JPH11246918A - マイクロ波加熱による製鋼スラグの処理方法 - Google Patents
マイクロ波加熱による製鋼スラグの処理方法Info
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Abstract
れ自身を、他の原料として再利用することができるよう
にするとともに、製鋼スラグに含まれている鉄、リンを
資源として効率的に回収する。 【解決手段】 製鋼スラグに炭素系還元剤を配合し、マ
イクロ波の照射により加熱してこの製鋼スラグ中の鉄分
及びリン分を還元し、生成したFe−C−P含有溶融金属
に炭酸カリウム及び酸化剤を加えてリン酸カリウムを得
る。
Description
理方法に関する。より詳しくは、マイクロ波加熱で処理
することにより、製鋼スラグの有効活用を可能にする方
法に関する。
副産物としてスラグが多量に生成されている。かかる鉄
鋼製造プロセスで生成されるスラグのうち、高炉による
製銑工程で生成される高炉スラグは、年間で3000万トン
程度であり、高炉における強還元雰囲気での操業条件の
下で生成されることから、そのスラグ中にはFeがほとん
ど含まれておらず、CaO 、SiO2、Al2O3 、MgO を主成分
としている。
加工の方法に応じて種々の性状の素材を得ることがで
き、それぞれの特色を生かした種々な用途で活用されて
いる。例えば、徐冷スラグはコンクリート用粗骨材、道
路用路盤材などに用いられ、急冷スラグはセメント用
材、コンクリート用細骨材、けい酸質肥料等に用いられ
て有効活用されている。
生成される製鋼スラグは、年間1000万トン程度であり、
CaO 、FeO 、Fe2O3 、SiO2を主成分とし、操業中におけ
る石灰の脱リン作用より生成されたリン成分などを含ん
でいる。この製鋼スラグには、酸化鉄や塩基性成分(Ca
O )が多量に含まれていることから、SiO2やP2O5やFe 2O
3 等と結合していない、いわゆるフリーライムが存在す
る。このフリーライムが水分や空気の侵入に従って逐次
水和、炭酸化して膨張崩壊することがあるため、製鋼ス
ラグは高炉スラグのような用途に利用するのは困難であ
った。また、FeO 、Fe2O3 を含有することにより鉄崩壊
が生じる場合があることも、製鋼スラグの有効利用を阻
んでいた。したがって、製鋼スラグは、大気中に長時間
野積みして崩壊を完了させる処理(エージング)を行っ
た後にアスファルトコンクリート用骨材として用いた
り、焼結、高炉操業等の製銑工程で再利用される一部の
場合を除いて、大半が埋め立て工事用として投棄に近い
状態で処理されていた。しかも、この高炉操業等の製銑
工程で再利用する場合であっても、多量の再利用は製鋼
スラグ中のリン成分により銑鉄中のリン濃度を高めるお
それがあるため、再利用する量には限りがあった。
分、3%程度のマンガン分、1〜2%程度のリン分が含
まれていて、これらの成分を資源として回収し、有効活
用することができれば資源のリサイクルの観点からも望
ましい。しかし、現実には、製鋼スラグを粉砕して磁選
により金属鉄を回収し製鉄原料として再利用することが
あるぐらいで、それ以外は資源として回収するプロセス
が確立されていない。
基礎研究として、鉄中でのリンの化学ポテンシャルを上
げるシリコンを共存させた状態で、製鋼スラグを炭素還
元する方法が試みられている。かかる基礎研究により製
鋼スラグ中からの鉄の回収及びリンの除去が可能になっ
たとされているものの、鉄分は鉄−シリコン合金として
回収されることから、銑鉄に再利用するとシリコン濃度
を高めるおそれがあり、また、この回収された鉄−シリ
コン合金から更に金属鉄を分離回収するにはコストと手
間がかかるために現実的とはいえなかった。
製鋼スラグからリンを抽出して再利用することが可能に
なれば、リン系肥料原料の多くを輸入に頼っている現状
からみて極めて利用価値が高いのであるが、製鋼スラグ
からリンを抽出して再利用する技術はこれまでなかっ
た。
スラグは、それ自体、大半が埋め立て用としての消極的
な活用しかされておらず、高炉スラグのようなコンクリ
ート用粗骨材、道路用路盤材、セメント用材、コンクリ
ート用細骨材としての積極的な活用ができなかった。ま
た、製鋼スラグ中には、鉄、リンなどの有用成分が含ま
れているにも係わらず、これらの成分を製鋼スラグから
有効に抽出し再利用することは行われていなかった。
を、他の原料として再利用することができるようにする
とともに、製鋼スラグに含まれている鉄、リンを資源と
して効率的に回収することのできる製鋼スラグの処理方
法を提案することを目的とするものである。
に炭素系還元剤を配合し、マイクロ波の照射により加熱
してこの製鋼スラグ中の鉄分及びリン分を還元除去する
ことを特徴とするマイクロ波加熱による製鋼スラグの処
理方法である。また、この発明は、製鋼スラグに炭素系
還元剤を配合し、マイクロ波の照射により加熱してこの
製鋼スラグ中の鉄分及びリン分を還元し、生成したFe−
C−P含有溶融金属に炭酸カリウム及び酸化剤を加えて
リン酸カリウムを得ることを特徴とするマイクロ波加熱
による製鋼スラグの処理方法である。
グの再利用、及び製鋼スラグに含まれている鉄、リンの
回収を図るには、製鋼スラグを炭素により還元すること
が肝要であることが明らかとなった。しかしながら、こ
の製鋼スラグの炭素による還元を、鉄浴式溶融還元炉に
て酸素を吹き込みつつ燃焼加熱させて行う方法では、現
状の製鋼スラグの生成量に対して設備が過剰となって現
実的ではない。すなわち、製鋼炉による製鋼プロセス
は、一回当たりの処理能力が溶鋼300 トン規模のバッチ
式であり、各バッチでは15〜20トンの製鋼スラグが排出
される。この程度の量の製鋼スラグを加熱還元する場合
に、鉄浴式溶融還元炉のような、炭材の燃焼による外部
加熱方式では、着熱効率を上げることは容易ではなく、
設備コストも嵩む。
では、マイクロ波により製鋼スラグ及びその還元材であ
る炭材を加熱する。このマイクロ波による加熱によれ
ば、誘電損失の高い物質とマイクロ波との相互作用によ
り物質の内部から加熱するため、物質を均一かつ効率良
く加熱することができる。製鋼スラグ中に多く含まれる
酸化鉄の誘電損失は非常に高く、また残りの成分の誘電
損失も1000℃以上では加熱に十分役立つほどに高くな
り、しかも,製鋼スラグの還元のために配合される炭素
系還元材は、比表面積が大きい導電性物質であるため、
マイクロ波が照射されるとジュール熱を発生する。これ
らのことから、マイクロ波を照射することは炭材共存下
での製鋼スラグの処理に非常に効率的な加熱手段であ
る。実験室規模でマイクロ波加熱により製鋼スラグを炭
素還元した場合の昇温挙動の時系列変化を図1に示すよ
うに、マイクロ波の周波数や出力等によるが、室温から
1700℃までを数分間で加熱することができる。
方法であるため、図2に通常の電気炉加熱(同図(a) )
とマイクロ波加熱(同図(b) )のメカニズムを比較して
示すように、通常の電気炉加熱に比べて熱効率が高いの
で有利である。なお、図2において、記号mは加熱しよ
うとする材料、hは電気炉における加熱素子、rは耐火
物、iはマイクロ波加熱装置における断熱材、sは金属
シール、Mはマグネトロンである。
射による加熱処理を行い、製鋼スラグを炭材で還元する
ことにより、この製鋼スラグからFe−C−P含有溶融合
金が生成されて分離される。したがって、このFe−C−
P含有溶融合金が分離された後の製鋼スラグは、鉄崩壊
が生じることがないために高炉スラグと同様の使途で用
いることができるようになり、また、しかもリン含有量
が低減されているから、焼結・高炉操業等の製銑工程に
再利用するときにもリン濃度上昇という不具合がない。
熱処理によって製鋼スラグから分離抽出されたFe−C−
P含有溶融合金は、5%程度のリンを含有している。こ
のFe−C−P含有溶融合金に炭酸カリウムを添加するこ
とによって、溶融合金中のリンをリン酸カリウムとして
分離し、付加価値の高いリン肥料の主原料とすることが
できる。更に、リンが分離された後のFe−C含有合金
は、そのまま溶銑中に供給することができるので、製鋼
スラグ中の鉄分が有効活用されることになる。
ラグから鉄及びリンを資源として回収することができる
とともに、資源回収後の製鋼スラグは従来の用途以外の
使途に活用することができるようになる。
に説明する。図3に、この発明の製鋼スラグの処理方法
を活用した製鉄プロセスの一例の流れ図を示す。高炉1
から出銑した銑鉄を転炉2に装入して製鋼処理を行うこ
とにより、溶鋼と製鋼スラグ、すなわち転炉スラグとが
生成される。この転炉スラグを炭素系還元材、例えばコ
ークスと共にスラグ処理装置3に導いてマイクロ波加熱
して炭素還元処理を行い、Fe−C−P含有溶融合金とCa
O −SiO2系スラグに分離する。
ら排出された直後の流動性を有する転炉スラグを用いた
り、あるいはスラグの温度低下により固化した場合には
予め粉砕した転炉スラグを用いたりすることは、還元反
応を早め、投入するマイクロ波のエネルギー量を少なく
するために好ましい。同じ理由から、コークスも粉状で
あることが望ましい。
〜3程度という広い範囲で配合させることができる。こ
こで、炭素当量とは、被還元酸素に対する炭素のモル比
をいう。なかでも好ましい範囲は炭素当量で1.25〜1.5
程度である。これは、炭素系還元材の配合割合が1.25よ
りも小さいと未還元の鉄及びリンがスラグ中に残留し、
それぞれをスラグから十分回収できない点で好ましくな
く、一方、1.5 よりも大きいと炭素は過剰となり未反応
のCがスラグ中に懸濁し、炭材の有効利用を阻害するた
めである。
うとするスラグの量、スラグの組成、炭素系還元材の配
合割合などによって異なるが、マイクロ波加熱に用いら
れる周波数のいずれもが適用でき、例えば800 MHz 〜30
GHz とする。マイクロ波の出力は、マイクロ波照射によ
る加熱により、転炉スラグが1400℃以上になるような出
力とすればよい。というのは、転炉スラグを1400℃以上
に加熱できなければ、炭素系還元材によるスラグの還元
反応が著しく低下するためである。
理をする際に、この転炉スラグ及び炭素系還元剤の他
に、SiO2を添加することは、より好ましい。その理由
は、炭素還元反応により転炉スラグ中の鉄分(酸化鉄)
が分離すると、スラグの融点が上昇するために同一温度
では炭素還元反応が進行し難くなるのに対して、SiO2を
添加すれば、転炉スラグの液相線温度を下げることがで
きるからである。また、SiO2を添加することにより、こ
のSiO2と転炉スラグ中のフリーライムとが反応してフリ
ーライム量を低減することができることから、転炉スラ
グの崩壊現象を防止でき、セメント、クリンカー、ケイ
酸石灰肥料などといった高炉スラグと同様の使途へ用い
るのが容易になる。なお、SiO2は溶銑の予備処理で脱珪
処理を行うことで容易に得ることができる。
り、COガスが発生するが、このCOガスは燃料資源等
として有効に活用することができる。また、生成したFe
−C−P含有溶融合金は、脱リン処理装置4に導いて、
炭酸カリウムを添加して酸化反応させることで、リン肥
原料となるK3PO4 が得られる。このK3PO4 を分離させた
残りのFe−C含有合金は、銑鉄に加えられて資源として
回収される。更に、このFe−C−P含有溶融合金を分離
させた後のCaO −SiO2系スラグは、セメント、クリンカ
ー、ケイ酸石灰肥料等に用いられ、また、高炉に他の原
料と共に投入される。
波加熱製鋼スラグ処理設備を模式的に示す。スラグ処理
装置3は、精錬炉からの製鋼スラグを保持するスラグ処
理コンテナ3a及びマイクロ波発生照射装置3bをそな
えている。スラグ処理コンテナ3aはキャビティ壁とな
る鉄皮5で覆われた耐火物6製の容器であり、側壁には
スラグの還元処理によって生成されたFe−C−P含有溶
融金属を排出するための開口7を設け、この開口7から
マイクロ波が漏洩するのを防止するための可動式の鉄扉
8が取り付けられている。耐火物6にはマイクロ波との
相互作用の小さいMgO 系又はスピネル系の耐火物を用い
ることが好ましい。
ロン(ジャイロトロン)9及びカバー10を有し、マグネ
トロン(ジャイロトロン)9によりマイクロ波の照射を
行い、また、カバー10によりスラグ処理時にはコンテナ
3aの蓋部となる。なお、このカバー10には生成した反
応ガスを排出するための換気装置11が設けてある。脱リ
ン処理装置4はスラグ処理装置3から排出されたFe−C
−P含有合金を収容する容器12及びこの容器12に収容さ
れたFe−C−P含有合金に向けてK3CO3 を投入するラン
ス13を有している。
するときには、酸化鉄やリンを多く含む製鋼スラグ(精
錬後のスラグ及び脱珪スラグ)をコークス等の炭素系還
元剤14と共に処理コンテナ3aに装入し、マイクロ波発
生加熱装置3bにより加熱処理を行う。酸化鉄を多く含
むスラグ自身及びコークスの効率的な加熱により、還元
反応が進行し、溶融したスラグ相15の下部にFe−C−P
含有合金浴16が生成する。これよりFe−C−P含有合金
を分離後のスラグは、原料としての付加価値が向上す
る。また、還元反応は主にジュール熱による局部加熱さ
れるコークス表面で起こるため、合金生成反応は従来の
外部加熱方式の比べて極めて早い。なお、副生成したC
Oガスは排気装置11から回収して燃料資源とする。
せて生成した合金を脱リン処理装置4に移し、この脱リ
ン処理装置4において合金浴中に炭酸カリウム粉末を酸
素又は酸化鉄と共に吹き込み、合金中に約5%含まれる
リンをリン酸カリウムとして分離する。このリン酸カリ
ウムは肥料の主原料となる。リンを除去したFe−C含有
合金は従来の溶銑に戻すことで、鉄の歩留まりが1〜2
%向上する。
素系還元剤を配合し、マイクロ波の照射により加熱して
この製鋼スラグ中の鉄分及びリン分を還元除去すること
から、以下の効果が得られる。 ・製鋼スラグの資源化 従来法では、一部が製銑工程に戻される以外には、精錬
後の製鋼スラグは埋め立て用として投棄に近い状態で処
理され、資源としての価値がほとんどなかったのに対し
て、この発明によれば図3に示すように、高炉スラグと
ほぼ同等の付加価値を有するようになる。
還元剤を配合し、マイクロ波の照射により加熱してこの
製鋼スラグ中の鉄分及びリン分を還元し、生成したFe−
C−P含有溶融金属に炭酸カリウム及び酸化剤を加えて
リン酸カリウムを得ることから、以下の効果が得られ
る。 ・鉄資源の回収 従来、投棄される製鋼スラグ中には15%程度の鉄が含ま
れているが、有用活用されないために鉄資源とは見なさ
れていなかったのに対し、この発明により製鋼スラグか
ら効率的に鉄を回収することができるため、歩留まりが
1〜2%上昇する。なお、小規模実験結果でも製鋼スラ
グの鉄分のうち95%以上が回収されている。 ・リン資源の回収 精錬後の製鋼スラグには鉄と同様、リンも1〜2%含ま
れているが、資源としての回収は試みられていなかった
のに対して、この発明により、鉄合金中に回収され、そ
れをアルカリ炭酸塩と酸化剤で固定化することで、非常
に付加価値の高い肥料の主原料が得られる。図5に示す
ように、小規模実験では炭素当量が1.25以上になる炭素
系還元剤の添加により、50%以上のリンが合金浴に回収
されている。
た場合の昇温挙動の時系列変化を示す図である。
加熱法(同図(b) )とを比較して示す図である。
プロセスの一例の流れ図である。
ラグ処理設備の模式図である。
当量とリン物質収支との関係を示すグラフである。
に炭素系還元剤を配合し、マイクロ波の照射により加熱
してこの製鋼スラグ中の鉄分及びリン分を還元除去する
ことを特徴とするマイクロ波加熱による製鋼スラグの処
理方法である。
Claims (2)
- 【請求項1】 製鋼スラグに炭素系還元剤を配合し、マ
イクロ波の照射により加熱してこの製鋼スラグ中の鉄分
及びリン分を還元除去することを特徴とするマイクロ波
加熱による製鋼スラグの処理方法。 - 【請求項2】 製鋼スラグに炭素系還元剤を配合し、マ
イクロ波の照射により加熱してこの製鋼スラグ中の鉄分
及びリン分を還元し、生成したFe−C−P含有溶融金属
に炭酸カリウム及び酸化剤を加えてリン酸カリウムを得
ることを特徴とするマイクロ波加熱による製鋼スラグの
処理方法。
Priority Applications (1)
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JP5058698A JP2949221B1 (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | マイクロ波加熱による製鋼スラグの処理方法 |
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JP2949221B1 JP2949221B1 (ja) | 1999-09-13 |
JPH11246918A true JPH11246918A (ja) | 1999-09-14 |
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Country Status (1)
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-
1998
- 1998-03-03 JP JP5058698A patent/JP2949221B1/ja not_active Expired - Lifetime
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