JP6412488B2 - Ｋｒ脱硫での地金リサイクル方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＫＲ脱硫で排滓される除滓物に含まれる地金を鉄源として有効に回収しリサイクルする地金リサイクル方法に関するものである。

ＫＲ脱硫は、溶銑中にＣａＯなどの脱硫剤を投入した上で、インペラなどを用いて溶銑を機械的に攪拌しつつ溶銑中のＳを取り除く処理である。このＫＲ脱硫は、溶銑中のＳを除滓物として取り除くものであるが、除滓物には金属鉄が地鉄として含まれており、除滓物に含まれる地鉄をリサイクルすることが昨今は必要となっている。
このようなＫＲ脱硫で地金をリサイクルする技術としては、次の特許文献１〜特許文献４に示すようなものが知られている。

例えば、特許文献１は、脱りんおよび脱硫で生じた地金を溶銑搬送容器内に入置きし、高炉の溶銑を受銑することで、リサイクルのために地金を鉄源として溶銑に投入する際の水蒸気爆発を防止することを目的とするものである。この特許文献１では、ヤードにおいて山積みされたスラグから、脱りんおよび脱硫地金をサイズが２００ｍｍ〜１５００ｍｍかつ温度が１００℃〜６００℃の条件で回収し、溶銑搬送容器に入置きし高炉の溶銑を受銑することで、水蒸気爆発を防止する構成となっている。

また、特許文献２は、付着水分を有する転炉排ガスダストを、予め水分を除去することなく、溶銑搬送容器に入置きして溶銑を受銑させる際に発生する突沸トラブルを防止することを目的とするものであり、溶銑搬送容器に先ず、厚み１ｍｍ以下かつ長さ２００ｍｍ以下である冷鉄源を投入し、次に湿潤状態の転炉排ガスダストを投入し、その上に厚み１ｍｍ以下かつ長さ２００ｍｍ以下の冷鉄源を投入し、さらに溶銑を溶銑搬送容器に受銑させることで、受銑時または受銑後の突沸トラブルを防止する構成となっている。

さらに、特許文献３は、冷鉄源（実施例ではヤードに置かれて、水分を含んだ地金）を溶銑搬送容器に前置きし、高炉で溶銑を受銑させる際に発生する水蒸気爆発を防止するものであり、ヤードに置かれた地金を、脱珪処理または脱りん処理後の排滓時に回収した地金で、かつサイズが１５０ｍｍ以上、かつ付着スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２:質量比）が２．５以下であるものに制約することで、地金に付着した水分が０．１％〜１．０％となるため、高炉での溶銑受銑時に水蒸気爆発を防止する構成となっている。

さらにまた、特許文献４は、溶銑の脱硫処理で発生するＣａＯ系スラグに含まれる地金を、粉砕処理や磁選することなく、鉄源として溶銑に還元することを目的とするものであり、脱硫処理で発生したＣａＯ系スラグを熱間のまま、空の転炉装入鍋に装入し、その後転炉装入鍋に溶銑を受銑させ、溶銑にＣａＯ系スラグに含まれる地金中の鉄分を還元する構成となっている。

特開２００６−０７０３０８号公報 特開２００９−０７９２５６号公報 特開２００６−０５７１５１号公報 特開２００８−０８１７９６号公報

ところで、上述した特許文献１は、粒径が２００ｍｍ〜１５００ｍｍで、かつ温度が１００℃〜６００℃の地金を用いることで小蒸気爆発を防止するものである。そのため、より粒径が小さく温度も低い地金、例えばＫＲ脱硫で発生する地金のうち、粒径が２００ｍｍ以下であって、常温まで冷却されている小径地金を溶銑搬送容器に入置きすると、高炉の溶銑を受銑した際に水蒸気爆発を生じる可能性がある。

また、特許文献２は、受銑時突沸トラブルを防止するために、本来リサイクルしたい転炉排ガスダストに加えて、厚みが１ｍｍ以下で、長さが２００ｍｍ以下の冷鉄源を溶銑搬送容器内に投入している。そのため、投入された冷鉄源により溶銑搬送容器内の熱が必要以上に奪われる可能性があり、溶銑温度の低下による地金付着の問題や次工程での溶銑予備処理（脱りん・脱硫）の反応効率を低くしてしまうといった問題、さらには転炉工程で昇熱剤が必要となってコストアップに繋がるといった問題を生じる可能性がある。

さらに、特許文献３は、脱珪処理または脱りん処理後の排滓時に回収した地金で、かつサイズが１５０ｍｍ以上、かつ付着スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２：質量比）が２．５以下であるものを用いることで、水蒸気爆発を防止する構成となっている。そのため、１５０ｍｍより小さいサイズの小径地金を用いると、溶銑容器に溶銑を受銑させた際、水蒸気爆発を生じる可能性がある。

また、特許文献３は、地金のサイズが１５０ｍｍ以上になれば地金に付着した水分を０．１％〜１．０％にすることができて点を利用して水蒸気爆発を防止しているのであり、水分が数％〜２０％程度に及ぶこともある１５０ｍｍより小さな小径地金を採用した場合には、水蒸気爆発の防止はあまり期待できない。
さらにまた、特許文献４の方法は、地金を含む除滓物を熱間のまま転炉装入鍋に入置きすることで、受銑時の水蒸気爆発を防止するものとなっており、水分を含む除滓物をリサイクルのために鉄源として溶銑中に投入しようとすると、転炉装入鍋に受銑する際に水蒸気爆発を生じる可能性がある。

つまり、特許文献１〜特許文献４の技術は、水分量があまり付着していない径が大きな地金を用いるか、水分が気化して失われているような熱間の地金を用いるものとなっており、常温まで冷却された除滓物や粒径が小さな除滓物をリサイクルできるものとはなっていない。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、常温まで冷却された除滓物や粒径が小さな除滓物に含まれる地金であっても、確実に回収してリサイクルすることができるＫＲ脱硫での地金リサイクル方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のＫＲ脱硫での地金リサイクル方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のＫＲ脱硫での地金リサイクル方法は、インペラを回転させて機械的に溶銑を攪拌する装置を用いて溶銑のＫＲ脱硫を連続して行うに際して、前記連続して行われるＫＲ脱硫における一連のチャージで排滓される除滓物をリサイクル用除滓物として水冷すると共に、水冷したリサイクル用除滓物を、粒径４０ｍｍ以上を大塊、粒径１５ｍｍ未満を粉、その間を小径に粒子サイズで分けておき、前記一連のチャージに続いて行われるＫＲ脱硫のチャージで排滓され且つ水を気化可能な温度となっている除滓物の一部又は全部を乾燥用除滓物とし、前記乾燥用除滓物と、前記サイクル用除滓物から得られた小径のリサイクル用除滓物とを混合して混合除滓物とし、得られた混合除滓物を、前記乾燥用除滓物を得たＫＲ脱硫のチャージより後のチャージで溶銑に投入するに際しては、前記混合除滓物に対する乾燥用除滓物の重量比をａ（％）、前記混合除滓物の混合開始からの経過時間を乾燥時間ｂ（ｈｒ）とした場合に、重量比ａと乾燥時間ｂを変数として乾燥後の混合除滓物の水分量ｘ（％）を推定する式（１）で示される重回帰式を求めておくと共に、
前記混合除滓物を前記溶銑に投入しても水蒸気爆発を起こさない状況下となる、前記混合除滓物の投入量上限値ｙ（ｋｇ／ｔ）と前記混合除滓物の水分量ｘ（％）との関係を示す式（２）を求めておき、前記混合除滓物に対する乾燥用除滓物の重量比がａ（％）となるように、前記リサイクル用除滓物から得られた小径のリサイクル用除滓物と前記乾燥用除滓物とを混合して混合除滓物とし、前記混合された混合除滓物を乾燥時間ｂ（ｈｒ）だけ静置し、前記式（１）に、前記混合除滓物に対する乾燥用除滓物の重量比ａ、及び混合除滓物の乾燥時間ｂ（ｈｒ）を代入して乾燥後の混合除滓物の水分値ｘを求め、求められた乾燥後の混合除滓物の水分値ｘを式（２）に代入して投入量上限値ｙ（ｋｇ／ｔ）を求め、前記混合除滓物が、求めた投入量上限値ｙ（ｋｇ／ｔ）より少なくなるように前記混合除滓物を溶銑に投入することを特徴とする。

本発明のＫＲ脱硫での地金リサイクル方法によれば、常温まで冷却された除滓物や粒径が小さな除滓物に含まれる地金であっても、確実に回収してリサイクルすることができる。また、本発明のＫＲ脱硫での地金リサイクル方法では、乾燥炉などの処理設備を別途用いることがなく、粒径が小さな除滓物の地金を溶銑に安全に還元してリサイクルすることができる。

本実施形態の地金リサイクル方法の事前準備工程を示した図である。 本実施形態の地金リサイクル方法の実操業工程を示した図である。 実操業工程のＫＲ脱硫操作を説明する図である。 実操業工程の後除滓操作を説明する図である。 実操業工程の冷却操作を説明する図である。 実操業工程の分別操作を説明する図である。 実操業工程において、除滓物から乾燥用除滓物を取り出す操作を説明する図である。 実操業工程において、乾燥用除滓物とリサイクル用除滓物とを混合する混合操作を説明する図である。 実操業工程において、混合除滓物を乾燥用除滓物を得たチャージより後のチャージで溶銑に投入する投入操作を説明する図である。 水分計算値と水分実績値との対応をプロットした図である。 水蒸気爆発を起こさずに除滓物の投入が可能となる地金付着水分と地金投入量の関係を示した図である。

以下、本発明に係るＫＲ脱硫での地金リサイクル方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
本実施形態の地金リサイクル方法は、インペラ２を回転させて機械的に溶銑を攪拌する装置（ＫＲ脱硫装置１）を用いて溶銑のＫＲ脱硫を連続して行うに際して、連続して行われるＫＲ脱硫における一連のチャージで排滓される除滓物Ｓをリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒとして水冷すると共に、水冷したリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを大塊Ｓ_ＲＢ、小径Ｓ_ＲＳ、粉Ｓ_ＲＰに粒子サイズで分けておき、一連のチャージに続いて行われるＫＲ脱硫のチャージで排滓され且つ水を気化可能な温度となっている除滓物の一部又は全部を乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとし、乾燥用除滓物Ｓ_Ｄと、サイクル用除滓物Ｓ_Ｒから得られた小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳとを混合して混合除滓物Ｓ_Ｃとし、得られた混合除滓物Ｓ_Ｃを、乾燥用除滓物Ｓ_Ｄを得たＫＲ脱硫のチャージより後のチャージで溶銑に投入するものである。

詳しく言えば、本実施形態の地金リサイクル方法は、ＫＲ脱硫処理で発生する除滓物Ｓを常温（少なくとも１００℃未満）まで冷却し、上述した３種類の除滓物（大塊Ｓ_ＲＢ、小径Ｓ_ＲＳ、粉Ｓ_ＲＰ）に分けておく。これら３種類の除滓物のうち、粒径が４０ｍｍ以上の「大塊」の除滓物Ｓ_ＲＢや粒径が１５ｍｍ未満の「粉」の除滓物Ｓ_ＲＰは従来からリサイクルが可能であったが、粒径が１５ｍｍ〜４０ｍｍの「小径」の除滓物Ｓ_ＲＳは、そのまま溶銑に投入すると水蒸気爆発のおそれがあり、除滓物に含まれる地金のリサイクルが行われていなかった。そこで、本実施形態の地金リサイクル方法は、ＫＲ脱硫で排滓される除滓物Ｓの一部を熱間状態のまま乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとして「小径」の除滓物Ｓ_ＲＳに混合し、乾燥用除滓物Ｓ_Ｄの高温を利用して「小径」の除滓物Ｓ_ＲＳの水分を乾燥させて取り除くことで、水蒸気爆発を確実に防止しつつ「小径」の除滓物Ｓ_ＲＳに含まれる地金をリサイクルできるようにしている。

具体的には、本実施形態の地金リサイクル方法は、図１に示す「事前準備工程」をまず行い、次に図２に示す「実操業工程」を行うものとなっている。
「事前準備工程」は、乾燥条件から乾燥後の混合除滓物Ｓ_Ｃ（乾燥用除滓物Ｓ_Ｄに「小径」の除滓物Ｓ_ＲＳを混合したもの）の水分量を推定する水分量推定式と、水分値に応じた混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙを規定する投入量計算式とを、事前に準備しておく工程である。

また、「実操業工程」は、実操業において、水分量推定式に操業条件を当てはめ水分値を推定し、算出された水分推定値を投入量計算式に代入して投入量上限値ｙを求め、求められた除滓物の投入量が投入量上限値ｙ以下の重量となるように「小径」の混合除滓物Ｓ_ｃをＫＲ脱硫処理前の溶銑鍋３の溶銑に投入するものとなっている。
以降では、本実施形態の地金リサイクル方法を構成する「事前準備工程」と「実操業工程」についてそれぞれ説明する。

なお、上述した如く、本発明の技術においては、「事前準備工程」を行った後、得られた回帰式を用いて「実操業工程」を行っている。しかしながら、本明細書においては、技術の理解を容易にするため、まず、「実操業工程」の内容について詳細に説明を行い、その後、「事前準備工程」の内容について説明を行う。
以降でいう「除滓物Ｓ」は、ＫＲ脱硫工程で除滓されたスラグとそのスラグ内に含まれる地金の両者を合わせたものを言う。

まず、図２を用いて、「実操業工程」について説明する。
本実施形態の「実操業工程」は、本発明にかかるＫＲ脱硫での地金リサイクル方法の実際の操業のことであり、次の（１）〜（６）の操作を順番に行うものとなっている。
（１）連続して行われるＫＲ脱硫における一連のチャージで排滓される除滓物Ｓをリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒとして得る操作（ＫＲ脱硫操作Ｓ１及び後除滓操作Ｓ２）。
（２）得られたリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを水冷する操作（冷却操作Ｓ３）。
（３）水冷したリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを大塊Ｓ_ＲＢ、小径Ｓ_ＲＳ、粉Ｓ_ＲＰに粒子サイズで分けておく操作（分別操作Ｓ４）。
（４）一連のチャージに続いて行われるＫＲ脱硫のチャージで排滓され且つ水を気化可能な温度となっている除滓物の一部又は全部を乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとして分ける操作（除滓物Ｓから乾燥用除滓物Ｓ_Ｄを取り出す操作）。
（５）乾燥用除滓物Ｓ_Ｄと、サイクル用除滓物Ｓ_Ｒから得られた小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳとを混合して混合除滓物Ｓ_Ｃとする混合操作Ｓ５。
（６）得られた混合除滓物Ｓ_Ｃを、乾燥用除滓物Ｓ_Ｄを得たＫＲ脱硫のチャージより後のチャージで溶銑に投入する操作（投入操作Ｓ６）。

以上の工程を順番に行うものとなっている。
以降では、本実施形態の地金リサイクル方法を構成する各操作について説明する。
図２に示すように、ＫＲ脱硫操作では、溶銑鍋３を用いた溶銑のＫＲ脱硫が複数のチャージに亘って連続して行われる。
ＫＲ脱硫とは、機械的攪拌手段を用いて、脱硫剤が添加された溶銑鍋３内の溶銑を攪拌し、脱硫剤を溶銑中の硫黄に反応させて、溶銑中の硫黄をスラグに移行し、最後に硫黄が含まれたスラグを除滓物Ｓとして排滓する処理である。

具体的には、このＫＲ脱硫操作は、図３に示すように、耐火物で構成されたインペラ２などの機械的攪拌手段を用いて、溶銑鍋３中の溶銑を攪拌しつつ行われる。図例では、この機械的攪拌手段は、溶銑鍋３に対して水平方向に移動可能に設けられたＫＲ台車４に取り付けられており、溶銑鍋３に対して昇降自在に取り付けられている。そして、ＫＲ脱硫の際には、平面視でＫＲ台車４の中央に溶銑鍋３が位置する処理位置にＫＲ台車４が移動するようになっていて、ＫＲ台車４に取り付けられた機械的攪拌手段を溶銑鍋３内の溶銑に浸漬させられる構成となっている。

また、ＫＲ脱硫操作においては、機械的攪拌手段が浸漬している溶銑鍋３の溶銑に、脱硫剤として生石灰やアルミドロスなどが添加される。そして、機械的攪拌手段を５０ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍの回転速度で回転させることで、溶銑鍋３の溶銑中に脱硫剤を巻込むように機械的な撹拌が行われる。
このような機械的な攪拌が行われているＫＲ脱硫の溶銑中では、溶銑中の硫黄［Ｓ］が、式（３）に示すように硫化カルシウムに変化する反応が進行する。

なお、上述した反応を行う際に、高炉スラグなどが存在すると、反応効率が低下してしまう場合がある。このような場合は、高炉スラグなどを溶銑鍋３内から除去するため、ＫＲ脱硫の前に前除滓が行われる場合もある。
このようにして溶銑中の硫黄が硫化物として固定されたスラグは、図４に示すような「後除滓操作」で排滓される。

つまり、後除滓操作を行うに当たっては、まず機械的攪拌手段が溶銑中から引き上げられ、さらにＫＲ台車４が水平方向に移動して、溶銑鍋３から離間した位置に離れる。そして、機械的攪拌手段が退いた後の溶銑鍋３では、スラグシュート５（受滓容器）側からスラグドラッガー６を差し伸ばして、スラグドラッガー６で湯面のスラグが集めるように掻き出され、スラグシュート５へのスラグの排滓が可能となる。

具体的には、上述したスラグシュート５は、ＫＲ台車４と平行な方向に向かって水平移動可能なスラグ傾転台車７に取り付けられており、溶銑鍋３から掻き出した除滓物Ｓを収容可能となっている。また、スラグドラッガー６は、スラグ傾転台車７の移動方向とは直交する方向に沿って長尺とされた部材であり、長手方向の先端に耐火物を被覆して形成された鍵型構造を備えたスラグの除去装置である。スラグドラッガー６は、上述した鍵型構造を溶銑鍋３側に向かって前進させたり後退させたりできるように、さらには鍵型構造を水平方向（左右方向）に旋回できるようにスラグ傾転台車７に取り付けられており、溶銑鍋３の湯面に浮かぶスラグを溶銑鍋３外に掻きだして、スラグシュート５に集めることが可能となっている。

このようにしてスラグシュート５に受滓されたスラグは、さらにスラグシュート５からスラグピット（第１スラグピット８）に移し替えられる。つまり、図４の右側に点線で示されるようにスラグ傾転台車７のスラグシュート５は横倒し状に傾転可能となっており、スラグ傾転台車７の移動方向を向く軸回りにスラグシュート５を揺動させると、スラグシュート５が垂直に起立するまで傾動し、スラグシュート５（受滓容器）に一旦受滓したスラグをスラグピット上に残さず空けることができるようになっている。

このようにしてスラグピット（第１スラグピット８）に受滓されたスラグ（以降、溶銑鍋３の外に掻き出されたスラグを除滓物Ｓという）は、図５に示すような運搬車両９（図例の場合はダンプ）に重機を用いて載せ替えられ、運搬車両９でヤードに運搬される。この運搬中に、上述した造滓物Ｓの冷却操作が行われる。
なお、以降では、ヤードに運搬されると共に冷却された除滓物Ｓをリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒといい、後述する乾燥用除滓物Ｓ_Ｄと区別して用いる。

冷却操作は、ヤードに運搬されるリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒに水をかけて、水の気化によりリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒの温度を下げる操作である。この冷却操作は、後述する篩い分けを可能とするために行われ、サイクル用除滓物Ｓ_Ｒの温度が少なくとも１００℃以下となるまで、好ましくは常温になるまで行われる。
本実施形態では、ヤードに運搬されるリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒはスラグパン１０に収容された状態で運搬車両９に載せられており、冷却操作は、図５に示すようにリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒが収容されたスラグパン１０に対してスプレーノズル１１により水を散布することで行われる。なお、この冷却操作は、水をリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒに付与して冷却を行うものであれば、散水以外の方式を採用しても良い。また、空冷など他の冷却方法を、水冷に併用して用いても良い。

図６に示すように、冷却操作で冷却されたリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒは、ヤードに山積みして在庫管理される。そして、ヤードに山積みされたリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒは、次の分別操作で、粒径（粒子サイズ）により３種類に分別される。
分別操作は、冷却後にヤードに保管されているリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを、篩い機などを用いて「大塊Ｓ_ＲＢ」、「小径Ｓ_ＲＳ」、「粉Ｓ_ＲＰ」の３種類に分ける操作である。

ここで、「大塊」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＢは、粒径が４０ｍｍ以上のリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒ、つまり粒径が４０ｍｍ以上の地金とスラグとの混合物であって、転炉でのスクラップ鉄源や溶銑容器への入置きなどの用途に用いられる。
また、「粉」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＰは、粒径が１５ｍｍ未満のリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒ、つまり粒径が１５ｍｍ未満の地金とスラグとの混合物であって、焼結原料や脱りん剤など鉄分を含む粉体を鉄源としてリサイクルされる。

さらに、「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳは、その粒径が、「大塊」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＢの下限値と、「粉」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＰの上限値との間になるようなリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒであり、従来よりリサイクルが困難とされてきたものである。
上述した「大塊Ｓ_ＲＢ」、「小径Ｓ_ＲＳ」、「粉Ｓ_ＲＰ」のリサイクル用除滓物への分別は、図６に示すような手順で行われる。

すなわち、まず１００ｍｍの目開きを備えた第１の篩い機１２と、４０ｍｍの目開きを備えた第２の篩い機１３とを用意する。そして、ヤードに保管されているリサイクル用造滓物Ｓ_Ｒを、まず第１の篩い機１２で篩い分ける。このとき、第１の篩い機１２で篩上に篩い分けられたものが「大塊」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＢである。次に、第１の篩い機１２で篩下に篩い分けられたリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを、第２の篩い機１３で篩い分ける。このようにして第２の篩い機１３で篩下に分けられたリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒが「粉」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＰであり、第２の篩い機１３で篩上に分けられたものが「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳである。

ところで、上述した後除滓操作においてスラグドラッガー６で除滓を行うと、スラグと共に湯面近くの溶銑もスラグと一緒になって掻き出されるため、除滓物Ｓ（リサイクル用除滓物Ｓ_Ｒ）には少なからず地金（金属鉄）が混じっている。このような地金のうち、「大塊Ｓ_ＲＢ」や「粉Ｓ_ＲＰ」のリサイクル用除滓物に含まれる地金は、スクラップ鉄源や焼結原料として再利用される。しかし、従来の方法では、「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳに含まれる地金は、再利用が困難とされてきた。

すなわち、「小径」に分別された（篩い分けられた）リサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳは、篩い分け前に散水が行われているため、内部に多くの水分を有している。そのため、「小径」に分別されたリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳをそのまま溶銑中に投入すると、水蒸気爆発を起こす可能性が高い。また、「粉」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＰと同様に、空の転炉に入置きして炉熱によって水分を蒸発させることも考えられるが、「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳは粒子径が小さいため熱が均一に伝わり難く、十分に水分を取り除けない可能性があり、水蒸気爆発が起こる可能性を十分に下げることは困難であった。

そこで、本実施形態の地金リサイクル方法では、後述するした（４）〜（６）の操作を行って、熱間の乾燥用除滓物Ｓ_Ｄの混合によって、「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳに含まれる水分を気化させ、混合除滓物Ｓ_Ｃとして溶銑に投入した際の水蒸気爆発を確実に抑制しているのである。
具体的には、本実施形態の地金リサイクル方法では、上述したＫＲ脱硫を連続して複数チャージに亘って行う。そして、それぞれのチャージのＫＲ脱硫で排滓された除滓物Ｓを、すべてリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒとして、冷却、分別し、「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳを得る。このようにして「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳの量が所定量に達したら、その次のチャージにおいては、（４）の操作、すなわち「除滓物から乾燥用除滓物Ｓ_Ｄを取り出す操作」を行う。

この（４）の操作は、「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳを得るための一連のチャージに続いて行われるＫＲ脱硫のチャージで、ＫＲ脱硫後に排滓される除滓物Ｓの一部または全部を乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとするものである。この乾燥用除滓物Ｓ_Ｄは、排滓された直後の高温を維持した熱間の造滓物Ｓであり、水を気化可能なように最低でも１００℃を超える温度、より好ましくは後除滓終了から２時間以内であって５００℃以上の温度とされた除滓物Ｓが用いられている。

このようにして分別された「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳは、ヤードに山積みして在庫管理される。このとき、屋外にあるヤードでは、天候の影響によりリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳに付着する水分値にばらつきが生じる。それゆえ、屋外のヤードに保管された「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳをリサイクルする際には、後述する測定方法を用いて水分量を測定しておくのが好ましい。

具体的には、上述した（４）の操作は、図７に示すような手順で行われる。つまり、除滓物Ｓを収容するために床面に形成されたスラグピット（素堀りのスラグピット）を、第１スラグピット８と第２スラグピット１４との２箇所形成しておく。そして、一連のチャージよりも後で行われるＫＲ脱硫のチャージでスラグシュート５からの除滓物Ｓを、まず第１スラグピット８に排滓する。そして、第１スラグピット８に受滓された除滓物Ｓをリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒとする場合は、第１スラグピット８に受滓された除滓物Ｓをそのままの運搬車両９でヤードに運び、第１スラグピット８に受滓された除滓物Ｓを乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとする場合は、第１スラグピット８の除滓物の一部または全部を、ホイルローダなどの重機を用いて、第１スラグピット８の隣りに設けられた第２スラグピット１４に移動させる。このようにすれば第１スラグピット８に受滓された除滓物Ｓを、必要に応じてリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒと乾燥用除滓物Ｓ_Ｄを取り分けることが可能となる。

このようにして第２スラグピット１４に取り分けられた乾燥用除滓物Ｓ_Ｄに対しては、図８に示す混合操作において、「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳが混合される。つまり、上述した分別操作で第２の篩い機１３で篩上に篩い分けられた「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳは、ダンプなどの運搬車両９でヤードから第２スラグピット１４まで戻される。そして、第２スラグピット１４に戻された小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳをホイルローダなどを用いて乾燥用除滓物Ｓ_Ｄに混合し、混合除滓物Ｓ_Ｃを作製する。

このように乾燥用除滓物Ｓ_Ｄを第２スラグピット１４に仮置きすれば、「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳの乾燥を促進することができる。また、第２スラグピット１４を設ける場所は、雨に濡れない工場建屋内に設けるのが好ましい。
かかる混合操作においては、熱滓混合重量比ａ及び乾燥時間ｂが、実操業条件として得られる。

このようにして熱滓混合重量比ａ及び乾燥時間ｂが得られたら、得られた熱滓混合重量比ａ及び乾燥時間ｂを、後述する事前準備工程で求められた水分量推定式（１’）に代入する。さらに、実操業条件が代入された水分量推定式（１’）を、さらに、後述する事前準備工程で求められている投入量計算式（２）に代入する。そうすると、混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙを実際に算出することができる。

つまり、実操業工程の混合操作において、算出された混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙを超えない投入量で混合除滓物Ｓ_Ｃを溶銑中に投入することで、水蒸気爆発を防止しつつ小径（粒径が１５ｍｍ〜４０ｍｍ）のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳに含まれる地金を再利用することが可能となる。
さて、本発明の技術では、上記した「実操業工程」に先立ち「事前準備工程」を行うこととしている。

以下、図１を用いて、「事前準備工程」の内容について詳細に説明を行う。
本実施形態の「事前準備工程」は「実操業工程」で行った（１）〜（６）の工程を行いつつ、数々の操業データを蓄積し、得られた操業データから、水分量推定式（１’）及び投入量計算式（２）を得るものである。
すなわち、事前準備工程は、ＫＲ脱硫操作、後除滓操作、冷却操作、分別操作までの操作については、実操業工程と同じである。つまり、後除滓で発生したリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを常温まで冷却し、冷却後のリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを第１の篩い機１２及び第２の篩い機１３を用いて「大塊Ｓ_ＲＢ」、「小径Ｓ_ＲＳ」、「粉Ｓ_ＲＰ」に篩分けする。そして、リサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを篩分けすることによって発生する「小径」のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳと、熱間状態のまま第１スラグピット８から送られてきた乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとを、第２スラグピット１４の中で混合する。

このようにして混合された混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量ｘがどのようになるかを、事前準備工程では、過去の数々の操業データを用いた解析により、「水分量推定式」として予め求めておく。また、水分量推定式を用いて求められた水分量ｘを利用して、溶銑に投入可能な混合除滓物の投入量上限値ｙがどのようになるかを、「投入量計算式」として予め求めておく。

具体的には、混合除滓物Ｓ_Ｃの混合重量比率、言い換えれば混合除滓物のＳ_Ｃ総重量に対する乾燥用除滓物Ｓ_Ｄの重量の比を、熱滓混合重量比ａと定義する。この熱滓混合重量比ａは、乾燥用に第２スラグピット１４に仮置きされた熱間の乾燥用除滓物Ｓ_Ｄの重量を、乾燥用に仮置きした熱間の乾燥用除滓物Ｓ_Ｄの重量と、第２スラグピット１４に戻された小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳの重量との和で除したものである。なお、これらの重量は、ホイルローダに搭載されたロードセルを用いて測定可能であるが、ロードセル以外の秤量手段を用いても良い。

また、混合開始からの経過時間を乾燥時間ｂと定義する。この乾燥時間ｂも、乾燥後の造滓物の水分を推定するためのパラメータとなり得るからである。
これらの熱滓混合重量比ａ及び乾燥時間ｂが利用すれば、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量ｘ、より正確には、熱滓混合重量比ａで混合が行われた混合除滓物Ｓ_Ｃが、乾燥時間ｂだけ乾燥が行われた時点で示す水分量ｘを推定することができる。

すなわち、混合除滓物の水分量ｘは、上述した熱滓混合重量比ａ及び乾燥時間ｂの関数となると予測できるため、以下の式（１）のように熱滓混合重量比ａ及び乾燥時間ｂを説明変数とする重回帰式として示すことができる。

このような水分量推定式（１）を用いれば、混合除滓物Ｓ_Ｃの乾燥後の水分量xを正確に推定することが可能となる。
なお、上述した水分量推定式（１）は、ばらつきを考慮していないため、水分量推定式（１）で推定される水分量になるように混合除滓物Ｓ_Ｃを形成しても、実施に測定される水分量の測定値が推定を上回る可能性がある（言い換えれば、後述する水蒸気爆発が起こる可能性が残る）。そのため、実際に水分量を推定する場合には、水分計などを用いて実測した混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量を水分量推定式で推定した水分量が上回らないように、水分量推定式（１）にばらつきを嵩上げしておくのが好ましい。

すなわち、水分量推定式（１）で推定される水分量と、実際に水分計を用いて測定される水分量との差を求め、求められた差（ばらつき）が最大となるものを「最大ばらつきｃ」として選ぶ。選ばれた「最大ばらつきｃ」を水分量推定式（１）の切片に加えた修正式を、真の水分量推定式（１’）として用いるのが好ましい。

なお、除滓物Ｓの水分量ｘを実際に測定する際には、どのような水分計を用いても良いが、好ましくは赤外線加熱式などの水分計を用いることができる。また、混合除滓物Ｓ_Ｃからのサンプルの採取位置によっては、水分量の測定結果にばらつきが生じる可能性があるため、複数箇所からサンプルを採取して水分量を測定し、測定結果の中で最も高い値を、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量を代表する値として用いた。

上述のようにして、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量を推定する水分量推定式（１’）が得られたら、水蒸気爆発を起こすことなく溶銑に投入可能な混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙを事前に求めておく。
この「水蒸気爆発が起こるかどうか」は、混合除滓物Ｓ_Ｃを投入した際に、溶銑鍋３内で爆発に伴う閃光や溶銑の飛散が見られるかどうかを、ビデオカメラにて撮影し、予め判定しておく。

また、水蒸気爆発が発生しないからといって、混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙを際限なく増やせることはなく、混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙが所定量を超えると、混合除滓物Ｓ_Ｃの溶け残りが発生するようになり、好ましくない。それゆえ、このような水蒸気爆発が起こらず、混合除滓物Ｓ_Ｃの溶残が発生しない混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙの範囲を数式で示したものが、投入量計算式（２）である。

上述した水分量推定式（１’）で求められた混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量ｘを、投入量計算式（２）に代入すれば、水蒸気爆発の発生をより確実に抑制可能な混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙを算出する算出式を得ることが可能となる。
以上のように、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量ｘを推定する水分量推定式（１’）、及び混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値ｙを算出する投入量計算式（２）を求める工程が、地金リサイクル方法の事前準備工程となる。

次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の地金リサイクル方法の作用効果をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、２６０ｔｏｎの溶銑が装入された溶銑鍋３に、石灰系脱硫剤とアルミナ系媒溶剤を添加し、１０分間に亘ってＫＲ脱硫を行ったものである。
ＫＲ処理後の後除滓において、溶銑鍋３に浮かぶスラグを行いスラグシュート５を用いて、スラグピット（第１スラグピット８）に排滓した。

なお、ＫＲ脱硫処理時のスラグ傾転台車７は、図３に矢印で示されたように移動を行っており、ＫＲ脱硫処理時には図３に示す処理位置、除滓時には図４に示す非処理位置に位置している。そして、ＫＲ脱硫処理時には処理位置でインペラ２を下降し、インペラ２を軸中心に回転させて、溶銑を撹拌している。また、ＫＲ脱硫処理が終了した時点でインペラ２を上昇させた。さらに、脱硫剤については、ＫＲ台車４上にあるホッパー（図示略）より溶銑鍋３内に投入した。

一方、後除滓時のスラグ傾転台車７は、図４に示されたように移動を行っている。つまり、スラグ傾転台車７を非処理位置まで走行させ、スラグドラッガー６を前進・後退・左右旋回させることで、除滓物Ｓ（スラグ及び地金）をスラグシュート５に掻き出す。次に、スラグシュート５を傾動することで、除滓物Ｓを第１スラグピット８上に排滓した。
図５に示すように、第１スラグピット８に排滓された除滓物Ｓを、「リサイクル用除滓物Ｓ_Ｒ」として運搬車両９上のスラグパン１０に積込み、機関車で運搬車両９を牽引してスラグ冷却場（ヤード）まで運搬した。リサイクル用除滓物Ｓ_Ｒはスラグ冷却場に運搬し、散水することで常温まで冷却した。散水冷却後にスラグパン１０をクレーンを用いて傾転することで、素掘りのピットに排滓した。

図６に示すように、素掘りのピットのリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒを、バックホー式の第１の篩い機１２を用いて、40mmで篩分けを行った。第１の篩い機１２において篩上に分別されたリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒは、「大塊のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＢ」としてヤードに保管した。また、第１の篩い機１２において篩下に分別されたリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒは、振動スクリーン式の第２の篩い機１３を用いて、15mmで篩分けを行った。第２の篩い機１３において篩下に分別されたリサイクル用除滓物Ｓ_Ｒは、「粉のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＰ」としてヤードに保管した。

「大塊のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＢ」は転炉のスクラップ鉄源として、また「粉のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＰ」は焼結原料に配合し、鉄源として鉄分を回収した。
そして、第２の篩い機１３において篩上に分別された小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳを、第１スラグピット８の側方に設けられた第２スラグピット１４に移動した。
一方、リサイクル用除滓物Ｓ_Ｒとして排滓された一連のＫＲ脱硫に続いて行われるチャージで排滓される除滓物Ｓを、乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとして第１スラグピット８から第２スラグピット１４に移動し、小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳと乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとをホイルローダを利用して混合した。

このとき、小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳと乾燥用除滓物Ｓ_Ｄとの重量をホイルローダに搭載した荷重計で測定し、熱滓混合重量比ａの条件として、10%, 30%, 50%の条件の混合除滓物Ｓ_Ｃの試料を作製した。
また、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量については、山積みした「小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳ」の山から、採取場所を変えて３つの試料を採取し、赤外線加熱式水分計を用いて加熱温度120℃、加熱保持時間15分の条件で水分を測定した。３つの試料の水分分析値のうち、最大値を代表値として採用した。

以下の表１に、熱滓混合重量比a、乾燥時間b、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量の結果を示した。

表１に示された熱滓混合重量比ａ、乾燥時間ｂを説明変数として、水分値ｘに対する重回帰式を求めると、式（４）のような関係式が得られる。

式（４）により計算される水分量ｘと、実際に計測された水分量との差を計算すると、両者の差は最大で3.2%であった。それゆえ、乾燥後の混合除滓物Ｓ_Ｃの水分値を推定する計算式として下記式（４’）を採用した。

つまり、図１０に示した水分計算値と水分分析値を一対一に回帰した直線が図中の計算式（１）であり、誤差3.2％を切片に加算した直線が図中の計算式（１’）である。
一方、上述したように熱滓混合重量比ａを１０％、３０％、５０％、乾燥時間ｂを１ｈｒ、５ｈｒ、８ｈｒで変化させた混合除滓物Ｓ_Ｃを、ホイルローダによってリサイクルシュート１５に積込み、溶銑鍋３の溶銑上に投入し、ＫＲ脱硫処理を行った。

このときのリサイクルシュート１５の動きは、図９に示すようなものであり、スラグ傾転台車７をリサイクル位置に走行させ、次にリサイクルシュート１５を上昇後、旋回し、傾動することで、溶銑鍋３の溶銑上に積載されていた混合除滓物Ｓ_Ｃを一括投入した。
混合除滓物Ｓ_Ｃの投入時に、溶銑鍋３の内部で水蒸気爆発の発生状況、及び混合除滓物Ｓ_Ｃの溶け残りの有無を観察した。結果を、表２および図１１に示した。

表２に示すように、溶銑に投入される混合除滓物Ｓ_Ｃの水分値と、混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量とを変化させた場合に、水蒸気爆発が発生する場合を「×」、水蒸気爆発が発生しない場合を「○」、また混合除滓物Ｓ_Ｃの溶け残りがある場合を「×」、溶け残りがない場合を「○」の評価とした。なお、混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量（ｋｇ／ｔ）は、混合徐滓物の総投入量を投入した溶銑鍋内の溶銑の重量で割った値となっている。図１１に示すように、表２のデータを、横軸を混合除滓物Ｓ_Ｃの水分値、縦軸を混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量としたグラフにプロットした場合に、水蒸気爆発を生じず、かつ混合除滓物Ｓ_Ｃの溶け残りも生じない領域の境界線を示すものとして、混合除滓物Ｓ_Ｃの投入量上限値を示す式（５）を導いた。

なお、水蒸気爆発が起こる／起こらないの境界は、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量が２．５％より多い場合と、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量が２．５％以下となる場合とで分けて考えることができ、混合除滓物Ｓ_Ｃの水分量が２．５％より多い場合（混合除滓物の投入量が８ｋｇ／ｔより多い場合）には、混合除滓物Ｓ_Ｃが溶け残るようになる。
つまり、上述した表２の「混合除滓物の投入量上限値」は、図１１において太線で示される式（５）に投入条件の水分量（％）を代入して求められたものとなっている。このようにして得られる混合除滓物Ｓ_Ｃの投入上限値ｙを超えないように混合除滓物Ｓ_Ｃを溶銑中に投入することで、水蒸気爆発を起こさず、混合除滓物Ｓ_Ｃの溶残も発生させないような、小径のリサイクル用除滓物Ｓ_ＲＳに含まれる地金のリサイクルが可能となることを出願人は確認している。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ ＫＲ脱硫装置
２ インペラ
３ 溶銑鍋
４ ＫＲ台車
５ スラグシュート（受滓容器）
６ スラグドラッガー
７ スラグ傾転台車
８ 第１スラグピット
９ 運搬車両
１０ スラグパン
１１ スプレーノズル
１２ 第１の篩い機
１３ 第２の篩い機
１４ 第２スラグピット
１５ リサイクルシュート
Ｓ 除滓物
Ｓ_Ｒ リサイクル用除滓物
Ｓ_ＲＢ 大塊のリサイクル用除滓物
Ｓ_ＲＳ 小径のリサイクル用除滓物
Ｓ_ＲＰ 粉のリサイクル用除滓物
Ｓ_Ｄ 乾燥用除滓物
Ｓ_Ｃ 混合除滓物
ｙ 混合除滓物の投入上限値
ｘ 混合除滓物の水分量

Claims (1)

1. インペラを回転させて機械的に溶銑を攪拌する装置を用いて溶銑のＫＲ脱硫を連続して行うに際して、
   前記連続して行われるＫＲ脱硫における一連のチャージで排滓される除滓物をリサイクル用除滓物として水冷すると共に、水冷したリサイクル用除滓物を、粒径４０ｍｍ以上を大塊、粒径１５ｍｍ未満を粉、その間を小径に粒子サイズで分けておき、
   前記一連のチャージに続いて行われるＫＲ脱硫のチャージで排滓され且つ水を気化可能な温度となっている除滓物の一部又は全部を乾燥用除滓物とし、
   前記乾燥用除滓物と、前記サイクル用除滓物から得られた小径のリサイクル用除滓物とを混合して混合除滓物とし、
   得られた混合除滓物を、前記乾燥用除滓物を得たＫＲ脱硫のチャージより後のチャージで溶銑に投入するに際しては、
   前記混合除滓物に対する乾燥用除滓物の重量比をａ（％）、前記混合除滓物の混合開始からの経過時間を乾燥時間ｂ（ｈｒ）とした場合に、重量比ａと乾燥時間ｂを変数として乾燥後の混合除滓物の水分量ｘ（％）を推定する式（１）で示される重回帰式を求めておくと共に、
   前記混合除滓物を前記溶銑に投入しても水蒸気爆発を起こさない状況下となる、前記混合除滓物の投入量上限値ｙ（ｋｇ／ｔ）と前記混合除滓物の水分量ｘ（％）との関係を示す式（２）を求めておき、
   前記混合除滓物に対する乾燥用除滓物の重量比がａ（％）となるように、前記リサイクル用除滓物から得られた小径のリサイクル用除滓物と前記乾燥用除滓物とを混合して混合除滓物とし、
   前記混合された混合除滓物を乾燥時間ｂ（ｈｒ）だけ静置し、
   前記式（１）に、前記混合除滓物に対する乾燥用除滓物の重量比ａ、及び混合除滓物の乾燥時間ｂ（ｈｒ）を代入して乾燥後の混合除滓物の水分値ｘを求め、
   求められた乾燥後の混合除滓物の水分値ｘを式（２）に代入して投入量上限値ｙ（ｋｇ／ｔ）を求め、
   前記混合除滓物が、求めた投入量上限値ｙ（ｋｇ／ｔ）より少なくなるように前記混合除滓物を溶銑に投入する
   ことを特徴とするＫＲ脱硫での地金リサイクル方法。