JPH0222154A - 精練スラグの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、精錬スラグの処理方法、特にスラグファイバ
ー製造用原料とするのに適する精錬スラグの処理方法に
関する。

（従来の技術） 従来、高炉スラグは、バラス、水滓スラグあるいはロッ
クウールとして活用されているが、銑鉄からの製鉄精錬
過程で発生するスラグ例えば転炉スラグ、脱Ｐスラグ、
脱珪スラグ等の精錬スラグはその十分な利用方法が開発
されておらず、むしろさらに費用をかけて処理してから
廃棄していた。

しかしながら、今日、製鉄コストの大幅な低減が求めら
れており、上述のように従来廃棄されるだけであった精
錬スラグをも有効利用することが研究されている。

そのような精錬スラグは、高炉スラグと異なり、ロック
ウール（以下、本明細書では「スラグファイバー」とい
う）製造用の原料としても利用が出来ないばかりか、バ
ラス化も水滓化も困難と考えられていた。これは精錬ス
ラグが容易に風化、膨潤してしまうためである。

（発明が解決しようとする課題） ここに、本発明の一般的目的は、製鉄コストの低減を図
るべく、従来まったく利用されることがなかった精錬ス
ラグの有効利用方法を提供することである。

本発明の具体的な目的は、精錬スラグに含まれるＦｅ、
　Ｍｎなどの金属酸化物を還元してＦｅ　−Ｍｎ等フェ
ロアロイとして、さらに燐酸塩としてふくまれる燐を還
元気化させその後燐酸として回収するとともに残りの溶
融スラグをスラグファイバー吹製用の原料として回収で
きる方法を提供することである。

本発明のさらに別の具体的目的は、精錬スラグからスラ
グファイバーを製造する方法を確立すべく、スラグファ
イバー吹製用に適する原料とする精錬スラグの処理方法
を提供することである。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明者らはかかる課題を解決すべく種々検討
を重ねた。

まず、従来問題であった精錬スラグの風化、膨潤が未反
応のＣａＯ、及び２ＣａＯ３ｉＯ□の存在のためである
ことに着目し、この遊離ＣａＯ及び２ＣａＯ５ｉＯ□に
対してＳｉＯ□あるいはＡｌｚＯｚなどの酸性物質の添
加によってＣａＯ５１０ｇ　としであるいはＣａ０Ａｌ
ｉＯｓとして固定することが考えられるが、しかし単に
それだけでは十分ではなく、スラグファイバーの特性に
悪影響を及ぼすと言われるＦｅ＃Ｉ化物、Ｍｎ酸化物及
び燐酸塩の除去が必要であるためそれらの除去を考えた
ところ、炭素などの還元剤を添加することによってフェ
ロアロイとして回収することができる可能性があり、そ
のような塩基度調整および還元のための反応の場として
精錬スラグを溶融したところ、金属酸化物が容易に還元
されるとともに、今度はそのようにして塩基度を調整し
た溶融スラグがそのままスラグファイバーの吹製用に適
するものとなることが判明した。

しかも、上述の還元反応は溶融状態で行われ、得られる
還元生成物である金属（例：フェロアロイなど）は比重
差で容易に沈降し、その取扱いは極めて容易である。

すなわち、本発明者らは精錬スラグが何ら産業的に利用
できない一つの理由が、遊離Ｃａ０分が多く、塩基度が
高いためであるということから、まず、その塩基度を下
げるための反応の場として溶融状態を生じさせることを
考えた。しかしながら、実際にそのような精錬スラグの
溶製実験を行ってみたところ、それだけでは十分ではな
（、Ｆｅ、　Ｍｎ等の金属の酸化物が多く含まれている
ことから、粘性が高く、そのままでの利用は困難であり
、また経済的にも引き合わない。

そこで、溶融状態にある精錬スラグに、それらの金属酸
化物に対する還元剤として炭素を添加したところ、すで
に述べたように、塩基度を下げることによって５ｉＯ１
分が増加し、溶融スラグの酸化ポテンシャルが低下して
いるため、そのような金属分の還元は容易になり、しか
もＰ分までも効果的に還元回収されることが判明した。

特に、還元生成物の金属はフェロアロイとして溶融スラ
グから比重差で簡単に分離できその有効利用が図れ、残
りの溶融スラグは、組成上もスラグファイバーとして適
するもので、たまたま溶融状態にあることからそのまま
吹製してみたところ、吹製も効果的に行われるばかりで
なく、得られるスラグファイバーの耐火性も十分である
を知り、本発明に至ったのである。

従来、廃棄物と考えられていた転炉スラグなどの精錬ス
ラグはわざわざ再度溶融することなど考えられず、その
ような発想はなかった。したがって、実際問題として塩
基度調整あるいは含有酸化物の還元などは考えられもし
なかったのである。

しかしながら、本発明者らの知見によれば、まさに従来
発想されることのなかった溶融状態に精錬スラグを持ち
来すことによって、塩基度の調整および酸化物還元が考
え付かれたのであって、またそのように溶融状態に精錬
スラグを持ち来すことによって初めてそのままスラグフ
ァイバーの吹製用原料として再利用可能となったのであ
る。

なお、高炉スラグと異なり、転炉スラグなどの精錬スラ
グは溶湯からの一度の発生量が少なく溶湯から分離俊速
やかに冷却凝固されるのが通常であり、溶融状態のまま
再利用することは従来考えられることではなかった。

かくして、以上より、本発明者らは、有効な資源回収を
伴った精錬スラグの処理方法として、本発明に至った。

ここに、本発明の要旨は、精錬スラグの塩基度を１．５
以下に調整する量の酸性成分を該精錬スラグに配合する
こと、該精錬スラグに含まれる金属酸化物の還元剤を該
精錬スラグに添加すること、溶融状態下で前記精錬スラ
グ中にあって塩基度調整および前記金属酸化物の還元を
行うこと、還元生成物である金属を該精錬スラグから分
離すること、および得られた溶融スラグをスラグファイ
バー吹製用原料として回収することを特徴とする精錬ス
ラグの処理方法である。

ここに、上記酸性成分としてはＳｉｎｇ、Ａｌｚ（ｈな
どが代表例として例示されるが、その他Ｎｉスラグ、脱
珪スラグ等もある。また、上記「還元剤」としてはコー
クス、黒鉛等の炭素類、あるいはＡｌなどの金属単体等
が考えられるが、要するにＦｅ、Ｍｎなどの金属の酸化
物を還元できれば特定のものに制限されない。さらに、
前記精錬スラグを溶融状態に持ち来す手段としてはその
熱エネル゛ギーの種類、投入方法によって多くのものが
考えられるが、これについても特に本発明において制限
されるものではない。

精錬スラグ、つまり溶融前の精錬スラグ、または金属酸
化物に対する上述の還元剤添加後の溶融スラグあるいは
還元金属を分離した残りの溶融スラグには、必要応じ、
さらにスクラップＭもしくはＡｌ灰を配合して成分調整
し、最終的に得られるスラグファイバーの耐火性の改善
を図ってもよい。

なお、そのようなＡｉ１分を添加する場合、Ａｌ分は還
元剤としても作用するため、前述の還元剤を１部そのＡ
ｌで置換してもよい。

このように、本発明によれば、製鉄の精錬スラグにケイ
砂などのようにＳｉＯ２分を含む酸性成分を精錬スラグ
の塩基度（Ｃａｂ／　（Ｓｉｎｇ　”　Ａｌｚ（ｈ）　
）が１．５以下になるように配合し、一方、精錬スラグ
に含有される金属酸化物に対する還元剤としてコークス
、黒鉛、＾Ｑなどを配合し、上述の還元反応によりおよ
び／または外部熱源からの熱供給によって、予めあるい
は上述のような添加物の配合と同時にあるいはその後に
昇熱することにより、溶融スラグの生成と塩基度調整と
還元とを行い、そして還元生成物であるＦｌ１％　Ｍｎ
分色溶融金属として沈降分離させる。出発精錬スラグ内
にＰが含有されている場合、同様に上記還元剤で還元さ
れ、ガスとして回収される。これらの成分が分離された
後のスラグは溶融状態にあり、通常のスラグファイバー
吹製方法により、繊維化し、スラグファイバーとするこ
とができる。

ここに、精錬スラグは、転炉スラグ、脱Ｐスラグ等、そ
の性質上塩基度が大きく、それに含まれるＣａＯ分のた
めに容易に風化、膨潤し易いスラグを言う、このうち主
原料となるのは塩基度が４〜２程度の高塩基度転炉スラ
グである。前述のように、その他説珪スラグ、Ｎｉスラ
グのような低塩基度の精錬スラグは副原料としてけい砂
の１部としであるいはそれに代えて使用できる。なお、
Ｎｉスラグはステンレス鋼の溶製時に生成する精錬スラ
グである。

本発明における処理方法での各配合剤の配合割合は、出
発原料である精錬スラグの組成、最終生成物であるスラ
グファイバーの所望組成等を考慮することによって適宜
設定すればよく、本発明において特に制限されることは
ない。

本発明の好適態様におけるスクラップＡｌもしくはＡｌ
灰の精錬スラグへの配合は、最終製品であるスラグファ
イバーの所望組成に応じて行えばよく、−ａにそれらの
配合はスラグファイバーの耐火性を向上させる効果を有
する。

（作用） 次に、本発明をより具体的に詳述する。

本発明はすでに述べたところからも明らかなように、塩
基度調整成分の配合、金属還元剤の配合、そして溶融ス
ラグの状態下での塩基度調整および還元、ならびに還元
金属の沈降分離の各段階からなるが、このようにして得
られた溶融スラグは慣用の手段でもってスラグファイバ
ーに吹製される。

以下、これらの各処理段階について順次説明する。なお
、これらの各段階は経時的にその順序で行わなければな
らないものではなく、順序を変えてもあるいは同時に行
ってもよいことは本発明の趣旨からも明らかである。

第一の段階は塩基度を低下させるに十分な量の酸性成分
を配合することである。一般に精錬スラグは酸化精錬過
程を経たスラグであり、特に転炉スラグ、脱Ｐスラグは
鉄浴中の燐分を除去するため、その酸化ポテンシャルを
上げかつ燐をスラグ中に固定するためＣａＯを多量に使
用する。そのため、多量のＰｅｓ　Ｍｎ等が酸化されス
ラグ中に残る。

一方、過剰に使用された未反応のＣａＯはすでに説明さ
れたように、遊ｊｄｆｃａｏとして存在し、スラグが微
粉化する原因となるものであり、更に反応したＣａＯも
スラグの酸化ポテンシャルを上げ、Ｐ　ｅ　−。

Ｍｎの酸化状態を維持するのに寄与している。したがっ
て、遊＠　Ｃａ　ＯさらにはＦｅおよびＭｎの酸化物を
なくすためにはまず、塩基度を低下することが考えられ
る。塩基度を低下させる手段としてはＡｌｚｏｉ、５ｉ
０２等の酸性成分を配合することが考えられるが、その
ような酸性成分としては一般には安価な５ｉＯ１源（例
えばけい砂）等が経済的である。

ここに、塩基度は次のように定義することができる。

塩基度−（Ｃａｂ／　（Ｓｉｎｇ十八Ｑｚへｓ　）　）
このように、塩基度を十分に低下せしめ得る量の酸性成
分を配合すれば、精錬スラグを溶融状態に持ち来すこと
により、未反応で残っていた遊離ＣａＯと添加されたＳ
ｔａｇまたはＡｌｚ０３が反応して遊離ＣａＯが減少し
易くなるばかりでなく、塩基度が４〜２から、１．５以
下に低下することによりスラグの酸化ポテンシャルが低
下するため、Ｆｅ、　Ｍｎ、Ｐ等が還元され易くなる。

なお、従来にあっても、高炉スラグを利用してロックウ
ールを製造する場合に、吹製に先立ってスラグの塩基度
をわずかに調整することがあるが、これは粘度の調整で
あって未反応ＣａＯの固定を目的に行うものではない。

第二の段階では、上述のように塩基度調整のために酸性
成分を配合された精錬スラグを必要により加熱して溶解
し、さらに還元性物質を添加する。

この溶解後に酸性成分、還元性物質を添加してもよい。

すなわち、第一の段階では塩基度の調整を行うべく酸性
成分を配合したが、実際に塩基度調整が意味を持つのは
、スラグが溶解された状態になったときであり、またＦ
ｅ、、Ｍｎ５Ｐなどの還元が進むのは溶融状態であって
還元物質の存在下で初めて可能である。その意味におい
て第一の段階と第二の段階は本来不可分のものであり、
同時に進行する状態が存在しさえすれば、第一と第二の
段階の順序はどちらでもよいといえる。

第二の工程の意味は、したがって、物質の反応場の形成
である。塩基度が下がった状態で還元物資、例えば炭素
を添加することにより、反応を有効に促進するためには
物質の拡散、均一混合化が必要であり、そのために溶融
状態に維持することは重要なことである。当然のことな
がら溶融状態に於ける攪拌は有効であり、例えばコーク
ス粉をインジェクションすることは物質の拡散、均一混
合という意味から掻めて有効である。

この溶融状態に維持するためにはエネルギーが必要であ
る。エネルギー源としては、電気、酸素とカーボンとの
燃焼熱等、昇熱等の効率を問わなければいずれであって
もよい。

以上のように、第一と第二の段階によって、スラグは塩
基度が調整され、カーボン等の金属酸化物に対する還元
剤によってＦｅｓ　Ｍｎ、Ｐなどが還元される。

第三の段階は、第一と第二の段階で生成された還元Ｆｅ
等と溶融スラグとの分離である。一般に、Ｆｅ、　Ｍｎ
が還元されると比重が重いため容器の下部に沈降する。

燐分は一部気化してガスに、一部はＲｅ、　Ｍｎの浴の
中に残留する。これはガス中の燐の分圧を調整すること
により制御は可能である。−方、酸化されたＣはＣＯと
なってガス中に移行する。

したがって、平易に整理すれば、 ガス中に移行する物質・・・・ｃ、ｐ、。

Ｆｅｓ　Ｍｎ浴中に移行する物質・・ＦｅＸＭｎ、Ｐス
ラグ中に残る物質・・・・・（：ａＯ、Ｓｔ−他このよ
うに、本発明によれば、精錬スラグ中に一体として存在
していた物質は、溶融下における塩基度調整および還元
という極めて簡単な処理によって、三つの相に分離され
、それぞれ有効利用が図られる。資源の有効利用という
面からその意義は大きい。なお、スラグとメタルとの分
離を促進するためには沈降分離が必要であるが、沈降分
離を促進させるための溶融状態の維持は一般に電力によ
る加熱が好適である。

このようにして得られた溶融スラグを吹製することによ
ってスラグファイバーが製造される。これは通常の高炉
スラグからのロックウールと同様にして得られ、その吹
製手段について特に異なるところはない。慣用の手段を
採用すればよい。

以上の各段階を経ることにより、転炉スラグ、脱燐スラ
グ等の高塩基度精錬スラグからのフェロアロイの回収、
Ｐ分の回収そしてスラグファイバーの製造が可能となる
。

以上の精錬スラグの処理方法をさらに経済的にするため
に若干の改善を加えることができる。

その一つが、すでに述べたように、第一の段階で塩基度
調整に使う酸性成分であるけい砂などの代わりに、塩基
度の低い脱珪スラグ、Ｎｉスラグを使用することである
。ＳｉＯ２分の多いものであれば、いずれであっても使
用できる。

その二つが、けい砂の代わりにＡｌｚ（ｈ源を使用する
ことである。ＡＣ，Ｏ，源を使用することが経済的であ
ることもある０例えば、スクラップＡＩあるいは＾ｐ灰
は金属Ａ！を含有しており、これらを使用することによ
り、塩基度の調整と＾ｌの燃焼による昇熱およびＡ１に
よるＰｅ等の還元等の３つの効果が同時に期待できるか
らである。　　Ａ１灰はアルミ精錬の際にできる１種の
スラグであってその主成分は八Ｑ＋Ａｌ、Ｏ，である。

これは一般に廃棄物と考えられている。またスクラップ
Ａｌも安価であることが多く、経済的にもその使用は可
能である。

一方、用途によってはスラグファイバーとしてもＡｌｔ
ｏ３分が少ないものが求められることがある。従来の高
炉スラグからのスラグファイバーではＡｌｚＯｓ分を少
なくすることは困難であるが、本発明によればそれはも
ともと少ないのであって、そのまま利用すればよい。

換言すれば、本発明にかかる方法によれば、従来法では
困難であったＡｌｚＯｔ量の低減が容易に可能である。

さらに、本発明によれば、精錬スラグに含まれているＰ
ｅ、　ＭｎｓおよびＰ分がそれぞれ還元生成物としての
Ｆｅ、　Ｍｎｓおよびガス中のＰ分として回収でき、資
源の有効利用という面からもその効果は顕著である。

次に、本発明をその実施例によってさらに具体的に説明
する。

実施例 第１表に示す組成を有する転炉スラグを精錬スラグとし
て使用して本発明を実施した。酸性成分としては珪砂、
Ｎｉスラグを用い、還元剤としてはコークスを、そして
１部Ａｌ灰を添加した。

電気炉内に試料合計１ｋｇを装入し、約１４５０〜１５
５０℃に加熱し、精錬スラグを溶融し、塩基度調整、金
属酸化物の還元を行った。

比較のため配合量を種々変えて各種の塩基度条件下でス
ラグファイバー吹製実験を繰り返した。

吹製は従来法によるもので、流下する溶融スラグを圧力
空気で吹き飛ばす形式のものであった。還元されたフェ
ロアロイ（ＦｅＭｎ）は炉の底に溜まっていたものを回
収した。

結果は第２表および第３表にまとめて示す。第３表には
得られたスラグファイバーの組成を示すとともに参考ま
でに高炉スラグから吹製して得たロックウールの代表的
組成をも示す。第３表の符号ルないしＤは第２表の実験
＾ないしＤに対応することを示す。

これらの結果からも分かるように、塩基度１．６ではよ
うやく繊維化が可能であるが、それを超えると流動性が
悪く、繊維化は困難であった。また、塩基度が１種度で
も良い繊維が得られるが、それにさらにＡｌ分を配合す
ることにより、色が白色化しく実験Ｃ，Ｄ参照）、その
耐火度も向上した（実験Ｄ　参照）。

耐火度試験は、ＪＩＳ　Ｍ　８５１２に準じて行った。

なお、試験Ｃでは精錬スラグ１ｋｇから本発明にしたが
って処理することにより、 スラグファイバ ーが７００　ｇ　ＳＰｅ−Ｍｎ合金鉄が７５　ｇ−’１
７４分１３ｇがそれぞれ回収された。

（以下余白） （発明の効果） 以上のように、本発明によれば、工業用途の少ない精錬
スラグからスラグファイバーが吹製できるばかりでなく
、精錬スラグトン当り７５ｋｇの合金鉄、および１３ｋ
ｇの燐分をも併せて回収できるのであって、その製鉄コ
スト低減に対する寄与は大きく、その工業上の意義は大
きい。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）精錬スラグの塩基度を１．５以下に調整する量の
   酸性成分を該精錬スラグに配合すること、該精錬スラグ
   に含まれる金属酸化物の還元剤を該精錬スラグに添加す
   ること、溶融状態下で前記精錬スラグ中にあって塩基度
   の調整および前記金属酸化物の還元を行うこと、還元生
   成物である金属を該精錬スラグから分離すること、およ
   び得られた溶融スラグをスラグファイバー吹製用原料と
   して回収することを特徴とする精錬スラグの処理方法。
2. （２）さらに前記精錬スラグにスクラップＡｌもしくは
   Ａｌ灰を配合して成分調整することを特徴とする請求項
   １記載の方法。