JP6560868B2 - Slag treatment method - Google Patents
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Description
本発明は、製鋼工程で生成される溶融スラグを溶融状態のままでスラグ保持炉にて一時的に保持してから、電気炉に注入して還元するスラグ処理方法およびスラグ処理装置に関する。 The present invention relates to a slag treatment method and a slag treatment apparatus in which molten slag generated in a steelmaking process is temporarily held in a molten state in a slag holding furnace and then injected and reduced into an electric furnace.
製鋼工程において転炉等を用いて脱硫、脱燐または脱炭精錬により生成されるスラグ(製鋼スラグ)は、CaOを大量に含んでいる。このため、製鋼スラグは、膨張性が高く体積安定性が悪いので、従来では、セメント原料、骨材等への再利用が制限されてきた。しかし、近年、資源のリサイクルの要請が高まる中、製鋼スラグからFeやPなどの有価物を分離回収するとともに、製鋼スラグを高品質のスラグに改質して再利用することが希求されており、これまでにも各種のスラグ処理方法が提案されている。 Slag (steel slag) produced by desulfurization, dephosphorization, or decarburization refining using a converter or the like in a steelmaking process contains a large amount of CaO. For this reason, since steelmaking slag has high expansibility and poor volume stability, conventionally, reuse to cement raw materials, aggregates, and the like has been limited. However, in recent years, there has been a demand for separation and recovery of valuable materials such as Fe and P from steelmaking slag, while reforming steelmaking slag to high-quality slag and reusing it, while the demand for resource recycling is increasing. Various slag treatment methods have been proposed so far.
例えば、特許文献1には、溶解炉内の鉄鋼溶湯に鉄鋼スラグを加え、熱および還元材を加えて鉄鋼スラグを変成しつつ、スラグ中のFe、MnおよびPを溶湯に移行させて変成スラグを得る第1工程と、溶湯中のMnおよびPを酸化させて順次変成スラグに移行させ、高Mnスラグ、高Pスラグを順次取り出す第2、第3工程とを含むスラグ処理方法が開示されている。
For example, in
特許文献2には、炭素含有率1.5wt%未満の鋼鉄浴に、酸化鉄含有率5wt%超の鋼鉄スラグを投入してから、炭素または炭素キャリアの導入により鋼鉄浴を炭化して炭素含有率2.0wt%超の鋼鉄浴を得て、その後に、鋼鉄スラグ中の酸化物を還元する方法が開示されている。当該方法では、スラグ投入時に鉄鋼浴との激しい反応に伴うスラグの発泡(スラグフォーミング)や炉からの噴出(オーバーフロー)を抑制するために、スラグ投入前に鋼鉄浴の炭素含有率を低下させておくことでスラグ投入時の反応速度を緩和させ、その後に当該炭素含有率を上昇させてスラグの還元処理を行っている。
In
また、非特許文献1には、電気炉内に製鋼スラグ粉、炭材粉およびスラグ改質材粉を装入し、スラグの還元試験を行った結果が開示されている。さらに、特許文献3には、開放型直流電気炉内で、非鉄精錬で発生した溶融スラグを炭素質還元材で還元して、金属層とスラグ層に分離し、有価金属を回収する方法が開示されている。
Non-Patent
また、特許文献4には、低温で流動性の低い製鋼スラグを溶融改質するために、容器内に収容した低流動性の製鋼スラグに改質材を添加または溶射する前後に、スラグ表層を機械的に撹拌してから、加熱バーナーを用いてスラグと改質材の混合層を加熱して溶融させ、得られた溶融スラグを容器から排出して凝固させる方法が開示されている。
In addition, in
しかしながら、上記特許文献1記載のスラグ処理方法では、転炉を用いて還元処理を行っているため、溶湯とスラグが強く撹拌されている。このため、スラグ投入時に溶湯の炭素濃度が高いと、スラグが溶湯と接触することにより、反応が促進されてフォーミングが起こる。これを回避するために、炭素濃度が低い溶湯にスラグを投入後、還元反応の促進のために、炭素を投入して溶湯の炭素濃度を増加させるため、バッチ処理を繰り返す必要がある。すなわち、所要の成分組成のスラグを得るために、複数回のバッチ処理(多数回のスラグ還元処理と、Mn、Pの酸化および取り出し処理)を繰り返し行う必要があるので、作業効率および生産性が低下する。
However, in the slag treatment method described in
同様に、特許文献2記載のスラグ還元方法でも、転炉を用いて還元処理を行っているため、溶鉄中の炭素濃度を増減させてスラグの還元処理を行うために、脱炭昇熱と加炭還元というバッチ処理を繰り返すことになり、作業効率および生産性が低下する。
Similarly, in the slag reduction method described in
一方、非特許文献1記載の還元試験では、凝固した冷間の製鋼スラグの粉砕物を処理対象としており、特許文献3記載の方法も、凝固した冷間スラグを処理対象としている。この場合、スラグの還元処理を行うためには、冷間スラグを加熱溶融させる必要があり、その分だけエネルギー原単位が高くなってしまう。
On the other hand, in the reduction test described in
以上のように、熱間の製鋼スラグをバッチ処理でリサイクルする従来方法(特許文献1、2)では、スラグ処理の作業効率および生産性が低いという問題があった。一方、冷間の製鋼スラグを加熱溶融させてリサイクルする従来方法(非特許文献1および特許文献3)では、スラグ処理に要するエネルギー原単位が高くなるという問題があった。
As described above, the conventional methods (
そこで、本願発明者らは、エネルギー原単位を低減するために、製鋼工程で生成された溶融状態の製鋼スラグ(以下、溶融スラグという。)を凝固させることなく溶融状態のままで処理でき、かつ、作業効率および生産性を向上するために、当該溶融スラグの還元処理を連続的に実行できる方法について鋭意検討した。 Therefore, the inventors of the present application can treat the molten steelmaking slag (hereinafter referred to as molten slag) generated in the steelmaking process in the molten state without solidifying in order to reduce the energy intensity. In order to improve the working efficiency and productivity, the inventors have intensively studied a method that can continuously perform the reduction treatment of the molten slag.
溶融スラグを溶融状態のままで電気炉内の溶鉄上に投入すれば、冷間スラグを加熱溶融させる場合よりもエネルギー原単位を抑制できる。しかし、溶融スラグを電気炉内の溶鉄上に投入する際、スラグが溶鉄と急激に反応して突沸する現象(スラグフォーミング)が発生し、これが激しくなるとスラグが電気炉から溢れ出す現象(オーバーフロー)が発生する場合もある。従って、かかるスラグフォーミング等を抑制し、オーバーフローを防止する対策を採用する必要がある。 If molten slag is put in a molten state on molten iron in an electric furnace, the energy intensity can be suppressed as compared with the case where cold slag is heated and melted. However, when molten slag is put on the molten iron in the electric furnace, the slag suddenly reacts with the molten iron to cause bumping (slag forming), and when this becomes severe, the slag overflows from the electric furnace (overflow) May occur. Therefore, it is necessary to take measures to suppress such slag forming and prevent overflow.
還元炉(転炉等)では、スラグと溶鉄間の反応により還元反応が促進され、溶鉄中のCがスラグ中のFeOを還元するので、還元力を向上させるためには、脱炭・加炭を繰り返し行う必要があり、作業効率が低下する。これに対し、電気炉での還元反応は、スラグ−溶鉄間の反応よりも、スラグ中の鉄分(FeO)と炭素分(C)との反応が支配的であることが分かった。それ故、電気炉を用いた場合、溶鉄中のC濃度が1.5質量%程度と低い場合であっても、加炭なしで、スラグの還元処理を行うことが可能であり、作業効率を向上できることが判明した。従って、還元炉に代えて、電気炉を用いることは、溶融スラグの投入時におけるスラグフォーミングを抑制する対策の一つと成り得る。 In a reduction furnace (converter, etc.), the reduction reaction is promoted by the reaction between slag and molten iron, and C in the molten iron reduces FeO in the slag. Need to be repeated, resulting in lower work efficiency. In contrast, it was found that the reduction reaction in the electric furnace is dominated by the reaction between iron (FeO) and carbon (C) in the slag rather than between the slag and molten iron. Therefore, when an electric furnace is used, even if the C concentration in the molten iron is as low as about 1.5% by mass, it is possible to perform slag reduction without carburizing, and work efficiency can be improved. It turns out that it can improve. Therefore, using an electric furnace instead of a reducing furnace can be one of the measures for suppressing slag forming when molten slag is charged.
しかし、電気炉内の溶鉄中のC濃度が高い場合もあり得る。そこで、本願発明者らは、かかる場合であっても、スラグ投入時のスラグフォーミング等を抑制可能であり、かつ、脱炭・加炭処理を行わなくとも、高い作業効率で溶融スラグを適切に還元処理できる方法について鋭意検討し、実験を重ねた。 However, the C concentration in the molten iron in the electric furnace may be high. Therefore, even in such a case, the inventors of the present application can suppress slag forming and the like at the time of slag injection, and appropriately perform molten slag with high work efficiency without performing decarburization / carburization processing. We studied earnestly about the method of reduction treatment and repeated experiments.
その結果、(a)流動性を有する高温の溶融スラグを、電気炉に直接投入するのではなく、電気炉に隣接配置されたスラグ保持炉に一旦保持した上で、上記オーバーフローが発生しないように注入量を調整しながら、スラグ保持炉から電気炉内に溶融スラグを徐々に注入すること、および、(b)電気炉内の溶鉄層上に溶融スラグ層(好ましくは、不活性な還元スラグ層)を緩衝帯として形成しておき、当該溶融スラグ層にスラグ保持炉から溶融スラグを注入することが、スラグ投入時のスラグフォーミングを抑制して、オーバーフローを回避する観点から好適であることが判明した。 As a result, (a) the high-temperature molten slag having fluidity is not directly charged into the electric furnace, but once held in the slag holding furnace disposed adjacent to the electric furnace, the overflow does not occur. The molten slag is gradually injected into the electric furnace from the slag holding furnace while adjusting the injection amount, and (b) a molten slag layer (preferably an inert reduced slag layer on the molten iron layer in the electric furnace) ) As a buffer zone and injecting molten slag into the molten slag layer from a slag holding furnace proved to be preferable from the viewpoint of suppressing slag forming during slag charging and avoiding overflow did.
このようにスラグ保持炉を用いて、溶融スラグの注入量を調整しながら電気炉内の溶融スラグ層上に注入することで、スラグ注入中に急激なスラグフォーミングの発生を抑制できるとともに、脱炭・加炭を行うことなく、電気炉において連続的にスラグの還元処理を実行することが可能となる。 In this way, by using the slag holding furnace and injecting the molten slag into the molten slag layer in the electric furnace while adjusting the injection amount of the molten slag, it is possible to suppress the occurrence of rapid slag forming during the slag injection and to decarburize. -It is possible to continuously perform slag reduction treatment in an electric furnace without carburizing.
ところで、上記の電気炉では、スラグの還元処理に伴って、COガスを含む排ガスが発生する。COガスは有毒であるため、電気炉からの排気経路上で除去する必要がある。例えば、排ガスを電気炉からスラグ保持炉内に導気した上でスラグ保持炉内に酸素を供給すれば、COガスを燃焼によってCO2として無害化することでCOを除去することができる。これによって、スラグ保持炉以降の排気経路に設置する除去設備を簡略化することができる。さらに、この場合、COガスの燃焼によって発生する熱を利用して、スラグ保持炉内の雰囲気温度を高温に維持することができる。スラグ保持炉内の雰囲気温度が低下すると溶融スラグが凝固しやすくなるため、雰囲気温度を高温に維持することは重要である。 By the way, in said electric furnace, the exhaust gas containing CO gas is generated with the reduction process of slag. Since CO gas is toxic, it must be removed on the exhaust path from the electric furnace. For example, if oxygen is supplied into the slag holding furnace after introducing the exhaust gas from the electric furnace into the slag holding furnace, CO can be removed by detoxifying the CO gas as CO 2 by combustion. Thereby, the removal equipment installed in the exhaust path after the slag holding furnace can be simplified. Furthermore, in this case, the atmospheric temperature in the slag holding furnace can be maintained at a high temperature by using heat generated by the combustion of the CO gas. Since the molten slag is likely to solidify when the atmospheric temperature in the slag holding furnace decreases, it is important to maintain the atmospheric temperature at a high temperature.
このようにスラグ保持炉内でCOガスを燃焼させる場合、スラグ保持炉内への酸素供給量を適切に保つことが、COガスの十分な除去、およびスラグ保持炉内の雰囲気温度維持のために重要である。つまり、スラグ保持炉内への酸素供給量が排ガス中のCOガスの量の量に比べて少なすぎれば、COガスを完全には燃焼させられず、スラグ保持炉以降の排気経路に未燃焼のCOガスが流出してしまうのに加えて、雰囲気温度維持の効果が小さくなってしまう。また、スラグ保持炉内への酸素供給量が排ガス中のCOガスの量に比べて多すぎれば、COガスは完全に燃焼するものの、余剰な酸素ガス(多くの場合、供給時には常温である)がスラグ保持炉内に残ることによって、雰囲気温度が低下してしまう。 In this way, when CO gas is burned in the slag holding furnace, maintaining an appropriate oxygen supply amount into the slag holding furnace is sufficient for removing CO gas and maintaining the atmospheric temperature in the slag holding furnace. is important. That is, if the amount of oxygen supplied into the slag holding furnace is too small compared to the amount of CO gas in the exhaust gas, the CO gas cannot be completely burned, and the unburned gas is not combusted in the exhaust path after the slag holding furnace. In addition to the outflow of CO gas, the effect of maintaining the atmospheric temperature is reduced. Also, if the amount of oxygen supplied into the slag holding furnace is too large compared to the amount of CO gas in the exhaust gas, the CO gas will be completely burned, but excess oxygen gas (in many cases, normal temperature at the time of supply) Is left in the slag holding furnace, the ambient temperature is lowered.
上記の点を考慮して、スラグ保持炉内への酸素供給量を適切に保つためには、フィードバック制御を導入することが考えられる。例えば、スラグ保持炉を出た排ガスに含まれる酸素およびCOの濃度を測定し、COが検出された場合には酸素が不足していると判断して酸素供給量を増加させ、酸素が検出された場合には酸素が過剰であると判断して酸素供給量を減少させることが考えられる。例えば、溶融スラグが、スラグ保持炉から電気炉に連続的に注入されるような場合であれば、フィードバック制御は有効である。 Considering the above points, it is conceivable to introduce feedback control in order to appropriately maintain the oxygen supply amount into the slag holding furnace. For example, the concentration of oxygen and CO contained in the exhaust gas exiting the slag holding furnace is measured, and when CO is detected, it is judged that oxygen is insufficient, the oxygen supply amount is increased, and oxygen is detected. In such a case, it can be considered that the oxygen supply amount is decreased by judging that oxygen is excessive. For example, if the molten slag is continuously injected from the slag holding furnace into the electric furnace, the feedback control is effective.
しかしながら、実際の操業では、溶融スラグの時間あたりの注入量が少ないとスラグ保持炉の注ぎ口などで溶融スラグが凝固しやすくなることが懸念されるため、ある程度まとまった量の溶融スラグを間欠的に注入することが多い。この場合、溶融スラグの注入に伴って、電気炉でのCOガスの発生量が急激に変化する。より具体的には、溶融スラグの注入前には還元反応の収束によって少なくなっていたCOガスの発生量が、溶融スラグの注入直後から還元反応が再び活発になることによって急激に増加する。 However, in actual operation, if there is a small amount of molten slag injected per hour, there is a concern that the molten slag will easily solidify at the spout of the slag holding furnace, etc. Often injected into. In this case, the amount of CO gas generated in the electric furnace changes abruptly as the molten slag is injected. More specifically, the amount of CO gas that has been reduced due to the convergence of the reduction reaction before the injection of the molten slag rapidly increases as the reduction reaction becomes active again immediately after the injection of the molten slag.
上記のような場合に、溶融スラグの注入前のCOガスの発生量に基づいたフィードバック制御を実施していたのでは、溶融スラグの注入後のCOガスの発生量の急激な増加に酸素供給量を追随させるのに時間がかかり、適切な酸素供給量に到達するまでに大量のCOガスがスラグ保持炉以降の排気経路に流出してしまう。そこで、溶融スラグの注入時の酸素供給量を別途設定することが考えられるが、上記の通り酸素供給量が多すぎればスラグ保持炉内の雰囲気温度の低下につながるため、過不足のない酸素供給量を適切に決定するための方法が必要である。そのような方法については、いまだ提案されていない。 In the above case, the feedback control based on the amount of CO gas generated before the injection of the molten slag has been performed, and the oxygen supply amount is greatly increased in the amount of CO gas generated after the injection of the molten slag. It takes time to follow, and a large amount of CO gas flows out to the exhaust path after the slag holding furnace before reaching an appropriate oxygen supply amount. Therefore, it is conceivable to separately set the oxygen supply amount at the time of pouring molten slag, but as described above, if the oxygen supply amount is too large, the ambient temperature in the slag holding furnace will decrease, so there is no excess or shortage of oxygen supply. There is a need for a method to properly determine the amount. Such a method has not yet been proposed.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶融スラグの注入直後のスラグ保持炉への酸素供給量を適切に決定することが可能な、新規かつ改良されたスラグ処理方法およびスラグ処理装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to appropriately determine the amount of oxygen supplied to the slag holding furnace immediately after the injection of molten slag, It is an object of the present invention to provide a new and improved slag processing method and slag processing apparatus.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、製鋼工程で生成された溶融スラグを溶融状態のままスラグ保持炉に投入し、スラグ保持炉から、溶鉄層と溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、間欠的に溶融スラグを注入し、電気炉にて溶融スラグを連続的に還元して、溶融スラグ中の有価物を溶鉄層中に回収するスラグ処理方法であって、電気炉で発生した排ガスをスラグ保持炉内に導気するとともに、スラグ保持炉内に酸素含有ガスを所定の流量で供給することによって排ガス中の可燃性成分を燃焼させるに際し、溶融スラグの注入直後の酸素含有ガスの流量を、溶融スラグの注入量ΔWと、注入前に溶融スラグ層に含まれる溶融スラグの量Swおよび注入前に溶融スラグ層に含まれる溶融スラグの温度Tと、操業時の実績値に基づく定数αとβとに基づいて下記式で算出した流量に設定した後、酸素含有ガスの流量を、スラグ保持炉のガス排出口付近における排ガス中のCO濃度および酸素濃度に基づいてフィードバック制御する、スラグ処理方法が提供される。
FO 2 :溶融スラグの注入直後の酸素含有ガスの流量
FO 2 ’:注入前の酸素含有ガスの流量
ΔW:溶融スラグの注入量
Sw:注入前に溶融スラグ層に含まれる溶融スラグの量
T:注入前に溶融スラグ層に含まれる溶融スラグの温度
α,β:定数
In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, molten slag generated in a steelmaking process is charged into a slag holding furnace in a molten state, and formed on the molten iron layer and the molten iron layer from the slag holding furnace. The molten slag is intermittently injected into the electric furnace containing the molten slag layer, and the molten slag is continuously reduced in the electric furnace to recover valuable materials in the molten slag into the molten iron layer. A slag treatment method that introduces exhaust gas generated in an electric furnace into a slag holding furnace and burns combustible components in the exhaust gas by supplying an oxygen-containing gas at a predetermined flow rate into the slag holding furnace. At this time, the flow rate of the oxygen-containing gas immediately after the injection of the molten slag is changed to the injection amount ΔW of the molten slag, the amount Sw of the molten slag contained in the molten slag layer before the injection, and the molten slag contained in the molten slag layer before the injection. temperature T After setting the flow rate calculated by the following equation on the basis of and the performance-based value constant α during operation beta, the flow rate of the oxygen-containing gas, CO concentration and the oxygen in the exhaust gas in the vicinity of the gas outlet of the slag holding furnace Provided is a slag processing method for feedback control based on concentration .
FO 2 : Flow rate of oxygen-containing gas immediately after injection of molten slag
FO 2 ': Flow rate of oxygen-containing gas before injection
ΔW: Injection amount of molten slag
Sw: Amount of molten slag contained in molten slag layer before injection
T: temperature of the molten slag contained in the molten slag layer before injection
α, β: Constant
以上説明したように本発明によれば、溶融スラグの注入直後のスラグ保持炉への酸素供給量を適切に決定することができる。 As described above, according to the present invention, the oxygen supply amount to the slag holding furnace immediately after the injection of the molten slag can be appropriately determined.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(1.スラグ処理プロセスの概要)
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係るスラグ処理プロセスの概要を説明する。図1は、本実施形態に係るスラグ処理プロセスを示す工程図である。
(1. Outline of slag treatment process)
First, the outline of the slag processing process according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a process diagram showing a slag treatment process according to this embodiment.
図1に示すように、製銑工程(S1)で高炉を用いて溶銑が製造され、製鋼工程(S2)で転炉等を用いて銑鉄が鋼に精錬される。この製鋼工程(S2)は、溶銑中の硫黄、燐、炭素等を除去する脱硫、脱燐、脱炭の各工程と、溶鋼中に残った水素等の気体や硫黄等を除去して成分調整を行う二次精錬工程(S6)と、連続鋳造機で溶鋼を鋳造する鋳造工程(S7)とを含む。 As shown in FIG. 1, hot metal is produced using a blast furnace in the iron making process (S1), and pig iron is refined into steel using a converter or the like in the steel making process (S2). This steel making process (S2) is a desulfurization, dephosphorization, and decarburization process that removes sulfur, phosphorus, carbon, etc. in the hot metal, and gas, sulfur, etc., remaining in the molten steel, and component adjustment. The secondary refining process (S6) which performs, and the casting process (S7) which casts molten steel with a continuous casting machine.
上記製鋼工程(S2)では、転炉内で、酸化カルシウムを主成分とするフラックスを用いて溶銑が精錬される。この際、転炉内に吹き込まれた酸素により溶銑中のC、Si、P、Mn等が酸化され、当該酸化物は酸化カルシウムと結び付きスラグとして生成される。また、脱硫、脱燐、脱炭の各工程(S3、S4、S5)では、それぞれ成分の異なるスラグ(脱硫スラグ、脱燐スラグ、脱炭スラグ)が生成される。 In the steelmaking step (S2), the hot metal is refined in the converter using a flux mainly composed of calcium oxide. At this time, oxygen, blown into the converter, oxidizes C, Si, P, Mn and the like in the hot metal, and the oxide is combined with calcium oxide and generated as slag. Moreover, in each process (S3, S4, S5) of desulfurization, dephosphorization, and decarburization, slag (desulfurization slag, dephosphorization slag, decarburization slag) having different components is generated.
本明細書では、上記製鋼工程で生成されるスラグを製鋼スラグと総称し、当該製鋼スラグは、脱硫スラグ、脱燐スラグ、脱炭スラグを含む概念である。また、高温の溶融状態にある製鋼スラグを溶融スラグと称し、同様に、溶融状態にある脱硫スラグ、脱炭スラグ、脱燐スラグをそれぞれ、溶融脱硫スラグ、溶融脱燐スラグ、溶融脱炭スラグと称する。 In this specification, the slag produced | generated at the said steelmaking process is named generically as steelmaking slag, and the said steelmaking slag is the concept containing desulfurization slag, dephosphorization slag, and decarburization slag. Steelmaking slag in a molten state at high temperature is referred to as molten slag, and similarly, desulfurized slag, decarburized slag, and dephosphorized slag in molten state are respectively melted desulfurized slag, molten dephosphorized slag, and molten decarburized slag. Called.
スラグ処理工程(S10)では、上記製鋼工程(S2)で生成された溶融スラグを、溶融状態のままで転炉から電気炉に搬送し、電気炉内で連続的に還元溶融改質することで、溶融スラグ中の有価物(Fe、P等の有価元素)を溶融スラグ層の下層である溶鉄層に回収する。この際、電気炉内では、溶融スラグ中のFe、P等の酸化物の還元処理や、スラグから粒鉄(鉄分)を分離する処理、スラグの塩基度の調整処理などが行われる。 In the slag treatment step (S10), the molten slag generated in the steel making step (S2) is transported from the converter to the electric furnace in a molten state, and continuously reduced and melt-modified in the electric furnace. Then, valuable materials (feature elements such as Fe and P) in the molten slag are recovered in the molten iron layer, which is the lower layer of the molten slag layer. At this time, in the electric furnace, a reduction process of oxides such as Fe and P in the molten slag, a process of separating granular iron (iron) from the slag, a process of adjusting the basicity of the slag, and the like are performed.
この結果、溶融スラグから分離された燐分等を含む高燐溶鉄が回収されるとともに、製鋼スラグである溶融スラグが還元・改質されて、高炉スラグ相当の高品質の還元スラグが回収される。この還元スラグは、製鋼スラグと比べて低膨張性であるため、セメント原料、細骨材、セラミック製品等に有効にリサイクルすることができる。 As a result, high-phosphorus molten iron containing phosphorus and the like separated from the molten slag is recovered, and molten slag, which is steelmaking slag, is reduced and reformed, and high-quality reduced slag equivalent to blast furnace slag is recovered. . Since this reduced slag is less expansible than steelmaking slag, it can be effectively recycled into cement raw materials, fine aggregates, ceramic products and the like.
さらに、上記回収された高燐溶鉄に対して脱燐処理(S11)を施して、溶鉄中のPを酸化させてスラグ中に移行させることで、高燐溶鉄が高燐酸スラグと溶鉄とに分離される。高燐酸スラグは、燐酸肥料や燐酸原料等としてリサイクルすることができる。また、溶鉄は、製鋼工程(S2)にリサイクルされ、転炉等に投入される。 Further, the recovered high-phosphorus molten iron is subjected to dephosphorization treatment (S11) to oxidize P in the molten iron and transfer it to the slag, so that the high-phosphorus molten iron is separated into high phosphate slag and molten iron. Is done. High phosphoric acid slag can be recycled as phosphoric acid fertilizer or phosphoric acid raw material. Further, the molten iron is recycled to the steel making process (S2) and is put into a converter or the like.
なお、上記電気炉に収容する溶鉄として、高炉から出銑された溶銑を脱Si処理したものを用いると、高燐溶銑に対して脱燐処理(S11)を施すことで、低シリコン溶銑が得られるため、そのまま転炉へリサイクル可能である。 In addition, when the molten iron which is discharged from the blast furnace is used as the molten iron to be accommodated in the electric furnace, a low silicon molten iron is obtained by performing a dephosphorizing process (S11) on the high phosphorus molten iron. Therefore, it can be recycled to the converter as it is.
以上、本実施形態に係るスラグ処理プロセスの概要について説明した。本プロセスは、上記製鋼工程(S2)で生成される種々の溶融スラグのうち、溶融脱燐スラグを処理対象とすることが好ましい。溶融脱燐スラグは、溶融脱炭スラグよりも低温であるが、粒鉄や燐酸を多く含有している。このため、溶融脱燐スラグを、酸化処理ではなく、還元処理によって溶融改質することで、本プロセスによる有価元素(Fe、P等)の回収効率が高くなる。そこで、以下の説明では、処理対象の溶融スラグとして、主に溶融脱燐スラグを用いる例について説明する。しかし、本発明の溶融スラグとしては、溶融脱燐スラグに限定されず、溶融脱硫スラグ、溶融脱炭スラグ等、製鋼工程で発生する任意の製鋼スラグを使用することが可能である。 The outline of the slag processing process according to the present embodiment has been described above. In the present process, it is preferable to treat the molten dephosphorization slag among the various molten slags generated in the steel making step (S2). The molten dephosphorized slag is at a lower temperature than the molten decarburized slag, but contains a large amount of granular iron and phosphoric acid. For this reason, recovery efficiency of valuable elements (Fe, P, etc.) by this process becomes high by melt-modifying molten dephosphorization slag not by oxidation treatment but by reduction treatment. Therefore, in the following description, an example in which molten dephosphorization slag is mainly used as the molten slag to be processed will be described. However, the molten slag of the present invention is not limited to molten dephosphorization slag, and any steelmaking slag generated in the steelmaking process such as molten desulfurization slag and molten decarburization slag can be used.
(2.スラグ処理設備の構成)
続いて、図2を参照して、上記スラグ処理プロセスを実現するためのスラグ処理設備について説明する。図2は、本実施形態に係るスラグ処理設備の全体構成を示す模式図である。
(2. Configuration of slag treatment equipment)
Next, slag processing equipment for realizing the slag processing process will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the slag treatment facility according to the present embodiment.
図2に示すように、スラグ処理設備は、電気炉1と、電気炉1の上方に連結して配置されるスラグ保持炉2とからなる。また、スラグ保持炉2へ溶融スラグ4を投入するために、スラグ鍋3を用いており、このスラグ鍋3は製鋼工程で使用される転炉(図示せず。)とスラグ保持炉2との間を往復移動することができる。転炉から排出された溶融スラグ4はスラグ鍋3に投入される。スラグ鍋3は、転炉からスラグ保持炉2まで溶融スラグ4を搬送した後、スラグ保持炉2内に投入する。スラグ保持炉2は、溶融スラグ4を貯留して保持することもでき、当該保持した溶融スラグ4を電気炉1に間欠的に注入する。このスラグ保持炉2の詳細は後述する。
As shown in FIG. 2, the slag treatment facility includes an
なお、スラグ保持炉2内に保持される溶融スラグ4は、完全に溶融状態にある必要はなく、スラグ保持炉2から電気炉1に注入可能な流動性を有していればよい。即ち、溶融スラグ4の一部が溶融し、残部が凝固している場合であっても、全体として流動性を有していればよい。
Note that the
電気炉1は、炭材等の還元材および改質材などの副原料を用いて、溶融スラグ4を還元・改質する。電気炉1は、このように溶融スラグ4を溶融・還元するための還元型の電気炉であり、例えば、固定式の直流電気炉から構成される。電気炉1の外殻は、炉底11と炉壁12と炉蓋13からなり、炉蓋13の一側には、スラグ注入口14が形成されている。このように、電気炉1は、スラグ注入口14を除いては密閉された構造となっており、炉内空間を保温できるようになっている。
The
電気炉1の中央には、上部電極15と炉底電極16が上下に対向配置されている。この上部電極15と炉底電極16に直流電源を印加し、両電極15、16間でアーク放電を発生させることで、溶融スラグ4を加熱し、還元反応を促進する。なお、図示のように上部電極15を中空電極とすれば、別途の原料投入装置を設置しなくても、当該中空電極の内部を通じて副原料をアークスポットに投入可能となる。
In the center of the
電気炉1の炉壁12には、還元スラグを排出するための出滓口17と、溶鉄を排出するための出湯口18とが設けられている。出滓口17は、溶鉄層6上の溶融スラグ層5に対応する高さ位置に配置され、出湯口18は、炉底側の溶鉄層6に対応する高さ位置に配置される。
A
また、図2では、電気炉1に原料供給装置31、32、33がすべて設けられる場合を例示している。原料供給装置31は、鉄スクラップ、直接還元鉄(DRI)等の含鉄材料を電気炉1内に供給する場合に設けられる。また、原料供給装置33は、鉄分を含有するダスト粉等の微粉状の含鉄材料(例えばFeO粉)を、中空電極(上部電極15)を通じて電気炉1内に供給する場合に設けられる。これにより、電気炉1内でこれらの含鉄材料を溶融させてリサイクルできる。また、原料供給装置32は、溶融スラグ4の還元処理に必要な還元材および改質材等の副原料を供給するために必要であり、ここでは中空電極(上部電極15)を通じて電気炉1内に供給する場合について例示している。還元材としては、例えば、コークス粉、無煙炭粉、グラファイト粉などの微粉状の炭材が用いられる。また、改質材は、主にスラグ中のSiO2、Al2O3またはMgO濃度を調整するためのものであり、例えば、珪砂、フライアッシュ、MgO粉、廃耐火物粉などを使用できる。
In addition, FIG. 2 illustrates a case where the raw
引き続き図2を参照して、上記構成の電気炉1を用いた溶融スラグ4の還元処理について説明する。
With reference to FIG. 2, the reduction process of the
まず、電気炉1内に、種湯として、相当量の溶鉄(例えば、高炉から搬送された溶銑)を溶鉄層6として予め収容しておく。溶鉄のC濃度は通常1.5〜4.5質量%である。電気炉1において、溶鉄のC濃度(質量%)と、還元処理後の溶融スラグ4(還元スラグ)のトータルFe濃度(T.Fe)(質量%)とは相関することが本発明者らの実験により確認されている。例えば、溶鉄のC濃度が3質量%を超えると、溶融スラグ4中の酸化物の還元が促進され、還元スラグの(T.Fe)を1質量%以下に低減できることができる。従って、還元スラグの所望の(T.Fe)に応じて、溶鉄層6の溶鉄のC濃度を調整しておくことが好ましい。
First, a considerable amount of molten iron (for example, molten iron transported from a blast furnace) is stored in advance in the
次いで、電気炉1に電力を供給して連続稼働させた上で、電気炉1の還元処理能力(例えば、電気炉1に対する単位時間当り電力供給量)に応じた量の溶融スラグ4を、スラグ保持炉2から電気炉1内に注入する。電気炉1内に注入された溶融スラグ4は、溶鉄層6上に溶融スラグ層5を形成する。さらに、上記還元材(炭材)や改質材等の副原料も、例えば、上部電極15を通じて電気炉1内の溶融スラグ層5に連続的に投入する。また、電気炉1内では、溶鉄層6の温度が例えば1400〜1550℃、溶融スラグ層5の温度が例えば1500〜1650℃となるように制御される。この温度制御は、溶融スラグ4の供給量を調整することや、単位時間当りの電力供給量が一定となる範囲内で電力供給量を調整することで実施できる。
Next, after supplying electric power to the
この結果、電気炉1内で、上部電極15、炉底電極16間のアーク熱により、溶融スラグ層5中の溶融スラグ4の還元反応が進行する。この還元処理では、溶融スラグ4に含まれる酸化物(FeO、P2O5等)が、溶融スラグ層5中の炭材のCにより還元されて、Fe、Pが生成され、当該Fe、Pは、溶融スラグ層5から炉底側の溶鉄層6(溶鉄)に移行する。一方、余剰炭材のCは溶鉄層6に移行せず、溶融スラグ層5中に懸濁する。また、上記還元処理では、溶融スラグ4中のスラグ成分が改質材により改質される。
As a result, the reduction reaction of the
上記の還元処理においては、注入された溶融スラグ4に含まれるFeOは、溶鉄層6中の溶鉄に含まれるCよりも、溶融スラグ層5中の炭材のCと優先的に反応する(FeO+C→Fe+CO↑)。つまり、投入された炭材のCは、溶鉄層6に移行せず溶融スラグ層5に懸濁するので、溶鉄層6と溶融スラグ層5の界面で、FeO+C→Fe+CO↑の還元反応は起きにくい。このため、溶融スラグ層5の内部で当該還元反応が優先的に進行し、生成された還元鉄(Fe)は溶鉄層6に移行する。
In the above reduction treatment, FeO contained in the injected
このように、電気炉1による還元処理では、溶融スラグ層5中のFeOと溶鉄層6中のCとの反応よりも、溶融スラグ層5中のFeOとCとの反応の方が支配的である。従って、電気炉1内に溶融スラグ4を注入したときに、溶鉄層6上の溶融スラグ層5が、注入された溶融スラグ4と溶鉄層6の溶鉄との反応に対する緩衝帯となるので、溶融スラグ4と溶鉄の急激な反応を抑制できる。
Thus, in the reduction treatment by the
つまり、溶融スラグ4を、FeO濃度の低い溶融スラグ層5に注入することにより、注入される溶融スラグ4のFeO濃度を希釈低減できるとともに、注入される溶融スラグ4と溶鉄層6の溶鉄との直接的な接触を抑制できる。よって、スラグ保持炉2から電気炉1への溶融スラグ4の注入時に、溶融スラグ4と溶鉄との急激な反応に起因する突沸現象(スラグフォーミング)を抑制でき、溶融スラグ4が電気炉1外に溢れ出す現象(オーバーフロー)を回避できる。
That is, by injecting the
上記のようにして、電気炉1内の溶融スラグ層5に注入された溶融スラグ4に含まれる酸化物が還元処理されて、溶融スラグ4からFeやPが溶鉄層6に回収されるとともに、溶融スラグ4のスラグ成分が改質される。従って、溶融スラグ4の注入後、還元処理が進行すれば、溶融スラグ層5の成分は、溶融スラグ4(製鋼スラグ)から還元スラグ(高炉スラグ相当の高品質スラグ)に徐々に改質されていく。還元スラグに改質された溶融スラグ層5は、よりFeO濃度の低い緩衝帯となるので、スラグ保持炉2から新たに溶融スラグ4を当該溶融スラグ層5に注入する際に、スラグフォーミングをより確実に抑制できるようになる。
As described above, the oxide contained in the
また、上記還元処理が進行すれば、Feが溶鉄中に移行するため、溶鉄層6の層厚も徐々に増加していく。
なお、溶融スラグ層5の層厚は、緩衝帯としての機能を発現させるという観点から、100〜600mmが好ましく、100〜800mmがより好ましい。このため、溶融スラグ4を注入して溶融スラグ層5の層厚が所定の層厚に達した場合には、出滓口17を開放して、溶融スラグ層5の還元スラグを排出する。また、溶鉄層6の界面が出滓口17に近づいた場合には、出湯口18を開放して、溶鉄層6の溶鉄(例えば高P溶銑)を排出する。このようにして、電気炉1の出滓口17から還元スラグを、出湯口18から溶鉄を、間欠的に排出、回収する。これにより、電気炉1内では、溶融スラグ4の還元処理を、中断することなく継続することができる。
Further, as the reduction treatment proceeds, Fe moves into the molten iron, and the layer thickness of the
In addition, the layer thickness of the
また、上記電気炉1の稼働中(即ち、還元処理中)には、炭材中のCを用いて溶融スラグ4の酸化物を還元することにより、COおよびH2等を含む高温の排ガスが発生する。例えば、酸化鉄を還元する場合、FeO+C→Fe+CO↑の反応により、COガスが生成される。この排ガスは、電気炉1のスラグ注入口14を通じてスラグ保持炉2内に流入し、スラグ保持炉2内を排気経路として外部に排出される。このように電気炉1を密閉型とし、スラグ保持炉2を排気経路とすることで、電気炉1内の雰囲気は、還元反応により生じるCOガスと、炭材(還元材)の熱分解から生じるH2を主成分とする還元雰囲気に維持される。従って、溶融スラグ層5の表面での酸化反応を防止できる。
Further, during the operation of the electric furnace 1 (that is, during the reduction process), high temperature exhaust gas containing CO and H 2 or the like is produced by reducing the oxide of the
(3.スラグ保持炉の構成)
次に、図3および図4を参照して、本実施形態に係るスラグ処理プロセスで用いられるスラグ保持炉2の構成について詳述する。図3は、本実施形態に係るスラグ保持炉2(保持姿勢)を示す縦断面図であり、図4は、本実施形態に係るスラグ保持炉2(注入姿勢)を示す縦断面図である。なお、図3および図4に示された酸素ガス供給設備50(酸素ガス供給ノズル51、制御装置52、和算箱53、放射温度計54、ガスサンプラー55、および排ガス分析計56を含む)の構成については、後段で詳しく説明する。
(3. Configuration of slag holding furnace)
Next, the configuration of the
図3に示すように、スラグ保持炉2は、耐熱性の容器であり、高温の溶融スラグ4を保持し、電気炉1に注入する機能を有する。このスラグ保持炉2は、溶融スラグ4を保持するとともに、電気炉1への溶融スラグ4の注入量を調整可能な構造であり、かつ、電気炉1で発生した排気ガスの排気経路としても機能する。かかるスラグ保持炉2は、溶融スラグ4を貯留・保持するためのスラグ保持炉本体20(以下、「炉本体20」という。)と、炉本体20内の溶融スラグ4を電気炉1に注入するための注ぎ口部21とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
炉本体20は、下部壁22、側壁23、上部壁24からなる密閉型の容器であり、溶融スラグ4を貯留するための内部空間を有する。下部壁22は、鉄皮22aおよびその外側の断熱材22bと、鉄皮22aの内側の内張耐火物22cとから構成され、強度および耐熱性に優れる。なお、側壁23、上部壁24の内面にも内張耐火物が施されている。
The
炉本体20の炉蓋27側の上部には、ガス排出口25、スラグ投入口26が設けられる。ガス排出口25は、上記電気炉1の排ガスを排出するための排気口であり、集塵機(図示せず。)等の吸気装置に接続される。この吸気装置により、スラグ保持炉2内の雰囲気が負圧状態に維持される。スラグ投入口26は、上方のスラグ鍋3から炉本体20内に溶融スラグ4を投入するための開口である。このスラグ投入口26には開閉式の炉蓋27が設置されており、溶融スラグ4の投入時には炉蓋27が開放される。一方、溶融スラグ4の非投入時には炉、炉蓋27が閉められてスラグ投入口26が閉塞されるため、炉本体20内への外気の進入を防ぎ、炉本体20内を保温できる。
A
注ぎ口部21は、炉本体20の電気炉1側に設けられる筒状部分である。注ぎ口部21の内部空間は炉本体20から電気炉1に溶融スラグ4を注入するためのスラグ注入路28となり、注ぎ口部21の先端部に形成される開口が注ぎ口29となる。スラグ注入路28は、炉本体20の内部空間と比べて上下方向および炉幅方向(図3の紙面垂直方向)とも狭くなっており、注入方向前方に向かうにつれて下方に湾曲している。また、炉本体20の内部空間も注ぎ口部21側に向かうにつれて徐々に狭くなっている。かかる炉本体20および注ぎ口部21の形状とすることで、炉本体20内の溶融スラグ4を電気炉1に注入する際に、注入量を調整するのに適している。
The
スラグ保持炉2の注ぎ口部21は、電気炉1のスラグ注入口14に連結されている。図示の例では、注ぎ口部21よりも電気炉1のスラグ注入口14を太くし、注ぎ口部21の先端をスラグ注入口14内に挿入するような連結構造であり、両者の間には隙間が存在する。なお、注ぎ口部21とスラグ注入口14の連結構造は、かかる例に限定されず、ベローズ等を用いて両者を気密に連結する、または両者の隙間に充填材を詰めて連結するなど、多様に変更可能である。
The
上記のスラグ保持炉2の構造により、炉蓋27を閉めた状態で、集塵機(図示せず。)を稼働させてスラグ保持炉2内の雰囲気を負圧状態にしたときには、スラグ保持炉2は、電気炉1で発生した排ガスの排気経路として機能する。即ち、電気炉1内の還元処理により発生したCOおよびH2等を含む排ガスは、図3の矢印で示すように、電気炉1のスラグ注入口14およびスラグ保持炉2の注ぎ口部21を通じて、負圧状態のスラグ保持炉2の炉本体20内に流入する。この際、スラグ保持炉2内は負圧に維持されているため、電気炉1とスラグ保持炉2の連結部の隙間から外気が進入することはあっても、電気炉1内の排ガスが当該隙間から外部に漏洩することはない。さらに、スラグ保持炉2内に流入した排ガスは、炉本体20内に進みガス排出口25から排出され、集塵機(図示せず。)に到達して処理される。
Due to the structure of the
また、スラグ保持炉2の炉本体20の下部側には、傾動装置40が設けられている。傾動装置40は、スラグ保持炉2を注ぎ口部21側に傾動させて、炉本体20内の溶融スラグ4を注ぎ口部21から電気炉1内に注入する機能を有する。この傾動装置40は、シリンダ41と、支持部材42、43と、傾動軸44と、台車45と、ロードセル46とを備える。
Further, a
シリンダ41は、例えば油圧シリンダで構成され、スラグ保持炉2を傾動させるための動力を発生させる。シリンダ41の上端は、炉本体20の下部壁22においてスラグ保持炉2を電気炉1側に傾動可能に離間した位置に連結され、シリンダ41の下端は、台車45の上面に連結される。傾動軸44は、スラグ保持炉2の注ぎ口部21の下方に設けられ、スラグ保持炉2の傾動動作の中心軸となる。支持部材42、43は、傾動軸44で相互に回動可能に連結されている。支持部材42の上端は、注ぎ口部21の下部側に連結され、支持部材43の下端は、台車45の上面に連結される。これらのシリンダ41、支持部材42、43、傾動軸44によって、スラグ保持炉2が傾動可能に支持される。
The
かかる構成の傾動装置40により、傾動軸44を中心としてスラグ保持炉2を保持姿勢(図3)と注入姿勢(図4)との間で傾動させることが可能である。ここで、保持姿勢とは、図3に示すように、スラグ保持炉2が溶融スラグ4を電気炉1に注入することなく、炉本体20内に保持するときの姿勢である。一方、注入姿勢とは、図4に示すように、スラグ保持炉2が注ぎ口部21側に傾動して、炉本体20内の溶融スラグ4を電気炉1内に注入するときの姿勢である。
With the
スラグ保持炉2を保持姿勢から注入姿勢に変えるときには、シリンダ41を伸張させて、炉本体20の後部を持ち上げ、傾動軸44を中心としてスラグ保持炉2を電気炉1側に傾動させる。これにより、図4に示すように、炉本体20に対して注ぎ口部21の位置が相対的に低くなるので、炉本体20内に保持されている溶融スラグ4が、注ぎ口部21側に向かって流動し、スラグ注入路28を通じて注ぎ口29から流下し、電気炉1内に注ぎ込まれる。このとき、シリンダ41の伸張長さを制御して、スラグ保持炉2の傾動角度を調整することで、溶融スラグ4の注入量を調整することができる。
When changing the
一方、スラグ保持炉2を注入姿勢から保持姿勢に変えるときには、シリンダ41を収縮させて、炉本体20を保持姿勢に戻す。これにより、図3に示すように、炉本体20に対して注ぎ口部21の位置が相対的に高くなり、炉本体20内の溶融スラグ4の液面がスラグ注入路28よりも低くなるので、溶融スラグ4が電気炉1へ注入されずに炉本体20内に保持される。
On the other hand, when changing the
また、台車45は、傾動装置40を移動可能に支持する。台車45を用いてスラグ保持炉2を後退または前進させることで、スラグ保持炉2を容易に検査、交換または補修等することが可能となる。ロードセル46は、例えば台車45とシリンダ41および支持部材43との間に設置され、保持されている溶融スラグ4を含めた炉本体20による荷重を測定する。
Moreover, the trolley |
以上のように、傾動装置40を用いてスラグ保持炉2を傾動させることで、溶融スラグ4を電気炉1に間欠的に注入したり、その注入量を調整したりすることが可能になる。電気炉1への溶融スラグ4の注入時には、注入された溶融スラグ4が電気炉1内の溶鉄と急激に反応して電気炉1からオーバーフローしないように、傾動装置40を用いて注入量を適切に調整(即ち、スラグ保持炉2の傾動角度を調整)しながら、溶融スラグ4を間欠的に注入することが好ましい。溶融スラグ4の注入時に、注入速度が速すぎると、電気炉1内で溶融スラグ4がフォーミング状態になり、オーバーフローが発生し得る場合がある。この場合は、傾動装置40によりスラグ保持炉2の傾動角度を小さくして、溶融スラグ4の注入を一時停止するか、または、注入量を低下させて、電気炉1内での反応を沈静化することが好ましい。
As described above, by tilting the
なお、上記スラグ保持炉2による単位時間当りの溶融スラグ4の注入量は、電気炉1の還元処理能力に応じて決定される。当該還元処理能力は、電気炉1に対する単位時間当りの電力供給量、例えば、電気炉1の電極15、16に印加される電力量に依存する。そこで、溶融スラグ4の還元処理に必要な電力原単位と、電極15、16に対する印加実績電力量に基づいて、単位時間当りの溶融スラグ4の注入量を決定すればよい。
The amount of
また、スラグ保持炉2から電気炉1に溶融スラグ4を間欠的に注入する方法としては、溶融スラグ4の注入と中断を適宜繰り返しながら注入する方法や、所定の時間間隔でスラグ保持炉2内に保持されている所定量の溶融スラグ4をまとめて注入する方法などがあるが、本発明の実施形態においてはどのような方法が採用されてもよい。溶融スラグ4を間欠的に注入する場合、1回にまとめて注入する溶融スラグ4の総量が、スラグフォーミングによるオーバーフローが発生しない量であることを、事前に実験等で確認しておくことが望ましい。
Further, as a method of intermittently injecting the
(4.酸素ガス供給設備の構成)
引き続き、図3および図4を参照して、上記のスラグ処理設備に付帯する酸素ガス供給設備について説明する。図3および図4に示されるように、酸素ガス供給設備50は、スラグ保持炉2に設置された酸素ガス供給ノズル51と、酸素ガス供給ノズル51に供給される酸素ガスの流量を制御する制御装置52と、ロードセル46に接続され、計測値を加算して制御装置52に出力する和算箱53と、電気炉1内の溶融スラグ層5の湯面温度を測定する放射温度計54と、スラグ保持炉2のガス排出口25付近に設置されるガスサンプラー55と、ガスサンプラー55によってサンプリングされた排ガスの成分を分析する排ガス分析計56とを含む。本実施形態において、排ガス分析計56は、少なくとも排ガス中の酸素およびCOの濃度を測定する。
(4. Configuration of oxygen gas supply equipment)
Next, an oxygen gas supply facility incidental to the slag treatment facility will be described with reference to FIGS. 3 and 4. As shown in FIGS. 3 and 4, the oxygen
上記のような酸素ガス供給設備50において、制御装置52は、溶融スラグ4の注入直後の酸素ガス流量を、溶融スラグ4の注入量と、注入前に電気炉1で溶融スラグ層5を構成している溶融スラグの量(以下、単に注入前の溶融スラグ量ともいう)と、注入前に電気炉1で溶融スラグ層5を形成している溶融スラグの温度(以下、単に注入前の溶融スラグ温度ともいう)とに基づいて決定する。以下で詳しく説明するように、これによって、溶融スラグ4の注入直後に急激に増加するCOガスの発生量に対応した適切な酸素ガス流量を決定することができる。
In the oxygen
ここで、溶融スラグ4の注入量は、溶融スラグ4を含めた炉本体20による荷重の変化から算出される。より具体的には、制御装置52は、和算箱53を介して出力されるロードセル46の計測値に基づいて溶融スラグ4の注入前後での荷重の差を算出する。このようにして算出される荷重の差が、溶融スラグ4の注入量に対応する。注入前の溶融スラグ温度は、放射温度計54が測定する湯面温度から推定される。また、注入前の溶融スラグ量は、電気炉1に注入された溶融スラグ4の成分および累積量と、出滓口17および出湯口18からの還元スラグおよび溶鉄の排出履歴とに基づいて特定される。より具体的には、出湯口18から溶鉄が排出された直後には、溶鉄層6の界面高さが概ね出湯口18に一致する。以降の溶鉄層6の界面高さの変化は、溶融スラグ層5に含まれていたFeOが還元されてFeになり、溶鉄中に移行することによって発生する。従って、溶鉄の排出以降に電気炉1に注入された溶融スラグ4の量と、溶融スラグ4中のFeO濃度とがわかれば、任意の時点での溶鉄層6の界面高さを算出することができる。また、出滓口17から還元スラグが排出された直後には、溶融スラグ層5の湯面高さが概ね出滓口17に一致する。従って、還元スラグの排出以降に電気炉1に注入された溶融スラグ4の量と、溶鉄層6の界面高さ(上昇分が溶融スラグ層5から移行したFeの量に対応する)とがわかれば、任意の時点で溶融スラグ層5に含まれる溶融スラグの量を算出することができる。
Here, the injection amount of the
一方、酸素ガス供給設備50において、制御装置52は、上記のように溶融スラグ4の注入直後の酸素ガス流量を決定した後は、酸素ガス流量の制御をフィードバック制御に切り替える。より具体的には、制御装置52は、排ガス分析計56が測定したCO濃度が閾値(例えば1%)を上回った場合には酸素ガス流量を所定の量だけ増加させる。また、制御装置52は、排ガス分析計56が測定した酸素濃度が閾値を上回った場合には酸素ガス流量を所定の量だけ減少させる。再び溶融スラグ4が注入される場合、制御装置52は酸素ガス流量のフィードバック制御を中断し、溶融スラグ4の注入直後には、上記のように溶融スラグ4の注入量と、注入前の溶融スラグ量と、注入前の溶融スラグ温度とに基づいて決定される酸素ガス流量を設定する。
On the other hand, in the oxygen
なお、上記のような酸素ガス供給設備50における制御装置52は、例えば、制御回路、またはメモリに格納されたプログラムをCPU(Central Processing Unit)が実行するコンピュータとして実現される。制御装置52は、オペレータに情報を提示するモニタなどの出力装置と、オペレータの操作入力を取得するボタンなどの入力装置とを有していてもよい。
Note that the
上記のような酸素ガス供給設備50では、溶融スラグ4の注入直後のCOガス発生量の急激な増加に追随することが難しいという酸素ガス流量のフィードバック制御における問題点が、溶融スラグ4の注入直後の適切な酸素ガス流量を別途設定し、それからフィードバック制御を開始することによって解決される。ただし、このような効果を得るためには、溶融スラグ4の注入量と、注入前の溶融スラグ量と、注入前の溶融スラグ温度とに基づいて決定される注入直後の酸素ガス流量が、COガスの発生状態に適応した適切な量である必要がある。以下では、本実施形態でこのような酸素ガス流量の算出が可能である点について、さらに説明する。
In the oxygen
既に説明したように、電気炉1内での溶融スラグ4の還元反応の中で主体となる反応は、FeO+C→Fe+CO↑の反応である。従って、COガスの発生速度FCOは、以下の式1によって表すことができる。なお、kは反応速度定数を、(FeO)は反応サイト(溶融スラグ層5の湯面近傍)でのFeO濃度を、SCは注入された溶融スラグ4と接触している炭材の表面積を示す。
As already explained, the main reaction in the reduction reaction of the
ここで、反応速度定数kは、反応サイトの温度T、気体定数R、反応の活性化エネルギーEa、および定数A1を用いて、以下の式2によって表すことができる(アレニウスの式)。
Here, the reaction rate constant k can be expressed by the
ここで、上記の式2における反応サイトの温度Tは、注入前に電気炉1で溶融スラグ層5を形成している溶融スラグの温度であり、放射温度計54によって測定される溶融スラグ層5の湯面温度と等価なものとして扱うことができることを実験的に確認している。このため、反応サイトの温度Tは、放射温度計54によって測定される溶融スラグ層5の湯面温度を用いることができる。また、反応サイトでのFeO濃度(FeO)は、注入前の溶融スラグ量Sw、溶融スラグ4の注入量ΔW、および溶融スラグ4のFeO濃度(FeO)Pを用いて、以下の式3によって表すことができる。
Here, the reaction site temperature T in
上記の通り、本実施形態において、注入前の溶融スラグ量Swは、電気炉1に注入された溶融スラグ4の成分および累積量と、出滓口17および出湯口18からの還元スラグおよび溶鉄の排出履歴とに基づいて特定される。また、溶融スラグ4の注入量ΔWは、制御装置52によって、ロードセル46によって測定される溶融スラグ4を含めた炉本体20による荷重の変化から算出される。
As described above, in the present embodiment, the amount of molten slag Sw before injection includes the components and accumulated amount of the
なお、式3は、溶融スラグ4の注入前の溶融スラグ層5では、還元反応の進行によってFeO濃度が無視できる程度に低下しているため、注入された溶融スラグ4に含まれるFeOは、溶融スラグ層5に含まれる溶融スラグによって希釈されるとみなしうることを前提にして成り立っている。また、実際の操業では、溶融スラグ4のFeO濃度(FeO)Pは、操業を通じてほぼ一定である。従って、以下では、溶融スラグ4のFeO濃度(FeO)Pを操業ごとに固有の定数として扱う。
In
一方、注入された溶融スラグ4と接触している炭材の表面積SCは、溶融スラグ層5に含まれる炭材の量と、電気炉1内の撹拌状態とに影響される。撹拌が強いほど、炭材が溶融スラグ層5の内部に巻き込まれやすくなり、従って溶融スラグ4と接触する炭材の表面積SCは増加する。ただし、実際の操業では、特に溶融スラグ4の注入時には前もって十分な(場合によっては過剰な)量の炭材が投入されており、また撹拌状態も操業を通じてほぼ一定である。従って、以下では、炭材の表面積SCについても、操業ごとに固有の定数として扱う。
On the other hand, the surface area S C of the carbonaceous material in contact with the injected
以上をふまえると、COガスの発生速度FCOを表す式1は、以下の式4のように書き換えられる。なお、定数A2は、式2の定数A1に炭材の表面積SCおよび溶融スラグ4のFeO濃度(FeO)P(上記の通り、いずれも操業ごとに固有の定数として扱われる)を乗じたものである。
Based on the above,
次に、上記の式4に基づいて、溶融スラグ4の注入直後の適切な酸素ガス流量FO2を算出する。ここで、COガスの燃焼反応は、2CO+O2→CO2であるため、溶融スラグ4の注入によって発生するCOガスを過不足なく燃焼させるために必要な酸素ガス流量FO2は、COガスの発生速度FCOの半分(1/2FCO)になる。
Next, an appropriate oxygen gas flow rate FO 2 immediately after the injection of the
さらに、2回目以降の溶融スラグ4の注入などの場合で、注入前に既に酸素ガス供給ノズル51から酸素ガスが供給されている場合、その流量FO2’は、注入前の状態で発生しているCOガスを過不足なく燃焼させるのに必要な酸素ガス流量と考えられる(前回の注入から十分な時間が経過している場合、フィードバック制御によって設定される酸素ガス流量は適切な値に収束するため)。従って、溶融スラグ4の注入前に発生しているCOガスが注入後にも継続して発生すると仮定すれば、酸素ガス流量FO2は、新たに注入された溶融スラグ4によって発生するCOガスを燃焼させるための酸素ガス流量(1/2FCO)に、注入前の酸素ガス流量(FO2’)を足し合わせたものになる。
Further, in the case of the second and subsequent injections of the
以上より、溶融スラグ4の注入直後の適切な酸素ガス流量FO2は、以下の式5によって算出される。
From the above, the appropriate oxygen gas flow rate FO 2 immediately after the injection of the
数式を簡略化するために、以下では、1/2A2を新たな定数αとする。また、気体定数R、および活性化エネルギーEaを合わせて新たな定数βとする(β=Ea/R)。式5を、定数α,βを用いて表すと、以下の式6になる。
In order to simplify the mathematical expression, ½A 2 is set as a new constant α in the following. Further, the gas constant R and the activation energy Ea are combined to form a new constant β (β = Ea / R). When
上記の式6において、定数αは、式4における定数A2と同様に、操業ごとに固有の定数である。また、定数βは、理論上は操業条件によらない定数であるが、酸素ガス供給設備50では、放射温度計54によって測定される溶融スラグ層5の湯面温度と、実際の反応サイトの温度Tと間に差分が生じる可能性がある、この差分についても操業ごとに固有の定数として評価することが適切と考えられる。従って、本実施形態において、上記の式6に基づいて適切な酸素ガス流量FO2を算出するためには、同一条件での操業時の実績値に基づいて定数α,βを特定することが必要になる。その方法について、以下でさらに説明する。
In the
COガスの発生速度FCOを表す上記の式4を、定数α,βを用いて表すと、以下の式7になる(α=1/2A2,β=Ea/R)。
When the
式7の両辺の対数をとって整理すると、以下の式8が得られる。
If the logarithm of both sides of Equation 7 is taken and arranged, the following
式8より、実績データにおける1/Tとln(1/2FCO・Sw/ΔW)との関係をプロットすれば、その切片(lnα)および傾き(−β)として定数α,βを特定することができる。なお、COガスの発生速度FCOは、排ガス分析計56によって検出されるCOガスの濃度およびCO2ガス(COガスが燃焼することによって発生する)の濃度の合計を、排ガスの流量に乗じることによって算出される。式8に含まれるその他の量、すなわち溶融スラグ4の注入量ΔW、注入前の溶融スラグ量Sw、および注入前の溶融スラグ温度Tについては、いずれも既に説明した通り、酸素ガス供給設備50において測定可能である。
From
以上で説明したように、本実施形態では、溶融スラグ4の注入量ΔWと、注入前の溶融スラグ量Swと、注入前の溶融スラグ温度Tとに基づいて、溶融スラグ4の注入直後における酸素ガス流量FO2を算出することができる。このようにして算出された酸素ガス流量FO2が、溶融スラグ4の注入直後のCOガスの発生状態に適応した適切な量であることは、次に説明する本発明の実施例によって示される通りである。
As described above, in the present embodiment, the oxygen immediately after the injection of the
図5は、本発明の実施例において酸素ガス流量の算出式に用いる定数の決定過程を示すグラフである。本実施例では、まず、上記の式8を用いて定数α,βを決定するために、スラグ処理設備における実績値収集のための操業を実施した。操業では、溶融スラグ4の注入量ΔW(kg)、注入前の溶融スラグ温度T(K)、注入前の溶融スラグ量Sw(ton)、および注入直後のCOガスの発生速度FCO(Nm3/h)が測定された。なお、主な操業条件として、電気炉1は4MW密閉型直流アーク炉であり、炉内径3.0mであった。また、溶融スラグ4としては転炉スラグを用い、T.Fe=24%〜26%であった。溶融スラグ層5の炭剤投入量は、注入された溶融スラグ4のFeO含有量の1.3倍量とした。溶鉄層6の炭素含有量は、4%〜4.5%であった。
FIG. 5 is a graph showing a process of determining constants used in the formula for calculating the oxygen gas flow rate in the embodiment of the present invention. In this example, first, in order to determine the constants α and
合計で24回の溶融スラグ4の注入を実施して上記の測定値を収集した結果、1/Tとln(1/2FCO・Sw/ΔW)との関係は図5のグラフのようになった。ここから、グラフ中にも示されているように、y=−41135x+22.718という近似直線が得られる。なお、y=ln(1/2FCO・Sw/ΔW)、x=1/Tである。従って、定数α,βの値は、α=e22.718=7.7×109、β=41135=4.1×104と決定される。
A total of 24 injections of
上記の式6に、決定された定数α,βの値を代入することによって、溶融スラグ4の注入量ΔW、注入前の溶融スラグ量Sw、および注入前の溶融スラグ温度Tに基づいて、溶融スラグ4の注入直後の適切な酸素ガス流量FO2を算出することが可能になった。以下では、このようにして算出された酸素ガス流量FO2を、溶融スラグ4の注入直後の酸素ガス流量として適用した操業の結果について説明する。
By substituting the values of the determined constants α and β into
なお、上記の通り、溶融スラグ4の注入量ΔWは、炉本体20による荷重の変化から算出されるため、実際に注入が実行されるまで算出されない。しかしながら、他の数値、すなわち注入前の溶融スラグ量Swおよび注入前の溶融スラグ温度Tについては、注入が実行される前に算出または測定することが可能である。また、注入量ΔWについても、算出過程は単純であるため、注入後すぐに結果を得ることが可能である。従って、本実施例では、溶融スラグ4の注入とほぼ同時に酸素ガス流量FO2が決定されている。
Note that, as described above, the injection amount ΔW of the
また、既に説明したように、酸素ガス供給設備50において、制御装置52は、上記のように溶融スラグ4の注入直後の酸素ガス流量を決定した後は、酸素ガス流量FO2の制御をフィードバック制御に切り替える。本実施例において、フィードバック制御を実行中の制御装置52は、排ガス中のCO濃度が1%を超えた時点で、酸素ガス流量FO2を40Nm3/h増加させる。また、制御装置52は、排ガス中の酸素濃度が1%を超えた時点で、酸素ガス供給量FO2をその時点での量に応じて減少させる。この場合の減少量は、酸素ガス供給量FO2が250Nm3/h以上であれば60Nm3/h、150Nm3/h以上250Nm3/h未満であれば50Nm3/h、150Nm3/h未満であれば40Nm3/hである。
Moreover, as already explained, the oxygen
図6は、本実施例における操業の経過を示すグラフである。本実施例では、時刻0から、電気炉1への供給電力を2.5MWに設定して溶融スラグの還元処理が開始された。処理開始時点において、電気炉1内には約10tonの銑鉄からなる溶鉄層6と、還元処理された2tonの溶融スラグからなる溶融スラグ層5とが形成されていた。従って、初回の注入前の溶融スラグ量Swは2tonである。また、注入前の溶融スラグ温度Tは1490℃(1763K)であった。還元処理の開始前であるためCOガスを含む排ガスは発生しておらず、従って注入前には酸素ガス供給ノズル51からの酸素ガスの供給は実施されていない(FO2’=0)。
FIG. 6 is a graph showing the progress of operation in this example. In this example, from
このような条件下で、溶融スラグ4の初回の注入を実行した。より具体的には、シリンダ41を伸長させてスラグ保持炉2を傾動させ、図4に示したような注入姿勢にした。これによって、スラグ保持炉2内の溶融スラグ4が、注ぎ口部21を経由して電気炉1内に注入される。この状態を所定の時間にわたって維持した後、シリンダ41を収縮させ、スラグ保持炉2を図3に示したような保持姿勢に戻した。なお、本実施例では、溶融スラグ4の注入に際してスラグ保持炉2の注入姿勢が維持される時間が短いため、図5のグラフでは注入が瞬時に実行されたように図示されている。初回の注入において、溶融スラグ4を含めた炉本体20による荷重の変化から算出された溶融スラグ4の注入量ΔWは、1100kgであった。
Under such conditions, the first injection of
上記のような初回の注入の直後、注入前の溶融スラグ量Sw、注入前の溶融スラグ温度T、および溶融スラグ4の注入量ΔWに基づいて制御装置52が酸素ガス流量FO2を算出した結果、FO2=340Nm3/hになった。この結果に従って、制御装置52は、酸素ガス供給ノズル51に流量340Nm3/hで酸素ガスの供給を開始した。一方、溶融スラグ4が注入された電気炉1内では還元反応が開始され、COガスを含む排ガスが発生した。これによって、スラグ保持炉2のガス排出口25から排出される排ガスの流量は、800Nm3/hまで増加した。しかし、酸素ガス供給ノズル51から供給された酸素ガスによってCOガスがスラグ保持炉2内で完全に燃焼したため、排ガス分析計56によってCOが検出されることはなかった。
Immediately after the first injection as described above, the
上記のように算出された酸素ガス流量FO2=340Nm3/hを設定した後、制御装置52は、酸素ガス流量FO2の制御をフィードバック制御に切り替えた。その後、排ガス分析計56によって検出された酸素濃度が1%を超えたため、制御装置52は酸素ガス流量FO2を280Nm3/hに引き下げた。その後も、制御装置52は、酸素濃度が1%を超える度に酸素ガス流量FO2を引き下げ、処理開始から約20分が経過した時点で、酸素ガス流量FO2は40Nm3/hで一定になった。この時点で、電気炉1における溶融スラグの還元反応はほぼ収束している。
After setting the oxygen gas flow rate FO 2 = 340 Nm 3 / h calculated as described above, the
そこで、処理開始から33分が経過した時点で、溶融スラグ4の2回目の注入を実施した。注入に先立って、制御装置52は、酸素ガス流量FO2のフィードバック制御を中断し、その時点での流量(FO2’=40Nm3/h)を維持しつつ、溶融スラグ4の注入直後の酸素ガス流量FO2を算出するための準備をした。2回目の注入では、注入前の溶融スラグ量Swは3.1ton、注入前の溶融スラグ温度Tは1495℃(1768K)であった。
Therefore, the second injection of the
2回目の注入では、1回目と同様のスラグ保持炉2の動作によって、スラグ保持炉2から電気炉1に溶融スラグ4が注入された。溶融スラグ4を含めた炉本体20による荷重の変化から算出された溶融スラグ4の注入量ΔWは、1500kgであった。2回目の注入の直後、注入前の溶融スラグ量Sw、注入前の溶融スラグ温度T、および溶融スラグ4の注入量ΔWに基づいて制御装置52が酸素ガス流量FO2を算出した結果、FO2=360Nm3/hになった。この結果に従って、制御装置52は、酸素ガスノズルに供給する酸素ガスの流量を360Nm3/hに変更した。その後、制御装置52は、酸素ガス流量FO2の制御をフィードバック制御に切り替えた。
In the second injection, the
2回目の注入の直後には、電気炉1内で溶融スラグ4の還元反応によって発生したCOガスの量が本発明による想定値よりもやや多く、従って排ガス分析計56によって検出されたCO濃度が1%を超えた。これを受けて、制御装置52は、酸素ガス流量FO2を400Nm3/hに引き上げた。この結果、COガスはスラグ保持炉2内で完全に燃焼するようになり、しばらくすると、排ガス分析計56によって検出される酸素濃度が1%を超えた。これ以降、初回の注入の場合と同様に、制御装置52は、フィードバック制御によって酸素ガス流量FO2を段階的に減少させ、処理開始から約55分、2回目の注入からは約22分が経過した時点で、酸素ガス流量FO2は80Nm3/hで一定になった。
Immediately after the second injection, the amount of CO gas generated by the reduction reaction of the
その後、処理開始から78分および93分が経過した時点で、それぞれ3回目および4回目の溶融スラグ4の注入が実施された。溶融スラグ4の注入量ΔWは、3回目では500kg、4回目では1000kgであった。このときも、制御装置52は、注入に先立って酸素ガス流量FO2のフィードバック制御を中断し、注入直後に溶融スラグ量Sw、湯面温度T、および注入量ΔWに基づいて算出された酸素ガス流量FO2を設定した上でフィードバック制御を再開した。この結果、3回目および4回目のいずれの注入でも、排ガス分析計56によってCOが検出されることはなく、フィードバック制御によって段階的に酸素ガス流量FO2を減少させながら、安定して操業を継続することができた。
Thereafter, when 78 minutes and 93 minutes passed from the start of the treatment, the third and fourth injections of the
図7は、上記の実施例に対する比較例における操業の経過を示すグラフである。比較例では、上記の実施例と同様のスラグ処理設備を用いて溶融スラグを還元処理したが、溶融スラグ4の注入直後の酸素ガス流量FO2を、電気炉1における還元処理の平均処理速度に基づいて推定された固定値(100Nm3/h)に設定した。固定値を設定した後、酸素ガス流量FO2の制御がフィードバック制御に切り替えられる点、およびフィードバック制御の条件については、実施例と同様である。
FIG. 7 is a graph showing the progress of operation in a comparative example with respect to the above embodiment. In the comparative example, the molten slag was reduced using the same slag processing equipment as in the above example, but the oxygen gas flow rate FO 2 immediately after the injection of the
以上のような条件で処理を開始し、スラグ保持炉2から電気炉1に1300kgの溶融スラグ4を注入したところ、排ガス分析計56によって検出されるCO濃度が急上昇し、測定可能範囲を超えた。フィードバック制御によって酸素ガス流量FO2が増加させられたが、CO濃度は低下せず、最終的に酸素ガス流量FO2は360Nm3/hまで増加した。フィードバック制御のために排ガス分析計56による排ガス成分の分析を繰り返し(6回)実施したため、酸素ガス流量FO2が上記の値に設定されるまでには約2分を要した。この間、未燃焼のCOガスがスラグ保持炉2以降の排気経路に流出し続け、大量のCOガスを排気経路上の設備によって除去する必要が生じた。
When the treatment was started under the above conditions and 1300 kg of
上記の比較例では、溶融スラグ4の注入直後の酸素ガス流量FO2としてある程度高い値を設定した(注入前の流量FO2’が0であるのに対して、100Nm3/hを設定した)にもかかわらず、大量のCOガスが未燃焼のまま排気経路に流出することを防止できなかった。従って、例えば溶融スラグ4の注入直後においても通常のフィードバック制御(酸素ガス流量FO2が0から段階的に上昇する)を実施した場合には、さらに大量のCOガスが未燃焼のまま排気経路に流出する結果になったことが想定される。
In the above comparative example, a somewhat high value was set as the oxygen gas flow rate FO 2 immediately after injection of the molten slag 4 (the flow rate FO 2 ′ before injection was 0, whereas 100 Nm 3 / h was set). Nevertheless, it has not been possible to prevent a large amount of CO gas from flowing into the exhaust passage without being burned. Thus, for example, when also conducted normal feedback control (oxygen gas flow rate FO 2 stepwise increases from 0) immediately after the injection of the
これに対して、本発明の実施例では、例えば2回目の注入時のようにCOガスの発生量が想定よりも多かった場合でも、注入直後の酸素ガス流量FO2が十分に高い値に設定されていることによって、1ステップのフィードバック制御で適切な量まで酸素ガス流量FO2を増加させることができ、COガスの流出を最小限に抑えることができる。また、1回目、3回目、および4回目の注入時のようにCOガスの発生量が想定の範囲内であった場合も、排ガス中で酸素が過剰に(例えば1%を大きく超えて)検出されることはなく、フィードバック制御によって酸素ガス流量FO2の適切な量が維持されている。 On the other hand, in the embodiment of the present invention, even when the amount of generated CO gas is larger than expected, for example, at the time of the second injection, the oxygen gas flow rate FO 2 immediately after the injection is set to a sufficiently high value. Thus, the oxygen gas flow rate FO 2 can be increased to an appropriate amount by one-step feedback control, and the outflow of CO gas can be minimized. Also, when the amount of generated CO gas is within the expected range as in the first injection, the third injection, and the fourth injection, oxygen is detected excessively (for example, greatly exceeding 1%) in the exhaust gas. However, an appropriate amount of the oxygen gas flow rate FO 2 is maintained by feedback control.
以上で説明した実施例によって、本発明が、溶融スラグ4の注入直後のスラグ保持炉2への酸素供給量を適切に決定し、排ガスに含まれるCOガスを十分に燃焼させるとともに、スラグ保持炉2内の雰囲気温度を高温に維持するために有効であることが示されたといえる。
According to the embodiment described above, the present invention appropriately determines the oxygen supply amount to the
なお、上記の本発明の実施形態および実施例の説明では、溶融スラグの注入直後に電気炉で発生した排ガス中のCOガスを燃焼させるための酸素ガス流量が算出されたが、本発明の実施形態はこのような例には限られない。例えば、同様の手法によって、排ガス中のCOガス以外の可燃性成分(例えば、水素等)を燃焼させるための酸素ガス流量が算出されてもよい。この場合、スラグ保持炉に供給される酸素ガス流量が、COガスを燃焼させるための流量とそれ以外の可燃性ガスを燃焼させるための流量との合計として算出されてもよい。また、燃焼させられる可燃性成分は、必ずしもCOガスのような有毒成分でなくてもよい。上述したように、スラグ保持炉内での可燃性成分の燃焼は、雰囲気温度の維持のためにも有効であるため、有毒成分でなく、排気経路で除去する必要のない成分であっても、可燃性成分であればスラグ保持炉内に供給された酸素によって燃焼させられてもよい。また、上記の説明ではスラグ保持炉内に酸素ガスを供給したが、必ずしも純粋な酸素ガスが供給されなくてもよく、例えば空気のような酸素含有ガスが供給されてもよい。 In the above description of the embodiments and examples of the present invention, the oxygen gas flow rate for burning the CO gas in the exhaust gas generated in the electric furnace immediately after the injection of the molten slag has been calculated. The form is not limited to such an example. For example, the oxygen gas flow rate for burning combustible components (for example, hydrogen etc.) other than CO gas in exhaust gas may be calculated by the same method. In this case, the flow rate of oxygen gas supplied to the slag holding furnace may be calculated as the sum of the flow rate for burning CO gas and the flow rate for burning other combustible gases. Further, the combustible component to be burned may not necessarily be a toxic component such as CO gas. As described above, the combustion of combustible components in the slag holding furnace is also effective for maintaining the atmospheric temperature, so even if it is not a toxic component and a component that does not need to be removed in the exhaust path, If it is a combustible component, it may be burned by oxygen supplied into the slag holding furnace. In the above description, oxygen gas is supplied into the slag holding furnace. However, pure oxygen gas is not necessarily supplied, and oxygen-containing gas such as air may be supplied.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
1 電気炉
2 スラグ保持炉
3 スラグ鍋
4 溶融スラグ
5 溶融スラグ層
6 溶鉄層
14 スラグ注入口
15 上部電極
16 炉底電極
17 出滓口
18 出湯口
40 傾動装置
46 ロードセル
50 酸素ガス供給設備
51 酸素ガスノズル
52 制御装置
53 和算箱
54 放射温度計
55 ガスサンプラー
56 排ガス分析計
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを所定の流量で供給することによって前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させるに際し、
前記溶融スラグの注入直後の前記酸素含有ガスの流量を、前記溶融スラグの注入量ΔWと、注入前に前記溶融スラグ層に含まれる前記溶融スラグの量Swおよび注入前に前記溶融スラグ層に含まれる前記溶融スラグの温度Tと、操業時の実績値に基づく定数αとβとに基づいて下記式で算出した流量に設定した後、
前記酸素含有ガスの流量を、前記スラグ保持炉のガス排出口付近における前記排ガス中のCO濃度および酸素濃度に基づいてフィードバック制御する、スラグ処理方法。
FO 2 :前記溶融スラグの注入直後の前記酸素含有ガスの流量
FO 2 ’:注入前の前記酸素含有ガスの流量
ΔW:前記溶融スラグの注入量
Sw:注入前に前記溶融スラグ層に含まれる前記溶融スラグの量
T:注入前に前記溶融スラグ層に含まれる前記溶融スラグの温度
α,β:定数 The molten slag generated in the steel making process is charged into a slag holding furnace in a molten state, and intermittently from the slag holding furnace into an electric furnace that accommodates the molten iron layer and the molten slag layer formed on the molten iron layer. Injecting the molten slag in an automatic manner, continuously reducing the molten slag in the electric furnace, and recovering valuable materials in the molten slag in the molten iron layer,
When introducing the exhaust gas generated in the electric furnace into the slag holding furnace and burning the combustible component in the exhaust gas by supplying an oxygen-containing gas at a predetermined flow rate into the slag holding furnace,
The flow rate of the oxygen-containing gas immediately after the injection of the molten slag is included in the molten slag injection amount ΔW , the amount Sw of the molten slag contained in the molten slag layer before the injection, and the molten slag layer before the injection. After setting the flow rate calculated by the following formula based on the temperature T of the molten slag and constants α and β based on the actual values at the time of operation ,
A slag treatment method in which the flow rate of the oxygen-containing gas is feedback-controlled based on the CO concentration and oxygen concentration in the exhaust gas in the vicinity of the gas discharge port of the slag holding furnace .
FO 2 : Flow rate of the oxygen-containing gas immediately after injection of the molten slag
FO 2 ': Flow rate of the oxygen-containing gas before injection
ΔW: injection amount of the molten slag
Sw: The amount of the molten slag contained in the molten slag layer before injection
T: temperature of the molten slag contained in the molten slag layer before injection
α, β: Constant
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