JP4616790B2 - 製鋼スラグの処理方法 - Google Patents
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Description
(1)溶融製鋼スラグを溶銑が保持された反応容器に装入し,前記反応容器に装入された溶融製鋼スラグに,上吹きランスから酸素を吹き込みながらSiO2含有物質および還元用の炭素含有物質を添加し,前記製鋼スラグ中のトータル鉄の濃度が1.5質量%以下となるまで,前記製鋼スラグの溶融状態を維持したまま前記製鋼スラグの改質処理および還元処理を行い,前記改質処理および前記還元処理の際に,前記上吹きランスから吹き込まれた酸素による前記製鋼スラグのへこみ深さLSと,前記製鋼スラグの厚みLS0との比をLS/LS0≦0.7とすることを特徴とする,製鋼スラグの処理方法。
(2)前記製鋼スラグ中のトータル鉄の濃度が5質量%以上である前記還元処理の初期では0.7≦LS/LS0≦1.0とし,前記製鋼スラグ中のトータル鉄の濃度が5質量%未満である前記還元処理の末期ではLS/LS0≦0.7とすることを特徴とする,(1)に記載の製鋼スラグの処理方法。
(3)前記改質処理および前記還元処理の際,溶銑中に炭素含有物質を吹き込むことにより溶銑中の炭素濃度を常に飽和状態に維持することを特徴とする,(1)または(2)に記載の製鋼スラグの処理方法。
(4)前記製鋼スラグ中のトータル鉄量に応じた量の炭素含有物質を前記製鋼スラグに添加することを特徴とする,(1)〜(3)のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
(5)前記炭素含有物質は,前記改質処理および前記還元処理の開始前に添加され,添加される前記炭素含有物質の量WCは,トータル鉄の濃度をCFe(質量%),前記製鋼スラグの質量をWSとすると,下記式(I)で表されることを特徴とする,(4)に記載の製鋼スラグの処理方法。
WC=CFe/100×WS×10 ・・・(I)
(6)前記還元用の炭素含有物質は,炭素質廃棄物を含むことを特徴とする,(1)〜(5)のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
まず,図1を参照しながら,本発明の一実施形態に係る製鋼スラグの溶融改質処理の方法を概略的に説明する。なお,図1は,本発明の一実施形態に係る製鋼スラグの処理方法に使用される処理装置を概略的に示す断面図である。
本発明は,溶融状態の製鋼スラグを改質処理の対象としており,改質対象の製鋼スラグとしては,特に限定されるものではなく,例えば,脱炭スラグ,溶銑予備処理スラグ,電気炉スラグ等を使用することができる。溶融状態のスラグを対象とするのは,スラグの有する顕熱を活用するためである。
溶融状態の製鋼スラグにSiO2含有改質材を添加して改質処理を行うことにより,製鋼スラグ中の未反応の遊離CaOを滓化させ,滓化した遊離CaOとSiO2等との反応により遊離CaOを低減させることができる。したがって,遊離CaOの水和反応(Ca+2H2O→Ca(OH)2+H2)による体積膨張を防止することができる。ここで,溶融状態で改質処理を行うのは,溶融温度未満で改質処理を行った場合には,処理前に未滓化のスラグが固相として残存し,固相として高融点の析出相が残存する場合があるため,SiO2との反応が十分に進行せず,安定して遊離CaOを減少させることができないためである。
本発明では,溶融状態で製鋼スラグの還元処理を行うことにより,第1に,製鋼スラグ中のトータル鉄を低減し,COガスを主とする気泡の発生を防止することができる。このCOガスの気泡は,転炉などから排出された直後の溶融スラグ中には粒鉄が懸濁しており,この懸濁粒鉄の表面に付着した炭素と溶融スラグ中の酸化鉄とが反応することにより発生する。そこで,溶融スラグ中の酸化鉄を還元して酸素源である酸化鉄の量を低減させることにより,COガスの発生を防止することができる。
また,本発明では,溶融状態の製鋼スラグを種湯としての溶銑が保持された反応容器に装入することで,第1に,製鋼スラグの改質還元反応の際,溶融状態の製鋼スラグの顕熱だけでなく,種湯溶銑の顕熱を利用でき,吸熱反応である還元反応中もスラグの溶融状態を維持することができる。その結果,上述したように,スラグ中の遊離CaOの滓化を促進し,スラグの還元速度を維持し,かつ,COの脱泡速度を維持することもできる。ここで,溶銑が有する顕熱を利用することにより,還元反応(吸熱反応)中もスラグの溶融状態を維持するという観点からは,種湯溶銑の質量は,製鋼スラグの質量の1/4以上であることが好ましく,製鋼スラグと同質量以上であることがさらに好ましく,製鋼スラグの質量の1.5倍以上であることが最も好ましい。製鋼スラグの質量に対し,溶銑の質量が1/4未満である場合には,還元反応中にスラグの温度低下を招き,スラグの溶融状態を維持することが困難となるため好ましくない。
本発明では,製鋼スラグ中のT・Feの濃度が1.5質量%以下となるまで,製鋼スラグの溶融状態を維持したまま製鋼スラグの還元処理を効率的に行うために,上吹きランスから吹き込まれた酸素による製鋼スラグのへこみ深さLSと製鋼スラグの厚みLS0との比をLS/LS0≦0.7とする。
LS=Lh・exp(−0.78・h/Lh)・(ρm/ρs) ・・・(II)
Lh=63.0・(k・FO2/nd)2/3 ・・・(III)
Lh :h=0の場合の湯面(スラグ)のへこみ深さ
h :湯面(スラグの液面)から上吹きランスの吹込み口までの高さ
ρm :メタルの密度
ρs :スラグの密度
k :送酸ノズルの孔の数に応じた補正値
FO2 :酸素ガス流量
n :送酸ノズルの孔の数
d :送酸ノズルの直径
WC=CFe/100×WS×10 ・・・(I)
本発明では,改質処理および還元処理を行う際に同一の処理温度を維持するために,加熱用バーナー等による加熱,または,燃焼用炭材を供給しながらランス等により酸素を吹き込むことによる加熱を行うことが好ましい。加熱用バーナーの燃料としては,例えば,重油,LPGなどを使用することができる。また,加熱用バーナーの代わりに,燃焼用炭材を供給しながら,酸素を吹き込むことにより炭材を燃焼させた燃焼熱により加熱してもよい。燃焼用炭材は,上述した還元用炭素源と同一の形態でも異なる形態でもよい。またく,燃焼用炭材と還元用炭素源とは,その双方を同一の加熱手段,例えば,粉体溶射バーナーから供給してもよく,異なる加熱手段から,例えば,燃焼用炭材は粉体溶射バーナーから供給し,還元用炭素源は粉体溶射バーナーとは別のスラグ上面側に設置したパイプから供給してもよい。
また,改質還元処理の際,上述したような加熱はスラグ上面側から行われるため,スラグ上面側では改質反応や還元反応が十分に進む一方で,スラグ下面側(溶銑側)ではスラグ上面側からの加熱の効果が及びにくいため,改質反応や還元反応が十分に進まないことがある。そこで,改質還元処理中の製鋼スラグを均熱化するため,製鋼スラグ中に上吹きランス等からガスの吹込みを行って,処理中のスラグを撹拌するようにしてもよい。このような撹拌に使用するガス種としては,例えば,アルゴンなどの不活性ガスを使用することができるが,スラグに燃焼用炭材が供給される場合には,撹拌用ガスとしてO2を含むガスを使用することにより,撹拌用のO2含有ガスが燃焼用炭材を燃焼させることができるため,スラグ撹拌と同時にスラグ温度の維持を効率的に行うことができる。
本発明において,上述した還元用炭素源や燃焼用炭素源としては,例えば,廃プラスチック,バイオマス,パルプ屑等の炭素質廃棄物を使用することができる。かかる炭素質廃棄物は,還元用炭素源または燃焼用炭素源のいずれか一方として使用してもよく,還元用炭素源および燃焼用炭素源の双方に使用してもよい。ただし,還元用炭素源や燃焼用炭素源としては,上記炭素質廃棄物に限られず,例えば,コークス等などを使用してもよい。
また,本発明の改質処理で使用するSiO2含有改質材として,Al2O3をさらに含有する改質材を使用してもよい。このような改質材としては,例えば,石炭灰などがある。
溶銑予備処理スラグ20tを溶融状態のまま,種湯溶銑280tを保持する転炉に装入した。転炉に挿入する前のスラグを採取し,蛍光X線分析装置にて組成を分析し,目標とするCaO/SiO2の比1.2とするに必要なSiO2量を算出することにより,改質材として使用する石炭灰の量を決定し,5〜10mm径の石炭灰4tを転炉に事前一括投入した。併せてスラグ中のT・Fe量に応じた還元用炭素含有物質として,コークスを6.6トンを事前一括投入した。その後,上吹きランスより酸素を送酸し,溶融改質還元処理を20分行った。処理温度は1400℃〜1460℃で行い,処理中のスラグは常に溶融状態を維持した。なお,還元処理中に転炉底部より,コークス製造時に篩下として回収した,粉コークスを底吹きし,溶銑中の炭素濃度が処理中に常に飽和になるように維持した。溶融改質還元処理初期(T・Fe≧5質量%)では送酸用ランスの位置を0.7≦Ls/Lso≦1.0の状態に維持した。ここで,スラグの高さはマイクロ波を用いたスラグ高さ計で測定し,溶銑の湯面高さは装入した溶銑の質量から計算で算出した。スラグ厚みLS0は,上で測定した(スラグ高さ)−(溶銑の湯面高さ)で求めた。また,スラグのへこみ深さLSは,上述した瀬川の式を使用して求めた。溶融還元処理末期(T・Fe<5質量%)ではLs/Lso≦0.7の範囲で操業し,処理後のT・Feを低減させた。改質還元処理後のスラグは,処理後スラグ用鍋に排出し,転炉には溶銑を残した。
溶銑予備処理スラグ21トンを溶融状態のまま,種湯溶銑280トンを保持する転炉に装入した。転炉に挿入する前のスラグを採取し,蛍光X線分析装置にて組成を分析し,目標とするCaO/SiO2の比1.2とするに必要なSiO2量を算出することにより,改質材として使用する石炭灰の量を決定し,5〜10mm径の石炭灰3.7tを転炉に事前一括投入した。併せてスラグ中のT・Fe量に応じた還元用炭素含有物質として,コークスを7.1tを事前一括投入した。その後,上吹きランスより酸素を送酸し,溶融改質還元処理を行った。本例では溶融改質還元処理初期(T・Fe≧5質量%)から処理終了まで,送酸用ランスの位置を≦Ls/Lso≦0.7の状態に維持した。このため,処理前に添加した石炭灰の滓化に時間を要したので,35分の処理時間を要した。処理温度は1350℃〜1450℃で行い,処理中のスラグは常に溶融状態を維持した。なお,還元処理中に転炉底部より,コークス製造時に篩下として回収した,粉コークスを底吹きし,溶銑中の炭素濃度が処理中に常に飽和になるように維持した。なお,スラグの高さはマイクロ波を用いたスラグ高さ計で測定し,溶銑の湯面高さは装入した溶銑の質量から計算で算出した。スラグ厚みLS0は,上で測定した(スラグ高さ)−(溶銑の湯面高さ)で求めた。また,スラグのへこみ深さLSは,上述した瀬川の式を使用して求めた。改質還元処理後のスラグは,処理後スラグ用鍋に排出し,転炉には溶銑を残した。
4 溶銑
6 溶融製鋼スラグ
8 上吹きランス
10 底吹きランス
LS 上吹きランスから吹き込まれた酸素による製鋼スラグのへこみ深さ
LS0 製鋼スラグの厚み
Claims (6)
- 溶融製鋼スラグを溶銑が保持された反応容器に装入し,前記反応容器に装入された溶融製鋼スラグに,上吹きランスから酸素を吹き込みながらSiO2含有物質および還元用の炭素含有物質を添加し,前記製鋼スラグ中のトータル鉄の濃度が1.5質量%以下となるまで,前記製鋼スラグの溶融状態を維持したまま前記製鋼スラグの改質処理および還元処理を行い,
前記改質処理および前記還元処理の際に,前記上吹きランスから吹き込まれた酸素による前記製鋼スラグのへこみ深さLSと,前記製鋼スラグの厚みLS0との比をLS/LS0≦0.7とすることを特徴とする,製鋼スラグの処理方法。 - 前記製鋼スラグ中のトータル鉄の濃度が5質量%以上である前記還元処理の初期では0.7≦LS/LS0≦1.0とし,前記製鋼スラグ中のトータル鉄の濃度が5質量%未満である前記還元処理の末期ではLS/LS0≦0.7とすることを特徴とする,請求項1に記載の製鋼スラグの処理方法。
- 前記改質処理および前記還元処理の際,溶銑中に炭素含有物質を吹き込むことにより溶銑中の炭素濃度を常に飽和状態に維持することを特徴とする,請求項1または2に記載の製鋼スラグの処理方法。
- 前記製鋼スラグ中のトータル鉄量に応じた量の炭素含有物質を前記製鋼スラグに添加することを特徴とする,請求項1〜3のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
- 前記炭素含有物質は,前記改質処理および前記還元処理の開始前に添加され,添加される前記炭素含有物質の量WCは,トータル鉄の濃度をCFe(質量%),前記製鋼スラグの質量をWSとすると,下記式(I)で表されることを特徴とする,請求項4に記載の製鋼スラグの処理方法。
WC=CFe/100×WS×10 ・・・(I) - 前記還元用の炭素含有物質は,炭素質廃棄物を含むことを特徴とする,請求項1〜5のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
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