(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制限成分の含有量が許容上限値を超えるスラグが生成した精錬ヒートについて、該精錬ヒートの後、前記制限成分を含有しない副原料を用いる精錬を繰り返し行なう鉄鋼精錬の各工程で発生するスラグをリサイクルの用途に応じて分別して回収する分別回収方法において、前記スラグに含有される成分のうちの前記用途に応じて含有量が制限される制限成分について前記各工程で発生する前記スラグ中の含有量が制限される前記制限成分の含有量を当該工程に到るまでの精錬履歴および／または排滓履歴に基づいて判定し、得られた判定値と前記用途に応じて設定される含有量の許容上限値とを比較して、前記判定値が前記許容上限値を超える高濃度スラグと、前記判定値が前記許容上限値以下である低濃度スラグとに分別して回収することを特徴とするスラグの分別回収方法。
【請求項２】
前記精錬履歴として前記制限成分を含有しない副原料を使用して精錬を行なった回数ａ（回）を用い、前記排滓履歴として前記スラグを精錬容器から70質量％以上排出した回数ｂ1 （回）と前記スラグを精錬容器から40質量％以上〜70質量％未満排出した回数ｂ2 （回）とを用いて、下記の (1)式からＭ値を算出し、あらかじめ設定されたしきい値と前記Ｍ値とを比較して、前記Ｍ値が前記しきい値以上のスラグを前記低濃度スラグとし、前記Ｍ値が前記しきい値未満のスラグを前記高濃度スラグとして、分別して回収することを特徴とする請求項１に記載のスラグの分別回収方法。
Ｍ＝ａ＋ｂ1 ＋（ｂ2 ／２）                    ・・・ (1)
ここに
ａ  ：制限成分を含有しない副原料を使用して精錬を行なった回数（回）
ｂ1 ：スラグを精錬容器から70質量％以上排出した回数（回）
ｂ2 ：スラグを精錬容器から40質量％以上〜70質量％未満排出した回数（回                  ）
【請求項３】
前記制限成分が、Ｆ，Ｐ，Cr，Na，ClまたはＢであることを特徴とする請求項１または２に記載のスラグの分別回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑予備処理，脱炭精錬，取鍋精錬等の鉄鋼精錬の各工程で発生するスラグを分別して回収する技術に関し、 特に回収したスラグをリサイクルするために、その用途に応じて含有量が制限される成分（以下、 制限成分という）について許容される上限値を超える含有量を有するスラグ（以下、高濃度スラグという）と、許容される上限値以下の含有量を有するスラグ（以下、低濃度スラグという）とに分別して回収し、スラグ処理の負荷を軽減する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼精錬には溶銑予備処理，脱炭精錬，取鍋精錬等の種々の工程があり、これら各工程でスラグが発生する。 鉄鋼精錬の各工程で発生するスラグは、CaＯ，SiＯ2 ， Al2Ｏ3 ，MgＯ等を主成分としているが、これらの酸化物の他に、溶銑，溶鋼あるいは耐火物，精錬フラックス等から混入する種々の成分が含有されている。
【０００３】
このようにして鉄鋼精錬の各工程でスラグに混入する種々の成分の中には、スラグをリサイクルする際に、 その用途に適さないものがある。たとえば、スラグを土木建築等の用途に使用する場合は、Ｆ，Cr（特に６価のCr），Na，ClあるいはＢが環境に流出して汚染の原因になることが懸念される。また、スラグを鉄鋼精錬の造滓剤として使用する場合は、不純物成分であるＰが溶鋼中に再度混入（いわゆる復燐）して、成分外れを引き起こす原因となる。
【０００４】
したがってスラグに含有される種々の成分のうち、Ｆ，Ｐ，Cr，Na，Cl，Ｂ等のリサイクルの用途に適さない成分（すなわち制限成分）について、その用途に応じて含有量の許容される上限値（以下、 許容上限値という）が設定されている。そして制限成分の含有量がその上限値以下であるスラグをリサイクルして、それぞれの用途に再利用している。
【０００５】
ところで、このような制限成分の含有量が許容上限値を超えないようにするために、従来から
(a) スラグ生成の段階でその成分をコントロールする方法
(b) 生成した製鋼スラグを排出した後、 水熱処理を行なうことによって製鋼スラグ中の制限成分の溶出を抑制する方法（特開2000-180073 号公報）
(c) カルシウムアルミネートを添加することによって製鋼スラグ中の制限成分の溶出を抑制する方法（特開2000-225383 号公報）
等が開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の (a)の方法では、精錬プロセスにおいて制限成分の混入が不可避である場合は、精錬中のスラグ生成の段階で制限成分の含有量を調整することは困難である。
また (b)や (c)の方法では、生成した製鋼スラグ全量に対して改質処理を行なう必要がある。 しかし製鋼スラグの発生量は、数十〜数百kg／ton-steel にも及ぶので、スラグの改質処理量および改質処理コストは膨大なものとなる。
【０００７】
本発明は、製鋼スラグ等の鉄鋼精錬スラグのうち、特にリサイクルの用途に適さない成分（すなわち制限成分）ついて、許容上限値を超える含有量を有する高濃度スラグと、許容上限値以下の含有量を有する低濃度スラグとに分別して回収し、スラグの改質処理の負荷を軽減することによって、上記の従来技術の問題点を有利に解決しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、制限成分の含有量が許容上限値を超えるスラグが生成した精錬ヒートについて、該精錬ヒートの後、前記制限成分を含有しない副原料を用いる精錬を繰り返し行なう鉄鋼精錬の各工程で発生するスラグをリサイクルの用途に応じて分別して回収する分別回収方法において、スラグに含有される成分のうちの用途に応じて含有量が制限される制限成分について各工程で発生するスラグ中の含有量が制限される制限成分の含有量を当該工程に到るまでの精錬履歴および／または排滓履歴に基づいて判定し、得られた判定値と用途に応じて設定される含有量の許容上限値とを比較して、判定値が許容上限値を超える高濃度スラグと、判定値が許容上限値以下である低濃度スラグとに分別して回収するスラグの分別回収方法である。
【０００９】
前記した発明においては、第１の好適態様として、精錬履歴として制限成分を含有しない副原料を使用して精錬を行なった回数ａ（回）を用い、排滓履歴としてスラグを精錬容器から70質量％以上排出した回数ｂ1 （回）とスラグを精錬容器から40質量％以上〜70質量％未満排出した回数ｂ2 （回）とを用いて、下記の (1)式からＭ値を算出し、あらかじめ設定されたしきい値とＭ値とを比較して、Ｍ値がしきい値以上のスラグを低濃度スラグとし、Ｍ値がしきい値未満のスラグを高濃度スラグとして、分別して回収することが好ましい。
【００１０】
Ｍ＝ａ＋ｂ1 ＋（ｂ2 ／２）                    ・・・ (1)
ここに
ａ  ：制限成分を含有しない副原料を使用して精錬を行なった回数（回）
ｂ1 ：スラグを精錬容器から70質量％以上排出した回数（回）
ｂ2 ：スラグを精錬容器から40質量％以上〜70質量％未満排出した回数（回                  ）
また第２の好適態様として、制限成分が、Ｆ，Ｐ，Cr，Na，ClまたはＢであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態について説明する。
まず本発明において鉄鋼精錬とは、溶銑の予備脱珪処理や予備脱燐処理、転炉あるいはそれに類する精錬炉（たとえばＡＯＤ炉）における１次脱炭精錬、取鍋内の溶鋼へのガスバブリングやフラックスインジェクション、ＬＦ等の常圧下での２次精錬、ＲＨ，ＤＨ，ＶＡＤ，ＶＯＤ等の減圧下での２次精錬、電気炉精錬等の製鋼の予備的処理である溶銑予備処理等の種々の工程を指す。
【００１２】
これらの鉄鋼精錬の各工程における処理は、トーピードカー，溶銑鍋，転炉，ＡＯＤ炉，溶鋼取鍋，電気炉等の精錬容器を用いて行なわれる。 そして、それらの精錬容器では、前工程から持ち込んだスラグに加えて、当該工程で添加される副原料（たとえばフラックス等）の反応によってスラグが発生する。 これらのスラグは、精錬処理中に精錬容器内から吹き出したり、あるいは精錬処理後にスラグを排出する（以下、排滓という）ことによって一部ないし全量が精錬容器外に排出される。
【００１３】
制限成分は、 前工程からのスラグによる持ち込みおよび／または当該工程で添加される副原料の反応によって、当該工程で発生するスラグに取り込まれる。その結果、 前工程から持ち込まれたスラグ中の制限成分が高濃度であると、当該工程におけるスラグ中の制限成分の含有量も大きくなる。
したがって、スラグをリサイクルして再利用するために、その用途に応じて、制限成分の含有量の許容される上限値（すなわち許容上限値）が設定される。
【００１４】
スラグ中の制限成分の含有量が許容上限値の範囲内であるか否かを判定し、高濃度スラグと低濃度スラグを分別するためには、精錬容器内のスラグまたはスラグ貯蔵場のスラグからサンプルを採取して、制限成分の含有量を分析する必要がある。しかし、分析に要する所要時間は、精錬処理の間隔あるいは排滓処理の間隔に比べて非常に長時間を要するので、鉄鋼精錬の各工程において、分析結果に基づいてリサイクルに適したスラグと適さないスラグとに分別することは困難である。
【００１５】
そこで本発明では、精錬容器から排出したスラグに含有される制限成分の含有量またはスラグから溶出する制限成分の溶出量に基づいて、スラグを高濃度スラグと低濃度スラグとに分別するためのしきい値を設定する。
次に、しきい値の設定方法について説明する。
まず、制限成分の含有量が許容上限値を超えるスラグが生成した精錬ヒートについて、そのスラグ中の制限成分の含有量を測定し、その測定値を初期濃度Ｓ0 とする。
【００１６】
この精錬ヒートの後、排滓や制限成分を含有しない副原料を用いる精錬を繰り返し行ない、その都度、スラグ中の制限成分の含有量を測定し、その測定値をＳabとする。
このとき、制限成分を含有しない副原料を使用して精錬を行なった回数をａ回とし、スラグを精錬容器から排出（すなわち排滓）した回数をｂ回とする。ただし精錬容器内のスラグを70質量％以上排出した回数をｂ1 回とし、スラグを40質量％以上〜70質量％未満排出した回数をｂ2 回として、ｂ値は下記の (2)式で表わされるものとする。
【００１７】
ｂ＝ｂ1 ＋（ｂ2 ／２）                        ・・・ (2)
ここに
ｂ  ：スラグを精錬容器から排出した回数（回）
ｂ1 ：スラグを精錬容器から70質量％以上排出した回数（回）
ｂ2 ：スラグを精錬容器から40質量％以上〜70質量％未満排出した回数（回）
そして制限成分の含有量Ｓabが初期濃度Ｓ0 から減少していき、許容上限値以下となるときの精錬の回数ａ（このときのａ値をａk 値とする）と排滓の回数ｂ（このときのｂ値をｂk 値とする）を求める。 次いで、このａk 値，ｂk 値から下記の (3)式で算出されるｋ値を求め、このｋ値をしきい値とする。
【００１８】
ｋ＝ａk ＋ｂk                                 ・・・ (3)
ただしｂk 値は、 (2)式と同様に、精錬容器から排出するスラグの量に応じて下記の (4)式で表わされるから、しきい値ｋは下記の (5)で表わされる。
ｂk ＝ｂk1＋（ｂk2／２）                      ・・・ (4)
ｋ＝ａk ＋ｂk1＋（ｂk2／２）                  ・・・ (5)
すなわち、このｋ値をしきい値として使用することによって、高濃度スラグと低濃度スラグを分別する。なお、しきい値ｋの設定は、操業条件の著しい変更や、精錬容器の耐火物の変更等がない限り、制限成分毎に、それぞれ１回ずつ行なっておけば十分に対応できる。
【００１９】
そして鉄鋼精錬の各工程の操業においては、制限成分の含有量が許容上限値を超えるスラグが生成した精錬ヒートの後、 スラグを精錬容器から排出した回数ｂおよび同じ精錬容器を用いて、制限成分を含有しない副原料を使用して精錬を行なった回数ａを用いて下記の (1)式から算出されるＭ値と、 (5)式で算出されるしきい値ｋとを比較する。Ｍ値がｋ値未満の場合は、制限成分の含有量が許容上限値を超える高濃度スラグとして回収し、Ｍ値がｋ値以上の場合は、制限成分の含有量が許容上限値以下である低濃度スラグとして回収する。
【００２０】
Ｍ＝ａ＋ｂ
Ｍ＝ａ＋ｂ1 ＋（ｂ2 ／２）                    ・・・ (1)
ここに
ａ  ：制限成分を含有しない副原料を使用して精錬を行なった回数（回）
ｂ1 ：スラグを精錬容器から70質量％以上排出した回数（回）
ｂ2 ：スラグを精錬容器から40質量％以上〜70質量％未満排出した回数（回）
制限成分としては、スラグをリサイクルして再利用する際に、その用途に適さないＦ，Ｐ，Cr，Na，Cl等の物質がある。たとえば、スラグを土木建築等の用途に使用する場合は、Ｆ，Cr（特に６価のCr），Na，ClあるいはＢが環境に流出して汚染の原因になることが懸念される。また、スラグを鉄鋼精錬の造滓剤として使用する場合は、不純物成分であるＰが溶鋼中に再度混入（いわゆる復燐）して、成分外れを引き起こす原因となる。
【００２１】
したがって本発明を適用して分別して回収したスラグのうち、制限成分の含有量が許容上限値以下である低濃度スラグは、そのリサイクルの用途に使用できる。一方、 制限成分の含有量が許容上限値を超える高濃度スラグは、他のスラグと混合しないように管理し、含有される制限成分に応じた改質処理を施す。
なお、ここではスラグ中の制限成分の含有量を用いて判定する例について説明したが、制限成分の含有量の代わりに、スラグからの制限成分の溶出量を用いても同様の判定を行なうことができる。
【００２２】
【実施例】
本発明の好適な実施例として、トーピードカーを用いた溶銑の脱珪脱燐処理で発生するスラグを回収するにあたって、制限成分としてＦに着目して分別する例について説明する。
使用したトーピードカーは溶銑の収容量が350tonのものであり、トーピードカーに収容された溶銑中に蛍石を５質量％配合した酸化鉄系フラックスを吹き込んで、脱珪脱燐処理を行なった。
【００２３】
まず、脱珪脱燐処理に先立って、以下の方法で予備実験を行ない、しきい値ｋを求めた。すなわち、蛍石を５質量％配合した酸化鉄系フラックスを用いて脱珪脱燐処理を行ない、次いでスラグを70％以上排出した後、排出したスラグからサンプルを採取して、Ｆ含有量を判定した。ただし制限成分としてのＦは、 スラグ中の含有量よりも、環境への溶出量を制限する方が重要であるので、スラグ中の含有量を示す指標として、環境庁告示によるＦ溶出量を用いてＦ含有量を判定した。このようにして求めたＦ溶出量を初期溶出量とする。
【００２４】
さらに、Ｆを含有しないフラックスを用いて脱珪脱燐処理を行ない、その都度、スラグを70質量％以上排出して、トーピードカー内に残留するスラグからサンプルを採取してＦ溶出量を測定し、その推移を調査した。その結果を図１に示す。図１から明らかなように、 Ｆ溶出量は初期溶出量から減少していき、スラグを70質量％以上排出した回数ｂ1 ＝３（すなわちｂ2 ＝０であるからｂ＝３）であり、かつＦを含有しないフラックスを用いて脱珪脱燐処理を行なった回数ａ＝３になると、トーピードカー内のスラグから溶出するＦの溶出量が、土壌環境基準値である 0.8mg／liter 以下に減少することが分かった。 したがって (3)式に示したａk ＝３，ｂk ＝３であるから、しきい値ｋ＝６となる。
【００２５】
このようにして求めたしきい値（すなわちｋ＝６）を用いて、脱珪脱燐処理で発生するスラグを分別して回収した。 すなわち、Ｆを含有しないフラックスを用いて脱珪脱燐処理を行なった回数ａおよびスラグを排出した回数ｂの累計ａ＋ｂが６未満の場合は、許容される上限値を超える量のＦが溶出するスラグ（以下、高Ｆ溶出性スラグという）とし、ａ＋ｂが６以上の場合は、Ｆの溶出量が許容される上限値以下であるスラグ（以下、低Ｆ溶出性スラグという）として、分別して回収した。
【００２６】
すなわちスラグ貯蔵場で、高Ｆ溶出性スラグと低Ｆ溶出性スラグを別山にして貯蔵した。そしてスラグ貯蔵場において、高Ｆ溶出性スラグおよび低Ｆ溶出性スラグからのＦ溶出量を測定した。
また、分別回収を行なわないスラグについて、スラグ貯蔵場におけるＦ溶出量を測定した。その結果を図２に示す。
【００２７】
図２から明らかなように、本発明を適用して分別した低Ｆ溶出性スラグは、Ｆ溶出量が土壌環境基準値の 0.8mg／liter 以下を満足しているので、路盤材や仮設材等の用途に使用するにあたって、Ｆ溶出量の低減処理を施す必要はなく、そのまま使用できる。一方、 高Ｆ溶出性スラグは、Ｆ溶出量が土壌環境基準値を超えるので、 Ｆ溶出量の低減処理を施した後、路盤材や仮設材等の用途に使用する。つまり、本発明を適用してスラグを分別して回収することによって、低Ｆ溶出性スラグはＦ溶出量の低減処理を施す必要はなく、 高Ｆ溶出性スラグのみにＦ溶出量の低減処理を施せば良い。
【００２８】
一方、 分別回収を行なわないスラグは、Ｆ溶出量が大きくばらついており、Ｆ溶出量が土壌環境基準値を超えるので、 スラグ全量にＦ溶出量の低減処理を施さなければならない。
本発明を適用して分別した高Ｆ溶出性スラグと低Ｆ溶出性スラグの発生率は
高Ｆ溶出性スラグ発生量：低Ｆ溶出性スラグ発生量＝３：７
であった。したがって、分別した高Ｆ溶出性スラグのみにＦ溶出量の低減処理を施すことによって、スラグ改質処理費（すなわちＦ溶出量の低減処理に要する費用）を70％削減できる。
【００２９】
以上に述べたように、本発明によれば、溶銑の予備脱珪脱燐処理において発生するスラグのうち、一部についてのみスラグ改質処理（すなわちＦ溶出量の低減処理）を施せば良いのであるから、スラグ改質処理費を大幅に削減できる。
なお、ここではトーピードカーを精錬容器として用いた溶銑の予備脱珪脱燐処理について説明したが、その他の精錬容器を用いた精錬処理についても本発明を好適に適用できることは言うまでもない。
【００３０】
また、スラグ中に含有される制限成分の含有量について、しきい値を設定し、高濃度スラグと低濃度スラグに分別することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、製鋼スラグ等の鉄鋼精錬スラグのうち、特にリサイクルの用途に適さない制限成分の含有量が許容上限値を超えるスラグと、制限成分の含有量が許容上限値以下のスラグを分別できるので、スラグ改質処理の負荷を著しく軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トーピードカー内のスラグからのＦ溶出量の推移を示すグラフである。
【図２】スラグ貯蔵場におけるＦ溶出量を示すグラフである。
【図１】
0003711925.tif 000002
【図２】
0003711925.tif 000003