JP6252438B2 - 高温スラグからの鉄分離装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、異種混合粉体から比重差が大きい粉体を温度が高い状態で分離する技術に関するものであり、詳しくは、製鉄工程で副産物として生成される高温スラグから鉄を分離する技術に関するものである。なお、本発明において、「鉄」は「金属鉄」を意味する。

溶銑予備処理工程や転炉工程において、溶銑や溶鋼の副産物としてスラグが発生する。発生したスラグは１０００℃以上の高温であるため、高温スラグと呼ばれる。これらのスラグは溶銑や溶鋼中の不純物や不要元素を除去するために加えられるカルシウム系添加剤が反応し、生成したものである。スラグには鉄が多くふくまれており、スラグ中の鉄を分離し、分離した鉄を転炉工程でスクラップと混ぜて冷鉄源化している。また、鉄を分離した後のスラグは回収されて、土木・建築資材等に活用される。

従来、このように、高温スラグから鉄を分離する際には、図６に示すように、下記のような手順がとられていた。

（Ｘ０）高温スラグ排滓
生成した高温スラグは、専用のスラグ鍋でヤードに運搬されて排滓される。

（Ｘ１）水冷工程
排滓された高温スラグは、次工程での処理が可能となるように、ヤードで冷却水を散水されて冷却される。

（Ｘ２）篩工程
ヤードで冷却されたスラグは、重機を用いてハンドリングされて、まずは数百ｍｍの大型の鉄塊がグリズリと呼ばれる篩いで形状選別される。

（Ｘ３）粉砕工程
グリズリを通過した小型の塊はスラグと鉄とが固着しているため、ハンマークラッシャーやロッドミル等の粉砕装置で粉砕して、粒度（粒径）が数百μｍ〜数１０ｍｍの粉体にし、スラグと鉄との単体分離を促進させる。

（Ｘ４）乾燥工程
粒度が数百μｍ〜数１０ｍｍの粉体になったスラグは、上記の水冷工程で用いた冷却水の残存水分のために凝集する。そこで、次工程である磁力分離工程での分離精度を向上させるには、凝集した粉体スラグの単体分離化を進める必要があるため、乾燥装置で粉体スラグの水分を飛ばす。乾燥装置には、特許文献１に記載のような乾燥装置が用いられる。

（Ｘ５）磁力分離工程
水分を飛ばして乾燥させた粉体スラグから磁力分離装置によって鉄を分離する。磁力分離装置には、吊下げ型やドラム型、プーリ型などの磁力分離装置が用いられる。

なお、特許文献２には、上記の乾燥工程は行わずに、凝集した粉体スラグを湿式で比重分離する方法が開示されている。

特開２００６−１４２１３６号公報 特開平１０−１３００４１号公報

しかしながら、図６に示した従来の高温スラグから鉄を分離する方法は、高温スラグを水冷処理した後、特許文献１に記載のような乾燥装置でスラグの水分を飛ばした上で、磁力分離処理を行う必要があることから、乾燥処理コストが処理コスト上昇の要因となる。また、製鉄工程で生成される高温スラグは時間当たり数トン〜数１０トンを処理する必要があるため、乾燥工程が処理ライン全体の処理量や処理コストを左右するネック工程になるという問題がある。

なお、上記の問題を回避するために、乾燥処理を行わずに、磁力分離装置の磁力を調整することで対応することが考えられるが、磁力を調整したとしても鉄の回収量と回収純度がトレードオフの関係となるため、磁力分離処理におけるスラグからの鉄分離性能の向上が困難である。したがって、鉄分離精度を向上させるためには、乾燥処理を追加する必要がある。

一方、特許文献２に記載のように、乾燥処理をせずに湿式で比重分離する方法は、使用する重液の処理コストや重液で比重分離後の粉体の洗浄・乾燥処理コストが問題となる。

さらに、上述したように、鉄を分離した後のスラグは土木・建築資材等に活用されるので、スラグから鉄を分離する際には、分離した鉄の純度・品質とともに、鉄を分離した後のスラグの品質（分離後のスラグ中の残存鉄濃度）とスラグの回収率（分離後のスラグ量／高温スラグ量×１００）も重要になる。すなわち、スラグの品質が悪くなる（すなわち、分離後のスラグ中の残存鉄濃度が高くなる）につれて、スラグの活用先が限定されることになる。また、スラグの回収率（分離後のスラグ量／高温スラグ量×１００）が少ないということは、鉄側へのスラグの混入が多くて、分離後の鉄の純度が悪くなることを意味している。しかし、従来は、スラグ品質とスラグ回収率がトレードオフの関係になり、スラグ品質とスラグ回収率を両立させることが困難であった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、鉄を含んだ高温スラグから鉄を分離するに際して、スラグ品質（分離後のスラグ中の残存鉄量濃度）とスラグ回収率（分離後のスラグ量／高温スラグ量×１００）を両立させながら、安価なコストで高温スラグから鉄を分離することができる高温スラグからの鉄分離装置及び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、本発明は以下の特徴を有する。

［１］鉄を含んだ高温スラグから鉄を分離するための分離装置であって、高温スラグの粒度を調整するための篩装置と、粒度を調整された高温スラグを乾式で冷却する乾式冷却装置と、乾式で冷却されたスラグを粉砕する粉砕装置と、粉砕装置で粉砕されたスラグから比重差を利用してスラグ中の鉄を乾式で分離する乾式比重分離装置とを備えることを特徴とする高温スラグからの鉄分離装置。

［２］前記粉砕装置で、スラグを１ｍｍ以下の粒度まで粉砕することを特徴とする前記［１］に記載の高温スラグからの鉄分離装置。

［３］鉄を含んだ高温スラグから鉄を分離するための分離方法であって、高温スラグの粒度を調整するための篩工程と、粒度を調整された高温スラグを乾式で冷却する乾式冷却工程と、乾式で冷却されたスラグを粉砕する粉砕工程と、粉砕工程で粉砕されたスラグから比重差を利用してスラグ中の鉄を乾式で分離する乾式比重分離工程とを有することを特徴とする高温スラグからの鉄分離方法。

［４］前記粉砕工程で、スラグを１ｍｍ以下の粒度まで粉砕することを特徴とする前記［３］に記載の高温スラグからの鉄分離方法。

本発明においては、鉄を含んだ高温スラグから鉄を分離するに際して、従来のような、高温スラグの水冷処理やスラグの乾燥処理、あるいは湿式での比重分離処理を行うことがないので、コストが安価になるとともに、従来のような磁力分離処理に替えて、乾式比重分離処理によって分離するので、スラグ品質（分離後のスラグ中の残存鉄濃度）とスラグ回収率（分離後のスラグ量／高温スラグ量×１００）を両立させることができる。

本発明の一実施形態に係る高温スラグからの鉄分離方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態に係る高温スラグからの鉄分離装置を示す構成図である。 本発明の一実施形態において用いる乾式比重分離装置の一例である気流遠心分離装置の構成を示す図である。 本発明の実施例における処理コストの比較グラフである。 本発明の実施例における分離試験結果を示すグラフである。 従来の高温スラグからの鉄分離方法を示すフロー図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る高温スラグからの鉄分離方法を示すフロー図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る高温スラグからの鉄分離装置を示す構成図である。

図１、図２に示すように、この実施形態においては、以下の手順で高温スラグから鉄を分離する。

（Ｓ０）高温スラグ排滓
生成した高温スラグ１は、専用のスラグ鍋１１で運搬されてヤード１０に排滓される。

（Ｓ１）篩工程
まず、ヤード１０に排滓された高温スラグ１を重機１２でハンドリングして、次工程での処理が困難な、高温スラグ１中に含まれる数百ｍｍ（例えば、１００ｍｍ以上）の大きさの大塊を篩装置で選別する。

篩装置で選別された大塊は削岩機等の重機（破砕装置）を用いて破砕して、再度、篩装置にて選別する。それを、全ての高温スラグ１が篩装置を通過するまで繰り返す。

用いる篩装置としては、グリズリ１３と呼ばれる、所定の間隔で固定バーが設置されたスクリーンを備えた篩装置が挙げられる。

そして、篩装置（例えば、グリズリ１３）を通過できる大きさに粒度が調整された高温スラグ１は、ホッパー、振動フィーダー、耐熱性のコンベアを経由して、次工程である乾式冷却工程に搬送される。

（Ｓ２）乾式冷却工程
次に、大塊が無くなった高温スラグ１を乾式冷却装置で冷却する。冷却する温度については、乾式冷却装置の仕様によるが、乾式冷却装置の仕様が過度にならない程度で、かつ、次工程の粉砕工程や乾式比重分離工程での処理し易い温度に冷却する。例えば、３００℃〜１００℃の温度に冷却する。

用いる乾式冷却装置としては、ロータリークーラー１４があげられる。ロータリークーラー１４は、回転する内筒側で粉体（ここでは、高温スラグ１）を搬送して、外筒側を水冷設備１５によって水冷することで、粉体に直接散水せずに粉体を搬送しながら冷却するものである。

なお、ロータリークーラー１４で生じた塵は集塵機１６によって回収される。

（Ｓ３）粉砕工程
次に、温度が低下したスラグ１は、まず、振動篩１７にて選別する。そして、所定の粒度（粒径）を超えるものは、粉砕装置で粒度が所定の粒度以下になるように粉砕して、スラグ１中に含まれる鉄を単体分離する。単体分離が不十分だと次工程での分離精度が向上しないからである。なお、上記の所定の粒度は、例えば、数ｍｍ程度（１ｍｍ以上１０ｍｍ未満のある値）である。

ただし、高温スラグ１が発生する製銑・製鋼プロセスにはさまざまな工程があるため、発生する高温スラグ１も多様である。高温スラグ１の態様や、含有している鉄の形態に応じて、粉砕の粒度（粒径）を調整する。

用いる粉砕装置としては、ハンマークラッシャー１８あるいはジョークラッシャ等の粉砕装置が挙げられる。

なお、スラグ１の粉砕のための粉砕装置仕様として、粉砕装置の軸受部を水冷処理するようにしても良い。

（Ｓ４）乾式比重分離工程
最後に、粒度が数ｍｍ程度以下になったスラグ１から乾式比重分離装置によって、鉄分３とそれ以外のスラグ分２に分離する。

ここで、鉄分３とそれ以外のスラグ分２に分離するのに乾式比重分離装置を用いている理由について以下に述べる。

上述したように、製鉄工程で発生する高温スラグは大量処理が前提となる。一般的には、磁力分離装置（ドラム磁選機、吊下げ式磁選機）が使用されることが多い。しかし、高温スラグを処理する際には、磁石のキューリー点（自発磁化が０となる）温度を越える場合は磁力分離装置の使用が難しくなる。磁石部を水冷する方法はあるが、配管等の周辺設備の設置等のエンジニアリング的な課題が残る。また、一般的に、常温での磁力分離においても、発生磁力を調整したとしても、分離後の鉄の回収量と回収純度はトレードオフの関係となり、両立が困難と言われている。しかも、高温スラグ中の鉄は強磁性体であり、キューリー点は約７７０度と一般的に言われているが、温度が変化すると、その磁化特性が変化するため、常温での磁力分離に増して分離精度の制御が難しくなる。

そこで、本発明者らは、鋭意検討した結果、鉄とスラグの比重差に着目して、所定の粒度に粉砕された状態のスラグから鉄を乾式比重分離装置で分離することにした。

乾式比重分離装置は、分離精度がスラグの温度に影響されないし、後述の実施例２で述べるように、スラグ品質（分離後のスラグ中の残存鉄濃度）とスラグ回収率（分離後のスラグ量／高温スラグ量×１００）を両立させることができるからである。

ちなみに、乾式比重分離装置としては、気流分離装置やエアテーブルや固気流動層分離装置等が挙げられる。

気流分離装置は、原料と気流の相互関係から、比重分級式、遠心分級式、慣性分級式の３タイプがある。エアテーブルは、微小な穴の空いたテーブルが傾斜した状態で設置されて、下部からエアーが供給されると共に、テーブルに振動が付与されることで、重量物と軽量物に分離するものである。固気流動層分離装置は、比重調整した媒体の下部から空気を送風して流動化させることで、流動化した媒体の見掛け比重より大きな粉体と小さな粉体を分離するものである。

この実施形態においては、上記のいずれかの乾式比重分離装置を用いてスラグから鉄を分離する。

ここで、図３に、乾式比重分離装置の一例として、気流遠心分離装置を示す。図３に示すように、気流遠心分離装置１９では、空気取入れ口（図示せず）から空気を取入れ、駆動モータ２２で旋回翼２３（主翼２４、補助翼２５）を旋回させて、上昇流を生成する。この上昇流により、上部の粉体投入口２１より投入されたスラグ１は、比重の軽いスラグ分２が上部側に流れて、外筒ケーシング２６と内筒ケーシング２７の間の流路２８より回収され、比重の重い鉄分３は、下部へ落下して、内筒ケーシング２７の下部の流路２９より回収される。

このようにして、この実施形態においては、鉄を含んだ高温スラグから鉄を分離するに際して、従来のような、高温スラグの水冷処理やスラグの乾燥処理、あるいは湿式での比重分離処理を行うことがないので、コストが安価になるとともに、従来のような、磁力分離処理に替えて、乾式比重分離処理によって分離するので、スラグ品質（分離後のスラグ中の残存鉄濃度）とスラグ回収率（分離後のスラグ量／高温スラグ量×１００）を両立させることができる。

加えて、高温スラグを乾式冷却装置（ロータリークーラー）で冷却する際に熱回収できるという効果もある。

本発明の実施例１として、高温スラグから鉄を分離する際のコストを比較した。

本発明例は、上記の図１、図２に示した本発明の一実施形態における分離方法で行った場合であり、従来例は、上記の図６に示した従来の分離方法で行った場合である。

本発明例と従来例について、それぞれ、処理量２５ｔ／ｈ（１８万ｔ／年）のプラント設備のイニシャルコストとランニングコストを算定した。

その結果、イニシャルコストについては、本発明例と従来例は同等であったが、ランニングコストについては、図４に示すように、本発明例は従来例に対して９割削減できる見込みが得られた。

本発明の実施例２として、高温スラグから鉄を分離する試験を行った。

本発明例１、２は、上記の図１、図２に示した本発明の一実施形態における分離方法で行った場合である。

その際に、本発明例１、２では、篩工程で、グリズリ１３等を用いて粒度を調整し、乾式冷却工程で、Φ２．８ｍ×長さ４２ｍのロータリークーラー１４を用いて、高温スラグ１を１０００℃から１３０℃までに冷却し、粉砕工程で、ハンマークラッシャー１８を用いて、スラグ１を粉砕した後、乾式比重分離工程で、気流遠心分離装置１９を用いて、常温でスラグ分２と鉄分３の分離を行った。

なお、本発明例１では、粉砕工程において、スラグ１を粒度が１ｍｍ超えのものも含むように粉砕し、本発明例２では、粉砕工程において、スラグ１を粒度が１ｍｍ以下になるように粉砕した。

これに対して、比較例１、２として、篩工程、乾式冷却工程、粉砕工程は本発明例２と同じにした上で、最後の分離工程を、常温での気流遠心分離に替えて、常温での磁力分離で行った。なお、比較例１では、磁力を５００Ｇとし、比較例２では、磁力を１５００Ｇとした。

その試験結果を図５に示す。図５において、縦軸はスラグ品質（分離後のスラグ中の残存鉄濃度）であり、横軸はスラグ回収率（分離後のスラグ量／高温スラグ量×１００）である。

図５に示すように、比較例１、２の磁力分離の場合は、磁力を変化させても、スラグ品質とスラグ回収率がトレードオフの関係となり、スラグ品質とスラグ回収率を両立させることが困難である。

これに対して、本発明例１、２の気流遠心分離の場合は、磁力分離と比較してスラグ品質が若干劣るものの、スラグ品質とスラグ回収率を両立させることができる。

また、本発明例１と本発明例２を比べると分かるように、粉砕工程でスラグ１を粒度が１ｍｍ以下になるまで粉砕することにより、スラグ品質を向上することができた。

１ 高温スラグ
２ スラグ分
３ 鉄分
１０ ヤード
１１ スラグ鍋
１２ 重機
１３ グルズリ（篩装置）
１４ ロータリークーラー（乾式冷却装置）
１５ 水冷設備
１６ 集塵機
１７ 振動篩
１８ ハンマークラッシャー（粉砕装置）
１９ 気流遠心分離装置（乾式比重分離装置）
２１ 粉体投入口
２２ 駆動モータ
２３ 旋回翼
２４ 主翼
２５ 補助翼
２６ 外筒ケーシング
２７ 内筒ケーシング
２８ 流路
２９ 流路

Claims (4)

1. 鉄を含んだ高温スラグから鉄を分離するための分離装置であって、高温スラグの粒度を調整するための篩装置と、篩装置を通過しなかった大塊を篩装置を通過する粒度に破砕する破砕装置と、篩装置を通過する粒度に調整された高温スラグを乾式で冷却する乾式冷却装置と、乾式で冷却されたスラグを所定粒度以下に粉砕する粉砕装置と、粉砕装置で粉砕されたスラグから比重差を利用してスラグ中の鉄を乾式で分離する乾式比重分離装置とを備えることを特徴とする高温スラグからの鉄分離装置。
2. 前記粉砕装置で、スラグを１ｍｍ以下の粒度まで粉砕することを特徴とする請求項１に記載の高温スラグからの鉄分離装置。
3. 鉄を含んだ高温スラグから鉄を分離するための分離方法であって、高温スラグの粒度を調整するための篩工程と、篩工程の篩装置を通過しなかった大塊を篩工程の篩装置を通過する粒度に破砕する破砕工程と、篩装置を通過する粒度に調整された高温スラグを乾式で冷却する乾式冷却工程と、乾式で冷却されたスラグを所定粒度以下に粉砕する粉砕工程と、粉砕工程で粉砕されたスラグから比重差を利用してスラグ中の鉄を乾式で分離する乾式比重分離工程とを有することを特徴とする高温スラグからの鉄分離方法。
4. 前記粉砕工程で、スラグを１ｍｍ以下の粒度まで粉砕することを特徴とする請求項３に記載の高温スラグからの鉄分離方法。

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