JP2021088746A - 脱硫スラグを再利用する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱硫工程が回分式または連続式のいずれであっても適用できる脱硫スラグを再利用する方法を実現する。【解決手段】キュポラから溶銑を出湯する溶解工程と、脱硫装置により溶銑から硫黄を除去する脱硫工程と、を有する製鉄方法において、脱硫工程で生じる脱硫スラグを再利用する方法であって、脱硫スラグを粉砕する粉砕工程Ｓ１と、粉砕工程Ｓ１において粉砕した脱硫スラグを、目開き１ｍｍ以下のふるいにより分級する分級工程Ｓ２と、分級工程Ｓ２においてふるい上に残った粒子のうち、磁性を有する磁性粒子を選別する磁選工程Ｓ３と、を含み、磁選工程Ｓ３において選別された磁性粒子を造粒し、造粒された磁性粒子をキュポラに投入する溶解時再利用工程Ｓ４１、および、磁性粒子を溶銑とともに脱硫装置に導入する脱硫時再利用工程Ｓ４２、の少なくとも一つをさらに含む。【選択図】図３

Description

本発明は、脱硫スラグを再利用する方法に関する。

製鉄方法のうちの脱硫工程で発生する脱硫スラグは、脱硫工程における反応生成物である硫化カルシウムを多く含むが、鉄や酸化カルシウムなどの製鉄原料となりうる成分も含んでいる。したがって、脱硫スラグを溶解工程に戻して再利用できれば、製鉄において資源を有効に活用できる。

脱硫スラグを再利用する技術として、特開２００４−２４４７０６号公報（特許文献１）には、脱硫処理後の脱硫スラグを反応容器から排出せず、脱硫スラグを反応容器に残したまま新たな溶銑を注入する方法が開示されている。この方法によれば、スラグに付着した鉄分を有効に利用できるとともに、スラグを排出する時間を省略してタイムロスを削減しうる。

特開２００４−２４４７０６号公報

しかし、特許文献１の技術は、脱硫工程が回分式であることを前提としており、連続式の脱硫工程には適用できなかった。

そこで、脱硫工程が回分式または連続式のいずれであっても適用できる脱硫スラグを再利用する方法の実現が求められる。

本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法は、キュポラから溶銑を出湯する溶解工程と、脱硫装置により前記溶銑から硫黄を除去する脱硫工程と、を有する製鉄方法において、前記脱硫工程で生じる脱硫スラグを再利用する方法であって、前記脱硫スラグを粉砕する粉砕工程と、前記粉砕工程において粉砕した前記脱硫スラグを、目開き１ｍｍ以下のふるいにより分級する分級工程と、前記分級工程において前記ふるい上に残った粒子のうち、磁性を有する磁性粒子を選別する磁選工程と、を含み、前記磁選工程において選別された磁性粒子を造粒し、造粒された前記磁性粒子を前記キュポラに投入する溶解時再利用工程、および、前記磁性粒子を前記溶銑とともに前記脱硫装置に導入する脱硫時再利用工程、の少なくとも一つをさらに含むことを特徴とする。

この構成によれば、脱硫工程が回分式または連続式のいずれであっても、脱硫スラグを再利用できる。

以下、本発明の好適な態様について説明する。ただし、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定されるわけではない。

本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法は、一態様として、前記溶解時再利用工程および前記脱硫時再利用工程を含むことが好ましい。

この構成によれば、脱硫スラグの再利用率を高めうる。

本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法は、一態様として、前記溶解時再利用工程を含み、前記溶解時再利用工程において、造粒された前記磁性粒子の平均粒子径が２０〜５０ｍｍであることが好ましい。

この構成によれば、造粒された磁性粒子をキュポラに投入しやすい。

本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法は、一態様として、前記脱硫時再利用工程を含み、前記脱硫時再利用工程において前記脱硫装置に導入される前記磁性粒子の重量は、前記溶銑の重量の１０〜２０％であることが好ましい。

この構成によれば、脱硫スラグの再利用率を高くすることと、磁性粒子を投入した溶銑の鉄含有量を高くすることとを両立しうる。

本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法は、一態様として、前記粉砕工程において前記ふるいを通過した粒子および前記磁選工程において磁性粒子として選別されなかった粒子の少なくとも一つを含む粒子である非鉄粒子を、前記溶銑とともに前記脱硫装置に導入する非鉄粒子再利用工程を含むことが好ましい。

この構成によれば、脱硫スラグの再利用率を高めうる。

本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法は、一態様として、前記非鉄粒子再利用工程において、前記溶銑とともに前記脱硫装置に導入される前記非鉄粒子の重量は、当該溶銑の重量の１０〜５０％であることが好ましい。

この構成によれば、脱硫スラグの再利用率を高くすることと、脱硫工程におけるカルシウムの濃度を適正な範囲にすることとを両立しうる。

本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法は、一態様として、前記粉砕工程において、ハンマーミルを用いて前記脱硫スラグを粉砕することが好ましい。

この構成によれば、好ましい粒子径の粉砕物を得やすい。

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

本発明の実施形態に係る製鉄設備の構成装置および物質フローを表す図 本発明の実施形態に係るキュポラの概略図 本発明の実施形態に係る方法のフロー図

本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法の実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、本発明に係る方法を、図１に示す製鉄設備１００において鉄を生産する製鉄方法において、脱硫工程で生じる脱硫スラグを再利用する方法に適用した例について説明する。

〔製鉄設備および製鉄方法の概要〕
まず、本実施形態に係る方法を適用する製鉄設備１００について説明する。製鉄設備１００は、原料地金Ｍを溶解するキュポラ１と、キュポラ１から出湯される溶銑Ｐを脱硫する脱硫装置２と、脱硫装置２で生じた脱硫スラグＳを粉砕するハンマーミル３と、ハンマーミル３で粉砕された脱硫スラグＳを分級するふるい４と、ふるい４上に残った粒子を磁選する磁選装置５と、磁選装置により選別された磁性粒子を造粒する造粒装置６と、を備える。

キュポラ１（図２）は、筒状の炉であり、その内部に原料地金ＭとコークスＣとが交互層状に装入される。コークスＣの燃焼によりキュポラ１の内部温度は１６００℃以上に達し、これによって原料地金Ｍが溶解して溶銑Ｐが得られる（溶解工程の例）。原料地金ＭおよびコークスＣは、キュポラ１の上部の開口部１１から投入される。また、キュポラ１の上部の側壁部には、炉内で生じる排気ガスを吸引する排気設備に通じる排気口１２が設けられている。

キュポラ１で得られた溶銑Ｐは、キュポラ１の下部に設けられた出湯口１３から出湯され、脱硫装置２に導入される。脱硫装置２では、溶銑Ｐに酸化カルシウム（ＣａＯ）を加えて撹拌し、溶銑Ｐに含まれる硫黄と酸化カルシウムに含まれるカルシウムとの反応によって硫化カルシウム生じさせ、当該硫化カルシウムを含む脱硫スラグＳを形成する。脱硫装置２の運転温度において、脱硫スラグＳは固体であり、溶銑Ｐは液体であるので、固液分離操作により溶銑Ｐと脱硫スラグＳとを分離できる（脱硫工程の例）。脱硫装置２において脱硫された溶銑Ｐは、その後、転炉等の公知の後工程（不図示）に送られる。

ハンマーミル３、ふるい４、磁選装置５、および造粒装置６は、それぞれその名称から当業者が理解できる公知の装置であるので、説明を省略する。各装置の役割については後述する。

〔脱硫スラグを再利用する方法〕
次に、本実施形態に係る脱硫スラグを再利用する方法について説明する。本実施形態に係る方法は、粉砕工程Ｓ１、分級工程Ｓ２、磁選工程Ｓ３、および再利用工程Ｓ４を含む（図３）。以下では、各工程について順に説明する。

粉砕工程Ｓ１では、脱硫工程で生じた脱硫スラグＳを、ハンマーミル３を用いて粉砕する。このとき、ハンマーミル３に目開き３ｍｍのスクリーンを装着して脱硫スラグＳの粉砕を行う。

分級工程Ｓ２では、粉砕工程Ｓ１で得られた脱硫スラグ粉砕物Ｓｐを、目開き１ｍｍのふるい４により分級する。これにより、脱硫スラグ粉砕物Ｓｐは、ふるい４上に残った粒子径１ｍｍ以上の粒子Ｓｆ１と、ふるいを通過した粒子径１ｍｍ未満の粒子Ｓｆ２とに分級される。

脱硫スラグＳは前述の通り硫化カルシウムを含むが、その他に、鉄、酸化カルシウムなどを含む。脱硫スラグＳに含まれる成分のうち、鉄を含む部分は固く、鉄を含まず酸化物を主成分とする部分は脆い。そのため、粉砕工程Ｓ１において、鉄を含む部分が粒子径１ｍｍ程度まで粉砕される間に、酸化物を主成分とする部分の大半が粒子径１ｍｍ未満まで粉砕される。これを分級工程Ｓ２において、粒子径１ｍｍ以上の粒子Ｓｆ１と粒子径１ｍｍ未満の粒子Ｓｆ２とに分級することで、鉄を含む粒子と、酸化物を主成分とする粒子とに分離できる。以下では、分級工程Ｓ２において得られた各粒子について、粒子径１ｍｍ以上の粒子Ｓｆ１を第一粒子Ｓｆ１といい、粒子径１ｍｍ未満の粒子Ｓｆ２を第二粒子Ｓｆ２という。

磁選工程Ｓ３では、分級工程Ｓ２で得られた第一粒子Ｓｆ１（すなわち、ふるい上に残った粒子）を、ロール磁選機により磁選する。これによって、分級工程Ｓ２で得られた第一粒子から、磁性を有する磁性粒子Ｓｍのみを選別できる。すなわち、第一粒子Ｓｆ１から鉄を含まない粒子を排除でき、鉄の原料として再利用する観点において品質が向上する。

一方、分級工程Ｓ２で得られた第二粒子Ｓｆ２、および、磁選工程で磁性粒子Ｓｍとして選別されなかった粒子は、前述のように酸化物を主成分とする非鉄粒子Ｓｏである。この非鉄粒子Ｓｏには、利用可能な酸化カルシウムが相当量含まれているので、酸化カルシウム源として再利用できる。

再利用工程Ｓ４では、上記の粉砕工程Ｓ１、分級工程Ｓ２、および磁選工程Ｓ３を経て得られた磁性粒子Ｓｍおよび非鉄粒子Ｓｏを、キュポラにおける溶解工程および脱硫装置における脱硫工程において再利用する。再利用工程Ｓ４は、磁性粒子Ｓｍをキュポラ１に投入する溶解時再利用工程Ｓ４１、磁性粒子Ｓｍを脱硫装置２に導入する脱硫時再利用工程Ｓ４２、および非鉄粒子Ｓｏを脱硫装置２に導入する非鉄粒子再利用工程Ｓ４３を含む。

溶解時再利用工程Ｓ４１では、まず、造粒装置６によって磁性粒子Ｓｍを造粒する（造粒工程Ｓ４１１）。このとき、造粒された磁性粒子Ｓｇの平均粒子径が、２０〜５０ｍｍになるようにする。次に、公知のマグネットリフターを用いて、造粒された磁性粒子Ｓｇを開口部１１からキュポラ１に投入する（投入工程Ｓ４１２）。これによって、原料地金Ｍの一部を、造粒された磁性粒子Ｓｇにより代替できる。

キュポラ１の塔内では、高い内部温度に起因して強い上昇気流が生じている。また、キュポラ１の構造上、開口部１１からキュポラ１に投入された原料は、排気口１２の近傍を通過する。これらの要因により、開口部１１から投入された原料の粒子径が比較的小さい場合、相当量の原料がキュポラ１の塔底部に到達せず、排気口１２から排気設備に回収されてしまう。すなわちこの場合、原料の再利用が行われない。そこで、本実施形態に係る方法では、磁性粒子Ｓｍをキュポラ１に投入する前に造粒し、その粒子径を２０〜５０ｍｍとすることによって、造粒された磁性粒子Ｓｇが、キュポラ塔内の上昇気流および排気口１２近傍の吸引気流に逆らってキュポラ塔底部に落下することを可能にしている。

脱硫時再利用工程Ｓ４２では、磁選工程Ｓ３で得られた磁性粒子Ｓｍを、溶銑Ｐとともに脱硫装置２に導入する。磁性粒子Ｓｍを脱硫装置２に導入する際は、これをキュポラ１に投入する場合と異なり、必ずしも造粒する必要はない。本実施形態では、造粒していない磁性粒子Ｓｍを脱硫装置２に導入する。このとき、脱硫装置２に導入する磁性粒子Ｓｍの重量は、溶銑Ｐの重量の１０〜２０％とする。

非鉄粒子再利用工程Ｓ４３では、分級工程Ｓ２で得られた第二粒子Ｓｆ２、および、磁選工程で磁性粒子Ｓｍとして選別されなかった粒子を、非鉄粒子Ｓｏとして溶銑Ｐとともに脱硫装置２に導入する。前述のように、非鉄粒子Ｓｏは相当量の酸化カルシウムを含むので、脱硫装置２に導入する未使用の酸化カルシウムの一部を、非鉄粒子Ｓｏにより代替できる。このとき、脱硫装置２に導入する非鉄粒子Ｓｏの重量は、溶銑Ｐの重量の１０〜５０％とする。

以上の方法により、脱硫スラグを有効に再利用できる。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係る脱硫スラグを再利用する方法のその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

上記の実施形態では、再利用工程Ｓ４が、溶解時再利用工程Ｓ４１、脱硫時再利用工程Ｓ４２、および非鉄粒子再利用工程Ｓ４３を含む方法を例として説明した。しかし、本発明に係る方法において脱硫スラグを再利用する工程は、溶解時再利用工程および脱硫時再利用工程の少なくとも一つを含む限り、特に限定されない。たとえば、磁選工程で選別された磁性粒子を再利用する工程は、溶解時再利用工程および脱硫時再利用工程のいずれか一方のみであってもよい。ただし、溶解時再利用工程および脱硫時再利用工程の両方を含むことは、脱硫スラグの再利用率を高くする観点から好ましい。また、溶解時再利用工程および脱硫時再利用工程の少なくとも一つに加えて非鉄粒子再利用工程を含むことも、脱硫スラグの再利用率を高くために好適である。

上記の実施形態では、造粒工程Ｓ４１１において磁性粒子Ｓｍを造粒する際に、造粒された磁性粒子Ｓｇの平均粒子径が２０〜５０ｍｍになるようにする構成を例として説明した。しかし、そのような構成に限定されることなく、本発明に係る方法が溶解時再利用工程を含む場合、造粒された磁性粒子の平均粒子径は特に限定されない。ただし、当該平均粒子径が２０ｍｍ以上であると、造粒された磁性粒子をキュポラに投入しやすくなる点で好まし。また、当該平均粒子径が５０ｍｍ以下であると、磁性粒子を造粒するために要する時間が短縮される点で好ましい。

上記の実施形態では、脱硫時再利用工程Ｓ４２において脱硫装置２に導入される磁性粒子Ｓｍの重量が、溶銑Ｐの重量の１０〜２０％である構成を例として説明した。しかし、本発明に係る方法が脱硫時再利用工程を含む場合、脱硫装置に導入される磁性粒子の重量は特に限定されない。ただし、当該重量が溶銑の重量の１０％以上であると、脱硫スラグの再利用率が高くなるため好ましい。また、当該重量が溶銑の重量の２０％以下であると、溶銑の鉄含有量が十分に高くなる点で好ましい。

上記の実施形態では、非鉄粒子再利用工程Ｓ４３において脱硫装置２に導入される非鉄粒子Ｓｏの重量が溶銑Ｐの重量の１０〜５０％である構成を例として説明した。しかし、本発明に係る方法が非鉄粒子再利用工程を含む場合、脱硫装置に導入される非鉄粒子の重量は特に限定されない。ただし、当該重量が溶銑の重量の１０％以上であると、脱硫スラグの再利用率が高くなるため好ましい。また、当該重量が溶銑の重量の５０％以下であると、脱硫工程におけるカルシウムの濃度を適正な範囲にしうる点で好ましい。

上記の実施形態では、粉砕工程Ｓ１においてハンマーミル３を用いて脱硫スラグＳを粉砕する構成を例として説明した。しかし、本発明に係る方法の粉砕工程では、公知の粉砕装置を使用できる。利用可能な粉砕装置としては、ハンマーミルのほかに、ローラーミル、ジェットミル、ピンミルなどが例示される。

本発明において、脱硫スラグは、鋳鉄脱硫スラグであることが好ましい。

その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

以下では、粉砕された脱硫スラグＳの粒子径と鉄含有量との関係について、実施例を示して説明する。なお、以下の実施例は例示であり、本発明を限定するものではない。

〔試験方法〕
脱硫スラグ７５０ｋｇを、目開き３ｍｍのスクリーンを装着したハンマーミルを用いて、６０分間粉砕した。得られた粉砕物を、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．３７５ｍｍ、および０．０６２５ｍｍの目開きのふるいをこの順に用いて分級した。分級した各級の粉砕物について、蛍光Ｘ線による分析を行い、鉄含有量を定量した。

〔試験結果〕
各級の粉砕物の鉄含有量を表１に示した。ふるい目開き１ｍｍ以上の級では、鉄含有量が５０％を超えていたのに対し、ふるい目開き０．７５ｍｍ以下の級では、鉄含有量が３０％未満であった。この結果から、粉砕工程を経た粒子のうち粒子径１ｍｍ以上の粒子を採取すると、鉄含有量が高い再利用原料として使用できることが示された。

本発明は、たとえば製鉄設備において脱硫工程で生じた脱硫スラグを再利用する方法として利用できる。

１００ ：製鉄設備
１ ：キュポラ
１１ ：開口部
１２ ：排気口
１３ ：出湯口
２ ：脱硫装置
３ ：ハンマーミル
４ ：ふるい
５ ：磁選装置
６ ：造粒装置
Ｃ ：コークス
Ｍ ：原料地金
Ｐ ：溶銑
Ｓ ：脱硫スラグ
Ｓｐ ：脱硫スラグ粉砕物
Ｓｆ１ ：第一粒子（粒子径１ｍｍ以上、ふるい上）
Ｓｆ２ ：第二粒子（粒子径１ｍｍ未満、ふるい通過）
Ｓｍ ：磁性粒子
Ｓｇ ：造粒された磁性粒子
Ｓｏ ：非鉄粒子
Ｓ１ ：粉砕工程
Ｓ２ ：分級工程
Ｓ３ ：磁選工程
Ｓ４ ：再利用工程
Ｓ４１ ：溶解時再利用工程
Ｓ４１１ ：造粒工程
Ｓ４１２ ：投入工程
Ｓ４２ ：脱硫時再利用工程
Ｓ４３ ：非鉄粒子再利用工程

Claims (7)

1. キュポラから溶銑を出湯する溶解工程と、脱硫装置により前記溶銑から硫黄を除去する脱硫工程と、を有する製鉄方法において、前記脱硫工程で生じる脱硫スラグを再利用する方法であって、
   前記脱硫スラグを粉砕する粉砕工程と、
   前記粉砕工程において粉砕した前記脱硫スラグを、目開き１ｍｍ以下のふるいにより分級する分級工程と、
   前記分級工程において前記ふるい上に残った粒子のうち、磁性を有する磁性粒子を選別する磁選工程と、を含み、
   前記磁選工程において選別された磁性粒子を造粒し、造粒された前記磁性粒子を前記キュポラに投入する溶解時再利用工程、および、前記磁性粒子を前記溶銑とともに前記脱硫装置に導入する脱硫時再利用工程、の少なくとも一つをさらに含む脱硫スラグを再利用する方法。
2. 前記溶解時再利用工程および前記脱硫時再利用工程を含む請求項１に記載の脱硫スラグを再利用する方法。
3. 前記溶解時再利用工程を含み、
   前記溶解時再利用工程において、造粒された前記磁性粒子の平均粒子径が２０〜５０ｍｍである請求項１に記載の脱硫スラグを再利用する方法。
4. 前記脱硫時再利用工程を含み、
   前記脱硫時再利用工程において前記脱硫装置に導入される前記磁性粒子の重量は、前記溶銑の重量の１０〜２０％である請求項１に記載の脱硫スラグを再利用する方法。
5. 前記粉砕工程において前記ふるいを通過した粒子および前記磁選工程において磁性粒子として選別されなかった粒子の少なくとも一つを含む粒子である非鉄粒子を、前記溶銑とともに前記脱硫装置に導入する非鉄粒子再利用工程を含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の脱硫スラグを再利用する方法。
6. 前記非鉄粒子再利用工程において、前記溶銑とともに前記脱硫装置に導入される前記非鉄粒子の重量は、当該溶銑の重量の１０〜５０％である請求項５に記載の脱硫スラグを再利用する方法。
7. 前記粉砕工程において、ハンマーミルを用いて前記脱硫スラグを粉砕する請求項１〜６のいずれか一項に記載の脱硫スラグを再利用する方法。

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