JP6604346B2 - 鉄鋼スラグの選別方法、鉄鋼スラグの再利用方法および製鉄用原料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄工場で発生した鉄鋼スラグの選別方法、鉄鋼スラグの再利用方法および製鉄用原料の製造方法に関する。

製鉄工場における製銑工程、製鋼工程で発生する鉄鋼スラグには２０〜３０質量％程度の鉄が含有されているので、鉄鋼スラグをそのまま路盤材等にすると製鉄における鉄歩留まりが低下する。そのため、鉄鋼スラグを、スラグ分（カルシウム、珪素、アルミニウムなど）と鉄分とに分離し、分離された鉄分を製銑工程または製鋼工程でリサイクルする方法が多数提案されている。

特許文献１には、製鋼スラグを圧力容器内で水蒸気を用いて粉砕し、粉砕された製鋼スラグを磁力選別によってスラグ分と鉄分とに分離し、分離された鉄分を製銑または製鋼用の鉄原料としてリサイクルする方法が開示されている。

特許文献２には、風砕された製鋼スラグを磁力選別して磁着スラグ塊と、非磁着スラグ塊とに分離して磁着スラグ塊を回収し、さらに、非磁着スラグ塊を粉砕し、磁力選別して磁着スラグ粉と非磁着スラグ粉に分離して磁着スラグ粉を回収する製鋼スラグの鉄を回収する方法が開示されている。

特許文献３には、粉砕したスラグに段階的に磁場強度を変化させた磁力を付与することで、スラグに含まれるＦｅ、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４を段階的に分離する方法が開示されている。

特許第３２３８２２７号公報 特許第４７６７４０６号公報 特許第５６５６１７２号公報

特許文献１では、製鋼スラグを磁着物と非磁着物とに磁力選別して、磁着物を鉄原料として製銑・製鋼工程で再利用し、非磁着物を路盤材に再利用している。しかしながら、磁力選別において選別された磁着物には相当量のスラグ分が含まれ、非磁着物には相当量の鉄分が含まれる。１回の磁力選別では、磁着物のスラグ分を少なくしつつ非磁着物の鉄分を少なくできないので、例えば、非磁着側の鉄が利用されないなど、製鋼スラグを適切に再利用できないという課題があった。

特許文献２および特許文献３では、磁場強度を変えて、複数回磁力選別をしている。これにより、磁着物に含まれるスラグ分を少なくしつつ非磁着物の鉄分を少なくできる。このため、製鋼スラグを鉄分の含有率ごとに選別し、当該製鋼スラグを適切に再利用できる可能性はある。しかしながら、磁力選別する回数を増やすと、増やした分の磁力選別工程が必要になるので、製鋼スラグを選別する設備コストは高くなり、選別工程が複雑になるという課題があった。

本発明の目的は、このような従来技術が抱える課題を鑑みてなされたものであり、磁力選別工程の増加を抑制しながら、鉄鋼スラグを鉄分の含有率ごとに３種以上に選別できる鉄鋼スラグの選別方法を提供することにある。また、さらなる目的としては、当該鉄鋼スラグの選別方法で選別された鉄鋼スラグの再利用方法および当該鉄鋼スラグの選別方法で選別された鉄鋼スラグを製銑工程または製鋼工程の製鉄用原料とする製鉄用原料の製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）鉄鋼スラグを破砕してスラグ破砕物にする破砕工程と、前記スラグ破砕物を磁力選別によって第一磁着物と第一非磁着物とに選別する第一磁力選別工程と、前記第一磁着物を粗粒と細粒とに篩分けする分級工程と、前記細粒を磁力選別によって第二磁着物と第二非磁着物とに選別する第二磁力選別工程と、を有する鉄鋼スラグの選別方法であって、前記スラグ破砕物、前記第一磁着物および前記細粒の少なくとも１つを乾燥させる乾燥工程をさらに有する、鉄鋼スラグの選別方法。
（２）前記乾燥工程では、前記第一磁着物および前記細粒の少なくとも１つを乾燥させる、（１）に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
（３）鉄鋼スラグを破砕してスラグ破砕物にする破砕工程と、前記スラグ破砕物を粗粒と細粒とに篩分けする分級工程と、前記粗粒を磁力選別によって第一磁着物と第一非磁着物とに選別する第一磁力選別工程と、前記細粒を磁力選別し第二磁着物と第二非磁着物とに選別する第二磁力選別工程と、を有する鉄鋼スラグの選別方法であって、前記スラグ破砕物および前記細粒の少なくとも１つを乾燥させる乾燥工程をさらに有する、鉄鋼スラグの選別方法。
（４）前記乾燥工程では、前記細粒を乾燥させる、（１）または（３）に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
（５）前記乾燥工程では、前記細粒の水分量が１質量％以下になるまで乾燥させる、（４）に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
（６）前記第一磁力選別工程は、１０００ガウス以上３０００ガウス以下の範囲内の磁場強度で磁力選別する、（１）から（５）の何れか１つに記載の鉄鋼スラグの選別方法。
（７）前記第二磁力選別工程の磁場強度は前記第一磁力選別工程の磁場強度よりも低い（１）から（６）の何れか１つに記載の鉄鋼スラグの選別方法。
（８）前記第二磁力選別工程は、３００ガウス以上２０００ガウス以下の範囲内の磁場強度で磁力選別する（７）に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
（９）（１）から（８）のいずれか１つに記載の鉄鋼スラグの選別方法を用いて選別された鉄鋼スラグを製銑工程または製鋼工程で利用する、鉄鋼スラグの再利用方法。
（１０）（１）から（８）のいずれか１つに記載の鉄鋼スラグの選別方法を用いて選別された鉄鋼スラグを製銑工程または製鋼工程の製鉄用原料とする、製鉄用原料の製造方法。

本発明の鉄鋼スラグの選別方法は、磁力選別工程、分級工程および乾燥工程を併用する。これにより、磁力選別工程の増加を抑制しながら、鉄分の含有率ごとに鉄鋼スラグを３種以上に効率よく選別できる。そして、このように鉄鋼スラグを鉄分の含有率ごとに３種以上に選別することで、選別された鉄鋼スラグをそれぞれに適した再利用方法で再利用できる。

本実施形態に係る鉄鋼スラグの選別方法の処理フローの一例を示す。 本実施形態に係る鉄鋼スラグの選別方法の処理フローの他の例を示す。 実施例１における鉄鋼スラグの選別方法の処理フローおよびマテリアルフローを示す。 参考例１における鉄鋼スラグの選別方法の処理フローおよびマテリアルフローを示す。 実施例２における鉄鋼スラグの選別方法の処理フローおよびマテリアルフローを示す。

製鉄工場における製銑工程または製鋼工程で発生する鉄鋼スラグに存在する金属鉄（以下、鉄ともいう）は、スラグに比べて強度が高い。このため、鉄鋼スラグを破砕した場合に、鉄鋼スラグに存在する鉄は破砕されず、もっぱらスラグが破砕される。すなわち、鉄鋼スラグを破砕すると、スラグは破砕されて細粒になる一方で鉄は破砕されないので、細粒の鉄濃度は低く、粗粒の鉄濃度は高い。このため、破砕後の鉄鋼スラグを、分級工程を用いて細粒と粗粒とに篩分けすれば、粗粒である鉄分の含有率の高い製鋼スラグと、細粒である鉄分含有率の低い製鋼スラグとに選別できる。

また、磁力選別工程では磁石ロールとロールを回す回転駆動系が必要であるのに対して、分級工程では篩と振動機を設置するだけでよく、磁力選別工程よりも装置構成が簡易であり、その工程自体も容易である。このため、鉄鋼スラグを、鉄分の含有率ごとに３種以上に選別する場合に、分級工程を磁力選別工程に組み合せることで、装置構成が複雑である磁力選別工程の増加を抑制できる。また、分級工程により粒径を揃えることで磁力選別の精度も向上する。

さらに、乾燥工程を追加してスラグ破砕物を乾燥させることで、磁力選別工程における水付着力の影響を少なくでき、磁力選別の精度をさらに向上できる。また、水分濃度が高い鉄原料は製鋼工程に利用できないところ、乾燥工程によって乾燥された鉄原料は価値の高い製鋼工程の鉄原料として再利用できるようになる。ここで、磁力選別の精度が高いとは、鉄分と鉄分以外のスラグ分に関する総合分離効率が高いことを意味する。また、総合分離効率とは、回収対象となる物質である鉄分の回収率から回収側に混入したスラグ成分の混入率を減じたものを意味する。

このように、磁力選別工程、分級工程および乾燥工程を組み合わせて鉄鋼スラグを選別することで、装置構成が複雑な磁力選別工程を増やすことなく、鉄分の含有率ごとに鉄鋼スラグを３種類以上に選別でき、鉄分の含有率の高い乾燥された鉄鋼スラグを価値の高い製鋼工程の鉄原料に再利用できることを見出して本発明を完成させた。以下に、本発明を発明の実施形態を通じて説明する。

図１は、本実施形態に係る鉄鋼スラグの選別方法の処理フローの一例を示す。図１に示した鉄鋼スラグの選別方法の処理フローは、破砕装置２０による破砕工程と、ドラム型磁力選別装置３０による第一磁力選別工程と、分級装置４０による分級工程と、ロータリー型乾燥装置５０による乾燥工程と、ベルト型磁力選別装置６０による第二磁力選別工程と、から構成される。鉄鋼スラグとして製鉄工場１０における製鋼工程で発生した製鋼スラグを用い、当該製鋼スラグを鉄分の含有率ごとに４種に選別するとして、本実施形態に係る鉄鋼スラグの選別方法の処理フローを説明する。

製鉄工場１０の製鋼工程で発生した製鋼スラグは、回収された後に冷却されてスラグ塊２２にされる。スラグ塊２２は、破砕工程で破砕される。

破砕工程において、スラグ塊２２は、破砕装置２０によって破砕されてスラグ破砕物２４にされる。破砕装置２０としては、例えば、ジョークラッシャー、コーンクラッシャー、ハンマークラッシャーまたはインパクトクラッシャーを用いてよい。なお、破砕工程におけるスラグ塊２２の破砕は、上記破砕装置２０に限られず、ボールミルまたはロッドミルといった粉砕装置を用いてもよい。

破砕工程におけるスラグ破砕物２４の粒径は、１ｍｍ以上１００ｍｍ未満であればよいが、後に説明する第二磁力選別工程での磁力選別を考慮するとスラグ破砕物２４の粒径を１ｍｍ以上３０ｍｍ未満にすることが好ましい。さらに、スラグ破砕物２４の粒径を、製鋼スラグに含まれる鉄の最大粒径に対応して定めてもよい。例えば、製鋼スラグに含まれる鉄の最大粒径がａ（ｍｍ）である場合に、スラグ破砕物２４の粒径をａ×１／２（ｍｍ）以下としてもよい。

なお、本実施形態における粒径とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１に準拠した公称目開きの篩を用いて篩分けされた粒径であり、例えば、粒径１ｍｍ以上とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１に準拠した公称目開き１ｍｍの篩を用いて篩上に篩分けされる粒径を意味し、１ｍｍ未満とは公称目開き１ｍｍの篩を用いて篩下に篩分けされる粒径を意味する。

破砕工程で破砕されたスラグ破砕物２４は、第一磁力選別工程で磁力選別される。第一磁力選別工程は、回転するドラム３２と、磁石３４とを備えるドラム型磁力選別装置３０を用いて実行される。この第一磁力選別工程は、鉄分をほとんど含まないスラグ破砕物２４を分離することを目的として実行される。そのため、例えば、スラグ破砕物２４の粒径が３０ｍｍ以下である場合においては、２５００ガウスの磁場強度で磁力選別される。これにより、鉄分の含有率の高い第一磁着物３６と、鉄分の含有率の低い、例えば、鉄分の含有率が５質量％以下の第一非磁着物３８とに選別できる。

なお、スラグ破砕物２４の粒径が３０ｍｍ以下である場合においては、第一磁力選別工程における磁場強度は、１０００ガウス以上３０００ガウス以下の範囲内にすることが好ましい。これにより、スラグ破砕物２４を鉄分の含有率の高い第一磁着物３６と、鉄分をほとんど含まない第一非磁着物３８とに選別できる。

第一磁力選別工程における磁場強度を１０００ガウスよりも低くすると、鉄分を含有するスラグ破砕物２４の多くを磁着できなくなり、鉄をほとんど含まないスラグ破砕物２４を分離する目的が失われるので好ましくない。また、第一磁力選別工程における磁場強度を３０００ガウスより大きくすると、第一非磁着物３８の量が非常に少なくなり、磁力選別する意味がなくなるので好ましくない。なお、スラグ破砕物２４の粒径が３０ｍｍ未満に粉砕された場合においては、第一磁力選別工程における磁場強度を１５００ガウス以上２５００ガウス以下の範囲内にすることがより好ましい。また、本実施形態では、第一磁力選別工程としてドラム型磁力選別装置３０を用いた例を示したがこれに限らず、ベルト吊り上げ式の磁力選別装置を用いてもよい。但し、ドラム型磁力選別装置は、ベルト吊り上げ式の磁力選別装置よりも磁着物の取りこぼしが少ない。このため、第一磁着物３６の取りこぼしを防ぐ目的で、第一磁力選別工程ではドラム型磁力選別装置を用いることが好ましい。

第一磁着物３６は、分級工程で篩分けされる。一方、第一非磁着物３８は、鉄分をほとんど含まないので、土工原料として再利用することが好ましい。

分級工程では、振動篩４２を備える分級装置４０を用いて、第一磁着物３６を、細粒４４と粗粒４６とに篩分けする。製鋼スラグに存在する鉄分は、スラグに比べて強度が高い。このため、製鋼スラグを破砕した場合に、製鋼スラグに含まれる鉄分は破砕されず、もっぱらスラグ分が破砕される。そのため、細粒４４の鉄分の含有率は低く、粗粒４６の鉄分の含有率は高い。このため、第一磁着物３６を、分級工程を用いて細粒４４と粗粒４６とに篩分けすることによって、第一磁着物３６を鉄分の含有率が低い細粒４４と鉄分の含有率が高い粗粒４６とに選別できる。粗粒４６は、乾燥されていないものの鉄分の含有率が高く水分濃度が低いので、製鋼工程の鉄原料として再利用することが好ましい。

細粒４４は、乾燥工程で乾燥される。乾燥工程は、ロータリー型乾燥装置５０を用いて実施される。ロータリー型乾燥装置５０は、不図示の撹拌板を備えたドラム５２を有する。製鉄所の廃熱を利用して生成された熱風５４をドラム５２内に導入しながら、細粒４４をドラム５２の一方の端から他方の端へ搬送することで細粒４４に含まれる水分が除去される。このように、細粒４４の水分を除去することで、水分による細粒４４の付着力が低減するので、次工程の第２磁力選別工程における磁力選別の精度を向上できる。

また、製鋼スラグの水分濃度は、通常５質量％程度であって水分濃度が高いので、製鋼スラグを製鋼工程の原料として再利用することができず、水分濃度が問題にならない製銑工程における焼結鉱の原料として再利用していた。焼結鉱の原料として再利用されると、原料中の金属鉄が焼結工程で酸化鉄となり、当該酸化鉄を再び還元して金属鉄にするためにコークスを消費するので、環境に対する負荷が高くなる。これに対し、乾燥工程で水分を除去することで、鉄分の含有率の高い製鋼スラグを製鋼工程における鉄原料として再利用できるようになる。製鋼工程で再利用するには、細粒４４の水分濃度を１質量％以下になるまで乾燥させることが好ましい。

なお、本実施形態では、乾燥工程としてロータリー型乾燥装置５０を用いた例を示したがこれに限らず、バンドコンベア型乾燥機を用いてもよい。但し、ロータリー型乾燥機の方がバンドコンベア型乾燥機よりも構成が簡易で操作も容易であることからロータリー型乾燥機を用いることが好ましい。

乾燥された細粒４４は、第二磁力選別工程で磁力選別される。第二磁力選別工程は、回転するベルト６２と磁石６４とを備えるベルト型磁力選別装置６０を用いて実行される。この第二磁力選別工程は、鉄分の含有率の高い細粒４４と、鉄分の含有率の低い細粒４４とを分離する目的で実行される。細粒４４は、第一磁着物から篩分けされたものであり２０〜３０質量％程度の鉄分を含有しているので、第一磁力選別工程と同じ磁場強度で磁力選別すると全てが磁着物になり選別できない。このため、例えば、目開き径が１０ｍｍの篩で分級された細粒４４の第二磁力選別工程では、第一磁力選別工程よりも低い磁場強度であって、例えば、１０００ガウスの磁場強度で磁力選別される。これにより、鉄分の含有率の高い細粒４４である第二磁着物６６と鉄分の含有率の低い細粒４４である第二非磁着物６８とに選別できる。なお、第二磁力選別工程としてベルト型磁力選別装置６０を用いた例を示したが、ドラム型磁力選別装置もしくはベルト吊り上げ式の磁力選別装置を用いてもよい。但し、ドラム型磁力選別装置は、ベルト吊り上げ式の磁力選別装置よりも磁力選別の精度が高いので、高精度な磁力選別を行なう目的で、第二磁力選別工程ではベルト型磁力選別装置を用いることが好ましい。

例えば、目開き径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の篩で分級された細粒の第二磁力選別工程における磁場強度は、第一磁力選別工程よりも低い磁場強度であって、３００ガウス以上２０００ガウス以下の範囲内にすることが好ましい。第二磁力選別工程における磁場強度を３００ガウスよりも低くすると、鉄分の含有率の低い第二非磁着物６８の鉄分の含有率を高めることになり好ましくない。また、第二磁力選別工程における磁場強度を２０００ガウスより大きくすると、鉄分の含有率の高い第二磁着物６６の鉄分の含有率を下げることになり好ましくない。なお、目開き径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の篩で分級された細粒の二次選別工程における磁場強度は、５００ガウス以上１５００ガウス以下の範囲内にすることがより好ましい。

第二磁力選別工程において選別された第二磁着物６６は、乾燥工程で乾燥されているので、製鋼工程における鉄原料として再利用することが好ましい。また、第二非磁着物６８は、スラグ原料となるカルシウム源を多く含み、乾燥工程で乾燥されているので、第二非磁着物６８は、製鋼工程における副原料として再利用することが好ましい。

以上、説明したように図１に示した鉄鋼スラグの選別方法を用いることで、製鋼スラグを鉄分の含有率が高い順に、粗粒４６と、第二磁着物６６と、第二非磁着物６８と、第一非磁着物３８とに選別できる。また、磁力選別工程を用いて製鋼スラグを鉄分の含有率ごとに４種に選別するには、少なくとも３つの磁力選別工程が必要になる所、図１に示した鉄鋼スラグの選別方法では、２つの磁力選別工程と１つの分級工程で選別できる。このように、図１に示した鉄鋼スラグの選別方法を用いることで、磁力選別工程の増加を抑制しながら製鋼スラグを鉄分の含有率ごとに４種類に選別でき、選別された製鋼スラグをそれぞれに適した再利用方法で再利用できる。

また、図１に示した製鋼スラグの選別方法を用いることで、分級工程で篩下に分級された細粒４４を乾燥させることができる。これにより、細粒４４の水付着力を軽減させることができ、第二磁力選別工程における磁力選別の精度を向上できるとともに、第二磁力選別工程で選別された第二磁着物６６を価値の高い製鋼工程の鉄原料として再利用できる。

なお、図１に示した例において、乾燥工程を分級工程と第二磁力選別工程の間に設けて、分級工程で篩下に篩分けされた細粒４４を乾燥させる例を示したが、これに限らない。乾燥工程は、少なくとも第二磁力選別工程よりも上流側に設け、スラグ破砕物２４、第一磁着物３６および細粒４４の少なくとも１つを乾燥させればよい。これにより、細粒４４の水付着力を軽減させることができ、第二磁力選別工程における磁力選別の精度を向上できるとともに、第二磁力選別工程で選別された第二磁着物６６を価値の高い製鋼工程の鉄原料として再利用できる。

但し、スラグ破砕物２４は、乾燥させる必要がない土木原料として再利用される第一非磁着物３８を含む。また、第一磁力選別工程は、磁場強度が高いので水付着力が磁力選別に与える影響が小さい。このため、第一磁力選別工程で選別されるスラグ破砕物２４を乾燥させても、第一磁力選別工程における磁力選別の精度の向上に寄与しない。このため、乾燥工程を、第一磁力選別工程と、第二磁力選別工程の間に設け、第一磁着物３６および細粒４４を乾燥させることがより好ましい。これにより、乾燥工程で乾燥する対象から乾燥させる必要がない土木原料として再利用される第一非磁着物３８を除くことができ、乾燥工程の省エネルギーが実現できる。

また、分級工程で篩分けされた細粒４４は水分濃度が高く、粗粒４６は水分濃度が低い。粗粒４６は、粒が大きいので昇温させるのに多大な熱量を要するところ、細粒４４は粒が小さいので昇温させるための熱量が少ない。このように、細粒４４は水分濃度が高く、且つ、粒自体を昇温させるための熱量が少ないので、乾燥効率は、粗粒４６よりも細粒４４の方が高い。このため、乾燥工程を分級工程と第二磁力選別工程との間に設け、乾燥効率の悪い粗粒４６を除いた細粒４４を乾燥工程で乾燥させることがより好ましい。これにより、さらなる乾燥工程の省エネルギーが実現できる。

図２は、本実施形態に係る鉄鋼スラグの選別方法の処理フローの他の例を示す。当該処理フローは、破砕装置２０による破砕工程と、分級装置４０による分級工程と、ドラム型磁力選別装置３０による第一磁力選別工程と、ロータリー型乾燥装置５０による乾燥工程と、ベルト型磁力選別装置６０による第二磁力選別工程と、から構成される。鉄鋼スラグとして製鉄工場１０における製鋼工程で発生した製鋼スラグを用い、当該製鋼スラグを鉄分の含有率ごとに４種に選別するとして、本実施形態に係る鉄鋼スラグの選別方法の処理フローの他の例について説明する。

製鉄工場１０の製鋼工程から発生した製鋼スラグは、回収された後に冷却されてスラグ塊２２にされる。スラグ塊２２は、破砕工程で破砕される。なお、破砕工程は、図１に示した破砕工程と同じである。

破砕工程で破砕されたスラグ破砕物２４は、次の分級工程で篩分けされる。分級工程では、分級装置４０を用いて、スラグ破砕物２４を、粗粒７０と細粒７２とに篩分けする。分級工程で使用する篩いの目開き径は、図１における分級工程と同様に定めてよい。

分級工程で選別された粗粒７０は、次の第一磁力選別工程で磁力選別される。第一磁力選別工程は、ドラム型磁力選別装置３０を用いて実行される。第一磁力選別工程は、鉄分をほとんど含まない粗粒７０を分離することを目的として実行される。そのため、例えば、スラグ破砕物２４の粒径が５ｍｍ以下である場合においては、１５００ガウスの磁場強度で磁力選別される。なお、図２に示した選別方法においても、破砕工程においてスラグ破砕物２４の粒径が３０ｍｍ以下に粉砕された場合においては、第一磁力選別工程における磁場強度は、１０００ガウス以上３０００ガウス以下の範囲内にすることが好ましい。これにより、粗粒７０を鉄分の含有率の高い第一磁着物８０と、鉄分の含有率の低い第一非磁着物８２とに選別できる。

第一磁力選別工程における磁場強度を１０００ガウスよりも低くすると、鉄分の含有率の高い粗粒７０の多くを磁着できなくなり、鉄分をほとんど含まない粗粒７０を分離する目的が失われるので好ましくない。また、第一磁力選別工程における磁場強度を３０００ガウスより大きくすると、第一非磁着物８２の量が非常に少なくなり、磁力選別する意味がなくなるので好ましくない。なお、破砕工程においてスラグ破砕物２４の粒径が３０ｍｍ以下に粉砕された場合においては、第一磁力選別工程における磁場強度を１５００ガウス以上２５００ガウス以下の範囲内にすることがより好ましい。

第一磁力選別工程で選別された第一磁着物８０は、乾燥されていないものの鉄分の含有率が高く水分濃度が低いので、製鋼工程の鉄原料として再利用することが好ましい。一方、第一磁力選別工程で選別された第一非磁着物８２は、鉄分をほとんど含まないので、土工原料として再利用することが好ましい。

分級工程で選別された細粒７２は、次の乾燥工程で乾燥される。乾燥工程は、ロータリー型乾燥装置５０を用いて実施される。乾燥工程における細粒７２の乾燥処理は、図１で示した処理と同じである。細粒７２の水分を除去することで、水分による細粒７２の付着力が低減するので、次工程の第２磁力選別工程における磁力選別の精度を向上できる。また、乾燥工程で、細粒７２の水分を除去することで、鉄分の含有率の高い製鋼スラグを製鋼工程の鉄原料として再利用できるようになる。

乾燥された細粒７２は、第二磁力選別工程で磁力選別される。第二磁力選別工程は、ベルト型磁力選別装置６０を用いて実行される。この第二磁力選別工程は、鉄分の含有率の高い細粒７２と、鉄分の含有率の低い細粒７２とを分離する目的で実行される。そのため、例えば、目開き径が１ｍｍの篩で分級された細粒の第二磁力選別工程では、第一磁力選別工程よりも低い磁場強度であって、例えば、１５００ガウスの磁場強度で磁力選別される。これにより鉄分の含有率の高い第二磁着物９０と、鉄分の含有率の低い第二非磁着物９２とに分離できる。

例えば、目開き径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の篩で分級された細粒７２の第二磁力選別工程における磁場強度は、第一磁力選別工程よりも低い磁場強度であって、３００ガウス以上２０００ガウス以下の範囲内にすることが好ましい。第二磁力選別工程における磁場強度を３００ガウスよりも低くすると、鉄分の含有率の低い第二非磁着物９２の鉄分の含有率を高めることになり好ましくない。また、第二磁力選別工程における磁場強度を２０００ガウスより大きくすると、鉄分の含有率の高い第二磁着物９０の鉄分の含有率を下げることになり好ましくない。なお、目開き径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の篩で分級された細粒７２の第二磁力選別工程における磁場強度は、５００ガウス以上１５００ガウス以下の範囲内にすることがより好ましい。

第二磁力選別工程で選別された第二磁着物９０は、乾燥工程で乾燥されているので、製鋼工程における鉄原料として再利用することが好ましい。一方、第二磁力選別工程で選別された第二非磁着物９２は、スラグ原料となるカルシウム源を多く含み、乾燥工程で乾燥されているので、製鋼工程における副原料として再利用することが好ましい。

以上、説明したように図２に示した鉄鋼スラグの選別方法においても、２つの磁力選別工程と１つの分級工程を用いて、製鋼スラグを鉄分の含有率が高い順に、第一磁着物８０と、第二磁着物９０と、第二非磁着物９２と、第一非磁着物８２とに選別できる。このように、図２に示した鉄鋼スラグの選別方法を用いることで、磁力選別工程の増加を抑制しながら製鋼スラグを鉄分の含有率ごとに４種類に選別でき、選別された製鋼スラグをそれぞれに適した再利用方法で再利用できる。

また、図２に示した製鋼スラグの選別方法を用いることで、分級工程で篩下に分級された細粒７２を乾燥させることができる。これにより、細粒の水付着力を軽減させることができ、第二磁力選別工程における磁力選別の精度を向上できるとともに、第二磁力選別工程で選別された第二磁着物９０を価値の高い製鋼工程の鉄原料として再利用できる。

なお、図２に示した例において、乾燥工程を分級工程と第二磁力選別工程の間に設け、分級工程で篩下に篩分けされた細粒を乾燥させる例を示したが、これに限らない。乾燥工程は、少なくとも第二磁力選別工程よりも上流側に設け、スラグ破砕物２４および細粒７２の少なくとも１つを乾燥させればよい。これにより、細粒７２の水付着力を軽減させることができ、第二磁力選別工程における磁力選別の精度を向上できるとともに、第二磁力選別工程で選別された第二磁着物９０を価値の高い製鋼工程の鉄原料として再利用できる。

但し、スラグ破砕物２４は、乾燥させる必要がない土木原料として再利用する第一非磁着物８２を含む。また、第一磁力選別工程は、磁場強度が高いので水付着力の影響が小さい。このため、第一磁力選別工程で選別される粗粒７０を含むスラグ破砕物２４を乾燥させても、第一磁力選別工程における磁力選別の精度は向上しない。このため、乾燥工程は、分級工程と第二磁力選別工程の間に設け、細粒７２を乾燥させることがより好ましい。これにより、乾燥工程の省エネルギーが実現できる。

また、図１および図２に示した例において、第一磁力選別工程、第二磁力選別工程、分級工程および乾燥工程を設けて、鉄鋼スラグを鉄分の含有率ごとに４種類に選別する例を示したがこれに限られない。例えば、第一磁力選別工程、分級工程および乾燥工程を設けて３種類に選別してもよく、さらに磁力選別工程または分級工程を加えて、鉄鋼スラグを鉄分の含有率ごとに５種類以上に選別してもよい。少なくとも１つの磁力選別工程、分級工程および乾燥工程を有すれば、磁力選別工程の増加を抑制しながら製鋼スラグを３種以上に選別でき、選別された製鋼スラグをそれぞれに適した再利用方法で再利用できる。

また、本実施形態において、鉄鋼スラグとして製鋼工程で発生する製鋼スラグを再利用する例を示したがこれに限られない。鉄鋼スラグとして、例えば、製銑工程で発生する高炉スラグを用いてもよく、電気炉を用いた製鋼工程で発生する電気炉スラグを用いてもよい。

図３は、実施例１における鉄鋼スラグの選別方法の処理フローおよびマテリアルフローを示す。実施例１に示した鉄鋼スラグの選別方法は、図１に示した処理フローに対応し、脱炭精錬において発生した脱炭スラグに対して破砕工程と、第一磁力選別工程と、分級工程と、乾燥工程と、第二磁力選別工程とを順に実行する。

まず、脱炭精錬において発生した鉄分の含有率２６．５質量％の脱炭スラグ１０００ｋｇを、冷却してスラグ塊にした。次に、ジョークラッシャーを用いてスラグ塊にされた脱炭スラグを破砕（破砕工程）して、粒径３０ｍｍ以下のスラグ破砕物にした。

次に、磁場強度１５００ガウスのドラム型磁力選別装置を用いてスラグ破砕物を磁力選別（第一磁力選別工程）した。これにより、スラグ破砕物を磁着物４６３ｋｇと非磁着物５２８ｋｇとに選別できた。非磁着物の鉄分の含有率は３．２質量％であった。非磁着物は、鉄をほとんど含まないので、土工原料として再利用した。

次に、目開き径が１０ｍｍの篩を備えた分級装置を用いて第一磁力選別工程において選別された磁着物を篩分け（分級工程）した。これにより、磁着物を篩上の粗粒７２ｋｇと篩下の細粒３８９ｋｇとに篩分けできた。粗粒の鉄分の含有率は、８３．７質量％であった。粗粒は、鉄分の含有率が高く水分濃度が低いので、製鋼工程の鉄原料として再利用した。

次に、ロータリー型乾燥機を用いて細粒の水分濃度が１質量％以下になるまで乾燥（乾燥工程）させた。乾燥させた細粒を磁場強度５００ガウスのベルト型磁力選別装置を用いて磁力選別（第二磁力選別工程）した。これにより、細粒を、磁着物１７５ｋｇと非磁着物２１４ｋｇとに選別できた。磁着物の鉄分の含有率は、７３．０質量％であった。磁着物は、乾燥工程で乾燥されているので、製鋼工程における鉄原料として再利用した。また、非磁着物の鉄分の含有率は、２２．３質量％であった。非磁着物は、カルシウム源を多く含むので、製鋼工程における副原料として再利用した。

なお、本実施例では、粗粒および第二磁力選別工程における磁着物を価値の高い製鋼工程における鉄原料として再利用したが、製銑工程における鉄原料としても再利用することもできる。但し、上述したように、製銑工程における鉄原料として再利用すると、環境に対する負荷が高くなるので、製鋼工程における鉄原料として再利用することが好ましい。

このように、実施例１に示した製鉄スラグの選別方法を実施することで、２つの磁力選別工程と１つの分級工程とで、脱炭スラグを鉄分の含有率ごとに４種類に選別できることが確認された。そして、鉄分の含有率に応じて４種類に選別することで、鉄分の含有率に応じた適切な再利用方法で、脱炭スラグを製鋼工程または製銑工程の製鉄用原料として再利用できた。このように選別することで脱炭スラグを製鋼工程または製銑工程の製鉄用原料にできるので、脱炭スラグから製鋼工程または製銑工程の製鉄用原料を製造できるといえる。

参考例１

図４は、参考例１における鉄鋼スラグの選別方法の処理フローおよびマテリアルフローを示す。参考例１に示した選別方法は、図１に示した鉄鋼スラグの選別方法に対して、乾燥工程が設けられていない点が異なる。参考例１の鉄鋼スラグの選別方法では、脱炭精錬において発生した脱炭スラグに対して破砕工程と、第一磁力選別工程と、分級工程と第二磁力選別工程とを順に実行する。なお、参考例１における、破砕工程、第一磁力選別工程および分級工程は、実施例１と同じなので説明を省略する。

磁場強度５００ガウスのベルト型磁力選別装置を用いて、分級工程で篩分けされた細粒を磁力選別（第二磁力選別工程）した。これにより、細粒を、磁着物１３４ｋｇと非磁着物２５５ｋｇとに選別できた。磁着物の鉄分の含有率は、７３．０質量％であった。磁着物は、乾燥されておらず水分濃度が高いので、製銑工程における焼結鉱の原料として再利用した。また、非磁着物の鉄分の含有率は、３５．８質量％であった。非磁着物も水分濃度が高かったが、乾燥させて製鋼工程における副原料として再利用した。

このように、乾燥工程を設けていない参考例１では、磁着物の質量が少なくなり、非磁着物の質量が増加するとともに非磁着物の鉄分の含有率が高くなっており、乾燥工程を設けて細粒を乾燥させることで、第二磁力選別工程の磁力選別の精度を向上できることがわかる。さらに、乾燥工程を設けて細粒を乾燥させることで、第二磁力選別工程で選別された磁着物を価値の高い製鋼工程の鉄原料として用いることができた。

図５は、実施例２における鉄鋼スラグの選別方法の処理フローおよびマテリアルフローを示す。実施例２に示した鉄鋼スラグの選別方法は、図２に示した再処理方法に対応し、脱硫精錬において発生した脱硫スラグに対して破砕工程と、分級工程と、第一磁力選別工程と、乾燥工程と、第二磁力選別工程とを順に実行する。

まず、脱硫精錬において発生した鉄分の含有率３６．７質量％の脱硫スラグ１０００ｋｇを冷却してスラグ塊にした。次に、ロッドミルを用いてスラグ塊とされた脱硫スラグを破砕（破砕工程）して、粒径５ｍｍ以下のスラグ破砕物にした。

次に、目開き径が１ｍｍの篩を備えた分級装置を用いてスラグ破砕物を篩分け（分級工程）した。これにより、スラグ破砕物を、篩上の粗粒１５７ｋｇと篩下の細粒８４３ｋｇとに篩分けできた。次に、磁場強度２５００ガウスのドラム型磁力選別装置を用いて、粗粒を磁着選別（第一磁力選別工程）した。これにより、粗粒を、１３３ｋｇの磁着物と２４ｋｇの非磁着物とに選別できた。磁着物の鉄分の含有率は、９３．４質量％であった。磁着物は乾燥されていないが、粗粒側の磁着物は鉄分の含有率が高く水分濃度が低いので、製鋼工程における鉄原料として再利用した。また、非磁着物の鉄分の含有率は、１５．２質量％であった。非磁着物は、鉄をほとんど含まないので土工原料として再利用した。

次に、ロータリー型乾燥機を用いて水分濃度が１質量％以下になるまで細粒を乾燥（乾燥工程）した。乾燥させた細粒を磁場強度１５００ガウスのベルト型磁力選別装置を用いて磁力選別（第二磁力選別工程）した。これにより、細粒を、２７８ｋｇの磁着物と５６５ｋｇの非磁着物に選別できた。磁着物の鉄分の含有率は、７２．５質量％であった。磁着物は、乾燥工程で乾燥されているので、製鋼工程における鉄原料として再利用した。また、非磁着物の鉄分の含有率は、６．７質量％であった。非磁着物は、カルシウム源を多く含むので、製鋼工程における副原料として再利用した。

なお、本実施例では、粗粒側の磁着物および細粒側の磁着物を価値の高い製鋼工程における鉄原料として再利用したが、製銑工程における鉄原料としても再利用することもできる。但し、上述したように、製銑工程における鉄原料として再利用すると、環境に対する負荷が高くなるので、製鋼工程における鉄原料として再利用することが好ましい。

このように、実施例１同様に、実施例２に示した製鉄スラグの選別方法を実施することで２つの磁力選別工程と１つの分級工程とで、脱硫スラグを、鉄分の含有率を変えた４種類の脱硫スラグに選別できることが確認された。このように、鉄分の含有率を変えた４種類の脱硫スラグに選別することで、鉄分の含有率に応じた適切な再利用方法で、脱炭スラグを製鋼工程または製銑工程の製鉄用原料として再利用できた。このように選別することで脱硫スラグを製鋼工程または製銑工程の製鉄用原料にできるので、当該脱硫スラグから製鋼工程または製銑工程の製鉄用原料を製造できるといえる。

１０ 製鉄工場
２０ 破砕装置
２２ スラグ塊
２４ スラグ破砕物
３０ ドラム型磁力選別装置
３２ ドラム
３４ 磁石
３６ 第一磁着物
３８ 第一非磁着物
４０ 分級装置
４２ 振動篩
４４ 細粒
４６ 粗粒
５０ ロータリー乾燥装置
５２ ドラム
５４ 熱風
６０ ベルト型磁力選別装置
６２ ベルト
６４ 磁石
６６ 第二磁着物
６８ 第二非磁着物
７０ 粗粒
７２ 細粒
８０ 第一磁着物
８２ 第一非磁着物
９０ 第二磁着物
９２ 第二非磁着物

Claims (10)

1. 鉄鋼スラグを破砕してスラグ破砕物にする破砕工程と、
   前記スラグ破砕物を磁力選別によって第一磁着物と第一非磁着物とに選別する第一磁力選別工程と、
   前記第一磁着物を粗粒と細粒とに篩分けする分級工程と、
   前記細粒を磁力選別によって第二磁着物と第二非磁着物とに選別する第二磁力選別工程と、
   を有する鉄鋼スラグの選別方法であって、
   前記スラグ破砕物、前記第一磁着物および前記細粒の少なくとも１つを乾燥させる乾燥工程をさらに有し、
   前記磁力選別は２つの磁力選別工程により実施され、前記篩分けは１つの分級工程により実施される、鉄鋼スラグの選別方法。
2. 前記乾燥工程では、前記第一磁着物および前記細粒の少なくとも１つを乾燥させる、請求項１に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
3. 鉄鋼スラグを破砕してスラグ破砕物にする破砕工程と、
   前記スラグ破砕物を粗粒と細粒とに篩分けする分級工程と、
   前記粗粒を磁力選別によって第一磁着物と第一非磁着物とに選別する第一磁力選別工程と、
   前記細粒を磁力選別し第二磁着物と第二非磁着物とに選別する第二磁力選別工程と、
   を有する鉄鋼スラグの選別方法であって、
   前記スラグ破砕物および前記細粒の少なくとも１つを乾燥させる乾燥工程をさらに有し、
   前記篩分けは１つの分級工程により実施され、前記磁力選別は２つの磁力選別工程により実施される、鉄鋼スラグの選別方法。
4. 前記乾燥工程では、前記細粒を乾燥させる、請求項１または請求項３に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
5. 前記乾燥工程では、前記細粒の水分濃度が１質量％以下になるまで乾燥させる、請求項４に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
6. 前記第一磁力選別工程は、１０００ガウス以上３０００ガウス以下の範囲内の磁場強度で磁力選別する、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
7. 前記第二磁力選別工程の磁場強度は前記第一磁力選別工程の磁場強度よりも低い、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
8. 前記第二磁力選別工程は、３００ガウス以上２０００ガウス以下の範囲内の磁場強度で磁力選別する請求項７に記載の鉄鋼スラグの選別方法。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の鉄鋼スラグの選別方法を用いて選別された鉄鋼スラグを製銑工程または製鋼工程で利用する、鉄鋼スラグの再利用方法。
10. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の鉄鋼スラグの選別方法を用いて選別され
    た鉄鋼スラグを製銑工程または製鋼工程の製鉄用原料とする、製鉄用原料の製造方法。