JP2005256083A

JP2005256083A - 製鉄スラグの冷却処理方法

Info

Publication number: JP2005256083A
Application number: JP2004069153A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Washisu; 敏鷲巣
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: JP4267488B2

Abstract

【課題】ＣａＯ分を含む製鉄スラグの冷却処理において、処理時間が短くかつ冷却時間のばらつきの少ない安定した処理を可能とすると同時に、設備過剰投資と処理コスト・負荷を軽減した効率のよいスラグ処理方案を提供する。
【解決手段】ＣａＯ分を含む製鉄スラグ２をスラグ鍋１に排滓後冷却する方法において、前記冷却方法がスラグ鍋上端付近まで注水３する第１段階と、スラグ鍋の上部の少なくとも水浸透部分のスラグ５を排出する第２段階と、再度スラグ鍋上方からスラグ鍋の鉄皮表面温度が１００℃以下になるまで注水を行う第３段階とからなる製鉄スラグ冷却方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は製銑・製鋼工程で発生するＣａＯ分を含む製鉄スラグを冷却処理する方法に関するものである。

近年の粗鋼生産量の増大とともに製銑工程・製鋼工程で発生する製鉄スラグ量も増加の一途をたどっている。しかしスラグ鍋等に受けた直後の製鉄スラグは高温であるため、未冷却のまま反転した場合は大量の粉塵飛散や火炎の発生、また、溶銑脱硫スラグや高炉スラグにおいては含有するグラファイトが飛散するため、環境問題等を引き起こす。このため製鉄スラグ反転の場合には建屋内や集塵機下で反転を行う等の対策が必要であるが、スラグに散水または注水を行うことで冷却し、粉塵の発生しない適度な含水状態にした後に反転する方法も用いられる。特にグラファイトを多く含有する溶銑脱硫スラグでは、比較的簡単な設備で大量のスラグを処理できることもあり、各製鉄所等で一般に用いられている。

これら製鉄スラグを散水または注水により円滑に処理するための手段として、散水または注水方法を工夫し、スラグの発塵をおさえ、かつ不必要な散水を押さえる方法が従来より提示されている。たとえば特許文献１では、スラグ鍋に受けた溶銑脱硫スラグに大量の散水を行い、上面が水張り状態になるまで冷却する１次冷却段階と、この後蒸発量に見合う散水量にてスラグ鍋の鉄皮温度が１００〜５０℃になるか、あるいは鍋に受けたスラグ量の１／２相当の容積の注水量で冷却する２次冷却工程の２段階を有する方案が提示されている。

しかしながら、特許文献１に示される方法は、スラグの性状が一様な場合であれば問題なく適用できるが、実際は地金塊・スラグ塊等も含む不均一な性状であり、特にスラグ中にＣａＯ分が含まれている場合には水和膨張し、スラグ塊／粒間の隙間がなくなることで、水の浸透性が悪化するため、計算上の蒸発熱量以上の冷却水が必要になる場合が多い。従って、ＣａＯ分が含まれている場合には、冷却時間は必ずしも一定とはならず、操業計画が立てにくかったり、冷却時間のばらつきを見越して散水冷却設備を過大な基数設置しなくてはならない等、大きな生産・設備負荷が生じてしまうという課題があった。

特開昭６１−２４９８６号公報

本発明が解決しようとする課題は、ＣａＯ分を含む製鉄スラグの冷却処理において、処理時間が短く、かつ冷却時間のばらつきの少ない安定した処理を可能とすると同時に、設備過剰投資と処理コスト・負荷を軽減した効率のよいスラグ処理方案を提供することである。

本発明の要旨は以下の通りである。
ＣａＯ分を含む製鉄スラグをスラグ鍋に排滓後冷却する方法において、前記冷却方法がスラグ鍋上端付近まで注水する第１段階と、スラグ鍋の上部の少なくとも水浸透部分のスラグを排出する第２段階と、再度スラグ鍋上方からスラグ鍋の鉄皮表面温度が１００℃以下になるまで注水を行う第３段階とからなることを特徴とする製鉄スラグ冷却方法である。

本発明の製鉄スラグの冷却方法は、短くかつ安定した冷却時間で製鉄スラグを冷却することが可能であり、設備過剰投資と処理コスト・負荷を軽減し効率よい製鉄スラグ処理を可能とすることができる。

本発明者らは、水冷中にはスラグ中のＣａＯ分が水和膨張し、スラグ塊・粒同士の間の隙間がなくなることで、水の浸透性が悪化することから、この水和膨張する部分を除去し、水冷速度を再度上げることを考えた。

製銑・製鋼工程で用いられるＣａＯ分としては生石灰・石灰石等が代表的であるが、ＣａＯの融点は約２４００℃と溶銑温度・溶鋼温度と比較して高温であるため、かなりのＣａＯ分が未溶解のままスラグ中に残留してしまう。そのため、ＣａＯ分を含む製鉄スラグを冷却する際には、水と反応し以下（１）式のような水和反応が起こる。
ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）₂ （１）
ＣａＯ分は、（１）式の水和反応により体積が約１．９５倍に膨張する。従ってスラグ鍋に排滓した製鉄スラグを上方から散水冷却した場合には、当初、空隙率４０％程度あった製鉄スラグが、前記ＣａＯの水和反応によってスラグの粒子間の空間（隙間）が無くなり、特に水が浸透したスラグ鍋上部のスラグほど空隙率が減少してしまう。この結果、スラグ鍋下部の製鉄スラグほど水の浸透が遅れ、冷却時間が長くなってしまう。
そこで本発明者らは、スラグ鍋の上部の既に水が浸透した製鉄スラグを冷却途中で除去することで、下部のスラグへの水の浸透速度を向上させ、水冷速度を促進させることを考えた。

また、同じ高さのスラグ鍋において、スラグの性状（粒子径・空隙率）が同じであれば、下記（２）式に示すように、鍋内スラグと水面との距離すなわち水が浸透したスラグを含む有効冷却水高さ（ヘッド）ｈが大きく、逆にスラグ層高さＬ（水が浸透していない部分の高さ）が小さいほど、スラグへの水の浸透速度ｕは上昇すると考える。
ｕ ∝ ｈ／Ｌ（２）
従って、水が浸透したスラグ鍋上部の製鉄スラグを除去すれば、その分だけスラグ鍋上部の空間が増加し、スラグ鍋内の有効冷却水高さ（ヘッド）が増加するため、スラグ鍋下部の製鉄スラグに浸透せしめる水圧も上昇させることも可能になると考える。
以上の２つの相乗効果によって、単にＣａＯ分が膨張していないスラグ層を表面に出すのみではなく、水の浸透速度を上げることで冷却時間を短縮させることを知見したのである。

以下に具体的な冷却方法について説明する。図１は、本発明によるスラグの冷却過程の一例を示したものである。スラグ鍋１に受けた製鉄スラグ２は、第１段階で鍋上方より注水または散水３され、冷却が開始される。（２）式より、冷却水がスラグ鍋内に張られて行き、有効冷却水高さｈが大きくなるほど冷却水浸透速度ｕは上昇する。しかし冷却水がスラグ鍋口高さＨに到達、すなわちＨ＝ｈ＋Ｌの場合、これ以上冷却水浸透速度ｕを上げることができなくなる。
さらに、前記水和反応によってスラグ鍋上部のスラグのＣａＯ分が膨張する為、スラグへの水の浸透時の抵抗が増大し、スラグ鍋下部スラグには水が浸透し難くなり、ついには鍋口から冷却水が流出４しはじめる。なお既に水の浸透したスラグ層は、これ以上冷却水を加えるとヘドロ状になってしまい、後のスラグ処理の際の作業・環境負荷も増加する。よって、この冷却水流出時点を第１段階から第２段階へ移行するタイミングとする。
次に第２段階で少なくともスラグに水が浸透している部分５について、ショベルカー等６を用いて鍋外に除去する。水の浸透部分か否かはスラグ表面温度を測定しながら判断することが確実であるが、簡易的にスラグを徐々に排出しながら目視でスラグ表面に赤熱部分が露出し始めたタイミングで水浸透部分の除去が完了、即ちスラグ未冷却（未浸透）部分が露出したと判断しても構わない。本来なら水冷部分以上を可能な限り除去し、スラグ厚みを薄くすることが望ましいが、赤熱したスラグ未冷却部に上方に残っている冷却水がかかれば、突然の水との接触により一気に水蒸気爆発が発生する恐れがある。そこで、実際はスラグ表面に赤熱部分が認められないことを確認しつつ、水未浸透部分のみを除去することが安全上望ましい。
この後、再度注水３による冷却する第３段階に移行する。ただし、水位が増えてスラグ厚みが薄くなったため、今度は第１段階のスラグの冷却より水の浸透速度が向上している。次に非接触式放射温度計７ないしは接触温度計あるいは熱電対にてスラグ鍋表面温度（鉄皮表面温度）を測定しながら注水し、この温度が１００℃以下まで低下しているか否かを確認し、鉄皮温度が１００℃以下に低下していれば散水を停止する。但し、鉄皮温度低下に必要以上に時間を要する場合（例えば第３段階の注水開始後、２０時間経過後も鉄皮温度１００℃に達しない場合）には、注水を停止して再度第２段階に戻り、水浸透したスラグ部分の除去と再冷却を繰り返すことをも作業効率を考える上で好ましい方法である。

前記のように第３段階のスラグ鍋鉄皮温度が１００℃以下となった時点でスラグ鍋の下部スラグも全て水が浸透し冷却が完了したものと判断し、スラグへの注水を停止する。スラグ鍋鉄皮と冷却時間の関係を表した図２に示すように、スラグ鍋鉄皮温度は１００℃付近で温度降下の速度は非常に遅くなる。この１００℃となる時点は、水が製鉄スラグ全体へ浸透した時とほぼ一致しており、図２中に示すように、実際にその時点で冷却を中止しスラグ鍋を反転して調査したスラグの冷却完了状態（含水したスラグの割合）の推移とも一致していた。従って、１００℃以下になった場合を冷却完了とすれば、スラグ鍋の下部スラグも全て水が浸透し冷却が完了したものと見なすことができるのである。
なお第２段階のスラグ除去については、ショベルカー等を用いて掬い出したり、天井クレーンを使う、あるいはスラグ鍋をスラグダンプカー８で背負い徐々に傾斜させて水冷部分のみ排出する等の方案が考えられるが、許される処理時間・可能な冷却設備基数、処理専用地の広さ等、処理設備の条件により適宜選択すればよい。

本発明の実施例を説明する。まず各製鉄スラグの成分は、以下の通りである。
１．溶銑脱Ｓ滓
３５０ｔ溶銑鍋において、浸漬ランスによるインジェクションにより生石灰８５％−Ｍｇ１５％の脱硫剤を添加した際の処理後スラグである。
主要成分ＣａＯ：２０〜２５％
Ｔ．Ｆｅ：４０〜５０％（うちＭ．Ｆｅ：３５〜４５％）
ＳｉＯ₂：４〜５％、Ａｌ₂Ｏ₃：≦１％
Ｓ：１〜２％、グラファイト：３〜５％
２．高炉滓
主要成分ＣａＯ：３０〜４０％、ＳｉＯ₂：３０〜４０％
Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜２０％、Ｓ：０．５〜１％
Ｔ．Ｆｅ：≦１％、グラファイト：１〜３％
３．転炉滓
主要成分ＣａＯ：４５〜５０％、ＳｉＯ₂：１０〜１５％
Ａｌ₂Ｏ₃：１〜２％、Ｓ：０．０１〜０．０２％
Ｔ．Ｆｅ：１５〜２０％（うちＭ．Ｆｅ≦５％）
Ｐ₂Ｏ₅：２．５〜３．５％
グラファイト ≒ ０％
なお、本発明例は何れも水冷途中でスラグの水浸透部分を除去後、再度鉄皮表面温度が１００℃以下まで水冷した例である。また比較例１〜４はスラグ鍋上部から鉄皮表面温度が１００℃以下まで注水のみを行った場合、もしくはスラグ量の１／２相当の容量で注水した場合の比較例である。

表１に本発明の実施例を、表２には比較例を結果を示す。途中でスラグの水浸透部分を除去した本発明例１〜５では、何れも２４時間以内に冷却を完了させることができた。特に本発明例５はスラグへの水浸透が少なかったために途中でスラグの水浸透部分の除去を２回実施した例であるが、それでも２４時間で冷却を完了させることができた。
一方、表面が水張りするまで大量散水を行い、その後は本発明例のように途中でスラグ排出を行わずに水冷を続けた比較例１〜４は、いずれも冷却完了まで３０時間以上を要してしまった。特に途中２回スラグ除去をおこなった本発明例５とスラグパンの大きさが同じで、かつスラグ量がほぼ同じであった比較例２は、大幅に冷却時間が延長されていた。

本発明によるスラグ冷却のフローの一例を示す図。製鉄スラグ冷却中におけるスラグ鍋鉄皮温度の推移を示す。

符号の説明

１…溶銑鍋
２…製鉄スラグ
３…注水または散水（冷却水）
４…オーバーフローした冷却水
５…スラグ水冷部分
６…ショベルカー
７…非接触式放射温度計
８…スラグダンプカー
９…溶銑鍋
１０…溶銑ないしは溶鋼
１１…スラグ除滓機（ドラッガー）
Ｈ…スラグ鍋口高さ
Ｌ…スラグ層高さ
ｈ…有効冷却水高さ（ヘッド）

Claims

ＣａＯ分を含む製鉄スラグをスラグ鍋に排滓後冷却する方法において、前記冷却方法がスラグが入ったスラグ鍋の上端付近まで注水する第１段階と、スラグ鍋の上部の少なくとも水浸透部分のスラグを排出する第２段階と、再度スラグ鍋上方からスラグ鍋の鉄皮表面温度が１００℃以下になるまで注水を行う第３段階とからなることを特徴とする製鉄スラグ冷却方法。