JPS6050737B2 - 冶金スラグの価値を高めるための方法と設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冶金スラグ、特に綱鉄の製造より出る塩基性ス
ラグの価値を高める方法、ならびにこの方法を実施する
ための設備に関する。

工業的に純粋な酸素を転炉中へ吹き込む方法による非燐
鋳鉄の精錬より生じた冶金スラグは現在限られた用途し
か見出していない。

これらの用途は本質的に、それらがＣａＯを多量に含ん
でいるため土地改良に小量用いられる農業用か、または
鉄の融剤および坦体として高炉の装入物の中へ入れられ
るものであるが、これとてもスラグ中に含有せられる邪
魔な不純物（燐、アルカリ）の存在のため小量しか用い
られない。

またこれらスラグは道路建設にも用いられるがこれらス
ラグの石灰含有量が非常に高いときには障害が起る（膨
張）。用いられないスラグの多量の余剰物は一般にポタ
山に投棄される。これは特に不都合な解決策であり、こ
の材料は回収不能と考えられるからスラグ余剰物は全く
の損出支出を余儀なくする。これらスラグの価値を高め
る目的で、本発明者は液状スラグにアルミナの坦体およ
びシリカの坦体（火力発電所のフライアッシュ、場合に
よつては高炉のスラグ（好ましくは液状の））を添加す
ることを既に推奨した。

この添加は液状スラグを冶金バインダーに変化させる効
果を持つている。更に、ＦｅＯの大部分およびＭｎＯの
大部分を還元するため、十分活性な還元剤を加えこの還
元の過程において、スラグから発生するガス雰囲気中に
酸素を吹き込む方法がある。このようにして得られた結
果は満足すべきものであることが明らかにされたが、ス
ラグと添加された成分との間の反応に時としてある種の
障害が起る。

本発明はこの不都合を防ぎ得る方法を目的とする。

この研究過程において本発明者は次の方法で操作するこ
とによつて最良の結果が得られることを確認した：（１
）先ずアルミナの坦体とシリカの坦体を加える。

アルミナはスラグの化学組成を調節する役目を果すもの
である。（２）炭素のような還元剤を加える。

液状混合物は低い融点を持つているから鉄の還元を行な
い還元された金属を傾瀉するに最も適する状態を示して
いる。（３）次いでボルトランドセメントの塩基性を得
るため石灰を加える。

（４）添加された成分が活発に反応するよう十分高い温
度で操作する。

従つて、液状スラグにアルミナの坦体、シリカの坦体、
および還元剤を加えることにより、赤鉄鉱鋳鉄の酸素に
よる精錬から生ずる塩基性スラグをボルトランドセメン
トに変化させる、本発明の目的たる、方法は本質的に次
の点において特徴付けられる：△還元剤をスラグ中に含
まれる金属酸化物（ＦｅＯ（５Ｍｎ０）と反応させるた
め操作中の少なくともある短い部分に間非常に還元性の
強い雰囲気（０２を含まずＨ２ＯとＣＯ２のできるだけ
少ない）を維持すること、一金属酸化物を還元した後、
ボルトランドセメントの組成を得るためスラグに石灰を
加えること、一操作の大部分の過程において、このスラ
グに加えられた成分（アルミナ、シリカ、還元剤、石灰
）の反応を支えるためスラグの浴を加熱すること。

ＦｅＯ（５Ｍｎ０の還元物を容易に除去するためにはア
ルミナおよび／またはシリカを供給することによつてス
ラグの流動性を高めるがよいことを実験は示している。

かかる供給はそのほかにスラグのアルミナ含有量を望ま
しい値に近づける効果をも持つている。これらを添加す
ることはスラグ中に往々過剰に存在するマグネシア（Ｍ
ｇＯ）のある量を稀釈または中和する効果をも持つてい
る。これら金属成分（Ｆｅ，Ｍｎ）が一度除去されると
、あとは石灰の最終含有量がボルトランドセメントにお
ける普通の含有量に匹敵する含有量になるために十分な
石灰をスラグに導入しさえすればよい。上記材料（アル
ミナの坦体、シリカの坦体、還元剤、石灰）は天然また
は粉砕による微粉の形であることが好ましい。

この粉状状態においてそれらはスラグの浴中に（好まし
くは気体中に懸濁された後）導入される。本発明の有利
な一態様によれば、アルミナの坦体、シリカの坦体およ
び石灰のような材料を粉状で気体中に懸濁してスラグの
浴中に導入することならびに加熱は、一方では酸素に富
む気体、場合によつては純粋な酸素よりなる燃焼補助ガ
スを、他方では例えば天然ガスのような可燃性ガスを供
給されるバーナーで行なわれる。一般にバーナーへの燃
焼補助ガスの供給はその中央部分で行なわれ、可燃性ガ
スの供給は燃焼補助ガスのまわりで周辺的に行なわれ、
二つのガスの混合はバーナー中で出口穴の上流で容易に
行なわれる。粉末材料は、好ましくはバーナーに供給さ
れる可燃性ガス中に懸濁してスラグ中に注入されるのが
有利である。燃焼補助ガスが空気である場合、空気は予
熱されるのが有利である。明らかに、バーナーの目的は
スラグ中に注入すべき粉末材料を予熱すること、および
反応を開始させこれをできるだけ迅速に進行させるため
十分な流動状態にスラグを保つことである。このことは
石灰の場合特に重要である。添加される還元剤は同様に
粉末状であり好ましくはガス中に懸濁されるているのが
よい。

この状態で、それは共軸の二供給のバーナーで同様にス
ラグ中に注入されることができる。しかし燃焼補助ガス
、更には可燃性ガスを中性または不活性の（場合によつ
ては予熱された）ガスで置き換えるという条件て可能て
ある。本発明によれば、極めて還元性の強い触媒中で操
作するこの段階において、加熱は電気的に行なわれる。

例えばスラグ中に電気炉の電極を浸漬することによつて
行なわれる。還元剤が共軸の二供給のバーナーでスラグ
中に注入されない場合でも、燃焼補助ガスを中性または
不活性ガス（場合によつては加熱された）によつて置き
換えるならば、そのようなバーナーを浴の攪拌手段とし
て反応のこの段階中に用いることができる。

同様に本発明によれば、スラグ中への粉末材料の注入は
、それがバーナーで行なわれるときには、スラグの浴中
へバーナーの先端を浸漬して行なうのが有利である。

次の如く実施することにより、所望の生成物の形成速度
を増大することができ、またスラグに添加された成分の
より良好な均質性を得ることができる：即ち、アルミナ
の坦体成分、シリカ坦体成分および還元剤をスラグ中に
同時に導入する。

この場合スラグと成分の加熱は、上に既に述べたような
、好ましくは同軸の二供給のバーナーで行なわれるのが
好ましい。そして加熱はアルミナ成分とシリカ成分が溶
融するまで続けられ、その後、加熱方法は電気的に行な
われるのが好ましい。例えば電気炉を用いる。有利な一
つの操作態様によれば、スラグ中に導入される三成分、
即ちアルミナ、シリカおよび還元剤はそれらすべてを含
有する単一物質を用いて入れられる。

例えば、そのような物質は劣等炭、ボタ山廃棄物、不燃
焼物に富むフライアッシュ、即ち固有価値の少ない回収
材料である。

出発原料の組成または組成の変化に応して上記添加に僅
かな訂正を行なつてもよいことはもちろんてある。

本発明は上記方法を実施する種々な変法をも包含する。

これら変法のうちの第一変法によれば、アルミナ、シリ
カおよび還元剤が同時または別々に添加されるほかに、
含鉄粉末（褐色粉塵）、高炉の回収粉末、熱風炉の回収
粉末などが添加される。この変法は、粉末中に含有せら
れていてさもなくは古典的製鉄工程中で失なわれるであ
ろう鉄を有利に回収することを可能にする。実際、これ
ら含鉄粉末は金属鉄中にしか蓄積し得ないアルカリ、硫
黄、燐、鉛、亜鉛ような有害元素を含有している。これ
ら変法のうち第二変法によれば、例えば石灰の脱硫操作
またはＣａｃ２の脱硫操作より生ずる脱硫スラグのよう
な、石灰含有成分が適当導入される。

この第二変法の一つの利点は前脱硫スラグ中に含有せら
れる金属鉄の回収てある。

この操作はスラグの成分の粉砕とその磁気的分離よりな
る。この変法は鉄の回収のほかに特に安価な石灰源の利
用を可能にする利点を有する。金属酸化物の還元は、最
終生成物が２％〜５％の鉄の含有量に相当する酸化鉄の
量を含有するよノうになるまで行なわれる。

しかしながら、この最終含量は還元によつて必ずしも確
実に得られないから、還元段階後、石灰と同時に含鉄粉
末（褐色粉塵）を加えて調節してもよい。

次の表はＬＤスラグ（即ち赤鉄の鋳鉄の酸素精錬よりよ
り生ずるスラグ）の化学組成とボルトランドセメントと
の化学組成を比較する。

本発明は同様にこのような方法を容易に実施し得る設備
をも目的としている。

本発明に適する一つの設備は本質的に次のものより構成
せられる：（ａ）垂直軸を有する少なくとも一つの炉、
その高さは好ましくは直径にほぼ等しく、その内容積は
該炉中でのスラグ変化反応過程におけるあらゆる氾濫を
避けるに十分な大きさであり、該炉は次のものを備えて
いる：例えば少なくともスラグ加熱用バーナーにより構
成せられその末端は好ましくは浴の水準の下に位置する
少なくとも一つのスラグ加熱機構、一つの出湯筒と炉か
ら排出させるための一つの傾斜機構、好ましくは規則正
しい排出量を有するもの、スラグに石灰を加える一つの
装置、 固形成分（アルミナ、シリカ、スラグ中に存在する酸化
物（例えは鉄およびマンガンの）の還元剤を加える少な
くとも一つの装置、上記還元剤の作用によつて得られた
金属．（鉄、またはマンガン含有鋳鉄）を排出するため
の一つの出湯口、（ｂ） （ａ）項に記載の炉力甲卜出
位置にあるこきその出湯筒の下方へ配置されるべき回転
炉、入口穴と出口穴を備えた該回転炉は、ほぼ水平で僅
かに・その出口穴の方へ向つて傾斜したその回転軸を有
し、該炉はそのほかに、この炉の内部でボルトランドセ
メントのクリンカーが形成されるよう石灰と還元された
スラグとの反応を行なわせる温度に保たれるための手段
を含有している。

本発明の第一の態様によれば、スラグの加熱機構を構成
するバーナーは、アルミナの坦体、シリカの坦体、還元
剤および石灰のような固形成分を添加する装置をも構成
している。本発明の第二の態様によれば、バーナーは同
軸の二つの管を含有し、その内側の管は燃焼補助ガスの
通過に役立ち、内管と外管との間に含まれるその空間は
可燃性ガスの添加に役立ち、これら二ノつの管の配置は
、二つのガスの混合がバーナーの内部で出口穴のやや上
流で行なわれるようになつているものである。

バーナーを構成する外管の内壁は、その出口端から２０
Ｔ１ｒｍ以下の長さにわたつて、例えば電気溶融；され
た耐火物（この場合はＣａＯよりなるものが好ましい）
で被覆されるかまたは構成されることにより摩耗に対し
て予め防護されていることが有利である。

この防護は、スラグ中に注入されるべき固形材料が内管
と外管の間に含まれる空間中でバ１−ナーを通過する可
燃性ガスの中に懸濁しているとき特に重要である。本発
明のもう一つの態様によれば、バーナーを構成する内管
は外管より少し引つ込んて出口のそばで終つている。

この引つ込みは、熱焼反応の完全な達成に好適な小さい
室をその末端に作るよう、８７ｍ以下の長さである。本
発明の更にもう一つの態様によれば、バーナーの内管と
その供給機構は、たとえば、焼結されたアルミナのよう
な耐火材料で構成されていることが有利である。この態
様は内管を通るガスが予熱されている場合（熱い空気ま
たは熱い中性または不活性ガス）、極めて重要てある。
本発明によれば、同軸の二つの管を有するバーナーはそ
の出口端がスラグの浴の中に浸漬されるよう炉の側壁中
に収容されている。

この場合、炉の側壁内でバーナーが収容されている平均
水準は、排出のため炉を傾斜するときバーナーの出口端
力甲卜出過程中のバーナーの表面に突き出る如きもので
あることが有利である。同様に本発明によれば、石灰添
加用の二つの同軸管を有するバーナーは、スラグで満さ
れた炉の中に、またはスラグが流れる排出筒の中に、ま
たは炉から出るスラグの噴率中に、スラグの排出筒付近
に配置されている。

更に本発明によれば、二つの同軸管を有するバーナーは
一つの冷却回路（好ましくは水の循による）を備えてい
ることが有利である。

本発明の一つの変形によれば、二つの同軸管を有するバ
ーナーは、炉の中へ導かれた一つの筒口の末端に、スラ
グ浴中のバーナーの出口穴を浸漬するよう取りつけられ
ている。

そして該筒口はまた一つの冷却回路（好ましくは水の循
環による）を備えている。同様に、垂直軸を有する炉は
良質で熱の良好な伝導体（たとえばＭｇＯｌマグネシア
−クロム、炭酸一ーーーー）の耐火物て都合よく被覆さ
れており、その壁面の冷却は、処理されたスラグの一部
分を該壁面上に固化せしめ、このようにして該壁面の補
助保護層を構成する。

この設備の特に重要な態様は、鉄酸化物、マンガン酸化
物の還元工程を促進する一つの電気的装置（例えば起誘
導回路、アーク電極、そこにはプラズマ媒質が含まれる
ーーーー）を該設備に結合することてある。

本発明によれば、該設備がほぼ水平な単一の回転炉に対
し垂直軸を有する二つの炉を含有することが有利である
。

このような設備は実際回転炉に連続的に供給を行ない得
る利点を有する。垂直軸を有する二つの炉は交互にそし
て製鋼の転炉と同調して作動する。本発明の一つの変形
によれは、垂直軸を有する炉とほぼ水平な回転炉は組み
合わされて縦軸のまわりに回転し得る一つの炉となる。

該炉は固定された軸受け中によこたわる旋回軸を備えて
おり、固定された軸受けの共通回転軸は炉の縦軸に垂直
に配置されている。そしてこれら旋回軸は炉の垂直位置
または横たわり位置に持つて来るよう炉に傾斜すること
を許す。非限定的実例として与えられた付属の第１図は
、いわゆるＬＤスラグを次の如くかつ次の条件で価値を
高めるために用いられる設備を示す。

垂直軸を有する炉１は高さ３．６０ｎ１、直径５．１０
ｒＴ１の電気炉である。この炉は取はずし可能な蓋２を
かぶつており、蓋を横切る三つの取りはずし可能な電極
３を通つて電流が導入されている。蓋２を取りはづした
後、液状のＬＤスラグ３５トンを炉１に入れる。

このＬＤスラグは次の組成：Ｃａ＝４８％、ＳｌＯ２＝
１３％、ＭｇＯ＝５％、ＭｎＯ＝４％、酸化Ｆｅ＝２２
％を持つており、これをボルトランドセメントに変化さ
せるための処理がこれに加えられる。次の組成：ＳｌＯ
２＝６０％、Ａｌ．Ｏ３＝３０％、ＣａＯ＝１０％を有
する乾いたフライアッシュ４．４５トンを投入する。

この投入は炉１の側壁に位置するバーナー４により行わ
れる。即ち炉１の軸が垂直であるときバーナー４の末端
がスラグ５の浴中に浸漬されるようにして行われる。こ
のバーナーはこの段階中に用いられると共にスラグ５を
加熱するためにも用いられる。前記バーナー４は本質的
に同軸の二つの管を含有し、内管な９５０゜Ｃに予熱さ
れた空気である燃焼補助ガスの通過に役立ち、外管と内
管の間に含まれる空間は天然ガスである可燃性ガスの通
過に役立つ。

内管は焼結されたアルミナで構成され、バーナーの出口
において燃焼補助ガスと可燃性ガスの有効な混合を行な
うための螺旋を備えている。微粉状態にあるフライアッ
シュはそれをスラグ内へ導入するに役立つ可燃性ガス中
に懸濁されている。このバーナー４はそのほかに、工程
の次の段階中において問題となる中性または不活性ガス
の安定機構を備えている。炉１はマグネシア煉瓦の１０
ｃｍの厚さて直接結合によつて被われており、炉１の壁
面の適当な冷却はスラグ５の一部分をその上に固化させ
、そのようにしてこの壁面の補助的保護層を形成する。

バーナー４の方は、水による冷却回路を備えており、こ
れはバーナーの末端をこの補助的保護層の・向うへ炉１
の内部へ侵入することを許すものである。この第一段階
は約１紛間持続し、その過程中スラグ浴は１５５０′Ｃ
に保たれる。

その後、電極３はスラグ中に浸漬され、粉炭・（還元剤
）２．５トンがこのスラグ中に投入される。

進行中の反応（即ちスラグ中に含まれている酸化鉄と酸
化マンガンの還元）を都合よく進捗せしめるため極めて
還元的媒質を保たねばならないからこの第二段階中は電
気的エネルギーが用いられ′る。もちろんこの第二段階
の過程においてバーナー４は燃焼補助ガスの供給装置と
しては止められることになるが、その時には浴の攪拌手
段として用いられ、それが備えている中性または不活性
ガスの安定機構は酸素の置換を行なわせられる。粉炭は
このバーナー４の外管と内管の間に含まれる空間を通る
可燃性ガスの中に懸濁せしめられる。そしてこのガスは
スラグ５の浴中に粉炭を導入するに役立つ。この第二段
階中、スラグの淀は還元ガス （ＣＯ）の発生作用のもとで沸き立つ。

約１紛の還元期間の後、浴は静かになり、傾瀉された金
属（鉄とマンガン）は出湯口６を通つて炉から抽出され
る。ここの第二段階中に用いられる電気量は３７００ｋ
Ｗｈに達する。傾瀉された金属を出湯口６から抽出する
と同時に、スラグ中への石灰注入と組み合せて炉１の排
出が行なわれる。これは工程の第三段階をなすものであ
る。石灰の投入は浸漬されたバーナー８を用いて排出筒
７の水準で行なわれる。

このバーナーも同様に同軸の二つの管を本質的に含有し
、その内管は熱い空気を供給され、内管と外管の間の空
間は天然ガスを供給される。２００マイクロメータ以下
の粒度の石灰が天然ガス中に懸濁される。

内管は焼結されたアルミナで構成され、バーナーの出口
で熱い空気と天然ガスの効果的混を行なうため螺旋を備
えている。バーナーの出口のそばで、内管の末端は外管
よりも少し引つ込んでいる。この引つ込みは約４ｗｔの
長さであり、反応の完全な達成に５都合のよい小さい燃
焼室をその末端に形成している。この燃焼室内で、外管
の内壁は、その出口端から１５ｗｎの長さにわたつてＣ
ａＯによつて、即ちＣａＯよりなる電気溶融された耐火
物で構成された被覆により、望ましくない摩耗に対して
予め防護！されている。石灰の投入操作は半時間にわた
り、投入される石灰の量は８．７５トンに達する。炉１
の排出は炉を傾斜させスラグが排出筒７に沿つて流れ回
転炉９に達するようにして行なう。回転炉９の長さは１
５ｍでありその直径は４ｍであ３る。炉９は、ほぼ水平
でその出口穴１０に向つてやや傾斜している回転軸を持
つている。この炉９は、石灰とスラグの反応がボルトラ
ンドセメントのクリンカー１２の形成と共に確実に行な
われる如き水準の温度を保つため、同様にバーナー１１
を含有している。炉９の出口において、クリンカーは古
典的セメント工業の冷却および粉砕装置中で処理される
。バーナーの熱い空気は、一方ではセメント製造より出
る粉塵により他方ては転炉より出る冷却されたガスによ
り運転する熱回収設備中で作られる。

ＬＤスラグ２５トンを投入して作られるセメントの量は
３６トンに達する。

また、鋼鉄製造工程中へ再循環し得る液状金属（スラグ
中に含まれる鉄と”マンガンを含有する鋳鉄）５トンが
回収される。用いられる熱エネルギー量は９．８７Ｇカ
ロリー、即ちクリンカーのキロ当り２８２ｋカロリーで
ある。このエネルギー量はセメントの通常の製造中に消
費されるエネルギー量よりも３〜４倍少ない。フライア
ッシュの代りに高炉の液状スラグを用いて同様の条件で
別の試験を行なつたがエネルギーの消費は更に３８％減
少した。回転炉９へ連続的に供給を行なうためには、用
いられた設備は単一の炉９に対し垂直軸を有する二つの
炉１を含有する。

炉１は交互にそしてＬＤ製鋼の転炉と同調して作動する
。付属の第２図は、非限定的実施例として、同軸の二つ
の管よりなるバーナーを示す。

バーナーの外管１３は水の循環による冷却回路１４を含
む。

外管１３の内壁はその出口端１５から１５藺の長さにわ
たつて、ＣａＯよりなる電気溶融された耐火物１６の被
覆により摩耗に対して予め防護されている。内管１７は
外管１３から少し引つ込んで出口のあたりで終つている
。

この引つ込みは５７０７０の長さであり、燃焼反応の完
全な達成に都合のよい小さい燃焼室を形成している。内
管１７とその供給機構（図に示さず）は予熱されたガス
が通過できるよう焼結されたアルミナで構成されている
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において用いられる一つの設備を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 赤鉄鉱の鋳鉄の酸素による精錬より生ずる塩基性ス
   ラグにアルミナの担体、シリカの担体および還元剤を加
   えてこれをポルトランドセメントに変化させるための方
   法において、（１）還元剤をスラグ中に含まれる金属酸
   化物（ＦｅＯとＭｎＯ）と反応させるため、還元工程の
   少なくともある短い時間、非常に還元性の強い雰囲気（
   Ｏ＿２を含まない、Ｈ＿２ＯとＣＯ＿２のできるだけ少
   ない）を溶融スラグ上に維持し、上記短い時間中少なく
   とも一つの電気アークによつて上記スラグを加熱するこ
   と、（２）金属酸化物を還元した後、ポルトランドセメ
   ントの組成を得るためスラグに石灰を添加すること、（
   ３）操作の大部分の過程において、このスラグに加えら
   れた成分（アルミナ、シリカ、還元剤、石灰）の反応活
   性を支えるためスラグの浴を加熱すること、を特徴とす
   る前記の如きスラグをポルトランドセメントに変化させ
   るための方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された方法を実施する
   ための設備であつて次のものより構成せられることを特
   徴とする：（ａ）垂直軸を有する少なくとも一つの炉、
   その高さは直径にほぼ等しくその内容積はあらゆる氾濫
   を避けるに十分な大きさであり、該炉は次のものを備え
   ている：（１）還元工程中スラグを加熱するための少な
   くとも一つの電気アーク電極および少なくとも一つのス
   ラグ加熱用バーナーより構成せられ、上記電極およびバ
   ーナーの末端はスラグ浴の表面の下に位置するスラグ加
   熱機構、（２）一つの排出筒と炉から排出させるための
   一つの傾斜機構、（３）スラグに石灰を加える一つの装
   置、（４）固形成分（アルミナ、シリカおよびスラグ中
   に存在する鉄の酸化物、マンガン酸化物の還元剤）を加
   える少なくとも一つの装置、（５）上記還元によつて得
   られた金属を排出するための一つの出湯口、（ｂ）（ａ
   ）項に記載の炉が排出位置にあるときその排出筒の下方
   へ配置さるべき回転炉；入口穴と出口穴を備えた該回転
   炉はほぼ水平で僅かに出口の方へ向つて傾斜した回転軸
   を有し、該炉はそのほかにこの炉の内部でポルトランド
   セメントのクリンカーが形成せられるよう石灰と還元さ
   れたスラグとの反応を行なわせる温度に維持されるため
   の手段を含有する。