JP2016047957A - 鉄鋼副産物の硫黄除去方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この特許文献1では、取鍋から払い出された直後の熱間スラグをそのまま冷却し、冷却されて凝固したスラグを空気と接触する表面積を大きくするために微粉末まで粉砕した後で、粉砕されたスラグの微粉末に対して空気酸化が行われている。また、この特許文献1の方法は、フッ素が高濃度に含まれたスラグを対象としている。
また特許文献3には、硫黄を含むスラグを、所定の混合比で一酸化炭素と二酸化炭素を混合した雰囲気に暴露し、スラグ中から硫黄を除去する方法が開示されている。
また、特許文献1の方法では、フッ素が多く含まれた脱硫スラグを対象としている。しかし、脱硫スラグにはフッ素を殆ど含まないスラグもあり、このようなスラグを特許文献1の方法で処理した場合には、酸化の温度が低すぎて満足に硫黄を除去することができなくなる可能性がある。
じている。
即ち、本発明の鉄鋼副産物の硫黄除去方法は、硫黄が含有されると共にフッ素の含有量が0.1%以下とされた鉄鋼副産物に対して、排さい後から1000℃以上の温度範囲まで、酸素が含まれた雰囲気を用いて冷却し、前記鉄鋼副産物からの前記硫黄を除去することを特徴とする。
なお、好ましくは、前記鉄鋼副産物の温度が1000℃未満となった際に、前記鉄鋼副産物を水に接触させることにより、前記鉄鋼副産物からの前記硫黄を除去するとよい。
一般的に、製鋼工程においては、高炉から出銑した溶銑に対して、りんや硫黄などの不純物を酸化して除去する予備処理を行い、次いで転炉で脱炭を行った後、取鍋などで成分調整(脱りんや脱硫など)のための二次精錬を行って成分調整を行うことで、鋼を製造している。この製鋼を構成する工程のうち、二次精錬や予備処理といった工程では、溶鋼中に造さい剤などを供給し、溶鋼中の硫黄をスラグに移動することで溶鋼中の硫黄を除去する脱硫が行われる。
そこで、本発明の硫黄除去方法では、硫黄が含有されたスラグ、言い換えれば鉄鋼副産物に酸素を接触させ、鉄鋼副産物に含まれる硫黄を酸化することで、鉄鋼副産物からの硫黄を除去している。具体的には、本発明の硫黄除去方法では、硫黄が含有されると共にフッ素の含有量が0.1%以下とされたスラグなどの鉄鋼副産物を処理対象としている。このように硫黄が含有されたスラグは、排さいされた直後から、スラグの温度が1000℃となるまで冷却される。この排さい後から1000℃までの温度範囲において、スラグ中に含まれる硫黄は酸素が含まれた雰囲気中で酸化され、鉄鋼副産物の硫黄が二酸化硫黄のガスとして揮発除去される。
また、鉄鋼副産物の温度が1000℃未満となった際には、スラグ中に硫酸カルシウムが形成され、形成された硫酸カルシウムが酸化反応を阻害する場合があるため、酸素ではなく水を鉄鋼副産物に接触させて硫酸カルシウムを取り除くようにする。このように1000℃未満となったスラグに水を接触させれば、スラグ中の硫酸カルシウムが水に溶解して除去され、さらに硫黄の除去効率を高めることが可能となる。
本発明の硫黄除去方法の処理対象となる鉄鋼副産物(以降、単にスラグという場合があ
る)は、鉄鋼を製錬する際に副産物として排出されるものであり、その中には硫黄が高濃度で含有されている。例えば、このような鉄鋼副産物には、製錬で脱硫された硫黄を高濃度で含有する脱硫スラグ、あるいはこの脱硫スラグを一部に含有する混合スラグなどを用いることができる。また、この鉄鋼副産物には、好ましくは上述した予備処理や二次精錬の脱硫処理で排さいされた脱硫スラグが含まれているとよい。このような脱硫スラグを含むことで、本発明の対象とする鉄鋼副産物には、硫黄が0.05%〜5.0%、好ましくは0.1%〜1.0%含まれている。
つまり、排さい後のスラグは、一般に1500℃を超えるような高温となっており、このような1000℃を超える高温状態ではスラグ中の硫黄は二酸化硫黄に酸化され、酸化された硫黄をガス状態でスラグから取り除くことができる。
なお、スラグに接触させて硫黄を酸化するための「酸素が含まれた雰囲気」とは、硫黄を酸化可能な酸素を含むものであり、大気もしくは酸素を含むガスが含まれた雰囲気などを挙げることができる。
上述した硫黄除去方法を行えば、排さい直後から、鉄鋼副産物の温度が1000℃になるまでの間に、スラグ中の硫黄に雰囲気中の酸素を確実に接触させることが可能となり、硫黄を二酸化硫黄のガスとして揮発除去することが可能となる。
には、スラグ中で硫黄は硫化カルシウムの状態で存在しており、1000℃未満の温度範囲ではスラグ中の硫化カルシウムは酸化により硫酸カルシウムに変化する。この硫酸カルシウムは非常に安定であるため、酸素と接触しても二酸化硫黄の生成・揮発が生じないためと考えられる。
実施例及び比較例は、図1に示された実験装置の内部に窒素ガスを導入し、窒素ガス中でスラグを加熱し、排さいの際の温度(1550℃)に達した後で雰囲気ガス6(詳細は後述)を炉内に導入し、雰囲気ガス6の中でスラグ4を1000℃に低下するまで冷却したものである。この実験装置は、水平方向に沿って配備された管状炉1を備えており、管状炉1の一端側の開口端が雰囲気ガス6を導入する導入口2、他方側の開口端が酸化後のガスを炉外に排出する排出口3となっている。
このようにして実験装置の管状炉1内に雰囲気ガス6(乾燥大気、湿潤大気、または窒素ガス)を供給すると、供給された雰囲気ガス6によりスラグ4が−10℃/minの冷却速度で冷却される。このとき、冷却と同時にスラグ4中の硫黄に酸化反応が生じ、酸化によって硫黄が二酸化硫黄がガスとなって発生する。このようにして発生した二酸化硫黄のガスは管状炉1の排出口3から排出され、排出口3に設けられたガスクロマトグラフ7で二酸化硫黄の濃度が計測される。
一方、二酸化硫黄の濃度は、大気供給後しばらくすると急激に上昇し、大気供給後500秒で2400ppmまで上昇した時点で、二酸化硫黄の濃度は最大となる。その後、二酸化硫黄の濃度は急激に低下し、スラグ4の温度が1000℃となる大気供給後2100秒では、100ppm以下まで低下する。このことから、スラグ4中の硫黄を二酸化硫黄に変化させる酸化反応は1000℃以上の温度範囲で殆ど完了し、1000℃未満の温度範囲ではスラグ4中の硫黄は殆ど二酸化硫黄に変化しないと判断され、スラグ4を脱硫させる温度としては排さい後から1000℃以上の温度範囲を採用するのが良いことがわかる。
「実施例1、2」
実施例1及び実施例2は、いずれも表2のスラグAに大気を供給して酸化を行ったものである。なお、実施例1は乾燥大気、実施例2は湿潤大気を用いた例である。単位重量当たりの大気流量は100 L/min・kgである。
「実施例3、4」
実施例3及び実施例4は、いずれも表2のスラグBに大気を供給して酸化を行ったものである。なお、実施例3は実施例1と同様に乾燥大気、実施例4は実施例2と同様に湿潤大気を用いた例である。大気を供給する際の流量は、実施例1及び実施例2と同様である。
「実施例5〜8」
実施例5〜8は、表2のスラグAに乾燥大気を供給して酸化を行った例である。なお、実施例5〜8の単位重量当たりの大気流量は100、50、10および2.5L/min・kgであり、硫黄濃度が0.028%、0.04%、0.059%および0.068%まで減少している。つまり、硫黄除去効率X1は80.0%、71.4%、57.9%および51.4%となっている。
「比較例1、2」
上述した実施例1〜実施例6の結果に対して、比較例1は、乾燥大気の流量が0L/minとされた例であり、酸素が含まれた雰囲気中にスラグ4を静置するものの、スラグ4に雰囲気を吹き付けずに硫黄を酸化させた例となっている。この比較例1でも、熱処理前に0.14%であった硫黄濃度は1000℃まで酸化した後には0.077%まで減少しているが、硫黄除去効率X1は45.0%となっており、スラグ4中に含まれる硫黄の半分以上が未酸化のまま残されている。このことから雰囲気ガスの吹きつけは硫黄の効果的な除去には不可欠であることがわかる。
一方、比較例2は、乾燥大気や湿潤大気ではなく、硫黄に対する酸化力を有さない窒素ガスを、管状炉1の炉内に供給したものとなっている。この比較例2では、熱処理前に0.14%であった硫黄濃度は1000℃に達するまで炉内に静置しても0.13%にしか減少せず、硫黄除去効率X1は7.1%と低い値となっている。つまり、酸化力を有さない窒素ガスを用いる比較例2では硫黄は殆ど除去されないが、酸化性がある乾燥大気を用いる実施例1では、硫黄が効果的に除去されていることがわかり、酸化による硫黄の除去には酸素を含有する雰囲気ガス6が必要不可欠であることがわかる。
2 導入口
3 排出口
4 スラグ
5 坩堝
6 雰囲気ガス
7 ガスクロマトグラフ
Claims (3)
- 硫黄が含有されると共にフッ素の含有量が0.1%以下とされた鉄鋼副産物に対して、排さい後から1000℃以上の温度範囲まで、酸素が含まれた雰囲気を用いて冷却し、前記鉄鋼副産物からの前記硫黄を除去することを特徴とする鉄鋼副産物の硫黄除去方法。
- 前記鉄鋼副産物を前記酸素が含まれた雰囲気中で冷却するに際しては、前記鉄鋼副産物に対して前記雰囲気を1L/min・kg以上の流量で吹き付けることを特徴とする請求項1に記載の鉄鋼副産物の硫黄除去方法。
- 前記鉄鋼副産物の温度が1000℃未満となった際に、前記鉄鋼副産物を水に接触させることにより、前記鉄鋼副産物からの前記硫黄を除去することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の鉄鋼副産物の硫黄除去方法。
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