JP6206431B2 - 耐火物の再利用方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄所で使用されていた耐火物を溶融鉄の精錬処理の副原料として再利用する方法に関する。

製鉄所では、転炉、取鍋や連続鋳造装置などの設備で耐火物を多量に使用している。溶融鉄の熱によって設備に取り付けられている耐火物が溶損していき、該耐火物がある程度の厚みになると、耐火物を設備から取り外し、新たな耐火物を設備に取り付ける。取り外された耐火物は使用済耐火物となり廃棄対象となる。しかしながら、近年、使用済耐火物を廃棄処理するにしても、廃棄物処理場は、数が少ない上に、遠いので運搬費用も高い。

そこで、特許文献１及び２には、回収された使用済耐火物を製鉄所内で再利用する方法が提案されている。特許文献１には、電気炉を用いて、金属材料である原料を溶解するときの副原料の一部として、使用済耐火物のうち、５０ｍｍ以下に粉砕されたマグネシア系廃レンガを使用することが記載されている。特許文献２には、使用済耐火物のうち、粉砕し分級後の粒度が４０ｍｍ以下となった使用済耐火物を転炉での精錬処理の副原料に使用することが記載されている。特許文献１及び２によれば、溶融鉄の精錬処理の副原料として、粉砕された使用済耐火物を用いることが可能であるとされている。

特開２００３−２８６５２３号公報 特開２００５−５８８３５号公報

実際の操業では、設備から耐火物を取り外し粉砕し、粉砕された使用済耐火物を、即時、溶融鉄の精錬処理の副原料に使用することにはならず、使用済耐火物を溶融鉄の精錬処理の副原料に使用すると決まった時点で、副原料に使用する分量のみを山積みから取ることになる。よって、結果的に、大量の使用済耐火物を所定の貯蔵場所に不定期間保管（山積み）することになる。

実際の操業において、特許文献２の記載に従い粒度が４０ｍｍ以下となった使用済耐火物を貯蔵場所に、１月などの長期間山積みすると、耐火物粉の一部が塊状化してしまい、次の（Ｉ）及び（II）の問題が生じる。
（Ｉ）塊状化して大きくなった耐火物粉は溶解しにくくなる。
（II）精錬処理の副原料は、転炉などの溶融鉄収容器の上方に設置されているホッパー（投入装置）から、溶融鉄収容器に投入される。塊状化した耐火物粉をホッパーに入れると、該ホッパーで耐火物粉が詰まるおそれがある。

加えて、特許文献１及び２では耐火物粉を有効に再利用できるとされているものの、調査したところ、次の（III）の問題があることも判明した。
（III）投入する耐火物粉のうち、スラグとなって溶融鉄上に残存する割合（歩留り）［％］が高位ではない。

本発明は上記（Ｉ）〜（III）の問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、使用済耐火物の使用量を多くするとともに、精錬処理における耐火物粉（使用済耐火物）の歩留りを高位なものとする耐火物の再利用方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、使用済耐火物が精錬処理で溶解可能なサイズとなった後に一定期間保管された耐火物粉を篩いで分級し、篩下の耐火物粉を溶融鉄が装入される前の溶融鉄収容器に配置するものである。これにより、使用済耐火物粉の使用量を多くするとともに、歩留りを高位とするものである。本発明の要旨は以下の通りである。

製鉄所で使用されていた耐火物を溶融鉄の精錬処理に再利用する方法であって、前記耐火物を粉砕して、前記精錬処理で溶解可能なサイズとなる耐火物粉を生成し、前記耐火物粉を保管し、保管された耐火物粉を、前記精錬処理で用いられる溶融鉄収容器に設置されている投入装置を通過可能なサイズとする篩いで分級し、篩下の耐火物粉を前記投入装置に入れることで前記溶融鉄収容器に投入し、次いで、該溶融鉄収容器に溶融鉄を装入し、該溶融鉄の精錬処理を行うことを特徴とする耐火物の再利用方法。

本発明によれば、使用済耐火物の使用量を多くするとともに歩留りを高位なものとすることで、製鉄所で使用されていた耐火物を有効活用することができる。

本発明例と比較例とでの使用済耐火物の使用量［トン／月］を示すグラフである。 理論ＭｇＯ濃度指数［−］と実績ＭｇＯ濃度指数［−］との関係を示すグラフである。

本発明者らは、前述の（Ｉ）及び（II）の問題を解決する手段を検討して、保管されて一部が塊状化した耐火物粉を、投入装置を通過可能なサイズとする篩いで分級し、篩い下の耐火物粉を溶融鉄収容器投入することに想到した。これにより、塊状化した大きくなった耐火物粉をある程度溶解しやすい程度の大きさとすることができる上に、投入装置で耐火物粉が詰まることも防ぐことができる。

更には、本発明者らは、前述の（III）の問題の原因を調査した。転炉での精錬では、転炉に収容されている溶銑に向けて酸素を吹き付けており、この際、転炉からガスが排出される。フードを有する煙道を転炉の炉口上方に配置し、排出ガスを吸引し回収している。排出ガスには燃焼成分が含まれており、燃焼成分はエネルギー源として利用できるので、排出ガスを回収することになっている。本発明者らは、転炉に収容されている溶銑に耐火物粉を投入する場合には、排出ガスの吸引に伴い、耐火物粉が煙道に吸引され回収されてしまうことが、前述の（III）の問題の原因となっている可能性があると考え、溶融鉄収容器（転炉）の上方に設置されている煙道などに耐火物粉が吸引されることを防ぐべく、溶融鉄収容器に溶銑を装入する前に耐火物粉を投入することを考えた。

本発明は、一部が塊状化した耐火物粉を、投入装置を通過可能なサイズとする篩いで分級し、篩い下の耐火物粉を、溶銑を装入する前に溶融鉄収容器（転炉）に配置することで、（Ｉ）〜（III）の問題を解決して、後述する実施例で示すように、使用済耐火物の使用量を多くするとともに歩留りを高位なものとしている。

以下に、本発明の実施形態の一例を説明する。転炉などの設備に取り付けられている溶損が進んだ耐火物を重機などを用いて取り外す。設備から取り外された使用済耐火物を公知の粉砕装置で粉砕し、精錬処理で溶解可能なサイズとなる耐火物粉を生成する。例えば、使用済耐火物を、ブレーカーで１次粉砕し、ジョークラッシャーで２次粉砕し、更に、インペラーミルやハンマーミルで更に粉砕することで、粒度が細かい耐火物粉を生成できる。必要に応じて、グリズリーなどの分級装置（篩い）を用いて、粉砕された耐火物粉を分級してもよいが、分級を行わなくても、耐火物粉は、網目が１３ｍｍである篩いで分級された篩い下の粉体と同程度の粒度を有することが望ましい。なお、耐火物粉が飛散することを防止するべく、少量ではあるが、使用済耐火物に散水しながら粉砕する。精錬処理で溶解可能となるサイズとしては、耐火物粉の粒径が４０ｍｍ以下であれば、耐火物粉は溶融鉄に概ね溶解するが、網目が１３ｍｍである篩いで分級された篩い下の耐火物粉は溶融鉄にほぼ確実に溶解する。

耐火物粉を貯蔵場所に運搬して不定期間保管する。例えば、転炉での脱炭精錬を行う場合に耐火物粉を副原料として使用するにしても、耐火物粉を生成した時と副原料を必要とする時とが合わないので、耐火物粉を一時的に保管しておくことになる。貯蔵場所は、屋外であってもよいが、屋根を設け、雨が耐火物粉が接触しないようにすることが好ましい。耐火物粉中の水分が多くなると、耐火物粉を副原料として使用する場合、溶融鉄の顕熱が、水分の蒸発により多く消費されてしまうことになる。雨の接触に拘わらず、使用済耐火物の粉砕時の散水によって、耐火物粉には水分が若干含まれているし、更に、不定期間保管すると、空気中の湿分を吸収し、耐火物粉の一部が塊状化する可能性が高い。

保管された耐火物粉を副原料として使用すると決まった時、耐火物粉を、網目が比較的粗い篩いで分級する。溶融鉄収容器の上方に設置されている投入装置には、内部が狭くなっている部分がある。篩いは、網目が、耐火物粉を、投入装置の内部を通過可能とするサイズである必要がある。網目が５０ｍｍである篩いで分級された篩い下の耐火物粉は、塊状化した耐火物粉の一部が粉砕されて、大抵の型の投入装置を通過可能なサイズとなる。なお、耐火物粉中の水分含有量が８質量％以下であることが好ましい。これにより、耐火物粉中の水分の蒸発に、溶融鉄収容器に収容される溶融鉄の顕熱が消費され過ぎてしまうことを防ぐことができる。必要であれば、篩い下の耐火物粉を所定の貯蔵場所に再び運搬し保管してもよい。

分級後の篩い下の耐火物粉を溶融鉄収容器に投入し、該溶融鉄収容器に溶融鉄を装入し、該溶融鉄の精錬処理を行う。溶融鉄収容器が転炉であれば、転炉での溶銑（溶融鉄）の精錬では、溶銑に向けて酸素を吹き付けることになる。この際、転炉からガスが排出され、フードを有する煙道が転炉の炉口上方に配置され、排出ガスは煙道に吸引される。溶銑を転炉に装入してから、耐火物粉を転炉に投入する場合には、耐火物粉の一部が煙道に吸い込まれてしまい、耐火物粉が、溶銑上に形成されるスラグとならない可能性がある。転炉（溶融鉄収容器）に溶銑を装入する前に、溶融鉄収容器に耐火物粉を配置しておくことで、耐火物粉が煙道に吸引されることを防ぐことができる。

耐火物粉に、マグネシアＭｇＯやカルシアＣａＯ成分が含まれていれば、転炉での溶銑（溶融鉄）の精錬処理や、転炉に限らず、取鍋、混銑車や電気炉などでの溶融鉄収容器での溶融鉄の精錬処理の副原料として、その耐火物粉を有効に使用できる。耐火物粉には、マグネシアＭｇＯ、シリカＳｉＯ_２、アルミナＡｌ_２Ｏ_３，ジルコニアＺｒＯ_２成分のうち、１つまたはいくつかの成分が含まれていることが多く、これらの成分の種類に応じて、転炉での溶銑（溶融鉄）の精錬処理や、転炉に限らず、取鍋、混銑車や電気炉などでの溶融鉄収容器での溶融鉄の精錬処理の副原料として、その耐火物粉を有効に使用できる。

本発明によって、不定期間保管された耐火物粉を、精錬処理で用いられる溶融鉄収容器に設置されている投入装置を通過可能なサイズとする篩いで分級し、篩下の耐火物粉を精錬処理の副原料に使用することで、使用済耐火物の使用量をより多くすることができる。加えて、篩下の耐火物粉を、溶融鉄の装入前に溶融鉄収容器に投入することで、耐火物粉の歩留りを高位なものとすることができる。これにより、製鉄所で使用されていた耐火物を有効活用することができる。

転炉での精錬処理に用いる副原料として使用済耐火物粉を使用する操業を行った。その操業において、使用済耐火物粉の使用量及び歩留りの本発明による向上度合いを確認した。本実施例では、転炉の内壁として取り付けられていた使用済耐火物であって、破砕（ある程度粉砕）された状態で既に所定の場所で山積みされていた使用済耐火物を、耐火物粉の原料に用いた。

山積みされていた使用済耐火物を、網目が１３ｍｍである篩いで分級された篩い下の粉体の粒度を有するように、細かく粉砕して、耐火物粉を作製した。次いで、耐火物粉を、屋根が設けられた所定の貯蔵場所に運搬し、１月間保管した。１月間後に、保管していた耐火物粉を、網目が５０ｍｍである篩いで分級し、篩い下の耐火物粉を、転炉の上方に設けられたホッパーに入れることで転炉に投入し、次いで、溶銑を転炉に装入してから、酸素を吹付けて脱炭精錬を行った（本発明例）。

一方、耐火物粉を作製し、保管した後に分級せず、更には、転炉に溶銑を装入してから耐火物粉を溶銑に投入した以外は、本発明例と同じ条件で脱炭精錬を行った（比較例）。

本発明例と比較例とにおけるホッパーに入れた耐火物粉の量（使用量）［トン／月］を図１に示す。比較例では、ホッパーに耐火物粉が詰まってしまう可能性があるので、耐火物粉の使用量を制限せざるを得なかった。よって、本発明例は、比較例の場合よりも使用量が大幅に多いことがわかる。

転炉に使用されていた耐火物にはマグネシアＭｇＯ成分が含まれている。投入される耐火物粉のうち、スラグとなって溶融鉄上に残存する量の割合である歩留りが１００％である場合、すなわち、投入された耐火物粉が全てスラグとなった場合には、投入前の耐火物粉中のマグネシアＭｇＯ成分の含有量及び転炉への投入量から、スラグ中のマグネシアＭｇＯ成分の濃度（理論ＭｇＯ濃度）を算出できる。また、転炉の脱炭精錬終了後のスラグ中のマグネシアＭｇＯの濃度（実績ＭｇＯ濃度）を測定できる。

理論ＭｇＯ濃度及び実績ＭｇＯ濃度の取り得る値の範囲の最大値が１、最小値が０となるように理論ＭｇＯ濃度及び実績ＭｇＯ濃度の値を換算して、理論ＭｇＯ濃度指数［−］及び実績ＭｇＯ濃度指数［−］を算出した。理論ＭｇＯ濃度指数と実績ＭｇＯ濃度指数との関係のグラフを図２に示す。実績ＭｇＯ濃度指数が理論ＭｇＯ濃度指数と同じ値であれば、歩留りが１００％であり、高位であることを意味し、実績ＭｇＯ濃度指数が理論ＭｇＯ濃度指数未満となると、歩留りが低位であることを意味する。

本発明例では、比較例よりも、実績ＭｇＯ濃度指数が理論ＭｇＯ濃度指数に近い値となっており、歩留りは比較例よりも高位であることがわかる。なお、実績ＭｇＯ濃度指数が、理論ＭｇＯ濃度指数を超えている場合があるが、転炉耐火物からＭｇＯ成分が溶出したことに依ると推察できる。

以上の結果からも、本発明によって、使用済耐火物の使用量をより多くすることができ、更に、使用済耐火物粉の歩留りを高位なものとすることができたことがわかる。

Claims (1)

1. 製鉄所で使用されていた耐火物を溶融鉄の精錬処理に再利用する方法であって、
   前記耐火物を粉砕して、前記精錬処理で溶解可能なサイズとなる耐火物粉を生成し、前記耐火物粉を保管し、
   保管された耐火物粉を、前記精錬処理で用いられる溶融鉄収容器に設置されている投入装置を通過可能なサイズとする篩いで分級し、
   篩下の耐火物粉を前記投入装置に入れることで前記溶融鉄収容器に投入し、次いで、該溶融鉄収容器に溶融鉄を装入し、該溶融鉄の精錬処理を行うことを特徴とする耐火物の再利用方法。

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