JP2018095932A

JP2018095932A - 製鉄スラグからの地金回収方法

Info

Publication number: JP2018095932A
Application number: JP2016242773A
Authority: JP
Inventors: 健太郎前田; Kentaro Maeda
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-06-21

Abstract

【課題】本発明は、製鉄スラグから効率よく地金を容易に回収する地金回収方法の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、製鉄スラグへの水の供給条件及び篩条件を決定する事前準備工程と、事前準備工程によって決定された供給条件で水を製鉄スラグに供給し、含水した製鉄スラグを事前準備工程によって決定された篩条件で篩分けを行う選別工程とを有する。事前準備工程では、製鉄スラグの粒度分布及び成分組成を測定する工程と、製鉄スラグの含水量、体積膨張率、及び篩作業条件の関係を調査する工程と、この関係に基づいて決定した含水量となるよう製鉄スラグに水を供給し篩作業条件で篩分けを行う工程と、この工程後に篩上に残存した製鉄スラグのスラグ付着量を測定する工程と、この測定結果に基づいて製鉄スラグへの水の供給条件及び製鉄スラグの篩条件を決定する工程とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄スラグからの地金回収方法に関する。

製鉄スラグを有効利用するために、製鉄スラグから地金を回収する方法が提案されている。例えば、特許文献１では、溶銑の脱硫工程で生じた石灰系脱硫スラグを水分飽和状態に至るまで注水冷却し、その後、屋外で乾燥させた脱硫スラグを篩分けし、篩目１０〜２５ｍｍの篩上の残存物を磁選および破砕処理して、高炉原料に利用することが提案されている。

しかし、この特許文献１の方法では、水分飽和状態に至るまで注水冷却する必要があるため、処理時間が長期化せざるを得ない。しかも、特許文献１の方法では、冷却後の乾燥のために約１ヶ月の天日乾燥が必要であり、大量の製鉄スラグを処理するためには膨大な乾燥のための施設面積が必要となる。さらに、特許文献１の方法では、破砕機や磁選機を用いるため、保全作業等、操業上の負荷が大きい。

特開昭５９−１２３７０６号公報

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、製鉄スラグから効率よく地金を容易に回収することのできる製鉄スラグからの地金回収方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明は、地金の表面に被着物を有する粒状体を含む製鉄スラグから地金を回収する製鉄スラグからの地金回収方法であって、製鉄スラグへの水の供給条件及び製鉄スラグの篩条件を決定する事前準備工程と、上記事前準備工程によって決定された供給条件で水を製鉄スラグに供給し、含水した製鉄スラグを上記事前準備工程によって決定された篩条件で篩分けを行う選別工程とを有し、上記事前準備工程が、回収される製鉄スラグの粒度分布及び所定粒度の成分組成を測定する第一工程と、上記第一工程によって測定されたデータに基づいて篩目を決定する第二工程と、製鉄スラグの含水量、この含水量による製鉄スラグの体積膨張率、及び篩作業条件の関係を調査する第三工程と、上記第三工程の関係に基づいて決定した含水量となるよう製鉄スラグに水を供給し、上記第二工程で決定した篩目を用い、上記第三工程の関係に基づいて決定した篩作業条件で篩分けを行う第四工程と、第四工程後に篩上に残存した製鉄スラグについて付着したスラグ量を測定する第五工程と、第五工程の測定結果に基づいて製鉄スラグへの水の供給条件及び製鉄スラグの篩条件を決定する第六工程とを有する製鉄スラグからの地金回収方法である。

当該地金回収方法は、製鉄スラグに所定の供給条件で水を供給し、含水した製鉄スラグが膨張することで、地金表面の被着物がクラック（ひび割れ）等の発生によって地金から剥離されやすくなり、この状態で製鉄スラグを所定の篩条件で篩分けを行うことで、被着物の少なくとも一部が剥離された地金を効率よく回収することができる。また、当該地金回収方法では、製鉄スラグに適した水の供給条件及び篩条件を事前準備工程で決定するため、地金の回収効率を高めることができ、また処理時間の短縮化を図ることができる。

以上説明したように、本発明の製鉄スラグからの地金回収方法によれば、製鉄スラグから効率よく地金を容易に回収することができる。

本発明の一実施形態に係る製鉄スラグからの地金回収方法の手順を示すフロー図である。図１の製鉄スラグからの地金回収方法の事前準備工程で測定されたＫＲスラグの体積膨張率（縦軸）と水和反応時間（横軸（ｄａｙ））との関係を示す。図１の製鉄スラグからの地金回収方法の事前準備工程で測定されたＫＲスラグの体積膨張率（縦軸）と水和反応時間（横軸（ｍｉｎ））との関係を示す。図１の製鉄スラグからの地金回収方法の事前準備工程で測定されたＫＲスラグのスラグ付着割合（縦軸）とバケット振動時間（横軸（ｍｉｎ））との関係を示す。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の製鉄スラグからの地金回収方法の実施形態について説明する。当該地金回収方法は、地金の表面に被着物を有する粒状体を含む製鉄スラグから地金を回収する方法であるが、まず処理対象である製鉄スラグについて説明する。

［製鉄スラグ］
製鉄スラグは、脱硫処理された溶銑上から除去される。この脱硫処理としては、ＣａＯ（酸化カルシウム）及びアルミニウム等を含む脱硫剤を溶銑に添加し、機械攪拌式脱硫装置を用いて溶銑を攪拌することによって行われる（ＫＲ法）。この脱硫処理によって溶銑上に浮かんだ製鉄スラグ（以下、ＫＲスラグということがある）は除さいされる。この除さいは、爪状の設備によって溶銑上に浮かんだＫＲスラグを掻き取ることで行われる。

なお、溶銑中の硫黄（Ｓ）は、下記式（１）に示すように、ＣａＯとの反応により硫化カルシウム（ＣａＳ）として固定化される。下記式（１）において、（）内はスラグ中又は脱硫剤中の成分を表し、［］内は溶銑中の成分を表す。
（ＣａＯ）＋［Ｓ］→（ＣａＳ）＋［Ｏ］・・・（１）

この製鉄スラグは、種々の粒径の粒状体の集合体から構成されている。この製鉄スラグは、地金の表面に被着物を有する粒状体を含む。この粒状体は、上記被着物であるスラグと、脱硫処理時にスラグ内に取り込まれた地金とを有する。特にＫＲ法によっては脱硫剤と溶銑とが激しく攪拌されるため、ＫＲ法によって形成される製鉄スラグ（以下、ＫＲスラグということがある）の中には処理途中でスラグ中に巻き込まれた溶銑が粒鉄（地金）として大量に含まれる。また、ＫＲスラグには、上記爪状の設備で掻き取られる際に少量の溶銑も溶銑鍋から掻き出されるため、ＫＲスラグには大小さまざまな地金が混ざった状態で排出される。

また、上記被着物であるスラグは、主に硫化カルシウムから構成されているが、このスラグには未反応のＣａＯが含まれている。以下、このスラグ内の未反応のＣａＯについて遊離ＣａＯということがある。

ここで、製鉄スラグは、製鉄設備、製鉄処理方法等が異なると成分や粒度分布等が異なるが、例えば同一の製鉄設備で同様の製鉄処理を行った場合に得られる製鉄スラグはある程度の規則性が得られる。

［地金回収方法］
当該地金回収方法は、図１に示すように、ＫＲスラグへの水の供給条件及びＫＲスラグの篩条件を決定する事前準備工程Ｓ１と、上記事前準備工程Ｓ１によって決定された供給条件で水をＫＲスラグに供給し、含水したＫＲスラグを上記事前準備工程Ｓ１によって決定された篩条件で篩分けを行う選別工程Ｓ２とを有している。

つまり、当該地金回収方法にあっては、事前準備工程Ｓ１において選別工程Ｓ２の条件を予め決定し、その後にその条件に基づいて選別工程Ｓ２が行われる。なお、上記事前準備工程Ｓ１は、各選別工程Ｓ２の都度行うことを要しない。例えば同一の製鉄設備で同様の製鉄処理を行って得られた製鉄スラグについては、上記事前準備工程Ｓ１を一度行うのみで複数回の上記選別工程Ｓ２を行うことが可能である。

＜事前準備工程＞
当該事前準備工程Ｓ１は、以下の工程を有する。
（１）ＫＲスラグの粒度分布及び所定粒度の成分組成を測定する第一工程Ｓ１１。
（２）第一工程Ｓ１１によって測定されたデータに基づいて篩目を決定する第二工程Ｓ１２。
（３）ＫＲスラグの含水量、この含水量によるＫＲスラグの体積膨張率、及び篩作業条件の関係を調査する第三工程Ｓ１３。
（４）第三工程Ｓ１３の関係に基づいて決定した含水量となるようＫＲスラグに水を供給し、第二工程Ｓ１２で決定した篩目を用い、第三工程Ｓ１３の関係に基づいて決定した篩作業条件で篩分けを行う第四工程Ｓ１４。
（５）第四工程Ｓ１４の後に篩上に残存したＫＲスラグについて付着したスラグ量を測定する第五工程Ｓ１５。
（６）第五工程Ｓ１５の測定結果に基づいてＫＲスラグへの水の供給条件及びＫＲスラグの篩条件を決定する第六工程Ｓ１６。

（第一工程）
第一工程Ｓ１１では、ＫＲスラグの粒度分布と、所定粒度における組成割合とを測定する。粒度分布は、篩目の異なる篩を用いることで測定できる。具体的には、例えば篩目１００ｍｍの篩、篩目４０ｍｍの篩及び篩目２０ｍｍの篩を用いて、ＫＲスラグにおけるすく粒度の質量％（粒度分布）を測定する。この測定の結果の一例としては、１００ｍｍの篩目を通過しなかったものが３質量％、１００ｍｍの篩目を通過し４０ｍｍの篩目を通過しなかったものが９７質量％、４０ｍｍの篩目を通過し２０ｍｍの篩目を通過しなかったものが４６質量％、２０ｍｍの篩目を通過したものが３４質量％であった。この測定結果のもと、このＫＲスラグの粒度分布について表１に示す。つまり、２０ｍｍの篩目を通過したもの（粒径２０ｍｍ以下）が３４質量％、４０ｍｍの篩目を通過し２０ｍｍの篩目を通過しなかったもの（粒径２０〜４０ｍｍ）が１２質量％、１００ｍｍの篩目を通過し４０ｍｍの篩目を通過しなかったもの（粒径４０〜１００ｍｍ）が５１質量％、１００ｍｍの篩目を通過しなかったものが３質量％であった。なお、篩目は、それぞれ格子状に配され、各目が正方形状であるものを使用できる。

そして、粒径２０ｍｍ以下のもの、粒径２０ｍｍ〜４０ｍｍのもの、及び粒径４０ｍｍ超のものについて、それぞれ組成割合を測定した。具体的には、それぞれＣａＯ、遊離ＣａＯ、ＳｉＯ_２（シリカ）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、Ｔ．Ｆｅ（全鉄）、ＦｅＯ（酸化第一鉄）、Ｍ．Ｆｅ（金属鉄）及びＳの組成割合（何れも質量％）を測定し、その結果を表２に示す。なお、各組成割合は、各粒径の全体質量（例えば４０ｍｍ超の粒径の全体質量）に対する各組成の質量％を示す。なお、各組成割合は従来公知の方法によって測定でき、例えば、ＪＩＳ−Ａ１１０２（２０１４）に準拠して測定できる。

転炉で地金をリサイクルする場合、地金に付着しているスラグの成分によって、リサイクル機会が制約される場合がある。一例として、硫黄を多く含むスラグが多く付着している地金の場合、低い硫黄含有量を求められる鋼を精錬している処理にはリサイクルできない。その場合、高価な清浄スクラップを使用する必要が生じるため、操業コストの悪化を招くおそれがある。このため、事前に各粒度分布における組成割合を測定することで、後述するような効果的なリサイクルが可能となる。

（第二工程）
第二工程Ｓ１２では、上述のように第一工程Ｓ１１によって測定されたデータに基づいて篩目を決定する。例えば、表１及び表２に示す例にあっては、ＫＲスラグ全体において質量％が高く、また組成中のＭ．Ｆｅの割合が多い粒径４０ｍｍのＫＲスラグを選別するために、４０ｍｍの篩目に決定する。

サイズが小さい地金を転炉にリサイクルする場合、地金を装入した転炉に溶銑装入時に水蒸気爆発が生じるおそれがあるが、上述のように粒径４０ｍｍ以上のＫＲスラグであれば、転炉にリサイクルしても上記不都合が生じにくい。

（第三工程）
第三工程Ｓ１３では、上述のようにＫＲスラグの含水量、この含水量によるＫＲスラグの体積膨張率、及び篩作業条件の関係を調査する。表２に示すように、ＫＲスラグにはＣａＯが多く含まれ、このＣａＯの大半は遊離ＣａＯとして存在している。この遊離ＣａＯは水と反応してＣａ（ＯＨ）_２となり、その際に体積膨張を伴う。図２及び図３に体積膨張率と水和反応時間との関係を示す。

ここで、含水量及び体積膨張率は、従来公知の方法によって測定でき、例えば、含水量はＪＩＳ−Ａ１１２５（２０１５）に準拠して測定できる。また、体積膨張率は、ＪＩＳ−Ａ１１０４（２００６）に準拠して測定した密度から、下記式（２）によって求めることが出来る。ここで、Ｖは含水前後での体積膨張率、ρｉは含水前のＫＲスラグの密度、ρｆは含水後のＫＲスラグの密度である。
Ｖ＝１＋（１／ρｆ−１／ρｉ）／（１／ρｉ）・・・（２）

図２及び図３に示すように体積膨張は、水和時間と共に進行し、全ての遊離ＣａＯが反応（若しくは全ての水分が反応）した時に停止する。完全に遊離ＣａＯを反応させるためにはＫＲスラグを数日間水没させることを要するが、地金に付着するスラグにクラックを発生させためには完全に遊離ＣａＯを反応させることを要しない。つまり、本発明者らは、スラグが完全に含水しなくとも、体積膨張率が一定以上（例えば１．０１倍以上）となれば、その後の篩作業で地金に付着したスラグにクラックが発生し、このスラグが地金から剥離されやすいことを見出した。

（第四工程）
第四工程Ｓ１４では、上述のように第三工程Ｓ１３の関係に基づいて決定した含水量となるようＫＲスラグに水を供給し、第二工程Ｓ１２で決定した篩目の篩を用い、第三工程Ｓ１３の関係に基づいて決定した篩作業条件で篩分けを行う。

ここで、篩としては、格子状の篩目を有するバケットを用いることができ、特に重機に付設可能なスケルトンバケットを用いることが好ましい。なお、この第四工程Ｓ１４では、ＫＲスラグを運搬台車によって運搬し、この運搬台車上のＫＲスラグに対して散水作業を行い、この散水作業の直後に運搬台車からＫＲスラグを重機に付設されたスケルトンバケットで掬い、スケルトンバケットを振動することでＫＲスラグに対して篩作業を行うことができる。散水作業と篩作業との時間的間隔は、上述の体積膨張率が一定以上（例えば１．０１倍）となれば足りる。

より具体的には、表１及び表２に示すＫＲスラグについて、散水して所定の含水量とした。ここで、含水量が３質量％、５質量％及び７質量％とそれぞれなるように散水条件（散水量及び散水時間）を調整し、このＫＲスラグを篩目４０ｍｍのスケルトンバケットを用いて篩作業を行った。ここで、篩作業時間３０秒、１分３０秒及び３分それぞれの篩作業を行った。この第四工程Ｓ１４において、篩作業後に篩上のＫＲスラグを回収すると共に、篩から落下した落下物も回収した。

（第五工程）
第五工程Ｓ１５では、上述のように篩作業後に篩上から回収したＫＲスラグについて、付着したスラグ量を測定する。具体的には、この第五工程Ｓ１５において、例えば篩上から回収したＫＲスラグを恒温乾燥機によって１０５℃で１５時間乾燥した後、地金表面から手作業でスラグを除去し、付着したスラグ量を測定する。

（第六工程）
第六工程Ｓ１６では、上述のように第五工程Ｓ１５の測定結果に基づいてＫＲスラグへの水の供給条件及びＫＲスラグの篩条件を決定する。この決定に際して、第五工程Ｓ１５で測定した付着したスラグ量について地金の質量に対する割合（以下、スラグ付着割合ということがある）を算出し、この算出結果に基づいてＫＲスラグへの水の供給条件及びＫＲスラグの篩条件を決定する。

図４に、表１及び表２のＫＲスラグに対して第四工程Ｓ１４で含水量をそれぞれ３質量％、５質量％及び７質量％に調整したものについての上記スラグ付着割合（単位は［ｇ／ｋｇ］）と、篩作業時間との関係を示す。この図４からも明らかなように、含水量３質量％では篩作業時間を長くしても、スラグ付着量は低下しなかった。これは、ＫＲスラグの含水量が低すぎ、遊離ＣａＯが十分に反応しなかったためと考えられる。また、含水量５質量％では、１．５分以上篩作業を行うとスラグ付着量が大きく低下した。これは、遊離ＣａＯの水和反応が効果的に進行し、地金からスラグが剥離しやすくなり、篩作業時の振動によって地金から剥離されたものと考えられる。さらに、含水量７質量％では、含水量５質量％のものに比べて篩作業１．５分後のスラグ付着量は低下したものの、地金から剥離したスラグがスラリー状となって篩上に残留した。この結果、表１及び表２のＫＲスラグに関しては、含水量を５質量％に調整し、篩目４０ｍｍで振動時間１．５分とすることで、余剰の水を供給することなく、短時間で効率的にスラグ付着量を低減できることが判明した。

さらに、上述のＫＲスラグへの水の供給条件及びＫＲスラグの篩条件の決定に際しては、下記式（３）によって求められる目標とする地金へのＫＲスラグ付着量Ｄ［ｇ／ｋｇ］を基準に判断される。
Ｄ≦Ａ×１００／（Ｗ×Ｓ）・・・（３）
ここで、式（３）において、Ａは転炉での一回当たりの硫黄許容量Ａ［ｇ／回］であり、Ｗ［ｋｇ／回］はＫＲスラグから回収した地金の転炉への投入量であり、Ｓ［質量％］は地金に付着しているＫＲスラグの硫黄含有量である。

＜選別工程＞
選別工程Ｓ２では、上述のように上記第六工程Ｓ１６によって決定された供給条件で水をＫＲスラグに供給する工程Ｓ２１と、水が供給され含水したＫＲスラグを上記第六工程Ｓ１６によって決定された篩条件で篩分け作業を行う工程Ｓ２２とを有する。

この選別工程Ｓ２では、溶銑から除去されたＫＲスラグを重機で運搬台車に積載して搬出した後、まず水冷及び空冷がなされる。つまり、選別工程Ｓ２は、上記水の供給工程Ｓ２１の前にＫＲスラグを第一の温度（１００℃〜２００℃）まで水冷する工程Ｓ２３と、この水冷工程Ｓ２３の後にＫＲスラグを第二の温度（１００℃以下）まで空冷する工程Ｓ２４とをさらに有する（図１参照）。

上記水冷工程Ｓ２３は、例えばスラグ１ｔあたり、８８０Ｌ／時間の散水を１時間行うことでなされる。上記水の供給工程Ｓ２１は、空冷工程Ｓ２４の後になされ、この水の供給工程Ｓ２３によってＫＲスラグの含水量が調整される。

そして、水の供給工程Ｓ２１の後、篩工程Ｓ２２がなされる。この篩工程Ｓ２２の後に、４０ｍｍの篩上に残存したＫＲスラグは転炉に利用される。この篩工程Ｓ２２は、上述したスケルトンバケットを用いて行われるとよい。ここで、篩条件としては、上述のように事前準備工程Ｓ１によって定められ、具体的には、４０ｍｍの格子状の篩目かつ有効篩面積１０ｍ^２のスケルトンバケットを用い、一回あたりにスケルトンバケットに５ｔのＫＲスラグを掬い、振動時間９０秒／回、振幅３０ｃｍ、振動水３．２Ｈｚで篩作業を行った。

なお、上記篩工程Ｓ２２の際に４０ｍｍの篩の下方に２０ｍｍの篩を設置することができ、４０ｍｍの篩を通過し２０ｍｍの篩上に残存したＫＲスラグについてはＫＲ法（機械攪拌式脱硫装置）に利用することができ、また、２０ｍｍの篩を通過したＫＲスラグは焼結に使用することができる。

［利点］
当該地金回収方法は、水の供給工程Ｓ２１でＫＲスラグに所定の供給条件で水を供給することで、ＫＲスラグが含水して膨張する。この膨張に伴って地金表面の被着物（スラグ）にクラック（ひび割れ）等が発生し、これによって地金から剥離されやすくなる。そして、含水した状態のＫＲスラグに対して所定の篩条件での篩工程Ｓ２２を行うことで、被着物が剥離された地金を効率よく回収することができる。また、当該地金回収方法では、ＫＲスラグに適した水の供給条件及び篩条件を上述のように事前準備工程Ｓ１で決定するため、地金の回収効率を高めることができ、また処理時間の短縮化を図ることができる。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

つまり、地金の回収対象の製鉄スラグとしてＫＲスラグを例に説明したが、その他の鉄鋼スラグを対象とすることも可能である。ただし、表面の付着物が遊離ＣａＯを含む製鉄スラグを対象とすることが好ましく、これにより水の供給により含水させた際に付着物が膨張することで付着物の剥離が効果的に行われる。

また、上記実施形態においては、選別工程が水冷工程及び空冷工程を具備するものであったが、本発明はこれに限定されない。ただし、ＫＲスラグに対して１００〜２００℃まで冷却する水冷工程を行うことが好ましく、これにより、大量の粉体を含むＫＲスラグの水蒸気爆発や粉塵による環境悪化の抑制効果が図られる。また、水冷工程による冷却を１００℃以上までで終了することで、ＫＲスラグがスラリー状になり運搬等の取り扱いが困難となることを抑制できる。さらに、水の供給工程の開始時に鉄鋼スラグが１００℃未満であることが好ましく、これにより鉄鋼スラグの含水量を調整しやすい。

さらに、上記実施形態においては篩としてスケルトンバケットを用いるものについて説明したが、例えば振動スクリーン等の一般的な篩設備を用いて篩作業を行うことも可能である。

以上説明したように、当該製鉄スラグからの地金回収方法は、上述のように製鉄スラグから効率よく地金を容易に回収することができるので、鋼材の製造に有用である。

Ｓ１事前準備工程
Ｓ１１第一工程
Ｓ１２第二工程
Ｓ１３第三工程
Ｓ１４第四工程
Ｓ１５第五工程
Ｓ１６第六工程
Ｓ２選別工程
Ｓ２１水の供給工程
Ｓ２２篩工程
Ｓ２３水冷工程
Ｓ２４空冷工程

Claims

地金の表面に被着物を有する粒状体を含む製鉄スラグから篩を用いて地金を回収する製鉄スラグからの地金回収方法であって、
製鉄スラグへの水の供給条件及び製鉄スラグの篩条件を決定する事前準備工程と、
上記事前準備工程によって決定された供給条件で水を製鉄スラグに供給し、含水した製鉄スラグを上記事前準備工程によって決定された篩条件で篩分けを行う選別工程と
を有し、
上記事前準備工程が、
製鉄スラグの粒度分布及び所定粒度の成分組成を測定する第一工程と、
上記第一工程によって測定されたデータに基づいて篩目を決定する第二工程と、
製鉄スラグの含水量、この含水量による製鉄スラグの体積膨張率、及び篩作業条件の関係を調査する第三工程と、
上記第三工程の関係に基づいて決定した含水量となるよう製鉄スラグに水を供給し、上記第二工程で決定した篩目を用いて、上記第三工程の関係に基づいて決定した篩作業条件で篩分けを行う第四工程と、
第四工程によって選別された製鉄スラグの地金について付着したスラグ量を測定する第五工程と、
第五工程の測定結果に基づいて製鉄スラグへの水の供給条件及び製鉄スラグの篩条件を決定する第六工程と
を有する製鉄スラグからの地金回収方法。