JP5983473B2 - スラグ中の金属回収設備および回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、広くはスラグ中に混入した金属粒を分離回収するスラグ中金属回収設備および回収方法に関するものであり、特に、金属粒が混入したスラグに対して回転体（例えば、ハンマーやピン）で衝撃力を与えた場合の金属粒とスラグの靭性差（粉砕強度差）を利用して金属粒を分離回収するスラグ中金属回収設備および回収方法に関するものである。

例えば、製鉄プラントにおいては、大量の製鉄スラグが発生している。一般的に、鉄は鉄鉱石中の酸化鉄を、石炭を用いて還元し作製する。この際に発生した副産物が製鉄スラグであるが、これら製鉄スラグの中にも鉄分（鉄粒）が混入している。この鉄粒は単体として存在している場合よりも、スラグに鉄粒が取り囲まれるように凝着した状態であることが多い。従来、製鉄スラグ中の鉄粒を回収する手段として、様々な手法が提案されている。

製鉄スラグから鉄粒を回収する方法としては、磁力選別、比重選別、分級選別が広く用いられている。

ここで、磁力選別は、強磁性体である鉄粒と弱磁性体および非磁性体を主成分とするスラグとの磁性差を利用して、鉄粒の分離回収を行う手法である。

また、比重選別は、鉄粒とスラグとの比重差を利用して、鉄粒の分離回収を行う手法である。

また、分級選別は、鉄粒とその他スラグ分との延性、粉砕性の差を利用し、粉砕後の鉄粒とスラグ分の粒径差で分離する手法である。

分級選別としては、例えば、鉄粒を含んだスラグをボールミルで破砕・圧延処理し、破砕処理によってスラグ成分を粉状に、圧延処理によって鉄粒を薄片に加工することで、スラグと鉄粒の形状（粒径）が異なるようにし、篩によって鉄粒の分離回収を行う方法が行われている（例えば、特許文献１）。

同じく、分級選別として、篩に突起状の部材を設け、落下時のスラグと突起部の衝突によって、スラグを解砕し、篩で分級することにより鉄粒を分離回収する方法が行われている（例えば、特許文献２）。

特開平１０−２１６５４５号公報 特開２００３−３３４４９６号公報

しかし、上述したような、製鉄スラグから鉄粒を回収する方法には、以下のような問題点がある。

まず、磁力選別は、処理量が少ない場合は精度よく鉄とスラグ分を分離することが出来るが、処理量を増やすと鉄と磁石の間にスラグ分が巻き込まれ分離精度が落ちるので大量処理には向かないという問題がある。さらに、鉄粒の周りにスラグ分が付着している場合（特に、スラグと鉄粒が凝着している場合）などは、粉砕処理を行わなければ分離回収が不可能である。

また、比重選別は、乾式で行う際は、分離物の比重差が大きくないと高精度分離が出来ないという問題を持つ。さらに、鉄粒の周りにスラグ分が付着している場合などは、粉砕処理を行わなければ分離回収が不可能である。また、湿式で行う場合は比重差が小さくても精度良く分離が出来るが、水処理を行わなければならないため、ランニングコストが多大になるという問題を持つ。

また、特許文献１に記載の分級選別は、ボールミルを利用しており、粉砕物を連続で外部に排出することが出来ないため、連続破砕処理をすることが出来ない。また、ボールミルは破砕時間が他の破砕方法と比較して比較的長いため、時間当たりの処理量を増やすことが出来ないという問題点がある。

また、特許文献２に記載の分級選別は、落下衝突のみでは、鉄粒に付着したスラグ分を完全に除去出来ないため、分離精度が悪いという問題点を持つ。また、落下したスラグが突起部に衝突しない可能性もあり、その際は全く分離回収が出来ない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、スラグ中の金属分（例えば、製鉄スラグ中の鉄粒）を高精度で短時間に分離回収することができるスラグ中金属回収設備および回収方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］スラグ中に存在する金属粒を分離回収するスラグ中金属回収設備であって、金属粒が存在するスラグを投入する粉砕室と、該粉砕室の内部で回転体を衝突させてスラグを粉砕する回転式粉砕装置と、前記粉砕室の下方に設けられ、篩目を通る大きさの物と篩目を通らない大きさの物とを分離する篩と、前記粉砕室の上方に設けられ、前記回転体の回転方向に飛ばされた物を金属粒として回収する金属粒回収装置とを備えていることを特徴とするスラグ中金属回収設備。

［２］前記金属粒回収装置が、金属粒を回収する回収ダクトと、該回収ダクトに前記篩の篩目を通る大きさの物が混入しないようにするためのシャッター装置とを備えていることを特徴とする前記［１］に記載のスラグ中金属回収設備。

［３］スラグ中に存在する金属粒を分離回収するスラグ中金属回収設備であって、金属粒が存在するスラグを投入する粉砕室と、該粉砕室の内部で回転体を衝突させてスラグを粉砕する回転式粉砕装置と、前記粉砕室の下方に設けられ、篩目を通る大きさの物と篩目を通らない大きさの物とを分離する篩と、前記粉砕室の下方に設けられ、前記回転体の回転方向に飛ばされた物を金属粒として回収する金属粒回収装置とを備えているとともに、前記金属粒回収装置が、金属粒を回収する回収ダクトと、該回収ダクトに前記篩の篩目を通る大きさの物が混入しないようにするためのシャッター装置とを備えていることを特徴とするスラグ中金属回収設備。

［４］スラグを投入後の一定時間、前記シャッター装置を閉めて、前記篩の篩目を通る大きさの物が前記回収ダクトへ混入するのを防止することを特徴とする前記［２］または［３］に記載のスラグ中金属回収設備。

［５］前記回転式粉砕装置は、１以上のハンマーまたはピンを回転させ、回転するハンマーまたはピンとスラグとの衝突力によりスラグを粉砕することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載のスラグ中金属回収設備。

［６］前記回収ダクトの長さは、当該回収ダクト内に飛ばされてきた物のうち、金属粒は飛翔して通過できる長さであり、かつ、金属粒でないスラグ分は飛翔できずに途中で当該回収ダクト内に落下する長さであることを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載のスラグ中金属回収設備。

［７］前記回収ダクトにファンが設置されていて、該ファンからの送風によって、金属粒でないスラグ分の飛翔できる長さを抑えることを特徴とする前記［６］に記載のスラグ中金属回収設備。

［８］スラグ中に存在する金属粒を分離回収するスラグ中金属回収方法であって、金属粒が存在するスラグに回転体を衝突させてスラグを粉砕する粉砕工程と、該粉砕工程での被粉砕物を篩によって大きさで分離する篩工程と、前記回転体の回転方向に飛ばされた物を金属粒として回収する金属粒回収工程とを備えていることを特徴とするスラグ中金属回収方法。

［９］前記金属粒回収工程において、前記篩の篩目を通る大きさの物が金属粒に混入して回収されないようにするために、スラグを投入後の一定時間、金属粒の回収を停止することを特徴とする前記［８］に記載のスラグ中金属回収方法。

［１０］金属粒回収工程において前記回転体の回転方向に飛ばされた物を金属粒として回収するための回収ダクトを設置し、その回収ダクトの長さは、当該回収ダクト内に飛ばされてきた物のうち、金属粒は飛翔して通過できる長さであり、かつ、金属粒でないスラグ分は飛翔できずに途中で当該回収ダクト内に落下する長さであることを特徴とする前記［８］または［９］に記載のスラグ中金属回収方法。

［１１］前記回収ダクトにファンを設置し、該ファンからの送風によって、金属粒でないスラグ分の飛翔できる長さを抑えることを特徴とする前記［１０］に記載のスラグ中金属回収方法。

本発明においては、スラグ中の金属分（例えば、製鉄スラグ中の鉄粒）を高精度で短時間に分離回収することができる。

本発明の実施形態１を示す側面図である。 本発明の実施形態２を示す側面図である。 本発明の実施形態２を示す正面図である。 本発明の実施形態３を示す側面図である。

本発明は、スラグ分と金属粒で破砕のされやすさが異なり、スラグ分は細かくなるまで粉砕されるのに対し、金属粒は細かくならないことを利用して、それらを分離回収するものである。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るスラグ中金属回収設備２１を示す側面図である。

この実施形態１に係るスラグ中金属回収設備２１は、回転体（ピン）を回転させて金属粒を含むスラグを粉砕し、その粉砕物を篩で分離するものであり、金属粒以外のスラグ分はこの粉砕により篩の篩目より小さくなるまで粉砕された後、篩下に分離され、金属粒は粉砕されないため篩の篩目より小さくならず、回転による風圧あるいはピンとの衝突によりピンの回転方向に飛ばされ、回収ダクトより金属粒として乾式で回収するピンミル型スラグ中金属回収設備であり、図１に示すように、スラグ８（金属粒８ｂとシリカ化合物を主成分とするスラグ分８ａとが固着）を投入するスラグ投入シュート１と、投入されたスラグ８に回転体を衝突させてスラグ８を粉砕する回転式粉砕装置（ピン設置土台２、粉砕用ピン３）と、回転式粉砕装置で粉砕された物をその大きさで分離する固定篩５と、粉砕用ピン３の回転方向に飛ばされた物を金属粒８ｂとして回収する金属粒回収装置（シャッター６、回収ダクト７）と、粉砕室４と、土台部９とを備えている。

ここで、ピン設置土台２には、粉砕用ピン３が多数取り付けられており、ピン設置土台２が回転することにより、同時に粉砕用ピン３を回転させることが出来る。

このようなスラグ中金属回収設備２１においては、スラグ投入シュート１よりスラグ８（スラグ分８ａ、金属粒８ｂ）を投入すると、スラグ８は粉砕室４内で落下する間に、回転する破砕用ピン３と何度も衝突し、あるいは衝突後に粉砕室４と衝突し、その衝撃でスラグ分８ａが粉砕される。その際に、粉砕用ピン３の衝撃力とせん断力により金属粒８ｂ（細かくなるまで粉砕されない）からスラグ分８ａ（細かくなるまで粉砕される）が分離し、さらにスラグ分８ａ（粉砕物）は破砕用ピン３とのさらなる衝突により細粒に粉砕される。そして、粉砕物であるスラグ分８ａは篩５の篩下として回収される。一方、スラグ分に比べて粉砕されにくい金属粒８ｂは、粉砕室に投入した時の大きさをほぼ保持しているため、篩５の篩上となり、粉砕室４内を粉砕用ピン３の回転方向に循環して、粉砕室４の内壁に回収口を備えた回収ダクト７より回収される。回収した金属粒を再利用する際の作業性や金属粒の回収効率を考えると、通常、粒の大きさが１ｍｍ以上〜３ｍｍ以上の金属粒を回収するのが好ましい。また、スラグ分は、回転体にて粉砕を行なうことにより、１ｍｍ未満〜３ｍｍ未満の大きさまで粉砕することができるので、通常、篩目が１ｍｍ〜３ｍｍの篩を用いる。

この際、回収ダクト７の回収口を粉砕室４の上方（回転体であるピン設置土台２の回転軸を通る水平線より上）に設けることにより、細粒に粉砕されたスラグ分が回収ダクト７に混入しにくくなるため、スラグ分の混入の少ない金属粒の回収が可能になる。

なお、スラグ分８ａが粉砕されにくく、篩５の篩目以上の大きさのスラグ分８ａが発生する場合（言い換えれば、金属粒８ｂとスラグ分８ａが凝結した未粉砕のスラグ８が十分に粉砕・分離されていない場合）は、スラグ８を投入後の一定時間（予め操業実績等から定めておいた時間）、シャッター６を閉めて、篩５の篩目以上の大きさのスラグ分８ａや未粉砕のスラグ８が回収ダクト７へ混入するのを防止しながら、スラグ８およびスラグ分８ａの循環時間を増やすことで、未粉砕のスラグ８およびスラグ分８ａが粉砕用ピン３の回転による風圧で再び巻き上げられ、粉砕用ピン３で破砕されて、スラグ分８ａ（篩目より小さくなるまで粉砕された物）と金属粒８ｂ（篩目より小さくなるまで粉砕されない物）とに分離回収することが出来る。

このようにして、この実施形態１においては、回転体（粉砕用ピン３）をスラグ８に衝突させてスラグ分８ａを粉砕した後、粉砕物は篩下でスラグ分８ａとして回収し、スラグ分８ａが粉砕室からほとんどなくなるまでシャッター６を閉めて、その後、シャッター６を開けることにより、回転による風圧あるいは粉砕用ピン３との衝突により粉砕用ピン３の回転方向に飛ばされた、篩５の篩目より小さくなるまで粉砕されなかった物を回収ダクト７より金属粒８ｂとして回収することができる。この場合、回収ダクト７の回収口（金属粒の回収口）は、粉砕室４の上方（回転体であるピン設置土台２の回転軸を通る水平線より上）に設けても、粉砕室４の下方（回転体であるピン設置土台２の回転軸を通る水平線より下）に設けてもよい。

ちなみに、回収ダクト７の回収口（金属粒の回収口）を粉砕室４の下方（回転体であるピン設置土台２の回転軸を通る水平線より下）に設けた場合は、スラグ分８ａが回収ダクト７に混入しやすくなるので、それを防止するために、回収ダクト７の回収口の前面にシャッター６を設けておき、粉砕室４からスラグ分８ａがほとんどなくなるまでシャッター６を閉めて、その後、シャッター６を開けることが肝要である。

これによって、このスラグ中金属回収設備２１は、以下のような効果を奏する。

（ａ）スラグ８を乾式で回転式粉砕装置の上部から連続投入し、さらに連続分離・回収処理することが可能であるとともに、回転式粉砕装置はボールミルと比較して短時間でスラグ分８ａの粉砕が可能なので、処理量を大きく向上させることができる。その上、粉砕工程（スラグ分８ａの粉砕）と分離工程（スラグ分８ａと金属粒８ｂとの分離）を同時に行うことが出来るので、磁力選別や比重選別のように粉砕工程を単独で行う必要がなく、効率的である。

（ｂ）また、回転体（粉砕用ピン３）の回転により金属粒８ｂに衝撃力とせん断力を何度も与えるので、全ての金属粒８ｂで固着したスラグ分８ａを完全に除去することが出来ることから、金属粒８ｂとスラグ分８ａとの高精度の分離回収が可能である。

（ｃ）さらに、スラグ分８ａはほぼ全量篩下で回収されるため、磁気選別で見られるような巻込みは発生しない。また、乾式分離であるため、水処理コストも発生しない。

なお、この実施形態では、ピンを回転させてスラグを粉砕しているが、ハンマーを回転させてスラグを粉砕してもよく、回転速度はスラグ分が粉砕される速度であればよく適宜選択することができる。

［実施形態２］
図２、図３は、本発明の実施形態２に係るスラグ中金属回収設備２２を示す側面図と正面図である。

図２、図３に示すように、この実施形態２に係るスラグ中金属回収設備２２は、基本的には、上記の実施形態１に係るスラグ中金属回収設備２１と同様の構成であるが、破砕用ピン３の構成が異なっている。

すなわち、スラグ中金属回収設備２２では、破砕用ピン３として、粉砕室４に固定された多数の固定ピン３ａと、ピン設置土台２に設置された多数の回転ピン３ｂを備えている。

これによって、モータ１０によってピン設置土台２が回転することにより同時に回転ピン３ｂが回転し、回転ピン３ｂと固定ピン３ａによるせん断と衝撃力により、スラグ８が破砕される。

また、このスラグ中金属回収設備２２では、回収ダクト７の長さが、回収ダクト７内に飛ばされてきた物のうち、金属粒８ｂは飛翔して通過できる長さであり、かつ、スラグ分８ａは飛翔できずに途中で回収ダクト７内に落下する長さである。

具体的には、図２に示すように、回収ダクト７が回収口から上方に向かった後、下方に向かう形状をしており、方向が上方から下方に変わる長さ位置（高さ位置）は、回収ダクト７内に飛ばされてきた物のうち、金属粒８ｂは飛翔して通過できる長さ位置（高さ位置）で、かつ、スラグ分８ａは飛翔できずに途中で回収ダクト７内に落下する長さ位置（高さ位置）となっている。

すなわち、スラグ分８ａは比重が金属粒（例えば、鉄粒）８ｂの比重の１／３程度であるとともに、破砕されやすいので細粒である場合が多く、鉄粒８ｂよりも空気抵抗によって減速しやすい。したがって、鉄粒８ｂとスラグ分８ａが回収ダクト７内に飛ばされてくる速度（射出速度）と比重に基づいて、空気抵抗の影響下によるスラグ分８ａと鉄粒８ｂのそれぞれの飛翔距離（飛翔高さ）を計算し、回収ダクト７の上方に向かう部分の長さ（最上高さ位置）を、スラグ分８ａの飛翔距離（飛翔高さ）以上、鉄粒８ｂの飛翔距離（飛翔高さ）未満とすることにより、仮にスラグ分８ａが鉄粒８ｂに混じって回収ダクト７内に射出されても、鉄粒８ｂは最上高さ位置を通過して回収され、スラグ分８ａは回収ダクト７内で落下して、回収ダクト７から系外には出ないため、回収精度が向上する。

また、回収ダクト７の長さ（高さ）を十分に確保できず、そのままではスラグ分８ａが回収ダクト７内で落下しない場合には、図２に示すように、回収ダクト７にファン１１を設置し、ファン１１からの送風によって、スラグ分８ａの飛翔距離（飛翔高さ）を抑えて、鉄粒８ｂは最上高さ位置を通過して回収され、スラグ分８ａは回収ダクト７内で落下するようにすればよい。

［実施形態３］
図４は、本発明の実施形態３に係るスラグ中金属回収設備２３を示す側面図である。

図４に示すように、この実施形態３に係るスラグ中金属回収設備２３は、基本的には、上記の実施形態２に係るスラグ中金属回収設備２２と同様の構成であるが、破砕用ピン３に替えて、ハンマー１３がハンマー設置土台１２に取り付けられている点が異なっている。

これによって、ハンマー設置土台１２が回転することにより同時にハンマー１３が回転するとともに、ハンマー１３はハンマー設置土台１２との取り付け部を中心にして円弧状に回転する。そのため、ハンマー１３先端の周速をハンマー設置土台１２の回転速度以上にすることができる。このハンマー１３とスラグ８との衝突時の衝撃力により、スラグ８が破砕される。

なお、図４では、シャッター６が設置されていないが、スラグ中金属回収設備２１、２２と同様に、シャッター６を設置してもよい。

１ スラグ投入シュート
２ ピン設置土台
３ 粉砕用ピン
３ａ 固定ピン
３ｂ 回転ピン
４ 粉砕室
５ 固定篩
６ シャッター
７ 回収ダクト
８ スラグ
８ａ スラグ分
８ｂ 金属粒
９ 土台部
１０ モータ
１１ ファン
１２ ハンマー設置土台
１３ ハンマー
２１ スラグ中金属回収設備
２２ スラグ中金属回収設備
２３ スラグ中金属回収設備

Claims (9)

1. スラグ中に存在する金属粒を分離回収するスラグ中金属回収設備であって、金属粒が存在するスラグを投入する粉砕室と、該粉砕室の内部で回転体を衝突させてスラグを粉砕する回転式粉砕装置と、前記粉砕室の下方に設けられ、篩目を通る大きさの物と篩目を通らない大きさの物とを分離する篩と、前記粉砕室の上方に設けられ、前記回転体の回転方向に飛ばされた物を金属粒として回収する金属粒回収装置とを備え、
   前記金属粒回収装置は、金属粒を回収する回収ダクトと、該回収ダクトに前記篩の篩目を通る大きさの物が混入しないようにするためのシャッター装置とを備え、
   スラグを投入後の一定時間、前記シャッター装置を閉めて、前記篩の篩目を通る大きさの物が前記回収ダクトへ混入するのを防止することを特徴とするスラグ中金属回収設備。
2. スラグ中に存在する金属粒を分離回収するスラグ中金属回収設備であって、金属粒が存在するスラグを投入する粉砕室と、該粉砕室の内部で回転体を衝突させてスラグを粉砕する回転式粉砕装置と、前記粉砕室の下方に設けられ、篩目を通る大きさの物と篩目を通らない大きさの物とを分離する篩と、前記粉砕室の下方に設けられ、前記回転体の回転方向に飛ばされた物を金属粒として回収する金属粒回収装置とを備えているとともに、前記金属粒回収装置が、金属粒を回収する回収ダクトと、該回収ダクトに前記篩の篩目を通る大きさの物が混入しないようにするためのシャッター装置とを備え、
   スラグを投入後の一定時間、前記シャッター装置を閉めて、前記篩の篩目を通る大きさの物が前記回収ダクトへ混入するのを防止することを特徴とするスラグ中金属回収設備。
3. 前記回収ダクトは、前記粉砕室から上方に向かった後、下方に向かう形状をしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラグ中金属回収設備。
4. 前記回転式粉砕装置は、１以上のハンマーまたはピンを回転させ、回転するハンマーまたはピンとスラグとの衝突力によりスラグを粉砕することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスラグ中金属回収設備。
5. 前記回収ダクトの長さは、当該回収ダクト内に飛ばされてきた物のうち、金属粒は飛翔して通過できる長さであり、かつ、金属粒でないスラグ分は飛翔できずに途中で当該回収ダクト内に落下する長さであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスラグ中金属回収設備。
6. 前記回収ダクトにファンが設置されていて、該ファンからの送風によって、金属粒でないスラグ分の飛翔できる長さを抑えることを特徴とする請求項５に記載のスラグ中金属回収設備。
7. スラグ中に存在する金属粒を分離回収するスラグ中金属回収方法であって、金属粒が存在するスラグに回転体を衝突させてスラグを粉砕する粉砕工程と、該粉砕工程での被粉砕物を篩によって大きさで分離する篩工程と、前記回転体の回転方向に飛ばされた物を金属粒として回収する金属粒回収工程とを備え、
   前記金属粒回収工程において、前記篩の篩目を通る大きさの物が金属粒に混入して回収されないようにするために、スラグを投入後の一定時間、金属粒の回収を停止することを特徴とするスラグ中金属回収方法。
8. 金属粒回収工程において前記回転体の回転方向に飛ばされた物を金属粒として回収するための回収ダクトを設置し、その回収ダクトの長さは、当該回収ダクト内に飛ばされてきた物のうち、金属粒は飛翔して通過できる長さであり、かつ、金属粒でないスラグ分は飛翔できずに途中で当該回収ダクト内に落下する長さであることを特徴とする請求項７に記載のスラグ中金属回収方法。
9. 前記回収ダクトにファンを設置し、該ファンからの送風によって、金属粒でないスラグ分の飛翔できる長さを抑えることを特徴とする請求項８に記載のスラグ中金属回収方法。

Images