JP6870625B2 - 鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法 - 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。
該破砕工程(A)で破砕された鉄鋼スラグを粗粒と細粒に篩分けする分級工程(B)と、
該分級工程(B)で篩分けされた細粒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)を造粒処理する造粒工程(D)を有し、
該造粒工程(D)では、造粒対象物に液体を噴霧しながら造粒処理を行い、且つ噴霧する液滴粒子径を10〜300μmとすることを特徴とする、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
該分級工程(B)で篩分けされた細粒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)を造粒処理する造粒工程(D)を有し、
該造粒工程(D)では、造粒対象物に液体を噴霧しながら造粒処理を行い、且つ噴霧する液滴粒子径を10〜300μmとすることを特徴とする、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
[4]上記[3]の製造方法において、造粒工程(D)に供給される磁着物(x)の粒径が1mm未満であり、粗粒材(z)の粒径が1〜5mmであることを特徴とする、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
[5]上記[3]又は[4]の製造方法において、造粒工程(D)では、造粒機に磁着物(x)と粗粒材(z)を別々の供給経路から供給することを特徴とする、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
[6]上記[3]〜[5]のいずれかの製造方法において、造粒工程(D)に供給される磁着物(x)と粗粒材(z)の合計量に対する粗粒材(z)の割合が50質量%以下であることを特徴とする、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
[8]上記[1]〜[7]のいずれかの製造方法において、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、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
[9]上記[1]〜[8]のいずれかの製造方法において、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、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
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)
[11]上記[1]〜[10]のいずれかの製造方法において、鉄鋼スラグが製鋼スラグであることを特徴とする、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
[12]上記[1]〜[11]のいずれかの製造方法により得られた造粒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。
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1〜5mm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。
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。
使用する造粒機としては、造粒処理中に液体を噴霧できるものであれば特に制限はなく、例えば、パンペレタイザー、羽根撹拌型造粒機、ドラム回転型造粒機などを用いることができる。なお、圧縮成型による造粒は、液体を噴霧しながら造粒処理を行うものではないため、本発明で行なわれる造粒処理には含まれない。
ここで、造粒装置の種類に拘わりなく、造粒対象物に噴霧された液滴による架橋作用は、細粒同士ならびに細粒の粗粒表面への堆積成長に対して特に有効であるため、細粒である磁着物xの造粒機への供給速度に応じて液滴を噴霧することが有効である。そのため、磁着物xと粗粒材zは個別のタイミングで造粒機内に供給できるようにすることが好ましく、さらには、磁着物xの供給速度に応じて液滴の噴霧速度(噴霧量)が調整可能であることが好ましい。このため磁着物xと粗粒材zは、図5の実施形態のように別々の供給経路(搬送手段3、4)から造粒機内に供給されるようにすることが好ましく、また、スプレーノズル2は液滴の噴霧速度(噴霧量)が調整可能であるものが好ましい。また、特に図5の実施形態のようにパンペレタイザーを用いた造粒処理の場合、粒度の粗い粒子が造粒物の核となり、核の周辺に細粒が付着することにより造粒物が形成されるので、磁着物xと粗粒材zを別々の供給経路から供給することで、造粒物の生成がより効率的になるため好ましい。
パンペレタイザー1への造粒対象物の供給と、パンペレタイザー1での造粒処理は連続的に行われ、造粒物がある程度の粒径になるとパンペレタイザー1からあふれて外部へ排出される。
この試験では、スプレーノズル2から噴射される水の圧力と流量の調整および使用するノズルの直径を変更することによりスプレーノズル2から噴霧される水の液滴粒子径を変更し、液滴粒子径が造粒物の平均粒径、強度、歩留りに与える影響を調べた。スプレーノズル2から噴霧される水の液滴粒子径は予め噴霧試験を実施し、レーザードップラー法により粒子径を測定した。すなわち、レーザードップラー法により液滴粒子の粒度分布を測定し、この粒度分布に基づいて求められる算術平均径を液滴粒子径とした。
図6〜図8によれば、液滴粒子径が10〜300μmにおいて、造粒物の粒径が10〜20mm程度、強度が80N以上、歩留りが90%以上と安定した造粒物が得られている。液滴粒子径が10μm未満、300μm超のいずれの場合も歩留りは90%未満となり、造粒物の強度も低下している。ここで、液滴粒子径が10μm未満の場合に造粒物の歩留りと強度が低下する理由は、造粒対象物を構成する細粒同士の間隙や粗粒と粗粒表面に接する細粒との間の間隙に対して液滴粒子径が小さく、液滴がその間隙に十分に侵入しないために、表面張力で粒子間に引力を発生させる効果が十分に得られないためであると考えられる。一方、液滴粒子径が300μm超の場合に造粒物の歩留りと強度が低下する理由は、1滴の液量が上記のような粒子間の間隙に対して過剰であり、液が粒子間の間隙からはみ出して液の自由面の面積が広くなるために、表面張力で粒子間に引力を発生せさせる効果が十分に得られないためであると考えられる。
以上の結果から、造粒処理時に造粒対象物に噴霧する液体の液滴粒子径は10〜300μmとすることが適当である。
ここで、本発明において造粒対象物に噴霧する液体の液滴粒子径とは、レーザードップラー法により液滴粒子の粒度分布を測定し、この粒度分布に基づいて求められる算術平均粒子径とする。
液体の噴霧に用いるスプレーノズルとしては、例えば、液体のみを供給する1流体方式、液体と気体を供給する気液混合方式などが挙げられるが、いずれを用いてもよく、特に限定しない。
造粒対象物に噴霧する液体としては、一般に水を用いれば十分な効果が得られるが、水に限定されるものではない。例えば、造粒対象物に撥水性の物質が含まれる場合には、表面張力よりも浸透性を優先して界面活性剤を含有する液体(水溶液など)を用いてもよく、また、造粒物を水分の残留を嫌う用途に用いる場合には、蒸気圧の高い有機液体を用いてもよい。
なお、造粒処理時に粉体どうしの密着性を高めるために澱粉等のバインダーを添加することが一般に行われているが、本発明ではバインダーは添加しなくてもよく(すなわちバインダーの添加は任意である)、バインダーの使用については特に規定はしない。
なお、図5の実施形態では、磁着物xと粗粒材zはそれぞれ搬送手段3、4により造粒機(パンペレタイザー1)に供給されているが、磁着物xと粗粒材zを予め混合したものを搬送手段で造粒機(パンペレタイザー1)に供給してもよい。
このため本発明では、所定量の製鋼スラグをバッチ式で処理する際に、分級工程(B)の篩上の粗粒スラグを破砕工程(A)で再破砕した後、分級工程(B)で再分級し、この再破砕・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、この粗粒材zを造粒工程(D)において磁着物xに配合して、磁着物xとともに造粒処理することが好ましい。
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。
造粒物の平均粒径については、造粒処理で得られた造粒物から無作為に15個のサンプルを採取し、ノギスを用いてそれぞれのサンプルの長径側の粒径を測定し、全サンプルの平均値を造粒物の平均粒径とした。
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5mm間に材料が残存している場合の粒径範囲は2〜5mmとした。
○:造粒物の金属鉄濃度が70質量%以上で、且つ強度が80N以上の場合
△:造粒物が下記(i)〜(iii)のいずれかに該当する場合
(i)造粒物の金属鉄濃度が60質量%以上70質量%未満で、且つ強度が
80N以上の場合
(ii)造粒物の金属鉄濃度が70質量%以上で、且つ強度が70N以上80N未満の場合
(iii)造粒物の金属鉄濃度が60質量%以上70質量%未満で、且つ強度が
70N以上80N未満の場合
×:下記(i)〜(iii)のいずれかに該当する場合
(i)造粒物の金属鉄濃度が60質量%未満の場合
(ii)造粒物の強度が70N未満の場合
(iii)造粒処理がなされなかった場合
350kg、非磁着物yが460kg得られた。また、分級工程の篩上スラグを粒度調整して粒鉄含有量が高い粗粒材zが180kg得られた。そして、磁着物xに粗粒材zを加えた材料を造粒処理することで、450kgの造粒物が得られた。一方、非磁着物yは焼結原料やセメント原料に適用可能である。
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 スプレーノズル
3,4 搬送手段
6 プーリ
7 磁石ロール
8 磁極
9 プーリ
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
x 磁着物
y 非磁着物
z 粗粒材
Claims (12)
- 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上の粗粒と篩下の細粒の2つに篩分けする分級工程(B)と、
該分級工程(B)で篩分けされた前記篩下の細粒スラグを、さらに分級することなくそのまま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)を造粒処理する造粒工程(D)を有し、
該造粒工程(D)では、造粒対象物に液体を噴霧しながら造粒処理を行い、且つ噴霧する液滴粒子径を10〜300μmとすることを特徴とする、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。 - 製鉄工程で発生した鉄鋼スラグを回収して篩上の粗粒と篩下の細粒の2つに篩分けする分級工程(B)と、
該分級工程(B)で篩分けされた前記篩下の細粒スラグを、さらに分級することなくそのまま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)を造粒処理する造粒工程(D)を有し、
該造粒工程(D)では、造粒対象物に液体を噴霧しながら造粒処理を行い、且つ噴霧する液滴粒子径を10〜300μmとすることを特徴とする、鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。 - 造粒工程(D)では、造粒機に磁着物(x)とともに、該磁着物(x)よりも金属鉄濃度が高く且つ粒度が大きい粗粒材(z)を供給して造粒処理を行い、磁着物(x)と粗粒材(z)を含む造粒物を得ることを特徴とする、請求項1又は2に記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
- 造粒工程(D)に供給される磁着物(x)の粒径が1mm未満であり、粗粒材(z)の粒径が1〜5mmであることを特徴とする、請求項3に記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
- 造粒工程(D)では、造粒機に磁着物(x)と粗粒材(z)を別々の供給経路から供給することを特徴とする、請求項3又は4に記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
- 造粒工程(D)に供給される磁着物(x)と粗粒材(z)の合計量に対する粗粒材(z)の割合が50質量%以下であることを特徴とする、請求項3〜5のいずれかに記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
- 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)で篩分けされた粗粒スラグを破砕工程(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粗粒材(z)として回収し、該粗粒材(z)を造粒工程(D)に供給することを特徴とする、請求項3〜6のいずれかに記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
- 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1〜7のいずれかに記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
- 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1〜8のいずれかに記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
- 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9に記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
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) - 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1〜10のいずれかに記載の鉄鋼スラグから分離される鉄原料の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の製造方法により得られた造粒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。
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