(57)【要約】【課題】操業トラブルを防止しつつ効率的にスラグを再利用できるスラグの処理方法を提供する。【解決手段】本発明は、製鉄プロセスで発生するスラグの処理方法であって、回収したスラグを粒度毎に分別する工程と、上記分別したスラグの粒度毎に気体輸送した際の配管摩耗性を求める工程と、上記分別したスラグの粒度毎の組成分布を求める工程と、上記粒度毎の配管摩耗性及び上記組成分布により、気体輸送するスラグの粒度を決定する工程と、決定した粒度のスラグを気体輸送により使用設備に供給する工程とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄プロセスで発生するスラグの処理方法であって、
回収したスラグを粒度毎に分別する工程と、
上記分別したスラグの粒度毎に気体輸送した際の配管摩耗性を求める工程と、
上記分別したスラグの粒度毎の組成分布を求める工程と、
上記粒度毎の配管摩耗性及び上記組成分布により、気体輸送するスラグの粒度を決定する工程と、
決定した粒度のスラグを気体輸送により使用設備に供給する工程と
を備えることを特徴とするスラグの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉での還元処理から高炉から取り出した溶鉄を鋳造及び圧延するまでの製鉄プロセスでは、スラグ（鉱滓）が副産物として発生する。このようなスラグは、分離回収され、製鉄用原料や路盤材原料等の用途に利用される。
【０００３】
上記スラグは、高炉から発生する高炉スラグと、溶鉄の成分調整時に発生する製鋼スラグとに大別されるが、発生するプロセスによって、粒度、硬度、成分組織等が大きく異なる。粒度の小さいスラグは、輸送効率の観点から気体輸送装置による輸送が好ましいが、硬度の高いスラグを輸送すると、配管の摩耗や破孔の発生による操業トラブルが生じる場合があるため、使用例は少ない。
【０００４】
また、スラグを効率的に再利用するには、用途に応じた成分調整が求められる。そこで、スラグを篩分けし、さらに磁力選鉱するスラグの再利用方法が提案されている（特開２０１５−１２０９６３号公報）。
【０００５】
上記公報に開示される再利用方法は、金属鉄を除去しているため、金属鉄の有効活用ができない。また、磁選工程を必要とするため、工程が複雑化し、処理コストの増加及び操業性の悪化を伴う可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１２０９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記不都合に鑑みて、本発明は、操業トラブルを防止しつつ効率的にスラグを再利用できるスラグの処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた発明は、製鉄プロセスで発生するスラグの処理方法であって、回収したスラグを粒度毎に分別する工程と、上記分別したスラグの粒度毎に気体輸送した際の配管摩耗性を求める工程と、上記分別したスラグの粒度毎の組成分布を求める工程と、上記粒度毎の配管摩耗性及び上記組成分布により、気体輸送するスラグの粒度を決定する工程と、決定した粒度のスラグを気体輸送により使用設備に供給する工程とを備えることを特徴とするスラグの処理方法である。
【０００９】
当該スラグの処理方法は、スラグを粒度毎に分別し、分別したスラグの粒度毎の配管摩耗性と組成分布とを求め、これらを用いて気体輸送するスラグの粒度を決定する。そのため、当該スラグの処理方法によれば、配管摩耗性が低く、かつ所望の組成分布を有するスラグを選択して気体輸送することができるので、配管の摩耗を抑えて操業トラブルを防止しつつ効率的にスラグを再利用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明のスラグの処理方法は、操業トラブルを防止しつつ効率的にスラグを再利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態のスラグの処理方法を示すフロー図である。
【図２】気体輸送装置の一例を示す模式図である。
【図３】実施例で用いたＫＲスラグの粒度分布を示すグラフである。
【図４】実施例で用いた飛石試験機を説明する模式的平面図である。
【図５】実施例の飛石試験における摩耗量を示すグラフである。
【図６】実施例で用いたＫＲスラグの組成分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００１３】
図１に示す本発明の一実施形態に係るスラグの処理方法は、製鉄プロセスで発生するスラグを処理する方法である。
【００１４】
当該スラグの処理方法は、図１に示すように、スラグを回収する工程（回収工程Ｓ０）と、回収したスラグを粒度毎に分別する工程（分別工程Ｓ１）と、上記分別したスラグの粒度毎に気体輸送した際の配管摩耗性を求める工程（配管摩耗性取得工程Ｓ２）と、上記分別したスラグの粒度毎の組成分布を求める工程（組成分布取得工程Ｓ３）と、上記粒度毎の配管摩耗性及び上記組成分布により、気体輸送するスラグの粒度を決定する工程（気体輸送粒度決定工程Ｓ４）と、決定した粒度のスラグを気体輸送により使用設備に供給する工程（供給工程Ｓ５）とを主に備える。
【００１５】
＜回収工程＞
回収工程Ｓ０では、製鉄プロセスからスラグを回収する。このスラグとしては、製鉄プロセスで発生するスラグであれば限定されるものではなく、高炉から発生するスラグ、高炉から取り出した溶鉄を成分調整する際に発生するスラグ等が含まれる。溶鉄から発生するスラグの一例として、ＫＲ脱硫の際に排出されるＫＲスラグがある。
【００１６】
ＫＲ脱硫は、耐火物で被覆したインペラーを溶銑鍋内の溶鉄に浸漬させ、同時に脱硫剤として生石灰やアルミニウム等を溶鉄上に添加し、インペラーを軸中心に５０〜１５０ｒｐｍの速度で回転させて溶鉄を攪拌することによって、溶鉄中に脱硫剤を巻込み、溶鉄から硫黄を低減する溶鉄の脱硫方法である。ＫＲ脱硫では、脱硫剤と溶鉄とが激しく攪拌されるため、発生するＫＲスラグの中には、処理の途中でスラグ中に巻込まれた溶鉄が金属鉄として含まれている。このＫＲスラグは、爪状の設備で溶鉄上から掻きとることで回収されるが、この際に少量の溶鉄もスラグと共に溶銑鍋から排出されるため、ＫＲスラグは大小様々な地金が混ざった状態で回収される。
【００１７】
溶銑鍋等から回収したスラグは、スプレー散水等によって数時間冷却した後、さらに傾転させて数か月天日乾燥することが好ましい。
【００１８】
＜分別工程＞
分別工程Ｓ１では、回収したスラグを一定の範囲の粒度毎に分別する。この分別手段としては、例えば振動式スクリーンを用いることができる。なお、分別はスラグを乾燥した後、例えばスラグの水分が２質量％以下の状態で行うとよい。
【００１９】
分別する粒度範囲としては、回収したスラグの性状や分別後の用途によって適宜設計できる。分別の一例として、１．０ｍｍ未満、１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ未満、及び５．０ｍｍ以上の３種類の粒度範囲が挙げられる。
【００２０】
ＫＲスラグの場合、粒度の大きいスラグが含まれ、これは水蒸気爆発を起こし難く、かつ金属鉄を多く含むため、転炉スクラップ代替物として好適に使用できる。また、１５ｍｍ以上の粒度のスラグは、ベルトコンベアをつなぎ目等で切断するおそれがある。そのため、スラグを予め篩分けし、例えば１５ｍｍ以上の粒度のスラグを転炉スクラップとして分離するとよい。この場合、１５ｍｍ未満の粒度のスラグに対し、上述の分別を行う。
【００２１】
＜配管摩耗性取得工程＞
配管摩耗性取得工程Ｓ２では、分別したスラグの粒度毎に気体輸送した際の配管摩耗性を求める。この配管摩耗性は、例えば金属片に分別した粒度のスラグを吹き付けた際の金属片の重量変化（摩耗量）で評価することができる。つまり、この摩耗量が大きい粒度のスラグは、気体輸送した際に配管を摩耗させる可能性が高いと判断できる。上記摩耗量の具体的な計測方法としては、米国自動車技術者協会規格（ＳＡＥ）Ｊ４００及び日本自動車規格（ＪＡＳＯ）Ｍ１０４に規定される飛石試験機を用いた方法が適用できる。ただし、配管摩耗性の評価はこの方法に限定されず、実際に配管内を気体輸送した場合の摩耗量を計測してもよい。
【００２２】
＜組成分布取得工程＞
組成分布取得工程Ｓ３では、分別したスラグの粒度毎の組成分布を求める。この組成としては、例えば金属鉄、硫黄、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化シリコン等が挙げられる。スラグの組成は、例えば誘導結合プラズマ発光分光分析法を用いて計測することができる。
【００２３】
＜気体輸送粒度決定工程＞
気体輸送粒度決定工程Ｓ４では、配管摩耗性取得工程Ｓ２で求めた粒度毎の配管摩耗性及び組成分布取得工程Ｓ３で求めた粒度毎の組成分布により、気体輸送するスラグの粒度を決定する。
【００２４】
この気体輸送するスラグの粒度としては、配管摩耗が発生しないと考えられる粒度範囲のうち、スラグの利用用途に適した組成分布を有する粒度を選択する。具体的には、用途に有用な成分を多く含み、操業上の支障等を起こしやすい成分の少ない１又は複数の粒度を選択する。
【００２５】
＜供給工程＞
供給工程Ｓ５では、気体輸送粒度決定工程Ｓ４で決定した粒度のスラグを気体輸送により使用設備に供給する。
【００２６】
上記使用設備としては、例えばＫＲ等の溶銑鍋が挙げられる。また、複数の使用設備に気体輸送でスラグを供給してもよい。なお、気体輸送する前にスラグを乾燥しておくことが好ましく、例えばスラグの水分を２質量％以下としておくとよい。
【００２７】
気体輸送設備としては、空気や窒素を輸送気体として用いた公知のものが使用できる。図２に気体輸送設備の一例を示す。図２の設備では、上記決定した粒度のスラグを積み込んだ粉粒体輸送車１から貯蔵槽２、リフトタンク３及び投入槽４を介して溶銑鍋（ＫＲ）５にスラグを輸送する。具体的には、まず粉粒体輸送車１のスラグ貯蔵タンクに空気を供給し加圧しながら空気とスラグとを流動化した後、排出バルブを開けることで貯蔵槽２にスラグを気体輸送する。次に、貯蔵槽２からリフトタンク３にスラグを落下により供給し、粉粒体輸送車１から貯蔵槽２への気体輸送と同じ原理で、リフトタンク３から投入槽４にスラグを気体輸送する。最後に、この投入槽４から溶銑鍋５にスラグを落下により供給する。
【００２８】
上記粉粒体輸送車１は、ホッパー車、エア車、バルク車、バルクローリー等と呼称される粉粒体運搬に使用される特種用途自動車であり、貨物自動車の一種でもある。このような粉粒体輸送車を用いることで、スラグの飛散を防止し、発塵等の環境及び安全上の問題を防ぐことができる。また、密閉された貯蔵槽及び投入槽を用いることでも発塵の防止が促進される。
【００２９】
気体輸送しない粒度のスラグは、適宜公知の方法で再利用又は処理される。
【００３０】
なお、一度本発明の処理方法で処理を行ったスラグと同性状のスラグ（例えば同一のプロセスから発生するスラグ）を処理する場合、配管摩耗性取得工程Ｓ２、組成分布取得工程Ｓ３、及び気体輸送粒度決定工程Ｓ４の全部又は一部は前回のデータを参照することで省略することができる。
【００３１】
＜利点＞
当該スラグの処理方法は、スラグを粒度毎に分別し、分別したスラグの粒度毎の配管摩耗性と組成分布とを求め、これらを用いて気体輸送するスラグの粒度を決定する。そのため、当該スラグの処理方法によれば、配管摩耗性が低く、かつ所望の組成分布を有するスラグを選択して気体輸送することができるので、配管の摩耗を抑えて操業トラブルを防止しつつ効率的にスラグを再利用することができる。
【００３２】
［その他の実施形態］
当該スラグの処理方法は、上記実施形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
まず、ＫＲ脱硫時に発生したＫＲスラグを爪状の設備で掻きとり、重機で運搬台車に積載して搬出した後、上方からのスプレー散水によって室温まで６時間程度冷却した。散水冷却後に運搬台車をクレーンを用いて傾転し、ＫＲスラグを素掘りのピットに排出し、数か月天日乾燥した。乾燥後のＫＲスラグを篩目が１５ｍｍの振動式スクリーンを用いて篩分けし、粒度が１５ｍｍ未満のスラグを回収した。なお、粒度が１５ｍｍ以上のスラグは製鋼工程で使用した。
【００３５】
次に、上記スラグをドラム式乾燥機で乾燥後、表１に示す篩目の篩を用いてロータップ式篩振とう機で粒度毎に分別し、粒度分布を測定した。その結果を表１及び図３に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
上記分別したスラグのうち、２．８ｍｍ以上４．０ｍｍ未満の粒度と、４．０ｍｍ以上５．６ｍｍ未満の粒度のスラグについて、飛石試験機により配管摩耗量を測定した。具体的には、室温及び大気中で、図４に示すようにスラグと空気とを一定方向に吹き付けるノズル１１と、このノズル１１の先端と対向する位置（噴射角度が９０°となる位置）に配設された金属試験片１２とを備える飛石試験機１０（スガ試験機株式会社の「ＪＡ４００」）を用い、ＳＡＥ  Ｊ４００及びＪＡＳＯ  Ｍ１０４に準拠して試験片の摩耗量を測定した。なお、噴射距離（ノズル先端から試験片までの距離）は３５０ｍｍ、噴射量は約８５０±１０ｇ／ｓｅｃ、空気圧は０．３０ＭＰａ、空気量は３６００Ｌ／ｍｉｎ、試験片の寸法は１００ｍｍ×２００ｍｍ×５ｍｍ（試験面８５ｍｍ×１４０ｍｍ）、試験片の材質はＳＳ４００とした。
【００３８】
測定した摩耗量を図５に示す。図５からわかるように、２．８ｍｍ以上４．０ｍｍ未満の粒度のスラグでは衝突による摩耗が生じず、４．０ｍｍ以上５．６ｍｍ未満の粒度のスラグでは摩耗が発生することがわかった。従って、粒度が４．０ｍｍ未満のスラグは気体輸送による配管の摩耗が防止できると推定される。
【００３９】
次に、上記スラグの組成を測定し、粒度毎の組成分布を求めた。その結果の一例を図６に示す。
【００４０】
ＫＲスラグを鉄源としてリサイクルするためには、可能な限り金属鉄（Ｍ．Ｆｅ）の多い粒度範囲を選んで使用した方が効率が良い。図６から、ＫＲスラグは粒度が２．０ｍｍ未満になると金属鉄の含有量が少なくなるため、リサイクルする際の粒度範囲は２．０ｍｍ以上が望ましいと考えられる。一方、ＫＲスラグは、鉄源として不純物となる硫黄を含んでおり、リサイクルする上では硫黄の少ない粒度範囲が望ましい。図６から、２．０ｍｍ以下では硫黄の含有量が増加するため、リサイクルする際の粒度範囲は２．０ｍｍ以上が望ましいと考えられる。従って、２．０ｍｍ以上の粒度のスラグを鉄源として利用することが効率的である。
【００４１】
以上の結果から、気体輸送するスラグの粒度を２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ未満に決定した。
【００４２】
上記決定粒度のスラグを粉粒体輸送車に投入し、図２に示す気体輸送設備により溶銑鍋へ供給した。粉粒体輸送車出口から貯蔵槽入口までの高さは約１０ｍ、リフトタンク出口から投入槽入口までの高さは約２０ｍである。気体輸送の配管径は１２５Ａとし、輸送気体としては窒素を用い、輸送気体流量を３３Ｎｍ３／ｍｉｎ、輸送速度を２５０ｋｇ／ｍｉｎとした。この気体輸送により、操業トラブルを発生させることなく、効率的にスラグを再利用できた。なお、粒度が４．０ｍｍ以上のスラグは硫黄が少なく金属鉄を豊富に含むことから転炉に上方投入し、粒度が２．０ｍｍ未満のスラグは硫黄を多く含むため脱硫設備を持つ焼結工場で使用した。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のスラグの処理方法は、操業トラブルを防止しつつ効率的にスラグを再利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  粉粒体輸送車
２  貯蔵槽
３  リフトタンク
４  投入槽
５  溶銑鍋
１０  飛石試験機
１１  ノズル
１２  試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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