CaO/SiO2)為0.52-2.0的爐渣在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以小于10℃/分鐘的冷卻速度冷卻并使其固化，從而獲得含有20％質量或以上可溶性硅酸的爐渣。
16.權利要求14的硅質肥料用原料的制備方法，其特征在于將在鐵水預處理工序中回收的堿度(CaO/SiO2)為0.49-2.0的爐渣在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻并使其固化，從而獲得含有20％質量或以上可溶性硅酸的爐渣。
17.權利要求14的硅質肥料用原料的制備方法，其特征在于將在鐵水預處理工序中回收的堿度(CaO/SiO2)為0.50-1.5的爐渣在至少1300-1000℃的溫度區(qū)以10℃/分鐘或以上的冷卻速度冷卻并使其固化，從而獲得含有30％質量或以上可溶性硅酸的爐渣。
18.權利要求14、15、16或17的硅質肥料用原料的制備方法，其特征在于向鐵水中添加CaO系造渣劑，同時通過調節(jié)其添加量來調節(jié)回收的爐渣的堿度(CaO/SiO2)。
19.權利要求14、15、16、17或18的硅質肥料用原料的制備方法，其特征在于鐵水預處理工序為脫硅處理工序。
20.硅質肥料的制備方法，其特征在于使用權利要求14、15、16、17、18或19中得到的硅質肥料用原料來制備硅質肥料。
21.權利要求20的硅質肥料的制備方法，其特征在于具有對硅質肥料用原料進行破碎處理和/或整粒的工序。
22.權利要求20或21的硅質肥料的制備方法，其特征在于具有向硅質肥料用原料中添加粘結劑進行造粒的工序。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供可低成本地獲得硅酸(可溶性硅酸)含量多且堿成分少、優(yōu)選Al
文檔編號C05D3/00GK1608040SQ02825909
公開日2005年4月20日 申請日期2002年10月30日 優(yōu)先權日2001年10月31日
發(fā)明者八尾泰子, 渡邊圭兒, 磯尾典男, 高橋達人, 井上茂, 山瀨治 申請人:杰富意鋼鐵株式會社, 鋼管礦業(yè)株式會社