JP3704301B2 - 使用済耐火物の処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄工場等で使用済の耐火物を回収して耐火物の原料として再利用する使用済耐火物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製鉄工場等では、転炉や電気炉等の精錬炉及び取鍋、樋等の搬送や付帯設備に、耐火煉瓦あるいは不定形耐火物等の耐火物を内張りしており、これ等の耐火物は、溶鋼やスラグによる溶損によって、損耗し、残存厚みが薄くなった時点で、新しい耐火物を張り替える。
【０００３】
この張替えによって発生する耐火物は、表面に地金が付着したり、地金や酸化鉄、スラグ等が浸潤し、変質した浸潤層が付着している。
【０００４】
この浸潤層の部分は、耐溶損性、強度等の品質が劣化しているため、回収した使用済耐火物の再利用時の障害となり、その殆どが廃棄物として処理されている。
【０００５】
しかし、近年、これ等使用済耐火物の廃棄場所が制約されたり、廃棄するための回収や運搬費等から廃棄処理コストが高くなる等の問題が生じている。
【０００６】
この対策として、特開平８−１８８４７５号公報に記載されているように、製鋼工場で使用したポーラスプラグや取鍋の内張り耐火物等の比較的良好なものを分離回収し、この耐火物の内、地金やスラグ等と接触した浸潤層を除去し、良質部のみを破砕して粒度を調整したものに、新しい粒状と粉末の耐火物原料を配合して再利用することが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−１８８４７５号公報に記載された方法では、山積みされた使用済の耐火物の中から地金やスラグ等と接触した浸潤層の少ない物を選択して回収する必要があり、回収作業や分別管理に手間を要し、分離回収の対象となる耐火物がポーラスプラグや取鍋、タンディッシュ等の限られた内張り耐火物のみである。
【０００８】
しかも、使用済耐火物と地金やスラグとが接触した浸潤層を一個毎に境界を見極めながら除去する必要があり、この作業の大半は人手作業に頼るため、浸潤層の除去に大変な手間を要し、製鉄工場で大量に発生する使用済耐火物を処理することが困難である。
【０００９】
このように、従来行われている使用済耐火物の再利用方法では、限定された耐火物が対象の上、処理コストが高く、且つ大量処理が不可能であり、しかも廃棄物となる使用済耐火物の発生量を最小にすることが困難であるという問題がある。
【００１０】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたもので、処理工程で地金、浸潤層部分を含む使用済耐火物の破砕粒を除去し、良質部分の使用済耐火物部分の破砕粒を高精度で、大量処理の分離回収を可能にし、廃棄物となる使用済耐火物の発生量を最小にすることができる使用済耐火物の処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、使用済耐火物の処理方法に関する本発明の要旨とするところは、
（１） 使用済の耐火物に対して、一次の磁力選別を行い、地金を除去した後、破砕して篩い分けし、更に粒度毎に一次の磁力選別よりも大きな磁力で、二次の磁力選別をして、磁性体と非磁性体に分類することを特徴とする使用済耐火物の処理方法、
（２） 非磁性体として分類された使用済耐火物を、耐火物原料として再利用することを特徴とする（１）記載の使用済耐火物の処理方法、
（３） 選別された前記非磁性体の使用済耐火物に対して、更にスラグ浸潤層の有無を色彩で識別して、スラグ浸潤層の無いものと浸潤層が存在するものとに分類することを特徴とする（１）記載の使用済耐火物の処理方法、
（４） 非磁性体で、スラグ浸潤層が無いものとして分類された使用済耐火物を、耐火物原料として再利用することを特徴とする（３）記載の使用済耐火物の処理方法、
（５） 磁性体として、又はスラグ浸潤層が存在するものとして分類された使用済耐火物を、溶融し冷却固化させた後耐火物原料として、または溶融させずに成形して景観材用の原料若しくは耐火物原料として再利用することを特徴とする（１）又は（３）記載の使用済耐火物の処理方法、
にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
【００１３】
ここで、図１は、本発明の一実施の形態に係わる再利用を目的とした使用済耐火物の処理方法のフロー図である。
【００１４】
製鉄工場で使用される転炉や電気炉等の精錬炉及び取鍋、樋等の付帯設備等に内張りした耐火物は、溶損損耗し、残存厚みが薄くなり、寿命に至り、解体され、張り替えが行われる。解体され、回収された使用済耐火物には、その表面地金が付着したり、変質した浸潤層の部分が存在し、再利用を阻害している。
【００１５】
本発明者等は、地金の混入が見受けられ、変質した浸潤層が存在する使用済耐火物の処理について鋭意研究を重ねた結果、混入地金を完全に除去し、良質である変質層が存在しないものと、不良である変質層が存在する使用済耐火物部分の破砕粒を高精度で、大量処理の分離回収が可能になり、廃棄物となる使用済耐火物の発生量を最小に抑え、使用済耐火物の殆どを耐火物原料として再利用できることを知見し、本発明の完成に至った。
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係わる使用済耐火物の処理方法について詳細に説明する。なお、図１に示す番号は、理解を容易にするために以下で説明する各処理工程及び各耐火物に対応させて付したものである。
【００１７】
解体した使用済耐火物１は、用途、主成分、炭層含有量等によって、アルミナ系、マグネシア系、アルミナ・シリカ系、ジルコン系、マグネシア・炭素系、アルミナ・炭珪・炭素系等に分別され、１回当たり１〜３００トンの量が回収される。分別回収した使用済耐火物は、その含有された主成分が同じ系統のものを集めて、混入している地金２の除去を目的に、一次磁力選別３に進む。解体された耐火物には、表面に付着した、若しくは耐火物の亀裂に差し込んだ大きな地金が混在しているが、これは、再利用の耐火物原料中に、この地金が混入すると、製鉄工場等で耐火物が使用された際に、使用時の温度負荷で、極端に融点が低い化合物を形成してしまい、新しい原料のみを配合した耐火物に比べ、大幅な寿命低下を来してしまうのを回避するためである。一次磁力選別３として作用させる磁束密度としては、1,000〜5,000ガウスが望ましい。1,000ガウス未満だと、拘束されていな地金は除去できても、耐火物に強固に付着したり、差し込んでいる地金までは除去できないからである。一方、5,000ガウスを超えてしまうと、酸化鉄成分を多量に含むスラグが浸潤した層が存在する使用済耐火物の一部も、地金と混在の状態で除去されてしまうからである。一次磁力選別の装置としては、吊下式磁選機やドラム型磁選機が適しているが、これに限るものではない。なお、一次磁力選別に当たり、使用済耐火物を、ブレーカー，ジョークラッシャー等で、作業に適した大きさに、予め粗破砕することもある。
【００１８】
一次磁力選別された使用済耐火物は、一般に用いられているジョークラッシャー、ダブルロールクラッシャー、ガラコング等の大量処理向けの破砕装置を用いて、６０ｍｍ以下の大きさに破砕４した後、振動篩い装置等を用い、再利用の用途に応じて、ある特定粒度毎に篩い分け５する。例えば、６０〜２０ｍｍ、２０〜１０ｍｍ、１０〜５ｍｍ、５ｍｍ以下に分けることができる。ここで、破砕後の粒径を６０ｍｍ以下にするのは、破砕され、塊、粒状になった使用済耐火物に対して、浸潤層を含むものの発生比率を極力抑えるためである。また、破砕後に分級するのは、後の工程の作業効率を高めるために、必要な事前処理として予め実施している。
【００１９】
塊，粒状になった使用済耐火物は、粒度毎に、ベルト式磁力選別機，対極型磁力選別機等、一次磁力選別装置よりも更に大きな磁力を保有する装置を用いて、二次の磁力選別６を行い、非磁性体７と磁性体８に分類する。これは、溶鉄，スラグが浸入した浸潤層には、耐火物を構成している耐火物原料と反応して、酸化鉄を含む化合物を形成しており、酸化鉄成分を含むため、微弱な磁性を帯びていることを利用したものである。浸入した酸化鉄成分の含有量が高い程、耐火物の耐火温度の低下をもたらしてしまうため、使用済耐火物を再利用する際には、極力、浸潤層を有する塊、粒状の使用済耐火物の混入を抑制しなければならない。
【００２０】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、使用済耐火物の主成分、粒度によって若干異なるが、塊、粒状の使用済耐火物１個当たりに含まれる酸化鉄成分の含有量を０．４質量％以下にできれば、この使用済耐火物を耐火物原料として再利用しても、耐用性の低下を招くことはなく、再利用時の寿命低下の要因にはならないことを知見し、図２に示す調査結果より、使用済耐火物中から除去が可能な含有酸化鉄の限界含有量は、磁束密度が大きくなると共に、小さくすることができ、10,000ガウス以上の磁束密度で二次磁力選別を行うことで、酸化鉄の含有量を０．４質量％以下に達成できることを見出した。
【００２１】
一般に、炭素を含有しない使用済耐火物は、炭素を含有する使用済耐火物に比べ、スラグ等に対する炭素の濡れ難さの効果を発現できない分だけ、相対的に浸潤層の厚みは大きい。したがって、二次磁力選別の精度バラツキを考慮すると、単位処理重量当たりの非磁性体（浸潤層が無いもの）に紛れ込む磁性体（浸潤層が有るもの）の絶対重量は、炭素を含有しない使用済耐火物の方が高くなる。また、炭素を含有する使用済耐火物の中には、浸潤層が無く、非磁性体でありながら、含有する炭素が酸化し、耐火物組織が劣化しているものも一部存在している。
【００２２】
操業条件が厳しく、内張り耐火物の化学成分に厳密性を要求されるものもあり、使用済耐火物の再利用を更に安定化させる目的で、耐用性に影響を及ぼすこれらの不良な使用済耐火物を、更に除去することが必要な場合もある。
【００２３】
本発明者等は、使用済耐火物の再利用を更に安全にする目的で、浸潤層又は酸化層を含むものを追加除去する手法を鋭意研究した結果、これらの色彩の違いを利用することで、自動的に識別できることを見出した。これは、炭素を含有しない使用済耐火物では浸潤層が無い部分は白いが、浸潤層の部分は黒く、また炭素を含有する使用済耐火物では元々の色は黒いが、酸化した部分は白くなることで、識別できることを利用した。
【００２４】
粒度毎に、二次磁力選別された使用済耐火物は、色彩選別９に掛ける。色彩選別装置の構成の一例を説明すると、予めリジェクトすべき対象の色彩情報をコンピューターにインストールし、ベルトコンベアーに連続的に流れる対象物の色彩情報をカメラで識別し、リジェクトすべき対象物が通過した際にエアーガンで吹き飛ばす方式のものである。この方式の色彩選別機を使用することで、良質部分からなる使用済み耐火物と一緒にベルトコンベア上に搬送された不良質部分を含む使用済耐火物のみが、落下点近傍で打ち落とされることで、不良質部分をほぼ完全に除去でき、落下点近傍で打ち落とされずにシュートに納まった使用済耐火物には、殆ど良質部分の使用済耐火物のみが残る。
【００２５】
二次磁力選別され、必要に応じて更に色彩選別されて、スラグ浸潤層が無いものとして分類された良質部からなる使用済耐火物７，１０は、キャスタブル，圧入流し込み材の骨材、又は吹付け施工用耐火材，耐火煉瓦の耐火物原料等に使用される。
【００２６】
一方、二次磁力選別され、必要に応じて更に色彩選別されて、スラグ浸潤層または酸化層が存在するものとして分類された不良質部分を含む使用済耐火物８，１１は、浸潤層に含まれる酸化鉄を還元させるために炭材と一緒に溶融１４，１５させることで、緻密で酸化鉄の含有量が小さいものを造り、耐火物の原料１６，１７として再利用する。または、溶融させずに、プレス装置、インターロッキングブロック装置等で成形する景観材の原料１８，１９として、若しくは樋砂、タンディッシュシール材、タンディッシュ堰ブロック、ＴＰＣ受銑口カバー材等、製鉄工場において、耐火物を内張りした精錬炉及び取鍋、樋等の搬送や付帯設備の寿命要因に至らない非重要部位に施工する低級品質の耐火物原料２０，２１として、そのまま再利用する。
【００２７】
この使用済耐火物の処理方法によって、使用済耐火物の大量処理と処理費用の低減が可能になり、しかも使用済耐火物の大半を有効に再利用でき、廃棄する耐火物を最小限にして埋め立て等の環境上の問題を回避することができる。
【００２８】
【実施例】
次に、本発明に係わる使用済耐火物の処理方法の実施例について説明する。
【００２９】
溶鋼の搬送に使用した取鍋に内張りされていたAl₂O₃を８５質量％含むアルミナ系キャスタブル２０トンを、張り替えのために、ピックブレーカーで解体して回収し、更に人頭大の大きさに粗破砕した。図３に、処理工程フローと、各工程における選別回収した使用済耐火物の収支バランス、及び蛍光Ｘ線で解析した酸化鉄の含有割合を示す。先ず、使用済耐火物を、磁束密度3500ガウスを有する吊り下げ式磁力選別装置を用いて、一次の磁力選別を行った。その結果、混在していた１．８トンの地金全量を磁性体として選別することができた。一次磁力選別で分類され、使用済耐火物のみで構成される非磁性体は、ジョークラッシャーで６０ｍｍ以下に破砕された後、振動篩い装置を用い、粒度が６０〜２０ｍｍ，２０〜５ｍｍ，５ｍｍ以下になるように篩い分けした。そして、６０〜２０ｍｍ，２０〜５ｍｍは、粒度毎に、磁束密度12000ガウスのベルト式磁力選別装置に、５ｍｍ以下は、28000ガウスの対極型磁力選別装置に掛け、磁性体と非磁性体に選別した。ここで、粒度が５ｍｍ以下の使用済耐火物のみ、対極型磁力選別機に掛けたのは、1mm以下の細粒も多量に含まれるため、ベルト式磁力選別では静電気の発生で、ベルトに付着してしまい、非磁性体でありながら、磁性体のシュートに放り込まれ、正しい選別が難しいと判断し、落下方式の方が適していると考えたからである。
【００３０】
更に、５ｍｍ以下の粒度を除き、色彩選別機に掛け、粒度毎に浸潤層を含むものと含まないものに分類した。色彩選別機はCCDカメラを１台搭載し、ベルトコンベアの幅が300ｍｍで、エアーガンが300mm幅に対して横一列に３０個並び、１秒間に1,000発噴射できる装置を用いて、ベルトコンベアの搬送速度が８０ｍ／分の条件で、本来白色のものが浸潤層を形成し、黒ずむことで識別できることにより分類した。図３に、色彩選別後、浸潤層無しに分類された使用済耐火物中に混入している浸潤層を手選別して求め、それを除いた使用済み耐火物の比率を合格率として示しているが、色彩選別を行うことで、いずれの粒度に対しても、９９．９％の合格率まで高めることができ、含有酸化鉄の影響を懸念する必要は全く無い。ここで、５ｍｍ以下の粒度に適用しなかったのは、二次磁力選別で、既に再利用にそのまま廻す使用済耐火物に含まれる酸化鉄成分量の目標値である０．４質量％を下回っていたので、色彩選別を掛けても、粒度が細かく、処理能力が極端に、他の粒度に比べ落ちてしまい、また使用済耐火物の粒度に対して、カメラの分解像のレベルとエアーガン噴射による選択除去の確率が低く、高い精度での選別が不可能と判断したからである。
【００３１】
二次磁力選別し、色彩選別を掛けて、浸潤層が無いと判断された粒度６０〜２０ｍｍの使用済耐火物は、取鍋敷部に設置する圧入流し込みブロックのブラウンアルミナ粗骨材の代替として、内掛け６０質量％を添加し、再利用したところ、充填状態も良好で、通常品と比較して、寿命低下をもたらすことはなかった。
【００３２】
浸潤層が無いと判断された粒度２０〜５ｍｍの使用済耐火物は、取鍋一般壁向けキャスタブルのブラウンアルミナ粗骨材の代替として、内掛け２５質量％を添加し、再利用したところ、施工性、充填状態も良好で、通常品と同等の寿命を確保した。
【００３３】
二次磁力選別を掛け、非磁性体と判断された粒度５ｍｍ以下の使用済耐火物は、乾式吹き付け用補修材として、内掛け４０質量％を添加し、再利用したところ、付着歩留まりの低下をもたらすことも無く、通常品と同等の耐用性を確保できた。
【００３４】
一方、二次磁力選別を掛け、磁性体と判断された粒度５ｍｍ以下の使用済耐火物は、バケットに積み上げていき、２トン堆積したところで、１時間毎に、４回に分けて、炭材となるコークス粉と一緒に、アーク式溶融炉に投入して、2500〜3000℃でアーク加熱を行い、投入した使用済耐火物全量の約７０質量％が溶融したところで、加熱を止め、自然冷却を行った後、固化した溶融部のインゴットを取りだし、破砕してから3000ガウスの磁力選別を行って、還元された金属鉄を除去した。その結果、溶融前に、６．２質量％あった酸化鉄の含有量が、インゴットでは０．２質量％まで低下し、良質な耐火物原料を得ることができた。
【００３５】
二次磁力選別で磁性体と判断されたもの、及び色彩選別を掛けて浸潤層が在ると判断された粒度６０〜２０ｍｍの使用済耐火物は、景観材ブロックの骨材として再利用し、微粉のポルトランドセメントと高炉スラグ粉と一緒に練って、インターロッキングブロク装置で成形して、廉価な景観材として市場に供給している。
【００３６】
二次磁力選別で磁性体と判断されたもの、及び色彩選別を掛けて浸潤層が在ると判断された粒度２０〜５ｍｍの使用済耐火物は、樋カバー用キャスタブルの骨材として、内掛け２０質量％を添加し、再利用したところ、操業に支障を来すことなく、通常品比べ、特に耐用性の低下も見られなかった。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、製鉄工場で発生・回収した使用済耐火物全量に対して、混入した地金を完全除去した後、各粒度毎に、非磁性体と磁性体、浸潤層を含むものと含まないものに、高い処理能力で自動選別できるようになった。選別した使用済耐火物の形態、特徴に応じて、再利用することで、従来３％であった再利用率が、９９．９％まで上昇することができた。特に、耐火物原料として再利用しな場合も、使用済耐火物を添加していない従来耐火物に比べ、寿命低下をもたらすことは無く、同等の耐用性を確保できた。それに伴い、製鉄工場で使用する耐火物コストは約２０％削減でき、また埋め立てに向ける廃棄量も、年間を通じて、ゼロにすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における使用済耐火物の処理方法のフローチャートである。
【図２】二次選別後の非磁性体中に含まれる酸化鉄含有量−磁束密度の関係図である。
【図３】使用済耐火物の処理工程毎の収支バランスと酸化鉄含有量を示す。

Claims (5)

1. 使用済の耐火物に対して、一次の磁力選別を行い、地金を除去した後、破砕して篩い分けし、更に粒度毎に一次の磁力選別よりも大きな磁力で、二次の磁力選別をして、磁性体と非磁性体に分類することを特徴とする使用済耐火物の処理方法。
2. 非磁性体として分類された使用済耐火物を、耐火物原料として再利用することを特徴とする請求項１記載の使用済耐火物の処理方法。
3. 選別された前記非磁性体の使用済耐火物に対して、更にスラグ浸潤層の有無を色彩で識別して、スラグ浸潤層の無いものと浸潤層が存在するものとに分類することを特徴とする請求項１記載の使用済耐火物の処理方法。
4. 非磁性体で、スラグ浸潤層が無いものとして分類された使用済耐火物を、耐火物原料として再利用することを特徴とする請求項３記載の使用済耐火物の処理方法。
5. 磁性体として、又はスラグ浸潤層が存在するものとして分類された使用済耐火物を、溶融し冷却固化させた後耐火物原料として、または溶融させずに成形して景観材用の原料若しくは耐火物原料として再利用することを特徴とする請求項１又は３記載の使用済耐火物の処理方法。

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