JP4867406B2 - 製鋼スラグの鉄分回収方法およびリサイクル方法 - Google Patents
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Description
つまり製鋼スラグ(すなわち予備処理や脱炭精錬にて発生するスラグ)にはFeの酸化物が含まれている。そのFeを回収して製鉄原料に添加混合して使用すれば、溶鋼の原料コストを低減することができる。そこで、製鋼スラグを製鉄原料として再利用する技術が種々検討されている。
ところが製鋼スラグにはFeの酸化物(すなわちFeO,Fe2O3,Fe3O4)のみならずPの酸化物(すなわちP2O5)も含有される。そのため、製鋼スラグを製鉄原料として再利用するためには、Pを除去する必要がある。そこで特許文献1には、溶融状態の製鋼スラグをバブリングすることによってPを揮化する技術が開示されている。
以下にFeとPの相互作用について説明する。
一般にP2O5はCと反応して、P2 ガスが発生される。その反応式は下記の(1)式に示す通りである。
したがって溶融状態の製鋼スラグにCを添加してP2O5と反応させ、Pを気化すれば、製鋼スラグからPを除去することが可能である。しかし製鋼スラグのようなFeの酸化物とPの酸化物が存在する環境では、製鋼スラグに添加されたCはP2O5のみならずFeOと反応する。つまり(1)式の反応に加えて(2)式に示す反応が進行する。
さらに(1)式で生じたPと(2)式で生じたFeが反応して、下記の(3)式に示すようにFePを生成する。この(3)式の反応は、Pが化合物として固定されて製鋼スラグ中に残留することを示している。
Fe+1/2P2→FeP ・・・(3)
以上に説明した通り、溶融状態の製鋼スラグのバブリングやC添加を行なうだけでは、Pを除去することは困難である。
一般に風砕と呼ばれる技術は、図3に示すように、容器(たとえば転炉1等)を傾動して溶融状態の製鋼スラグ2を空間に流下させながら、高速の空気5(以下、高速気流という)を吹き付けて、製鋼スラグ2を滴状の粒体にし、落下して冷却された粒状となる。ここではスラグ粒3と記す。
製鋼スラグを製鉄原料として再利用すると、製鋼スラグに含有されるPが溶銑に混入する。Pは鋼材の特性を劣化させる元素であるから、製鋼スラグを製鉄原料として再利用するためにはPを低減する必要がある。ところが上記の説明の通り、製鋼スラグからPを除去する技術は未だ確立されておらず、P含有量の低い製鋼スラグを選択して使用するか、脱P能力を向上せざるを得ない状況である。そのため、製鉄原料として再利用できる製鋼スラグは、P含有量に関する制約を受ける。
本発明の製鋼スラグの鉄分回収方法においては、非磁着スラグ塊をさらに粉砕してスラグ粉とし、スラグ粉を磁力によって磁着スラグ粉と非磁着スラグ粉とに分離して、磁着スラグ塊および/または磁着スラグ粉を回収することが好ましい。また、凝固状態の製鋼スラグを粉砕して粒径10mm以下のスラグ塊とし、スラグ塊を磁力によって磁着スラグ塊と非磁着スラグ塊とに分離した後、非磁着スラグ塊をさらに粉砕して粒径50μm以下のスラグ粉とし、スラグ粉を磁力によって磁着スラグ粉と非磁着スラグ粉とに分離して、磁着スラグ塊および/または磁着スラグ粉を回収することが好ましい。さらに、磁着スラグ塊と非磁着スラグ塊との分離および/または磁着スラグ粉と非磁着スラグ粉との分離をドラム型磁力選別機によって行なうことが好ましい。溶融状態の製鋼スラグに空気を吹き付けて、製鋼スラグに含有される鉄分を酸化させることによって、製鋼スラグのFeOの含有量を低減する、あるいはFe3O4および/または2CaO・Fe2O3の含有量を増加することが好ましい。
また本発明は、上記の磁着スラグ塊および/または磁着スラグ粉を製鉄原料として再利用する製鋼スラグのリサイクル方法である。
転炉1等の精錬容器に溶銑を収容して脱炭精錬を行なった後、得られた溶鋼は、転炉1を傾動させることによって取鍋(図示せず)等に排出(いわゆる出鋼)される。出鋼が終了すると、転炉1を逆方向に傾動させて、転炉1内に残留する溶融状態の製鋼スラグ2をスラグ鍋6等の搬送容器に排出する。このとき、製鋼スラグ2をスラグ鍋6に落下させながら、スラグ鍋6内の製鋼スラグ6に高速の空気流5(すなわち高速気流)を吹き付ける。
溶融状態の製鋼スラグ2に高速気流5を吹き付けることによって、製鋼スラグ2に含有される鉄分を酸化する。つまり、製鋼スラグ2にはFeの酸化物(すなわちFeO,Fe2O3,Fe3O4)が含有されており、高速気流5による酸化反応が生じることによって、FeOとFe3O4がFe2O3となる。このとき、製鋼スラグ2をスラグ鍋6に落下させながら、スラグ鍋6内の製鋼スラグ2に高速気流5を吹き付けるので、スラグ鍋6内の製鋼スラグ2は流動している。したがって、製鋼スラグ2の攪拌を伴って酸化反応が進行するので、製鋼スラグ2に含有される鉄分の酸化が促進され、FeOの含有量は減少する一方、Fe3O4,Fe2O3の含有量は増加する。
高速気流5の吹き付け時間が1分未満では、FeOがFe2O3となる酸化反応が進行しないので、製鋼スラグ2のFeO含有量が十分に低下しない。高速気流5の吹き付け時間が5分を超えると、FeがFeOとなる酸化反応が進行するので、製鋼スラグ2のFeO含有量が増加する。したがって、高速気流5の吹き付け時間は1〜5分の範囲内が好ましい。また、排出中の落下スラグ流によって鍋内の攪拌が行なわれている間に吹き付けるのが好ましい。
また、高速気流5を吹き付ける製鋼スラグ2の温度は1400℃以上が好ましい。1400℃未満では、スラグが凝固し、FeOの酸化反応が進行しなくなる。
このようにして高速気流5を吹き付けた後、製鋼スラグ2を冷却して凝固させる。製鋼スラグ2の冷却方法は、特に限定しない。たとえば、スラグ鍋6をスラグヤードやスラグピットへ搬送し、収容された製鋼スラグ2を所定の場所(いわゆる排滓場所)に排出して、大気中で冷却(いわゆる放冷)する等の従来から知られている方法を採用する。
また、磁力によって分離された非磁着スラグ塊には、FeOのみならず、メタルFe,Fe2O3,Fe3O4も含有されている。そこで、非磁着スラグ塊をさらに粉砕し、得られたスラグ粉に再度0.2〜0.4Tの比較的強い磁力を作用させて、磁石に吸着するスラグ粉(以下、磁着スラグ粉という)と磁石に吸着しないスラグ粉(以下、非磁着スラグ粉という)とに分離する。このようにして分離された磁着スラグ粉には、磁着スラグ塊と同様にメタルFe,2CaO・Fe2O3,Fe3O4が比較的多く含有されている。
スラグ塊またはスラグ粉に磁力を作用させる方法は、特に限定せず、
(A)ドラム方式:円筒状のドラムの内部に磁石を配設して、ドラムを回転させつつドラム外面にスラグ塊を落下して吸着させる方法、
(B)吊り下げ方式:ベルトコンベア等の搬送手段の上方に磁石を配設して、移動するスラグ塊を吸着させる方法
等の従来から知られている方法を使用する。ただし連続的かつ確実に磁着スラグ塊と磁着スラグ粉を吸着させる観点からドラム方式を採用するのが好ましい。
このことは、予備処理における脱P負荷の増加を最小限とし、製鋼スラグを製鉄原料として再利用できることを意味している。
次に、スラグ鍋6を排滓場所へ搬送し、収容された製鋼スラグ2を排出した。排滓場所では、予め凝固させたスラグを用いて土手を築き、その土手で囲まれた領域に製鋼スラグ2を排出した。排滓場所における製鋼スラグ2の厚みは200〜300mmとした。こうして製鋼スラグ2を放冷し、12hr経過した後、土手を崩して凝固状態の製鋼スラグ2を取り出した。このとき内部の製鋼スラグは赤熱状態であったので、散水場所へ搬送して冷却水を噴霧し、常温まで冷却した。
ドラム11の外表面に落下したスラグ塊7のうちの磁着スラグ塊7aは、磁力によって吸着されてドラム11とともに回転する。そして磁力が作用しない位置でドラム11から離脱して落下する。その場所に磁着スラグ塊収納容器8を設置することによって、磁着スラグ塊7aを回収することができる。
このようにしてドラム式磁力選別機を用いて分離した非磁着スラグ塊7bをさらにロッドミル、続いて縦型ローラーミルで粉砕して分級し、粒径が45μm以下のものをスラグ粉として選別した。このスラグ粉を、図2に示すドラム式磁力選別機でスラグ塊7と同様に、磁着スラグ粉と非磁着スラグ粉に分離した。なお、磁力は0.3Tとした。粒径が45μmを超えるものは、メタルFeが多く含まれているので、前工程の10mm以下スラグ塊の磁選処理工程に戻した。これを発明例とする。
また、比較例2として、排滓場所における製鋼スラグ2の厚みを50〜100mmとした他は比較例1と同じ方法で、磁着スラグ塊,非磁着スラグ塊,磁着スラグ粉,非磁着スラグ粉を分離した。
2 製鋼スラグ
3 スラグ粒
5 高速気流
6 スラグ鍋
7 スラグ塊
7a 磁着スラグ塊
7b 非磁着スラグ塊
8 磁着スラグ塊収納容器
9 非磁着スラグ塊収納容器
10 磁石
11 ドラム
Claims (8)
- 溶融状態の製鋼スラグに流速30〜80m/secの空気を吹き付けることにより前記製鋼スラグに含有される鉄分を酸化させた後、冷却し、得られた凝固状態の製鋼スラグを粉砕してスラグ塊とし、前記スラグ塊を磁力によって磁着スラグ塊と非磁着スラグ塊とに分離して、前記磁着スラグ塊を回収することを特徴とする製鋼スラグの鉄分回収方法。
- 前記非磁着スラグ塊をさらに粉砕してスラグ粉とし、前記スラグ粉を磁力によって磁着スラグ粉と非磁着スラグ粉とに分離して、前記磁着スラグ塊および/または前記磁着スラグ粉を回収することを特徴とする請求項1に記載の製鋼スラグの鉄分回収方法。
- 前記凝固状態の製鋼スラグを粉砕して粒径10mm以下のスラグ塊とし、前記スラグ塊を磁力によって磁着スラグ塊と非磁着スラグ塊とに分離した後、前記非磁着スラグ塊をさらに粉砕して粒径50μm以下のスラグ粉とし、前記スラグ粉を磁力によって磁着スラグ粉と非磁着スラグ粉とに分離して、前記磁着スラグ塊および/または前記磁着スラグ粉を回収することを特徴とする請求項1に記載の製鋼スラグの鉄分回収方法。
- 前記磁着スラグ塊と前記非磁着スラグ塊との分離および/または前記磁着スラグ粉と前記非磁着スラグ粉との分離をドラム型磁力選別機によって行なうことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の製鋼スラグの鉄分回収方法。
- 前記溶融状態の製鋼スラグに空気を吹き付けて、前記製鋼スラグに含有される鉄分を酸化させることによって、前記製鋼スラグのFeOの含有量を低減することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の製鋼スラグの鉄分回収方法。
- 前記溶融状態の製鋼スラグに空気を吹き付けて、前記製鋼スラグに含有される鉄分を酸化させることによって、前記製鋼スラグのFe3O4および/または2CaO・Fe2O3の含有量を増加することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の製鋼スラグの鉄分回収方法。
- 前記製鋼スラグがPを含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の製鋼スラグの鉄分回収方法。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁着スラグ塊および/または磁着スラグ粉を製鉄原料として再利用することを特徴とする製鋼スラグのリサイクル方法。
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