JPH11264011A

JPH11264011A - スラグの有効利用方法

Info

Publication number: JPH11264011A
Application number: JP10066968A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tawara; 栄司俵; Hiroki Nabeshima; 裕樹鍋島; Hiroshi Nomura; 寛野村
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 1999-09-28
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JP3711738B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ステンレス鋼の精錬過程で発生した
スラグを、機械エネルギーを加えて粉砕することなく、
そのままの状態で粉化すると共に、得られた粉末の利用
を可能とするスラグの有効利用方法を提供することを目
的としている。【解決手段】ステンレス鋼の精錬時に発生したスラグを
回収し、該スラグが含有する２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ の相変
態に起因する膨張力で粉化させ、得られたスラグ粉末を
溶銑予備処理用フラックスとして直接利用、あるいは該
フラックスに混合利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スラグの有効利用
方法に関し、詳しくは、ステンレス鋼の精錬過程で発生
したスラグを、溶銑の脱燐、脱硫等の予備処理用フラッ
クスとして直接利用したり、混合して利用する技術であ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、ステンレス鋼の精錬では、溶鋼の
脱炭を行った後、引き続き、該溶鋼上のスラグに含まれ
るクロム（以下、Ｃｒ）酸化物を、（アルミニウムある
いはフェロ・シリコン等）で還元する所謂スラグ還元処
理が行なわれている。この還元処理を経て精錬容器から
排出されたスラグは、適当な用途がないので、残留する
Ｃｒ酸化物を無害化するためのさらなる還元処理が施さ
れ、埋立材として外販するか、工場敷地内に仮置きする
か、あるいは産業廃棄物として外部業者に処分を委託し
ている。また、該スラグには、多量に含有するダイ・カ
ルシウム・シリケート（以下、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ ）が
大気下で相変態するに際して粉化し、その後のハンドリ
ングがやっかいになるという問題もある。

【０００３】このような問題を解決するため、特開平８
−４９００７号公報は、「転炉におけるステンレス鋼精
錬においてＣｒ添加・脱炭処理後の還元処理において生
成したスラグに、Ｐ₂ Ｏ₅ を添加する」技術を開示して
いる。そして、該Ｐ₂ Ｏ₅ を添加して改質したスラグ
を、トピード・カーを用いた溶銑の脱Ｐ処理で使用して
いる。その際、該改質したスラグは、溶銑に上置きする
か、あるいは１ｍｍ以下に粉砕してから溶銑中へ吹込む
ようにしている。

【０００４】しかしながら、そのようにスラグに何の処
理も施さずに、塊状のままで溶銑に上置きしたのでは、
滓化までに時間を要し、脱燐反応が不十分となる可能性
がある。特に、該スラグに含有されるＣｒ酸化物がその
ままの形態で残留し、これを路盤材等の用途に使用した
場合には、６価クロムの溶出が懸念される。また、溶銑
中に吹込むために微粉砕すると、粉砕のためのエネルギ
ー・コストが無視できないという問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、ステンレス鋼の精錬過程で発生したスラグを、
機械エネルギーを加えて粉砕することなく、そのままの
状態で粉化すると共に、得られた粉末の利用を可能とす
るスラグの有効利用方法を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、上記スラグの「大気下で自然に粉化する」
という特性に着眼して鋭意研究を重ね、本発明を完成し
た。すなわち、本発明は、ステンレス鋼の精錬時に発生
したスラグを回収し、該スラグが含有する２ＣａＯ・Ｓ
ｉＯ₂ の相変態に起因する膨張力で粉化させ、得られた
スラグ粉末を溶銑予備処理用フラックスとして直接、あ
るいは該フラックスに混合利用することを特徴とするス
ラグの有効利用方法である。

【０００７】また、本発明は、前記スラグが、含有する
成分の重量％の比で、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ≧１．５、ＣａＯ／Ａｌ₂ Ｏ₃ ≧２．５を満足するものであることを特徴とするスラグの有効利
用方法である。さらに、本発明は、前記粉化を、スラグ
の回収後２日以上５日以下の自然放冷で行なったり、あ
るいは前記得られたスラグ粉末を、粒度２ｍｍ以下に篩
分けすることを特徴とするスラグの有効利用方法であ
る。

【０００８】加えて、本発明は、前記溶銑予備処理用フ
ラックスを、脱燐剤とすることを特徴とするスラグの有
効利用方法でもある。本発明によれば、ステンレス鋼の
製造過程で発生したスラグを、別途エネルギーを加える
ことなく粉化し、溶銑予備処理用フラックスにそのまま
利用、あるいは混合利用するようにしたので、従来用途
がなくて工場内に埋立、放置されていたスラグが有効に
利用できるようになる。また、該スラグ中のＣｒ酸化物
は、予備処理中に溶銑が含有する炭素で還元され、Ｃｒ
となって溶銑中に移行するので無害化するという効果も
生じる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、発明をなすに至った経緯
もまじえ、本発明の実施の形態について説明する。ま
ず、本発明が対象とするスラグは、転炉、ＡＯＤ炉等の
精錬炉、あるいはＶＯＤ等の真空精錬装置で、ステンレ
ス鋼製造用の母溶湯を酸素吹錬して脱炭した後、溶湯中
にＡｌ，Ｆｅ−Ｓｉ等を添加して還元処理した際に発生
するものである。また、これらのスラグは、転炉、ＡＯ
Ｄ炉等の精錬炉では、前記還元処理後のステンレス溶鋼
を取鍋に出鋼後、スラグのみスラグ容器に排滓して回収
され、ＶＯＤ等の真空精錬装置では、取鍋内で還元処理
した溶鋼を連続鋳造で鋳片にした後、該取鍋内に残留し
たスラグを、スラグ容器に排出して回収される。

【００１０】ところで、上記スラグには、主成分として
ＣａＯとＳｉＯ₂ が多く含有されており、これらは、該
スラグが冷却、凝固する過程で２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ とし
て晶出する。この２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ は、該スラグを更
に冷却していく過程でα相からβ相への相変態を生じ、
その際に体積膨張を起こし、それに起因してスラグ全体
をも粉化することは、従来より良く知られている。しか
しながら、このようなスラグの粉化は、その後のスラグ
のハンドリング性を損なうものであることから、できる
だけ回避するような処置が施されていた。つまり、該ス
ラグを急冷したり、あるいは粉化を起こさせないように
する成分（例えば硼素含有物質等）の添加などが行われ
ていたのである。

【００１１】そこで、本発明者は、このような従来の考
え方を一変させ、スラグを冷却する過程での２ＣａＯ・
ＳｉＯ₂ 相の相変態をむしろ積極的に利用し、スラグの
粉末を何らエネルギーをかけずに製造し、得られたスラ
グ粉末の有効利用を着想した。そして、有効利用する対
象工程を種々検討し、所謂「溶銑予備処理」が最も適切
であることを確認し、前記したような多数の本発明を完
成させたのである。

【００１２】つまり、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 相を多量に含
むスラグは、上記した溶銑予備処理に従来より使用して
いる脱珪剤、脱硫剤、及び脱燐剤（溶銑予備処理用フラ
ックスと呼ばれている）の主成分であるＣａＯを含む
他、その相変態時の膨張力でスラグ全体を粉化でき、容
易に粉末が得られるからである。ここで、「溶銑予備処
理」とは、高炉等の製銑炉から出銑された溶銑を、転炉
等の製鋼炉へ装入する前に、該溶銑中の珪素、燐、硫黄
等を除く処理のことであり、これによって製鋼での精錬
負荷が軽減できるので、現在の製鉄所は、ほとんどこの
処理を行っている。具体的には、例えば、高炉の出銑樋
を移動中の溶銑に、粉状の脱珪剤や脱燐剤を自然落下、
あるいは加速添加して該溶銑の脱珪、脱燐を行ったり、
溶銑を転炉へ搬送するトピード・カーや溶銑鍋に保持さ
れている溶銑中へ、粉状の脱燐剤や脱硫剤をランスを介
して吹き込み、脱燐や脱硫を行ったり、あるいは、転炉
型炉に保持した溶銑中へ、炉底に設けた羽口から脱燐剤
や脱硫剤を吹き込み、脱燐や脱硫を行う。

【００１３】この溶銑予備処理に用いる脱珪剤、脱燐剤
及び脱硫剤は、溶銑中に吹き込まれた後、浴面まで浮上
する極短時間のうちに、目的とする反応が進行しなけれ
ばならず、そのために、微粉（例えば２ｍｍ以下、より
好ましくは０．５ｍｍ以下）であることが要求される。
従って、本発明者は、前記スラグをこの要求を満たす程
度に粉化することを検討した。

【００１４】この微粉発生量は、スラグ中に生成する２
ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 相の量に依存すると考えられるので、
微粉収率の一層の向上を図るためには、スラグ中に十分
な量の２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 相を生成せしめることが望ま
しい。そこで、本発明では、スラグの組成を、重量％比
でＣａＯ／ＳｉＯ₂ ≧１．５及びＣａＯ／Ａｌ₂ Ｏ₃≧
２．５とするのが好ましいとした。ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 及
びＣａＯ／Ａｌ₂ Ｏ₃が、それぞれ１．５及び２．５未
満では、スラグの凝固過程で生じる２ＣａＯ・ＳｉＯ₂
相の量が少なく、微粉スラグを得る上で不利である。一
方、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ 及びＣａＯ／Ａｌ₂ Ｏ₃ の上限
は、本発明では、特に定めるものではないが、好ましく
はＣａＯ／ＳｉＯ₂ ≦３．０及びＣａＯ／Ａｌ₂ Ｏ₃ ≦
４．０とするのがよい。その理由は、これらの値を超え
ると、スラグ中に多量のＣａＯが含有され、前記精錬炉
や真空精錬装置における精錬反応に寄与しない未滓化の
ＣａＯが増えるので、経済的に無駄であること、また、
粉化で得られる微粉スラグが吸湿し易くなり、ハンドリ
ングが困難になるからである。

【００１５】さらに、スラグの粉化を促進するには、ス
ラグ中に生成したα２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 相のできるだけ
多くを、β２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 相に相変態させることが
好ましい。そのためには、できるだけスラグを徐冷し、
低温での安定相であるβ２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ 相を平衡に
近い量まで析出させるのが良い。そこで、本発明では、
回収したスラグを、水冷等による急冷を施すことなく、
２日以上５日以下の期間で自然放冷することが好ましい
とした。２日未満の自然放冷では、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂
の相変態が不十分であり、５日を超えると、もはやそれ
以上の粉化効果の促進が期待できないからである。

【００１６】加えて、上記のようにして粉化させたスラ
グは、かなりの微粉が含有されているので、そのままの
状態で溶銑予備処理に使用しても良い。しかし、該スラ
グには、スラグ組成の不均一に起因して、粉化しきらな
い粗粒分が含まれることもある。従って、本発明では、
溶銑予備処理工程で所謂キャリア・ガスを用いて溶銑中
に吹き付け又は吹き込む際の安定した搬送性を確保する
ため、粉化で得たスラグを、さらに篩分けして粒度２ｍ
ｍ以下にするのが好ましい。２ｍｍ超えのものは、溶銑
予備処理において、反応速度が遅いからである。なお、
篩上となった２ｍｍ超えの粗粒スラグは、ハンドリング
が容易なので、通常の転炉スラグ（普通鋼製造時の）と
同様に、製銑工場の焼結機、高炉等に原料の一部として
装入し、利用することが可能である。

【００１７】図２にスラグ粉の平均粒径と脱燐酸素効率
との関係を示すが、２ｍｍ以下の粒度のもので、安定し
た１８％以上の脱燐酸素効率が得られる。実際には、２
ｍｍで篩った場合のスラグは、平均粒度が０．５〜０．
７ｍｍ程度となるので、脱燐酸素効率には一層好まし
い。このようにして得られたスラグ粉末は、その組成か
ら、脱燐能及び脱硫能を十分に有しているので、所謂溶
銑予備処理用フラックスとして、そのままの状態で直接
利用できる。図３にスラグ配合率と脱燐酸素効率との関
係を示す。スラグ粉末にはＳｉＯ₂ やＣａＦ₂ などが含
有されているため、フラックスの滓化を促進する作用が
ある。これによって本来の溶銑処理用フラックスより高
い脱燐効果が得られる。この作用が顕著となるのが５〜
８０％の配合率のときであるので、従来から使用されて
いる該フラックスに、５〜８０重量％になるよう混合使
用するのが好ましい。かかる量で混合すると、その溶銑
予備処理で新たに形成されるスラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度
は、２〜５重量％になり、ステンレス鋼の製造過程で発
生するスラグと異なり、粉化現象は生じないからであ
る。その結果、この溶銑予備処理で発生したスラグは、
埋立材として利用することができるのである。

【００１８】

【実施例】ＶＯＤ真空精錬装置を用いてステンレス溶鋼
を製造した際に回収したスラグを、スラグ置き場に放置
した。そして、３日経過後に、組成としてＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ ₂ ＞１．５、ＣａＯ／Ａｌ₂ Ｏ₃ ＞２．５を満足する
ものを選択して、２ｍｍの篩網で篩分けし、スラグ粉末
を得た。その組成を表１に示す。また、該スラグは、７
０重量％が０．１５ｍｍ以下の微粉であった。

【００１９】このスラグ粉末を、溶銑予備処理工程の３
つのフラックス貯槽で、従来から使用している生石灰に
１０又は２０重量％になるように混合したもの、および
スラグ粉末１００％のものを、別々に蓄え、トーピード
・カー内に保持した溶銑の予備処理、つまり脱燐及び脱
硫を行った。該予備処理の条件は、表２の通りである。

【００２０】この予備処理の結果を、図１に示す。図１
より、本発明に係るスラグの有効利用方法を用いても、
脱燐酸素効率は、従来の石灰＋螢石をフラックスとして
用いた場合と同様であることがわかる。つまり、溶銑予
備処理用フラックスとしての役目を十分に果たしてい
る。また、この結果は、表３に示すように、螢石及び生
石灰の使用量を、従来に比べて、それぞれ１．０〜１．
５ｋｇ／ｔ削減したことになる。さらに、該スラグの利
用によって、予備処理後の溶銑中Ｃｒが上昇した。この
Ｃｒの歩留は８０〜９５％であり、本発明は、有価金属
の回収にも役立っている。

【００２１】最後になるが、本発明に係るスラグ粉末
と、それを用いた溶銑予備処理で発生したスラグの粒度
構成を、図４に比較して示しておく。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【表３】

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、従来
は還元処理を行って埋立材とするか、工場の敷地内に仮
置きされるか、産業廃棄物として処理されていたステン
レス鋼製造過程で発生したスラグを、溶鋼に利用できる
ようになった。また、該スラグ中のＣａＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃
分を有効利用するので、溶銑予備処理での焼石灰や蛍石
原単位の削減という効果もあった。さらに、該スラグ中
のＣｒ酸化物は、予備処理中に溶銑が含有する炭素で還
元されて該溶銑に含まれ、無害化すると共に有価金属の
回収にもなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスラグ及びそれを溶銑予備処理に
使用して得たスラグの粒度構成を示す図である。

【図２】スラグ粉の平均粒径と脱燐酸素効率との関係を
示す図である。

【図３】スラグの配合率と脱燐酸素効率との関係を示す
図である。

【図４】本発明に係るスラグの有効利用方法を実施して
得た脱燐酸素効率を、従来のフラックス使用の場合と比
較した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステンレス鋼の精錬時に発生したスラグ
を回収し、該スラグが含有する２ＣａＯ・ＳｉＯ₂ の相
変態に起因する膨張力で粉化させ、得られたスラグ粉末
を溶銑予備処理用フラックスに混合利用するか又は、該
スラグ粉末自体を溶銑予備処理用フラックスとして利用
することを特徴とするスラグの有効利用方法。
【請求項２】前記スラグが、含有する成分の重量％の
比で、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ≧１．５、ＣａＯ／Ａｌ₂ Ｏ₃ ≧２．５を満足するものであることを特徴とする請求項１記載の
スラグの有効利用方法。
【請求項３】前記粉化を、スラグの回収後２日以上５
日以下の自然放冷で行なうことを特徴とする請求項１又
は２記載のスラグの有効利用方法。
【請求項４】前記得られたスラグ粉末を、粒度２ｍｍ
以下に篩分けすることを特徴とする請求項１〜３いずれ
かに記載のスラグの有効利用方法。
【請求項５】前記溶銑予備処理用フラックスを、脱燐
剤、脱珪剤又は脱硫剤とすることを特徴とする請求項１
〜４いずれかに記載のスラグの有効利用方法。