JPH08325622A - 製錬スラグの再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】製錬スラグの再生方法を提供する。 【構成】上底吹き転炉を再生容器とし、この容器中で炭
材を還元材及び熱源として製錬スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ を還
元し、Ｐを溶銑中に移行させる製錬スラグの再生方法で
あって、下記〜の工程で処理する再生方法。 再生後、再生容器内の溶銑と再生スラグとをそれぞれ
別々の容器に分けて排出する。 溶銑を収容した容器に新規の要再生含Ｐ₂ Ｏ₅ 脱Ｐ溶
融スラグを追加する。 上記溶銑と溶融スラグとを同時に再生容器に装入し、
炭材と酸素ガスとを添加して溶融スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ を
還元し、Ｐを溶銑中に移行させる。 【効果】電気炉を用いず、既存の上底吹き転炉によって
大容量で処理し、しかも再生スラグの寿命を延長するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄鋼製造において発生す
る製錬スラグの再生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、日本国内の鉄鋼生産においては年
間数千万トンの製錬スラグが発生している。これらはそ
の発生過程によって、高炉スラグ、溶銑予備処理スラ
グ、転炉スラグおよび造塊スラグなどに分類される。そ
の中には高炉スラグのように路盤材、セメント原料など
にうまく再利用されているものもあるが、その他の大部
分は埋立によって処分されている。こうして無駄に捨て
られるスラグ量を減らすことは、鉄鋼製造コストの低減
につながることは勿論であるが、資源および地球環境の
保護の面からも重要な課題である。

【０００３】こうした状況から製錬スラグの発生量低
減、有効利用のための用途開発と並んで、製錬スラグを
再生し繰り返し利用する技術が検討されている。

【０００４】鉄鋼製造におけるスラグの最大の役目は、
不純物元素（Ｐ、Ｓ、Ｓｉなど）をその中に吸収するこ
とにより溶銑、溶鋼から除去することにある。不純物元
素のうちＰは酸化物の形態でスラグ中に含まれるが、酸
素との親和力が比較的弱いので還元処理により容易にス
ラグから除くことができる。この点に着目し、Ｐを含有
するスラグを鉄浴中で還元し、Ｐを溶鉄中に移行させる
ことにより再生する方法が数多く提案されている（例え
ば特開昭57-177911 号公報、特開昭61-213309号公報参
照）。

【０００５】同様にして製錬スラグから除去し得る元素
としてＶ、Ｍｎなどがあり、これらの有用元素をスラグ
還元によって同時に溶鉄中に回収することも可能である
（例えば特開昭57-177911 号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような製錬スラ
グの再生処理においては、還元材として炭材（主にコー
クス）、熱源として電気を利用する方法が採用されてい
る。炭材は、燃焼させることにより熱源としても利用で
きるにもかかわらず、炭材を還元材としてのみ使用して
いるのは次の理由による。

【０００７】コークスは０．数％程度のＳ分を含んでい
る。Ｓは、還元雰囲気ではスラグ内で溶融金属よりも、
酸化雰囲気では溶融金属内でスラグよりも、それぞれ安
定な元素である。この性質によってコークス中のＳは、
製錬スラグの再生処理の際には再生スラグ中にも分配さ
れる。このため、再生スラグを溶銑、溶鋼の脱Ｐ（脱り
ん）製錬に用いる場合には、再生処理の際にスラグ中に
分配されたＳが溶銑、溶鋼に移行し、特に、繰り返し使
用の場合には、このＳピックアップが問題となる。

【０００８】Ｓは、一部の鉄鋼材料では快削性付与元素
として積極的に添加することもあるが、大部分の鉄鋼材
料においては有害な元素である。従ってコークス中のＳ
による溶銑、溶鋼の汚染を最小限に止めるため、コーク
スの用途を還元材に限定し、熱源は電気に求めるのが一
般的となっているのである。

【０００９】上記のように熱源を電気に求めることは、
スラグ再生専用の電気炉を建設せねばならないことを意
味している。さらに、製鉄所で発生するＰ含有スラグを
全量再生するためには、再生用電気炉の炉容はそのスラ
グを発生する製錬炉と同等のものとする必要がある。現
在、我が国には数百トン規模の転炉が数多くあるが電気
炉は数十トン規模のものが主流であり、転炉から発生す
る製錬スラグを電気炉で再生するのは、その規模の差か
らして不可能といえる。

【００１０】さらに電気炉はその構造上炉内の攪拌力が
弱く、この傾向は炉容が大きいほど著しくなる。従って
仮に数百トン規模の電気炉を建設してもメタル／スラグ
間のＰの分配が不完全となり、十分にスラグ再生ができ
ず、その結果としてスラグを繰り返し使用できる回数
（寿命）が少ないなどの問題がある。

【００１１】本発明の目的は、再生容器としての電気
炉、熱源としての電気に替えて、上底吹き転炉および炭
材を用いて、大容量の処理と脱Ｐ炉で用いる際に溶銑中
へのＳのピックアップを抑制することができる再生スラ
グの製造とが可能な、製錬スラグの再生方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の製
錬スラグの再生方法にある。

【００１３】上底吹き転炉を再生容器とし、この容器中
で炭材を還元材および熱源として製錬スラグ中のＰ₂ Ｏ
₅ を還元し、Ｐを溶銑中に移行させる製錬スラグの再生
方法であって、下記〜の工程で再生処理することを
特徴とする製錬スラグの再生方法。

【００１４】スラグ再生後、再生容器内の溶銑と再生
スラグとをそれぞれ別々の容器に分けて排出する。

【００１５】溶銑を収容した容器に新規に再生を要す
る含Ｐ₂ Ｏ₅ 脱Ｐ溶融スラグを追加して収容する。

【００１６】上記の溶銑と溶融スラグとを同時に再生
容器に装入し、炭材と酸素ガスとを添加して溶融スラグ
中のＰ₂ Ｏ₅ を還元し、Ｐを溶銑中に移行させる。

【００１７】本発明者らは、電気炉を使用せずに製錬ス
ラグを再生する方法に加えて、この再生スラグを用いる
製錬において溶銑、溶鋼中へのＳピックアップを抑制す
る方法について検討を行った。その結果、製錬工程で発
生した脱Ｐ溶融スラグをいったん冷却、凝固させること
なく溶融状態のまま再生に供することができれば、熱源
がほとんど不要であるため炭材を熱源として使用して
も、炭材中に含まれるＳに起因する弊害を最低限に抑え
られることを知見し、本発明をなした。

【００１８】製錬スラグは熱容量が少ない上に熱伝導度
も小さいので、溶融状態のまま扱うことは非常に困難で
あるが、このような性状のスラグを溶融状態のまま扱う
具体的方法について鋭意検討した結果、再生後、再生容
器内の溶銑とスラグをそれぞれ別々の容器に分けて排出
し、そのうちの溶銑を収容した容器に新たに再生を要す
る溶融スラグを追加して収容し、溶銑と溶融スラグとを
同時に再生容器に装入するのが最も妥当であること、か
つ再生容器としては上底吹き転炉が適切であることがわ
かった。

【００１９】

【作用】図１に基づいて、本発明方法およびこれを実現
するための装置の具体的な例を説明する。

【００２０】図１は本発明方法における工程、物流およ
び装置の概念を説明する図である。

【００２１】図１において、符号１は高炉溶銑６の脱Ｐ
炉であり、この例は上吹き転炉であるが、通常の精錬炉
でもよい。符号２はスラグ再生容器として用いる上底吹
き転炉であり、本発明方法では、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ を
効果的に還元させるために攪拌作用の大きな上底吹き転
炉に限定する。この上底吹き転炉は、上底両方から酸
素、底から攪拌用ガスを吹き込むタイプ、上から酸素、
底から攪拌用ガスを吹き込むタイプのいずれでもよい。
符号３は脱Ｐ溶銑７の製鋼炉であり、この例は上吹き転
炉であるが、上底吹き転炉や電気炉などの通常の精錬炉
でもよい。符号４は後述するスラグ再生用加熱溶銑８の
容器であり、取鍋または注銑鍋などでよい。

【００２２】符号１１は再生終了後のスラグを排出する
スラグ容器であり、スラグ壺などを用いる。

【００２３】図１において本発明方法の対象となる製錬
スラグは、溶銑脱Ｐ炉１で発生する脱Ｐ溶融スラグ５で
ある。この脱Ｐ溶融スラグ５は、上底吹き転炉２から予
め適切な温度に調整して出銑した再生用加熱溶銑８を収
容する容器４内に排出され、さらにこの再生用加熱溶銑
８とともにスラグ再生容器である上底吹き転炉２に装入
される。一方、脱Ｐ溶銑７は溶銑脱Ｐ炉１から取鍋など
により製鋼炉３に移送され、精錬処理を施し製品とされ
る。

【００２４】脱Ｐ溶融スラグ５の再生は、上底吹き転炉
２内に装入された再生用加熱溶銑８を用いて行う。この
ときの再生用加熱溶銑８の温度は１６００℃前後の高温
であることが望ましい。これは、溶銑とスラグとの間の
Ｐの分配が温度が高いほどこの溶銑側に片寄るため、脱
Ｐ溶融スラグ５中の（Ｐ）を再生用加熱溶銑８中に移行
させ易いことによる。このため、まず容器４内の再生用
加熱溶銑８の温度を所定の１６００℃前後の温度に昇温
しておくのである。

【００２５】上記加熱昇温は次のように行う。すなわ
ち、上底吹き転炉２内に高炉溶銑６を注銑し、炭材（例
えばコークス、石炭など）を添加しながら、酸素吹精を
行い炭材を燃焼させ、その燃焼熱によって前記温度に加
熱昇温して容器４内に出銑収容して再生用加熱溶銑８と
する。そして、前述のように溶銑脱Ｐ炉１からの脱Ｐ溶
融スラグ５の排出を待つ。この排出終了後、容器４内の
脱Ｐ溶融スラグ５と再生用加熱溶銑８とを再生容器とし
て用いる上底吹き転炉２内に装入するのである。

【００２６】再生用加熱溶銑８の組成は、Ｃ：３〜５Wt
％、Ｐ：０．０５〜０．２Wt％、Ｓ：０．００２〜０．
０１０Wt％程度の一般的なもので構わない。

【００２７】上底吹き転炉２内では、再度炭材を添加
し、その炭素分で脱Ｐ溶融スラグ５中のＰ₂ Ｏ₅ を下記
反応式により還元することでスラグ再生処理を施す。

【００２８】（Ｐ₂ Ｏ₅ ）＋５Ｃ＝５ＣＯ＋２〔Ｐ〕 ただし、この反応は吸熱反応であるため、熱を加えない
で反応を持続させると次第に反応系全体の温度が低下し
てしまう。そこで炭材を過剰に添加して酸素吹精を行
い、その燃焼熱で還元吸熱反応によって奪われる熱を補
償し、再生用加熱溶銑８の温度を１６００℃程度に保
つ。

【００２９】本発明方法で必要な炭材、酸素量および攪
拌用ガス量は、対象脱Ｐ溶融スラグの組成および量によ
って異なるが、目安としては概ねスラグトン当たり 炭材：コークス換算で１００〜２００ｋｇ 酸素：上吹きにより１００〜１５０Ｎｍ³ である。

【００３０】攪拌用ガス量の望ましい範囲は溶銑トン当
たり Ｎ₂ 、Ａｒ等の不活性ガス：底吹きにより０．０５〜
０．２０Ｎｍ³/ｍｉｎである。

【００３１】このうち炭材の添加は、スラグの還元の初
期に一括して投入するか、還元の期間中に分割して投入
するかのいずれでも構わない。一方、酸素および攪拌用
ガスは、還元の期間（通常１０〜３０分間程度）にほぼ
一定の割合で吹き込む。

【００３２】上記方法で再生を完了した再生スラグ９
は、容器４とは異なる別のスラグ容器１１、例えばスラ
グ壺などに排出した後いったん冷却し、または溶融状態
のままで、溶銑脱Ｐ炉１において高炉溶銑６の脱Ｐ用ス
ラグとして繰り返し使用する。

【００３３】一方、〔Ｐ〕が濃化した再生処理後溶銑１
０は、前記の温度に調整して再び容器４に出銑し、新た
に再生対象となる脱Ｐ溶融スラグ５をその上に排出し、
同様に繰り返し使用する。望ましい再生処理後溶銑１０
の再生繰り返し使用の回数は１０〜３０回程度である。

【００３４】本発明方法では、高炉溶銑中の〔Ｐ〕：
０．１０〜０．２０Wt％、〔Ｓ〕：０．００３〜０．０
０７Wt％、炭材中のＳ：０．３〜０．８Wt％の場合、上
記程度の繰り返し使用後には、脱Ｐ用スラグとして用い
る再生スラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)：０．４〜２．５Wt％、
（Ｓ）：０．１０〜０．２０Wt％、脱Ｐ処理後溶銑中で
は〔Ｐ〕：０．０２Wt％以下、〔Ｓ〕：０．００４〜
０．００８Wt％のバランスとなり、再生スラグ中の
（Ｓ）は低値である。この理由は、本発明方法では、再
生処理の際に熱源として使用する炭材の量が少なくてす
むからである。

【００３５】したがって、上記のような（Ｓ）：０．１
０〜０．２０Wt％以下の再生スラグを脱Ｐに使用して
も、スラグ中の（Ｓ）は脱Ｐ処理後溶銑中へはほとんど
ピックアップされない。

【００３６】本発明の再生方法では、対象となる脱Ｐス
ラグの組成は特に限定しないが、再生後のスラグを再び
脱Ｐに用いることから、塩基度は１．５〜３程度の範
囲、（FeO)は３〜１０Wt％程度の範囲にあることが望ま
しい。この条件では、再生スラグの塩基度は上記と同じ
範囲、(FeO) は３Wt％程度以下となる。

【００３７】上記の本発明方法を用いることで、次に示
す (1)〜(7) の効果が得られる。

【００３８】(1)溶融脱Ｐスラグが非常に大きな熱量を
持つ加熱溶銑上に排出されるため、容易に温度低下や凝
固が起こらず、熱源としての炭材添加量は微少量で足り
る。またスラグを融解しなくてもよいので、その分だけ
短時間で処理できる。

【００３９】(2)脱Ｐスラグをいったん冷却しないの
で、その冷却用の設備およびスペース（ヤード）が不要
である。

【００４０】(3)大型の電気炉を使用しなくても、既存
の上底吹き転炉の流用で脱Ｐスラグの再生を行うことが
できる。

【００４１】(4)大容量の上底吹き転炉を使用すること
ができるので、容易に多量の脱Ｐスラグを再生処理する
ことができる。

【００４２】(5)攪拌力の大きい上底吹き転炉を使用す
るので、溶銑と脱Ｐスラグの反応性がよく、Ｐを十分に
還元低下させることができ、再生スラグの製錬能力が高
まる。

【００４３】(6)さらに溶銑で脱Ｐスラグを再生できる
回数が増大する。

【００４４】(7)脱Ｐ処理後溶銑中へのＳのピックアッ
プ量が少なく、電気炉を用いる場合と同等である。

【００４５】

【実施例】

（本発明例）図１に示す本発明方法を用いて脱Ｐ溶融ス
ラグの再生処理試験を行った。

【００４６】まず準備として、１６０ｔ上底吹き転炉に
１３００℃の下記組成の高炉溶銑１６０ｔを装入し、コ
ークス（Ｓ：０．６Wt％）３０００ｋｇを投入しながら
酸素を上吹きしてコークスを燃焼させ、１６００℃まで
昇温した。この昇温後の溶銑を容器（取鍋）に出銑して
収容し、再生用加熱溶銑とした。

【００４７】高炉溶銑の化学組成・・・Ｃ：４．５Wt
％、Ｓｉ：０．２Wt％、Ｍｎ：０．４Wt％、Ｐ：０．１
Wt％、Ｓ：０．００５Wt％、残部：Fe及び不可避不純物
一方、同じ高炉溶銑約１６０ｔを別の１６０ｔ上吹き転
炉に装入し、媒溶剤として生石灰４ｔおよび珪砂１．５
ｔ等を添加しながら酸素を上吹きし、脱Ｐ精錬を行っ
た。

【００４８】上記の脱Ｐ精錬によって脱Ｐ溶銑中の
〔Ｐ〕は０．０２Wt％まで低下し、脱Ｐ溶融スラグ中の
（Ｐ₂ Ｏ₅)は４．８Wt％となった。この脱Ｐ溶銑は別の
取鍋に出銑した後、引き続き別の転炉に装入し、酸素を
上吹きして脱炭し製品とした。一方、脱Ｐ溶融スラグは
前記の１６００℃に昇温した再生用加熱溶銑を収容した
容器に排出した。次いで、この再生用加熱溶銑と脱Ｐ溶
融スラグとを同時に上底吹き転炉に装入し、さらにコー
クス（Ｓ：０．６Wt％）１トンを投入した後、上吹きに
より総酸素量９００Ｎｍ³ 、底吹き攪拌用Ｎ₂ ガス１５
Ｎｍ³/ｍｉｎを吹き込んでスラグの還元、再生処理を行
った。

【００４９】再生処理後溶銑中の〔Ｐ〕は０．１８Wt％
に濃化し、再生スラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)は０．４Wt％まで
低下した。コークス使用量が少ないため、再生スラグ中
の（Ｓ）は０．１７Wt％程度であった。

【００５０】再生完了後、再び１６００℃前後の再生処
理溶銑のみを容器に出銑し、この溶銑は再度脱Ｐ溶融ス
ラグの再生処理の際に使用した。再生スラグは、いった
んスラグ容器（壷）内に排出し、スラグ処理場で冷却し
た後、再度溶銑脱Ｐ用スラグとして利用した。脱Ｐ後の
溶銑中の〔Ｐ〕は０．０１５Wt％：〔Ｓ〕は０．００６
Wt％であった。

【００５１】こうして溶銑の脱Ｐ、再生スラグへのＰ₂
Ｏ₅ 濃化とその還元による再生処理、再生用加熱溶銑へ
のＰの濃化を繰り返すことによって、再生処理後溶銑中
の〔Ｐ〕と再生スラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)が次第に高くなっ
た。すなわち、１０回の再生処理、再利用を繰り返した
時点で再生処理後溶銑中の〔Ｐ〕は１．５Wt％、再生ス
ラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)は２．５Wt％、脱Ｐ後の溶銑中の
〔Ｓ〕は０．００６Wt％となった。再生用加熱溶銑中の
〔Ｐ〕が上記値を超えると、再生スラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)
が更に高くなり、脱Ｐ用スラグとしての用をなさなくな
るので、この時点を再生用加熱溶銑の寿命（繰り返し使
用回数の限界）と見なした。

【００５２】寿命の訪れた溶銑に石灰系の脱Ｐ用媒溶剤
を２０トン添加して脱Ｐ精錬した結果、溶銑中〔Ｐ〕は
０．１Wt％まで低下し、スラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)は１５Wt
％となった。

【００５３】（比較例）再生炉として、比較例１では電
気炉、比較例２では通常の上底吹き転炉をそれぞれ用
い、いったん冷却した固体脱Ｐスラグを対象とする再生
処理試験を実施した。

【００５４】本発明例と同様の方法により、高炉溶銑を
脱Ｐ精錬した後、溶銑とスラグを別々の容器に排出し
た。このときの脱Ｐスラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)は４．８Wt％
であった。このスラグをスラグ処理場で常温まで冷却し
た。

【００５５】比較例１（電気炉、固体脱Ｐスラグの場
合） １００ｔ電気炉に１００ｔの前記組成の高炉溶銑を装入
した上で、上記の冷却した脱Ｐスラグ１チャージ分（約
８トン）と８００ｋｇのコークス（Ｓ：０．６Wt％）を
装入した。その後、送電し電力によってスラグを溶解す
るとともに、コークスによってスラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)を
還元し、再生処理した。

【００５６】この処理により再生後溶銑中の〔Ｐ〕は
０．２３Wt％、再生スラグ中の（Ｐ₂Ｏ₅)は０．４Wt％
となった。コークス使用量が少ないため、再生スラグ中
の（Ｓ）は０．１５Wt％程度であった。

【００５７】この再生スラグをスラグ用容器に掻き出し
て冷却し、冷却したスラグは再度脱Ｐ用スラグとして使
用した。脱Ｐ後の溶銑中の〔Ｓ〕は、０．００６Wt％で
あった。

【００５８】炉内に残った溶銑に再度前記の脱Ｐスラグ
１チャージ分とコークスを装入して還元し、再生処理し
た。これを６回繰り返した時点で本発明例と同様の溶銑
寿命となる溶銑中〔Ｐ〕に達した。

【００５９】比較例２（上底吹き転炉、固体脱Ｐスラ
グの場合） 本発明例で用いた脱Ｐ上吹き転炉とは別の１６０ｔ上吹
き転炉に１６０ｔの高炉溶銑を装入し、さらに１チャー
ジ分（約８トン）の前記冷却した脱Ｐスラグと３ｔのコ
ークスを投入した上で酸素を吹き込み、コークスの燃焼
熱でスラグを溶解すると共に、スラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)の
還元、再生処理を行った。

【００６０】この処理によりスラグ中の（Ｐ₂ Ｏ₅)は
０．４Wt％まで低下したが、コークス使用量が多くなる
ためコークス中に含まれるＳがスラグ中に捉えられ、再
生スラグ中の（Ｓ）は０．３Wt％に上昇した。

【００６１】このスラグを炉外に掻き出して冷却し、再
度脱Ｐ用スラグとして使用した。この結果、スラグ中の
（Ｓ）の一部が溶銑中に移行し、脱Ｐ後の溶銑中の
〔Ｓ〕は０．００５Wt％から０．００８Wt％にピックア
ップした。さらに、この場合の〔Ｐ〕から判断される溶
銑寿命は１０回であった。

【００６２】表１に以上の実施例の条件と結果をまとめ
て示す。

【００６３】

【表１】

【００６４】表１から明かなように本発明例では、冷却
したスラグを電気炉で還元、再生処理する方法と比較し
て、脱Ｐ溶銑へのＳピックアップ量は同等である。冷却
したスラグを上底吹き転炉で還元、再生処理する場合に
はＳピックアップ量が大きく、これがく無視できない量
となる。さらに、本発明例ではスラグの再生処理量と寿
命とが大幅に優っている。

【００６５】

【発明の効果】本発明方法によれば、製錬スラグの再生
処理の際に電気炉を用いず、既存の上底吹き転炉によっ
て大容量で処理し、しかも再生スラグの寿命を大幅に延
長することができる。得られた再生スラグは、溶銑、溶
鋼の脱Ｐスラグとして繰り返し使用しても、〔Ｓ〕のピ
ックアップを抑制し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法における工程、物流および装置の概
念を説明する図である。

【符号の説明】 １：脱Ｐ（りん）炉、２：スラグ再生容器（上底吹き転
炉）、３：製鋼炉、４：容器、 ６：高炉溶
銑、 ７：脱Ｐ溶銑、８：再生用加熱溶銑、９：再生
スラグ、 10：再生処理後溶銑、11：スラグ容器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上底吹き転炉を再生容器とし、この容器中
   で炭材を還元材および熱源として製錬スラグ中のＰ₂ Ｏ
   ₅ を還元し、Ｐを溶銑中に移行させる製錬スラグの再生
   方法であって、スラグ再生後、再生容器内の溶銑と再生
   スラグとをそれぞれ別々の容器に分けて排出し、溶銑を
   収容した容器に新規に再生を要する含Ｐ₂ Ｏ₅ 脱Ｐ溶融
   スラグを追加して収容し、次いでこれらの溶銑と溶融ス
   ラグとを同時に再生容器に装入し、炭材と酸素ガスとを
   添加して溶融スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ を還元し、Ｐを溶銑中
   に移行させることを特徴とする製錬スラグの再生方法。