JP6702293B2

JP6702293B2 - 鉄鋼スラグの処理方法

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Publication number: JP6702293B2
Application number: JP2017225839A
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Inventors: 佐々木　成人; 成人佐々木; 西名　慶晃; 慶晃西名
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Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: JP2018090477A

Description

本発明は、製鉄工程で発生した鉄鋼スラグをセメント原料などとして利材化するために、鉄鋼スラグを利材化に適した状態に処理するための処理方法に関する。

製鉄所の製鋼工場において、転炉や溶銑予備処理炉などの精錬炉から発生する製鋼スラグは、精錬プロセスによって脱炭スラグ、脱珪スラグ、脱硫スラグ、脱燐スラグなど様々な種類がある。通常、これらの製鋼スラグには２０〜５０質量％程度の金属鉄が含まれており、スラグをそのまま処分すると製鉄プロセスでの鉄歩留りが低下するため、スラグ分（Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌなど）と金属鉄に分離し、金属鉄を製銑や製鋼工程でリサイクルすることが行われており、従来、そのリサイクル方法に関して数多くの提案がなされている。

一方、金属鉄を分離したスラグには石灰が遊離した形（以下、遊離ＣａＯという）で残存しており、そのまま道路用材や土木用材に利用した場合には、遊離ＣａＯの水酸化により膨張が起こる問題がある。そこで、一般には製鋼スラグを自然冷却し、破砕した後に屋外で山積みするか、人為的に水蒸気と接触させることで遊離ＣａＯを安定化させるエージング処理が行われている。しかし、このエージング処理は非常に長い処理時間を要することがあり、また製鉄所内に広いスペースが必要となる。また、製鋼スラグの多くは微粉を多く含んでおり、そのままでは路盤材としてほとんど利用することができない。

製鋼スラグのリサイクル方法として、特許文献１、２には、脱硫スラグを溶銑脱硫材としてリサイクルする方法が提案されている。しかし、これらの方法は、遊離ＣａＯのリサイクルとなるが、Ｓもリサイクルすることになるため、リサイクル回数に限界があるという問題がある。
一方、特許文献３には、製鋼スラグをセメント原料として利材化するための処理方法が提案されている。この処理方法は、製鋼スラグを処理ヤードで散水冷却してから、スラグの大きい塊を破砕して地金を除去した後、スラグを一旦積み付け、スラグに含有されたＣａＯの反応熱により水分を１０重量％以下にしてからスラグを破砕し、このスラグに含まれる金属鉄（粒鉄）を選別して除去するものである。

特開昭６３−２１９５１４号公報特開２００７−２６２５１１号公報特開２００１−４８６０５号公報

金属鉄（粒鉄）が残存したスラグをセメント原料化した場合、金属鉄に起因した鉄さびが発生する懸念があるため、スラグ中の金属鉄残存率は極力低いことが望ましいが、特許文献３の実施例の記載をみると、製品スラグ中の金属鉄の残存率が８質量％程度もあり、高品質なセメント原料とはいえない。また、ＣａＯの含有量が多いスラグは粉末状で存在するため、搬送性能が低いなどハンドリング性に課題があるが、特許文献３では、そのようなスラグのハンドリング性についての課題を解決していない。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、製鉄工程で発生した鉄鋼スラグをセメント原料などとして利材化するために、鉄鋼スラグを利材化に適した状態に効率的に処理することができる処理方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、鉄鋼スラグをセメント原料などとして利材化するのに適した状態に効率的に処理することができる新たな処理方法を見出した。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して破砕する破砕工程（Ａ）と、
該破砕工程（Ａ）で破砕された鉄鋼スラグを篩分けする分級工程（Ｂ）と、
該分級工程（Ｂ）の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程（Ｃ）と、
該磁力選別工程（Ｃ）で分別された非磁着物を造粒する造粒工程（Ｄ）を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。

［2］製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して篩分けする分級工程（Ｂ）と、
該分級工程（Ｂ）の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程（Ｃ）と、
該磁力選別工程（Ｃ）で分別された非磁着物を造粒する造粒工程（Ｄ）を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
［3］上記［1］又は［2］の処理方法において、分級工程（Ｂ）では、鉄鋼スラグを篩目１〜１０ｍｍで篩分けすることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの処理方法において、磁力選別工程（Ｃ）では、磁力強度が１０００〜１５０００ガウスの磁力選別手段で磁力選別を行うことを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。

［5］上記［1］〜［4］のいずれかの処理方法において、磁力選別工程（Ｂ）で磁力選別される鉄鋼スラグは、水分含有量が３０質量％以下であることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの処理方法において、磁力選別工程（Ｂ）では、ベルトコンベアを構成する１つのプーリ（１）が磁場印加手段を内蔵するプーリ式磁力選別機であって、前記磁場印加手段がプーリ本体に対して独立して回転駆動する磁石ロール（２）からなり、該磁石ロール（２）は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極（３）を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極（３）が異なる極性を有する磁力選別機を用いて鉄鋼スラグを磁力選別することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。

［7］上記［6］の処理方法において、下記（1）式で定義される磁石ロール（２）の磁場変化周波数Ｆ（Ｈｚ）が１０〜５００Ｈｚであることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
Ｆ＝（ｘ・Ｐ）／６０ …（1）
ここでｘ：磁石ロール（２）の回転数（ｒｐｍ）
Ｐ：磁石ロール（２）が周方向で備える磁極数（但し、Ｎ極・Ｓ極のペアで１磁極とする）
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの処理方法において、造粒工程（Ｄ）で造粒される非磁着物は、粒径０．５ｍｍ以下の粒子の割合が７０質量％以上であることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。

［9］上記［1］〜［8］のいずれかの処理方法において、造粒工程（Ｄ）では、非磁着物を平均粒径５〜１５ｍｍの造粒物に造粒することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
［10］上記［1］〜［9］のいずれかの処理方法において、造粒工程（Ｄ）では、パン皿の表面に撥水性の表面処理が施された皿形造粒機を用いて非磁着物を造粒することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
［11］上記［10］の処理方法において、パン皿の表面処理がフッ素樹脂コーティングであることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
［12］上記［1］〜［11］のいずれかの処理方法において、鉄鋼スラグが製鋼スラグであることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
［13］上記［1］〜［12］のいずれかの処理方法により得られた造粒物をセメント原料として用いることを特徴とする鉄鋼スラグの利材化方法。
［14］上記［1］〜［12］のいずれかの処理方法によりセメント原料となる非磁着物の造粒物を得ることを特徴とするセメント原料の製造方法。

本発明によれば、鉄鋼スラグをセメント原料などとして利材化するに当たり、鉄鋼スラグを利材化に適した状態に効率的に処理することができる。すなわち、本発明法によって鉄鋼スラグを処理することにより、金属鉄濃度が低く且つ搬送性が良好であり、セメント原料などとして利材化が可能なスラグ材料（造粒物）を得ることができる。

本発明の一実施形態の処理フローを示す説明図本発明の磁力選別工程で用いるプーリ式磁力選別機の一実施形態とその使用状況を示す説明図本発明の磁力選別工程で用いるプーリ式磁力選別機の他の実施形態とその使用状況を示す説明図本発明の磁力選別工程で磁力選別される鉄鋼スラグの水分含有量と磁力選別工程で選別された非磁着物の金属鉄含有量との関係を示すグラフ本発明の一実施形態の処理フローと各工程での産物重量を示す説明図実施例２において、パン皿の表面にフッ素樹脂コーティングを施したパン型ペレタイザーと、そのようなコーティングを施さないパン型ペレタイザーをそれぞれ用いて非磁着物を造粒した場合において、所定時間造粒した後の原料（非磁着物）全投入量に対する粒径５ｍｍ以上の造粒物の質量比率を示すグラフ

本発明の一実施形態では、製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して破砕する破砕工程（Ａ）と、この破砕工程（Ａ）で破砕された鉄鋼スラグを篩分けする分級工程（Ｂ）と、この分級工程（Ｂ）の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程（Ｃ）と、この磁力選別工程（Ｃ）で分別された非磁着物を造粒する造粒工程（Ｄ）を有する。また、本発明の他の実施形態では、製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して篩分けする分級工程（Ｂ）と、この分級工程（Ｂ）の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程（Ｃ）と、この磁力選別工程（Ｃ）で分別された非磁着物を造粒する造粒工程（Ｄ）を有する。

図１は、本発明の一実施形態の処理フローを示しており、以下、この実施形態を例に本発明の詳細を説明する。この実施形態は、製鋼スラグを処理対象としたものである。
破砕工程（Ａ）では、精錬工程（製鋼工程）で発生した製鋼スラグ（スラグ塊）を所定の粒径に破砕処理する。破砕粒径は製鋼スラグの種類によっても異なるが、含まれている金属（主に金属鉄であるので、以下「金属鉄」という）の単体分離が十分に促進される粒径が好ましい。破砕粒径は、通常１〜１００ｍｍ程度であるが、破砕後の処理工程でより高精度な分離を行うためには１〜６ｍｍ程度とすることが好ましい。破砕機は、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、インパクトクラッシャー、ロールクラッシャーなどを用いることができ、また、ボールミル、ロッドミル等の粉砕機を用いてもよい。
なお、上述した本発明の他の実施形態では、製鉄工程で発生して回収された鉄鋼スラグは、破砕工程を経ることなく、分級工程（Ｂ）で下記のように篩分けされる。

分級工程（Ｂ）では、破砕工程（Ａ）で破砕された製鋼スラグを篩分けし、次工程で磁力選別を行う細粒の選別を行う。使用される篩目はスラグの種類にもよるが、本発明者らの調査によれば１〜１０ｍｍ程度が好ましく、１〜５ｍｍ程度がより好ましく、１〜２ｍｍ程度が特に好ましいことが分かった。篩目が１ｍｍ未満では、篩目が小さいため材料の目詰まりの発生が顕著となり、操業安定性が阻害されやすい。一方、１０ｍｍを超えると、後工程である磁力選別工程（Ｃ）において供給側の層厚を大きく設定する必要が生じるが、磁力選別において供給側の層厚を大きくすると、磁石との距離が離れてしまうため、非磁着物への金属鉄の混入量が増加しやすくなる。

分級装置としては、振動篩、回転式円筒篩、篩面が波状に振動する波動式スクリーン、ジャンピングスクリーンなどを用いることができる。この分級工程の篩上の製鋼スラグについては、再度破砕工程（Ａ）で処理を施し、分級処理を実施することが望ましい。破砕、分級工程を複数回実施する（繰り返し実施する）ことにより、スラグ中に含有されている金属鉄の単体分離をより精度良く行うことができる。このように破砕、分級工程を複数回実施した後に篩上となるものについては、金属鉄主体の塊であると判断してそのまま製鉄原料化することが好ましい。なお、破砕、分級工程を複数回実施する場合は、基本的に製鋼スラグをバッチ式に処理することになる。

磁力選別工程（Ｃ）では、分級工程（Ｂ）の篩下の製鋼スラグを磁力選別し、金属鉄を主体とする磁着物とスラグ分を主体とする非磁着物に分別する。磁力選別手段の磁力強度は、スラグの種類にもよるが、本発明者らの調査によれば１０００〜１５０００ガウス程度が好ましく、１０００〜３０００ガウス程度がより好ましく、１５００〜２５００ガウス程度が特に好ましいことが分かった。磁力強度が１０００ガウス未満では、非磁着物への金属鉄の混入量が増加し、磁着物側の回収歩留りが低下するとともに、非磁着物側の金属鉄濃度が増加してしまうため、非磁着物をリサイクル原料として利用する上で不利な条件となる。一方、磁力強度が１５０００ガウスを超えると、磁着物側への非磁着物の混入が顕著となり、磁着物側の金属鉄濃度が低下し、磁着物をリサイクル原料として利用する上で不利な条件となる。
磁力選別機としては、プーリ式（ドラム式）、ベルト吊り下げ式などを用いることができるが、ベルト吊り下げ式は、金属鉄間にスラグを巻き込みやすく、金属鉄の取りこぼしが多くなり、歩留りの低下を生じやすいので、金属鉄の取りこぼしを防ぐためにはプーリ式（ドラム式）の方が好ましい。

また、磁力選別機のなかでも、以下のような構造を有するプーリ式磁力選別機が特に好ましい。このプーリ式磁力選別機は、ベルトコンベアを構成するプーリの１つが磁場印加手段を内蔵した磁力選別機（当該プーリは「回転ドラム」と呼ばれることもある）であって、前記磁場印加手段がプーリ本体に対して独立して回転駆動する磁石ロールからなり、この磁石ロールは、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極が異なる極性を有するようにした磁力選別機である。
図２は、そのようなプーリ式磁力選別機の一実施形態とその使用状況を示す説明図である。図において、１０はプーリ式の磁力選別機、２０は磁力選別される鉄鋼スラグ（以下、単に「スラグａ」という）を磁力選別機１０に搬送するための搬送コンベア（ベルトコンベア）であり、磁力選別機１０は、搬送コンベア２０の上方に位置し、搬送コンベア２０で搬送されてきたスラグａから磁力により磁着物粒子を上方に吸引して分離する。

磁力選別機１０において、１は磁場印加手段を内蔵したコンベア始端部１１側のプーリ（ベルトガイドロール）、４はコンベア終端部１２側のプーリ（ベルトガイドロール）、５はコンベアベルトであり、このコンベアベルト５がプーリ１、４間に張設されることで、ベルトコンベアが構成される。なお、本実施形態では、プーリ１はプーリ４よりも大径に構成され、プーリ４の回転軸がプーリ１の回転軸よりも上方に位置することにより、コンベアベルト５の上面（プーリ１、４間の上部ベルト部分）はほぼ水平状となっている。

搬送コンベア２０において、２１はコンベアベルト、２２はコンベア始端部１３側のプーリ（ベルトガイドロール）、２３はコンベア終端部１４側のプーリ（ベルトガイドロール）であり、コンベアベルト２１がプーリ２２、２３間に張設されることで、ベルトコンベアが構成される。また、搬送コンベア２０の上方であって、コンベア始端部１３寄りの位置には、コンベアベルト２１上にスラグａを供給する供給装置２４が配置されている。
搬送コンベア２０と磁力選別機１０は、コンベアベルト２１、５の移動方向が逆向きであり、搬送コンベア２０のコンベア終端部１４の上方（真上）に磁力選別機１０のコンベア始端部１１が近接して位置している。

磁力選別機１０は、プーリ１、プーリ４のいずれが駆動ロールであってもよいが、通常、プーリ４が駆動ロール、プーリ１（プーリ本体６）が非駆動ロールとなる。プーリ１のプーリ本体６は、内部が中空のスリーブ体で構成され、回転可能に支持されている。
プーリ１のプーリ本体６の内側には、磁場印加手段である磁石ロール２が配置されている。この磁石ロール２は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極３（永久磁石）を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極３は異なる極性（Ｎ極，Ｓ極）を有している。すなわち、ロール周方向で極性（Ｎ極，Ｓ極）が異なる磁極３が所定の間隔をおいて交互に配置されている。

磁石ロール２は、プーリ本体６に対して独立して回転駆動し、且つプーリ本体６よりも高速で回転する。磁石ロール２の回転方向は、（i）コンベアベルト５の進行方向（プーリ本体６の回転方向）と逆方向、（ii）コンベアベルト５の進行方向（プーリ本体６の回転方向）と同一方向、のいずれでもよい。磁着物粒子には、回転する磁石ロール２の磁場の作用で磁石ロール２の回転方向と逆方向へ動かそうとする運搬力が働くので、上記（i）の場合には、磁場による磁着物粒子の運搬力とコンベヤベルト５の摩擦力（送り力）が同一方向となる。一方、上記（ii）の場合には、磁場による磁着物粒子の運搬力とコンベヤベルト５の摩擦力（送り力）が逆方向となる。ただし、この場合には、ベルトコンベア５の摩擦力の方が勝つので、合力としては磁着物粒子はコンベヤベルト５の進行方向へ運搬されていく。以上の（i）と（ii）を較べると、（ii）の場合は、磁場による磁着物粒子の運搬力とコンベヤベルト５の摩擦力（送り力）が逆方向となるので、磁着物粒子がコンベアベルト５上に滞留することがあるが、スラグａ中での磁着物粒子の撹拌性は良好である。一方（i）の場合は、スラグａ中での磁着物粒子の撹拌性は（ii）の場合よりも小さいが、磁着物粒子がコンベアベルト５上に滞留することはなく、粒子をスムーズに運搬できる利点がある。

この磁力選別機１０は、所定の間隔で配置される複数の磁極３と、隣接する磁極３間の間隙部により、磁石ロール２の回転時に磁場がＮ→ゼロ→Ｓ→ゼロ→Ｎ→・・・と瞬時に切り替わり、スラグ層中の磁着物粒子に対して吸引→解放→吸引→解放→・・・の作用が繰り返される点に特徴がある。したがって、ロール周方向で隣接する磁極３間の間隙部の広さに特別な制限はないが、スラグ層中の磁着物粒子が磁場から解放されるような磁場：ゼロの状態が適切に生じ、一方において、磁場がゼロの状態があまり長く続きすぎないようにするため、通常、１〜５０ｍｍ程度が適当である。
なお、回転する磁石ロール周辺の部材は、変化する磁場による渦電流効果の影響を受け、金属部材は非磁性物であっても渦電流によって過熱していく。このため、通常、磁力選別機１０のコンベアベルト５とプーリ１のプーリ本体６は、樹脂、セラミックなどの非金属で構成される。

この磁力選別機１０は、搬送コンベア２０で搬送されてきたスラグａ（スラグ層ａ_x）に、コンベア始端部１１側のプーリ１に内蔵された磁石ロール２の磁場を作用させ、スラグａ中の磁着物粒子を吸引して磁力選別機１０の下面側に移行させ、磁着物粒子を分離するものである。したがって、搬送コンベア２０のコンベア終端部１４と磁力選別機１０のコンベア始端部１１との間隔は、磁石ロール２の磁力がスラグａ中の磁着物粒子に十分作用する大きさであればよいが、一般には、搬送コンベア２０のコンベアベルト２１で搬送されるスラグ層ａ_xの上面が磁力選別機１０のコンベア始端部１１と接触する（すなわち、スラグ層ａ_xが搬送コンベア２０のコンベア終端部１４と磁力選別機１０のコンベア始端部１１の間に噛み込まれる）ような大きさとすることが好ましい。
また、磁力選別機１０側に吸引保持された磁着物粒子は、コンベアベルト５で搬送された後、コンベア終端部１２から払い出されるので、そのコンベア終端部１２の下方には、磁着物回収部２５が設けられている。また、非磁着物粒子は、磁力選別機１０のコンベア始端部１１の下方に落下するので、その位置に非磁着物回収部２６が設けられている。

以上のような磁力選別機１０によるスラグａの磁力選別では、供給装置２４からスラグａが搬送コンベア２０のコンベアベルト２１上に適度な層厚（粒子が多層状に積層した層厚）で供給され、このスラグａ（スラグ層ａ_ｘ）はコンベア終端部１４まで搬送され、払い出される。コンベアベルト２１で搬送されるスラグ層ａ_xは、コンベア終端部１４付近でその上面が磁力選別機１０のコンベア始端部１１の下面に接触し（すなわち、スラグ層ａ_xが搬送コンベア２０のコンベア終端部１４と磁力選別機１０のコンベア始端部１１の間に噛み込まれる）、コンベアベルト２１上のスラグ層ａ_ｘがコンベア終端部１４から払い出される際に、磁力選別機１０の磁石ロール２の磁場が及ぼされる。

これにより、磁石ロール２の磁力によってスラグ層ａ_x内の磁着物粒子が吸引され、この磁着物粒子が非磁着物粒子を抱き込むような形でスラグ層ａ_x（又はその一部）が磁力選別機１０の下面側に付着して（保持されて）コンベアベルト５で運ばれる。スラグ層ａ_x中の磁着物粒子は、磁石ロール２が備える磁極３の磁力の作用を受けるが、磁石ロール２の回転により、磁場がＮ→ゼロ→Ｓ→ゼロ→Ｎ→・・・と瞬時に切り替わって行くため（磁場の強度及び極性が高速で変化する）、スラグ層ａ_x中の磁着物粒子に対しても吸引→解放→吸引→解放→・・・の作用が繰り返される。

マクロな視野で観察すると、スラグ層ａ_xが磁場によって強力に撹拌されているように見え、各粒子の動きをミクロに観察すると、磁極３の切替りとともに磁着物粒子が転動しながら非磁着物粒子（スラグ層ａ_x）の中に潜り込んでいく。何度も吸引・解放が繰り返されていくうちに、スラグ層ａ_xの遠い側（上層側）に存在していた磁着物粒子が次第に磁石ロール２側へ移動していき、磁着物粒子に抱き込まれやすい非磁着物粒子は磁石ロール２から遠い側へと排除されていく。
つまり、スラグ層ａ_xに作用する磁場の強度及び極を高速に変化させることで、磁着物粒子の吸引と解放が極めて短時間繰り返される現象を発生させ、磁着物粒子による非磁着物粒子の挟み込み・抱き込み現象を解消しつつ、磁着物粒子を磁力選別することができる。

磁力選別機１０のコンベア始端部１１において、スラグ層ａ_xはコンベアベルト５の移動に伴ってプーリ１の円弧に沿って送られるが、プーリ１の円弧の下端からみて１／４回転の領域までに、非磁着物粒子は重力に引かれて自由落下する。一方、磁着物粒子は上記のように吸引・解放が繰り返されるが、この動作が極めて高速に行われるため、少々コンベアベルト５から落下方向に外れてもすぐに吸引される。こうして磁着物粒子はコンベアベルト５の進行方向に送られ、１／２回転以上して磁場エリアから外れ、最終的にコンベア終端部１２から払い出される。そして、コンベア始端部１１で下方に落下した非磁着物粒子が非磁着物回収部２６に回収され、コンベア終端部１２から払い出された磁着物粒子は磁着物回収部２５に回収される。このように磁着物粒子の払い出しエリアと非磁着物粒子の落下エリアが全く異なっているため、回収物が混ざり合うことはない。

図３は、プーリ式磁力選別機の他の実施形態とその使用状況を示す説明図である。この実施形態の磁力選別機１０は、コンベア終端部１２側のプーリ１が磁場印加手段である磁石ロール２を内蔵し、コンベアベルト８上に供給されたスラグａがコンベア終端部１２から払い出される際に、磁石ロール２の磁力により磁着物粒子を吸引して非磁着物粒子から分離するようにしたものである。
すなわち、磁力選別機１０において、１は磁場印加手段を内蔵したコンベア終端部１２側のプーリ（ベルトガイドロール）、７はコンベア始端部１１側のプーリ（ベルトガイドロール）、８はコンベアベルトであり、このコンベアベルト８がプーリ１、７間に張設されることで、ベルトコンベアが構成される。
また、コンベアベルト８の上方であって、コンベア始端部１１寄りの位置には、コンベアベルト８上にスラグａを供給する供給装置２４が配置されている。

磁力選別機１０は、プーリ１、プーリ７のいずれが駆動ロールであってもよいが、通常、プーリ７が駆動ロール、プーリ１（プーリ本体６）が非駆動ロールとなる。プーリ１のプーリ本体６は、内部が中空のスリーブ体で構成され、回転可能に支持されている。
磁石ロール２を備えたプーリ１の構造・機能、プーリ１のプーリ本体６やコンベアベルト８の材質などは、図２の実施形態と同様である。なお、本実施形態の磁力選別機１０では、プーリ１に内蔵された磁石ロール２は、コンベアベルト１の進行方向（プーリ本体６の回転方向）とは逆方向に回転する。

プーリ１の下方（直下）には、コンベアベルト幅方向に沿った仕切板９が配置されるとともに、この仕切板９の上端部とコンベアベルト８（プーリ１で移動方向が反転したコンベアベルト部分）との間に、被選別物の一部（磁着物粒子）を通過させるための隙間Ｓを設けている。このような形態で仕切板９を設けるのは、非磁着物粒子の落下エリアと磁着物粒子の落下エリアが隣接するため、両粒子が落下中に混じり合わないようにするためである。
また、コンベアベルト移動方向において仕切板９を挟んだ位置に磁着物回収部２５と非磁着物回収部２６が設けられる。すなわち、仕切板９を挟んでコンベア始端部１１側の位置（磁着物粒子の落下エリア）に磁着物回収部２５が、コンベア終端部１２側の位置（非磁着物粒子の落下エリア）に非磁着物回収部２６が、それぞれ設けられている。

以上のような磁力選別機１０によるスラグａの磁力選別では、供給装置２４からスラグａがコンベアベルト８上に適度な層厚（粒子が多層状に積層した層厚）で供給され、このスラグａ（スラグ層ａ_ｘ）はコンベア終端部１２（プーリ１の位置）まで搬送される。そして、コンベアベルト８上のスラグ層ａ_ｘがコンベア終端部１２から払い出される際に、スラグ層ａ_x内の磁着物粒子は、磁石ロール２が備える磁極３の磁力の作用を受けるが、図２の実施形態と同様、磁石ロール３の回転により磁場の強度及び極が高速に変化することで、磁着物粒子の吸引と解放が極めて短時間繰り返され、これにより磁着物粒子による磁着物粒子の挟み込み・抱き込み現象が解消される。

ここで、磁着物粒子には、回転する磁石ロール２の磁場の作用で磁石ロール２の回転方向と逆方向へ動かそうとする運搬力が働き、この運搬力により磁着物粒子は一方向に転動するが、磁石ロール２の回転方向がコンベアベルト８の進行方向（プーリ本体６の回転方向）と逆方向であるため、磁着物粒子はコンベアベルト８の進行方向に転動する。そして、このように磁着物粒子の転動する方向がコンベアベルト８の進行方向と同じであることにより、スラグ層ａ_x中で磁着物粒子をスムーズに磁石ロール２側へと移行させ、取りこぼしすることなく回収することができる。これに対して、磁石ロール２の回転方向がコンベアベルト８の進行方向（プーリ本体６の回転方向）と同一方向である場合には、磁着物粒子はコンベアベルト８の反進行方向に転動するため、磁着物粒子がスラグ層ａ_x中をスムーズに磁石ロール２側へと移行できず、滞留してしまい、適切な回収ができなくなる。

コンベア終端部１２において、スラグ層ａ_xはコンベアベルト８の移動に伴ってプーリ１の円弧に沿って送られるが、１／４回転〜１／２回転の領域で非磁着物粒子は重力に引かれて自由落下する。一方、磁着物粒子は上記のように吸引・解放が繰り返されるが、この動作が極めて高速に行われるため、少々コンベアベルト８から落下方向に外れてもすぐに吸引される。こうして磁着物粒子はコンベアベルト８の進行方向に送られ、１／２回転以上して磁場エリアから外れると自由落下する。そして、さきに落下した非磁着物粒子が非磁着物回収部２６に回収され、その後に落下した磁着物粒子が磁着物回収部２５に回収される。この際、仕切板９により非磁着物粒子と磁着物粒子とが混じり合うことが防止される。なお、コンベアベルト８の送り速度やスラグａの落下挙動に応じて、仕切板９の位置を調整するとよい。

図２や図３に示されるような、プーリ１が磁石ロール２を内蔵したプーリ式磁力選別機１０では、磁石ロール２によりできるだけ高速な磁場変化（磁場の強度及び極性の高速変化）が生じることが好ましい。具体的には、下記（1）式で定義される磁石ロール２の磁場変化周波数Ｆ（Ｈｚ）が１０〜５００Ｈｚであることが好ましく、５０〜５００Ｈｚであることがより好ましく、１５０〜５００Ｈｚであることが特に好ましい。
Ｆ＝（ｘ・Ｐ）／６０ …（1）
ここでｘ：磁石ロール２の回転数（ｒｐｍ）
Ｐ：磁石ロール２が周方向で備える磁極数（但し、Ｎ極・Ｓ極のペアで１磁極とする）

磁場変化周波数Ｆが１０Ｈｚ未満では、スラグａに作用する磁場の強度及び極の高速変化を十分に生じさせることができない。一方、磁石ロール２の回転数には機械的な上限があり、また磁場変化周波数Ｆを大きくしても磁場変化の効果が飽和してしまうため５００Ｈｚ程度が事実上の上限となる。
例えば、周方向で１２極（Ｎ極・Ｓ極のペアで１磁極と数える）の磁石（例えば、ネオジウム磁石）を配設した場合には、磁石ロール２の回転速度を１０００ｒｐｍとすると、磁場変化周波数Ｆは２００Ｈｚとなる。また、周方向で２４極（Ｎ極・Ｓ極のペアで１磁極と数える）の磁石を配置して、同じように磁場変化周波数Ｆを２００Ｈｚとする場合、磁石ロール２の回転速度は５００ｒｐｍでよい。

磁力選別工程（Ｃ）で磁力選別される鉄鋼スラグの水分含有量が高すぎると、スラグ粒子の磁力選別部への付着やスラグ粒子どうしの凝集などにより、適切な磁力選別ができなくなる。このため本発明では、磁力選別工程（Ｃ）で磁力選別される鉄鋼スラグは、水分含有量を３０質量％以下とする必要がある。
図２に示すような磁力選別機を用い、水分含有量が異なる鉄鋼スラグ（製鋼スラグ）について磁力選別を行い、選別された非磁着物yの金属鉄含有量を調べた。この試験では、磁力強度を１５００ガウスとし、磁場変化周波数Ｆが２００Ｈｚとなるように磁石ロール２の回転数を設定した。

図４に、磁力選別される鉄鋼スラグの水分含有量と選別された非磁着物yの金属鉄含有量との関係を示す。これによれば、鉄鋼スラグの水分含有量が３０質量％以下であれば、非磁着物yの金属鉄含有量を３．５質量％以下にでき、磁着物xと非磁着物yの高い選別性が得られることが判った。鉄鋼スラグの水分含有量が３０質量％超では、スラグ粒子の磁力選別部への付着やスラグ粒子どうしの凝集などが顕著となり、分離後の非磁着物中の金属鉄含有量が高くなるものと考えられる。
ここで、磁力選別工程（Ｃ）で磁力選別される鉄鋼スラグの水分含有量を調整する方法に特別な制限はないが、例えば、水冷処理したスラグを一定期間自然乾燥させる、水冷処理の際に冷却水の供給量を調整する、などの方法が挙げられる。

造粒工程（Ｄ）では、磁力選別工程（Ｃ）で分別された非磁着物を造粒し、造粒物とする。金属鉄を分離したスラグ（非磁着物）は多くが微粉であり、そのままでは粉の飛散など周囲環境への影響が大きく、搬送性能が低い状態にある。造粒処理を施すことで搬送性が向上し、処理後はリサイクル原料（セメント原料など）としての処理が容易となる。

破砕工程（Ａ）、分級工程（Ｂ）及び磁力選別工程（Ｃを）経て若しくは分級工程（Ｂ）及び磁力選別工程（Ｃを）経て得られ、造粒工程（Ｄ）で造粒される非磁着物の粒度は、粒径０．５ｍｍ以下の粒子の割合が７０質量％以上であることが好ましい。粒径０．５ｍｍ以下の粒子の割合が７０質量％未満では、粒径０．５ｍｍ以上の粗粒の割合が増加し、造粒時に粗粒どうしが造粒される頻度が増加することにより、造粒物内の空隙率が増加し、機械的強度（落下強度、圧縮強度）を確保しにくくなる。ここで、非磁着物を上記の粒度に調整・管理するには、例えば、破砕工程（Ａ）でロッドミルを用いる場合、上記粒度範囲にするためのロッド径、振動周波数を予め確認するとともに、非磁着物の粒度測定用サンプルを定期的に一定量抽出し、ロータップ振とう篩などを用いて篩目毎の質量比率を求める。粒度範囲が上記範囲を外れる場合には、ロッドの変更等が必要となる。

造粒処理は、ドラム型、皿形、波型振動コンベアなどを用いた転動造粒法、乾式の圧縮造粒法、混練造粒法などで行うことができる。造粒物の機械的強度を高めるために、（i）非磁着物にバインダーとして粘結材や水溶性の物質を添加して造粒する、（ii）造粒物を焼成する、などを行ってもよいが、添加物としては水のみを用いるのが製造コストの観点からより経済的である。通常、非磁着物はＣａ分を比較的多く含んでいるため、バインダーを添加しなくても水和化して固結し、必要な強度が得られる。造粒された造粒物は、一定期間自然乾燥させるのが好ましい。
また、造粒物の平均粒径は５〜１５ｍｍが望ましい。平均粒径が５ｍｍ未満では、粒子径が細かいため造粒後の搬送中に割れや粒子どうしの衝突による摩耗等が発生した場合、造粒物から欠落した粒子が微粉化しやすく、搬送性が低下しやすい。一方、平均粒径が１５ｍｍを超えると、造粒物の強度を確保しにくくなり、搬送中に割れが発生しやすくなって微粉化し、この場合も搬送性が低下しやすい。

また、例えば、造粒処理に皿形造粒機（パン型ペレタイザー）を用いる場合、パン皿の表面に撥水性の表面処理を施すことで、粉体がパン皿表面に付着するのが防止され、造粒工程での歩留りが向上する。表面処理方法としては、フッ素樹脂コーティングを施す方法（例えば、フッ素樹脂製のコーティング剤を塗布し、乾燥処理を施す方法、樹脂製フィルムを貼り付ける方法など）、テフロン（登録商標）製の容器を用いる方法、チタンコーティングする方法、セラミックを溶射する方法などが挙げられ、特に制限はないが、フッ素樹脂コーティングを施す方法が簡便で且つ効果が高いため、特に好ましい。皿形造粒機以外のドラム型、波型振動コンベアなどを用いる場合でも、粉体との接触部に撥水性を付与することは、歩留り向上の観点から有効である。
また、造粒処理は、皿形造粒機などを用いる転動造粒法や乾式の圧縮造粒法以外に、混練造粒法によっても実施可能であり、同様の効果が得られる。

以上述べた本発明の処理方法により得られた非磁着物の造粒物はセメント原料などに好適なものであり、したがって、本発明の処理方法によれば、鉄鋼スラグを有価物であるセメント原料として適切に利材化することができ、換言すれば鉄鋼スラグからセメント原料を適切に製造することができる。
本発明で処理対象となる製鉄工程で発生する鉄鋼スラグとしては、脱燐スラグ、脱硫スラグ、転炉脱炭スラグ、脱珪スラグ、電気炉スラグなどの製鋼スラグ以外に、溶融還元スラグ、高炉スラグ（高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ）などが挙げられ、これらの１種以上を処理対象とすることができる。

［実施例１］
図１に示す処理フローに従い、Ｆｅ含有量が２６．５質量％の製鋼スラグ（脱硫スラグ）をロッドミルにより表１及び表２に示す目標の粒径（破砕機の破砕粒径の設定値）に破砕した後（破砕工程）、表１及び表２に示す篩目の振動篩で篩分けし、次工程で磁力選別を行う細粒（篩下スラグ）を選別した（分級工程）。篩上スラグについては、再度破砕処理を行った。次いで、分級された細粒を表１及び表２に示す磁力強度のプーリ式（ドラム式）磁力選別機を用いて磁力選別して磁着物と非磁着物に分別し（磁力選別工程）、この分別された非磁着物を造粒して表１及び表２に示す平均粒径の造粒物とした（造粒工程）。この造粒処理では、非磁着物に対して非磁着物量の２５質量％の水を添加し、パン型ペレタイザーを用いて造粒を行った。この造粒物を造粒後１日間、自然乾燥させた。また、比較例として、上記の分級工程、磁力選別工程、造粒工程の１つ以上を実施しない処理を行った。

磁力選別で分別された磁着物と非磁着物について、それぞれ金属鉄濃度を測定した。この測定では、対象物（磁着物、非磁着物）から無作為に１０個のサンプルを採取し、臭素メタノール溶解原子吸光分析法（ＡＡＳ法）によりそれぞれの金属鉄濃度を測定し、全サンプルの平均値を金属鉄濃度とした。また、造粒物から無作為に１０個のサンプルを採取し、ノギスを用いてそれぞれのサンプルの長径側の粒径を測定し、全サンプルの平均値を造粒物の平均粒径とした。
造粒物と造粒処理しない非磁着物の搬送性を、ベルトコンベアによる搬送時の粉塵発生の有無を目視で確認することにより評価した。
また、造粒物の強度は、圧壊強度試験機を用い、ＪＩＳＺ８８４１に準拠して測定した。代表サンプルを１０個採取し、それらの強度測定値の平均値を造粒物の強度とした。

表１及び表２に、本発明例及び比較例の処理条件、磁着物と非磁着物の金属鉄濃度、非磁着物の粒度、造粒物と造粒処理しない非磁着物の搬送性、造粒物の強度、非磁着物のセメント原料化の可否、磁着物の製鉄原料化の可否を示す。
非磁着物のセメント原料化の可否については下記基準で評価した。
○：非磁着物の造粒処理がなされた場合であって、非磁着物の金属鉄濃度が３．５質量％未満、造粒物強度が３５Ｎ以上、搬送性の評価が“○”の場合
△：非磁着物の造粒処理がなされた場合であって、下記（i）〜（iv）のいずれかに該当する場合
（i）非磁着物の金属鉄濃度が３．５質量％以上６．０質量％未満、造粒物強度が３５Ｎ以上、搬送性の評価が“○”の場合
（ii）非磁着物の金属鉄濃度が３．５質量未満、造粒物強度が２０Ｎ以上３５Ｎ未満、搬送性の評価が“○”の場合
（iii）非磁着物の金属鉄濃度が３．５質量％以上６．０質量％未満、造粒物強度が２０Ｎ以上３５Ｎ未満、搬送性の評価が“○”の場合
（iv）非磁着物の金属鉄濃度が６．０質量％未満、造粒物強度が２０Ｎ以上、搬送性の評価が“△”の場合
×：下記（i）〜（iv）のいずれかに該当する場合
（i）造粒処理がなされない場合
（ii）非磁着物の金属鉄濃度が６．０質量％以上の場合
（iii）造粒物強度が２０Ｎ未満の場合
（iv）搬送性の評価が“×”の場合

磁着物の製鉄原料化の可否については、磁着物の金属鉄濃度（但し、小数点以下を四捨五入した金属鉄濃度）が６０質量％以上の場合を“○”、６０質量％未満の場合を“×”とした。
搬送性については、ベルトコンベア搬送時の目視による確認で、粉塵発生が認められなかった場合を“○”、少量の粉塵発生が認められた場合を“△”、多量の粉塵発生が認められた場合を“×”とした。
表１及び表２に示すように、本発明例では、セメント原料として利用可能なスラグ材料（造粒物）を得ることができ、また、磁選後の磁着物は製鉄原料として利用可能である。これに対して、比較例では、セメント原料として利用可能なスラグ材料を得ることができない。

代表的な本発明例の処理フローと各工程での産物重量を図５に示す。この例では、１ｔの製鋼スラグをロッドミルで粒径５ｍｍ以下となるように破砕した後、篩目１ｍｍの振動篩を用いて分級処理し、その篩下スラグをドラム式磁力選別機を用いて磁力強度１５００ガウスで磁力選別したところ、磁着物が３２６ｋｇ、非磁着物が４８８ｋｇ得られた。この非磁着物を造粒処理し、粒径５ｍｍ以上の造粒物が５５６ｋｇ得られた。また、分級工程の篩上スラグを再度破砕処理した後、分級処理して篩上となったスラグ（製鉄原料化）は１８６ｋｇとなった。

［実施例２］
図１に示す処理フローに従い、Ｆｅ含有量２６．５質量％の製鋼スラグ（脱硫スラグ）をロッドミルにより目標粒径３ｍｍに破砕した後、篩目２ｍｍの振動篩を用いて篩分けし、次工程で磁力選別を行う細粒（篩下スラグ）を選別した。篩上スラグについては、再度破砕処理を行った。次いで、分級された細粒を磁力強度が２００ガウスのプーリ（ドラム式）磁力選別機を用いて磁力選別して磁着物と非磁着物に分別し、この分別された非磁着物に対して非磁着物量の１５質量％の水を添加し、パン型ペレタイザーを用いて造粒（目標造粒径５ｍｍ以上）を行った。

パン型ペレタイザーとしては、パン皿の表面にフッ素樹脂コーティングを施したものと、そのようなコーティングを施さないものを使用し、所定時間造粒した後の原料（非磁着物）全投入量に対する粒径５ｍｍ以上の造粒物の質量比率を調べた。その結果を図６に示す。これによると、パン皿の表面にフッ素樹脂コーティングを施したパン型ペレタイザーを用いた場合、そのようなコーティングを施さないパン型ペレタイザーを用いた場合に較べて、造粒物比率が大幅に向上していることが判る。

［実施例３］
実施例１と同様にして分級された細粒を、図２に示すプーリ式磁力選別機を用いて磁力選別して磁着物と非磁着物に分別し、これら磁着物と非磁着物の金属鉄濃度を実施例１と同様の方法で測定した。その結果を表３に示す。これによれば、図２に示すような特別なプーリ式磁力選別機を用いることにより、磁着物と非磁着物の選別性がより高められ、その結果、より高品質なセメント原料（及び製鉄原料）が得られることが判る。

１プーリ
２磁石ロール
３磁極
４プーリ
５コンベアベルト
６プーリ本体
７プーリ
８コンベアベルト
９仕切板
１０磁力選別機
１１コンベア始端部
１２コンベア終端部
１３コンベア始端部
１４コンベア終端部
２０搬送コンベア
２１コンベアベルト
２２，２３プーリ
２４供給装置
２５磁着物回収部
２６非磁着物回収部

Claims

製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して破砕する破砕工程（Ａ）と、
該破砕工程（Ａ）で破砕された鉄鋼スラグを篩分けする分級工程（Ｂ）と、
該分級工程（Ｂ）の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程（Ｃ）と、
該磁力選別工程（Ｃ）で分別された非磁着物を、他の原料と混合することなく水のみを添加してそのまま造粒する造粒工程（Ｄ）を有し、
該造粒工程（Ｄ）では、粒径０．５ｍｍ以下の粒子の割合が７０質量％以上の非磁着物を、平均粒径５〜１５ｍｍの造粒物に造粒し、セメント原料となる非磁着物の造粒物を得ることを特徴とするセメント原料の製造方法。
製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して篩分けする分級工程（Ｂ）と、
該分級工程（Ｂ）の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物と非磁着物に分別する磁力選別工程（Ｃ）と、
該磁力選別工程（Ｃ）で分別された非磁着物を、他の原料と混合することなく水のみを添加してそのまま造粒する造粒工程（Ｄ）を有し、
該造粒工程（Ｄ）では、粒径０．５ｍｍ以下の粒子の割合が７０質量％以上の非磁着物を、平均粒径５〜１５ｍｍの造粒物に造粒し、セメント原料となる非磁着物の造粒物を得ることを特徴とするセメント原料の製造方法。
分級工程（Ｂ）では、鉄鋼スラグを篩目１〜１０ｍｍで篩分けすることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメント原料の製造方法。
磁力選別工程（Ｃ）では、磁力強度が１０００〜１５０００ガウスの磁力選別手段で磁力選別を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。
磁力選別工程（Ｂ）で磁力選別される鉄鋼スラグは、水分含有量が３０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。
磁力選別工程（Ｂ）では、ベルトコンベアを構成する１つのプーリ（１）が磁場印加手段を内蔵するプーリ式磁力選別機であって、前記磁場印加手段がプーリ本体に対して独立して回転駆動する磁石ロール（２）からなり、該磁石ロール（２）は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極（３）を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極（３）が異なる極性を有する磁力選別機を用いて鉄鋼スラグを磁力選別することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。
下記（1）式で定義される磁石ロール（２）の磁場変化周波数Ｆ（Ｈｚ）が１０〜５００Ｈｚであることを特徴とする請求項６に記載のセメント原料の製造方法。
Ｆ＝（ｘ・Ｐ）／６０ …（1）
ここでｘ：磁石ロール（２）の回転数（ｒｐｍ）
Ｐ：磁石ロール（２）が周方向で備える磁極数（但し、Ｎ極・Ｓ極のペアで１磁極とする）
造粒工程（Ｄ）では、パン皿の表面に撥水性の表面処理が施された皿形造粒機を用いて非磁着物を造粒することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。
パン皿の表面処理がフッ素樹脂コーティングであることを特徴とする請求項８に記載のセメント原料の製造方法。
鉄鋼スラグが製鋼スラグであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。
磁力選別工程（Ｃ）で分別される非磁着物の金属鉄含有量が３．５質量％以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のセメント原料の製造方法。