JP2018090477A - 鉄鋼スラグの処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、特許文献3には、製鋼スラグをセメント原料として利材化するための処理方法が提案されている。この処理方法は、製鋼スラグを処理ヤードで散水冷却してから、スラグの大きい塊を破砕して地金を除去した後、スラグを一旦積み付け、スラグに含有されたCaOの反応熱により水分を10重量%以下にしてからスラグを破砕し、このスラグに含まれる金属鉄(粒鉄)を選別して除去するものである。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
[1]製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して破砕する破砕工程(A)と、
該破砕工程(A)で破砕された鉄鋼スラグを篩分けする分級工程(B)と、
該分級工程(B)の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程(C)と、
該磁力選別工程(C)で分別された非磁着物を造粒する造粒工程(D)を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
該分級工程(B)の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程(C)と、
該磁力選別工程(C)で分別された非磁着物を造粒する造粒工程(D)を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[3]上記[1]又は[2]の処理方法において、分級工程(B)では、鉄鋼スラグを篩目1〜10mmで篩分けすることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかの処理方法において、磁力選別工程(C)では、磁力強度が1000〜15000ガウスの磁力選別手段で磁力選別を行うことを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかの処理方法において、磁力選別工程(B)では、ベルトコンベアを構成する1つのプーリ(1)が磁場印加手段を内蔵するプーリ式磁力選別機であって、前記磁場印加手段がプーリ本体に対して独立して回転駆動する磁石ロール(2)からなり、該磁石ロール(2)は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極(3)を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極(3)が異なる極性を有する磁力選別機を用いて鉄鋼スラグを磁力選別することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
F=(x・P)/60 …(1)
ここで x:磁石ロール(2)の回転数(rpm)
P:磁石ロール(2)が周方向で備える磁極数(但し、N極・S極のペアで1磁極とする)
[8]上記[1]〜[7]のいずれかの処理方法において、造粒工程(D)で造粒される非磁着物は、粒径0.5mm以下の粒子の割合が70質量%以上であることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[10]上記[1]〜[9]のいずれかの処理方法において、造粒工程(D)では、パン皿の表面に撥水性の表面処理が施された皿形造粒機を用いて非磁着物を造粒することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[11]上記[10]の処理方法において、パン皿の表面処理がフッ素樹脂コーティングであることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[12]上記[1]〜[11]のいずれかの処理方法において、鉄鋼スラグが製鋼スラグであることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[13]上記[1]〜[12]のいずれかの処理方法により得られた造粒物をセメント原料として用いることを特徴とする鉄鋼スラグの利材化方法。
[14]上記[1]〜[12]のいずれかの処理方法によりセメント原料となる非磁着物の造粒物を得ることを特徴とするセメント原料の製造方法。
破砕工程(A)では、精錬工程(製鋼工程)で発生した製鋼スラグ(スラグ塊)を所定の粒径に破砕処理する。破砕粒径は製鋼スラグの種類によっても異なるが、含まれている金属(主に金属鉄であるので、以下「金属鉄」という)の単体分離が十分に促進される粒径が好ましい。破砕粒径は、通常1〜100mm程度であるが、破砕後の処理工程でより高精度な分離を行うためには1〜6mm程度とすることが好ましい。破砕機は、ジョークラッシャー、コーンクラッシャー、ハンマークラッシャー、インパクトクラッシャー、ロールクラッシャーなどを用いることができ、また、ボールミル、ロッドミル等の粉砕機を用いてもよい。
なお、上述した本発明の他の実施形態では、製鉄工程で発生して回収された鉄鋼スラグは、破砕工程を経ることなく、分級工程(B)で下記のように篩分けされる。
磁力選別機としては、プーリ式(ドラム式)、ベルト吊り下げ式などを用いることができるが、ベルト吊り下げ式は、金属鉄間にスラグを巻き込みやすく、金属鉄の取りこぼしが多くなり、歩留りの低下を生じやすいので、金属鉄の取りこぼしを防ぐためにはプーリ式(ドラム式)の方が好ましい。
図2は、そのようなプーリ式磁力選別機の一実施形態とその使用状況を示す説明図である。図において、10はプーリ式の磁力選別機、20は磁力選別される鉄鋼スラグ(以下、単に「スラグa」という)を磁力選別機10に搬送するための搬送コンベア(ベルトコンベア)であり、磁力選別機10は、搬送コンベア20の上方に位置し、搬送コンベア20で搬送されてきたスラグaから磁力により磁着物粒子を上方に吸引して分離する。
搬送コンベア20と磁力選別機10は、コンベアベルト21、5の移動方向が逆向きであり、搬送コンベア20のコンベア終端部14の上方(真上)に磁力選別機10のコンベア始端部11が近接して位置している。
プーリ1のプーリ本体6の内側には、磁場印加手段である磁石ロール2が配置されている。この磁石ロール2は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極3(永久磁石)を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極3は異なる極性(N極,S極)を有している。すなわち、ロール周方向で極性(N極,S極)が異なる磁極3が所定の間隔をおいて交互に配置されている。
なお、回転する磁石ロール周辺の部材は、変化する磁場による渦電流効果の影響を受け、金属部材は非磁性物であっても渦電流によって過熱していく。このため、通常、磁力選別機10のコンベアベルト5とプーリ1のプーリ本体6は、樹脂、セラミックなどの非金属で構成される。
また、磁力選別機10側に吸引保持された磁着物粒子は、コンベアベルト5で搬送された後、コンベア終端部12から払い出されるので、そのコンベア終端部12の下方には、磁着物回収部25が設けられている。また、非磁着物粒子は、磁力選別機10のコンベア始端部11の下方に落下するので、その位置に非磁着物回収部26が設けられている。
つまり、スラグ層axに作用する磁場の強度及び極を高速に変化させることで、磁着物粒子の吸引と解放が極めて短時間繰り返される現象を発生させ、磁着物粒子による非磁着物粒子の挟み込み・抱き込み現象を解消しつつ、磁着物粒子を磁力選別することができる。
すなわち、磁力選別機10において、1は磁場印加手段を内蔵したコンベア終端部12側のプーリ(ベルトガイドロール)、7はコンベア始端部11側のプーリ(ベルトガイドロール)、8はコンベアベルトであり、このコンベアベルト8がプーリ1、7間に張設されることで、ベルトコンベアが構成される。
また、コンベアベルト8の上方であって、コンベア始端部11寄りの位置には、コンベアベルト8上にスラグaを供給する供給装置24が配置されている。
磁石ロール2を備えたプーリ1の構造・機能、プーリ1のプーリ本体6やコンベアベルト8の材質などは、図2の実施形態と同様である。なお、本実施形態の磁力選別機10では、プーリ1に内蔵された磁石ロール2は、コンベアベルト1の進行方向(プーリ本体6の回転方向)とは逆方向に回転する。
また、コンベアベルト移動方向において仕切板9を挟んだ位置に磁着物回収部25と非磁着物回収部26が設けられる。すなわち、仕切板9を挟んでコンベア始端部11側の位置(磁着物粒子の落下エリア)に磁着物回収部25が、コンベア終端部12側の位置(非磁着物粒子の落下エリア)に非磁着物回収部26が、それぞれ設けられている。
F=(x・P)/60 …(1)
ここで x:磁石ロール2の回転数(rpm)
P:磁石ロール2が周方向で備える磁極数(但し、N極・S極のペアで1磁極とする)
例えば、周方向で12極(N極・S極のペアで1磁極と数える)の磁石(例えば、ネオジウム磁石)を配設した場合には、磁石ロール2の回転速度を1000rpmとすると、磁場変化周波数Fは200Hzとなる。また、周方向で24極(N極・S極のペアで1磁極と数える)の磁石を配置して、同じように磁場変化周波数Fを200Hzとする場合、磁石ロール2の回転速度は500rpmでよい。
図2に示すような磁力選別機を用い、水分含有量が異なる鉄鋼スラグ(製鋼スラグ)について磁力選別を行い、選別された非磁着物yの金属鉄含有量を調べた。この試験では、磁力強度を1500ガウスとし、磁場変化周波数Fが200Hzとなるように磁石ロール2の回転数を設定した。
ここで、磁力選別工程(C)で磁力選別される鉄鋼スラグの水分含有量を調整する方法に特別な制限はないが、例えば、水冷処理したスラグを一定期間自然乾燥させる、水冷処理の際に冷却水の供給量を調整する、などの方法が挙げられる。
また、造粒物の平均粒径は5〜15mmが望ましい。平均粒径が5mm未満では、粒子径が細かいため造粒後の搬送中に割れや粒子どうしの衝突による摩耗等が発生した場合、造粒物から欠落した粒子が微粉化しやすく、搬送性が低下しやすい。一方、平均粒径が15mmを超えると、造粒物の強度を確保しにくくなり、搬送中に割れが発生しやすくなって微粉化し、この場合も搬送性が低下しやすい。
また、造粒処理は、皿形造粒機などを用いる転動造粒法や乾式の圧縮造粒法以外に、混練造粒法によっても実施可能であり、同様の効果が得られる。
本発明で処理対象となる製鉄工程で発生する鉄鋼スラグとしては、脱燐スラグ、脱硫スラグ、転炉脱炭スラグ、脱珪スラグ、電気炉スラグなどの製鋼スラグ以外に、溶融還元スラグ、高炉スラグ(高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ)などが挙げられ、これらの1種以上を処理対象とすることができる。
図1に示す処理フローに従い、Fe含有量が26.5質量%の製鋼スラグ(脱硫スラグ)をロッドミルにより表1及び表2に示す目標の粒径(破砕機の破砕粒径の設定値)に破砕した後(破砕工程)、表1及び表2に示す篩目の振動篩で篩分けし、次工程で磁力選別を行う細粒(篩下スラグ)を選別した(分級工程)。篩上スラグについては、再度破砕処理を行った。次いで、分級された細粒を表1及び表2に示す磁力強度のプーリ式(ドラム式)磁力選別機を用いて磁力選別して磁着物と非磁着物に分別し(磁力選別工程)、この分別された非磁着物を造粒して表1及び表2に示す平均粒径の造粒物とした(造粒工程)。この造粒処理では、非磁着物に対して非磁着物量の25質量%の水を添加し、パン型ペレタイザーを用いて造粒を行った。この造粒物を造粒後1日間、自然乾燥させた。また、比較例として、上記の分級工程、磁力選別工程、造粒工程の1つ以上を実施しない処理を行った。
造粒物と造粒処理しない非磁着物の搬送性を、ベルトコンベアによる搬送時の粉塵発生の有無を目視で確認することにより評価した。
また、造粒物の強度は、圧壊強度試験機を用い、JIS Z8841に準拠して測定した。代表サンプルを10個採取し、それらの強度測定値の平均値を造粒物の強度とした。
非磁着物のセメント原料化の可否については下記基準で評価した。
○:非磁着物の造粒処理がなされた場合であって、非磁着物の金属鉄濃度が3.5質量%未満、造粒物強度が35N以上、搬送性の評価が“○”の場合
△:非磁着物の造粒処理がなされた場合であって、下記(i)〜(iv)のいずれかに該当する場合
(i)非磁着物の金属鉄濃度が3.5質量%以上6.0質量%未満、造粒物強度が35N以上、搬送性の評価が“○”の場合
(ii)非磁着物の金属鉄濃度が3.5質量未満、造粒物強度が20N以上35N未満、搬送性の評価が“○”の場合
(iii)非磁着物の金属鉄濃度が3.5質量%以上6.0質量%未満、造粒物強度が20N以上35N未満、搬送性の評価が“○”の場合
(iv)非磁着物の金属鉄濃度が6.0質量%未満、造粒物強度が20N以上、搬送性の評価が“△”の場合
×:下記(i)〜(iv)のいずれかに該当する場合
(i)造粒処理がなされない場合
(ii)非磁着物の金属鉄濃度が6.0質量%以上の場合
(iii)造粒物強度が20N未満の場合
(iv)搬送性の評価が“×”の場合
搬送性については、ベルトコンベア搬送時の目視による確認で、粉塵発生が認められなかった場合を“○”、少量の粉塵発生が認められた場合を“△”、多量の粉塵発生が認められた場合を“×”とした。
表1及び表2に示すように、本発明例では、セメント原料として利用可能なスラグ材料(造粒物)を得ることができ、また、磁選後の磁着物は製鉄原料として利用可能である。これに対して、比較例では、セメント原料として利用可能なスラグ材料を得ることができない。
図1に示す処理フローに従い、Fe含有量26.5質量%の製鋼スラグ(脱硫スラグ)をロッドミルにより目標粒径3mmに破砕した後、篩目2mmの振動篩を用いて篩分けし、次工程で磁力選別を行う細粒(篩下スラグ)を選別した。篩上スラグについては、再度破砕処理を行った。次いで、分級された細粒を磁力強度が200ガウスのプーリ(ドラム式)磁力選別機を用いて磁力選別して磁着物と非磁着物に分別し、この分別された非磁着物に対して非磁着物量の15質量%の水を添加し、パン型ペレタイザーを用いて造粒(目標造粒径5mm以上)を行った。
実施例1と同様にして分級された細粒を、図2に示すプーリ式磁力選別機を用いて磁力選別して磁着物と非磁着物に分別し、これら磁着物と非磁着物の金属鉄濃度を実施例1と同様の方法で測定した。その結果を表3に示す。これによれば、図2に示すような特別なプーリ式磁力選別機を用いることにより、磁着物と非磁着物の選別性がより高められ、その結果、より高品質なセメント原料(及び製鉄原料)が得られることが判る。
2 磁石ロール
3 磁極
4 プーリ
5 コンベアベルト
6 プーリ本体
7 プーリ
8 コンベアベルト
9 仕切板
10 磁力選別機
11 コンベア始端部
12 コンベア終端部
13 コンベア始端部
14 コンベア終端部
20 搬送コンベア
21 コンベアベルト
22,23 プーリ
24 供給装置
25 磁着物回収部
26 非磁着物回収部
Claims (14)
- 製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して破砕する破砕工程(A)と、
該破砕工程(A)で破砕された鉄鋼スラグを篩分けする分級工程(B)と、
該分級工程(B)の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程(C)と、
該磁力選別工程(C)で分別された非磁着物を造粒する造粒工程(D)を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。 - 製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して篩分けする分級工程(B)と、
該分級工程(B)の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程(C)と、
該磁力選別工程(C)で分別された非磁着物を造粒する造粒工程(D)を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。 - 分級工程(B)では、鉄鋼スラグを篩目1〜10mmで篩分けすることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 磁力選別工程(C)では、磁力強度が1000〜15000ガウスの磁力選別手段で磁力選別を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 磁力選別工程(B)で磁力選別される鉄鋼スラグは、水分含有量が30質量%以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 磁力選別工程(B)では、ベルトコンベアを構成する1つのプーリ(1)が磁場印加手段を内蔵するプーリ式磁力選別機であって、前記磁場印加手段がプーリ本体に対して独立して回転駆動する磁石ロール(2)からなり、該磁石ロール(2)は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極(3)を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極(3)が異なる極性を有する磁力選別機を用いて鉄鋼スラグを磁力選別することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 下記(1)式で定義される磁石ロール(2)の磁場変化周波数F(Hz)が10〜500Hzであることを特徴とする請求項6に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
F=(x・P)/60 …(1)
ここで x:磁石ロール(2)の回転数(rpm)
P:磁石ロール(2)が周方向で備える磁極数(但し、N極・S極のペアで1磁極とする) - 造粒工程(D)で造粒される非磁着物は、粒径0.5mm以下の粒子の割合が70質量%以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 造粒工程(D)では、非磁着物を平均粒径5〜15mmの造粒物に造粒することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 造粒工程(D)では、パン皿の表面に撥水性の表面処理が施された皿形造粒機を用いて非磁着物を造粒することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- パン皿の表面処理がフッ素樹脂コーティングであることを特徴とする請求項10に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 鉄鋼スラグが製鋼スラグであることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の処理方法により得られた非磁着物の造粒物をセメント原料として用いることを特徴とする鉄鋼スラグの利材化方法。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の処理方法によりセメント原料となる非磁着物の造粒物を得ることを特徴とするセメント原料の製造方法。
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