JP4719082B2 - 高温スラグの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鋼工程や溶銑予備処理工程において発生する高温のスラグの処理方法に関するものである。

製鋼工程や溶銑予備処理工程からは、１２００℃〜１６００℃の高温のスラグが大量に発生する。通常はこれらのスラグを広いスラグヤードに排出し、散水により冷却しているが、冷却効率が悪いために冷却に長時間を要する。またスラグ表面から粉塵が発生するため、周辺への飛散を防止するには面積が広いため、集塵に莫大なコストを要するという問題がある。

しかも、スラグ中の微粉部分に分散している未反応CaO成分が水中にCa(OH)₂として分散し、更に、この水と接触したスラグ全体にCa(OH)₂が付着して、全体が強アルカリ性となってしまい、スラグを路盤材、或いは海洋用途に使用する場合には、白濁を生じるので、中和処理が必要になる。また、この強アルカリ水により集中配管が腐食することがある。更に、こうして生じた強アルカリ水を、中和する必要が生じる。

なお特許文献１には、溶融状態の製鋼スラグを浅底広皿上に注入して散水による一次冷却を行い、次に排滓台車内で散水による二次冷却を行い、更に貯水ピットに浸漬する製鋼スラグの安定化処理方法が開示されている。しかしこの方法はスラグを水中に浸漬するため、上記した強アルカリ水の問題がある。

また特許文献２には、製鋼スラグをスラグ容器に入れて徐冷し、得られたα´−Ca_２SiO₄を大量に含むスラグ大塊を破砕してスラグ小塊とし、これを急速冷却してα´−Ca_２SiO₄をγ−Ca_２SiO₄に変態させてスラグを粉化させることが記載されている。しかしこの方法はγ−Ca_２SiO₄を多量に析出可能なステンレススラグに対してのみ有効な方法であり、一般の製鋼工程から発生するスラグには適用することができない。しかも特許文献２の実施例に記載されているように、徐冷のために２４時間にもわたる冷却時間を要するため、生産性が低いという問題もある。
特公平５−４２３８０号公報 特開２００３−２４７７８６号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、従来のスラグヤードでの水冷方式のような発塵問題を生ずることがなく、かつ処理工程で強アルカリ水を生成させることがなく、処理に長時間を必要とせず、スラグを有価物として効率的に回収することができる高温スラグの処理方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、粒径７５μm前後のＣaＯを含有する１２００℃〜１６００℃の製鋼スラグまたは溶銑予備処理スラグを、冷却ボックスに装入してその内部で自由水を発生させない範囲の水量の冷却水による一次冷却を行なったうえ、さらに後段の乾式冷却装置の内部で冷却水を使用せずに二次冷却を行なうことにより、自由水と接触させずに３００℃以下にまで冷却したうえ、分級し、ＣａＯ含有率の低い２ｍｍ以上の粗大粒と、ＣａＯ含有率の高い２ｍｍ未満の微小粒とを得ることを特徴とするものである。

なお二次冷却が、炭酸ガスを含むガスとスラグとを接触させるガス冷却であることが好ましく、炭酸ガスを含むガスとスラグとの接触を、９００℃以下の温度域で行わせることが好ましい。上記のように冷却工程で炭酸ガスと接触させるほか、分級した粗大粒と微小粒とを、個別に炭酸化処理して安定化することも可能である。

本発明によれば、炉から排出されたCaOを含有する高温のスラグを、熱間状態から乾式冷却するため、従来のようにスラグ中のCaOが冷却水中に溶出することがなく、強アルカリ水が発生することがない。このためスラグ全体がアルカリ性となってしまうことがなく、また強アルカリ水によって装置が腐食することもない。

しかも製鋼工程において脱硫剤や脱リン剤として溶銑や溶鋼中に添加されるCaOの粒径は７５μm前後のものが普通であるから、スラグ中に残留している未反応のCaOの粒径はこれ以下である。このため、冷却されたスラグを粗大粒と微小粒とに分級すると未反応のCaOは微小粒側に集まり、粗大粒中の未反応のCaO含有率は低くなる。このため分級を行うことにより未反応CaO含有率の低いスラグと未反応CaO含有率の高いスラグとに分離することができ、それぞれの有効活用が容易となる。

図１は本発明の実施形態の説明図であり、先ず炉から排出されたCaOを含有する高温のスラグが入ったスラグパン１から冷却ボックス２にスラグを流下させ、均一な厚さに掻き均すとともに、大きな塊や地金を取り除く。ここでCaOを含有する高温のスラグは、製鋼スラグまたは溶銑予備処理スラグであり、製鋼スラグには転炉吹錬スラグ、溶銑予備処理スラグには溶銑脱リンスラグ、溶銑脱硫スラグなどが含まれる。これらの製鋼スラグまたは溶銑予備処理スラグ中には、溶銑中に吹き込まれたCaOの微粉末（前記したように７５μm前後）の一部が未反応のフリーCaOとして含有されている。なお、炉から排出される温度はスラグの種類により異なるが、製鋼スラグでは１４００〜１６００℃であり、溶銑予備処理スラグでは１２００〜１４００℃である。

このようなスラグはスラグパン１から冷却ボックス２に装入され、一次冷却される。この一次冷却は、自由水を発生させない範囲で散水ノズル１３から水をミスト１４として噴霧する方法で行うことができる。すなわち、噴霧した冷却水が瞬時に蒸発してスラグから気化熱を奪い、自由水の状態で残留しないようにすることが必要であり、自由水を発生させるとスラグ全体からのアルカリ溶出の問題が生ずるので好ましくない。この一次冷却によって、スラグ温度を８００〜１２００℃程度にまで降下させる。

次に冷却ボックス２からスラグ掻き均し及び排出装置１２によりスラグを取り出して乾式冷却装置３に供給し、冷却水を使用せずに二次冷却を行う。乾式冷却装置３としては様々な形式のものを用いることができるが、この実施形態では空冷式のロータリークーラーが用いられている。これは傾斜した回転ドラム４の中心に吹込主管５を貫通させ、この吹込主管５から半径方向に延びる吹込枝管６の先端を回転ドラム４の内側底部に位置させた構造のクーラーである。このほか振動クーラーと呼ばれる振動によりスラグを搬送しつつ冷却するクーラーなどを用いることも可能である。

一次冷却によって８００〜１２００℃となったスラグは回転ドラム４の上端のホッパ７から供給され、回転に連れて徐々に出口８の方向に移動していく。この移動中のスラグの内部に吹込枝管６の先端から冷却空気が吹き込まれ、スラグは効率よく冷却される。なお回転ドラム４の外側に散水しても、スラグと水とが接触しないため差し支えない。この二次冷却によりスラグは３００℃以下にまで冷却される。このような一次冷却と二次冷却工程では、スラグと自由水とが接触することはないので、従来のようなアルカリ水の発生はない。

なお、この二次冷却を空気で行う代わりに、炭酸ガスを含むガスとスラグとを接触させるガス冷却とすることができ、特に９００℃以下の温度域で炭酸ガスと接触させることが好ましい。炭酸ガスとの接触によりスラグ中に含有される未反応CaOは安定なCaCO_３となり、無害化される。この接触を９００℃よりも高温域で行うとCaCO_３の再分解が進行するため好ましくない。

二次冷却により３００℃以下にまで冷却されたスラグは、篩分け機９によって分級されて、コンベヤ１０とコンベヤ１１に排出される。ここでは篩目を２mmに設定し、２mm以上の粗大粒と２mm未満の微小粒とに分級しているが、篩目の設定はスラグの用途に応じて適宜変更可能である。前記したようにスラグ中に残留しているCaOはおおよそ７５μm以下がほとんどであり、水を使用せずに冷却されたスラグ中には微細粒子として分散しているため、分級すると未反応CaOは微小粒側に集中し、粗大粒側にはほとんど含まれない。このため、CaO含有率の低い粗大粒と、CaO含有率の高い微小粒とを得ることが可能となる。

なお、前記したように二次冷却工程において炭酸ガスを含むガスとスラグとを接触させるほか、分級した粗大粒と微小粒とを、個別に炭酸化処理して安定化することも可能である。

得られた粗大粒はフリーCaOの含有率が低いので、そのまま、あるいはわずかに炭酸化処理するのみで、例えば漁礁などの海洋資材として使用可能である。また従来はスラグを路盤材として使用する際にはエージング処理を要していたが、本発明によって得られた粗大粒のスラグはフリーCaOの含有率が低いので、エージングレスまたはエージング期間の短縮を図ることが可能となる。また粒径が１mm以上のスラグはＳｉＯ_２やＰ_２Ｏ_５に富むため、肥料として使用することが可能となる。一方、微小粒のスラグ中には多くの未反応CaOが含まれているため、例えば溶銑予備処理炉の脱硫剤や焼結工程の石灰代替としてリサイクル使用が可能となる。

このように本発明の高温スラグの処理方法によれば、冷却を冷却ボックス２及び乾式冷却装置３の内部で行うため、従来の広大なスラグヤードが不要となり、巨大な集塵機が不要となる。また冷却はスラグを自由水と接触させることなく行うため、処理工程で強アルカリ水を生成させることがなく、装置の腐食も生じない。また強制冷却方式を採用しているので処理に長時間を必要としない。しかも分級により、フリーCaOの含有率の高いスラグと低いスラグとに分離して取り出せるので、それぞれのスラグを有価物として活用することが可能となる。更には、強アルカリ水の発生がないのでそれを中和する必要もない。

CaO粉末を吹き込んで溶銑の脱りん・脱硫処理を行った際に生成した約1300℃の溶銑予備処理スラグをスラグパンに移し替え、更にスラグパンより幅3m、長さ10mの冷却ボックスに移し替え、均一な厚さに掻き均した上で、表面に散水して1000℃まで冷却した。冷却水は瞬時に蒸発するため、自由水は発生しない。このスラグを内径3mΦ、長さ10mのロータリークーラーに供給し、60t/hの速度で空冷した。ロータリークーラーから排出されたスラグ温度は約200℃であり、これを篩い分け機によって2mm以上の粗大粒と2mm未満の微小粒とに分級した。2mm未満の微粉は、微粉インジェクションによる溶銑脱硫処理時に、溶銑表面を覆うカバースラグとして再利用した。

CaO粉末を吹き込んで溶銑の脱りん・脱硫処理を行った際に生成した約1300℃の溶銑予備処理スラグをスラグパンに移し替え、更にスラグパンより幅3m、長さ10mの冷却ボックスに移し替え、均一な厚さに掻き均した。自由水が発生しない範囲で表面に散水して900℃まで冷却した。このスラグを幅2m、長さ16mの振動クーラーに供給し、60t/hの速度で空冷した。この時、ＣＯ_２を20％含む石灰キルン排ガスを冷却ガスとして使用したので、未反応CaOはそのまま再利用可能な濃度に低下した。振動クーラーから排出されたスラグ温度は約200℃であり、これを篩い分け機によって2mm以上の粗大粒と2mm未満の微小粒とに分級した。2mm未満の粉のみ、天然砂代替品としてリサイクル使用した。2mm以上の粗大粒は処理後のスラグ中の未反応CaOが少なく、燐酸肥料として再利用できた。

CaO粉末を吹き込んで溶銑の脱りん・脱硫処理を行った際に生成した約1300℃の溶銑予備処理スラグをスラグパンに移し替え、更にスラグパンより幅3m、長さ10mの冷却ボックスに移し替え、均一な厚さに掻き均した。自由水が発生しない範囲で表面に散水して900℃まで冷却した。このスラグを内径2mΦ、長さ16mのロータリークーラーに供給し、60t/hの速度で空冷した。振動クーラーから排出されたスラグ温度は約200℃であり、これを篩い分け機によって2mm以上の粗大粒と2mm未満の微小粒とに分級した。次に、2mmアンダーの微小粒のみ、製鉄所の石灰焼成キルンの排ガスを利用した炭酸化処理を行った後、2mm以上の粗大粒と再混合した。その結果、全体的に未反応CaO分が減少し、海水に浸漬しても白濁の問題がないことが分かった。2mmアンダーは全体の40%重量比であるため、全量を炭酸化処理するのに必要な、内径3.2mΦ、長さ72mという巨大な装置よりもはるかに小型の２mΦ×9mの回転撹拌装置で、月産２万ｔの炭酸化処理が可能であった。2mmアンダーでは、粒子の比表面積が大きく、反応に有利であると推定された。

（比較例１）
実施例同様、微粉CaO源を吹き込んで溶銑の脱りん・脱硫処理を行った再に発生したスラグを従来どおり、ヤードに設けた水冷ピットにスラグパンより排滓し、散水・冷却を実施した。未反応CaO分は十分中和されていないため、蒸気エージングを実施した。処理時の発塵は大であった。

（比較例２）
比較例１同様、ヤードにて散水冷却処理を行った。アルカリ分を中和する目的で、石灰焼成キルンの排ガスを使った炭酸化処理を行った。処理後のスラグは海水浸漬時の白濁は問題無いことが分かったが、２mΦ×9mの回転攪拌装置では60t/hのスラグ発生量の一部しか処理できないことが分かった。また、全量を処理するには、内径3.2mΦ、長さ72mと、極めて大きな回転攪拌装置が必要であると予想された。
上記した実施例の内容を表１にまとめ、比較例の内容を表２にまとめた。

本発明の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１ スラグパン
２ 冷却ボックス
３ 乾式冷却装置
４ 回転ドラム
５ 吹込主管
６ 吹込枝管
７ ホッパ
８ 出口
９ 篩分け機
１０ コンベヤ
１１ コンベヤ
１２ スラグ掻き均し及び排出装置
１３ 散水ノズル
１４ ミスト

Claims (4)

1. 粒径７５μm前後のＣaＯを含有する１２００℃〜１６００℃の製鋼スラグまたは溶銑予備処理スラグを、冷却ボックスに装入してその内部で自由水を発生させない範囲の水量の冷却水による一次冷却を行なったうえ、さらに後段の乾式冷却装置の内部で冷却水を使用せずに二次冷却を行なうことにより、自由水と接触させずに３００℃以下にまで冷却したうえ、分級し、ＣａＯ含有率の低い２ｍｍ以上の粗大粒と、ＣａＯ含有率の高い２ｍｍ未満の微小粒とを得ることを特徴とする高温スラグの処理方法。
2. 二次冷却が、炭酸ガスを含むガスとスラグとを接触させるガス冷却であることを特徴とする請求項１記載の高温スラグの処理方法。
3. 炭酸ガスを含むガスとスラグとの接触を、９００℃以下の温度域で行わせることを特徴とする請求項２記載の高温スラグの処理方法。
4. 分級した粗大粒と微小粒とを、個別に炭酸化処理して安定化することを特徴とする請求項１記載の高温スラグの処理方法。

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