スラリーの溶融還元方法
【課題】スラリー状態の金属粉を乾燥成粒して竪型溶融還元炉の羽口から吹き込んで、溶融還元処理する際に、低コストでスラリーを適切な濃度に調整可能な、スラリーの溶融還元方法を提供すること。
【解決手段】金属粉を含有するスラリー２を、スラリー沈降槽内での沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽５ａ、５ｂ，５ｃから除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉２２の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法を用いる。複数のスラリー沈降槽を用い、少なくとも１つのスラリー沈降槽でスラリーの沈殿を行ない、同時に少なくとも他の一つのスラリー沈降槽で上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しとを行なうことが好ましい。
【解決手段】金属粉を含有するスラリー２を、スラリー沈降槽内での沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽５ａ、５ｂ，５ｃから除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉２２の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法を用いる。複数のスラリー沈降槽を用い、少なくとも１つのスラリー沈降槽でスラリーの沈殿を行ない、同時に少なくとも他の一つのスラリー沈降槽で上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しとを行なうことが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストや鋼の圧延後の酸洗工程から回収される酸洗スケール等のスラリーの溶融還元方法に関し、特にスラリー中の金属粉の溶融還元を行なう際のスラリーの濃度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストは電気炉等において溶融還元して有効利用することが知られているが、電気炉を用いた場合はガス回収量が少なく、処理コストが高い等の問題がある。
【０００３】
一方で、電力使用量が少なく、ガス回収が容易でダストロスが少ないという竪型炉を用いて粉状鉱石を溶融還元する技術が知られている。しかし、転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストや、鋼の圧延後の酸洗工程から回収される酸洗スケール等は、非常に微細な粒度を有する不整形な粒子であり、またスラリー状態で回収されるので、適切な前処理が必要である。特に、ステンレス鋼等を転炉で精錬するときに生じるガス中の微細粉末は、非常に微細な粒子であるため、スラリー状態で湿式回収せざるを得ない。このような転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストや、鋼の圧延後の酸洗工程から生じる酸洗スケール等を効率よく溶融還元する方法として、製鋼ダストスラリーをデカンタで一定濃度に脱水し、固形分濃度約６０％に濃縮して、スプレードライヤで高温気流中に噴霧して乾燥すると共に、物理凝集球状微粉を成粒して溶融還元炉に吹込む方法（例えば、特許文献１参照）や、コークス充填層を有し、２段羽口を備えた竪型溶融還元炉の羽口から、成粒した製鋼ダストを吹き込み、これを溶融還元する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３１１２５３号公報
【特許文献２】特開平５−３３１５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２においては、転炉から回収されたスラリー状態のダストは、図３に示すように、高速回転し、その遠心力による脱水機構をもつデカンタ等の脱水設備（遠心脱水機）２０で脱水した後、スラリー貯槽２１で適切な濃度のスラリーに調整される。
濃度調整されたスラリーは、スプレードライヤ３に送られ、遠心噴霧乾燥により、乾燥成粒され、例えばコークス充填層を有し、２段羽口を備えた竪型溶融還元炉２２の上段羽口から吹き込まれ、溶融還元処理される。
【０００６】
スプレードライヤで成粒するに先立ってこのような濃度調整処理をする理由は、転炉などから発生する金属粉を含有するスラリーは、１μｍ以下の微細な粒子が多く含まれるため、一般的な沈降槽による連続受入れ処理では、発生するスラリーの濃度は４５％未満と低い上、一定しない。
このため、上記のようなデカンタ等の脱水設備を用いてスラリーを適切な濃度に調整する必要があるが、スクリューデカンター型等の遠心脱水機を用いる場合、金属粉の脱水を行なうために遠心脱水機内部のスクリュー先端の磨耗が激しく、遠心脱水機のメンテナンスコストが高いという問題がある。
一方で、フィルタープレス等の加圧ろ過を行なう装置を用いてスラリーから水分を除去することも考えられるが、フィルタープレスでは製鋼ダスト等が塊状となるため、焼結原料用等に用いる場合であれば問題ないが、スプレードライヤで乾燥成粒して炉吹き込みに用いる場合には不適である。
【０００７】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、スラリー状態の金属粉を乾燥造粒して竪型溶融還元炉の羽口から吹き込んで、溶融還元処理する際に、低コストでスラリーを適切な濃度に調整可能な、スラリーの溶融還元方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）金属粉を含有するスラリーを、スラリー沈降槽内での沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、次いで、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽から除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法。
（２）１μｍ以下の粒子を５０ｍａｓｓ％以上含む金属粉を含有するスラリーを、 スラリー沈降槽ではスラリー受入れを止めた状態で、前記スラリーを沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、次いで、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽から除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法。
（３）複数のスラリー沈降槽を用い、少なくとも１つのスラリー沈降槽で前記スラリーの沈殿を行ない、同時に少なくとも他の１つのスラリー沈降槽で上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しとを行なうことを特徴とする（１）または（２）に記載のスラリーの溶融還元方法。
（４）３つのスラリー沈降槽を用い、一つのスラリー沈降槽でスラリーの受け入れを、他のスラリー沈降槽の一つでスラリーの沈殿と上澄み液の抜き出しを、残ったスラリー沈降槽で前記高濃度スラリーの抜き出しを、前記スラリー沈降槽を順次使用して行なうことを特徴とする（１）または（２）に記載のスラリーの溶融還元方法。
（５）３時間以上静置することでスラリーの沈殿を行なうことを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載のスラリーの溶融還元方法。
（６）前記スラリー沈降槽から抜き出した前記高濃度スラリーのスラリー濃度を４５〜６５ｍａｓｓ％に調整した後に、乾燥噴霧して成粒することを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載のスラリーの溶融還元方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、遠心脱水機を用いることなく、濃度調節した金属粉含有スラリーを乾燥成粒する設備に移送して、炉吹き込みを行なうことができる。これにより製鋼ダスト等の溶融還元を低コストで行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を説明するスラリーを濃縮する設備の概略図。
【図２】静置時間と、高濃度スラリーのビーカー内高さ（スラリー厚）と、固形分濃度（スラリー濃度）との関係を示すグラフ。
【図３】スラリーの溶融還元を行なう従来の設備の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
例えば製鋼工場で発生するダストのスラリーを連続式の沈降槽で濃縮したスラリー中の固形分の濃度（スラリー濃度）は４０ｍａｓｓ％程度となり、スラリー濃度を４５％以上に濃縮できない。具体的には、１μｍ以下の粒子を５０ｍａｓｓ％以上含むダストのスラリーでは、連続式の沈降槽で濃縮したスラリー中のスラリー濃度を４５ｍａｓｓ％以上に濃縮できない。この場合、このままではスラリー濃度が低すぎてスプレードライヤで適切に乾燥して粒状化することが困難である。一方でスラリー濃度が濃すぎると、スプレードライヤ中で詰まりが発生する。そこでスラリー濃度としては、固形分の含有率が４５〜６５ｍａｓｓ％程度が適当であり、このような濃度に調整した後、スプレードライヤに移送することが好ましい。
【００１２】
本発明ではスラリーの濃度調節に沈殿（自然沈降）を用いることとした。スラリー沈降槽内にスラリーを受け入れた後、スラリーを静置して重力を用いて沈降させることにより、スラリーを連続供給した場合には得られない高濃度に、金属粉が濃縮された高濃度スラリーと上澄み液とに分離する。ここで静置とは、スラリーの受け入れを止めた状態で、かつ前記高濃度スラリーの抜き出しおよび上澄み液の抜き出しを止めた状態を言う。
次いで、分離された上澄み液(主として水)をポンプ等で予め抜き出すことで、残部として濃縮された高濃度スラリーを得ることができる。そして、このような沈降処理を複数のスラリー沈降槽を用いて行なうことで、スラリーの濃縮を効率的に行なうことができる。濃縮されたスラリーは必要に応じて水や濃縮前のスラリーを混合し、適切な濃度に調整して、噴霧して乾燥すると共に成粒し、溶融還元炉に吹き込むことで溶融還元処理を行なう。
【００１３】
なお、本発明で用いるスラリーとは、金属粉を含有する固形物と、液体との混合物であり、その固形分のうち金属粉を５０ｍａｓｓ％以上含有するものである。
【００１４】
図１を用いて本発明の一実施形態を説明する。図１は、工場１等で発生したスラリー２を、スプレードライヤ３で高温気流中に噴霧して乾燥すると共に成粒するための前処理設備の概略図であり、スラリー受け入れ槽４、スラリー沈降槽５、スラリー貯槽６、７、ろ液槽８とから構成されている。スラリー沈降槽５は少なくとも２つ以上の並列した水槽からなり、図１においてはスラリー沈降槽５（５ａ、５ｂ、５ｃ）を３つ並列させた場合を示している。９はスラリーの濁りを測定するＳＳ（懸濁物質）計、１０は上澄み抜き出しポンプ、１１はスラリー抜き出しポンプ、１２は受け入れ配管、１３は受け入れバルブ、１４は上澄み抜き出し配管、１５は上澄み抜き出しバルブ、１６はスラリー抜き出し配管、１７はスラリー抜き出しバルブである。このように、上記設備は簡単な装置から構成されており、設備コストが非常に低いという特徴がある。また同様に、補修コストも低く抑えることができる。
【００１５】
図１の設備を用いた場合を例として、スラリーの濃縮方法を説明する。スラリー受け入れ槽４内のスラリーを、受け入れ配管１２を介してスラリー沈降槽５ａに受入れ（流し入れ）、静置して固形分を沈殿させる。その際、スラリー受入れおよび上澄み液の抜き出しを止めた状態で、静置して固形分を沈殿させることが好ましい。スラリー中の固形分が沈殿したところで（図１におけるスラリー沈降槽５ｂの状態）、上澄み抜き出し配管１４を介して上澄み液をろ液槽８に抜き出す。上澄み液の抜き出しは、決められた静置時間経過後に、上澄み抜き出しポンプ１０を起動し、ＳＳ計９で測定される上澄み液の固形分濃度が所定の値以上となった場合に上澄み抜き出しポンプ１０を停止する等の操作を行なうことで制御することができる。上澄み液の除去後、スラリー抜き出しポンプ１１を用いて、スラリー抜き出し配管１６を介して濃縮されたスラリーのスラリー貯槽６への抜き出しを行なう。この段階でスラリー濃度が濃すぎるようであれば、例えばバルブ１３ｄを開くことによって濃度の調整を行ない、スラリー貯槽７で貯槽する。スラリー貯槽７内のスラリーは、適宜スプレードライヤ３に送り、成粒処理を行なう。スラリー貯槽６とスラリー貯槽７とを１つのスラリー貯槽とすることも可能である。
【００１６】
この際に、例えばスラリー沈降槽５ａへスラリー受入れ中に、スラリー沈降槽５ｂではスラリーの沈殿後に、上澄み液抜き出しを、スラリー沈降槽５ｃではスラリーの抜き出しのみを行なうように工程を調整し、順次並列してスラリー沈降槽５を使用することで、効率的にスラリーの濃縮を行なうことができる。スラリー沈降槽５ａでスラリー受入れ、スラリー沈降槽５ｂでスラリーの沈殿後に、上澄み液抜き出し、スラリー沈降槽５ｃでスラリーの抜き出しのみを行なう場合は、スラリー沈降槽５ａ、５ｃでは、受け入れバルブ１３ａ、スラリー抜き出しバルブ１７ｃを開とし、その他のバルブを閉とし、スラリー沈降槽５ｂでは、受け入れバルブ１３ｃ、上澄み抜き出しバルブ１５ｃ、スラリー抜き出しバルブ１７ｃが全て閉の状態でスラリーの沈殿後に、上澄み抜き出しバルブ１５ｂを開とし、ＳＳ計９の測定値が所定値以上となった時点で、上澄み抜き出しバルブ１５ｂを閉とすることになる。
【００１７】
スラリー沈降槽５での固形分の沈殿後、そのまま濃縮されたスラリーを抜き出さず、まず上澄み液抜き出しを行なうことで、スラリー貯槽６に抜き出されるスラリー濃度が高位安定する。処理後のスラリー濃度を所望の値とするためには、スラリー沈降槽５へ流し入れるスラリーの初期濃度に応じてスラリーの静置時間を決定することが好ましい。
【００１８】
以上は図１に基づきスラリー沈降槽が３つの場合を説明したが、スラリー沈降槽が１つの場合は順次各工程を実施すれば良い。
【００１９】
スラリー沈降槽が２つの場合は、以下のようにすることができる。第１の方法としては、１つの沈降槽でスラリーの受け入れを、他の１つで沈殿、上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しをすることができる。この方法の場合は、常時スラリーの受け入れが可能である利点がある。第２の方法としては、１つの沈降槽でスラリーの受け入れおよび沈殿、他の１つで上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しをすることができる。第３の方法としては、１つの沈降槽でスラリーの受け入れおよび沈殿、上澄み液の除去、他の１つで高濃度スラリーの抜き出しをすることができる。この方法の場合は、常時スラリーの抜き出しが可能であるという利点がある。第４の方法としては、１つの沈降槽で沈降、他の１つで上澄み液の除去、高濃度スラリーの抜き出しおよびスラリーの受け入れを順次行うことができる。この方法の場合は、沈殿時間を長時間取りやすい利点がある。
【００２０】
また、沈降槽を設置するスペース等が許容できるならば、４つ以上の沈降槽とすれば更に効率よく処理することができる。
【００２１】
本発明方法においては、スラリー沈降槽５の数や大きさは、スラリーの発生量、スラリー濃度、スラリーの沈降速度とスラリー沈降槽５を設置するスペースとの関係で、適宜設定すればよい。スラリー沈降槽５でのスラリーの静置時間は、下記の実施例１で示すように最低でも３時間程度は必要である。好ましくはスラリー濃度が５０ｍａｓｓ％以上になる７時間以上であり、１５時間でスラリーの濃縮はほぼ飽和する。
【００２２】
尚、スラリー沈降槽を用いる本発明方法のみを用いてスラリーの濃縮を行なうことが好ましいが、既存の脱水機を有している場合などは、発生するスラリーの一部を脱水機により脱水して、本発明方法で処理した濃縮スラリーに混合するなどして、スラリーの濃度調整を行なうことも可能である。脱水機の負荷を減らすことで、脱水機のメンテナンスコストも低減できる。
【実施例１】
【００２３】
ステンレス鋼の精錬を行なう転炉の排ガス中から湿式回収される製鋼ダストのスラリーの沈降特性の測定を行った。固形分濃度３８ｍａｓｓ％のスラリーをビーカー内で自然沈降させて、所定時間後に上澄み液をピペットで吸引して排出し、沈殿したスラリーのビーカー内高さと、固形分濃度（スラリー濃度）を測定した。沈降前のスラリーのビーカー内高さに対する沈殿したスラリーのビーカー内高さの割合をスラリー厚（％）とした。結果を図２に示す。
【００２４】
図２によれば、２５時間の沈降で、スラリー厚は６０％未満まで減少し、スラリーの濃度は３８ｍａｓｓ％から５４ｍａｓｓ％まで上昇している。また、３時間程度の沈降でスラリー濃度を４５ｍａｓｓ％以上とすることが可能であり、自然沈降でも十分にスラリーを濃縮可能であることが分かる。
【実施例２】
【００２５】
図１と同様の設備を用いて、ステンレス鋼の精錬を行なう転炉の排ガス中から湿式回収される製鋼ダストを乾燥噴霧して成粒する処理を行なった。製鋼ダストを含有するスラリーは５００ｍ３／日発生し、スラリー受け入れ槽４においてその固形分濃度（スラリー濃度）は約４０ｍａｓｓ％であった。このスラリーを、受け入れバルブ１３ａを開き、受け入れ配管１２を介してスラリー沈降槽５ａに流し入れ、７時間静置した。スラリー中の固形分が沈殿したところで、上澄み抜き出し配管１４を介して上澄み液をろ液槽８に抜き出した。上澄み抜き出しポンプ１０の起動・停止は、ＳＳ計９を用いて制御した。その後、スラリー抜き出しポンプ１１を用い、スラリー抜き出しバルブ１７ａを開いて、スラリー抜き出し配管１６を介して濃縮されたスラリーをスラリー貯槽６に抜き出し、濃度の微調整を行って、スラリー貯槽７に貯槽した。スラリー貯槽７内のスラリー濃度は約５５ｍａｓｓ％であった。
【００２６】
スラリー沈降槽５ａへのスラリー受け入れ中に、スラリー沈降槽５ｂではスラリーの沈殿後に上澄み液抜き出しを、スラリー沈降槽５ｃではスラリーの抜き出しを行った。また、スラリー沈降槽５ａでの沈降時間および沈殿後の、上澄み液抜き出し中には、スラリー沈降槽５ｂではスラリーの抜き出しを、スラリー沈降槽５ｃではスラリーの受け入れを行った。このように順次並列したスラリー沈降槽５を使用することで、発生するすべてのスラリーを処理することができ、効率的にスラリーの濃縮を行なうことができた。
【００２７】
濃縮されたスラリーをスプレードライヤで遠心噴霧乾燥により処理したところ、平均粒径約６０μｍに成粒できた。この成粒物をコークス充填層２段羽口竪型溶融還元炉の上段羽口から吹き込んだ。竪型溶融還元炉は、炉頂から供給されたコークスにより炉内にコークス充填層が形成されており、熱風発生装置から送られた高温空気が上下２段の羽口から炉内に吹き込まれる。成粒物は上段羽口からランスを介して吹き込まれ、炉内で溶融還元されて、炉内を下降し、炉底の排出口から排出された。
【００２８】
発生するスラリーを脱水機（高速デカンター）で処理していたときにはスクリューの磨耗により多額の補修費用が発生していたが、本発明方法を用いることにより補修はほとんど不要となり、補修費用を削減して、低コストでスラリーの濃縮を行なうことが可能となった。
【符号の説明】
【００２９】
１ 工場
２ スラリー
３ スプレードライヤ
４ スラリー受け入れ槽
５（５ａ、５ｂ、５ｃ） スラリー沈降槽５
６ スラリー貯槽
７ スラリー貯槽
８ ろ液槽
９ ＳＳ計
１０ 上澄み抜き出しポンプ
１１ スラリー抜き出しポンプ
１２ 受け入れ配管
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ） 受け入れバルブ
１４ 上澄み抜き出し配管
１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ） 上澄み抜き出しバルブ
１６ スラリー抜き出し配管
１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ） スラリー抜き出しバルブ
２０ 脱水機（デカンター）
２１ スラリー貯槽
２２ 竪型溶融還元炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストや鋼の圧延後の酸洗工程から回収される酸洗スケール等のスラリーの溶融還元方法に関し、特にスラリー中の金属粉の溶融還元を行なう際のスラリーの濃度調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストは電気炉等において溶融還元して有効利用することが知られているが、電気炉を用いた場合はガス回収量が少なく、処理コストが高い等の問題がある。
【０００３】
一方で、電力使用量が少なく、ガス回収が容易でダストロスが少ないという竪型炉を用いて粉状鉱石を溶融還元する技術が知られている。しかし、転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストや、鋼の圧延後の酸洗工程から回収される酸洗スケール等は、非常に微細な粒度を有する不整形な粒子であり、またスラリー状態で回収されるので、適切な前処理が必要である。特に、ステンレス鋼等を転炉で精錬するときに生じるガス中の微細粉末は、非常に微細な粒子であるため、スラリー状態で湿式回収せざるを得ない。このような転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストや、鋼の圧延後の酸洗工程から生じる酸洗スケール等を効率よく溶融還元する方法として、製鋼ダストスラリーをデカンタで一定濃度に脱水し、固形分濃度約６０％に濃縮して、スプレードライヤで高温気流中に噴霧して乾燥すると共に、物理凝集球状微粉を成粒して溶融還元炉に吹込む方法（例えば、特許文献１参照）や、コークス充填層を有し、２段羽口を備えた竪型溶融還元炉の羽口から、成粒した製鋼ダストを吹き込み、これを溶融還元する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３１１２５３号公報
【特許文献２】特開平５−３３１５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２においては、転炉から回収されたスラリー状態のダストは、図３に示すように、高速回転し、その遠心力による脱水機構をもつデカンタ等の脱水設備（遠心脱水機）２０で脱水した後、スラリー貯槽２１で適切な濃度のスラリーに調整される。
濃度調整されたスラリーは、スプレードライヤ３に送られ、遠心噴霧乾燥により、乾燥成粒され、例えばコークス充填層を有し、２段羽口を備えた竪型溶融還元炉２２の上段羽口から吹き込まれ、溶融還元処理される。
【０００６】
スプレードライヤで成粒するに先立ってこのような濃度調整処理をする理由は、転炉などから発生する金属粉を含有するスラリーは、１μｍ以下の微細な粒子が多く含まれるため、一般的な沈降槽による連続受入れ処理では、発生するスラリーの濃度は４５％未満と低い上、一定しない。
このため、上記のようなデカンタ等の脱水設備を用いてスラリーを適切な濃度に調整する必要があるが、スクリューデカンター型等の遠心脱水機を用いる場合、金属粉の脱水を行なうために遠心脱水機内部のスクリュー先端の磨耗が激しく、遠心脱水機のメンテナンスコストが高いという問題がある。
一方で、フィルタープレス等の加圧ろ過を行なう装置を用いてスラリーから水分を除去することも考えられるが、フィルタープレスでは製鋼ダスト等が塊状となるため、焼結原料用等に用いる場合であれば問題ないが、スプレードライヤで乾燥成粒して炉吹き込みに用いる場合には不適である。
【０００７】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、スラリー状態の金属粉を乾燥造粒して竪型溶融還元炉の羽口から吹き込んで、溶融還元処理する際に、低コストでスラリーを適切な濃度に調整可能な、スラリーの溶融還元方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）金属粉を含有するスラリーを、スラリー沈降槽内での沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、次いで、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽から除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法。
（２）１μｍ以下の粒子を５０ｍａｓｓ％以上含む金属粉を含有するスラリーを、 スラリー沈降槽ではスラリー受入れを止めた状態で、前記スラリーを沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、次いで、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽から除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法。
（３）複数のスラリー沈降槽を用い、少なくとも１つのスラリー沈降槽で前記スラリーの沈殿を行ない、同時に少なくとも他の１つのスラリー沈降槽で上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しとを行なうことを特徴とする（１）または（２）に記載のスラリーの溶融還元方法。
（４）３つのスラリー沈降槽を用い、一つのスラリー沈降槽でスラリーの受け入れを、他のスラリー沈降槽の一つでスラリーの沈殿と上澄み液の抜き出しを、残ったスラリー沈降槽で前記高濃度スラリーの抜き出しを、前記スラリー沈降槽を順次使用して行なうことを特徴とする（１）または（２）に記載のスラリーの溶融還元方法。
（５）３時間以上静置することでスラリーの沈殿を行なうことを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載のスラリーの溶融還元方法。
（６）前記スラリー沈降槽から抜き出した前記高濃度スラリーのスラリー濃度を４５〜６５ｍａｓｓ％に調整した後に、乾燥噴霧して成粒することを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載のスラリーの溶融還元方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、遠心脱水機を用いることなく、濃度調節した金属粉含有スラリーを乾燥成粒する設備に移送して、炉吹き込みを行なうことができる。これにより製鋼ダスト等の溶融還元を低コストで行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態を説明するスラリーを濃縮する設備の概略図。
【図２】静置時間と、高濃度スラリーのビーカー内高さ（スラリー厚）と、固形分濃度（スラリー濃度）との関係を示すグラフ。
【図３】スラリーの溶融還元を行なう従来の設備の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
例えば製鋼工場で発生するダストのスラリーを連続式の沈降槽で濃縮したスラリー中の固形分の濃度（スラリー濃度）は４０ｍａｓｓ％程度となり、スラリー濃度を４５％以上に濃縮できない。具体的には、１μｍ以下の粒子を５０ｍａｓｓ％以上含むダストのスラリーでは、連続式の沈降槽で濃縮したスラリー中のスラリー濃度を４５ｍａｓｓ％以上に濃縮できない。この場合、このままではスラリー濃度が低すぎてスプレードライヤで適切に乾燥して粒状化することが困難である。一方でスラリー濃度が濃すぎると、スプレードライヤ中で詰まりが発生する。そこでスラリー濃度としては、固形分の含有率が４５〜６５ｍａｓｓ％程度が適当であり、このような濃度に調整した後、スプレードライヤに移送することが好ましい。
【００１２】
本発明ではスラリーの濃度調節に沈殿（自然沈降）を用いることとした。スラリー沈降槽内にスラリーを受け入れた後、スラリーを静置して重力を用いて沈降させることにより、スラリーを連続供給した場合には得られない高濃度に、金属粉が濃縮された高濃度スラリーと上澄み液とに分離する。ここで静置とは、スラリーの受け入れを止めた状態で、かつ前記高濃度スラリーの抜き出しおよび上澄み液の抜き出しを止めた状態を言う。
次いで、分離された上澄み液(主として水)をポンプ等で予め抜き出すことで、残部として濃縮された高濃度スラリーを得ることができる。そして、このような沈降処理を複数のスラリー沈降槽を用いて行なうことで、スラリーの濃縮を効率的に行なうことができる。濃縮されたスラリーは必要に応じて水や濃縮前のスラリーを混合し、適切な濃度に調整して、噴霧して乾燥すると共に成粒し、溶融還元炉に吹き込むことで溶融還元処理を行なう。
【００１３】
なお、本発明で用いるスラリーとは、金属粉を含有する固形物と、液体との混合物であり、その固形分のうち金属粉を５０ｍａｓｓ％以上含有するものである。
【００１４】
図１を用いて本発明の一実施形態を説明する。図１は、工場１等で発生したスラリー２を、スプレードライヤ３で高温気流中に噴霧して乾燥すると共に成粒するための前処理設備の概略図であり、スラリー受け入れ槽４、スラリー沈降槽５、スラリー貯槽６、７、ろ液槽８とから構成されている。スラリー沈降槽５は少なくとも２つ以上の並列した水槽からなり、図１においてはスラリー沈降槽５（５ａ、５ｂ、５ｃ）を３つ並列させた場合を示している。９はスラリーの濁りを測定するＳＳ（懸濁物質）計、１０は上澄み抜き出しポンプ、１１はスラリー抜き出しポンプ、１２は受け入れ配管、１３は受け入れバルブ、１４は上澄み抜き出し配管、１５は上澄み抜き出しバルブ、１６はスラリー抜き出し配管、１７はスラリー抜き出しバルブである。このように、上記設備は簡単な装置から構成されており、設備コストが非常に低いという特徴がある。また同様に、補修コストも低く抑えることができる。
【００１５】
図１の設備を用いた場合を例として、スラリーの濃縮方法を説明する。スラリー受け入れ槽４内のスラリーを、受け入れ配管１２を介してスラリー沈降槽５ａに受入れ（流し入れ）、静置して固形分を沈殿させる。その際、スラリー受入れおよび上澄み液の抜き出しを止めた状態で、静置して固形分を沈殿させることが好ましい。スラリー中の固形分が沈殿したところで（図１におけるスラリー沈降槽５ｂの状態）、上澄み抜き出し配管１４を介して上澄み液をろ液槽８に抜き出す。上澄み液の抜き出しは、決められた静置時間経過後に、上澄み抜き出しポンプ１０を起動し、ＳＳ計９で測定される上澄み液の固形分濃度が所定の値以上となった場合に上澄み抜き出しポンプ１０を停止する等の操作を行なうことで制御することができる。上澄み液の除去後、スラリー抜き出しポンプ１１を用いて、スラリー抜き出し配管１６を介して濃縮されたスラリーのスラリー貯槽６への抜き出しを行なう。この段階でスラリー濃度が濃すぎるようであれば、例えばバルブ１３ｄを開くことによって濃度の調整を行ない、スラリー貯槽７で貯槽する。スラリー貯槽７内のスラリーは、適宜スプレードライヤ３に送り、成粒処理を行なう。スラリー貯槽６とスラリー貯槽７とを１つのスラリー貯槽とすることも可能である。
【００１６】
この際に、例えばスラリー沈降槽５ａへスラリー受入れ中に、スラリー沈降槽５ｂではスラリーの沈殿後に、上澄み液抜き出しを、スラリー沈降槽５ｃではスラリーの抜き出しのみを行なうように工程を調整し、順次並列してスラリー沈降槽５を使用することで、効率的にスラリーの濃縮を行なうことができる。スラリー沈降槽５ａでスラリー受入れ、スラリー沈降槽５ｂでスラリーの沈殿後に、上澄み液抜き出し、スラリー沈降槽５ｃでスラリーの抜き出しのみを行なう場合は、スラリー沈降槽５ａ、５ｃでは、受け入れバルブ１３ａ、スラリー抜き出しバルブ１７ｃを開とし、その他のバルブを閉とし、スラリー沈降槽５ｂでは、受け入れバルブ１３ｃ、上澄み抜き出しバルブ１５ｃ、スラリー抜き出しバルブ１７ｃが全て閉の状態でスラリーの沈殿後に、上澄み抜き出しバルブ１５ｂを開とし、ＳＳ計９の測定値が所定値以上となった時点で、上澄み抜き出しバルブ１５ｂを閉とすることになる。
【００１７】
スラリー沈降槽５での固形分の沈殿後、そのまま濃縮されたスラリーを抜き出さず、まず上澄み液抜き出しを行なうことで、スラリー貯槽６に抜き出されるスラリー濃度が高位安定する。処理後のスラリー濃度を所望の値とするためには、スラリー沈降槽５へ流し入れるスラリーの初期濃度に応じてスラリーの静置時間を決定することが好ましい。
【００１８】
以上は図１に基づきスラリー沈降槽が３つの場合を説明したが、スラリー沈降槽が１つの場合は順次各工程を実施すれば良い。
【００１９】
スラリー沈降槽が２つの場合は、以下のようにすることができる。第１の方法としては、１つの沈降槽でスラリーの受け入れを、他の１つで沈殿、上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しをすることができる。この方法の場合は、常時スラリーの受け入れが可能である利点がある。第２の方法としては、１つの沈降槽でスラリーの受け入れおよび沈殿、他の１つで上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しをすることができる。第３の方法としては、１つの沈降槽でスラリーの受け入れおよび沈殿、上澄み液の除去、他の１つで高濃度スラリーの抜き出しをすることができる。この方法の場合は、常時スラリーの抜き出しが可能であるという利点がある。第４の方法としては、１つの沈降槽で沈降、他の１つで上澄み液の除去、高濃度スラリーの抜き出しおよびスラリーの受け入れを順次行うことができる。この方法の場合は、沈殿時間を長時間取りやすい利点がある。
【００２０】
また、沈降槽を設置するスペース等が許容できるならば、４つ以上の沈降槽とすれば更に効率よく処理することができる。
【００２１】
本発明方法においては、スラリー沈降槽５の数や大きさは、スラリーの発生量、スラリー濃度、スラリーの沈降速度とスラリー沈降槽５を設置するスペースとの関係で、適宜設定すればよい。スラリー沈降槽５でのスラリーの静置時間は、下記の実施例１で示すように最低でも３時間程度は必要である。好ましくはスラリー濃度が５０ｍａｓｓ％以上になる７時間以上であり、１５時間でスラリーの濃縮はほぼ飽和する。
【００２２】
尚、スラリー沈降槽を用いる本発明方法のみを用いてスラリーの濃縮を行なうことが好ましいが、既存の脱水機を有している場合などは、発生するスラリーの一部を脱水機により脱水して、本発明方法で処理した濃縮スラリーに混合するなどして、スラリーの濃度調整を行なうことも可能である。脱水機の負荷を減らすことで、脱水機のメンテナンスコストも低減できる。
【実施例１】
【００２３】
ステンレス鋼の精錬を行なう転炉の排ガス中から湿式回収される製鋼ダストのスラリーの沈降特性の測定を行った。固形分濃度３８ｍａｓｓ％のスラリーをビーカー内で自然沈降させて、所定時間後に上澄み液をピペットで吸引して排出し、沈殿したスラリーのビーカー内高さと、固形分濃度（スラリー濃度）を測定した。沈降前のスラリーのビーカー内高さに対する沈殿したスラリーのビーカー内高さの割合をスラリー厚（％）とした。結果を図２に示す。
【００２４】
図２によれば、２５時間の沈降で、スラリー厚は６０％未満まで減少し、スラリーの濃度は３８ｍａｓｓ％から５４ｍａｓｓ％まで上昇している。また、３時間程度の沈降でスラリー濃度を４５ｍａｓｓ％以上とすることが可能であり、自然沈降でも十分にスラリーを濃縮可能であることが分かる。
【実施例２】
【００２５】
図１と同様の設備を用いて、ステンレス鋼の精錬を行なう転炉の排ガス中から湿式回収される製鋼ダストを乾燥噴霧して成粒する処理を行なった。製鋼ダストを含有するスラリーは５００ｍ３／日発生し、スラリー受け入れ槽４においてその固形分濃度（スラリー濃度）は約４０ｍａｓｓ％であった。このスラリーを、受け入れバルブ１３ａを開き、受け入れ配管１２を介してスラリー沈降槽５ａに流し入れ、７時間静置した。スラリー中の固形分が沈殿したところで、上澄み抜き出し配管１４を介して上澄み液をろ液槽８に抜き出した。上澄み抜き出しポンプ１０の起動・停止は、ＳＳ計９を用いて制御した。その後、スラリー抜き出しポンプ１１を用い、スラリー抜き出しバルブ１７ａを開いて、スラリー抜き出し配管１６を介して濃縮されたスラリーをスラリー貯槽６に抜き出し、濃度の微調整を行って、スラリー貯槽７に貯槽した。スラリー貯槽７内のスラリー濃度は約５５ｍａｓｓ％であった。
【００２６】
スラリー沈降槽５ａへのスラリー受け入れ中に、スラリー沈降槽５ｂではスラリーの沈殿後に上澄み液抜き出しを、スラリー沈降槽５ｃではスラリーの抜き出しを行った。また、スラリー沈降槽５ａでの沈降時間および沈殿後の、上澄み液抜き出し中には、スラリー沈降槽５ｂではスラリーの抜き出しを、スラリー沈降槽５ｃではスラリーの受け入れを行った。このように順次並列したスラリー沈降槽５を使用することで、発生するすべてのスラリーを処理することができ、効率的にスラリーの濃縮を行なうことができた。
【００２７】
濃縮されたスラリーをスプレードライヤで遠心噴霧乾燥により処理したところ、平均粒径約６０μｍに成粒できた。この成粒物をコークス充填層２段羽口竪型溶融還元炉の上段羽口から吹き込んだ。竪型溶融還元炉は、炉頂から供給されたコークスにより炉内にコークス充填層が形成されており、熱風発生装置から送られた高温空気が上下２段の羽口から炉内に吹き込まれる。成粒物は上段羽口からランスを介して吹き込まれ、炉内で溶融還元されて、炉内を下降し、炉底の排出口から排出された。
【００２８】
発生するスラリーを脱水機（高速デカンター）で処理していたときにはスクリューの磨耗により多額の補修費用が発生していたが、本発明方法を用いることにより補修はほとんど不要となり、補修費用を削減して、低コストでスラリーの濃縮を行なうことが可能となった。
【符号の説明】
【００２９】
１ 工場
２ スラリー
３ スプレードライヤ
４ スラリー受け入れ槽
５（５ａ、５ｂ、５ｃ） スラリー沈降槽５
６ スラリー貯槽
７ スラリー貯槽
８ ろ液槽
９ ＳＳ計
１０ 上澄み抜き出しポンプ
１１ スラリー抜き出しポンプ
１２ 受け入れ配管
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ） 受け入れバルブ
１４ 上澄み抜き出し配管
１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ） 上澄み抜き出しバルブ
１６ スラリー抜き出し配管
１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ） スラリー抜き出しバルブ
２０ 脱水機（デカンター）
２１ スラリー貯槽
２２ 竪型溶融還元炉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉を含有するスラリーを、スラリー沈降槽内での沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、次いで、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽から除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法。
【請求項２】
１μｍ以下の粒子を５０ｍａｓｓ％以上含む金属粉を含有するスラリーを、
スラリー沈降槽ではスラリー受入れを止めた状態で、前記スラリーを沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、次いで、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽から除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法。
【請求項３】
複数のスラリー沈降槽を用い、少なくとも１つのスラリー沈降槽で前記スラリーの沈殿を行ない、同時に少なくとも他の１つのスラリー沈降槽で上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しとを行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスラリーの溶融還元方法。
【請求項４】
３つのスラリー沈降槽を用い、一つのスラリー沈降槽でスラリーの受け入れを、他のスラリー沈降槽の一つでスラリーの沈殿と上澄み液の抜き出しを、残ったスラリー沈降槽で前記高濃度スラリーの抜き出しを、前記スラリー沈降槽を順次使用して行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスラリーの溶融還元方法。
【請求項５】
３時間以上静置することでスラリーの沈殿を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスラリーの溶融還元方法。
【請求項６】
前記スラリー沈降槽から抜き出した前記高濃度スラリーのスラリー濃度を４５〜６５ｍａｓｓ％に調整した後に、乾燥噴霧して成粒することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスラリーの溶融還元方法。
【請求項１】
金属粉を含有するスラリーを、スラリー沈降槽内での沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、次いで、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽から除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法。
【請求項２】
１μｍ以下の粒子を５０ｍａｓｓ％以上含む金属粉を含有するスラリーを、
スラリー沈降槽ではスラリー受入れを止めた状態で、前記スラリーを沈殿により上部の上澄み液と下部の高濃度スラリーとに分離し、次いで、前記上澄み液を前記スラリー沈降槽から除去した後に、前記高濃度スラリーを前記スラリー沈降槽から抜き出して、乾燥噴霧して成粒して、竪型溶融還元炉の羽口から吹き込み、溶融還元することを特徴とするスラリーの溶融還元方法。
【請求項３】
複数のスラリー沈降槽を用い、少なくとも１つのスラリー沈降槽で前記スラリーの沈殿を行ない、同時に少なくとも他の１つのスラリー沈降槽で上澄み液の除去と高濃度スラリーの抜き出しとを行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスラリーの溶融還元方法。
【請求項４】
３つのスラリー沈降槽を用い、一つのスラリー沈降槽でスラリーの受け入れを、他のスラリー沈降槽の一つでスラリーの沈殿と上澄み液の抜き出しを、残ったスラリー沈降槽で前記高濃度スラリーの抜き出しを、前記スラリー沈降槽を順次使用して行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスラリーの溶融還元方法。
【請求項５】
３時間以上静置することでスラリーの沈殿を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスラリーの溶融還元方法。
【請求項６】
前記スラリー沈降槽から抜き出した前記高濃度スラリーのスラリー濃度を４５〜６５ｍａｓｓ％に調整した後に、乾燥噴霧して成粒することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスラリーの溶融還元方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２０７３０３（Ｐ２０１２−２０７３０３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４９８８４（Ｐ２０１２−４９８８４）
【出願日】平成２４年３月７日（２０１２．３．７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月７日（２０１２．３．７）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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