JP3033847B2 - スラグから銑鉄または鋼及びセメントクリンカーを製造する方法 - Google Patents
スラグから銑鉄または鋼及びセメントクリンカーを製造する方法Info
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Description
ンカーを製造する方法に関する。
とともに流動体相にへと吹き込むことは既知であり、投
入物の還元状態でもって流動体相中で石炭がガス化さ
れ、銑鉄並びにスラグが液体状態で流出させる。一般的
にこれらの既知の溶解ガス化反応は、需要銑鉄生産高か
ら見れば最大限に利用されてきた。銑鉄と共にセメント
クリンカーを製造するために、初めの示唆にしたがって
石灰石バッチとともに鉱石が溶解ガス化装置に投入さ
れ、所望のセメントクリンカー組成が石灰バッチによっ
て調質される。スラグの塩基性を十分に調質することに
よって、水硬性特質を有する適切な出発材料がスラグ系
から合成することができ、この出発材料はスラグセメン
トと呼ばれるように直接的に、或いは、セメント調質ま
たはセメント製造おいて付加的に使用できる。しかしな
がら、例えば、LDスラグのように強い塩基性スラグは、
それらの高酸化鉄の含有量が理由となり、LDスラグのよ
うに強い塩基性スラグは、原則として、セメント製造に
おいてよりいっそう利用するためには直接適用すること
ができない。鋼スラグ、特に重金属によるLDスラグのよ
うな多くの負担を考慮して、このようなスラグの処理も
常に多くの課題を有する。とりわけて、現在負担となる
比較的大量の製鋼スラグは、もはや経済的な方法で利用
することはできなく、重金属含有量の増加を考慮して投
棄も常に多くの課題を負っていることが憂慮される。
バインダーに不可欠な他因子は、水硬性バインダーの製
造にますます重要となる。このような付加物は、例え
ば、スラグセメントまたはポルトランドセメントのよう
な従来の水硬性バインダーに使用でき、所望の性質に調
質する。
に向けられ、大量のスラグ、特に問題のあるスラグを具
体的には簡単な方法で銑鉄または鋼の同時製造で種々の
水硬性バインダー及ぴバインダー付加物に変換すること
ができる。この目的を解決するために、本発明に従う方
法は、例えば、製鋼スラグのような酸化鉄を含有する液
体スラグを、例えば、鉄鉱石、塩基性希薄鉱石(basisc
hen Schwacherzen)、圧延機スケールまたは冶金粉塵の
ような酸化鉄キャリアー及び石灰と混合すること、及
び、形成されたフェライトスラグを、炭素を燃焼する間
に鉄浴とドロス相(Sinterphase)との形成のもとで還
元反応器で還元し、反応器の上方で前記ドロス相をクリ
ンカーとして放出することから本質的に成る。次に、比
較的低CaO値であり、さらに余りにも高い酸化鉄値であ
るLD方法においてもたらされるような液体鋼スラグでも
って、容易に得ることができなくて特に高エーライト
(Alito)/C3S値のような必要な結晶学的性質を有する
均質クリンカー組織をもたらす。例えば、製鋼スラグの
ようにこの種の酸化鉄を含有する液体スラグが、例え
ば、鉄鉱石のような酸化鉄キャリアー及び石灰と混合さ
れれる事実によって、合成バインダー付加物または合成
水硬性バインダーの形成に対する適切な結晶学的限界条
件が実質的に高められた。非常に大きな初期セメント強
度は適切なセメントクリンカーのエーライトセメントに
依存する。酸化鉄含有液体スラグに、鉄鉱石、塩基性希
薄鉱石またはその類似物及び石灰を添加する本発明にし
たがいプロセスを制御することにより、初期高強度値を
有するセメントクリンカーを製造することが可能とな
る。液体酸化鉄含有スラグと上記酸化鉄キャリアーとを
混合することが、フェライト相と、酸化鉄含有液体スラ
グと、次のフェライトスラグを単に意味し初期に定義し
た種類の酸化鉄キャリアーと、を含んでなる混合スラグ
の形成を可能にする。酸化鉄及び/または酸化鉄キャリ
アーのこのような添加は、有力な液化または実質的に一
定温度で粘性の低下を生じさせ、それによって、例え
ば、LDスラグのような酸化鉄含有液体スラグ中に含有さ
れる且つ分離された形で存在する鋼を容易に沈澱するこ
とができ、分離して流し出すことができる。全体から見
て、鋼を実質的に含まない液体フェライトスラグがこの
方法で形成することができ、CaOに関してはほとんど飽
和以下である。石灰の添加によりバランスされ正確にこ
の飽和以下であり、且つ粘性に低下により、添加された
CaOがカルシウムフェライト及びカルシウムシリケート
の形でスラグに均一に溶解することができる。必要であ
るならば、例えば、ボーキサイトのような多くの慣用の
選択物質が、所望のクリンカー含有量に適合させる目的
でそのときは添加することができ、すなわち溶融体粘性
をさらに低下できる。
ス相との形成のもとで還元される事実によって、フェラ
イトを銑鉄に還元でき且つセメントクリンカードロスを
得ることができ、具体的に有利な相組織が際立つ。
に、3〜12wt%の範囲にあるFe2O3含有量が達成される
まで還元を実施した場合、得られたFe2O3が、ドロス中
のエーライトとビーライト(Belit)との固体クリンカ
ー鉱物質間に低粘性の溶融した相またはチャネルの形成
を生じ、したがって、還元された鉄小滴は鉄浴に沈殿物
することできる。この場合に、クリンカー中のFe2O3の
最小比率が、その後の冷却工程におけるクリンカー相を
安定させるために先ず必要である。そうすることによっ
て、鉄浴中で生じるガス化反応に加えて鉄浴は、形成さ
れる固体クリンカー構造のキャリアー及び運搬剤として
も役立つ。鉄浴が無く固体炭素と直接反応するフェライ
ト還元は、クリンカー反応器内で実際に制御することが
できないケーキング及び放出問題が一般に含まれる。ク
リンカー相それ自体は2000℃を越える融点を有し、技術
的及び経済的観点から制御することはできない。
酸化雰囲気中で再焼成(nachgesintert)することをさ
らに施す。このような後処理は鉄小滴を取り除くのに役
に立ち、それによって、分散した鉄を酸化し、それをFe
3+の形でクリンカー相に有利に酸化結合する。
イトスラグは、鉄浴中に形成される一酸化炭素がそれを
通過することができ、且つ簡単な方法で回収できる利点
を有する。特に有利な方法においては、鉄鉱石特にヘマ
タイトが15〜30wt%の量で転炉スラグまたはLDスラグに
添加され、本発明にしたがい処理される。このようなヘ
マタイトの添加は、Fe2O3必要含有量を考慮して還元の
直接制御を可能にし、同時に鉄浴中に溶解した炭素を直
接還元するために酸素を供給される。さらにそのうえ
に、このヘマタイの添加は、還元反応器内に形成される
十分な鉄浴を確保する。
石灰を使用する。焼成されたCaCO3の形の石灰、例えばC
aOが、飽和以下の鉄を含まないフェライトスラグをバラ
ンスさせ、カルシウムフェライト及びカルシウムシリケ
ートを形成する。有利なことは、鉄がほとんど含まれな
いフェライトスラグを実際に得るために、石灰バッチを
添加する以前に、液体投入スラグと鉱石との混合物を沈
殿させることができる。
入スラグ、鉄鉱石キャリアー及び石灰の混合物が、フェ
ライトスラグを鉄浴反応器に導入する以前に、1450℃以
上好ましくは1500℃の温度で少なくとも10分間に渡って
保持する方法で処理される。
間接還元によって得ることができる。有利なことには、
組み合わせた方法が適用されるが、しかし、金属及びク
リンカーの製造のために同時に最適条件で、特に好まし
くエネルギーバランス及び白熱方式の進行が、2種の還
元方法で還元炉内で炭素の燃焼を達成することにより確
保することができ、一種の直接還元はフェライトスラグ
のFe2O3との還元であり、及びもう一種の間接還元は酸
素または空気をCOの形成にしたがって鉄浴に吹き込み、
吹き込まれる量の空気または酸素は、この間接還元の部
分が10〜20%、特に約15%にするように、且つ、この直
接還元の部分が80〜90%、特に約85%にするように都合
良く計算される。
で生成される熱ガスはクリンカー冷却機からの熱排出空
気によって後燃焼され、このような後燃焼は適切であ
り、例えば、CaCO3を焼成し生石灰にし且つ添加物を予
熱する。
施態様によってさらに詳細に説明する。
れ、浴温度は1600℃に達した。10分の滞留時間後、8%
の鋼が液体状態で沈殿した。
が低粘性スラグに添加され、均質化のための1500℃での
滞留時間は20分であった。次にこの溶解フェライトスラ
グが、鉄浴溶解ガス化装置内で1500℃で15分間還元さ
れ、これにより次の組成を有するドロス(Sinter)が得
られた。
結果が得られた。
酸塩性も示した。
との流れに関する考察が得られる。
O及び22%のFe2O3とが互いに溶解される。出鋼後に33%
のFe2O3を含有する液体中間生成物が生じる。形成され
るクリンカーはまだ8%のFe2O3含有量を有するので、
フェライトスラグ(「中間生成物」)のトン当たり250k
gのFe2O3が還元される必要がある。
失が予想される。これは、0.9GJ/tフェライトスラグ
(F.S.)の熱不足量に相当する。原材料の余熱(CaCO3、
Fe2O3)並びに焼成(CaCO3CaO+CaO2)のために熱が
要求される。これは0.7GJ/tフェライトスラグの付加的
な熱要求量を意味する。250kgFe2O3/tフェライトスラグ
を175kgのFeに還元するために、0.225GJ/tフェライトス
ラグを直接還元(Fe2O3+3C3CO)に使用する必要があ
る。このため、全熱要求量は次のようになる。すなわ
ち、 熱要求量 GJ/tフェライトスラグ HSR5.3システム損失 0.9 余熱+焼成 0.7 直接還元 0.225 全熱要求量 1.825(〜435 Kcal/kg) 基本的には3種の還元のいずれかから1種が選択され
る。すなわち、 1. 完全間接還元 2. 完全直接還元 3. 直接及び間接還元に後燃焼を加える (「自熱プロセス」(autothermes Verfahren)) 1. 完全間接還元(ガス化) フェライトスラグのFe2O3が、ガス−液相還元によっ
て金属鉄に還元される場合は、 (Fe2O3)スラグ+3C0(Fe)鉄浴+3C02、 フェライトスラグ1トン当たり、130kgのCならびに173
kgのO2(或いは825kgの空気)を鉄浴に供給する必要が
ある(=ガス化剤)。これは鉄浴内で1.44GJ/tフェライ
トスラグの熱発生を生じる。15%のCO2と85%のCOとを
含有する304kgの排ガスを形成する(還元の後)。
によって直接還元される場合、僅か20kgのCを必要とす
るだけである。47kgのCO(37.6Nm3のCO)が形成され、
0.225GJ/tフェライトスラグの「還元熱」を必要とす
る。
CO、304kg(=Nm3)/tフェライトスラグ)を有する排ガ
スが形成される。
たがって、この方法において使用するより多くなる。
サーマリー」に進行するには、実際にはわずか16Nm3の
排ガスが燃焼されるにすぎない。
のCO、37.6kgNm3)を有する排ガスが形成される。この
ガスが燃焼された場合には0.376GJ/tフェライトスラグ
が生じ、まだ、1.825−0.376=1.5GJ/tフェライトスラ
グの熱不足を意味する。
ライトスラグが回収することが可能であり、それによっ
て、この熱損失は約0.5GJ/tフェライトスラグまで減少
する。この熱損失は、例えば、廃物燃料を燃焼すること
によってバランスさせることが可能である。
によって、真の自動的な熱過程を実行することができ
る。
らされる。すなわち、 1.44 GJ/t ガス化熱 2.6 GJ/t 排ガス燃焼熱 1 GJ/t 冷却器廃棄熱 5 GJ/t 全利用可能勢 完全直接還元に後燃焼を組み合わせると次のものがもた
らされる。すなわち、 −0.225 GJ/t 還元熱 +0.376 GJ/t 排ガス燃焼熱 +1 GJ/t 冷却器廃棄熱 1 GJ/t 全利用可能勢 これらの利用可能全熱量は、熱要求量と比較する必要が
ある。すなわち、 システム損失 0.9GJ/t 余熱+焼成 0.9GJ/t 熱要求量 1.6GJ/t 結局、完全に自動的な熱過程は、15%を間接還元方法
として、且つ85%を直接還元方法と後燃焼を組合せ有利
に進行する。それぞれの消費量は次のようである。
に、クリンカー冷却器からの高温排出空気によって行っ
てもよい。
ために適切配置した模式図によってさらに詳細に説明さ
れる。放出された石灰石を高温排出ガスから分離するサ
イクロン余熱装置を図2に1で示す。熱排ガスが排ガス
ダクト2と排出ファン3を通って吸引される。
反応器5に投入される。さらにその上に、供給ダクト6
を介して液体LDスラグ及び供給ダクト7を介して高温酸
化鉄が、フェライト反応器5に導入される。高温酸化鉄
が、サイクロン余熱器1を備える余熱ずみ貯蔵槽8から
取り出され、圧延ミルスケールのような微細粒子を高温
排ガスのガス流れから分離するためにも再度このサイク
ロン余熱器1は設けられていている。
ェライトスラグ混合物は鉄浴反応器9に達する。スラグ
を注ぎ出した後に、フェライト反応器に沈澱した粗鋼を
フェライト反応器を旋回することにより、分離して放出
することができる。鉄浴反応器内に存在するフェライト
スラグ10は、溶解ガス化空間に入り、その中でドロス相
が鉄浴11の上方に形成される。ドロス相の上方に設けら
れた空間に、高温空気をダクト13を通して供給し、形成
している一酸化炭素の後燃焼を起こさせることができ
る。微細固体と共に高温排ガスが、排ガスダクト14を通
り上記サイクロン余熱装置に入り、浄化が完了した後に
排ガスダクト2を通りその後放出される。
び、それを通して炭素及び酸素が吹き込むことにより、
それによって十分な還元が確保される。所望のドロス相
の形成後に、ドロス相が冷却器16上に放出され、冷却器
の中の冷却空気は、冷却を達成した後に、鉄浴反応器ま
たは溶解ガス化装置の後燃焼空間にへと、ダクト13を通
って高温空気として送り込むことができる。エーライト
含有クリンカーが得られ、特に良好な初期強度値が際立
つ。
Claims (10)
- 【請求項1】スラグから銑鉄または鋼及びセメントクリ
ンカーを製造する方法おいて、 例えば製鋼スラグのような酸化鉄を含有する液体スラグ
を、例えば鉄鉱石、塩基性希薄鉱石、圧延機スケールま
たは冶金粉塵のような酸化鉄キャリアー及び石灰と混合
すること、及び 形成されたフェライトスラグ(10)を、炭素が燃焼する
間に鉄浴(11)とドロス相(12)との形成のもとで還元
反応器(9)で還元して、前記反応器上方で前記ドロス
相(12)をクリンカーとして放出すること、 を特徴とするスラグから銑鉄または鋼及びセメントクリ
ンカーを製造する方法。 - 【請求項2】3〜12wt%の範囲のFe2O3含有量が達成さ
れるまで還元を実行する請求項1記載の方法。 - 【請求項3】前記クリンカーが酸化雰囲気中で再焼成さ
れることを特徴とする請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】15〜30wt%の鉄、特にヘマタイトを転炉ス
ラグまたはLDスラグに添加することを特徴とする請求項
1、2または3に記載の方法。 - 【請求項5】初期スラグに対して7〜15wt%の石灰を使
用することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に
記載の方法。 - 【請求項6】石灰を添加する以前に、液体投入スラグと
鉱石との混合物を沈澱させることを特徴とする請求項1
〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】前記フェライトスラグ(10)を前記鉄浴反
応器(9)に導入する以前に、投入スラグと酸化鉄キャ
リアーと石灰との前記混合物を、少なくとも10分の期間
に渡って、1450℃を越える温度で、好ましくは1500℃の
温度で保持することを特徴とする請求項1〜6のいずれ
か1項に記載の方法。 - 【請求項8】フェライトスラグ(10)のFe2O3との反応
による直接還元と、酸素または空気をCOの形成を基に前
記鉄浴内に吹き込むことによる間接還元との双方で、前
記還元反応器(9)内の炭素の燃焼を行うことを特徴と
する請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項9】間接還元部分は10〜20%特に約15%にし
て、直接還元部分は80〜90%特に約85%にするように、
吹き込む前記空気量または酸素量を計算することを特徴
とする請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】前記還元反応器(9)内で形成される熱
ガスを前記クリンカー冷却器から高温排出空気によって
後燃焼することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1
項に記載の方法。
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