JP2006144033A - スラグの処理方法および処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
スラグの体積安定性を高めることができ，しかもスラグ中の遊離ＣａＯを効果的に減少させることができるスラグの処理方法と処理装置を提供する。
【解決手段】
スラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３を加熱して処理する装置１であって，スラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３の上方に配置される保温カバー１２と，この保温カバー１２に上向きの力を加えることにより，スラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３の液面に保温カバー１２を浮かせた状態を維持させるカウンターウェイト２４と，保温カバー１２に支持されて，保温カバー１２内において溶融スラグ３を加熱するバーナ２７を備えている。スラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３の液面に保温カバー１２を浮かせ，この保温カバー１２に支持したバーナ２７により，保温カバー１２内において溶融スラグ３を加熱する。
【選択図】 図1

Description

本発明は，製鋼工程などで発生するスラグを溶融状態で改質処理する方法と装置に関する。

脱りん，脱硫，脱炭精錬によって生成されるスラグ（製鋼スラグ）は，道路路盤材，コンクリート用骨材等に利用される。だが製鋼スラグに含まれる遊離ＣａＯは，水和反応を起こして膨張するため体積安定性が低く，製鋼スラグは，土木工事用の仮設材，道路の地盤改良材，下層路盤材等の低級用途に専ら利用され，より高級用途である上層路盤材，コンクリート用骨材，石材原料等には用いがたい。

このため，自然養生や蒸気エージングによってスラグ中の遊離ＣａＯの水和反応を促進させる方法が，一般に採用されている。しかしながら，このように自然養生や蒸気エージングを行うためには，膨張特性が無視できるようになるまで長期間の養生と広い敷地が必要となる。またこの方法では，遊離ＣａＯを効果的に消滅させることができず，依然としてスラグの用途が限られてしまう。

そこで従来，転炉から排出された脱炭スラグを溶融状態のまま改質する方法が開示されている（非特許文献１参照）。これは，溶融スラグ中に酸素と珪石を浸漬ランスを通じて吹き込み，スラグ中のＦｅＯを酸化して昇熱しながら改質材によってスラグの塩基度を低減し，未滓化石灰を体積安定性のある化合物に変化させる方法である。また溶融金属に関してであるが，容器内の鋼浴面高さをカメラで検知し，それに基いて浸漬装置の高さを制御することが開示されている（特許文献１参照）。また，真空槽内圧力に基いて鋼浴面レベルの変化を算出し，浸漬装置の高さを制御することも開示されている（特許文献２参照）。更に，真空槽を昇降させる装置にランスを支持させ，真空槽とランスを同時に昇降させることも開示されている（特許文献３参照）。

M.Kuehn,et al.,2nd European Steelmaking Congress,Taranto(1997)p445/453 特開２００１−３２９３１０号公報 特開平１１−３２３４２７号公報 特開平９−１５７７３０号公報

しかし非特許文献１の方法では，脱炭スラグのように１６００℃以上の高温スラグでかつ流動性が確保されている場合には効果があるものの，スラグ温度やスラグ中のトータルＦｅ（％Ｔ．Ｆｅ）が低位であったり，塩基度（％ＣａＯ／％ＳｉＯ_２）が高位であった場合には，スラグの流動性が失われ，改質効果を十分に発揮できないといった課題がある。例えば脱りんスラグのように精錬温度が１３００〜１４００℃と低い場合には，冶金炉から排出された時点で既に固相率が高く，酸素の吹き込みが困難な状態になるか，または，吹き込んでも酸化反応が継続して起こりにくい状態になってしまう。スラグの温度が上昇しないと粘性も高くなり，改質材による均一な反応も期待できない。また特許文献１〜３の方法は，何れもスラグの改質処理自体を対象としたものではなく，特に特許文献１の方法は，浸漬装置を浸漬させた後は，湯面の変化に対応できない。また特許文献２，３の方法は，何れも減圧下での精錬に関するものである。

本発明の目的は，スラグの体積安定性を高めることができ，しかもスラグ中の遊離ＣａＯを効果的に減少させることができるスラグの処理方法と処理装置を提供することにある。

かかる課題を解決するために，本発明によれば，スラグ鍋に入れられた溶融スラグの液面に保温カバーを浮かせ，この保温カバーに支持したバーナにより，前記保温カバー内において溶融スラグを加熱することを特徴とする，スラグの処理方法が提供される。

スラグの塩基度を低下させる改質材を，前記バーナから溶融スラグに溶射しても良い。また，前記保温カバーに貫通させたランスの先端を溶融スラグ中に浸漬させ，溶融スラグ中にガスを吹き込むようにしても良い。

また本発明によれば，スラグ鍋に入れられた溶融スラグを加熱して処理する装置であって，スラグ鍋に入れられた溶融スラグの上方に配置される保温カバーと，この保温カバーに上向きの力を加えることにより，スラグ鍋に入れられた溶融スラグの液面に保温カバーを浮かせた状態を維持させるカウンターウェイトと，前記保温カバーに支持されて，前記保温カバー内において溶融スラグを加熱するバーナを備えることを特徴とする，スラグの処理装置が提供される。

前記保温カバーの上方に架構を配置し，この架構に取付けられたスプロケットに巻回させたチェーンの一端を前記保温カバーに接続し，前記チェーンの他端を前記カウンターウェイトに接続しても良い。また，前記保温カバーに，ランスを通す孔を設けても良い。また，前記保温カバーの内面，下端面及び外面の下部に耐火物を取付けても良い。更に，前記バーナは，スラグの塩基度を低下させる改質材を溶射できるものであっても良い。

本発明によれば，溶融スラグの液面に浮かせた保温カバーの内部において溶融スラグを加熱することにより，熱を外部へ漏らさずに効率良く溶融スラグを加熱できるようになる。また，溶融スラグの液面に浮かせた保温カバーにバーナが支持されているので，加熱処理中に溶融スラグの液面が変化しても，それに追従してバーナの高さが変化するため，バーナと溶融スラグの液面からのバーナの高さがほぼ一定に保たれ，バーナから発した火炎の温度が最も高い位置を常に溶融スラグの液面に当てることができ，溶融スラグを常に最適な条件で加熱することができる。また，保温カバーが溶融スラグの液面に浮いていることにより，加熱中に保温カバー下端が溶融スラグの液面から上方に持ち上がることがなく，保温カバー内から漏れ出た熱によってスラグ鍋を劣化させることも回避できる。そして，このように溶融スラグを効率良く加熱することにより，溶融スラグの流動性が好適に保たれ，溶融スラグ中の気泡を円滑に上昇させて排出させることができ，また，溶融スラグ中に含まれるＳｉＯ_２やバーナから溶融スラグに溶射した改質材によってスラグ中の遊離ＣａＯを体積安定性のある化合物に速やかに変化させることが可能となる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかる処理装置１の概略的な構成を示す説明図である。図２は，保温カバー１２の縦断面図である。

図１に示すように，スラグ鍋２には，例えば転炉から排出された溶融スラグ（脱炭スラグ）３が溶融状態のまま入れられている。スラグ鍋２の周りには，架構１０が置かれている。架構１０は，床４の上を移動自在であり，図１は，架構１０をスラグ鍋２の位置まで移動させた状態を示している。また架構１０には，複数本のチェーン１１を介して保温カバー１２が吊下げられている。後述するように，保温カバー１２は昇降自在に構成されており，図１では，保温カバー１２が下降し，スラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３の液面に保温カバー１２が浮かんだ状態を示している。

図２に示すように，保温カバー１２は，下面が開口し，上面が閉じられた円筒形状のカバー本体１５と，このカバー本体１５の内面，カバー本体１５の下端面及びカバー本体１５の外面の下部に取付けられた耐火物１６とで構成されている。カバー本体１５は例えば鋼製である。保温カバー１２の上面には，中央に配置されたバーナ挿通孔１７と，このバーナ挿通孔１７の周りに配置されたランス挿通孔１８が設けられている。

図１に示すように，架構１０の上部フレーム２０には，チェーン１１を巻回させて吊下げるためのスプロケット２１がブラケット２２を介して取付けられている。スプロケット２１は，複数本のチェーン１１のそれぞれに対応するように適当箇所に配置されている。図１に示す例では，各チェーン１１を，保温カバー１２の上方に配置したスプロケット２１と，保温カバー１２の上方から側方に配置したスプロケット２１とに跨って巻回させて吊下げている。そして，このようにそれぞれ２つのスプロケット２１に巻回されて吊下げられた各チェーン１１の一端は，保温カバー１２の上面に金具２３を介してそれぞれ接続されている。また各チェーン１１の他端には，カウンターウェイト２４がそれぞれ吊下げられている。こうして上方に配置された２つのスプロケット２１を跨いで吊下げるように配置した各チェーン１１の一端に保温カバー１２を接続し，他端にカウンターウェイト２４を接続することにより，保温カバー１２を上に持上げる方向にカウンターウェイト２４の自重が作用している。

ここでカウンターウェイト２４の総質量Ｗは，保温カバー１２の質量ｗよりも数十ｋｇ程度軽く設定されている（ｗ−Ｗ＝数十ｋｇ）。また，各カウンターウェイト２４それぞれの質量バランスによって，保温カバー１２の上下面が常に水平を保つように設定されている。これにより，保温カバー１２は，チェーン１１で吊下げられて水平な姿勢を保ったまま，下向きに数十ｋｇ程度の力で付勢された状態になっている。各スプロケット２１を回転させる際には摩擦抵抗が発生するが，このように数十ｋｇ程度の力で付勢されることにより，各スプロケット２１が摩擦抵抗に抗って回転し，保温カバー１２がスムーズに下降できるようになっている。

こうして下降した保温カバー１２は，下端面をスラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３の液面から僅かに下方に浸漬させて，溶融スラグ３の液面に浮かんだ状態を維持するようになっている。即ち，前述のように保温カバー１２にはカウンターウェイト２４の自重が上向きに加わっているので，保温カバー１２の下端面が溶融スラグ３の液面から僅かに下方に浸漬した位置で，保温カバー１２が下向きに付勢されている数十ｋｇ程度の力と保温カバー１２に加わる浮力が釣り合い，保温カバー１２は溶融スラグ３中に沈むことなく，溶融スラグ３の液面に浮かんだ状態を維持することができる。

保温カバー１２の上面には支柱２５が立設してあり，この支柱２５に固定されたプレート２６に加熱用のバーナ２７が支持されている。バーナ２７の燃料としては，ＬＰＧ，重油，微粉炭，排プラスチックなどを用いることができる。バーナ２７は，保温カバー１２の上面中央に形成されたバーナ挿通孔１７から保温カバー１２内に挿入されるように支持されている。また，こうしてバーナ２７を保温カバー１２に対して固定することにより，バーナ２７の下端に形成された火炎ａの噴出口２８は，保温カバー１２の内部において，溶融スラグ３の液面から所定の高さｈに配置されている。この場合，所定の高さｈは，バーナ２７下端の噴出口２８から火炎ａを噴出した際に，火炎ａの温度が最も高くなる位置が，溶融スラグ３の液面付近となるように設定されている。また，バーナ２７は，このように火炎ａを噴出して溶融スラグ３を加熱すると共に，スラグの塩基度を低下させる改質材を，必要に応じて溶融スラグ３の液面に向って溶射できるようになっている。

上述した保温カバー１２の上面に形成されたランス挿通孔１８には，溶融スラグ３中に攪拌用のガスを噴き込むためのランス３０が挿入されている。このランス３０は，図示しない昇降機構の稼動により，保温カバー１２に対して昇降するようになっている。

図１に示す例では，各チェーン１１を巻回させている２つのスプロケット２１のうち，保温カバー１２の上方に配置されたスプロケット２１には，ブレーキ付きモータ３１がそれぞれ装着してある。各ブレーキ付きモータ３１を同期させて稼動させることにより，チェーン１１で吊下げられている保温カバー１２を，水平な姿勢を保ったまま，上方に移動させることができる。一方，各ブレーキ付きモータ３１の稼動を同期させてＯＦＦにすると，上述のように，保温カバー１２は，水平な姿勢を保ったまま下向きに数十ｋｇ程度の力で付勢されて下降するようになっている。また，このように保温カバー１２が下降する際には，各ブレーキ付きモータ３１によってチェーン１１に制動力が加わることにより，保温カバー１２がゆっくりと下降するようになっている。

さて，以上のように構成された処理装置１において，溶融スラグ３を入れたスラグ鍋２が床４の上に置かれると，架構１０がスラグ鍋２の位置まで移動してくる。なお，このように架構１０を移動させる場合は，ブレーキ付きモータ３１の稼動により保温カバー１２をスラグ鍋２にぶつからない高さまで予め上昇させておく。そして，スラグ鍋２の上方に架構１０の上部フレーム２０を位置させた後，ブレーキ付きモータ３１の稼動をＯＦＦにして，保温カバー１２を水平な姿勢を保ったまま制動を加えつつゆっくりと下降させる。この場合，保温カバー１２は下向きに数十ｋｇ程度の力で付勢されて下降するので，スプロケット２１に加わる摩擦抵抗などによって保温カバー１２が途中で停止してしまうことはない。

こうして，保温カバー１２の下端面がスラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３の液面から僅かに下方に浸漬された位置まで下降すると，溶融スラグ３から保温カバー１２に加わる浮力によって，保温カバー１２は溶融スラグ３の液面に浮かんだ状態を維持することになる。

そして，このように保温カバー１２を溶融スラグ３の液面に浮かせた状態で，保温カバー１２に支持したバーナ２７から溶融スラグ３の液面に向って下向きに火炎ａを噴出し，溶融スラグ３を加熱する。この場合，バーナ２７下端の噴出口２８が溶融スラグ３の液面から所定の高さｈに配置されているので，火炎ａの温度の最も高くなる位置が溶融スラグ３の液面付近となり，溶融スラグ３を効率良く加熱することができる。

こうしてスラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３を効率良く加熱して溶融スラグ３の流動性を好適に保つことにより，溶融スラグ３中から気泡を速やかに浮上排出させると共に，溶融スラグ３中に存在する遊離ＣａＯを溶融スラグ３中に存在するＳｉＯ_２などと反応させて，体積安定性のある化合物（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２等）に変化させることができる。また，溶融スラグ３中に残っているＦｅ（粒鉄）を速やかにスラグ鍋２の底部に沈降させることが可能である。

この場合，バーナ２７から溶融スラグ３に向けて，スラグの塩基度を低下させる改質材を溶射しても良い。改質材としては，溶融スラグ３よりも塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２（質量比））が低いものであれば特に限定されないが，例えばＳｉＯ_２を含有する物質を溶射しても良い。ＳｉＯ_２を含有する物質としては，フライアッシュ，珪砂等が例示できる。また，改質材の溶射量は，溶融スラグ３の成分や温度，目標とする改質スラグの成分等から，適宜設定すれば良い。

また，このようにスラグ鍋２に入れられた溶融スラグ３を火炎ａで加熱し，もしくは，溶融スラグ３を火炎ａで加熱すると共に改質材を溶射する一方で，保温カバー１２上面のランス挿通孔１８に挿入したランス３０を適宜下降させ，溶融スラグ３中に浸漬させたランス３０の先端からガス（空気，酸素，窒素等）を噴き込むことにより，溶融スラグ３を攪拌させても良い。こうして攪拌することにより，溶融スラグ３中からの気泡の浮上排出を促進させ，遊離ＣａＯをＳｉＯ_２等と反応させて遊離ＣａＯを低減させることができ，均一な改質が行われるようになる。なお，ランス３０から溶融スラグ３中に酸素を吹込むことにより，溶融スラグ３中のＦｅＯを酸化させ，その際に発生する酸化熱によって溶融スラグ３の流動性向上，溶融改質を更に促進させることができる。なお，バーナ２７による加熱操作と，ランス３０による攪拌操作を，もしくは，バーナ２７による加熱操作と改質材の溶射操作と，ランス３０による攪拌操作を，１回ずつもしくは複数回ずつ適宜交互に繰り返して行っても良い。

一方，このように溶融スラグ３中から気泡を浮上排出させ，遊離ＣａＯをＳｉＯ_２等と反応させて遊離ＣａＯを低減させることに伴って，溶融スラグ３の液面高さは処理の前後で大きく変化（特に低下）していく。しかるに，以上に説明した本願発明の実施の形態によれば，溶融スラグ３の液面に浮かせた保温カバー１２にバーナ２７が支持されているので，溶融スラグ３の液面高さが変化しても，それに追従して保温カバー１２も上下していく。こうして，バーナ２７下端の噴出口２８は常に溶融スラグ３の液面から所定の高さｈに位置することとなるので，バーナ２７下端の噴出口２８から発した火炎ａの温度が最も高い位置を常に溶融スラグ３の液面付近に当てることができ，溶融スラグ３を最適な条件で加熱することができる。

また，このように溶融スラグ３の液面に浮かせた保温カバー１２の内部においてバーナ２７下端の噴出口２８から発した火炎ａで溶融スラグ３を加熱することにより，熱を外部へ漏らさずに保温カバー１２の内部において効率良く溶融スラグ３を加熱することができる。この場合，保温カバー１２が溶融スラグ３の液面に浮いていることにより，加熱中に保温カバー１２下端が溶融スラグ３の液面から上方に持ち上がることがなく，保温カバー１２の内部から熱が漏れ出ることがなく，そのため，熱によってスラグ鍋２を劣化させることも回避できる。

こうして改質処理されたスラグは，水浸膨張比が低減され，強度が向上したものとなる。このため，処理されたスラグは，上層路盤材，アスファルト混合道路用材，アスファルト舗装用骨材，コンクリート用骨材，コンクリート二次製品用原料，窯業・タイル用原料，人工石材原料等の各種有用な原料に適用することができ，再生資源として有効利用できるようになる。

図１で説明した処理装置において，溶融スラグを処理した。保温カバーをチェーンによって４点吊りし，カウンターウェイトでバランスをとることにより，保温カバーが２０ｋｇの質量で下向きに付勢されるようにした。転炉からの溶融スラグ２０ｔｏｎの入ったスラグ鍋をセットし，保温カバーを緩やかに降下させ，溶融スラグの液面に保温カバーの下端が接触した後，ブレーキ付きモータの制動を開放し，保温カバーを溶融スラグ液面に浮かせた状態でバランスさせた。

この状態で，１３００℃の溶融スラグに対して保温カバーに支持したバーナによる加熱とフライアッシュの溶射を５分，ランスによるガス攪拌１分を交互に３回繰り返した。この操作中に溶融スラグの液面は約６００ｍｍ低下したが，常に保温カバーは溶融スラグの液面に浮いた状態を維持し，保温カバー下端と溶融スラグの液面の間に隙間ができることがなく，また，溶融スラグの液面とバーナ下端の噴射口との間隔を１０ｍｍ以内の誤差範囲内で一定に保てた。その結果，溶融スラグを１４００℃まで加熱できた。

（比較例）
実施例と同様に，図１で説明した処理装置において，転炉からの溶融スラグ２０ｔｏｎの入ったスラグ鍋をセットした。但し比較例では，ブレーキ付きモータの代りにウインチを用いて保温カバーを下降させ，保温カバー下端が溶融スラグ液面に接触したことを目視で確認し，保温カバーの下降を停止させた。

この状態で，１３００℃の溶融スラグに対して保温カバーに支持したバーナによる加熱とフライアッシュの溶射を５分，ランスによるガス攪拌１分を交互に３回繰り返した。この操作中に溶融スラグの液面が約６００ｍｍ低下したので，保温カバーの外側において溶融スラグの液面を目視にて確認し，ウィンチによって保温カバーの高さを調整した。しかしながら，比較例では常に保温カバー下端を溶融スラグの液面に接触させた状態を維持できず，保温カバーと溶融スラグの液面との間に隙間ができ，バーナから噴射した火炎によりスラグ鍋に損傷を与えた。また，溶融スラグの液面とバーナ下端の間隔は１００ｍｍ以上変動した。また，溶融スラグは１３４０℃までしか加熱できなかった。

本発明は，製鋼工程などで発生するスラグの処理などに利用される。

本発明の実施の形態にかかる処理装置の概略的な構成を示す説明図である。 保温カバーの縦断面図である。

符号の説明

１ 処理装置
２ スラグ鍋
３ 溶融スラグ
４ 床
１０ 架構
１１ チェーン
１２ 保温カバー
１５ カバー本体
１６ 耐火物
１７ バーナ挿通孔
１８ ランス挿通孔
２０ 上部フレーム
２１ スプロケット
２２ ブラケット
２３ 金具
２４ カウンターウェイト
２５ 支柱
２６ プレート
２７ バーナ
２８ 噴出口
３０ ランス
３１ ブレーキ付きモータ

Claims (8)

1. スラグ鍋に入れられた溶融スラグの液面に保温カバーを浮かせ，この保温カバーに支持したバーナにより，前記保温カバー内において溶融スラグを加熱することを特徴とする，スラグの処理方法。
2. スラグの塩基度を低下させる改質材を，前記バーナから溶融スラグに溶射することを特徴とする，請求項１に記載のスラグの処理方法。
3. 前記保温カバーに貫通させたランスの先端を溶融スラグ中に浸漬させ，溶融スラグ中にガスを吹き込むことを特徴とする，請求項１または２に記載のスラグの処理方法。
4. スラグ鍋に入れられた溶融スラグを加熱して処理する装置であって，
   スラグ鍋に入れられた溶融スラグの上方に配置される保温カバーと，この保温カバーに上向きの力を加えることにより，スラグ鍋に入れられた溶融スラグの液面に保温カバーを浮かせた状態を維持させるカウンターウェイトと，前記保温カバーに支持されて，前記保温カバー内において溶融スラグを加熱するバーナを備えることを特徴とする，スラグの処理装置。
5. 前記保温カバーの上方に架構を配置し，この架構に取付けられたスプロケットに巻回させたチェーンの一端を前記保温カバーに接続し，前記チェーンの他端を前記カウンターウェイトに接続したことを特徴とする，請求項４に記載のスラグの処理装置。
6. 前記保温カバーに，ランスを通す孔を設けたことを特徴とする，請求項４または５に記載のスラグの処理装置。
7. 前記保温カバーの内面，下端面及び外面の下部に耐火物を取付けたことを特徴とする，請求項４〜６のいずれかに記載のスラグの処理装置。
8. 前記バーナは，スラグの塩基度を低下させる改質材を溶射できることを特徴とする，請求項４〜７のいずれかに記載のスラグの処理装置。

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