JP2021036070A - 製鋼スラグの磁選方法および製鋼スラグ - Google Patents
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Abstract
【課題】製鋼スラグを磁選する際のランニングコストを低減する。
【解決手段】製鋼スラグの磁選方法は、製鋼スラグを６００℃以上で加熱する加熱工程（Ｓ１０１）と、加熱工程（Ｓ１０１）で加熱された製鋼スラグを破砕または粉砕することにより、製鋼スラグを粒子状にする粒子化工程（Ｓ１０２、Ｓ１０４）と、粒子状となった製鋼スラグに対して磁選処理を施して鉄含有物を回収する磁選工程（Ｓ１０５）と、を含む。
【選択図】図１
【解決手段】製鋼スラグの磁選方法は、製鋼スラグを６００℃以上で加熱する加熱工程（Ｓ１０１）と、加熱工程（Ｓ１０１）で加熱された製鋼スラグを破砕または粉砕することにより、製鋼スラグを粒子状にする粒子化工程（Ｓ１０２、Ｓ１０４）と、粒子状となった製鋼スラグに対して磁選処理を施して鉄含有物を回収する磁選工程（Ｓ１０５）と、を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、製鋼スラグの磁選方法および製鋼スラグに関する。
従来、製鋼過程で生じる製鋼スラグに対して磁選処理を施すことにより、該製鋼スラグに含まれる鉄含有物を回収して再利用する技術の研究開発が進められている。例えば、特許文献１には、製鋼スラグに対して磁選処理を施す前に、予め製鋼スラグを粉砕して粒子状にしておき、磁選工程において、粒子状となった製鋼スラグを磁化の高さに応じて選別する磁選方法が開示されている。
一般に製鋼スラグは、溶融状態から冷却され凝固した状態で存在するところ、製鋼スラグの内部にクラックがほとんど形成されておらず硬いため、粒子化され難い。ここで、特許文献１には、製鋼スラグに何らかの処理を施して製鋼スラグを粒子化し易くする技術については開示されていない。したがって、特許文献１に開示された磁選方法では、製鋼スラグの粒子化に長時間を要してしまい、設備稼働時の電気代等のランニングコストが増加するという問題がある。
本発明の一態様は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製鋼スラグの粒子化を短時間で行うことにより、製鋼スラグを磁選する際のランニングコストを低減することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る製鋼スラグの磁選方法は、製鋼スラグを６００℃以上で加熱する加熱工程と、前記加熱工程にて加熱された前記製鋼スラグを破砕または粉砕することにより、前記製鋼スラグを粒子状にする粒子化工程と、前記粒子化工程にて粒子状となった前記製鋼スラグに対して磁選処理を施すことにより、鉄含有物を回収する磁選工程と、を含む。
上記の構成によれば、粒子化工程の前に製鋼スラグを所定温度で加熱することにより、製鋼スラグの内部にクラックが形成され、該製鋼スラグの圧壊強度が低下した状態で粒子化工程を行うこととなる。そのため、粒子化工程において製鋼スラグを短時間で粒子化でき、製鋼スラグを磁選する際のランニングコストを低減することができる。
本発明の一態様に係る製鋼スラグの磁選方法は、前記加熱工程において、前記製鋼スラグを６５０℃以上で前記加熱処理するのが好ましい。
上記の構成によれば、製鋼スラグの圧壊強度が更に低下した状態で粒子化工程を行うこととなり、製鋼スラグをより短時間で粒子化することができる。そのため、製鋼スラグを磁選する際のランニングコストを更に低減することができる。また、加熱前に製鋼スラグに含まれていた非磁性体のウスタイト（ＦｅＯ）の多くが磁性体のマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）に酸化されるため、磁選工程における鉄含有物の回収率が向上する。
本発明の一態様に係る製鋼スラグは、６００℃以上で加熱処理が施され、前記製鋼スラグに含まれるウスタイト系化合物の含有量とマグネタイト系化合物の含有量との合計値において、マグネタイト系化合物の含有量の割合が５５％以上となる。
上記の構成によれば、加熱前に製鋼スラグに含まれていた非磁性体のウスタイトの多くが磁性体のマグネタイトに酸化されている。そのため、磁選工程において鉄含有物回収率を向上させ、磁選に適した製鋼スラグを提供することができる。
本発明の一態様によれば、製鋼スラグの粒子化を短時間で行うことにより、製鋼スラグを磁選する際のランニングコストを低減することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図１および図２を用いて詳細に説明する。なお、「磁選」とは、磁気的性質の差を利用して、物質を選別および分離することを意味し、「磁力選別」とも称される。また、本明細書において、「磁選処理」とは、磁選工程の処理そのものを指し、「磁選方法」および「磁選する」とは、磁選処理およびその前後の処理工程、例えば加熱工程や粒子化工程を含む概念を指すものとする。さらに、本明細書において、「均熱」とは、製鋼スラグ全体の温度が所定の温度に保たれるように加熱することを意味する。
〔１．製鋼スラグの磁選方法〕
まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る製鋼スラグの磁選方法（以下、単に「磁選方法」）について説明する。本実施形態に係る磁選方法の対象となる製鋼スラグは、製鋼のいずれかの過程で排出されるスラグである。上記製鋼スラグの例としては、転炉スラグ、電気炉スラグ、溶銑予備処理スラグおよび二次精錬スラグが挙げられる。
まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る製鋼スラグの磁選方法（以下、単に「磁選方法」）について説明する。本実施形態に係る磁選方法の対象となる製鋼スラグは、製鋼のいずれかの過程で排出されるスラグである。上記製鋼スラグの例としては、転炉スラグ、電気炉スラグ、溶銑予備処理スラグおよび二次精錬スラグが挙げられる。
転炉スラグとは、銑鉄中の炭素量を低減して鋼鉄を製造するための転炉で排出されるスラグである。電気炉スラグとは、屑鉄を溶融して鋼鉄を製造するための電気炉で排出されるスラグである。溶銑予備処理スラグとは、溶銑を転炉に装入する前に、硫黄、ケイ素、またはリン等を除去するための予備処理において排出されるスラグである。二次精錬スラグとは、転炉等から取り出した溶鋼中の硫黄またはリン等を除去する際に排出されるスラグである。
製鋼スラグ中の鉄元素は、その大部分が鉄系化合物の形態で存在しており、単体の鉄として存在する鉄元素は極少量である。鉄系化合物の多くは非磁性体のウスタイトとして存在し、その他に非磁性体のヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）、ならびに磁性体のマグネタイトおよび酸化カルシウム鉄アルミニウム（Ｃａ２（Ａｌ１−ＸＦｅＸ）２Ｏ５）等としても存在している。
なお、本明細書における鉄含有物には、金属鉄、および上記の鉄系化合物が含まれる。また、本明細書における磁性体には、磁場に対する反応性の高い物質を表し、フェロ磁性体およびフェリ磁性体が含まれる。さらに、非磁性体とは、磁場に対する反応性の低い物質および磁場に対して反応しない物質を表し、反磁性体、反強磁性体および常磁性体を含む。
図１に示すように、製鋼スラグから鉄含有物を回収するためには、まず、製鋼スラグを加熱処理する加熱工程を実行する（ステップＳ１０１）。加熱工程で行われる加熱処理には、製鋼スラグを６００℃以上の温度（以下、「所定温度」）で加熱する。この加熱処理には製鋼スラグを前記所定温度まで昇温させる昇温処理、または昇温処理後の製鋼スラグを該所定温度±２０℃の範囲で均熱する均熱処理が含まれてもよい。なお、加熱工程における加熱温度は、６００℃以上１１００℃以下であることが好ましい。加熱温度が１１００℃を超えると、磁性体であるマグネタイトから非磁性体のウスタイトへの酸化が進行してしまうため好ましくない。加熱処理は、例えば、既存の電気炉（ＫＢＦ７２８Ｎ１：光洋サーモシステム株式会社製）を用いて行うことができる。以下、加熱処理を具体的に説明する。
まず、スラグ粒径が５ｍｍ以下の製鋼スラグ４０００ｇを電気炉内の容器に投入する。このとき、投入後の製鋼スラグのスラグ深さが４０ｍｍとなるようにする。次に、１分当たり２０Ｌの空気を容器に吹き込みつつ、容器の周囲に配置されたヒータで容器を加熱して昇温処理を開始する。
昇温処理の際、加熱開始から製鋼スラグが所定温度になるまでの電気炉の昇温速度を５２℃／ｍｉｎに設定して、６０分間昇温させる。この場合、製鋼スラグの昇温速度は約１３．６℃／ｍｉｎとなる。次に、製鋼スラグが所定温度まで昇温したら、つまり昇温処理が終了したら、製鋼スラグの所定温度での均熱を開始する。均熱の開始から所定時間が経過して均熱処理が終了した時点で、加熱工程が終了する。
加熱工程の終了後、電気炉を５４℃／ｍｉｎの降温速度で降温させる。この場合、製鋼スラグの降温速度は約１３．６℃／ｍｉｎとなる。
なお、上述した加熱処理の方法はあくまで一例である。昇温処理、均熱処理および降温処理など、他の方法を採用してもよい。例えば、電気炉ではなく、ロータリーキルンを用いて加熱する方法も考えられる。
本発明者らの鋭意検討によると、製鋼スラグを所定温度で加熱することにより、製鋼スラグの内部にクラックが形成され、該製鋼スラグの圧壊強度が低下した状態で、後述する粒子化工程を行うこととなる。そのため、粒子化工程において製鋼スラグを短時間で粒子化でき、製鋼スラグを磁選する際のランニングコストを低減することができる。
また、後述する磁選工程における鉄含有物の回収率を向上させる観点から、加熱温度は６５０℃以上であることが好ましい。この温度で製鋼スラグを加熱することにより、加熱前に製鋼スラグに含まれていた非磁性体のウスタイトの多くが、磁性体のマグネタイトに酸化される。そのため、磁選工程における鉄含有物の回収率が向上する。
一方、加熱温度の上限としては１１００℃が好ましい。この温度以上で製鋼スラグを加熱することにより、製鋼スラグに含まれていた磁性体のマグネタイトの多くが、非磁性体のウスタイトに酸化される。そのため、磁選工程における鉄含有物の回収率が減少してしまう。
電気炉の降温が終了すると、均熱した製鋼スラグを乾式粉砕（粒子化）して粒子状スラグとする（ステップＳ１０２）。乾式粉砕は、例えばボールミル等の粉砕機を用いて行うことができる。
次いで、粒子状スラグを水中に分散させて水中分散スラグとする（ステップＳ１０３）。粒子状スラグを水中に分散させると、粒子状スラグに含まれる遊離石灰（ＣａＯ）およびケイ酸カルシウム等からＣａが溶出して、水中分散スラグはアルカリ性を呈する。アルカリ性の溶液中では、それぞれのスラグ粒子が負電荷を帯びるため、スラグ粒子の分散性が高まる。したがって、鉄元素を多く含むスラグ粒子と、その他の元素をより多く含むスラグ粒子とを分離することが、より容易となる。
水中分散スラグは、鉄含有物を多く含み磁化の大きいスラグ粒子（以下、「高磁化粒子」と称する）、遊離石灰およびケイ酸カルシウム等を多く含む磁化の小さいスラグ粒子（以下、「低磁化粒子」と称する）、ならびに液体成分を含む。
その後、水中分散スラグを湿式粉砕（粒子化）して、スラリー状スラグとする（ステップＳ１０４）。湿式粉砕後のスラグ粒子の最大粒径は、製鋼スラグに含まれる鉄含有物の組織と同程度以下の大きさであることが好ましく、１０００μｍ以下であることがより好ましい。最大粒径が１０００μｍ以下であると、鉄含有物が単独の粒子として存在し得るため、鉄含有物を選択的に磁選処理で回収しやすい。同様の観点から、スラグ粒子の最大粒径は５００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２５０μｍ以下である。前記の最大粒径が１００μｍ以下であれば、さらに好ましい。
湿式粉砕後、スラリー状スラグの流動性と鉄含有物の回収率とをともに高める観点から、スラリー状スラグに水を添加し、混合してもよい。水を添加した後のスラリー状スラグに含まれる製鋼スラグと水との比率は、質量比で、１／３００以上１／２以下であることが好ましく、より好ましくは１／２００以上１／５以下である。前記の質量比が１／１００以上１／１０以下であれば、さらに好ましい。
なお、本実施形態においては、粒子化工程において、製鋼スラグを粒子状にするために乾式粉砕および湿式粉砕を行っているが、粒子化工程の処理内容はこれに限定されない。例えば、乾式粉砕または湿式粉砕のいずれか一方のみを行うことにより、製鋼スラグを粒子状にしてもよい。また例えば、製鋼スラグを粉砕ではなく破砕（５〜３５０ｍｍ程度の大きさに粗く砕く）することにより、製鋼スラグを粒子状にしてもよい。
次いで、スラリー状スラグに対して磁選処理を施す（ステップＳ１０５）。磁選処理は、限定するものではないが、例えば特許文献１に記載の磁選装置により行うことができる。
〔磁選装置〕
次に、図２を用いて、本発明の一実施形態に係る磁選装置について説明する。図２に示すように、磁選装置２００は、回転式ドラム２１０、スラリー供給部２２０、スラリータンク２３０、排出部２４０、液体吹付部２５０および回収部２６０を備える。
次に、図２を用いて、本発明の一実施形態に係る磁選装置について説明する。図２に示すように、磁選装置２００は、回転式ドラム２１０、スラリー供給部２２０、スラリータンク２３０、排出部２４０、液体吹付部２５０および回収部２６０を備える。
回転式ドラム２１０は、回転可能に構成された中空ドラムである。回転式ドラム２１０の表面は、非強磁性の材料で形成されており、非強磁性の材料として、例えばオーステナイト系ステンレス鋼、チタン、プラスチックおよびセラミック等が挙げられる。磁選処理時の回転式ドラム２１０の周速は、例えば０．１ｍ／ｍｉｎ以上１０００ｍ／ｍｉｎ以下である。
回転式ドラム２１０の内部には、磁石２１１が回転不能に固定されて配置されている。磁石２１１は、回転式ドラム２１０の表面に磁場を形成して、スラリー状スラグに含まれる高磁化粒子Ｈを回転式ドラム２１０の表面に捕捉する。磁石２１１は、回転式ドラム２１０が回転するときに、その回転に追随せず、回転式ドラム２１０の表面のうち、内部に磁石２１１が固定配置された領域に、磁場を形成する。磁石２１１は、永久磁石であってもよく、または電磁石であってもよい。磁選装置の製造コストを抑制し、かつ、磁場分布の制御を単純化する観点から、磁石２１１は永久磁石であることが好ましい。
スラリー供給部２２０、スラリータンク２３０、排出部２４０、液体吹付部２５０および回収部２６０は、この順に、回転式ドラム２１０の外周に沿って、回転式ドラム２１０の回転方向（図中矢印Ｘ方向）に配置されている。
スラリー供給部２２０は、回転式ドラム２１０に対してスラリー状スラグを吹き付けることによりスラリータンク２３０にスラリー状スラグを供給する部材である。スラリー供給部２２０は、スラリータンク２３０に供給されるスラリー状スラグの量を調整してもよい。
スラリータンク２３０は、供給されたスラリー状スラグを収容し、収容されたスラリー状スラグを回転式ドラム２１０の表面に接触させるためのタンクである。このとき、スラリー状スラグに含まれる高磁化粒子Ｈは、磁石２１１が形成する磁場によって回転式ドラム２１０の表面に捕捉される。また、スラリータンク２３０は、スラリー供給部２２０から供給されたスラリー状スラグを排出部２４０まで流動させる流路としても機能する。
排出部２４０は、磁場によって回転式ドラム２１０の表面に捕捉されなかった低磁化粒子および液体成分（以下、液体成分および液体成分中に分散した低磁化粒子をまとめて「低磁化スラリーＬ」と称する）を磁選装置２００から排出するための流路である。排出部２４０は、例えばスラリータンク２３０における回転式ドラム２１０の回転方向の末端に配置されてもよい。
液体吹付部２５０は、回転式ドラム２１０の表面における、排出部２４０と回収部２６０との間の領域に液体を吹き付けるための部材である。吹き付けられる液体としては、限定するものではないが、磁選工程のランニングコストを低減する観点から、水であることが好ましい。
また、回転式ドラム２１０の表面に吹き付ける物質は液体でなく、気体でもよい。その場合、回転式ドラム２１０の表面における、排出部２４０と回収部２６０との間の領域に、空気等の気体を吹き付ける。吹き付けられる液体としては、限定するものではないが、空気、窒素、酸素、水素、水蒸気、およびフロンガス等が挙げられる。これらの気体のうち、磁選工程のランニングコストを低減する観点から、気体は空気であることが好ましい。
液体吹付部２５０が液体を吹き付ける領域は、回転式ドラム２１０の表面のうち、磁石２１１による磁場が形成されている領域であることが好ましい。液体吹付部２５０が液体を吹き付けることにより、低磁化スラリーＬが回転式ドラム２１０から分離し、スラリータンク２３０に戻る。このとき、高磁化粒子Ｈは、磁石２１１の磁場によって回転式ドラム２１０の表面に引き寄せられたままである。そして、低磁化スラリーＬは排出部２４０から排出される。
回収部２６０は、回転式ドラム２１０の表面に捕捉されて回転式ドラム２１０の外周に沿って移動してきた高磁化粒子Ｈを回収するための部材である。移動してきた高磁化粒子Ｈに液体流入部２７０から水などの液体を流し、回収部２６０へと送る。回収された高磁化粒子Ｈに対して、その後、濾過および乾燥を行ってもよい。
〔磁選処理〕
磁選処理の際には、まず、スラリー供給部２２０によって供給されたスラリー状スラグが、スラリータンク２３０に移動して、回転式ドラム２１０の表面に接触する。このとき、スラリー状スラグに含まれる高磁化粒子Ｈは、磁石２１１の形成する磁場によって回転式ドラム２１０の表面に捕捉されて、回転式ドラム２１０の回転方向（図中矢印Ｘ方向）に移動する。
磁選処理の際には、まず、スラリー供給部２２０によって供給されたスラリー状スラグが、スラリータンク２３０に移動して、回転式ドラム２１０の表面に接触する。このとき、スラリー状スラグに含まれる高磁化粒子Ｈは、磁石２１１の形成する磁場によって回転式ドラム２１０の表面に捕捉されて、回転式ドラム２１０の回転方向（図中矢印Ｘ方向）に移動する。
このとき、回転式ドラム２１０の表面における、排出部２４０と回収部２６０との間の部分に、液体吹付部２５０から液体を吹き付ける。これにより、回転式ドラム２１０の表面に捕捉されない低磁化スラリーＬが、回転式ドラム２１０の表面から除去される。
その後、高磁化粒子Ｈと回転式ドラム２１０表面の間に存在する水の濡れ性に起因する付着力により高磁化粒子Ｈが回転式ドラム２１０表面に付着したまま回収部２６０まで移動する。これにより、高磁化粒子Ｈは、低磁化スラリーＬからより高精度に選別されて回収される。
〔２．製鋼スラグ〕
本発明の一実施形態に係る製鋼スラグは、上述した〔１．製鋼スラグの磁選方法〕と同様に、製鋼のいずれかの過程で排出されるスラグを用いる。本実施形態に係る製鋼スラグは、６００℃以上で加熱処理され、製鋼スラグに含まれるウスタイト系化合物の含有量とマグネタイト系化合物の含有量との合計値において、マグネタイト系化合物の含有量の割合が５５％以上となる。本明細書において、ウスタイト系化合物とは、Ｆｅ（１−ｘ−ｙ）Ｏ・ＭｇｘＯ・ＭｎｙＯで示され、ウスタイト中にＭｎまたはＭｇが固溶した化合物を意味する。また、マグネタイト系化合物とは、２価の金属元素をＸ、３価の金属元素をＹとしてＸＹ２Ｏ４で表わされる化合物のうち、ＹがＦｅである化合物を意味する。
本発明の一実施形態に係る製鋼スラグは、上述した〔１．製鋼スラグの磁選方法〕と同様に、製鋼のいずれかの過程で排出されるスラグを用いる。本実施形態に係る製鋼スラグは、６００℃以上で加熱処理され、製鋼スラグに含まれるウスタイト系化合物の含有量とマグネタイト系化合物の含有量との合計値において、マグネタイト系化合物の含有量の割合が５５％以上となる。本明細書において、ウスタイト系化合物とは、Ｆｅ（１−ｘ−ｙ）Ｏ・ＭｇｘＯ・ＭｎｙＯで示され、ウスタイト中にＭｎまたはＭｇが固溶した化合物を意味する。また、マグネタイト系化合物とは、２価の金属元素をＸ、３価の金属元素をＹとしてＸＹ２Ｏ４で表わされる化合物のうち、ＹがＦｅである化合物を意味する。
６００℃以上で加熱処理を行うことにより、加熱前に製鋼スラグに含まれていた非磁性体のウスタイトの多くが、磁性体のマグネタイトに酸化され、マグネタイト系化合物の含有量の割合が増加する。磁性体の割合が増加することで、磁選工程において鉄含有物の回収率が向上するため、本実施形態に係る製鋼スラグは磁選に好適に用いることができる。
〔実施例〕
次に、本発明の一実施例について、図３〜図７を用いて以下に説明する。
次に、本発明の一実施例について、図３〜図７を用いて以下に説明する。
＜圧壊強度＞
乾式粉砕（Ｓ１０２）および湿式粉砕（Ｓ１０４）では、機械的エネルギーによって製鋼スラグを粒子化しているため、製鋼スラグの圧壊強度が低いほど、粒子化が容易になり、粒子化に要する時間が短縮されるため好ましい。そこで、加熱による圧壊強度の変化を確認するため、次のように試験を行った。
乾式粉砕（Ｓ１０２）および湿式粉砕（Ｓ１０４）では、機械的エネルギーによって製鋼スラグを粒子化しているため、製鋼スラグの圧壊強度が低いほど、粒子化が容易になり、粒子化に要する時間が短縮されるため好ましい。そこで、加熱による圧壊強度の変化を確認するため、次のように試験を行った。
まず、転炉から排出された転炉スラグを製鋼スラグとして用意した。この製鋼スラグを４５０℃、６５０℃、７５０℃、および８５０℃のそれぞれで２０分間均熱した。加熱を行わなかった製鋼スラグ、および均熱後の製鋼スラグから、無作為に最大寸法約５ｍｍの大きさのスラグ塊を５個抽出し、圧縮試験機を用いて、圧壊強度を測定した。測定時の圧下速度は、１ｍｍ／ｍｉｎに設定した。均熱温度と圧壊強度の平均値との関係を、図３に示す。
加熱を行わなかった製鋼スラグの圧壊強度は２３９Ｎであったのに対し、６５０℃で２０分間均熱することによって、圧壊強度は１０３Ｎに低下した。更に、７５０℃および８５０℃で２０分間均熱することによって、圧壊強度はそれぞれ、４７Ｎおよび３５Ｎまで、大きく低下した。
この理由として、図４の写真１０００に示すように、加熱していない製鋼スラグにはクラックがほとんど存在しないのに対し、図４の写真２０００に示すように、均熱後の製鋼スラグには内部にクラックが存在することが挙げられる。このクラックは、加熱による熱膨張、および製鋼スラグに含まれる炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が式（１）のように熱分解することによって生じたものと推測している。
ＣａＣＯ３→ＣａＯ＋ＣＯ２ …式（１）
＜磁気モーメント＞
試料を磁場中に置いたときの磁気モーメントが大きいほど、試料が磁石に引き寄せられやすいため、磁選工程で回収されやすく好ましい。そこで、均熱による磁気モーメントの変化を確認するため、次のように試験を行った。
＜磁気モーメント＞
試料を磁場中に置いたときの磁気モーメントが大きいほど、試料が磁石に引き寄せられやすいため、磁選工程で回収されやすく好ましい。そこで、均熱による磁気モーメントの変化を確認するため、次のように試験を行った。
まず、転炉から排出された転炉スラグを製鋼スラグとして用意した。この製鋼スラグを７００℃、７５０℃、８００℃、および８５０℃のそれぞれで１０分間均熱した。均熱を行わなかった製鋼スラグ、および均熱後の製鋼スラグについて、振動試料型磁力計（理研電子株式会社製）を用いて、磁場７００Ｇおよび２０００Ｇにおける磁気モーメントを測定した。均熱温度と磁気モーメントとの関係を、図５に示す。
均熱を行わなかった製鋼スラグの磁気モーメントは、磁場７００Ｇおよび２０００Ｇにおいてそれぞれ、１．６６Ａ・ｍ２／ｋｇおよび２．６３Ａ・ｍ２／ｋｇであったのに対し、均熱を行うことにより磁気モーメントが増大することがわかった。特に、７５０℃で１０分間均熱することによって、磁場７００Ｇおよび２０００Ｇにおける磁気モーメントはそれぞれ、３．３６Ａ・ｍ２／ｋｇおよび５．１８Ａ・ｍ２／ｋｇに増大した。また、８００℃で１０分間均熱することによって、磁場７００Ｇおよび２０００Ｇにおける磁気モーメントはそれぞれ、３．６２Ａ・ｍ２／ｋｇおよび５．３０Ａ・ｍ２／ｋｇに増大した。
＜定量分析＞
まず、転炉から排出された転炉スラグを製鋼スラグとして用意した。実施例として、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃および８５０℃のそれぞれで１０分間均熱した製鋼スラグを用いた。なお、加熱を開始してから前記６つの均熱温度になるまでの昇温時間は、すべて６０分であった。
まず、転炉から排出された転炉スラグを製鋼スラグとして用意した。実施例として、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃および８５０℃のそれぞれで１０分間均熱した製鋼スラグを用いた。なお、加熱を開始してから前記６つの均熱温度になるまでの昇温時間は、すべて６０分であった。
また、実施例として、７５０℃で４０分間および６０分間均熱した製鋼スラグを用いた。これらの実施例においても加熱を開始してから均熱温度になるまでの昇温時間は、すべて６０分であった。そして、投入した製鋼スラグの炉容積に対する体積の割合（炉容積に対する投入割合）はすべて、８体積％であった。
さらに、実施例として、炉容積に対する投入割合が１体積％であり、７５０℃で１０分間均熱した製鋼スラグを用いた。この実施例では、加熱を開始してから均熱温度になるまでの昇温時間は、２０分であった。
比較例として、加熱を行わなかった製鋼スラグと、５００℃および５５０℃のそれぞれで１０分間均熱した製鋼スラグと、を用いた。５００℃および５５０℃で均熱した比較例において、加熱を開始してから前記２つの均熱温度になるまでの昇温時間は、６０分であった。これらの、炉容積に対する投入割合はすべて８体積％とした。
実施例および比較例について、粉末Ｘ線回折パターンを測定し、リートベルト解析により、試料に含まれる化合物を定量分析した。結果を表１に示す。なお、表中のマグネタイト含有割合とは、ウスタイト系化合物の含有量とマグネタイト系化合物の含有量との合計値において、マグネタイト系化合物の含有量の割合を示す。
加熱前の製鋼スラグ（表１の番号１）のマグネタイト含有割合は、１３．０％だったのに対し、均熱温度が６００℃以上である製鋼スラグ（表１の番号４〜１２）のマグネタイト含有割合は、５５％以上に増加した。さらに、均熱温度が６５０℃以上である製鋼スラグ（表１の番号５〜１２）のマグネタイト含有割合は、７５％以上に増加した。
また、加熱前の製鋼スラグには、炭酸カルシウムが１１．８質量％含まれていたのに対し、加熱により、炭酸カルシウムが１．３質量％未満に減少した。この結果は、加熱により炭酸カルシウムが熱分解するため、クラックが発生し、圧壊強度が低下するという前述の仮説を支持するものである。
均熱温度が７５０℃、均熱時間が１０分間、４０分間および６０分間とした製鋼スラグ（表１の番号７、１０、１１）のマグネタイト含有割合を比較した。その結果、４０分間以上均熱した製鋼スラグ（表１の番号１０、１１）のマグネタイト含有割合は９０％以上となり、１０分間均熱した製鋼スラグ（表１の番号７）よりもマグネタイト含有割合が増加した。つまり、均熱時間を４０分以上とすることで、加熱によりマグネタイト系化合物の含有量の割合が増加することが示された。
さらに、均熱温度が７５０℃、均熱時間が１０分間として、炉容積に対する投入割合を８％および１％とした製鋼スラグ（表１の番号７、１２）のマグネタイト含有割合を比較した。炉容積に対する投入割合が１％の製鋼スラグ（表１の番号１２）のマグネタイト含有割合は９４．７％となり、炉容積に対する投入割合が８％の製鋼スラグ（表１の番号７）よりもマグネタイト含有割合が増加した。つまり、炉容積に対して製鋼スラグを投入する割合が少ないと、製鋼スラグを酸化しやすく、マグネタイト系化合物の含有量の割合が増加することが示された。
＜磁選物回収率＞
まず、転炉から排出された転炉スラグを製鋼スラグとして用意した。実施例として、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃および８５０℃のそれぞれで１０分間均熱した製鋼スラグを用いた。なお、加熱を開始してから前記６つの均熱温度になるまでの昇温時間は、すべて６０分であった。
まず、転炉から排出された転炉スラグを製鋼スラグとして用意した。実施例として、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃および８５０℃のそれぞれで１０分間均熱した製鋼スラグを用いた。なお、加熱を開始してから前記６つの均熱温度になるまでの昇温時間は、すべて６０分であった。
また、実施例として、７５０℃で４０分間および６０分間均熱した製鋼スラグを用いた。これらの実施例においても加熱を開始してから均熱温度になるまでの昇温時間は、すべて６０分であった。そして、投入した製鋼スラグの炉容積に対する体積の割合（炉容積に対する投入割合）はすべて、８体積％であった。
さらに、実施例として、炉容積に対する投入割合が１体積％であり、７５０℃で１０分間均熱した製鋼スラグを用いた。この実施例では、加熱を開始してから均熱温度になるまでの昇温時間は、２０分であった。
比較例として、加熱を行わなかった製鋼スラグと、５００℃および５５０℃のそれぞれで１０分間均熱した製鋼スラグと、を用いた。５００℃および５５０℃で均熱した比較例において、加熱を開始してから前記２つの均熱温度になるまでの昇温時間は、６０分であった。これらの、炉容積に対する投入割合はすべて８体積％とした。
次いで、均熱後の製鋼スラグ２ｋｇをスラグ粒径（ｄ９０）が約１２０μｍになるまで乾式粉砕した後、乾式粉砕後の製鋼スラグ２ｋｇに水２ｋｇを添加して湿式粉砕した。粉砕後のスラグ粒径（ｄ９０）は、１０〜１５μｍであった。湿式粉砕後の製鋼スラグに、更に水４８ｋｇを添加した。これにより、製鋼スラグと水とを、質量比で、製鋼スラグ：水＝１：２５で含むスラリー状スラグを得た。
このスラリー状スラグに対して、図２に示す構成の磁選装置２００を用いて、磁選処理を施した。回転式ドラム２１０の外径は４００ｍｍ、回転式ドラム２１０の表面における垂直方向の磁束密度の最大値は３５００Ｇ、液体吹付部２５０における吹付液体は水、吹き付けた水の量は２．５Ｌ／ｍｉｎとした。
磁選装置２００へのスラリー状スラグの供給を所定時間連続して行った後、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、回収物に含まれるＦｅの質量％濃度としてＦｅ品位を求めた。また、回収物の質量を均熱後の製鋼スラグ２ｋｇで除し、磁選物回収率およびを求めた。結果を表２に示す。
図６は、加熱前の製鋼スラグ（表２の番号１）および均熱時間が１０分間、炉容積に対する投入割合が８％の製鋼スラグ（表２の番号２〜９）の、均熱温度と磁選物回収率の関係を示すグラフである。加熱前の製鋼スラグ（表２の番号１）の磁選物回収率は、５．３％と低い値であったのに対し、６００℃以上で均熱した製鋼スラグ（表２の番号４〜９）の磁選物回収率は、１５％以上と増加することがわかった。さらに、６５０℃以上で均熱した製鋼スラグ（表２の番号５〜９）の磁選物回収率は、２０％以上となり、さらに大きく改善することが示された。
均熱温度が７５０℃、均熱時間が１０分間、４０分間および６０分間とした製鋼スラグ（表２の番号７、１０、１１）の磁選物回収率を比較した。その結果、４０分間以上均熱した製鋼スラグ（表２の番号１０、１１）の磁選物回収率は１０分間均熱した製鋼スラグ（表２の番号７）よりも増加した。つまり、均熱時間を４０分以上とすることで、加熱によるマグネタイト系化合物の含有量の割合が増加し、より多くの試料が磁石に引き寄せられやすくなり、磁選物回収率が増加することが示された。
さらに、均熱温度が７５０℃、均熱時間が１０分間として、炉容積に対する投入割合を８％および１％とした製鋼スラグ（表２の番号７、１２）の磁選物回収率を比較した。炉容積に対する投入割合が１％の製鋼スラグ（表２の番号１２）の磁選物回収率は炉容積に対する投入割合が８％の製鋼スラグ（表２の番号７）よりも増加した。つまり、炉容積に対して製鋼スラグを投入する割合が少ないと、製鋼スラグを酸化しやすいため、より多くの試料が磁石に引き寄せられやすくなり、磁選物回収率が増加することが示された。
＜均熱していない製鋼スラグの磁選物回収率＞
まず、転炉から排出された転炉スラグを製鋼スラグとして用意した。キルン傾斜が０．２％であるロータリーキルンを用いて、炉容積に対する製鋼スラグの投入割合を、それぞれ１４％および１９％とした製鋼スラグを実施例とした。なお、加熱時間は６０分であり、８００℃まで昇温した。
まず、転炉から排出された転炉スラグを製鋼スラグとして用意した。キルン傾斜が０．２％であるロータリーキルンを用いて、炉容積に対する製鋼スラグの投入割合を、それぞれ１４％および１９％とした製鋼スラグを実施例とした。なお、加熱時間は６０分であり、８００℃まで昇温した。
加えて、電気炉を用いて７５０℃で４０分間均熱した製鋼スラグを実施例とした。この実施例において、加熱を開始してから均熱温度になるまでの昇温時間は、６０分であり、炉容積に対する製鋼スラグの投入割合は８％であった。さらに、炉容積に対する製鋼スラグの投入割合が１％であり、７５０℃で１０分間均熱下した製鋼スラグを実施例として用いた。この実施例では、加熱を開始してから均熱温度になるまでの昇温時間は、２０分であった。さらに比較例として加熱を行わなかった製鋼スラグを用いた。
次いで、均熱後の製鋼スラグ２ｋｇをスラグ粒径（ｄ９０）が約１００μｍになるまで乾式粉砕した。乾式粉砕後の製鋼スラグに、水４８ｋｇを添加した。これにより、製鋼スラグと水とを、質量比で、製鋼スラグ：水＝１：２５で含むスラリー状スラグを得た。
このスラリー状スラグに対して、図２に示す構成の磁選装置２００を用いて、磁選処理を施した。回転式ドラム２１０の外径は４００ｍｍ、回転式ドラム２１０の表面における垂直方向の磁束密度の最大値は３５００Ｇ、液体吹付部２５０における吹付液体は水、吹き付けた水の量は２．５Ｌ／ｍｉｎとした。
磁選装置２００へのスラリー状スラグの供給を所定時間連続して行った後、回収物中に含まれる成分の種類およびその量を化学分析法により測定し、Ｆｅ品位を求めた。また、回収物の質量を均熱後の製鋼スラグ２ｋｇで除し、磁選物回収率およびを求めた。結果を表３に示す。
ロータリーキルンを用いた製鋼スラグ（表３の番号１５、１６）のマグネタイト含有割合は、加熱前の製鋼スラグ（表３の番号１７）と比較して大幅に上昇した。よって、製鋼スラグの加熱処理は均熱処理に限らず、昇温処理のみでもよいことが示された。
図７に表２および表３における磁選結果とマグネタイト含有割合の関係を示す。図７より、６００℃以上で加熱処理を行った製鋼スラグの磁選物回収率は、加熱前の製鋼スラグの磁選物回収率に比べて、大きく改善された。さらに、加熱前の製鋼スラグのＦｅ品位に比べて、６００℃以上で加熱処理を行った製鋼スラグのＦｅ品位はさほど大きく変化しなかった。よって、本実施例が磁選物回収率およびＦｅ品位が安定して高い磁選方法であることが示された。
本発明は、製鋼スラグの磁選方法に利用することができる。
Ｓ１０１ 加熱工程
Ｓ１０２ 乾式粉砕工程（粒子化工程）
Ｓ１０４ 湿式粉砕工程（粒子化工程）
Ｓ１０５ 磁選工程
２００ 磁選装置
Ｓ１０２ 乾式粉砕工程（粒子化工程）
Ｓ１０４ 湿式粉砕工程（粒子化工程）
Ｓ１０５ 磁選工程
２００ 磁選装置
Claims (3)
- 製鋼スラグの磁選方法であって、
製鋼スラグを６００℃以上で加熱する加熱工程と、
前記加熱工程にて加熱された前記製鋼スラグを破砕または粉砕することにより、前記製鋼スラグを粒子状にする粒子化工程と、
前記粒子化工程にて粒子状となった前記製鋼スラグに対して磁選処理を施すことにより、鉄含有物を回収する磁選工程と、を含む、製鋼スラグの磁選方法。 - 前記加熱工程において、前記製鋼スラグを６５０℃以上で加熱する、請求項１に記載の製鋼スラグの磁選方法。
- ６００℃以上で加熱処理が施された製鋼スラグであって、
前記製鋼スラグに含まれるウスタイト系化合物の含有量とマグネタイト系化合物の含有量との合計値において、マグネタイト系化合物の含有量の割合が５５％以上となる、製鋼スラグ。
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Citations (2)
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| JPS5487605A (en) * | 1977-12-23 | 1979-07-12 | Kobe Steel Ltd | Method of reforming converter slag |
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- 2020-02-04 JP JP2020017354A patent/JP2021036070A/ja active Pending
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