JP2015504978A - スラグの還元方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、還元対象となるスラグの成分を確認し、還元後の目標組成比を設定する目標組成比設定段階と、前記目標組成比設定段階で設定された目標組成比に合わせて、複数の還元剤を混合した複合還元剤の混合比および投入量を決定する複合還元剤決定段階と、前記複合還元剤決定段階で決定された複合還元剤を、スラグ内に投入して還元させるスラグ還元段階とを含むことにより、スラグの還元効率を極大化させ、様々な種類の還元剤を効率的に活用可能にし、有価金属回収量を増大させ、スラグの還元時、還元剤を効率的に活用し、所要の費用を低減する効果がある。
Description
本発明は、スラグの還元方法に関するものであって、製銑、製鋼過程で発生するスラグ内に最適な還元剤を投入することで還元効果を向上させたスラグの還元方法に関するものである。
本発明は、２０１２年１月３１日付で出願された韓国特許出願第１０−２０１２−０００９７７３号および２０１２年１１月２８日付で出願された韓国特許出願第１０−２０１２−０１３６３６５号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
一般的に、スラグは、鉄鋼製錬工程で必然的に発生する生成物である。スラグは、製銑過程で鉄鉱石やコークスの脈石成分から、製鋼過程では溶銑または溶鋼の酸化および脱酸時に生成される酸化物または精錬を目的として添加される副原料などによって必然的に生成される。
関連する先行技術としては、韓国特許公開第１０−１９９９−００１８９１２号（１９９９年３月１５日公開、還元スラグの再活用方法）がある。
本発明の目的は、製銑、製鋼過程で発生するスラグ内に最適な還元剤を投入することで還元効果を高め、スラグ内の有価金属に対する回収量を増大させるスラグの還元方法を提供することである。
このような本発明の課題は、還元対象となるスラグの成分を確認し、還元後の目標組成比を設定する目標組成比設定段階と、前記目標組成比設定段階で設定された目標組成比に合わせて、複数の還元剤を混合した複合還元剤の混合比および投入量を決定する複合還元剤決定段階と、前記複合還元剤決定段階で決定された複合還元剤を、溶融したスラグ内に投入して還元させるスラグ還元段階とを含む、スラグの還元方法を提供することにより解決される。
本発明にかかるスラグの還元方法は、２つ以上の複合還元剤を使用し、当該スラグの組成に合わせた、複合還元剤の最適な混合比および投入量を計算して使用することにより、スラグの還元効率を極大化させ、様々な種類の還元剤を効率的に活用可能にする効果がある。
本発明にかかるスラグの還元方法は、スラグの有価金属回収量を増大させ、スラグの還元時、還元剤を効率的に活用し、所要の費用を低減する効果がある。
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面によって詳細に説明する。
図１を参照すれば、本発明にかかる還元対象となるスラグの成分を確認し、還元後の目標組成比を設定する目標組成比設定段階１００を含む。
本発明に使用されるスラグは、電気炉でスクラップを溶解して発生する製鋼スラグであって、下記の表１における組成範囲を有するものを使用することが好ましい。
前記スラグ内において、その他の成分は、Ｐ２Ｏ５、Ｓ、ＦｅＯ３、ＣｒＯ３、ＴｉＯ２があり、Ｐ２Ｏ５、Ｓ、ＦｅＯ３、ＣｒＯ３、ＴｉＯ２のうちの少なくともいずれか１つを含む。
そして、前記目標組成比設定段階１００の後には、前記目標組成比設定段階１００で設定された目標組成比に合わせて、複数の還元剤を混合した複合還元剤の混合比および投入量を決定する複合還元剤決定段階２００が行われ、前記複合還元剤決定段階２００で決定された複合還元剤を、溶融したスラグ内に投入して還元させるのである。
スラグは、製銑過程および製鋼過程で必然的に生成されるものであり、主な還元対象成分は、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、Ｐ２Ｏ５である。前記スラグを還元させる還元剤の還元元素は、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃなどがあり、代表的な還元剤としては、金属アルミニウム（Ａｌ）、ＣａＳｉ−３０、ＦｅＳｉ、ＳｉＣ、黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）などがある。
還元後のスラグの主要成分であり、還元に影響を与えるスラグの成分は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３がある。図２は、還元後のスラグ内のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分比に応じた融点を示すグラフである。図２に示されていないが、前記グラフに粘度グラフも表示する。スラグの還元反応時、融点と、粘度が重要であり、スラグの主要成分であるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３は、スラグの融点および粘度に影響を及ぼす成分である。
前記図２に粘度線を表示し、還元のためのスラグ内の組成中、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の最適な成分比が目標点Ｐで表示されてよい。前記目標点Ｐは、前記グラフ上に複数表示されてよく、前記目標点Ｐが還元後の目標組成比となるのである。
前記目標組成比設定段階１００は、現在のスラグ内のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分比を確認し、現在のスラグ内のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分比から最も近似値の目標成分比を当該目標成分比として設定するものである。
前記当該目標成分比は、還元剤の投入後、反応されたスラグ内のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分の和を１００ｗｔ％とした時、ＣａＯ３９．５ｗｔ％以上４０．５ｗｔ％以下、ＳｉＯ２３９．５ｗｔ％以上４０．５ｗｔ％以下、Ａｌ２Ｏ３１９．５ｗｔ％以上２０．５ｗｔ％以下であることが好ましい。これは、図２における目標点Ｐの区域で、前記目標点Ｐの区域において粘度および融点が最も低い部分であることを確認することができる。
還元金属とスラグとの相分離を促進するためには、スラグが溶融状態を維持しなければならず、スラグの融点が作業温度より低くなければならない。前記目標点Ｐの区域において、粘度および融点が最も低く、還元金属の還元効率が最も高い区域となるのである。
一方、図３を参照すれば、本発明にかかる複合還元剤決定段階２００は、複数の複合還元剤、および前記複合還元剤における各還元剤の任意の配合比を決定する配合比決定過程Ｓ２１０と、還元対象のスラグの量に応じた前記複合還元剤の投入量と、造滓剤の投入量を決定する投入量計算過程Ｓ２２０と、前記複合還元剤を投入した後、還元剤の反応で生成される反応生成物を計算する反応生成物計算過程Ｓ２３０と、前記反応生成物によって変化したスラグの組成を計算するスラグ組成計算過程Ｓ２４０と、前記スラグ組成計算過程Ｓ２４０で計算されたスラグの組成と、スラグの目標組成比とを比較して、異なれば、再び前記配合比決定過程Ｓ２１０からスタートさせる組成比比較過程Ｓ２５０と、前記組成比比較過程Ｓ２５０でスラグの組成とスラグの目標組成比とが同一であれば、当該複合還元剤を最終還元剤として決定する還元剤決定過程Ｓ２６０とを含む。
以下、前記配合比決定過程Ｓ２１０は、２つの工業用還元剤Ａ、Ｂを使用することを一例として説明する。
還元剤Ａの混合比Ｒｍｉｘは、下記の数式１で定義される。
前記数式１に基づいて、還元剤Ｂの重量ＷＢは、下記の数式２で定義される。
２つの工業用還元剤Ａ、Ｂが混合された複合還元剤中、特定の元素または酸化物Ｍの含有量は、下記の数式３で表される。
前記数式３および数式２の関係を整理し、複合還元剤中に含まれている成分Ｍの平均含有量は、下記の数式４で計算される。
ここで、計算される成分Ｍは、還元剤内において還元成分のＣａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃがある。
前記２つの種類Ａ、Ｂの工業用還元剤中に含まれている成分Ｍの平均濃度は、還元剤中のＭ成分の含有量と還元剤の混合比によって計算される。
前記投入量計算過程Ｓ２２０は、還元対象のスラグの量に応じた前記複合還元剤の投入量と、造滓剤の投入量を決定する。この時、まず、投入量決定指数Ｋを計算する。
前記投入量決定指数Ｋは、複合還元剤内に含まれている成分中、Ｃａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃの各含有量（重量％）に基づいて、下記の数式５で計算される。
前記投入量決定指数Ｋを用いて、還元剤投入量Ｗｒｅｄは、下記の数式６で表される。
−１ｍｏｌｅの（ＦｅＯ）に対して、Ｎ（ＭｎＯ）ｍｏｌｅの（ＭｎＯ）、そして、Ｎ（Ｐ２Ｏ５）ｍｏｌｅの（Ｐ２Ｏ５）が含まれる。
また、造滓剤は、生石灰を一例とし、前記生石灰の投入量は、下記の数式７で表される。
下記の数式８〜数式１０は、前記数式７を計算するための過程である。
前記αは、１ｍｏｌｅの（ＦｅＯ）に対して、α ｍｏｌｅの生石灰の所要量をいい、下記の数式８で表される。
前記Ｐは、下記の数式９で表される。
前記Ｒは、下記の数式１０で表される。
−１ｍｏｌｅの（ＦｅＯ）に対して、Ｎ（Ａｌ２Ｏ３）ｍｏｌｅの（Ａｌ２Ｏ３）、そして、Ｎ（ＳｉＯ２）ｍｏｌｅの（ＳｉＯ２）が含まれる。
前記反応生成物計算過程Ｓ２３０は、下記の数式１１〜数式１３で表され、還元に影響を与えるＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の重量（ｇ）をそれぞれ計算する。
また、スラグ組成計算過程Ｓ２４０は、下記の数式１４〜数式１６で表され、前記反応生成物計算過程Ｓ２３０で計算されたＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の組成を計算する。
そして、参考として、複合還元剤と造滓剤を投入し、スラグの総括還元反応式は、下記の反応式１で表される。
前記組成比比較過程Ｓ２５０は、前記のように計算されたＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の組成比を、スラグの目標組成比と比較するものである。
そして、目標組成比と一致すれば、前記還元剤決定過程Ｓ２６０で最終還元剤を決定し、異なれば、再び、前記配合比決定過程Ｓ２１０、投入量計算過程Ｓ２２０、反応生成物計算過程Ｓ２３０、スラグ組成計算過程Ｓ２４０、組成比比較過程Ｓ２５０を繰り返すようになるのである。
本発明において、前記複合還元剤決定段階は、前記目標組成比すなわち、還元剤の投入後、反応されたスラグ内のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分の和を１００ｗｔ％とした時、ＣａＯ３９．５ｗｔ％以上４０．５ｗｔ％以下、ＳｉＯ２３９．５ｗｔ％以上４０．５ｗｔ％以下、Ａｌ２Ｏ３１９．５ｗｔ％以上２０．５ｗｔ％以下の組成比を有するように、複合還元剤を決定する。また、前記目標組成比は、反応後のスラグの成分中、ＭｇＯの成分に対する組成比が予め設定された値に固定されるようにし、スラグ内のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分の和を１００ｗｔ％とした時、ＣａＯ３９．５ｗｔ％以上４０．５ｗｔ％以下、ＳｉＯ２３９．５ｗｔ％以上４０．５ｗｔ％以下、Ａｌ２Ｏ３１９．５ｗｔ％以上２０．５ｗｔ％以下の組成比を有するように、複合還元剤を決定する。一例として、前記ＭｇＯは、還元剤の投入反応後、スラグ内に７ｗｔ％の組成比を有するように固定される。これは、前記ＭｇＯがスラグの粘度および融点に影響を与えるからである。そして、還元剤の投入反応後、前記ＭｇＯの成分比は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の総量対比、予め設定された重量値に固定されてもよい。一例として、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の総量（１００ｗｔ％）対比、ＭｇＯ１０ｗｔ％の時、前記目標組成比を決定するのである。この時、前記目標組成比は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分の和を１００ｗｔ％とし、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の総量（１００ｗｔ％）対比、ＭｇＯ１０ｗｔ％の時、ＣａＯ４０ｗｔ％、ＳｉＯ２４０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３２０ｗｔ％であることが最も好ましい。
前記複合還元剤決定段階で決定される複合還元剤は、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅの成分を含むことが好ましい。
前記複合還元剤において、前記Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅの成分の和を１００ｗｔ％とした時、前記Ａｌ７．５ｗｔ％以上３７ｗｔ％以下、Ｃａ１９．５ｗｔ％以上２８．５ｗｔ％以下、Ｓｉ３７ｗｔ％以上５５．５ｗｔ％以下、Ｃ０．２ｗｔ％以上０．４ｗｔ％以下、Ｆｅ６．３ｗｔ％以上９．８ｗｔ％以下の組成比を有するように、複合還元剤を決定する。
そして、前記複合還元剤決定段階で前記複合還元剤の総重量対比の造滓剤の投入量を決定し、前記造滓剤としては、生石灰を使用する。
前記生石灰は、前記複合還元剤の総重量（１００）対比、２０％〜６４％の重量で投入されることが好ましい。
本発明の実施例は下記の通りであり、計２０の実施例を通じて、本発明の複合還元剤の組成および範囲で前記目標組成比を満足することを確認する。
各実施例に使用されたスラグの組成は、下記の表２の通りである。
前記各実施例のスラグを、前記複合還元剤決定段階において、還元剤の投入後、反応されたスラグにおいて、ＭｇＯの成分に対する組成比が予め設定された値に固定されると同時に、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分比が前記目標組成比に一致することを、下記の表３から確認することができる。
すなわち、前記複合還元剤決定段階は、還元剤の投入反応後、ＭｇＯの成分に対する組成比が予め設定された値に固定されると同時に、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分比が前記目標組成比に一致するように、前記複合還元剤の投入量および成分比を決定する。
下記の表３のスラグの組成は、複合還元剤と反応後、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分の和を１００ｗｔ％とする時の、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分比である。
また、下記の表３のＡｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅの成分比は、複合還元剤において、前記Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅの成分の和を１００ｗｔ％とした時の、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅの成分比である。
さらに、下記の表３のスラグの組成において、ＭｇＯの成分比は、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の総量（１００ｗｔ％）対比、１０ｗｔ％が含まれるように固定された状態である。
前記表３のように、本発明にかかる複合還元剤は、前記目標組成比で前記スラグを反応させることで還元効果を向上させ、極大化させることを確認することができる。
一方、本発明にかかるスラグの還元方法は、前記複合還元剤決定段階２００で決定された複合還元剤を、スラグ内に投入して還元させるスラグ還元段階３００でスラグを還元させるものである。
本発明にかかるスラグの還元方法は、２つ以上の複合還元剤を使用し、当該スラグの組成に合わせた、複合還元剤の最適な混合比および投入量を計算して使用することにより、スラグの還元効率を極大化させ、様々な種類の還元剤を効率的に活用可能にする。
本発明にかかるスラグの還元方法は、スラグの有価金属回収量を増大させ、スラグの還元時、還元剤を効率的に活用し、所要の費用を低減する。
本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で多様に変更して実施することができ、これは本発明の構成に含まれることを明らかにする。
１００：目標組成比設定段階
２００：複合還元剤決定段階
３００：スラグ還元段階
Ｓ２１０：配合比決定過程
Ｓ２２０：投入量計算過程
Ｓ２３０：反応生成物計算過程
Ｓ２４０：スラグ組成計算過程
Ｓ２５０：組成比比較過程
Ｓ２６０：還元剤決定過程
２００：複合還元剤決定段階
３００：スラグ還元段階
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Ｓ２４０：スラグ組成計算過程
Ｓ２５０：組成比比較過程
Ｓ２６０：還元剤決定過程
Claims (9)
- 電気炉でスクラップの溶解時に発生するスラグを還元させる還元方法であって、
還元対象となるスラグの成分を確認し、還元後の目標組成比を設定する目標組成比設定段階と、
前記目標組成比設定段階で設定された目標組成比に合わせて、複数の還元剤を混合した複合還元剤の混合比および投入量を決定する複合還元剤決定段階と、
前記複合還元剤決定段階で決定された複合還元剤を、溶融したスラグ内に投入して還元させるスラグ還元段階とを含むことを特徴とする、スラグの還元方法。 - 前記複合還元剤決定段階は、
複数の複合還元剤、および前記複合還元剤における各還元剤の任意の配合比を決定する配合比決定過程と、
還元対象のスラグの量に応じた前記複合還元剤の投入量と、造滓剤の投入量を決定する投入量計算過程と、
前記複合還元剤を投入した後、還元剤の反応で生成される反応生成物を計算する反応生成物計算過程と、
前記反応生成物によって変化したスラグの組成を計算するスラグ組成計算過程と、
前記スラグ組成計算過程で計算されたスラグの組成と、スラグの目標組成比とを比較して、異なれば、再び前記配合比決定過程からスタートさせる組成比比較過程と、
前記組成比比較過程でスラグの組成とスラグの目標組成比とが同一であれば、当該複合還元剤を最終還元剤として決定する還元剤決定過程とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のスラグの還元方法。 - 前記目標組成比設定段階において、スラグ内の組成中、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３を目標組成比の成分とすることを特徴とする、請求項１に記載のスラグの還元方法。
- 前記反応生成物計算過程は、スラグ内の組成中、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の重量（ｇ）をそれぞれ計算し、スラグ組成計算過程は、還元後のスラグ内のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の含有量（重量％）を計算することを特徴とする、請求項２に記載のスラグの還元方法。
- 前記目標組成比設定段階において、目標成分比は、スラグ内のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の成分の和を１００ｗｔ％とした時、ＣａＯ３９．５ｗｔ％以上４０．５ｗｔ％以下、ＳｉＯ２３９．５ｗｔ％以上４０．５ｗｔ％以下、Ａｌ２Ｏ３１９．５ｗｔ％以上２０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のスラグの還元方法。
- 前記複合還元剤決定段階で決定される複合還元剤は、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅの成分を含むことを特徴とする、請求項５に記載のスラグの還元方法。
- 前記複合還元剤決定段階において、還元剤の投入後、反応されたスラグにおいて、ＭｇＯの成分に対する組成比が予め設定された値に固定されるように、前記複合還元剤の成分比が決定されることを特徴とする、請求項６に記載のスラグの還元方法。
- 前記複合還元剤において、前記Ａｌ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅの成分の和を１００ｗｔ％とした時、前記Ａｌ７．５ｗｔ％以上３７ｗｔ％以下、Ｃａ１９．５ｗｔ％以上２８．５ｗｔ％以下、Ｓｉ３７ｗｔ％以上５５．５ｗｔ％以下、Ｃ０．２ｗｔ％以上０．４ｗｔ％以下、Ｆｅ６．３ｗｔ％以上９．８ｗｔ％以下の組成比を有するように、複合還元剤を決定することを特徴とする、請求項７に記載のスラグの還元方法。
- 前記複合還元剤決定段階において、前記複合還元剤の総重量対比の造滓剤の投入量を決定し、
前記造滓剤としては、生石灰を使用し、
前記生石灰は、前記複合還元剤の総重量（１００）対比、２０％〜６４％の重量で投入されることを特徴とする、請求項８に記載のスラグの還元方法。
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