JP5906989B2

JP5906989B2 - 鉛含有取鍋スラグの処理方法

Info

Publication number: JP5906989B2
Application number: JP2012174290A
Authority: JP
Inventors: 友幸森; 亮輔廣岡
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-08-06
Also published as: JP2014031563A

Description

本発明は、鉛快削鋼を製造する際に発生する鉛含有取鍋スラグを処理する方法に関するものであり、投棄処理コストを低減することを目的とするものである。

特殊鋼である鉛快作鋼を溶製する際に生成される鉛含有スラグは、その有害性のため、路盤材等に使用する場合はJISによる環境規制がなされており、投棄処理する際にも、無害化のために新たな工程を必要とし、特別な処理コストを必要としていた。

加えて、無害化処理されたスラグは埋め立て投棄や路盤材原料として処理されてきたが、近年、埋め立て投棄場所の確保が難しい上に投棄費用は増加傾向にあるため、発生したスラグの再利用方法の確立が求められている。

以上より、鉛含有取鍋スラグの処理においては、特別な処理コストを必要とせずに鉛濃度を低減することと、そのスラグを再利用することという二つの観点から課題解決が求められる。

鉛含有スラグの処理方法として、例えば以下の方法等が開示されている。

(1) 鉄イオンを含有する無機酸と混合することで難溶製マグネタイト化合物として固化し溶出を抑制する方法（特許文献１）。
(2) Ca、Al、Sを含む水和物を形成し、固化することでPb溶出を抑制する方法（特許文献２）。
(3) Pbを含有する製鋼ダストと還元スラグを混合溶融させ、Pbを蒸発により低減し、溶出量を一定以下にする方法（特許文献３）。

前記(1)〜(3)は、発生Pb含有スラグ（ダスト）の溶出量を抑えて無害化処理する方法であり、新たな処理工程を必要とする。しかしながら、投棄量および投棄コストの削減として考えた場合、発生スラグは溶出の無害化処理無くして、全て路盤材化等にて再利用することが望ましい。

一方、操業条件により鉛を低減もしくは不溶化する方法としては、Pbを含んだスラグの組成を調整することでPbを不溶化し、かつ難水和膨張性とする技術が特許文献４，５で提案されている。

また、Pb添加時の取鍋温度を制御することで、スラグ中のPbを効率的に蒸発させ、鉛含有量および溶出量の低い還元スラグを生成する方法が特許文献６で提案されている。

しかしながら、精錬処理では、スラグの組成および溶鋼温度は品質面や操業性を重要視して決定すべきであることから、特許文献４〜６で提案された何れの方法も実操業において適しているとは言えない。

特開２００８‐１６８２８９号公報特開２００７‐１３６３９３号公報特開平１０‐２７３３４７号公報特開２００２‐６８７８９号公報特開２００１‐１９４０７４号公報特開２００８‐２５５４０６号公報

本発明が解決しようとする問題点は、鉛含有取鍋スラグ中の鉛濃度を低減する従来方法は、新たな無害化処理工程を必要としていた、もしくは溶出量抑制のために操業条件の規定を余儀なくされていたという点である。

本発明は、従来、新たな無害化処理工程を必要としていた、もしくは溶出量抑制のために操業条件の規定を余儀なくされていた鉛含有取鍋スラグを、溶銑処理時に副原料として使用することでその鉛濃度を低減してスラグの投棄量自体も削減することを目的としている。

本発明の鉛含有取鍋スラグの処理方法は、上記目的を達成するために、
鉛快削鋼を製造する際に製鋼工程にて発生する鉛含有取鍋スラグを、転炉吹錬の副原料として用いることを最も主要な特徴としている。

上記本発明の実施に際しては、
前記鉛含有取鍋スラグの転炉吹錬の副原料としての使用量を、前記転炉吹錬後の溶鋼に含有されるPb濃度が該溶鋼を用いて製造される鉄鋼製品の規格濃度未満であって、かつ、前記転炉吹錬後の転炉内スラグに含有されるPb濃度が環境基準に規定された濃度未満であるように、下記の(1)式および(2)式によって算出される質量以下に制限することが望ましい。
環境基準に規定された濃度に対応する転炉スラグ中のPb許容濃度（質量％）＞（Ａ×Ｘ）（１−ｂ）／｛Ｂ／a＋（Ａ＋Ｃ）｝…(1)
転炉吹錬後の溶鋼を用いて製造される鉄鋼製品の規格濃度（質量％）＞（Ａ×Ｘ）（１−ｂ）／｛Ｂ＋ａ×（Ａ＋Ｃ）｝…(2)
但し、Ｘ：取鍋スラグの鉛濃度（質量％）、Ａ：取鍋スラグ使用量（ton）、Ｂ：溶銑量（ton）、Ｃ：副原料量（ton）、ａ：Pb分配比（＝(Pb)／[Pb]）、ｂ：Pb気化量（％）。

本発明では、鉛を含有した取鍋スラグを転炉吹錬の副原料として使用することで、スラグの組成および溶鋼温度を品質面や操業性を重要視して決定しつつ、新たに特別な処理工程を必要とせずにスラグ中の鉛濃度を低減させ、かつスラグのリサイクルにより、その投棄量も削減することができる。

本発明により、鉛含有スラグの鉛濃度を低減すると共に、取鍋スラグの再利用を図ることができ、取鍋スラグの廃棄量の低減が可能となった。

スラグ中の（CaO）／（SiO₂）とPb分配比(Pb)／[Pb]の相関を示した図である。取鍋スラグの投入量とスラグ中の(Pb)濃度の相関を示した図である。

本発明は、鉛含有取鍋スラグの鉛濃度を低減してスラグの投棄量自体も削減するという目的を、鉛含有取鍋スラグを転炉吹錬の副原料として用いることで実現した。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の特徴は、鉛を含有した取鍋スラグを転炉吹錬の副原料として使用することで、新たに特別な処理工程を必要とせずに取鍋スラグ中の鉛濃度を低減させ、かつ取鍋スラグのリサイクルにより、その投棄量も削減できるところにある。

従来、鉛快削鋼を溶製した取鍋スラグには鉛が０．０２〜０．５０質量％程度含有され、そのまま投棄処分するには、鉛濃度および鉛溶出値が環境基準を超えて高くなるおそれがあるために、特別な処理を施さずに投棄することができなかった。

現在、鉛含有スラグを埋立て処理をする場合は鉛濃度に関する規定はないが、溶出値は０．１mg／リットル以下と規定されているので（環境庁告示１３号）、セメント固化等による溶出抑制が必要となる。

一方、鉛含有スラグを路盤材等に使用する場合は、ＪＩＳでPb濃度は０．０１５質量％以下、溶出値は０．０１mg／リットル以下と規定されていることから、同様に無害化処理が必要となる。

そこで、本発明では、鉛含有取鍋スラグを転炉吹錬の副原料として用いることとしたのである。鉛含有取鍋スラグを転炉吹錬の副原料として用いた場合、新規に加えた他の副原料（生石灰等）と混合して鉛濃度が希釈するだけでなく、鉛成分の一部は気化すると共に溶銑又は溶鋼に吸収させることが可能となり、取鍋スラグ中の鉛濃度を規定値以下に低減させることが可能となる。

ところで、一般に、鉛含有取鍋スラグは同一条件の下ではその鉛濃度と溶出量に相関がみられ、その鉛濃度を低減させることでスラグからの鉛溶出値を規定値以下に制御することが可能になると考えられる。

但し、単純に、鉛含有取鍋スラグを転炉吹錬の副原料として使用しただけでは、鉛含有取鍋スラグの配合量によっては転炉吹錬後のスラグの鉛濃度が環境規定値を超えてしまうおそれがある。

そのため、上記本発明にあっては、単純な物質収支式に基づき、転炉吹錬後のスラグ生成量の予測値を簡略化した下記(1)(2)式を用いて、鉛含有取鍋スラグの使用量を決定することが望ましい。

環境基準に規定された濃度に対応する転炉スラグ中のPb許容濃度（質量％）＞（Ａ×Ｘ）（１−ｂ）／｛Ｂ／a＋（Ａ＋Ｃ）｝…(1)
転炉吹錬後の溶鋼を用いて製造される鉄鋼製品の規格濃度（質量％）＞（Ａ×Ｘ）（１−ｂ）／｛Ｂ＋ａ×（Ａ＋Ｃ）｝…(2)
但し、Ｘ：取鍋スラグの鉛濃度（質量％）、Ａ：取鍋スラグ使用量（ton）、Ｂ：溶銑量（ton）、Ｃ：副原料量（ton）、ａ：Pb分配比（＝(Pb)／[Pb]）、ｂ：Pb気化量（％）。

ここで、環境基準に規定された濃度に対応する転炉スラグ中のPb許容濃度（質量％）は主に鉛含有スラグを路盤材配合として使用する場合は０．０１５質量％となり、転炉吹錬後の溶鋼を用いて製造される鉄鋼製品の規格濃度（質量％）は非鉛鋼にて使用する場合は０．０２質量％、また、鉛快削鋼にて使用する場合は規格に応じて０．０２〜０．３０質量％のものを主な対象とする。

以下、本発明の鉛含有取鍋スラグの処理方法の実施例について説明する。
上下両吹き機能を有する、ヒートサイズが８０ton／チャージの転炉を用いて、下記成分の溶銑を下記成分の溶鋼にする際に、副原料として下記表１に示す代表組成の鉛含有取鍋スラグを４．４〜１２．３kg／ton、生石灰を２８．４〜４１．９kg／ton使用して吹錬を行った。

・吹錬前の溶銑成分
C：４．４〜４．６質量％、Si：０．３〜０．５質量％、Mn：０．３〜０．４質量％、P：０．０７０〜０．１００質量％、S：０．００５〜０．０１５質量％
・吹錬後の溶鋼成分
C：０．０５〜０．２０質量％、Si≦０．０１質量％、Mn：０．１５〜０．２５質量％、P≦０．０３０質量％、S：０．００５〜０．０１２質量％

また、Pbはスラグ中に酸化された状態で残存するが、一般的にPbは溶鋼中から酸化除去されにくい元素であるため、Pbの分配比（(Pb)／[Pb]）は低位となる。今回、発明者らがPbの分配比とスラグの塩基度（CaO／SiO₂）との相関をとったところ、図１に示したように、塩基度が高いほどPbの分配比が低下する傾向がみられた。しかしながら、何れにおいてもPbの分配比は２．０以下であったため、Pbの分配比を２．０として計算し、実際の吹錬後のスラグ中鉛濃度が確実に計算値以下になるように配慮した。

また、取鍋スラグ及び溶鋼中からのPbの気化量に関しては溶鋼温度等に依存し、見積もるのは困難であるが、１８２３KでのPb蒸気圧に基づいて、気化して炉外へ逸散する比率を鉛含有取鍋スラグ中のPb質量の６質量％と仮定して計算を実施した。

以上により計算した結果と実施の測定値を図２に示す。図２に示したように、何れの試験結果も計算値より下回る結果となり、上記計算式により、鉛含有取鍋スラグの使用量を調整することで、スラグ中の(Pb)濃度を路盤材配合として使用する場合にJISで規定されている０．０１５質量％以下に制御できることが確認できた。

また、下記表2には、今回のスラグ中の鉛濃度と鉛の溶出値を従来例と併せて示すが、鉛の無害化処理をされる前の鉛含有取鍋スラグを分析した従来例においては、鉛濃度および溶出値、ともに規定値を超えたものが発生していた。しかしながら、本発明方法により、鉛濃度を低位に制御することで、溶出値も規定値以下に制御できた。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

Claims

鉛快削鋼を製造する際に製鋼工程にて発生する鉛含有取鍋スラグを、他の副原料とともに転炉吹錬の副原料として用いることを特徴とする鉛含有取鍋スラグの処理方法。
前記鉛含有取鍋スラグの転炉吹錬の副原料としての使用量を、前記転炉吹錬後の溶鋼に含有されるPb濃度が該溶鋼を用いて製造される鉄鋼製品の規格濃度未満であって、かつ、前記転炉吹錬後の転炉内スラグに含有されるPb濃度が環境基準に規定された濃度未満であるように、下記の(1)式および(2)式によって算出される質量以下に制限することを特徴とする請求項１に記載の鉛含有取鍋スラグの処理方法。
環境基準に規定された濃度に対応する転炉スラグ中のPb許容濃度（質量％）＞（Ａ×Ｘ）（１−ｂ）／｛Ｂ／a＋（Ａ＋Ｃ）｝…(1)
転炉吹錬後の溶鋼を用いて製造される鉄鋼製品の規格濃度（質量％）＞（Ａ×Ｘ）（１−ｂ）／｛Ｂ＋ａ×（Ａ＋Ｃ）｝…(2)
但し、Ｘ：取鍋スラグの鉛濃度（質量％）
Ａ：取鍋スラグ使用量（ton）
Ｂ：溶銑量（ton）
Ｃ：副原料量（ton）
ａ：Pb分配比（＝(Pb)／[Pb]）
ｂ：Pb気化量（％）