製鋼スラグの分別方法および装置
【目的】 本発明は、製鋼スラグを鉄分と非鉄分とに分別する方法および装置に関し、密閉した圧力容器内での散水によるスラグ急冷プロセスを利用して、製鋼スラグを鉄分と非鉄分とに効率的に分別することを目的とする。
【構成】 溶融状態の製鋼スラグをスラグパン上または土場に放流して固化させ、これを機械的な打撃により粗破砕して得た高温の粗破砕スラグ塊を、密閉した圧力容器内で上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、圧力容器内を3.50≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧1.48,(Ｐ≦15，Ｔ≦1)で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕して細粒スラグ塊とし、これを磁力選鉱して鉄分と非鉄分とに分離するように構成する。
【構成】 溶融状態の製鋼スラグをスラグパン上または土場に放流して固化させ、これを機械的な打撃により粗破砕して得た高温の粗破砕スラグ塊を、密閉した圧力容器内で上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、圧力容器内を3.50≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧1.48,(Ｐ≦15，Ｔ≦1)で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕して細粒スラグ塊とし、これを磁力選鉱して鉄分と非鉄分とに分離するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、製鋼スラグを鉄分と非鉄分とに分別する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、製鋼スラグ処理は、（１）溶融スラグを固化する固化工程、（２）固化したスラグを１００℃程度まで冷却する冷却工程、（３）磁力選鉱に適した粒度に破砕する細粒化工程、（４）磁力選鉱による鉄分／スラグ（非鉄分）の分別工程、および（５）ヤードエージングによる安定化工程によって行われている。
【０００３】例えば、従来の典型的な製鋼スラグ処理においては、上記各工程は具体的には以下のように行われる。
（１）固化工程：まずスラグを土場または鉄板上に放流し、土場の場合で１〜２日間、鉄板上では数十分間放冷して固化させ、形成された一体の固形塊を上方からスラグポット等で打撃して直径数百ｍｍ程度に破砕する（一次破砕）。
【０００４】（２）冷却工程：一次破砕塊に散水し例えば１時間程度で３００℃程度まで冷却（一次冷却）した後、例えば積載容量３０ｔ程度の排滓台車上に排出し、この台車上で再度散水して通常は十数分程度で１００℃程度まで冷却（二次冷却）し、次に台車から水冷ピット内に排出して通常は数時間から数十時間放置（ピット冷却）する。ピット水冷後、乾燥および放冷のためヤードに移送し貯鉱する。
【０００５】ここで、スラグ塊は内部に地鉄が分散して含有されており、路盤材等に適した製品スラグ組成を得るためばかりでなく、鉄分を有効に回収しリサイクルするためにも、両者を分別する必要がある。そのためには、スラグ塊を破砕して両者を機械的に分離した後、磁力選鉱を行うことにより、磁力に反応する鉄分と反応しない純然たるスラグ部分とを分別する。ここで、破砕後のスラグ塊中にも地鉄は残留しており、スラグ塊中の鉄分をより少なくするには、破砕による細粒化をより促進する必要がある。
【０００６】（３）細粒化工程：上記のヤード貯鉱で十分に乾燥および冷却された一次破砕塊は、打刻機（「ペッカー」等と通称される）により大きなスラグ塊と鉄塊とを分離した状態にして、篩分別器（「グリズリー」等と通称される）にかけ、塊寸法をある程度以下に抑えてから、ロッドミル等の適当な破砕機により適度な粒度まで破砕する（二次破砕）。ヤード貯鉱からこの二次破砕までの処理に、通常は丸一昼夜（２４時間）程度を要する。
【０００７】（４）分別工程：二次破砕した後、磁力選鉱によりスラグ分と鉄分を分別する。その後、鉄分については品位向上のために、通常は更に乾式あるいは湿式の磨鉱を行い粒度を揃える。磁力選鉱および磨鉱には通常は６０分程度を要する。
（５）エージング工程：エージングヤードに移して保管し、水和反応を進行させて安定化させた後、路盤材等の各用途に供する。通常、このエージング期間として１２カ月〜３６カ月を要する。
【０００８】このように、スラグ処理は非常に多くの工程と多大な時間とを要する上、各処理工程に膨大な敷地を必要とするという生産効率およびコスト上の問題があるばかりでなく、固化から一次冷却（３００℃程度）までの高温期間には熱間作業を強いられ、その後の破砕、移送、磁力選鉱の各段階では多量の粉塵発生下での作業になり、労働環境の観点からも問題があった。
【０００９】これに対して、本出願人らは特開昭５５−１１０７０３号公報（特公昭５８−５５０９３）において、特に上記（２）の冷却時間の短縮および作業環境の改善および（５）のエージング期間の短縮のために、工程（１）で得られた一次破砕塊を密閉容器内で散水し、発生する高圧水蒸気と高温雰囲気を利用してスラグの冷却と水和反応促進とを行う方法を提案した。
【００１０】しかしこの方法では、例え長時間の処理をしても水和反応促進効果が少ない上、破砕効果は全く得られないため、上記問題を解消する効果はあまり得られなかった。また、特公昭５２−４４７２１号公報には、５００℃以上の顕熱を有する転炉滓を水を加えた高圧容器内の投入して密閉し、転炉滓顕熱により水を高圧蒸気にとして、高圧蒸気中で３〜１５時間の処理を行う方法が開示されている。
【００１１】しかしこの方法は、蒸気雰囲気中で処理するためスラグの冷却に長時間を要し、冷却速度が遅いため熱衝撃によるスラグ破砕効果が得られないという欠点があった。そこで更に本出願人は特願平第４−９７６９９号において、上記密閉容器内での散水速度および水蒸気圧力と処理時間との関係を限定することにより、単に冷却水との接触による水和反応を誘起するだけでなく、急冷をより有効に利用して破砕効果をも誘起し、破砕の促進により水和反応をも更に促進する方法を提案した。この方法によれば、水和反応と破砕とが連鎖反応的に進行する相乗効果により、上記固化後の（２）冷却工程および（３）細粒化工程が、密閉した容器内で合計数十分程度で完了するので、生産性および労働環境が飛躍的に向上する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のスラグ急冷プロセスを利用して、製鋼スラグを鉄分と非鉄分とに効率的に分別する方法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明によれば、溶融状態の製鋼スラグをスラグパン上又は土場に放流して固化させる工程、上記固化したスラグを機械的な打撃により粗破砕して高温の粗破砕スラグ塊を得る工程、上記粗破砕スラグ塊を、上部が開放された中子容器内に充填して圧力容器内に装入し、該圧力容器を密閉した後、上記スラグ塊に上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、該圧力容器内を下記式（１）：３．５０≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧１．４８ …（１）
Ｐ≦１５，Ｔ≦１但し、Ｐ：水蒸気圧力（ｋｇ／cm2 ）、Ｔ：処理時間（ｈｒ）で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕し、下記磁力選鉱に適した粒度の細粒スラグ塊を得る工程、および上記細粒スラグ塊を磁力選鉱して鉄分と非鉄分とに分離する工程を行うことを特徴とする製鋼スラグの分別方法。
【００１４】圧力容器中で粗破砕スラグ塊に上方から散水して細粒化するためには、散水により粗破砕スラグ塊を中子容器内に水没させるか、または水没させずに散水速度を５〜３０ｔｏｎ／ｈｒｍ2 として下方へ排水することができる。用いる粗破砕スラグ塊の温度が２００℃以上であれことが望ましい。また、所定処理時間（Ｔ0 ）で細粒化処理を完了するのに要する下限の水蒸気圧力（Ｐ0 ）を式（１）から予め求めておき、処理中に圧力容器内の水蒸気圧力がこの下限値以下になったら、冷却水とは別に圧力容器に水蒸気を供給することができる。中子容器内の粗破砕スラグの充填高さは０．５〜４ｍ程度が適当である。
【００１５】本発明の製鋼スラグ分別装置は、溶融状態の製鋼スラグを受け入れて、固化させるためのスラグパン又は土場、上記スラグパン又は土場上の固化したスラグを粗破砕して高温の粗破砕スラグ塊にする機械的な打撃手段、上記粗破砕スラグ塊を、上部が開放された中子容器内に充填して圧力容器内に装入し、該圧力容器を密閉した後、上記スラグ塊に上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、該圧力容器内を下記式（１）：３．５０≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧１．４８ …（１）
Ｐ≦１５，Ｔ≦１但し、Ｐ：水蒸気圧力（ｋｇ／cm2 ）、Ｔ：処理時間（ｈｒ）で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕し、下記磁力選鉱機に適した粒度の細粒スラグ塊にする圧力容器、および上記細粒スラグ塊を鉄分と非鉄分とに磁気的に分離するための磁力選鉱機を備えたことを特徴とする。
【００１６】
【作用】本発明においては、圧力容器内で散水し、急冷による熱衝撃および水和反応による膨張によって粗破砕スラグ塊を細粒化し、得られた細粒スラグ塊を直接磁力選鉱するので、コンパクトな処理装置で十分足りるため広大な敷地を必要とせず、密閉した容器内で処理するため作業環境中へ粉塵や高熱を放出することがなく、高温からの冷却（従来工程（２））と細粒化（従来工程（３））とを同時に且つ短時間で行うことができ、次の磁力選鉱により鉄分と非鉄分を効率良く分離することができる。
【００１７】製鋼スラグ中には遊離ＣａＯが存在し、水と反応して下記式に示す水和反応を起こす。
ＣａＯ＋Ｈ2 Ｏ＝Ｃａ（ＯＨ）2右辺の反応生成物Ｃａ（ＯＨ）2 は左辺のＣａＯよりも密度が低いため、この水和反応により膨張が起こる。したがってスラグを路盤材等の用途に供するには、この水和反応を十分に進行させ安定化する必要がある。
【００１８】本発明においては水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係を式（１）の範囲に限定したことにより、スラグの自己破砕を誘起し、それが水和反応を更に促進する。すなわち、自己破砕によりスラグ中の遊離ＣａＯとＨ2 Ｏとの接触面積が広がり、水和反応に関与する両者の絶対量が増加し、結局スラグ全体としての水和反応の進行が促進される。
【００１９】上記水和反応は発熱反応でもあるので、冷却により平衡は上記式の右辺寄りすなわち水和進行側に移行するが、スラグ温度が低くなり過ぎると反応速度自体は遅くなる。本発明において水蒸気を高圧に保持することは、高圧によってスラグ水和反応が右辺寄りに進行する反応速度向上だけでなく、飽和水蒸気温度の維持により水和反応に最適なスラグ温度を維持するという作用もある。
【００２０】中子容器内の粗破砕スラグを上方からの散水によりに水没させる場合には散水速度は特に限定する必要はなく、式（１）の範囲の水蒸気圧力とスラグの水没状態が維持できる範囲であればよい。水没させず、散水中に粗破砕スラグ充填層下方から排水する場合には、散水速度を５〜３０ｔｏｎ／ｈｒｍ2 の範囲にするのが望ましい。散水速度を５ｔｏｎ／ｈｒｍ2 以上とすることにより、中子容器内の粗破砕スラグ充填層の冷却水流下偏流を紡糸し均一に冷却水をかけることができる。しかし、散水速度を３０ｔｏｎ／ｈｒｍ2 より大きくしても、上記の均一散水効果はそれ以上向上せず、却って圧力容器内の水蒸気温度を低下させてしまう。
【００２１】圧力容器内部で発生する水蒸気だけでは規定範囲の水蒸気圧力を維持できなくなった場合には、冷却水の供給とは別に外部から水蒸気を補給して規定範囲内の圧力を維持することができる。図１に、本発明による高温製鋼スラグ処理工程（同図（Ａ））を従来方法の工程（同図（Ｂ））と対比して示す。図中、各工程の典型的な所要時間を工程名の右に付記した。本発明によれば、従来固化・一次破砕後から磁力選鉱前までに必要とした一連の工程すなわち一次冷却・二次冷却・ピット冷却・ヤード貯鉱・大塊地金分離・二次破砕の全工程を、圧力容器内での急水冷という単一工程で短時間に且つ外囲環境への高温放射および粉塵汚染も無く、効果的に行うことができる。すなわち、固化・一次破砕後に本発明の処理を行うことにより、磁力選鉱工程に適した粒度まで細粒化することができる。
【００２２】更に、高圧水蒸気での水和促進により、最終的なヤードエージングに要する期間を大幅に短縮することができる。以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００２３】
【実施例】図２にを参照して本発明の方法によるスラグ処理工程の一例を説明する。
■ 例えば転炉等の製鋼炉から排出された高温の溶融スラグを、排滓鍋１に入れてクレーン２により搬送し、例えば鉄板製のスラグパン３上に放流する。放流される高温スラグを同図中に参照符号４で示す。
【００２４】■ 放流されたスラグ４が固化した後、例えば排滓鍋１を降下させて固化スラグ４を打撃し、粗破砕を行う。
■ 得られた粗破砕スラグを適当な上部開放型中子容器に充填して密閉容器式のタンク５内に装入し、タンク５内で上方からの散水により（１）式の圧力・時間条件範囲内で急冷・破砕を行い、細粒スラグ塊を得る。
【００２５】■ 得られた細粒スラグ塊６を磁力選鉱機７にかけて鉄分／非鉄分を分離する。
上記細粒化工程■から磁力選鉱工程■に移る前に、必要に応じて適当な篩分別器により大塊スラグを除去することができる。図３に、細粒化工程■を行うための処理装置の一例を示す。
【００２６】固化した粗破砕スラグ塊１１を内部に収容する中子容器１２は、上部が開放され底部１２Ａが目皿になっている容器である。中子容器１２を内部に収容する圧力容器１３は、上部の密閉蓋１３Ａを開放して中子容器１２の搬入・搬出を行い、処理実行時にはこれを閉鎖することにより外部に対して圧力容器１３を密閉した状態にする。圧力容器１３の上部にはこの密閉扉１３Ａを介して冷却水２８の供給を受ける注水ノズル４が下方に向かって開口している。また圧力容器１３の側面上部には補助加圧用水蒸気の供給口１５が設けてある。更に、圧力容器１３の下部側面には余剰水蒸気の排出口１６が、底部には余剰水の排出口１７がそれぞれ設けてある。更に、圧力容器１３と中子容器１２の間隙には、水蒸気排出口１６より上方にシール材２９を設け、中子容器１２内で発生した水蒸気は必ず中子容器底部目皿１２Ａを通過する構造とする。
【００２７】また、粗破砕スラグ塊１１を内部に収容した中子容器１２は、適当なクレーン等の搬出入手段（図示せず）により、圧力容器１３へ搬入し圧力容器１３から搬出される。圧力容器１３内の水蒸気圧力（Ｐ）は、圧力容器の側面上部に取り付けた圧力計１８によって検知される。
【００２８】このようにして検知された水蒸気圧力と所定処理時間との関係が式（１）を満たすように、圧力過剰時は圧力調整弁１９が作動し、圧力不足時は補助加圧用水蒸気供給用の流量調整弁２０がマニュアルまたは自動で作動する。注水ノズル１４への冷却水は、給水タンク２１からポンプ２２を経て流量調整弁２３を介して供給される。
【００２９】余剰の水蒸気（排蒸気）は排出口１６からドレーンタンク２４に導かれ、規定水蒸気圧力および処理時間の関係を満たすように初期設定された圧力調整弁１９を経て蒸気放散塔２５から外部環境中へ放出される。排蒸気を外部環境中へ放出する代わりに冷却水２８中に放出し、冷却水温度を高めるようにしてもよい。補助加圧用水蒸気は、適当な工場配管２６等から圧力調整弁２７を介し流量調整弁２０を通って圧力容器１３内に必要に応じ供給される。
【００３０】図３の装置を用いて工程■のスラグ冷却および細粒化処理を行う典型的な手順は下記の通りである。固化・粗破砕（一次破砕）後の高温製鋼スラグ１１を中子容器１２内に例えば高さ１ｍに充填する。本発明の処理は、固化した高温スラグの温度が２００℃以上であれば効果が得られる。スラグ充填高さは０．５〜４ｍとなるようにすると、中子容器内での冷却水の偏流を防止し冷却を均一に行う上で有利である。密閉蓋１３Ａを開放して、上記スラグが充填された中子容器１２を圧力容器１３内に装入する。密閉蓋１３Ａを閉じて圧力容器１３内を密閉状態にした後、ポンプ２２と流量調整弁２３を作動させて給水タンク２１から注水ノズル１４へ冷却水２８を供給し、圧力容器１３内の中子容器１２に充填されたスラグ１１に上方から散水する。注入された冷却水は高温スラグと接触して水蒸気となり圧力容器１３内を高圧化する。また、圧力容器１３と中子容器１２と間はシール材２９により封鎖されており水蒸気が通過できないので、上方から順次発生した水蒸気は圧力容器１３内の圧力を上昇させると同時に、圧力容器１３内上下の差圧により上方から下方へ移動する。この際、水蒸気と同時に冷却水があたかも水蒸気に押されるごとく中子容器１２内を下方へ移動促進させられるため、中子容器１２内充填スラグ１１中の冷却水流下が促進され、大きな偏流防止効果が得られる。中子容器内の水は底部目皿１２Ａを通して圧力容器３の底部に流れ落ち、水蒸気と共に配管１６を通ってドレーンタンク２４に達し、ここで気水分離される。圧力容器１３内の水は、急冷処理終了後に開閉弁３０を開放することにより、余剰水排水口１７から排出される。
【００３１】圧力容器１３内の圧力は、圧力計１８で検知され、圧力過剰時は圧力調整弁１９の作動により、圧力不足時は補助加圧用水蒸気の流量調整弁２０の作動（マニュアルまたは自動）により規定範囲内になるように調整される。例えば、所定処理時間（Ｔ0 ）で処理を完了するのに要する下限の水蒸気圧力（Ｐ0 ）を式（１）から予め求めておき、処理中に圧力容器内の水蒸気圧力がこの下限値以下になったら、補助加圧用水蒸気を供給する。なお安全のため、圧力容器１３には安全弁（図示せず）を設けることができる。
【００３２】また、本実施例ではスラグを充填した中子容器を圧力容器の上方から装入・排出する例について説明したが、圧力容器側部に密閉蓋を設け、スラグを充填した中子容器を水平方向に装入・排出する構造とした場合にも同様に実施することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、密閉タンク内で散水により行うスラグ急冷プロセスを利用して、製鋼スラグを鉄分と非鉄分とに効率的に分別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高温製鋼スラグ処理の典型的手順を従来の方法と対比して示すフローチャートである。
【図２】本発明の高温製鋼スラグ処理工程の一例を示す工程図である。
【図３】本発明の方法に用いるスラグ急冷装置を示す配置図である。
【符号の説明】
１…排滓鍋
２…クレーン
３…スラグパン
４…高温スラグ４
５…密閉容器式のタンク
６…細粒スラグ塊
１１…固化した高温の製鋼スラグ
１２…中子容器（上部が開放された底付き容器）
１３…圧力容器
１３Ａ…圧力容器１３上部の密閉蓋
１４…注水ノズル
１５…補助加圧用水蒸気の供給口
１６…余剰水蒸気の排出口
１７…余剰水分の排出口
１８…圧力計
１９…圧力調整弁
２０…補助加圧用水蒸気供給用の流量調整弁
２１…給水タンク
２２…ポンプ
２３…流量調整弁
２４…ドレーンタンク
２５…蒸気放散塔
２６…工場配管
２７…圧力調整弁
２８…冷却水
２９…シール材
３０…開閉弁
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、製鋼スラグを鉄分と非鉄分とに分別する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、製鋼スラグ処理は、（１）溶融スラグを固化する固化工程、（２）固化したスラグを１００℃程度まで冷却する冷却工程、（３）磁力選鉱に適した粒度に破砕する細粒化工程、（４）磁力選鉱による鉄分／スラグ（非鉄分）の分別工程、および（５）ヤードエージングによる安定化工程によって行われている。
【０００３】例えば、従来の典型的な製鋼スラグ処理においては、上記各工程は具体的には以下のように行われる。
（１）固化工程：まずスラグを土場または鉄板上に放流し、土場の場合で１〜２日間、鉄板上では数十分間放冷して固化させ、形成された一体の固形塊を上方からスラグポット等で打撃して直径数百ｍｍ程度に破砕する（一次破砕）。
【０００４】（２）冷却工程：一次破砕塊に散水し例えば１時間程度で３００℃程度まで冷却（一次冷却）した後、例えば積載容量３０ｔ程度の排滓台車上に排出し、この台車上で再度散水して通常は十数分程度で１００℃程度まで冷却（二次冷却）し、次に台車から水冷ピット内に排出して通常は数時間から数十時間放置（ピット冷却）する。ピット水冷後、乾燥および放冷のためヤードに移送し貯鉱する。
【０００５】ここで、スラグ塊は内部に地鉄が分散して含有されており、路盤材等に適した製品スラグ組成を得るためばかりでなく、鉄分を有効に回収しリサイクルするためにも、両者を分別する必要がある。そのためには、スラグ塊を破砕して両者を機械的に分離した後、磁力選鉱を行うことにより、磁力に反応する鉄分と反応しない純然たるスラグ部分とを分別する。ここで、破砕後のスラグ塊中にも地鉄は残留しており、スラグ塊中の鉄分をより少なくするには、破砕による細粒化をより促進する必要がある。
【０００６】（３）細粒化工程：上記のヤード貯鉱で十分に乾燥および冷却された一次破砕塊は、打刻機（「ペッカー」等と通称される）により大きなスラグ塊と鉄塊とを分離した状態にして、篩分別器（「グリズリー」等と通称される）にかけ、塊寸法をある程度以下に抑えてから、ロッドミル等の適当な破砕機により適度な粒度まで破砕する（二次破砕）。ヤード貯鉱からこの二次破砕までの処理に、通常は丸一昼夜（２４時間）程度を要する。
【０００７】（４）分別工程：二次破砕した後、磁力選鉱によりスラグ分と鉄分を分別する。その後、鉄分については品位向上のために、通常は更に乾式あるいは湿式の磨鉱を行い粒度を揃える。磁力選鉱および磨鉱には通常は６０分程度を要する。
（５）エージング工程：エージングヤードに移して保管し、水和反応を進行させて安定化させた後、路盤材等の各用途に供する。通常、このエージング期間として１２カ月〜３６カ月を要する。
【０００８】このように、スラグ処理は非常に多くの工程と多大な時間とを要する上、各処理工程に膨大な敷地を必要とするという生産効率およびコスト上の問題があるばかりでなく、固化から一次冷却（３００℃程度）までの高温期間には熱間作業を強いられ、その後の破砕、移送、磁力選鉱の各段階では多量の粉塵発生下での作業になり、労働環境の観点からも問題があった。
【０００９】これに対して、本出願人らは特開昭５５−１１０７０３号公報（特公昭５８−５５０９３）において、特に上記（２）の冷却時間の短縮および作業環境の改善および（５）のエージング期間の短縮のために、工程（１）で得られた一次破砕塊を密閉容器内で散水し、発生する高圧水蒸気と高温雰囲気を利用してスラグの冷却と水和反応促進とを行う方法を提案した。
【００１０】しかしこの方法では、例え長時間の処理をしても水和反応促進効果が少ない上、破砕効果は全く得られないため、上記問題を解消する効果はあまり得られなかった。また、特公昭５２−４４７２１号公報には、５００℃以上の顕熱を有する転炉滓を水を加えた高圧容器内の投入して密閉し、転炉滓顕熱により水を高圧蒸気にとして、高圧蒸気中で３〜１５時間の処理を行う方法が開示されている。
【００１１】しかしこの方法は、蒸気雰囲気中で処理するためスラグの冷却に長時間を要し、冷却速度が遅いため熱衝撃によるスラグ破砕効果が得られないという欠点があった。そこで更に本出願人は特願平第４−９７６９９号において、上記密閉容器内での散水速度および水蒸気圧力と処理時間との関係を限定することにより、単に冷却水との接触による水和反応を誘起するだけでなく、急冷をより有効に利用して破砕効果をも誘起し、破砕の促進により水和反応をも更に促進する方法を提案した。この方法によれば、水和反応と破砕とが連鎖反応的に進行する相乗効果により、上記固化後の（２）冷却工程および（３）細粒化工程が、密閉した容器内で合計数十分程度で完了するので、生産性および労働環境が飛躍的に向上する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のスラグ急冷プロセスを利用して、製鋼スラグを鉄分と非鉄分とに効率的に分別する方法および装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明によれば、溶融状態の製鋼スラグをスラグパン上又は土場に放流して固化させる工程、上記固化したスラグを機械的な打撃により粗破砕して高温の粗破砕スラグ塊を得る工程、上記粗破砕スラグ塊を、上部が開放された中子容器内に充填して圧力容器内に装入し、該圧力容器を密閉した後、上記スラグ塊に上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、該圧力容器内を下記式（１）：３．５０≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧１．４８ …（１）
Ｐ≦１５，Ｔ≦１但し、Ｐ：水蒸気圧力（ｋｇ／cm2 ）、Ｔ：処理時間（ｈｒ）で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕し、下記磁力選鉱に適した粒度の細粒スラグ塊を得る工程、および上記細粒スラグ塊を磁力選鉱して鉄分と非鉄分とに分離する工程を行うことを特徴とする製鋼スラグの分別方法。
【００１４】圧力容器中で粗破砕スラグ塊に上方から散水して細粒化するためには、散水により粗破砕スラグ塊を中子容器内に水没させるか、または水没させずに散水速度を５〜３０ｔｏｎ／ｈｒｍ2 として下方へ排水することができる。用いる粗破砕スラグ塊の温度が２００℃以上であれことが望ましい。また、所定処理時間（Ｔ0 ）で細粒化処理を完了するのに要する下限の水蒸気圧力（Ｐ0 ）を式（１）から予め求めておき、処理中に圧力容器内の水蒸気圧力がこの下限値以下になったら、冷却水とは別に圧力容器に水蒸気を供給することができる。中子容器内の粗破砕スラグの充填高さは０．５〜４ｍ程度が適当である。
【００１５】本発明の製鋼スラグ分別装置は、溶融状態の製鋼スラグを受け入れて、固化させるためのスラグパン又は土場、上記スラグパン又は土場上の固化したスラグを粗破砕して高温の粗破砕スラグ塊にする機械的な打撃手段、上記粗破砕スラグ塊を、上部が開放された中子容器内に充填して圧力容器内に装入し、該圧力容器を密閉した後、上記スラグ塊に上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、該圧力容器内を下記式（１）：３．５０≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧１．４８ …（１）
Ｐ≦１５，Ｔ≦１但し、Ｐ：水蒸気圧力（ｋｇ／cm2 ）、Ｔ：処理時間（ｈｒ）で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕し、下記磁力選鉱機に適した粒度の細粒スラグ塊にする圧力容器、および上記細粒スラグ塊を鉄分と非鉄分とに磁気的に分離するための磁力選鉱機を備えたことを特徴とする。
【００１６】
【作用】本発明においては、圧力容器内で散水し、急冷による熱衝撃および水和反応による膨張によって粗破砕スラグ塊を細粒化し、得られた細粒スラグ塊を直接磁力選鉱するので、コンパクトな処理装置で十分足りるため広大な敷地を必要とせず、密閉した容器内で処理するため作業環境中へ粉塵や高熱を放出することがなく、高温からの冷却（従来工程（２））と細粒化（従来工程（３））とを同時に且つ短時間で行うことができ、次の磁力選鉱により鉄分と非鉄分を効率良く分離することができる。
【００１７】製鋼スラグ中には遊離ＣａＯが存在し、水と反応して下記式に示す水和反応を起こす。
ＣａＯ＋Ｈ2 Ｏ＝Ｃａ（ＯＨ）2右辺の反応生成物Ｃａ（ＯＨ）2 は左辺のＣａＯよりも密度が低いため、この水和反応により膨張が起こる。したがってスラグを路盤材等の用途に供するには、この水和反応を十分に進行させ安定化する必要がある。
【００１８】本発明においては水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係を式（１）の範囲に限定したことにより、スラグの自己破砕を誘起し、それが水和反応を更に促進する。すなわち、自己破砕によりスラグ中の遊離ＣａＯとＨ2 Ｏとの接触面積が広がり、水和反応に関与する両者の絶対量が増加し、結局スラグ全体としての水和反応の進行が促進される。
【００１９】上記水和反応は発熱反応でもあるので、冷却により平衡は上記式の右辺寄りすなわち水和進行側に移行するが、スラグ温度が低くなり過ぎると反応速度自体は遅くなる。本発明において水蒸気を高圧に保持することは、高圧によってスラグ水和反応が右辺寄りに進行する反応速度向上だけでなく、飽和水蒸気温度の維持により水和反応に最適なスラグ温度を維持するという作用もある。
【００２０】中子容器内の粗破砕スラグを上方からの散水によりに水没させる場合には散水速度は特に限定する必要はなく、式（１）の範囲の水蒸気圧力とスラグの水没状態が維持できる範囲であればよい。水没させず、散水中に粗破砕スラグ充填層下方から排水する場合には、散水速度を５〜３０ｔｏｎ／ｈｒｍ2 の範囲にするのが望ましい。散水速度を５ｔｏｎ／ｈｒｍ2 以上とすることにより、中子容器内の粗破砕スラグ充填層の冷却水流下偏流を紡糸し均一に冷却水をかけることができる。しかし、散水速度を３０ｔｏｎ／ｈｒｍ2 より大きくしても、上記の均一散水効果はそれ以上向上せず、却って圧力容器内の水蒸気温度を低下させてしまう。
【００２１】圧力容器内部で発生する水蒸気だけでは規定範囲の水蒸気圧力を維持できなくなった場合には、冷却水の供給とは別に外部から水蒸気を補給して規定範囲内の圧力を維持することができる。図１に、本発明による高温製鋼スラグ処理工程（同図（Ａ））を従来方法の工程（同図（Ｂ））と対比して示す。図中、各工程の典型的な所要時間を工程名の右に付記した。本発明によれば、従来固化・一次破砕後から磁力選鉱前までに必要とした一連の工程すなわち一次冷却・二次冷却・ピット冷却・ヤード貯鉱・大塊地金分離・二次破砕の全工程を、圧力容器内での急水冷という単一工程で短時間に且つ外囲環境への高温放射および粉塵汚染も無く、効果的に行うことができる。すなわち、固化・一次破砕後に本発明の処理を行うことにより、磁力選鉱工程に適した粒度まで細粒化することができる。
【００２２】更に、高圧水蒸気での水和促進により、最終的なヤードエージングに要する期間を大幅に短縮することができる。以下に、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【００２３】
【実施例】図２にを参照して本発明の方法によるスラグ処理工程の一例を説明する。
【００２４】
【００２５】
上記細粒化工程
【００２６】固化した粗破砕スラグ塊１１を内部に収容する中子容器１２は、上部が開放され底部１２Ａが目皿になっている容器である。中子容器１２を内部に収容する圧力容器１３は、上部の密閉蓋１３Ａを開放して中子容器１２の搬入・搬出を行い、処理実行時にはこれを閉鎖することにより外部に対して圧力容器１３を密閉した状態にする。圧力容器１３の上部にはこの密閉扉１３Ａを介して冷却水２８の供給を受ける注水ノズル４が下方に向かって開口している。また圧力容器１３の側面上部には補助加圧用水蒸気の供給口１５が設けてある。更に、圧力容器１３の下部側面には余剰水蒸気の排出口１６が、底部には余剰水の排出口１７がそれぞれ設けてある。更に、圧力容器１３と中子容器１２の間隙には、水蒸気排出口１６より上方にシール材２９を設け、中子容器１２内で発生した水蒸気は必ず中子容器底部目皿１２Ａを通過する構造とする。
【００２７】また、粗破砕スラグ塊１１を内部に収容した中子容器１２は、適当なクレーン等の搬出入手段（図示せず）により、圧力容器１３へ搬入し圧力容器１３から搬出される。圧力容器１３内の水蒸気圧力（Ｐ）は、圧力容器の側面上部に取り付けた圧力計１８によって検知される。
【００２８】このようにして検知された水蒸気圧力と所定処理時間との関係が式（１）を満たすように、圧力過剰時は圧力調整弁１９が作動し、圧力不足時は補助加圧用水蒸気供給用の流量調整弁２０がマニュアルまたは自動で作動する。注水ノズル１４への冷却水は、給水タンク２１からポンプ２２を経て流量調整弁２３を介して供給される。
【００２９】余剰の水蒸気（排蒸気）は排出口１６からドレーンタンク２４に導かれ、規定水蒸気圧力および処理時間の関係を満たすように初期設定された圧力調整弁１９を経て蒸気放散塔２５から外部環境中へ放出される。排蒸気を外部環境中へ放出する代わりに冷却水２８中に放出し、冷却水温度を高めるようにしてもよい。補助加圧用水蒸気は、適当な工場配管２６等から圧力調整弁２７を介し流量調整弁２０を通って圧力容器１３内に必要に応じ供給される。
【００３０】図３の装置を用いて工程
【００３１】圧力容器１３内の圧力は、圧力計１８で検知され、圧力過剰時は圧力調整弁１９の作動により、圧力不足時は補助加圧用水蒸気の流量調整弁２０の作動（マニュアルまたは自動）により規定範囲内になるように調整される。例えば、所定処理時間（Ｔ0 ）で処理を完了するのに要する下限の水蒸気圧力（Ｐ0 ）を式（１）から予め求めておき、処理中に圧力容器内の水蒸気圧力がこの下限値以下になったら、補助加圧用水蒸気を供給する。なお安全のため、圧力容器１３には安全弁（図示せず）を設けることができる。
【００３２】また、本実施例ではスラグを充填した中子容器を圧力容器の上方から装入・排出する例について説明したが、圧力容器側部に密閉蓋を設け、スラグを充填した中子容器を水平方向に装入・排出する構造とした場合にも同様に実施することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、密閉タンク内で散水により行うスラグ急冷プロセスを利用して、製鋼スラグを鉄分と非鉄分とに効率的に分別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高温製鋼スラグ処理の典型的手順を従来の方法と対比して示すフローチャートである。
【図２】本発明の高温製鋼スラグ処理工程の一例を示す工程図である。
【図３】本発明の方法に用いるスラグ急冷装置を示す配置図である。
【符号の説明】
１…排滓鍋
２…クレーン
３…スラグパン
４…高温スラグ４
５…密閉容器式のタンク
６…細粒スラグ塊
１１…固化した高温の製鋼スラグ
１２…中子容器（上部が開放された底付き容器）
１３…圧力容器
１３Ａ…圧力容器１３上部の密閉蓋
１４…注水ノズル
１５…補助加圧用水蒸気の供給口
１６…余剰水蒸気の排出口
１７…余剰水分の排出口
１８…圧力計
１９…圧力調整弁
２０…補助加圧用水蒸気供給用の流量調整弁
２１…給水タンク
２２…ポンプ
２３…流量調整弁
２４…ドレーンタンク
２５…蒸気放散塔
２６…工場配管
２７…圧力調整弁
２８…冷却水
２９…シール材
３０…開閉弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】 溶融状態の製鋼スラグをスラグパン上又は土場に放流して固化させる工程、上記固化したスラグを機械的な打撃により粗破砕して高温の粗破砕スラグ塊を得る工程、上記粗破砕スラグ塊を、上部が開放された中子容器内に充填して圧力容器内に装入し、該圧力容器を密閉した後、上記スラグ塊に上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、該圧力容器内を下記式（１）：３．５０≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧１．４８ …（１）
Ｐ≦１５，Ｔ≦１但し、Ｐ：水蒸気圧力（ｋｇ／cm2 ）、Ｔ：処理時間（ｈｒ）で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕し、下記磁力選鉱に適した粒度の細粒スラグ塊を得る工程、および上記細粒スラグ塊を磁力選鉱して鉄分と非鉄分とに分離する工程を行うことを特徴とする製鋼スラグの分別方法。
【請求項２】 前記細粒化工程において、前記散水により粗破砕スラグ塊を前記中子容器内に水没させるか、または水没させずに散水速度を５〜３０ｔｏｎ／ｈｒｍ2 として下方へ排水することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】 前記散水による急冷処理開始時の前記粗破砕スラグ塊の温度が２００℃以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】 所定処理時間（Ｔ0 ）で前記処理を完了するのに要する下限の水蒸気圧力（Ｐ0 ）を前記式（１）から予め求めておき、前記処理中に前記圧力容器内の水蒸気圧力がこの下限値以下になったら、前記冷却水とは別に前記圧力容器に水蒸気を供給することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】 前記固化した高温スラグを前記中子容器内に高さ０．５〜４ｍとなるように充填することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】 溶融状態の製鋼スラグを受け入れて固化させるためのスラグパン又は土場、上記スラグパン又は土場上の固化したスラグを粗破砕して高温の粗破砕スラグ塊にする機械的な打撃手段、上記粗破砕スラグ塊を、上部が開放された中子容器内に充填して圧力容器内に装入し、該圧力容器を密閉した後、上記スラグ塊に上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、該圧力容器内を下記式（１）：３．５０≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧１．４８ …（１）
Ｐ≦１５，Ｔ≦１但し、Ｐ：水蒸気圧力（ｋｇ／cm2 ）、Ｔ：処理時間（ｈｒ）で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕し、下記磁力選鉱機に適した粒度の細粒スラグ塊にする圧力容器、および上記細粒スラグ塊を鉄分と非鉄分とに磁気的に分離するための磁力選鉱機を備えたことを特徴とする製鋼スラグの分別装置。
【請求項１】 溶融状態の製鋼スラグをスラグパン上又は土場に放流して固化させる工程、上記固化したスラグを機械的な打撃により粗破砕して高温の粗破砕スラグ塊を得る工程、上記粗破砕スラグ塊を、上部が開放された中子容器内に充填して圧力容器内に装入し、該圧力容器を密閉した後、上記スラグ塊に上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、該圧力容器内を下記式（１）：３．５０≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧１．４８ …（１）
Ｐ≦１５，Ｔ≦１但し、Ｐ：水蒸気圧力（ｋｇ／cm2 ）、Ｔ：処理時間（ｈｒ）で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕し、下記磁力選鉱に適した粒度の細粒スラグ塊を得る工程、および上記細粒スラグ塊を磁力選鉱して鉄分と非鉄分とに分離する工程を行うことを特徴とする製鋼スラグの分別方法。
【請求項２】 前記細粒化工程において、前記散水により粗破砕スラグ塊を前記中子容器内に水没させるか、または水没させずに散水速度を５〜３０ｔｏｎ／ｈｒｍ2 として下方へ排水することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】 前記散水による急冷処理開始時の前記粗破砕スラグ塊の温度が２００℃以上であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】 所定処理時間（Ｔ0 ）で前記処理を完了するのに要する下限の水蒸気圧力（Ｐ0 ）を前記式（１）から予め求めておき、前記処理中に前記圧力容器内の水蒸気圧力がこの下限値以下になったら、前記冷却水とは別に前記圧力容器に水蒸気を供給することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】 前記固化した高温スラグを前記中子容器内に高さ０．５〜４ｍとなるように充填することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】 溶融状態の製鋼スラグを受け入れて固化させるためのスラグパン又は土場、上記スラグパン又は土場上の固化したスラグを粗破砕して高温の粗破砕スラグ塊にする機械的な打撃手段、上記粗破砕スラグ塊を、上部が開放された中子容器内に充填して圧力容器内に装入し、該圧力容器を密閉した後、上記スラグ塊に上方から冷却水を散水し、冷却水と高温スラグとの接触により発生した水蒸気により、該圧力容器内を下記式（１）：３．５０≧Ｐ0.6 ×Ｔ0.4 ≧１．４８ …（１）
Ｐ≦１５，Ｔ≦１但し、Ｐ：水蒸気圧力（ｋｇ／cm2 ）、Ｔ：処理時間（ｈｒ）で規定される範囲内の水蒸気圧力（Ｐ）と処理時間（Ｔ）の関係に維持して、冷却水による急冷と水和によるスラグ膨張とにより上記粗破砕スラグ塊を更に破砕し、下記磁力選鉱機に適した粒度の細粒スラグ塊にする圧力容器、および上記細粒スラグ塊を鉄分と非鉄分とに磁気的に分離するための磁力選鉱機を備えたことを特徴とする製鋼スラグの分別装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平６−２５６０４７
【公開日】平成６年（１９９４）９月１３日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−４２９８９
【出願日】平成５年（１９９３）３月３日
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【公開日】平成６年（１９９４）９月１３日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）３月３日
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
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