JP6638719B2 - 鉄鋼スラグの処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
[1]製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して破砕する破砕工程(A)と、
該破砕工程(A)で破砕された鉄鋼スラグを篩分けする分級工程(B)と、
該分級工程(B)の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物(x)と非磁着物(y)に分別する磁力選別工程(C)と、
該磁力選別工程(C)で分別された磁着物(x)を塊成化する塊成化工程(D)を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
該分級工程(B)の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物(x)と非磁着物(y)に分別する磁力選別工程(C)と、
該磁力選別工程(C)で分別された磁着物(x)を塊成化する塊成化工程(D)を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[3]上記[1]又は[2]の処理方法において、分級工程(B)では、鉄鋼スラグを篩目1〜10mmで篩分けすることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかの処理方法において、磁力選別工程(C)では、磁力強度が1000〜15000ガウスの磁力選別手段で磁力選別を行うことを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかの処理方法において、磁力選別工程(C)では、ベルトコンベアを構成する1つのプーリ(6)が磁場印加手段を内蔵するプーリ式磁力選別機であって、前記磁場印加手段がプーリ本体に対して独立して回転駆動する磁石ロール(7)からなり、該磁石ロール(7)は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極(8)を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極(8)が異なる極性を有する磁力選別機を用いて鉄鋼スラグを磁力選別することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
F=(x・P)/60 …(1)
ここで x:磁石ロール(7)の回転数(rpm)
P:磁石ロール(7)が周方向で備える磁極数(但し、N極・S極のペアで1磁極とする)
[8]上記[1]〜[7]のいずれかの処理方法において、塊成化工程(D)では、磁着物(x)を圧縮成型することにより塊成化することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[10]上記[9]の処理方法において、塊成化工程(D)では、中心側に粗粒材(z)が配され、外側に磁着物(x)が配された塊成化物を得ることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
ホッパー(2)内に装入された磁着物(x)をスクリュー軸(3)で1対の成型用ロール(1a),(1b)間に押し込みつつ、1対の成型用ロール(1a),(1b)の対向する凹部(10)間で材料が圧縮成型されるのに合せて、軸孔(32)を通じてスクリュー軸(3)の先端から1対の成型用ロール(1a),(1b)間に間欠的に粗粒材(z)を供給することにより、該粗粒材(z)とその外側の磁着物(x)が1対の成型用ロール(1a),(1b)の対向する凹部(10)間で圧縮成型され、中心側に粗粒材(z)が配され、外側に磁着物(x)が配された塊成化物が得られるようにしたことを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[13]上記[9]〜[12]のいずれかの処理方法において、塊成化工程(D)で得られる塊成化物は、粗粒材(z)の割合が50質量%未満であることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[14]上記[1]〜[13]のいずれかの処理方法において、鉄鋼スラグが製鋼スラグであることを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
[15]上記[1]〜[14]のいずれかの処理方法により得られた磁着物(x)の塊成化物を製鉄原料として用いることを特徴とする鉄鋼スラグの利材化方法。
[16]上記[1]〜[14]のいずれかの処理方法により製鉄原料となる磁着物(x)の塊成化物を得ることを特徴とする製鉄原料の製造方法。
破砕工程(A)では、精錬工程(製鋼工程)で発生した製鋼スラグ(スラグ塊)を所定の粒径に破砕処理する。破砕粒径は製鋼スラグの種類によっても異なるが、含まれている金属(主に金属鉄であるので、以下「金属鉄」という)の単体分離が十分に促進される粒径が好ましい。破砕粒径は、通常1〜100mm程度であるが、破砕後の処理工程でより高精度な分離を行うためには1〜6mm程度とすることが好ましい。破砕機は、ジョークラッシャー、コーンクラッシャー、ハンマークラッシャー、インパクトクラッシャー、ロールクラッシャーなどを用いることができ、また、ボールミル、ロッドミル等の粉砕機を用いてもよい。
なお、上述した本発明の他の実施形態では、製鉄工程で発生して回収された鉄鋼スラグは、破砕工程を経ることなく、分級工程(B)で下記のように篩分けされる。
分級装置としては、振動篩、回転式円筒篩、篩面が波状に振動する波動式スクリーン、ジャンピングスクリーンなどを用いることができる。この分級工程の篩上の製鋼スラグについては、再度破砕工程(A)で処理を施し、分級処理を実施することが望ましい。破砕、分級工程を複数回実施する(繰り返し実施する)ことにより、スラグ中に含有されている金属鉄の単体分離をより精度良く行うことができる。
磁力選別機としては、プーリ式(ドラム式)、ベルト吊り下げ式などを用いることができるが、ベルト吊り下げ式は、金属鉄間にスラグを巻き込みやすく、金属鉄の取りこぼしが多くなり、歩留りの低下を生じやすいので、金属鉄の取りこぼしを防ぐためにはプーリ式(ドラム式)の方が好ましい。
図2は、そのようなプーリ式磁力選別機の一実施形態とその使用状況を示す説明図である。図において、16はプーリ式の磁力選別機、21は磁力選別される鉄鋼スラグ(以下、単に「スラグa」という)を磁力選別機16に搬送するための搬送コンベア(ベルトコンベア)であり、磁力選別機16は、搬送コンベア21の上方に位置し、搬送コンベア21で搬送されてきたスラグaから磁力により磁着物粒子を上方に吸引して分離する。
搬送コンベア21と磁力選別機16は、コンベアベルト22、11の移動方向が逆向きであり、搬送コンベア21のコンベア終端部20の上方(真上)に磁力選別機16のコンベア始端部17が近接して位置している。
プーリ6のプーリ本体12の内側には、磁場印加手段である磁石ロール7が配置されている。この磁石ロール7は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極8(永久磁石)を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極8は異なる極性(N極,S極)を有している。すなわち、ロール周方向で極性(N極,S極)が異なる磁極8が所定の間隔をおいて交互に配置されている。
なお、回転する磁石ロール周辺の部材は、変化する磁場による渦電流効果の影響を受け、金属部材は非磁性物であっても渦電流によって過熱していく。このため、通常、磁力選別機16のコンベアベルト11とプーリ6のプーリ本体12は、樹脂、セラミックなどの非金属で構成される。
また、磁力選別機16側に吸引保持された磁着物粒子は、コンベアベルト11で搬送された後、コンベア終端部18から払い出されるので、そのコンベア終端部18の下方には、磁着物回収部26が設けられている。また、非磁着物粒子は、磁力選別機16のコンベア始端部17の下方に落下するので、その位置に非磁着物回収部27が設けられている。
つまり、スラグ層axに作用する磁場の強度及び極を高速に変化させることで、磁着物粒子の吸引と解放が極めて短時間繰り返される現象を発生させ、磁着物粒子による非磁着物粒子の挟み込み・抱き込み現象を解消しつつ、磁着物粒子を磁力選別することができる。
すなわち、磁力選別機16において、6は磁場印加手段を内蔵したコンベア終端部18側のプーリ(ベルトガイドロール)、13はコンベア始端部17側のプーリ(ベルトガイドロール)、14はコンベアベルトであり、このコンベアベルト14がプーリ6、13間に張設されることで、ベルトコンベアが構成される。
また、コンベアベルト14の上方であって、コンベア始端部17寄りの位置には、コンベアベルト14上にスラグaを供給する供給装置25が配置されている。
磁石ロール7を備えたプーリ6の構造・機能、プーリ6のプーリ本体12やコンベアベルト14の材質などは、図2の実施形態と同様である。なお、本実施形態の磁力選別機16では、プーリ6に内蔵された磁石ロール7は、コンベアベルト14の進行方向(プーリ本体12の回転方向)とは逆方向に回転する。
また、コンベアベルト移動方向において仕切板15を挟んだ位置に磁着物回収部26と非磁着物回収部27が設けられる。すなわち、仕切板15を挟んでコンベア始端部17側の位置(磁着物粒子の落下エリア)に磁着物回収部26が、コンベア終端部18側の位置(非磁着物粒子の落下エリア)に非磁着物回収部27が、それぞれ設けられている。
F=(x・P)/60 …(1)
ここで x:磁石ロール7の回転数(rpm)
P:磁石ロール7が周方向で備える磁極数(但し、N極・S極のペアで1磁極とする)
例えば、周方向で12極(N極・S極のペアで1磁極と数える)の磁石(例えば、ネオジウム磁石)を配設した場合には、磁石ロール7の回転速度を1000rpmとすると、磁場変化周波数Fは200Hzとなる。また、周方向で24極(N極・S極のペアで1磁極と数える)の磁石を配置して、同じように磁場変化周波数Fを200Hzとする場合、磁石ロール7の回転速度は500rpmでよい。
図2に示すような磁力選別機を用い、水分含有量が異なる鉄鋼スラグ(製鋼スラグ)について磁力選別を行い、選別された非磁着物yの金属鉄含有量を調べた。この試験では、磁力強度を1500ガウスとし、磁場変化周波数Fが200Hzとなるように磁石ロール7の回転数を設定した。
ここで、磁力選別工程(C)で磁力選別される鉄鋼スラグの水分含有量を調整する方法に特別な制限はないが、例えば、水冷処理したスラグを一定期間自然乾燥させる、水冷処理の際に冷却水の供給量を調整する、などの方法が挙げられる。
塊成化物の形状は任意であり、例えば、ビロー形、アーモンド形、レンズ形、フィンガー形などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、このように粗粒材zを磁着物xに加えて塊成化する場合には、粗粒材zが磁着物xに混合された状態で塊成化してもよいが、粗粒材zが塊成化物の表面に配置された場合、粗粒材zの界面を起点に亀裂が生じやすくなり、塊成化物の強度に影響を及ぼすおそれがあるため、中心側に粗粒材zが配され、外側に磁着物xが配されるように塊成化することが好ましい。
この装置は、1対の成型用ロール1a,1bと、この成型用ロール1a,1b間に磁着物xを供給するホッパー2と、成型用ロール1a,1bに対する磁着物xの押し込み機能と粗粒材zの供給機能を備えるスクリュー軸3と、このスクリュー軸3を回転駆動させる駆動装置4と、スクリュー軸3の内部を通じて成型用ロール1a,1b間に粗粒材zを供給するホッパー5を備えている。
前記スクリュー軸3は、ホッパー2内の磁着物xを成型用ロール1a,1b間に押し込むためのスクリュー30を備えるとともに、このスクリュー30が設けられた軸体31に材料(粗粒材z)供給用の軸孔32が貫設され、ホッパー2内の上下方向に沿って配置されている。
図6に塊成化物中での粗粒材zの割合(質量比率)と塊成化物のTI強度指数との関係を調べた結果を示す。この試験では、本発明法に従い各工程での処理を行い、粗粒材zを加えた磁着物xを図5に示す塊成化装置により圧縮成型して塊成化し、アーモンド形の塊成化物を作成した(破砕工程での破砕粒径:5mm、分級工程での篩目:2mm、磁選工程での磁力強度:2500ガウス、粗粒材zの粒径範囲:2〜5mm、塊成化装置による圧縮成型時の線圧:4.5t/cm)。この塊成化物について、JIS M8712に記載のTI強度を測定した。高炉装入用の原料として必要なTI強度指数は、高炉装入時の粉化を回避するため75%以上とされている。図6によれば、塊成化物中での粗粒材zの割合が50質量%以上ではTI強度指数が75%未満となり、強度を確保するためには粗粒材zの割合を50質量%未満とすることが好ましいことが判る。
本発明で処理対象となる製鉄工程で発生する鉄鋼スラグとしては、脱燐スラグ、脱硫スラグ、転炉脱炭スラグ、脱珪スラグ、電気炉スラグなどの製鋼スラグ以外に、溶融還元スラグ、高炉スラグ(高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグ)などが挙げられ、これらの1種以上を処理対象とすることができる。
図1に示す処理フローに従い、Fe含有量が26.5質量%の製鋼スラグ(脱硫スラグ)1000kgをバッチ式で処理するに当たり、製鋼スラグをロッドミルにより表1及び表2に示す目標の粒径(破砕機の破砕粒径の設定値)に破砕した後(破砕工程)、表1及び表2に示す篩目の振動篩で篩分けし、次工程で磁力選別を行う細粒(篩下スラグ)を選別した(分級工程)。次いで、分級された細粒を表1及び表2に示す磁力強度のプーリ式(ドラム式)磁力選別機を用いて磁力選別して磁着物xと非磁着物yに分別した(磁力選別工程)。また、分級工程の篩上の製鋼スラグを粒鉄含有量が高い材料として回収し、これを粒度調整して粗粒材zとした。この粗粒材zを表1及び表2に示す割合で磁着物xに配合して図5に示す塊成化装置を用いて塊成化し、中心側に粗粒材zが配され、外側に磁着物xが配された塊成化物とした(塊成化工程)。また、比較例として、上記の分級工程、磁力選別工程、塊成化工程の1つ以上を実施しない処理を行った。
粒鉄含有量が高い粗粒材zの粒径範囲は、粗粒材zを無作為にサンプリングし、JIS Z8801に規定する試験用ふるいを用いて篩処理を実施した際のふるいに残存した粒径範囲とした。例えば、篩目2mmと4mm間に材料が残存している場合の粒径範囲は2〜4mmとした。
塊成化物の強度については、JIS M8712に準拠した方法でTI強度を測定した。
塊成化物の高炉原料化の可否については、下記基準で評価した。
○:塊成化物の金属鉄濃度が70質量%以上で、且つTI強度指数が75%以上の場合
△:塊成化物が下記(i)〜(iii)のいずれかに該当する場合
(i)塊成化物の金属鉄濃度が50質量%以上70質量%未満で、且つTI強度指数が75%以上の場合
(ii)塊成化物の金属鉄濃度が70質量%以上で、且つTI強度指数が70%以上75%未満の場合
(iii)塊成化物の金属鉄濃度が50質量%以上70質量%未満で、且つTI強度指数が70%以上75%未満の場合
×:下記(i)〜(iii)のいずれかに該当する場合
(i)塊成化物の金属鉄濃度が50質量%未満の場合
(ii)TI強度指数が70%未満の場合
(ii)塊成化処理がなされなかった場合
表1及び表2に示すように、本発明例では、高炉原料として利用可能な材料(塊成化物)を得ることができる。これに対して、比較例では、高炉原料として利用可能な材料を得ることができない。
実施例1と同様にして分級された細粒を、図2に示すプーリ式磁力選別機を用いて磁力選別して磁着物と非磁着物に分別し、それぞれについて金属鉄濃度を測定した。この測定では、対象物(磁着物、非磁着物)から無作為に10個のサンプルを採取し、臭素メタノール溶解原子吸光分析法(AAS法)によりそれぞれの金属鉄濃度を測定し、全サンプルの平均値を金属鉄濃度とした。その結果を表3に示すが、図2に示すような特別なプーリ式磁力選別機を用いることにより、磁着物と非磁着物の選別性が高められ、その結果、より高品質な製鉄原料が得られる。
2 ホッパー
3 スクリュー軸3
4 駆動装置
5 ホッパー
6 プーリ
7 磁石ロール
8 磁極
9 プーリ
10 凹部
11 コンベアベルト
12 プーリ本体
13 プーリ
14 コンベアベルト
15 仕切板
16 磁力選別機
17 コンベア始端部
18 コンベア終端部
19 コンベア始端部
20 コンベア終端部
21 搬送コンベア
22 コンベアベルト
23,24 プーリ
25 供給装置
26 磁着物回収部
27 非磁着物回収部
30 スクリュー
31 軸体
32 軸孔
50 払出管
Claims (14)
- 製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して破砕する破砕工程(A)と、
該破砕工程(A)で破砕された鉄鋼スラグを篩分けする分級工程(B)と、
該分級工程(B)の篩下の鉄鋼スラグを磁力選別して磁着物(x)と非磁着物(y)に分別する磁力選別工程(C)と、
該磁力選別工程(C)で分別された磁着物(x)を塊成化する塊成化工程(D)を有し、
所定量の鉄鋼スラグをバッチ式で処理する際に、分級工程(B)の篩上の鉄鋼スラグを破砕工程(A)で再破砕した後、分級工程(B)で再分級し、該再破砕・再分級を1回以上行った後の篩上材を粒鉄含有量が高い粗粒材(z)として回収し、該粗粒材(z)を塊成化工程(D)において磁着物(x)に配合して、磁着物(x)とともに塊成化することを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。 - 分級工程(B)では、鉄鋼スラグを篩目1〜10mmで篩分けすることを特徴とする請求項1に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 磁力選別工程(C)では、磁力強度が1000〜15000ガウスの磁力選別手段で磁力選別を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 磁力選別工程(C)で磁力選別される鉄鋼スラグは、水分含有量が30質量%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 磁力選別工程(C)では、ベルトコンベアを構成する1つのプーリ(6)が磁場印加手段を内蔵するプーリ式磁力選別機であって、前記磁場印加手段がプーリ本体に対して独立して回転駆動する磁石ロール(7)からなり、該磁石ロール(7)は、その外周に沿って所定の間隔をおいて配置される複数の磁極(8)を備えるとともに、ロール周方向で隣接する磁極(8)が異なる極性を有する磁力選別機を用いて鉄鋼スラグを磁力選別することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 下記(1)式で定義される磁石ロール(7)の磁場変化周波数F(Hz)が10〜500Hzであることを特徴とする請求項5に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
F=(x・P)/60 …(1)
ここで x:磁石ロール(7)の回転数(rpm)
P:磁石ロール(7)が周方向で備える磁極数(但し、N極・S極のペアで1磁極とする) - 塊成化工程(D)では、磁着物(x)を圧縮成型することにより塊成化することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 塊成化工程(D)では、中心側に粗粒材(z)が配され、外側に磁着物(x)が配された塊成化物を得ることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 塊成化工程(D)では、
周面に複数の成型用の凹部(10)が形成され、水平方向で並列した状態で対向するとともに、対向する外周部分が下向きに回転する回転方向を有する1対の成型用ロール(1a),(1b)と、
該1対の成型用ロール(1a),(1b)間に上方から磁着物(x)を案内して供給するホッパー(2)と、
該ホッパー(2)内の磁着物(x)を成型用ロール(1a),(1b)間に押し込むためのスクリュー(30)を備えるとともに、軸体(31)に材料供給用の軸孔(32)が貫設され、ホッパー(2)内の上下方向に沿って配置されるスクリュー軸(3)と、
該スクリュー軸(3)を回転駆動させる駆動装置(4)と、
スクリュー軸(3)の軸孔(32)内に粗粒材(z)を供給するホッパー(5)を備え、
回転する1対の成型用ロール(1a),(1b)の対向する凹部(10)間で材料を圧縮成型して塊成化物とする成型機を用い、
ホッパー(2)内に装入された磁着物(x)をスクリュー軸(3)で1対の成型用ロール(1a),(1b)間に押し込みつつ、1対の成型用ロール(1a),(1b)の対向する凹部(10)間で材料が圧縮成型されるのに合せて、軸孔(32)を通じてスクリュー軸(3)の先端から1対の成型用ロール(1a),(1b)間に間欠的に粗粒材(z)を供給することにより、該粗粒材(z)とその外側の磁着物(x)が1対の成型用ロール(1a),(1b)の対向する凹部(10)間で圧縮成型され、中心側に粗粒材(z)が配され、外側に磁着物(x)が配された塊成化物が得られるようにしたことを特徴とする請求項8に記載の鉄鋼スラグの処理方法。 - 磁着物(x)の粒子径が2mm未満であり、粗粒材(z)の粒子径が2〜10mmであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 塊成化工程(D)で得られる塊成化物は、粗粒材(z)の割合が50質量%未満であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 鉄鋼スラグが製鋼スラグであることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の鉄鋼スラグの処理方法。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の処理方法により得られた磁着物(x)の塊成化物を製鉄原料として用いることを特徴とする鉄鋼スラグの利材化方法。
- 請求項1〜12のいずれかに記載の処理方法により製鉄原料となる磁着物(x)の塊成化物を得ることを特徴とする製鉄原料の製造方法。
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