JP2005188798A

JP2005188798A - 使用済み耐火物の再利用方法及び溶融金属容器の内張り保護層の形成方法

Info

Publication number: JP2005188798A
Application number: JP2003428915A
Authority: JP
Inventors: Akira Kato; 加藤　　明; Michihiro Kuwayama; 道弘桑山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】使用済み耐火物を再利用する際に、溶鋼やスラグによって汚染された部分を選別して分離する必要がない上に、簡単な処理工程で再利用でき、且つ粉状品も再利用することのできる、極めて処理コストが安価である使用済み耐火物の再利用方法を提供する。
【解決手段】使用済み耐火物を回収し、回収した耐火物を破砕して所定のサイズ以下とした使用済み耐火物の破砕品９を準備しておき、輸送管１内に圧縮空気を供給して輸送管内に空気の流れを形成させ、この空気の流れによって前記使用済み耐火物の破砕品を当該輸送管内に吸引し、吸引した使用済み耐火物の破砕品を、輸送管内を流れる空気と共に輸送管の一方の端面１ｂから溶融金属容器７内に向けて吹き飛ばし、溶融金属容器に施工された耐火物の表面に使用済み耐火物の破砕品を堆積させ、耐火物の保護層を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄所などで発生する使用済み耐火物の再利用方法、並びに、溶融金属容器の内張り保護層の形成方法に関するものである。

製鉄所においては、高炉や転炉などの精錬炉及び取鍋やタンディッシュなどの溶融鉄保持容器が使用されており、これら設備には、溶融鉄と接触する部分や溶融鉄からの熱を受ける部分に、各種の耐火物が大量に使用されている。これらの耐火物は、溶鋼やスラグと直接接触することによって損耗したり、繰り返し作用する熱応力によって損傷し、残存厚みが所定の厚みを確保できなくなった時点で、新しい耐火物に張り替えられ、使用済みの耐火物（「廃耐火物」とも呼ぶ）が発生する。

製鉄所などの耐火物を大量に使用する部署では、耐火物の材質改善などによって耐火物寿命の延長を図り、使用済み耐火物の発生量を減らす努力が行われてきた。しかしながら、これには限界があり、しかも、使用済み耐火物は、その表面に地金が付着したり、内部に地金、酸化鉄、スラグなどが浸潤しているために再使用の障害となり、その殆どが産業廃棄物として処理されてきた。

しかし、近年、廃棄処分するにも回収費や運搬費などの高揚から処理コストが高くなるうえに、処分場を確保することも問題となってきており、これらに対処すべく、使用済み耐火物を有効活用する方法が幾つか提案されている。

例えば、特許文献１には、製鋼工程で発生した使用済みのハイアルミナ質耐火物製品から、地金やスラグなどと接触して変質した部分を除去して汚染の少ない部分を回収し、これを破砕して粒度を調整したものに、新しい粉末状の耐火物成分を配合して再利用する方法が提案されている。又、特許文献２には、使用済み耐火物を、それぞれ数回の破砕工程、分級工程及び磁選工程と、廃煉瓦中の酸化鉄などを還元するための還元処理工程とを組み合わせた処理工程で処理し、処理後の回収品を煉瓦用材料、圧入充填材、吹き付け用補修材などに再利用する方法が提案されている。
特開平８−１８８４７５号特開２００２−２０６８６７号公報

しかしながら、上記の特許文献１の方法では、使用済み耐火物から変質した部分を除去し、汚染の少ない部分だけを再使用しており、再利用されない部分が少なからず発生することになる。又、健全部分と汚染部分とを選別する作業、或いは、汚染部分を削り取るなどの作業が必要であり、処理コストの上昇を招いていた。一方、特許文献２の方法では、還元処理及び磁選処理を施すことによって、再利用できずに廃棄処分となる量は少ないものの、再利用するまでの工程が煩雑で、処理コストが嵩み、耐火物のバージン原料よりもはるかに高価になってしまう場合さえも発生する。

ところで、スラグに対する耐蝕性に優れた耐火物として、溶銑の脱炭精錬を行うための転炉で広く使用されているＭｇＯ−Ｃ質煉瓦には、耐蝕性向上のために金属Ａｌが煉瓦中に添加されており、使用済みのＭｇＯ−Ｃ質煉瓦を常温下の大気中に放置すると、煉瓦中の金属Ａｌと大気中の水分（Ｈ₂ Ｏ）とが下記の（１）式に示す水和反応を起こす。ＭｇＯ−Ｃ質煉瓦は、この水和反応によって膨張して脆化するため、このようなＭｇＯ−Ｃ質煉瓦を破砕処理すると、３０質量％を越える大量の粉状品が発生する。

現在、一般的に使用されている耐火物原料のなかで、吹き付け用補修材として使用されている耐火物の粒度は比較的小さいが、細かい粉状品を吹き付けた場合には、粉状品が補修部位に付着せず、吹き付け搬送用の気体の流れに乗って飛散してしまうため、吹き付け用補修材であっても、例えば下限値を０．５ｍｍ程度として分級処理される。そのため、ＭｇＯ−Ｃ質煉瓦を、例えば特許文献２の方法に沿って再利用しようとしても、大量に発生する粉状品は、ハンドリング作業を困難にするのみならず、耐火物原料としては再利用できずに廃棄処分とせざるを得ず、処理コストの上昇を招く要因となっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製鉄所などで発生する使用済み耐火物を再利用する際に、溶鋼やスラグによって汚染された部分を選別して分離する必要がない上に、極めて簡単な処理工程で再利用でき、且つ、粉状品も再利用することのできる、極めて処理コストが安価である使用済み耐火物の再利用方法を提供すること、更には、粉状品が大量に含まれる耐火物であっても溶融金属容器に施工された耐火物の表面に保護層を形成することの可能な保護層の形成方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る使用済み耐火物の再利用方法は、使用済み耐火物を回収し、回収した耐火物を破砕して所定のサイズ以下とした使用済み耐火物の破砕品を準備しておき、輸送管内に圧縮空気を供給して輸送管内に空気の流れを形成させ、この空気の流れによって前記使用済み耐火物の破砕品を当該輸送管内に吸引し、吸引した使用済み耐火物の破砕品を、輸送管内を流れる空気と共に輸送管の一方の端面から溶融金属容器内に向けて吹き飛ばし、溶融金属容器に施工された耐火物の表面に使用済み耐火物の破砕品を堆積させることを特徴とするものである。

第２の発明に係る使用済み耐火物の再利用方法は、使用済み耐火物を回収し、回収した耐火物を破砕して所定のサイズ以下とした使用済み耐火物の破砕品を準備しておき、輸送管内に圧縮空気を供給して輸送管内に空気の流れを形成させ、この空気の流れによって前記使用済み耐火物の破砕品を当該輸送管内に吸引し、吸引した使用済み耐火物の破砕品を、輸送管内を流れる空気と共に輸送管の一方の端面から溶融金属容器内に向けて吹き飛ばし、溶融金属容器内に残留させたスラグの上に使用済み耐火物の破砕品を投入し、当該スラグと共に使用済み耐火物の破砕品を固着させることを特徴とするものである。

第３の発明に係る使用済み耐火物の再利用方法は、第１又は第２の発明において、前記輸送管内で使用済み耐火物の破砕品に接着剤を添加することを特徴とするものである。

第４の発明に係る使用済み耐火物の再利用方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記使用済み耐火物は、ＭｇＯ質煉瓦、ＭｇＯ−Ｃ質煉瓦、ＭｇＯ−Ｃｒ₂ Ｏ₃ 質煉瓦の内の１種以上であることを特徴とするものである。

第５の発明に係る使用済み耐火物の再利用方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記溶融金属容器は、溶銑の精錬に使用される転炉であることを特徴とするものである。

第６の発明に係る溶融金属容器の内張り保護層の形成方法は、輸送管内に圧縮空気を供給して輸送管内に空気の流れを形成させ、この空気の流れによって耐火物を当該輸送管内に吸引し、吸引した耐火物を、輸送管内を流れる空気と共に輸送管の一方の端面から溶融金属容器内に向けて吹き飛ばし、溶融金属容器に施工された耐火物の表面に前記耐火物を堆積させることを特徴とするものである。

本発明では、輸送管内に圧縮空気を供給することによって形成される吸引力を利用して耐火物を輸送管内に吸引し、吸引した耐火物を、圧縮空気が形成する輸送管内の流れを利用して輸送管の前方へ吹き飛ばして輸送する、即ち、エジェクターポンプ方式の輸送手段を用いているので、耐火物の形状が塊状品であっても、又、粉状品であっても、更に、塊状品と粉状品との比率がどのように変化しても、輸送の対象とする耐火物が輸送管内を通り抜けることの可能なサイズであるならば、目的とする場所に耐火物を吹き飛ばして搬送し、供給することができる。

そのため、使用済みの耐火物を破砕し、輸送管内を通り抜けることの可能な所定のサイズに分級するだけで、分級された所定のサイズ以下の破砕品の全量をそのまま搬送することができる。従って、特に粉化し易いＭｇＯ−Ｃ質煉瓦でも、塊状品及び粉状品を含めて全量再利用することができる。又、輸送管の前方へ吹き飛ばして搬送するので、転炉や取鍋などの使用中の高温の溶融金属容器内へ遠隔地点から供給することが可能であり、供給した耐火物の破砕品を高温の溶融金属容器内に堆積させることで、溶融金属容器に内張りされた耐火物の保護材として利用することができる。内張り耐火物の保護材として利用するには、供給した耐火物の破砕品もスラグに対する耐蝕性に優れていることが好ましく、この観点から、本来材質的に耐蝕性を有するＭｇＯ質煉瓦、ＭｇＯ−Ｃ質煉瓦、ＭｇＯ−Ｃｒ₂ Ｏ₃ 質煉瓦のうちの１種以上の使用済み耐火物を利用することにより、内張り耐火物の寿命を向上させることができる。

又、使用済みの耐火物を内張り煉瓦の保護材として利用するので、回収した使用済みの耐火物に溶鋼やスラグによって汚染された部分が混入しても影響は少なく、従って、溶鋼やスラグによって汚染された部分を選別する必要がない。又、本来、転炉においては内張り耐火物の保護材としてドロマイトなどを使用しているが、本発明を適用することにより、ドロマイトなどの従来使用されている保護材の使用量を大幅に削減することができる。

即ち、本発明によれば、製鉄所などで発生した使用済み耐火物から、溶鋼やスラグによって汚染された部分を選別することなく、使用済み耐火物を破砕して輸送管の内径よりも小さいサイズに調整するだけで、破砕した使用済み耐火物が塊状であっても又粉状であっても更に粒度分布がどのようであっても、破砕された状態のままで、転炉などの溶融金属容器に内張りされた耐火物の保護材として再利用することが可能となり、処理コストの削減、内張り耐火物の寿命延長など、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を、製鉄所で発生する使用済み耐火物を例として具体的に説明する。製鉄所で使用される高炉、転炉、電気炉、ＲＨ真空脱ガス装置などの精錬炉及びトーピードカー、取鍋、タンディッシュなどの溶融鉄保持容器に内張りした耐火物は、溶鋼やスラグなどによって溶損及び磨耗し、その残存厚みが薄くなった時点で張り替えが行われる。この張り替えによって使用済み耐火物が発生し、発生した使用済み耐火物を回収する。

内張りされた耐火物は、例えば転炉であっても耐火物が施工される部位によって耐火物の組成が異なる場合が多いので、回収する際には、異なる特性の耐火物が混入することを防止する観点から、耐火物の組成別に分別して回収することが好ましい。分別回収することで、使用済み煉瓦を内張り耐火物の保護材として再利用したときに、保護材としての機能が向上する。但し、細かく分別する必要はなく、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）質系、ＭｇＯ（マグネシア）質系、ＺｒＯ₂ −ＳｉＯ₂ （ジルコン）質系、ＳｉＯ₂ （シリカ）質系、ＭｇＯ−Ｃ（マグネシア・カーボン）質系、ＭｇＯ−Ｃｒ₂ Ｏ₃ （クロム・マグネシア）質系などに分別すればよい。

次いで、回収した使用済み耐火物をジョークラッシャーなどの破砕機で破砕し、破砕した使用済み耐火物を篩分け機によって分級し、所定のサイズ以下の破砕品を回収する。所定のサイズよりも大きいものは再度破砕機で破砕する。篩分け機の篩目のサイズは、使用する輸送管のサイズに応じて設定する。例えば、使用する輸送管の内径（直径）が２５０ｍｍの場合には、直径が７０ｍｍ程度の塊状の耐火物を輸送することが可能であるので、篩の目開き寸法を７０ｍｍ程度とすればよい。即ち、使用する輸送管の内径の１／３程度以下の目開き寸法とすればよい。但し、使用済み耐火物のサイズと、破砕機の能力と、使用する輸送管のサイズとを対比したときに、破砕するだけで明らかに輸送管で搬送可能なサイズ以下になる場合には、分級する必要はない。

使用済み耐火物には、その表面に地金が付着したり、地金やスラグと接触して変質した部分が存在するが、本発明では、使用済み耐火物を内張り煉瓦の保護材として再利用するので、変質部が混入することによって保護材としての耐火性が劣り、保護材が溶損・剥離しても、その都度、使用済み耐火物の保護層を形成すればよく、従って、変質した部分を選別・除去する必要はなく、そのまま破砕しても構わない。但し、巨大な地金が付着して、破砕機で破砕することが困難の場合には、破砕前に地金を除去することが好ましい。又、資源回収の観点から、地金を回収しようとする場合には、使用済み耐火物の破砕品を磁選することが好ましい。

このようにして、破砕され、所定のサイズ以下に調製された使用済み耐火物を転炉や取鍋などの溶融金属容器の内張り耐火物の保護材として再利用する。図１は、本発明の実施の形態の１例を示す図であって、転炉内に使用済み耐火物の破砕品を供給する様子を示す概略図であり、以下、図１を参照して使用済み耐火物の破砕品を転炉や取鍋などの溶融金属容器に供給する方法を説明する。

図１において、１は輸送管、２はホッパー、３は切り出し装置、４は圧縮空気供給管、５は接着剤供給管、６は支持架台、７は転炉、８は炉前作業床、９は使用済み耐火物の破砕品である。輸送管１はその両端１ａ，１ｂが解放しており、又、輸送管１に接続する圧縮空気供給管４の圧縮空気の吹き出し口は、輸送管１の円周方向に連続して、或いは所定の間隔を隔てて設置され、その吹き出し方向は、輸送管１の管軸方向になっている。即ち、圧縮機（図示せず）によって圧縮された空気が、圧縮空気供給管４を経由して輸送管１内に導入され、輸送管１内に導入された圧縮空気は輸送管１の管端１ｂへ向かう流れを形成し、管端１ｂから輸送管１の外部へ噴出するようになっている。一方、圧縮空気によって輸送管１内に流れが形成されることで、管端１ａからは空気が吸い込まれ、輸送管１内の空気の流れの一部分を構成する。輸送管１には支持架台６が設置されており、炉前作業床８の任意の位置に移動して設置可能となっている。

ホッパー２に使用済み耐火物の破砕品９を予め収容しておき、圧縮空気供給管４を介して輸送管１内に圧縮空気を供給した状態で、切り出し装置３を作動させて破砕品９をホッパー２から切り出す。切り出された破砕品９は、圧縮空気によって形成される空気の流れの吸引力によって輸送管１内に吸い込まれ、この空気の流れと共に輸送管１内を移動し、管端１ｂから噴射される。噴射された破砕品９は、放物線状の軌跡を描き、転炉７内の側壁部に重力によって堆積し、破砕品９の層を形成する。転炉７の内部にはスラグが残留することもあり、このスラグは、スラグ自体が固化する際に破砕品９に対して接着剤として作用し、破砕品９の層の形成を安定化させる。従って、少量のスラグなら残留させても構わない。むしろ、少量のスラグを残留させ、スラグの上に破砕品９を堆積させることが好ましい。

破砕品９の層の形成を安定化させるために、スラグによる接着力を利用する以外に、接着剤を破砕品９に添加することが好ましい。接着剤としては、ピッチ、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、使用済みプラスチックなどを使用することができる。これらの接着剤を予め破砕品９に添加した後に破砕品９をホッパー２に収容してもよいが、接着剤によってホッパー２内で破砕品９が結合し、切り出し装置３による破砕品９の切り出しを阻害することも発生するので、接着剤は、輸送管１内で破砕品９に添加することが好ましい。この場合、例えば図１に示すように、輸送管１に設けた接着剤供給管５から接着材を供給すればよい。接着剤も破砕品９と同様に、圧縮空気によって形成される空気の流れによる吸引力によって輸送管１内に吸い込まれ、この空気流と共に輸送管１内を輸送され、管端１ｂから噴射される。

図１において、破砕品９の層が形成される転炉７の炉前作業床８側の側壁は、溶銑及び鉄スクラップの装入側であり、破砕品９の層を形成しない場合には、これらの装入毎に内張り耐火物は損傷し、円周方向の他の部位よりも損耗速度が大きくなるが、破砕品９の層を形成することにより、破砕品９の層が、内張り耐火物の保護層となって内張り耐火物の代わりに損傷するので、この部位の内張り耐火物の寿命を周囲の内張り耐火物と同等にすることができる。その結果、転炉７の寿命を左右していた部位の耐火物寿命が大幅に延長するので、転炉寿命を大幅に延ばすことが可能となる。又、従来使用していたドロマイトなどの内張り耐火物保護材の使用量を大幅に削減することも可能となる。

破砕品９を転炉７で利用する場合には、破砕品９の保護層としての効果を十分に発揮させるために、破砕品９としては、スラグに対する耐蝕性に優れるＭｇＯ質煉瓦、ＭｇＯ−Ｃ質煉瓦、ＭｇＯ−Ｃｒ₂ Ｏ₃ 質煉瓦のうちの１種以上の使用済み耐火物から得たものを用いることが好ましい。

尚、本発明の適用は上記に説明した転炉に限るものではなく、高炉鋳床の溶銑樋から落下する溶銑を受ける傾注樋や、転炉から出鋼される溶鋼を受ける取鍋などの溶銑及び溶鋼の落下位置に破砕品９を保護層形成材として投入してもよい。要は、内張り耐火物が優先的に損傷する部位に使用済み耐火物の破砕品９を保護材として投入することである。このようにすることで、内張り耐火物の寿命を延長させることができる。

また、上記説明では、内張り耐火物の保護層を形成する破砕品９として使用済み耐火物を破砕したものを使用しているが、この破砕品９の代わりに、補修用耐火物などの製品としての耐火物や耐火物のバージン原料などを使用することができる。この場合も、上記の説明に沿って、使用する輸送管１の内径に応じて保護層を形成する耐火物のサイズを決定する必要がある。保護層を迅速に形成させるためには、塊状品の耐火物だけでなく粉状品の耐火物を混合させることが好ましい。

転炉における内張り煉瓦の張り替え時に発生したＭｇＯ−Ｃ質煉瓦の使用済み耐火物をジョークラッシャーで５０ｍｍ以下に破砕した。破砕時、５ｍｍ以下の粉状品がおよそ７０質量％発生した。破砕して得た５０ｍｍ以下の使用済みＭｇＯ−Ｃ質煉瓦の全量を、図１に示す輸送設備を用いて、溶銑の脱炭精錬に使用される容量が２５０トンの転炉の側壁に投入した。

用いた輸送設備の輸送管の内径は２５０ｍｍであり、圧力が５気圧（５０７ｋＰａ）の圧縮空気を１Ｎｍ³ ／分の流量で輸送管内に供給し、５０ｍｍ以下の使用済みＭｇＯ−Ｃ質煉瓦の破砕品を１００ｋｇ／分の投入速度で、図１に示すように炉前作業床側に傾斜させた転炉の装入側側壁部に投入した。一回の投入量は約３００ｋｇであり、１〜５チャージ毎に投入した。又、接着剤としてピッチを２０〜３０質量％の配合量でＭｇＯ−Ｃ質煉瓦の破砕品に投入した。又、破砕品を供給する前、転炉内には前チャージのスラグを約１００〜５００ｋｇ程度残留させた。

その結果、転炉の内張り耐火物の寿命は３５００チャージを達成した。従来、内張り耐火物の保護材としてドロマイトを使用していたときの平均寿命が３０００チャージであるので、転炉の内張り耐火物の寿命を従来と遜色なく延長させることができた。

転炉内に使用済み耐火物の破砕品を供給する様子を示す概略図である。

符号の説明

１輸送管
２ホッパー
３切り出し装置
４圧縮空気供給管
５接着剤供給管
６支持架台
７転炉
８炉前作業床
９破砕品

Claims

使用済み耐火物を回収し、回収した耐火物を破砕して所定のサイズ以下とした使用済み耐火物の破砕品を準備しておき、輸送管内に圧縮空気を供給して輸送管内に空気の流れを形成させ、この空気の流れによって前記使用済み耐火物の破砕品を当該輸送管内に吸引し、吸引した使用済み耐火物の破砕品を、輸送管内を流れる空気と共に輸送管の一方の端面から溶融金属容器内に向けて吹き飛ばし、溶融金属容器に施工された耐火物の表面に使用済み耐火物の破砕品を堆積させることを特徴とする、使用済み耐火物の再利用方法。
使用済み耐火物を回収し、回収した耐火物を破砕して所定のサイズ以下とした使用済み耐火物の破砕品を準備しておき、輸送管内に圧縮空気を供給して輸送管内に空気の流れを形成させ、この空気の流れによって前記使用済み耐火物の破砕品を当該輸送管内に吸引し、吸引した使用済み耐火物の破砕品を、輸送管内を流れる空気と共に輸送管の一方の端面から溶融金属容器内に向けて吹き飛ばし、溶融金属容器内に残留させたスラグの上に使用済み耐火物の破砕品を投入し、当該スラグと共に使用済み耐火物の破砕品を固着させることを特徴とする、使用済み耐火物の再利用方法。
前記輸送管内で使用済み耐火物の破砕品に接着剤を添加することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の使用済み耐火物の再利用方法。
前記使用済み耐火物は、ＭｇＯ質煉瓦、ＭｇＯ−Ｃ質煉瓦、ＭｇＯ−Ｃｒ₂ Ｏ₃ 質煉瓦の内の１種以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の使用済み耐火物の再利用方法。
前記溶融金属容器は、溶銑の精錬に使用される転炉であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の使用済み耐火物の再利用方法。
溶融金属容器の内張り保護層の形成方法であって、輸送管内に圧縮空気を供給して輸送管内に空気の流れを形成させ、この空気の流れによって耐火物を当該輸送管内に吸引し、吸引した耐火物を、輸送管内を流れる空気と共に輸送管の一方の端面から溶融金属容器内に向けて吹き飛ばし、溶融金属容器に施工された耐火物の表面に前記耐火物を堆積させることを特徴とする、溶融金属容器の内張り保護層の形成方法。