JP2012072424A

JP2012072424A - 高炉用原料の製造方法

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Publication number: JP2012072424A
Application number: JP2010216846A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tofusa; 博幸當房; Kazuya Yabuta; 和哉藪田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP5747467B2

Abstract

【課題】製鋼スラグから磁力選別により回収された細粒状の磁着物を高炉に直接リサイクルするために、細粒状の磁着物を材料とする塊状の高炉用原料を安価に且つ効率的に製造する。
【解決手段】細粒状の磁着物に結合材と水を加えて混練し、この混練物を水和硬化させた後、破砕処理および分級処理して塊状の高炉用原料を得る。この塊状の高炉用原料は、磁着物に含まれる金属鉄をそのまま高炉にリサイクルすることができ、また、塊状であるため高炉の通気性を悪化させるなどの問題も生じない。
【選択図】図５

Description

本発明は、製鋼工程で発生するスラグから磁力選別によって回収される磁着物のうち、細粒状の磁着物を高炉に直接リサイクルするための高炉用原料の製造方法に関する。

製鋼工程で発生するスラグに含まれる金属鉄、いわゆるメタル分は、資源として有用であるため、通常、再利用を目的としてスラグの破砕・分級工程で磁力により選別・回収されている。このように磁着物として選別・回収されたメタル分のうち、粒径が比較的大きい塊状の磁着物は、製鋼工程の各種処理（溶銑予備処理、脱炭吹錬など）が行われる処理炉、高炉、電気炉などに鉄源として投入され、リサイクルされている。一方、細粒状の磁着物は含水率が高いため、高温の炉に直接投入すると水蒸気爆発の危険がある。このため、上記のような高温の炉に投入するには、事前に乾燥処理する必要があり、処理コストが高くなる。

また、細粒状の磁着物を高炉にリサイクルする場合、そのまま高炉に投入すると、炉内の通気性が悪化するという問題がある。このため細粒状の磁着物を高炉にリサイクルするためには、焼結鉱と同様に、ある程度の大きさ（粒径）に塊状化する必要がある。
細粒状の磁着物をリサイクルする技術として、例えば、特許文献１には、５ｍｍ以下の回収地金（磁着物）を焼結原料の一部として使用する方法、すなわち細粒状の磁着物を焼結鉱の一部として高炉にリサイクルする技術が示されている。

特開２００１−１９２７４１号公報

しかし、細粒状の磁着物を焼結原料に使用した場合、焼結工程において金属鉄が酸化され、酸化鉄として焼結鉱に含まれることになる。この焼結鉱を高炉にリサイクルした場合、上記酸化鉄がコークスなどの還元材で再び金属鉄に還元されることになる。すなわち、細粒状の磁着物を焼結原料に配合して高炉にリサイクルする方法は、元々金属鉄であったものを酸化させてから再び還元することになり、還元材やエネルギーを無用に消費していることになる。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、製鋼工程で発生するスラグから磁力選別により回収された細粒状の磁着物を高炉に直接リサイクルするために、細粒状の磁着物を材料とする塊状の高炉用原料を安価に且つ効率的に製造することができる製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］製鋼工程で発生するスラグから磁力選別により回収された細粒状の磁着物に結合材と水を加えて混練し、この混練物を水和硬化させた後、破砕処理及び分級処理して塊状の高炉用原料を得ることを特徴とする高炉用原料の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、結合材がセメントであることを特徴とする高炉用原料の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、混練終了時の混練物のフロー値が１０５〜１４０ｍｍであることを特徴とする高炉用原料の製造方法。

［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、細粒状の磁着物は粒径１０ｍｍ以下の割合が７０質量％以上である粒度を有し、製造される塊状の高炉用原料は粒径１０〜１００ｍｍの割合が７０質量％以上である粒度を有することを特徴とする高炉用原料の製造方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの製造方法において、混練物をヤードに層状に打設し、硬化した混練物をブレーカーで粗破砕し、次いで、破砕機で破砕処理した後、篩で分級することを特徴とする高炉用原料の製造方法。

本発明によれば、製鋼工程で発生するスラグから磁力選別により回収された細粒状の磁着物を材料として、その中に含まれる金属鉄を酸化させることなく、塊状の高炉用原料を安価に且つ効率的に製造することができる。このため細粒状の磁着物を構成する金属鉄を、鉄原料として高炉に直接リサイクルすることができ、高炉操業でのコークスなどの還元材の削減及び生産能力の向上を図ることができる。

本発明の製造方法において、結合材として高炉セメント、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末をそれぞれ用いた場合について、結合材の配合率と塊成化物の圧縮強度との関係を示すグラフ本発明の製造方法において、混練終了時の混練物のフロー値と塊成化物の圧縮強度との関係を示すグラフ本発明の製造方法において、混練終了時の混練物のフロー値と添加水量との関係の一例を示すグラフ本発明の製造方法において、磁着物９１質量％と高炉セメント９質量％を配合し、磁着物＋高炉セメント１００質量％に対して添加水量を７〜１０質量％とした場合について、混練物の養生日数と圧縮強度との関係を示すグラフ本発明の製造方法において、一連の製造工程をヤードにて行う場合の一実施形態を示す説明図

本発明の高炉用原料の製造方法は、製鋼工程で発生するスラグから磁力選別により回収された細粒状の磁着物に結合材と水を加えて混練し、この混練物を水和硬化させた後、破砕処理及び分級処理して塊状の高炉用原料を得るものである。
製鋼工程で発生するスラグ（以下、製鋼スラグという）には相当量の金属鉄が含まれており、この金属鉄の再利用を目的として、製鋼スラグの破砕・分級工程において磁力選別が行われ、金属鉄が磁着物として回収される。通常、この磁着物は篩分けなどによって塊状のものと細粒状のものに分けられ、このうち塊状のものはそのまま製鋼工程の各種処理（溶銑予備処理、脱炭吹錬など）が行われる処理炉、高炉、電気炉等にリサイクル可能であるため、そのままリサイクルできない細粒状の磁着物が本発明の製造方法の材料（原料）として用いられる。

製鋼スラグとしては、例えば、溶銑予備処理、転炉吹錬、鋳造などの工程で発生する製鋼スラグ（例えば、脱炭スラグ、溶銑脱燐スラグ、溶銑脱硫スラグ、溶銑脱珪スラグ、造塊スラグなど）、電気炉スラグなどが挙げられ、これらの２種以上を含むものであってもよい。
本発明で使用する細粒状の磁着物の粒度に特別な制限はないが、一般には、粒径が１０ｍｍを超えるような磁着物は、塊状化しないでも高炉に直接投入して使用できるため、通常は、粒径１０ｍｍ以下の割合が多い磁着物が使用されることになる。細粒状の磁着物を高炉に直接リサイクルできるという本発明の効果を十分に得るという観点からは、一般に、粒径１０ｍｍ以下（１０ｍｍ篩下）の割合が７０質量％以上である粒度を有するものを使用することが好ましく、さらに、粒径５ｍｍ以下（５ｍｍ篩下）の割合が７０質量％以上である粒度を有するものを使用することが、より好ましい。
また、細粒状の磁着物の鉄含有量（金属鉄及び酸化鉄として含まれる鉄分の合計含有量）も特別な制限はないが、鉄分リサイクルの効率化の観点から、５０質量％以上が望ましい。

結合材としては、セメント、高炉スラグ微粉末等が使用できるが、特に、セメントが好ましい。また、セメントとしては、ポルトランドセメント、高炉セメントなどの各種セメントのいずれを用いてもよいが、高炉セメントを使用した場合の方が、製造される塊成化物の強度は高くなる。
図１は、本発明の製造方法において、結合材として高炉セメント、ポルトランドセメント、高炉スラグ微粉末をそれぞれ用いた場合について、結合材の配合率と得られた塊成化物の圧縮強度（養生３日後の圧縮強度）との関係を示したものである。圧縮強度の測定では、ＪＩＳ−Ｒ−５２０１：セメントの物理試験方法の強さ試験に従い、機械練り用練混ぜ機に磁着物、結合材及び水を入れ、２分間混練した後、バイブレーターを使用せずにモルタル供試体用３連成型用型に詰めて４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの供試体を作製し、３日間養生後、強さ（圧縮強度）を測定した。

図１によれば、結合材として高炉セメントを用いた場合に圧縮強度が最も高い。これは、細粒状の磁着物はスラグ分の割合が多く、スラグ中にはＣａＯやＣａ（ＯＨ）_２が含まれており、このＣａＯやＣａ（ＯＨ）_２がアルカリ刺激剤になり、高炉セメント中に含まれる高炉スラグ微粉末の潜在水硬性を効果的に引き出すため、強度発現性が高まるためであると考えられる。一方、図１に示されるように結合材として高炉スラグ微粉末のみを配合した場合、最低限の圧縮強度は確保できるものの、配合量を増加してもそれほど強度は向上しない。また、ポルトランドセメントの場合は、磁着物に含まれるＣａ（ＯＨ）_２が余分で、強度を若干阻害しているものと考えられる。
したがって、結合材としては、セメント又はセメントを主材とするものが好ましく、そのなかでも、高炉セメント又は高炉セメントを主材とするものが好ましい。

結合材の配合量に特別な制限はないが、磁着物と結合材との合計質量を１００質量％としたとき、結合材の配合量は７〜１３質量％程度が適当である。結合材の配合量が７質量％未満では、塊成化物の強度が低く、また、仮に塊成化物の強度を水分量の調整で維持できたとしても、製品歩留が低下するおそれがある。一方、結合材の配合量が１３質量％を超えると、特にセメントの場合、短期間で強度が発現し、養生３日で圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ^２を超えるため、ブレーカーなどによる粗破砕の作業性が低下するおそれがある。また、結合材の配合量が多くなると、それだけ材料コストが高くなるとともに、磁着物の割合が相対的に少なくなるので、高炉リサイクルのメリットが少なくなる。

細粒状の磁着物に結合材と水を加えて混練する場合、通常は、まず磁着物に結合材を加えて混合し、しかる後に水を加えて混練する。水は、混練終了時のフロー値（モルタルフロー値）が適正範囲となるように添加する。
混練終了時の混練物のフロー値（モルタルフロー値）は１０５〜１４０ｍｍ、好ましくは１１０〜１３０ｍｍであることが望ましく、このために水の添加量などが適宜調整される。混練終了時の混練物のフロー値が１０５ｍｍ未満では、混練が不十分になりやすく、製造される塊成化物の強度や歩留のバラツキが大きくなりやすい。一方、フロー値が１４０ｍｍを超えると混練物の流動性は良くなるが、塊成化物の強度が低下しやすい。

図２は、本発明の製造方法において、混練終了時の混練物のフロー値と得られた塊成化物の圧縮強度（養生７日後の圧縮強度）との関係を示したものである。混練終了時のフロー値（モルタルフロー値）の測定では、ＪＩＳ−Ｒ−５２０１：セメントの物理試験方法のフロー試験に従い、機械練り用練混ぜ機に磁着物、結合材及び水を入れ、２分間混練した後、フロー値を測定した。その際、磁着物９２．６質量％、高炉セメント７．４質量％の配合比率の場合と、磁着物９１．０質量％、高炉セメント９．０質量％の配合比率の場合とで、それぞれ添加水量を変化させてフロー値を変化させた。また、モルタル供試体用３連成型用型に詰めて４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの供試体を作製し、７日間養生後、強さ（圧縮強度）を測定し、フロー値と圧縮強度の関係を調査した。

図２によれば、混練終了時の混練物のフロー値が１４０ｍｍを超えた範囲では、圧縮強度が低下傾向であることが判る。
また、図３は混練終了時の混練物のフロー値と添加水量との関係の一例を示すものであり、添加水量により混練物のフロー値を調整できることが判る。したがって、このようなフロー値と添加水量の関係に基づき、水の添加量を適宜調整すればよい。

混練物を水和硬化（養生）させる形態は任意であり、例えば、混練物を適当な型枠に流し込んで水和硬化させてもよいし、屋外などのヤードに層状に打設して水和硬化させてもよい。この養生の期間は、目標とする圧縮強度（破砕処理に適した圧縮強度）が得られるまでである。ここで、破砕処理に適した圧縮強度としては、４〜１０Ｎ／ｍｍ^２程度が適当である。圧縮強度が４Ｎ／ｍｍ^２未満では、粗破砕の際に細かくなって歩留まりが低下しやすい。一方、圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ^２を超えると粗破砕などの破砕処理の作業性が低下するおそれがある。

また、図４は、磁着物９１質量％と高炉セメント（結合材）９質量％を配合し、磁着物＋高炉セメント１００質量％に対して添加水量を７〜１０質量％とした場合において、混練物の養生日数と圧縮強度との関係を示したものであり、ほぼ３日程度の養生で、目標とする圧縮強度４Ｎ／ｍｍ^２以上に達している。なお、圧縮強度試験片の作製及び強度試験では、ＪＩＳ−Ｒ−５２０１：セメントの物理試験方法の強さ試験に従い、機械練り用練混ぜ機に磁着物、結合材及び水を入れ、２分間混練した後、バイブレーターを使用せずにモルタル供試体用３連成型用型に詰めて４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの供試体を作製し、所定期間養生後、強さ（圧縮強度）を測定した。

養生により所定の強度が出た硬化体は、破砕処理された後、篩い分けなどにより分級処理され、所定の粒度を有する塊成化物（塊状の高炉原料）が得られる。このようにして製造される塊成化物の粒度に特別な制限はないが、細粒状の磁着物を高炉に投入可能な大きさに塊成化するという本発明の主旨からして、粒径１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の割合が７０質量％以上であることが好ましく、この範囲に入るように篩い分けすればさらに好ましい。
製品である塊成化物（塊状の高炉原料）の圧縮強度は、７Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。圧縮強度が７Ｎ／ｍｍ^２未満では高炉炉頂から投入する際の落下衝撃で割れて細粒化し、高炉の通気性を悪化させるなどの問題を生じるおそれがある。

細粒状の磁着物と結合材との混合や、これに水を加えてなされる混練は、通常のフレッシュコンクリート用の混練設備を利用してもよいが、ショベルなどの土木工事用の重機を用いて屋外などのヤードで行ってもよい。ショベルによる混合・混練は、まず磁着物と結合材を十分に混合し、その後、水を添加して混合すると均一に混合できる。次いで、混練物をヤードに層状に打設し（敷きならす）、水和硬化（養生）させる。混練物の硬化体は、通常、２段階以上の破砕処理がなされた後、分級処理されることで製品となる。例えば、硬化体をまずブレーカーで粗破砕し、次いで破砕機で本破砕した後、篩で分級し、篩上を製品とする。

図５は、本発明の製造方法において、一連の製造工程をヤードにて行う場合の一実施形態を示している。以下、結合材としてセメントを用いる場合を例に説明する。
製鋼スラグから回収された磁着物Ａは、例えば５ｍｍで篩分され、粒径５ｍｍ以下（５ｍｍ篩下）の磁着物ａが原料として用いられる。磁着物ａの量は、１００〜３００ｔｏｎ／バッチ程度が適当である。１００ｔｏｎ／バッチ未満では混練回数が増え、広い混練場所が必要となり効率的でない。一方、３００ｔｏｎ／バッチを超えると混練に時間が掛かり過ぎて結合材の凝結が進み、混練物の流動性が悪化して作業性が悪くなるおそれがある。

ヤードでの重機（以下、ショベルを例に説明する）による混合・混練は、まず磁着物とセメントを十分に混合し、その後、水を添加して混練する。その際、磁着物とセメントの混合物で円形の土手を築いて、その中に水を入れ、徐々に混合物と水を混練していくとよい。この場合、図５に示すように、まず磁着物ａで中心を凹ませた円形の土手を作り、そこにローリー車でセメントｂ（例えば、高炉セメント）を所定量添加する。次いで、ショベルでよく混合した後、磁着物ａとセメントｂの混合物ｘ_０で再度中心を凹ませた土手を築く。その凹み部分に給水車から所定量の水を添加し、ショベルで混練する。ショベルで混練する場合、一度に多量の水を添加しても、混合物ｘ_０と混ざる前に流れ出てしまうので、混練の程度や流動性を確認しながら水を添加すると均一に混合することができる。

混練物ｘのフロー値を測定し、目標フロー値になったら混練を終了する。次いで、ショベルで所定の厚みになるように混練物ｘをヤードに層状に打設する（敷きならす）。この打設厚さが厚すぎると、硬化後の粗破砕の作業性が悪くなるので、打設厚さは５００ｍｍ以下が好ましく、通常３００ｍｍ程度が適当である。また、硬化後の粗破砕の作業性を高めるため、ショベルの先などを用いて、層状に打設した混練物ｘの上面に適当な間隔（例えば、０．５〜２ｍ間隔）で並列状若しくは格子状などに溝を形成しておくとよい。

打設してから３〜６日間程度養生した後、硬化体ｙをブレーカーで適当な大きさ（例えば、３００ｍｍ以下）に粗破砕する。さらに、必要に応じて２〜５日程度養生した後に、破砕機で製品の最大径以下（例えば、１００ｍｍ以下）に本破砕する。次いで、細粒分を除去するために、例えば５ｍｍで篩分して分級し、篩上を製品（塊状の高炉原料）とする。一方、篩下は、再度材料として用いる。

細粒状の材料を塊成化する方法としては、材料に結合材と水を添加して造粒することも考えられるが、この方法では、造粒用の専用設備が必要となる。これに対して本発明は、上述したように場所さえ確保できれば、特別な設備がなくても実施できる利点がある。
本発明法により得られた塊成化物（塊状の高炉用原料）は、磁着物に含まれる金属鉄をそのまま高炉にリサイクルすることができ、また、塊状であるため高炉の通気性を悪化させるなどの問題も生じない。また、結合材中に含まれるＣａＯは高炉の副原料の一部となる。

Ａ，ａ磁着物
ｂセメント
ｘ_０混合物
ｘ混練物
ｙ硬化体

Claims

製鋼工程で発生するスラグから磁力選別により回収された細粒状の磁着物に結合材と水を加えて混練し、この混練物を水和硬化させた後、破砕処理及び分級処理して塊状の高炉用原料を得ることを特徴とする高炉用原料の製造方法。
結合材がセメントであることを特徴とする請求項１に記載の高炉用原料の製造方法。
混練終了時の混練物のフロー値が１０５〜１４０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉用原料の製造方法。
細粒状の磁着物は粒径１０ｍｍ以下の割合が７０質量％以上である粒度を有し、製造される塊状の高炉用原料は粒径１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の割合が７０質量％以上である粒度を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高炉用原料の製造方法。
混練物をヤードに層状に打設し、硬化した混練物をブレーカーで粗破砕し、次いで、破砕機で破砕処理した後、篩で分級することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高炉用原料の製造方法。