JP2015147979A - 製鋼スラグの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製鋼スラグの発生量を低減できるとともに、広い用途で使用可能な改質スラグを得ることができる製鋼スラグの処理方法を提供する。
【解決手段】溶銑中の不純物を除去する製鋼プロセスにおいて発生した製鋼スラグの処理方法であって、前記製鋼スラグを反応容器内に装入して加熱するとともに、還元用炭材を添加することにより、改質スラグと回収メタルとを得る改質還元処理工程を有し、前記改質スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満となる前に、前記改質還元処理工程を終了する。
【選択図】なし

Description

本発明は、溶銑中の不純物を除去する製鋼プロセスにおいて発生した製鋼スラグを処理する製鋼スラグの処理方法に関するものである。

製鋼プロセスにおいては、溶銑中のケイ素（Ｓｉ）、燐（Ｐ）、炭素（Ｃ）などの不純物を除去する。この転炉製鋼プロセスとしては、一工程として連続して脱珪、脱燐および脱炭精錬を行い、その際に生成したスラグを排出するケースや、溶銑中のケイ素および燐を除去する脱燐処理工程を行って生成したスラグを排出した後、溶銑から炭素を除去する脱炭処理工程を行うケースがある。
上述の脱燐処理工程では、反応容器内の溶銑に生石灰等の造滓剤を供給してスラグを形成し、溶銑およびスラグに向けて酸素を吹き込んで、溶銑中の不純物をスラグと反応させて除去する酸素吹錬（酸化精錬）が行われている。この酸素吹錬においては、スラグと溶銑との界面において、下記に代表されるような脱燐反応が進行することによって、溶銑から燐が除去される。
２［Ｐ］＋５Ｆｅ^２＋＋８Ｏ^２− → ２ＰＯ_４ ^３−＋５Ｆｅ

また、脱炭処理工程では、脱燐処理工程後の溶銑に、必要に応じて生石灰等の造滓剤を追加供給するとともに、溶銑に向けて酸素を吹き込むことにより、溶銑中の炭素を除去している。
ここで、製鋼プロセスにおける脱燐処理工程および脱炭処理工程においては、溶銑と反応したスラグ（製鋼スラグ）が発生する。この製鋼スラグは、粒鉄、酸化鉄等の鉄分や燐酸を比較的多く含んでいることから、例えば特許文献１−３においては、製鋼スラグから鉄分や燐等の有価金属を回収する方法が提案されている。
また、特許文献４には、製鋼スラグを溶融還元の金属材料、造滓剤として有効活用する技術が開示されている。

特開昭５２−０３３８９７号公報 特開２００９−１３２５４４号公報 特表２００３−５２０８９９号公報 特開平０９−２７２９０８号公報

ところで、特許文献１，２においては、製鋼スラグからの燐の回収を目的としていることから、製鋼スラグを処理した後の回収メタルにおいてはＰ濃度が高くなっている。この回収メタルを製鋼プロセスに戻すためには、脱燐処理を実施する必要があり、この脱燐処理の際に脱燐スラグが発生することになる。このため、製鋼プロセス全体としてスラグの発生量が多くなってしまうといった問題があった。なお、この場合のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度は０．９ｍａｓｓ％程度であった。なお、Ｔ．Ｆｅ濃度とはスラグ中に存在する鉄の酸化物を構成する鉄分のスラグ質量に対するｍａｓｓ％をいう。
また、特許文献３においては、製鋼スラグ中の鉄分の回収を目的としているが、製鋼スラグ中の酸化鉄を十分に還元させた場合（この場合のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度は２．２ｍａｓｓ％程度）には、燐、ケイ素も還元されて回収メタル中に含まれることになる。このため、回収メタルに対して脱燐処理を実施する必要があり、製鋼プロセス全体としてスラグの発生量が多くなってしまうといった問題があった。
さらに、特許文献４においては、製鋼スラグを溶融還元の金属材料、造滓剤として活用することを目的としているが、この場合のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度は約３ｍａｓｓ％であった。

さらに、特許文献１−４に記載の技術においては、上述のようにスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を下げているので、スラグの融点が上がり流動性が低下する。したがって、スラグの流動性を確保して、スラグを処理炉からスラグ鍋等に移す等のハンドリングを円滑に行うために、スラグにＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等を添加する必要があり、そのためにスラグ量が多くなるという問題点を有していた。

また、上述の製鋼スラグにおいては、未滓化の石灰（遊離ＣａＯ）を含んでいることから、この遊離ＣａＯが水と反応してＣａ（ＯＨ）_２となり体積膨張することが知られている。そこで、製鋼スラグを使用する際には、上述の体積膨張を抑制するために、遊離ＣａＯを予めＣａ（ＯＨ）_２とする蒸気エージングを行うことがある。この蒸気エージングを行う場合には、スラグの内部にまで蒸気が十分に供給されるように、スラグの粒径を小さくする必要があることから、大きな塊状のスラグを得ることができなかった。

さらに、脱燐処理工程で生成する脱燐スラグは、ＣＯガスの気泡を多く含有していることから、強度が低いものであった。
以上のことから、製鋼スラグは、土木工事用の仮設道路の路盤材や下層路盤材等の低級用途において主に使用されており、コンクリート骨材や上層路盤材等の高級用途には使用することができなかった。
また、製鋼スラグは、塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ_２が高いため、Ｃａイオンの溶出によりｐＨが高くなることから、上記、土木工事用等に使用する際には、高ｐＨ水の漏水防止対策をとる必要があった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、製鋼スラグの発生量を低減できるとともに、広い用途で使用可能な改質スラグを得ることができる製鋼スラグの処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る製鋼スラグの処理方法は、溶銑中の不純物を除去する製鋼プロセスにおいて発生した製鋼スラグの処理方法であって、前記製鋼スラグを反応容器内に装入して加熱するとともに、還元用炭材を添加することにより、改質スラグと回収メタルとを得る改質還元処理工程を有し、前記改質スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満となる前に、前記改質還元処理工程を終了することを特徴としている。

この構成の製鋼スラグの処理方法によれば、製鋼スラグに対して還元用炭材を添加する改質還元処理工程を、改質スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満となる前に終了しているので、製鋼スラグ中のＰ，Ｓｉが還元されることを抑制でき、回収メタル中のＰ濃度、Ｓｉ濃度を低く抑えることができる。よって、回収メタルに対して脱燐処理のために造滓剤を添加する必要がなくなり、製鋼プロセス全体でスラグの発生量を低減することができる。

また、製鋼スラグを再加熱処理しているので、製鋼スラグは改質され、スラグの塩基度が低くなるとともに遊離ＣａＯをスラグ化することができる。また、蒸気エージングを省略することが可能となるため、スラグの粒径を小さくする必要がなく、大きな塊状の改質スラグを得ることができる。さらに、得られた改質スラグは、含まれている気泡の量が削減されており、強度も十分である。以上のことから、得られた改質スラグは、高級用途にも使用することができる。

ここで、本発明に係る製鋼スラグの処理方法においては、前記製鋼プロセスは、溶銑中のケイ素および燐を除去する脱燐処理工程と、溶銑から炭素を除去する脱炭処理工程とを有しており、前記製鋼スラグとして、前記脱燐処理工程で発生した脱燐スラグおよび前記脱炭処理工程で発生した脱炭スラグの一方又は両方を処理するものとしてもよい。
この場合、脱燐処理工程で発生した脱燐スラグおよび脱炭処理工程で発生した脱炭スラグを改質することができ、スラグの発生量を抑制することが可能となるとともに、得られた改質スラグを高級用途に使用することができる。

また、本発明に係る製鋼スラグの処理方法においては、前記改質還元処理工程終了後の前記改質スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を、５ｍａｓｓ％以上１０ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。
この構成の製鋼スラグの処理方法によれば、前記改質還元処理工程終了後の改質スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％以上とされているので、回収メタル中のＰ濃度を低減することができ、回収メタルを製鋼プロセスに戻す際に、回収メタルに対して脱燐処理のために造滓剤を添加する必要がなくなる。よって、製鋼プロセス全体でスラグの発生量を低減することができる。一方、改質スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が１０ｍａｓｓ％以下とされているので、製鋼スラグ中の酸化鉄の一部を還元して回収することができる。

また、本発明に係る製鋼スラグの処理方法においては、前記改質還元処理工程終了後の前記改質スラグの塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）を、１．７以下とすることが好ましい。
この構成の製鋼スラグの処理方法によれば、前記改質還元処理工程終了後の改質スラグの塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）を１．７以下としているので、改質スラグが水に溶解しても高ｐＨにならず、漏水対策を施す必要がない。

さらに、本発明に係る製鋼スラグの処理方法においては、前記改質還元処理工程終了後の前記回収メタルを、前記脱炭処理工程を実施する反応容器内に移送することが好ましい。
この構成の製鋼スラグの処理方法によれば、上述のように、回収メタル中のＰ濃度が低いことから、脱燐処理を省略することができ、スラグの発生量を確実に低減することが可能となる。

上述のように、本発明によれば、製鋼スラグの発生量を低減できるとともに、広い用途で使用可能な改質スラグを得ることができる製鋼スラグの処理方法を提供することができる。

本実施形態である製鋼スラグの処理方法が実施される製鋼プロセスの一例を示すフロー図である。 スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度とメタル中の燐濃度（％Ｐ）との関係を示すグラフである。

以下に、本発明の一実施形態である製鋼スラグの処理方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態である製鋼スラグの処理方法は、製鋼プロセスの過程において発生する製鋼スラグ（脱燐スラグ１１、脱炭スラグ１２）に対して改質還元処理を行うことにより、改質スラグ１５と回収メタル１６とを得るものである。図１に、本実施形態である製鋼スラグの処理方法が実施される製鋼プロセスの一例を示す。

製鋼プロセスにおいては、図１に示すように、まず、高炉において生成された溶銑を転炉（転炉Ａ）に移送し、転炉（転炉Ａ）内に貯留された溶銑の上に生石灰（ＣａＯ）等の造滓剤を添加してスラグを形成し、溶銑に向けて酸素を吹き込むことにより、溶銑とスラグとの反応によって溶銑中の燐を除去する（脱燐処理工程Ｓ０１）。なお、この脱燐処理工程Ｓ０１においては、溶銑中のＳｉも酸化されてスラグ中に取り込まれる。脱燐処理工程Ｓ０１が終了した後、脱燐処理工程Ｓ０１で生成した脱燐スラグ１１は、転炉（転炉Ａ）から排出され、一旦、スラグヤードに貯留される。

脱燐スラグ１１を排出した後、転炉（転炉Ａ）内の溶銑の上に、必要に応じて生石灰（ＣａＯ）等の造滓剤を追加添加してスラグを形成し、溶銑に向けて酸素を吹き込むことにより、溶銑中の炭素を除去する（脱炭処理工程Ｓ０２）。なお、この脱炭処理工程Ｓ０２で生成した脱炭スラグ１２は、転炉（転炉Ａ）から排出され、一旦、スラグヤードに貯留される。
このように、製鋼プロセス（脱燐処理工程Ｓ０１、脱炭処理工程Ｓ０２）によって、溶銑中の燐、炭素が除去されて溶鋼が得られることになる。
次に、得られた溶鋼は、２次製錬工程Ｓ０３及び連続鋳造工程Ｓ０４を経て、鋳片とされる。

ここで、脱燐処理工程Ｓ０１で生成する脱燐スラグ１１、および、脱炭処理工程Ｓ０２で生成する脱炭スラグ１２は、別の転炉（転炉Ｂ）に装入され、改質還元処理が実施される（改質還元処理工程Ｓ１０）。ここで、改質還元処理工程Ｓ１０の温度条件は、１３５０℃以上１５００℃以下の範囲内とされている。なお、この改質還元処理工程Ｓ１０においては、脱燐スラグ１１および脱炭スラグ１２を混合して転炉（転炉Ｂ）に装入してもよいし、脱燐スラグ１１および脱炭スラグ１２をそれぞれ単独で転炉（転炉Ｂ）に装入してもよい。

改質還元処理工程Ｓ１０においては、転炉（転炉Ｂ）内に装入された脱燐スラグ１１および脱炭スラグ１２に、ＳｉＯ_２含有改質材と還元用炭材（例えば、微粉炭）を添加するとともに、酸素を供給することにより、脱燐スラグ１１および脱炭スラグ１２を溶融して改質還元処理を行う。この改質還元処理工程Ｓ１０により、脱燐スラグ１１および脱炭スラグ１２の改質と還元が実施され、改質スラグ１５と回収メタル１６とが得られる。なお、改質還元処理工程Ｓ１０においては、溶融した脱燐スラグ１１および脱炭スラグ１２を直接供給するようにしてもよい。

そして、本実施形態である製鋼スラグの処理方法においては、改質スラグ１５中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満となる前に、改質還元処理工程Ｓ１０を終了することとしている。さらに本実施形態では、改質還元処理工程Ｓ１０終了後の改質スラグ１５中のＴ．Ｆｅ濃度を５ｍａｓｓ％以上１０ｍａｓｓ％以下の範囲内となるように、還元用炭材（例えば、微粉炭）を添加している。
さらに、本実施形態では、改質還元処理工程Ｓ１０終了後の改質スラグ１５の塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）は、還元用炭材のアッシュからのＳｉＯ_２インプットにより１．７以下となる。

なお、改質スラグ１５のＴ．Ｆｅ濃度については、改質還元処理工程Ｓ１０中の排ガス流量およびＣＯ濃度、ＣＯ_２濃度、Ｈ_２濃度を分析し、炭素、水素および酸素バランスにより、算出することが可能である。具体的には、ＣＯ中の酸素、ＣＯ_２の酸素および平衡計算で求まるＨ_２Ｏ分の酸素の総量が、吹き込んだ酸素量と還元された酸化鉄分の酸素の総量とバランスするので、排ガスの情報から還元状態を評価して、改質スラグ１５のＴ．Ｆｅ濃度を算出することができるのである。

ここで、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度（％Ｔ．Ｆｅ）とメタル中の燐濃度（％Ｐ）との関係を図２に示す。この図２によれば、スラグ中のトータル鉄濃度（％Ｔ．Ｆｅ）が低くなると、メタル中の燐濃度（％Ｐ）が高くなることがわかる。これは、スラグ中のＦｅが還元された後に、Ｐが還元されるためである。なお、Ｐが還元された後に、スラグ中のＳｉが還元されることから、回収メタル中のＰ濃度が低い場合には、Ｓｉ濃度も十分に低いことになる。
本実施形態では、改質スラグ１５中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満となる前に、改質還元処理工程Ｓ１０を終了していることから、回収メタル１６中のＰ濃度が低くなっており、具体的には、Ｐ濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下となっている。すなわち、回収メタル１６は、脱燐処理工程Ｓ０１後の溶銑と同等のＰ濃度とされているのである。

そこで、本実施形態では、改質還元処理工程Ｓ１０で得た回収メタル１６を、脱炭処理工程Ｓ０２を実施する転炉（転炉Ａ）に移送する構成とされている。
また、改質スラグ１５は、転炉（転炉Ｂ）から排出され、上層路盤材やセメント骨材、仮設道路材や下層路盤材等として出荷される。

以上のような構成とされた本実施形態である製鋼スラグの処理方法によれば、製鋼スラグ（脱燐スラグ１１、脱炭スラグ１２）に対して還元用炭材を添加する改質還元処理工程Ｓ１０を、改質スラグ１５中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満となる前に終了しているので、製鋼スラグ（脱燐スラグ１１、脱炭スラグ１２）中のＰ，Ｓｉが還元されることを抑制でき、回収メタル１６中のＰ濃度、Ｓｉ濃度が低くなる。よって、回収メタル１６に対して脱燐処理を行う必要がなく、回収メタル１６の脱燐処理によってスラグが新たに発生することを抑制でき、製鋼プロセス全体としてスラグの発生量を低減することが可能となる。

また、製鋼スラグ（脱燐スラグ１１、脱炭スラグ１２）を再加熱処理することにより改質スラグ１５を得ているので、改質スラグ１５の塩基度が低くなるとともに遊離ＣａＯをスラグ化することができる。これにより、蒸気エージングを省略することが可能となる。また、改質スラグ１５を、上層路盤材やセメント骨材等の高級用途にも使用することができる。

また、本実施形態である製鋼スラグの処理方法においては、改質スラグ１５中のＴ．Ｆｅ濃度を５ｍａｓｓ％以上１０ｍａｓｓ％以下の範囲内とされているので、回収メタル１６中のＰ濃度、Ｓｉ濃度を低くすることができ、回収メタル１６に対する脱燐処理を省略することができる。また、改質スラグ１５中のＴ．Ｆｅ濃度が１０ｍａｓｓ％以下とされているので、製鋼スラグ（脱燐スラグ１１および脱炭スラグ１２）中の鉄分を還元して回収することができる。
ここで、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が１０ｍａｓｓ％を超える場合、スラグ中の酸化鉄と溶銑中のＣとが反応して、ＣＯガスがスラグ中で発生し、スラグがポーラスになる傾向がある。このため、本実施形態では、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を１０ｍａｓｓ％以下とすることが望ましい。

さらに、本実施形態である製鋼スラグの処理方法においては、改質スラグ１５の塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）を１．７以下としているので、改質スラグ１５が水と接触してもＣａイオンの溶出が少ないため、高ｐＨとならず、漏水対策を施す必要がなくなる。
なお、還元用炭材のアッシュからのＳｉＯ_２インプットによって塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）が１．７以下にならない場合や、塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）をさらに下げたい場合には、改質剤としてＳｉＯ_２源をさらに添加してもよい。

また、本実施形態である製鋼スラグの処理方法においては、回収メタル１６を、脱炭処理工程Ｓ０２に移送する構成としているので、回収メタル１６に対する脱燐処理を確実に省略することができ、製鋼プロセス全体としてスラグの発生量を確実に低減することができる。
また、本発明においては、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を５ｍａｓｓ％以上確保しているので、融点が低く、スラグにＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等の改質剤を添加する必要がない。そのために、改質剤の添加によるスラグ量の増大を抑制することができる。

さらに、本実施形態である製鋼スラグの処理方法においては、改質還元処理工程Ｓ１０中の排ガス流量およびＣＯ濃度、ＣＯ_２濃度、Ｈ_２濃度を分析し、炭素、水素および酸素バランスにより、改質スラグ１５のＴ．Ｆｅ濃度を算出しているので、改質スラグ１５中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満となる前に改質還元処理工程Ｓ１０を確実に終了することができ、Ｐ濃度の低い回収メタル１６を得ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態である製鋼スラグの処理方法に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、改質還元処理を転炉で実施するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の反応容器において改質還元処理を実施してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。
１００ｔ転炉（転炉Ａ）に、表１に示す高炉溶銑を装入し、造滓剤として生石灰を添加して溶銑の上にスラグを形成し、溶銑に向けて酸素を吹き込むことにより、脱燐処理を実施した。この脱燐処理後に排出される脱燐スラグは２．８ｔ（粒鉄をのぞく）であった。また、脱燐スラグの組成は表２に示すものであった。
また、脱燐スラグを排出した後、さらに造滓剤として生石灰を添加して溶銑の上にスラグを形成し、溶銑に向けて酸素を吹き込むことにより、脱炭処理を実施した。この脱炭処理後に排出される脱炭スラグは３．７ｔ（粒鉄をのぞく）であった。また、脱炭スラグの組成は表３に示すものであった。

次に、別の転炉（転炉Ｂ）に溶銑を５０ｔ装入した後、上述の脱燐スラグおよび脱炭スラグを混合した混合スラグと無煙炭とを連続的に供給し、１４５０℃で改質還元処理を実施した。１回の処理では、混合スラグを５０ｔ（粒鉄も含む）使用した。このとき使用した混合スラグの組成を表４に、無煙炭の組成を表５に示す。

この改質還元処理時には、排ガス流量およびＣＯ濃度、ＣＯ_２濃度、Ｈ_２濃度を分析し、炭素、水素および酸素バランスにより、逐次、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を計算した。所定量の混合スラグを投入後、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％になった時点で処理を終了し、回収メタルは残したまま改質スラグを排出した。ここで、得られた改質スラグの組成を表６に、回収メタルの組成を表７に示す。
この改質還元処理をくり返し実施し、合計４００ｔ（粒鉄分も含む、スラグ分は３６０ｔ）の混合スラグを処理した。

この改質還元処理の結果、改質スラグが３２８ｔ得られており、混合スラグ３６０ｔに対して３２ｔのスラグ発生量を削減できた。この改質スラグにおいては、未滓化の石灰（遊離ＣａＯ）が含まれておらず、蒸気エージングは不要であった、また、改質されて気泡もない強度の高いものが得られており、上層路盤材やセメント骨材等の高級用途にも使用可能であった。

また、改質還元処理をくり返し実施した後、転炉Ｂのメタル量は１５１ｔとなった。このうち１０１ｔを出銑し、転炉Ａにて脱炭処理を行った。表７に示すように、メタル中には、Ｓｉが含まれておらず、Ｐも０．００９ｍａｓｓ％であったため、脱燐処理を省略することができた。よって、脱燐処理のための造滓剤を使用する必要がなくなり、スラグの発生量を抑制できた。

具体的には、転炉Ｂで処理したスラグ（転炉Ａで発生したスラグ）４００ｔ（粒鉄分も含む、スラグ分は３６０ｔ）は、転炉Ａで５６回処理したスラグの総量である。したがって、転炉Ａで５７回目の処理の際に、転炉Ｂで得られたメタルを使用すると、通常では５７回分のスラグが発生するのに対して、５６回分のスラグ発生量とすることができる。
以上のように、本発明の製鋼スラグの処理方法により、合計で３８．５ｔ（３２ｔ＋２．８ｔ＋３．７ｔ）のスラグ発生量を削減することができた。これは、約１０％の削減代となる。

１００ｔ転炉（転炉Ａ）に、表１に示す高炉溶銑を装入し、造滓剤として生石灰を添加して溶銑の上にスラグを形成し、溶銑に向けて酸素を吹き込むことにより、脱燐処理を実施した。この脱燐処理後に排出される脱燐スラグは２．８ｔ（粒鉄をのぞく）であった。また、脱燐スラグの組成は表２に示すものであった。
また、脱燐スラグを排出した後、さらに造滓剤として生石灰を添加して溶銑の上にスラグを形成し、溶銑に向けて酸素を吹き込むことにより、脱炭処理を実施した。この脱炭処理後に排出される脱炭スラグは３．７ｔ（粒鉄をのぞく）であった。また、脱炭スラグの組成は表３に示すものであった。

次に、別の転炉（転炉Ｂ）に溶銑を５０ｔ装入した後、上述の脱燐スラグおよび脱炭スラグを混合した混合スラグと無煙炭とを連続的に供給し、１４５０℃で改質還元処理を実施した。１回の処理では、混合スラグを５０ｔ（粒鉄も含む）使用した。このとき使用した混合スラグの組成を表４に、無煙炭の組成を表５に示す。

この改質還元処理時には、排ガス流量およびＣＯ濃度、ＣＯ_２濃度、Ｈ_２濃度を分析し、炭素、水素および酸素バランスにより、逐次、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を計算した。所定量の混合スラグを投入後、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が９ｍａｓｓ％になった時点で処理を終了し、回収メタルは残したまま改質スラグを排出した。ここで、得られた改質スラグの組成を表８に、回収メタルの組成を表９に示す。
この改質還元処理をくり返し実施し、合計５００ｔ（粒鉄分も含む、スラグ分は４５０ｔ）の混合スラグを処理した。

この改質還元処理の結果、改質スラグが４３０ｔ得られており、混合スラグ４５０ｔに対して２０ｔのスラグ発生量を削減できた。この改質スラグにおいては、未滓化の石灰（遊離ＣａＯ）が含まれておらず、蒸気エージングは不要であった、また、改質されて気泡もない強度の高いものが得られており、上層路盤材やセメント骨材等の高級用途にも使用可能であった。

また、改質還元処理をくり返し実施した後、転炉Ｂのメタル量は１５１ｔとなった。このうち１０１ｔを出銑し、転炉Ａにて脱炭処理を行った。表９に示すように、メタル中には、Ｓｉが含まれておらず、Ｐも０．００８ｍａｓｓ％であったため、脱燐処理を省略することができた。よって、脱燐処理のための造滓剤を使用する必要がなくなり、スラグの発生量を抑制できた。

具体的には、転炉Ｂで処理したスラグ（転炉Ａで発生したスラグ）５００ｔ（粒鉄分も含む、スラグ分は４５０ｔ）は、転炉Ａで６９回処理したスラグの総量である。したがって、転炉Ａで７０回目の処理の際に、転炉Ｂで得られたメタルを使用すると、通常では７０回分のスラグが発生するのに対して、６９回分のスラグ発生量とすることができる。
以上のように、本発明の製鋼スラグの処理方法により、合計で２６．５ｔ（２０ｔ＋２．８ｔ＋３．７ｔ）のスラグ発生量を削減することができた。これは、約６％の削減代となる。

１基の転炉（転炉Ａ）では、通常操業を行い、別の転炉（転炉Ｂ）にて、転炉Ａで排出された脱燐スラグの改質還元処理を実施した。なお、脱炭スラグの改質還元処理は実施しなかった。使用した脱燐スラグの組成は、表２に示すものであった。
転炉Ｂに、溶銑を５０ｔ装入した後、上述の脱燐スラグと表５の組成の無煙炭とを連続的に供給し、１４５０℃で改質還元処理を実施した。１回の処理では、脱燐スラグを５０ｔ（粒鉄も含む）使用した。

この改質還元処理時には、排ガス流量およびＣＯ濃度、ＣＯ_２濃度、Ｈ_２濃度を分析し、炭素、水素および酸素バランスにより、逐次、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を計算した。所定量の混合スラグを投入後、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％になった時点で処理を終了し、回収メタルは残したまま改質スラグを排出した。ここで、得られた改質スラグの組成を表１０に、回収メタルの組成を表１１に示す。
この改質還元処理をくり返し実施し、合計４００ｔ（粒鉄分も含む、スラグ分は３６０ｔ）の脱燐スラグを処理した。

この改質還元処理の結果、改質スラグが３２２ｔ得られた。この改質スラグにおいては、未滓化の石灰（遊離ＣａＯ）が含まれておらず、蒸気エージングは不要であった、また、改質されて気泡もない強度の高いものが得られており、上層路盤材やセメント骨材等の高級用途にも使用可能であった。

また、改質還元処理をくり返し実施した後、転炉Ｂのメタル量は１６２ｔとなった。このうち１１２ｔを出銑し、転炉Ａにて脱炭処理を行った。表１１に示すように、メタル中には、Ｓｉが含まれておらず、Ｐも０．０１ｍａｓｓ％であったため、転炉Ａでの脱燐処理を省略することができた。よって、脱燐処理のための造滓剤を使用する必要がなくなり、スラグの発生量を抑制できた。

ここで、転炉Ａの脱燐スラグ３６０ｔ（粒鉄含まず）を処理した場合、転炉Ａの脱炭スラグは４７６ｔ（粒鉄含まず）であった。この改質還元処理により、３８ｔ（３６０ｔ−３２２ｔ）削減されたので、全発生量の約５%が削減されたことになる。

以上のように、実施例１、実施例２および実施例３の結果から、本発明の製鋼スラグの処理方法によれば、製鋼スラグの発生量を低減できるとともに、広い用途で使用可能な改質スラグを得ることができることが確認された。

１１ 脱燐スラグ
１２ 脱炭スラグ
１５ 改質スラグ
１６ 回収メタル
Ｓ０１ 脱燐処理工程
Ｓ０２ 脱炭処理工程
Ｓ１０ 改質還元処理工程

Claims (5)

1. 溶銑中の不純物を除去する製鋼プロセスにおいて発生した製鋼スラグの処理方法であって、
   前記製鋼スラグを反応容器内に装入して加熱するとともに、還元用炭材を添加することにより、改質スラグと回収メタルとを得る改質還元処理工程を有し、
   前記改質スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度が５ｍａｓｓ％未満となる前に、前記改質還元処理工程を終了することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
2. 前記製鋼プロセスは、溶銑中のケイ素および燐を除去する脱燐処理工程と、溶銑から炭素を除去する脱炭処理工程とを有しており、
   前記製鋼スラグとして、前記脱燐処理工程で発生した脱燐スラグおよび前記脱炭処理工程で発生した脱炭スラグの一方又は両方を処理することを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの処理方法。
3. 前記改質還元処理工程終了後の前記改質スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を、５ｍａｓｓ％以上１０ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の製鋼スラグの処理方法。
4. 前記改質還元処理工程終了後の前記改質スラグの塩基度（ＣａＯ）／（ＳｉＯ_２）を、１．７以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の製鋼スラグの処理方法。
5. 前記改質還元処理工程終了後の前記回収メタルを、前記脱炭処理工程を実施する反応容器内に移送することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の製鋼スラグの処理方法。

Images