(57)【要約】【課題】水の最適添加量を決定して強度の高い塊成物を容易に製造することが可能な製鋼用塊成物の製造方法を提供する。【解決手段】鉄含有物を原料として用い、前記原料とバインダーと水とを混合して混合物を調製した後、前記混合物をペレット又はブリケットに加工して、製鋼工程で利用可能な製鋼用塊成物を製造する製鋼用塊成物の製造方法である。この製鋼用塊成物の製造方法において、前記原料の吸水率及び前記バインダーの粘度上昇濃度に基づいて前記製鋼用塊成物中の適正水分量を求め、前記適正水分量となるように前記水の添加量を決定する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄含有物を原料として用い、前記原料とバインダーと水とを混合して混合物を調製した後、前記混合物をペレット又はブリケットに加工して、製鋼工程で利用可能な製鋼用塊成物を製造する製鋼用塊成物の製造方法において、
前記原料の吸水率及び前記バインダーの粘度上昇濃度に基づいて前記製鋼用塊成物中の適正水分量を求め、前記適正水分量となるように前記水の添加量を決定する、製鋼用塊成物の製造方法。
【請求項２】
前記バインダーの粘度上昇濃度は、前記バインダーを水に溶解させたときに粘度が６０００ｍＰａ・ｓを超えるときの濃度（質量比）である、請求項１に記載の製鋼用塊成物の製造方法。
【請求項３】
前記原料がｎ種（ｎは１以上）の鉄含有物であり、前記適正水分量が下記の関係式：
【数１】
2020063491.tif 000009
（式中、Ｗｏｐは、適正水分量（質量％）であり、Ｄｋは各原料の吸水率（％）であり、Ｒｋは原料全体に対する各原料の質量比であり、Ｍはバインダーの粘度上昇濃度（質量比）であり、Ａ１〜Ａ３は定数である。）によって決定される、請求項２に記載の製鋼用塊成物の製造方法。
【請求項４】
前記バインダーが化工澱粉である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製鋼用塊成物の製造方法。
【請求項５】
前記バインダーの添加量が、前記原料１００質量部に対して１〜５質量部である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製鋼用塊成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼用塊成物の製造方法に関する。詳細には、本発明は、鉄含有物を原料として用いた製鋼用塊成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスで発生するダストやスラッジなどの鉄分を含有する鉄含有物は、資源の有効活用や環境問題などの観点から、製鉄所内で鉄源として再利用することが進められている。この鉄含有物は、焼結工程で再利用することが多いが、金属鉄を多く含むものなどはペレット又はブリケットに加工して得られた塊成物（「造粒物」とも称される）を製鋼工程（転炉）で再利用することもある。
【０００３】
塊成物は、鉄含有物をバインダーと水とを混合した後、造粒してペレット又はブリケットとし、乾燥させることによって一般に製造されている。
塊成物の製造に用いられるバインダーとしては、アルミナセメントなどの無機系バインダー、コーンスターチやデキストリンなどの有機系バインダーを用いることが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
しかしながら、塊成物の製造では、水の添加量が適切な範囲でないと、製鋼工程で利用できる程度の強度を有する塊成物が得られ難い。適切な水の添加量は、鉄含有物やバインダーの種類などによって異なるため、使用する鉄含有物やバインダーの種類などに応じて適切な水の添加量を決定する必要があり、非常に手間がかかる。
【０００４】
造粒時の水の添加量を決定する方法としては、例えば、特許文献４には、高炉原料である焼結鉱の製造において、焼結原料の吸収指数、粒度分布、化学組成などから造粒物の適正水分量を求め、この適正水分量となるように水の添加量を決定する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２１３９３３号公報
【特許文献２】特許第６１７６９８５号公報
【特許文献３】特開２０１８−１１９１７８号公報
【特許文献４】特許第５４０１９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献４に記載の方法は、高炉原料である焼結鉱の製造に関するものであって、鉄鉱石や固体燃料などを原料として含むため、この技術を鉄含有物を原料として用いる塊成物の製造に適用することはできない。また、特許文献４に記載の方法は、造粒物の適正水分量に対するバインダーの影響についても考慮されていない。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、水の最適添加量を決定して強度の高い塊成物を容易に製造することが可能な製鋼用塊成物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、製鋼用塊成物中の適正水分量が、原料の吸水率及びバインダーの粘度上昇温度と密接に関係しているという知見に基づき、原料の吸水率及びバインダーの粘度上昇濃度に基づいて製鋼用塊成物中の適正水分量を求め、この適正水分量となるように水の添加量を決定することで、上記の問題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、鉄含有物を原料として用い、前記原料とバインダーと水とを混合して混合物を調製した後、前記混合物をペレット又はブリケットに加工して、製鋼工程で利用可能な製鋼用塊成物を製造する製鋼用塊成物の製造方法において、
前記原料の吸水率及び前記バインダーの粘度上昇濃度に基づいて前記製鋼用塊成物中の適正水分量を求め、前記適正水分量となるように前記水の添加量を決定する、製鋼用塊成物の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、水の最適添加量を決定して強度の高い塊成物を容易に製造することが可能な製鋼用塊成物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】様々な鉄含有物を用いて作製した塊成物の水分量と圧潰強度との関係を表すグラフである。
【図２】様々なバインダーを用いて作製した塊成物の水分量と圧潰強度との関係を表すグラフである。
【図３】バインダーの濃度と水溶液の粘度との関係を表すグラフである。
【図４】塊成物の適正水分量の実測値と推定値Ｗｏｐとの関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る製鋼用塊成物（以下、「塊成物」と略することがある）の製造方法は、鉄含有物を原料として用い、前記原料とバインダーと水とを混合して混合物を調製した後、前記混合物をペレット又はブリケットに加工して製鋼用塊成物とする。
なお、混合方法及び加工方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行えばよい。また、ペレット又はブリケットに加工した後、乾燥処理を行ってもよい。
【００１４】
鉄含有物としては、特に限定されないが、資源の有効活用や環境問題などの観点から、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を用いることが好ましい。
製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物としては、特に限定されないが、例えば、ダスト、スラッジ、スケール、地金などが挙げられる。これらは、単独又は複数種を組み合わせて用いることができる。
【００１５】
ここで、様々な鉄含有物を用いて作製した塊成物の水分量と圧潰強度との関係を表すグラフを図１に示す。なお、図１中の「％」は質量基準の百分率である。また、塊成物は、全て同じバインダー（α澱粉Ｂ）を同じ割合（鉄含有物１００質量部に対して２質量部）で用いて作製した。
図１に示すように、圧潰強度が最大となる塊成物の水分量が、鉄含有物の種類によって異なることがわかる。したがって、塊成物の圧潰強度を高めるためには、鉄含有物の種類に応じて塊成物の適正水分量を予め求め、塊成物を製造する際に、この適正水分量となるように水の添加量を調整することが重要となる。
そこで、本実施形態の製造方法では、鉄含有物（原料）の吸水率を考慮した関係式を用いることにより、鉄含有物の種類に応じた塊成物の水分量を求めることを可能にしている。関係式については下記で詳細に説明する。
なお、本明細書において「圧潰強度」とは、ＪＩＳ  Ｍ８７１８：２００８に準拠して測定される圧潰強度（crushing strength）を意味する。
【００１６】
バインダーとしては、特に限定されないが、例えば、セメント、ベントナイトなどの無機系バインダー、澱粉、糖蜜などの有機系バインダーが挙げられる。
無機系バインダーは、安価であるが、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3などのスラグ含有量が高く、その中でもセメントは、塊成物の強度を高めるために長期間の養生処理などが必要になる。一方、有機系バインダーは、高価であるものの、スラグ含有量が低く、無機系バインダーよりも少量で塊成物の強度を高めることができ、特別な養生処理なども必要ない。したがって、バインダーとしては、有機系バインダーを用いることが好ましい。
【００１７】
有機系バインダーの中でも澱粉は、入手の容易性などの観点からバインダーとして一般に使用されるが、そのままでは冷水に溶解しない。そのため、酵素や熱などで変性した化工澱粉をバインダーとして用いることが好ましい。化工澱粉としては、α澱粉やデキストリンなどが挙げられる。
なお、デキストリンには、澱粉を１００〜２００℃で加熱して製造される焙焼デキストリンや、酸や酵素でデキストリン化したものなどのように数種類があるが、いずれを用いてもよい。
また、バインダーとして、化工澱粉に加えて、ベントナイト、糖蜜及びパルプ廃液のうちの少なくとも１種を、塊成物の強度向上やバインダーの流動性向上の目的で適宜添加してもよい。
【００１８】
バインダーの添加量は、原料をペレット又はブリケットに加工して塊成化が可能な範囲であれば特に限定されず、バインダーの種類に応じて適宜調整すればよい。化工澱粉をバインダーとして用いる場合、その添加量は、原料１００質量部に対して、好ましくは０．５〜５質量部、より好ましくは１〜３質量部である。
【００１９】
ここで、様々なバインダーを用いて作製した塊成物の水分量と圧潰強度との関係を表すグラフを図２に示す。塊成物は、全て同じ鉄含有物（ダスト８０質量％及び地金２０質量％）を用い、バインダーの添加量を鉄含有物１００質量部に対して２質量部として作製した。
図２に示すように、圧潰強度が高くなる塊成物の水分量が、バインダーの種類によって異なることがわかる。したがって、塊成物の圧潰強度を高めるためには、バインダーの種類に応じて塊成物の水分量を予め求め、塊成物を製造する際に、この水分量となるように水の添加量を調整することが重要となる。
そこで、本実施形態の製造方法では、バインダーの粘度上昇濃度を考慮した関係式を用いることにより、鉄含有物の種類に応じた塊成物の水分量を求めることを可能にしている。関係式については下記で詳細に説明する。
【００２０】
水の添加量は、原料の吸水率及びバインダーの粘度上昇濃度に基づいて製鋼用塊成物中の適正水分量を求め、この適正水分量となるように決定される。
ここで、原料の吸水率は、特に限定されるわけではないが、次のようにして求めることができる。まず、ろ過ロート内のろ紙上に原料を配置した後、純水を原料が浸漬するまで加え、その浸漬状態を１２時間保持する。１２時間後、真空ポンプを用い、−６００ｍｍＨ2Ｏの圧力で、ろ過ロート内の水分を３０分間吸引除去し、ろ紙上に原料が残ったままの状態のろ過ロート（ゴム栓を含む）の重量（Ｗａ）を測定する。その後、乾燥機を用いてろ過ロート内の原料及びろ紙を完全に乾燥させ、ろ紙上に原料が残ったままの状態のろ過ロート（ゴム栓を含む）の重量（Ｗｂ）を測定する。また、ろ過ロート（ゴム栓を含む）のみの重量（Ｗｃ）、ろ紙を純水で湿潤させたときの重量（Ｗｄ）、ろ紙の乾燥重量（Ｗｅ）もそれぞれ測定する。このようにして測定されるＷａ〜Ｗｄを用い、下記式によって原料の給水率（％）を求めることができる。
【００２１】
【数１】
2020063491.tif 000002
【００２２】
また、バインダーの粘度上昇濃度は、バインダーを水に溶解させたときに、水溶液の粘度が急激に上昇するバインダーの濃度（水溶液の全質量に対するバインダーの質量比）のことを意味する。ここで、様々なバインダーを用いた場合の、バインダーの濃度と水溶液の粘度との関係を表すグラフを図３に示す。図３に示されるように、バインダーの濃度が高くなるにつれて水溶液の粘度が徐々に高くなるが、バインダーの濃度が所定の値を超えると水溶液の粘度が急激に上昇する。このときのバインダーの濃度がバインダーの粘度上昇濃度である。このようなバインダーの濃度と水溶液の粘度との関係は、例示したバインダー以外でも同様に確認される。
【００２３】
バインダーの粘度上昇濃度は、水溶液の粘度が６０００ｍＰａ・ｓを超えるときのバインダーの濃度（水溶液の全質量に対するバインダーの質量比）であることが好ましい。水溶液の粘度が６０００ｍＰａ・ｓを超えるときのバインダーの濃度は、図３に示すようなバインダーの濃度と水溶液の粘度との関係を示すグラフから容易に導くことができる。
ここで、本明細書において「粘度」とは、ブルックフィールドＬＶＤＶＥ粘度計（スピンドルＬＶ３）を用いて、温度２５℃、回転数２０ｒｐｍの条件で測定されるときの粘度を意味する。
【００２４】
製鋼用塊成物中の適正水分量は、原料がｎ種（ｎは１以上）の鉄含有物である場合、下記の関係式によって求めることができる。
【００２５】
【数２】
2020063491.tif 000003
【００２６】
式中、Ｗｏｐは、適正水分量（質量％）であり、Ｄｋは各原料の吸水率（％）であり、Ｒｋは原料全体に対する各原料の質量比であり、Ｍはバインダーの粘度上昇濃度（質量比）であり、Ａ１〜Ａ３は定数である。
例えば、原料が２種（鉄含有物Ａ及び鉄含有物Ｂの混合物）である場合、上記の関係式は以下のように表される。
【００２７】
【数３】
2020063491.tif 000004
【００２８】
式中、ＤＡは鉄含有物Ａの吸水率（％）であり、ＤＢは鉄含有物Ｂの吸水率（％）であり、ＲＡは、鉄含有物Ａ及び鉄含有物Ｂの混合物に対する鉄含有物Ａの質量比（鉄含有物Ａの質量／（鉄含有物Ａの質量＋鉄含有物Ｂの質量））であり、ＲＢは、鉄含有物Ａ及び鉄含有物Ｂの混合物に対する鉄含有物Ｂの質量比（鉄含有物Ｂの質量／（鉄含有物Ａの質量＋鉄含有物Ｂの質量））であり、それ以外は上記関係式と同じである。
【００２９】
上記の関係式は、様々な原料及びバインダー、並びに水を様々な割合で混合して塊成物を作製し、塊成物の水分量及び圧潰強度を実際に測定した結果から導かれたものである。具体的には、水分量以外の条件が同じ塊成物の中から圧潰強度が最も高くなった塊成物の水分量を求める。このようにして圧潰強度が最も高くなった様々な塊成物の水分量と、原料の吸水率及びバインダーの粘度上昇濃度との関係を求めることによって上記の関係式を得ることができる。以下、実例を挙げながら説明する。
【００３０】
鉄含有物としてダスト（吸水率１０．７％）、スケール（吸水率２６．４％）及び地金（吸水率２０．０％）、バインダーとしてデキストリンＡ（粘度上昇濃度０．５）、α澱粉Ａ（粘度上昇濃度０．４３）、α澱粉Ｂ（粘度上昇濃度０．２）及びα澱粉Ｃ（粘度上昇濃度０．１４）を用いて、下記の表１に示す組み合わせにて混合した後、混合物を造粒して乾燥させることによって塊成物を得た。なお、バインダーの添加量は、原料である鉄含有物の合計１００質量部に対して２質量部とした。また、鉄含有物の吸水率は、ろ過ロートを用いる上記の方法で算出し、バインダーの粘度上昇濃度は、水溶液の粘度が６０００ｍＰａ・ｓを超えるときのバインダーの濃度とした。その後、得られた塊成物の圧潰強度及び水分量を測定した。
【００３１】
なお、塊成物の圧潰強度は、ＪＩＳ  Ｍ８７１８：２００８に準拠して測定した。また、塊成物の水分量は、１０５℃で１２時間以上塊成物を乾燥させ、乾燥前後の重量から算出した。具体的には、下記の式によって塊成物の水分量の実測値を算出した。
塊成物の水分量（実測値）＝（乾燥前の塊成物の水分量−乾燥後の塊成物の水分量）／乾燥前の塊成物の水分量×１００
下記の表１では、圧潰強度が最も高くなった塊成物の水分量の実測値を示す。
また、圧潰強度が最も高くなった塊成物の水分量の実測値を用いて、作製した塊成物に共通する上記関係式の定数Ａ１〜Ａ３を算出した。その結果、Ａ１は０．２６９、Ａ２は０．６１７、Ａ３は−２．８３６となった。そして、算出された定数Ａ１〜Ａ３を有する上記関係式を用いて適正水分量Ｗｏｐを求めた。表１では、適正水分量Ｗｏｐの結果を推定値として表す。
【００３２】
【表１】
2020063491.tif 000005
【００３３】
上記の実験で得られた塊成物の適正水分量の実測値と推定値Ｗｏｐとの関係を表すグラフを図４に示す。図４に示されるように、適正水分量の実測値と適正水分量の推定値Ｗｏｐとの間には相関関係があることが確認された。
したがって、上記関係式を用いて適正水分量Ｗｏｐを予め求めておけば、造粒の際に、この適正水分量Ｗｏｐとなるように水の添加量を調整するだけでよい。その結果、水の添加量の最適化によって、強度の高い塊成物を容易に製造することが可能になる。
【実施例】
【００３４】
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
８０質量％のダスト（吸水率１０．７％）及び２０質量％の地金（吸水率２０．０％）からなる原料（鉄含有物）、原料１００質量部に対して１．５質量部のデキストリンＡ（バインダー、粘度上昇濃度０．６７）及び水を混合機にて混合して混合物を調製した後、ブリケットマシンで加工してブリケット（塊成物）を得た。各成分を混合する際、様々な水分量の塊成物を得るために、水の添加量を変化させた。なお、ブリケットマシンのロールは、径が５３４ｍｍ、幅が１２４ｍｍ、ポケットサイズが５０×４８×２０ｍｍとした。
次に、作製したブリケットを大気雰囲気下で２日間放置した後、水分量及び圧潰強度を測定した。水分量及び圧潰強度は各条件１０個のブリケットで測定し、その平均値を測定結果とした。これらの結果を表２に示す。
なお、鉄含有物の吸水率、デキストリンＡの粘度上昇濃度、並びにブリケット（塊成物）の水分量及び圧潰強度は、上記と同様の条件で測定した。
一方、Ａ１を０．２６９、Ａ２を０．６１７、Ａ３を−２．８３６とする上記関係式を用いて適正水分量Ｗｏｐを算出した。この結果も表２に示す。
【００３６】
【表２】
2020063491.tif 000006
【００３７】
表２に示されるように、適正水分量Ｗｏｐに最も近い水分量である試験Ｎｏ．１−３のブリケットの圧潰強度が最も高くなった。したがって、上記関係式を用いることでブリケット（塊成物）の最適な水分量を決定し得ることを確認した。
【００３８】
（実施例２）
バインダーとしてα澱粉Ａ（粘度上昇濃度０．４３）を用い、α澱粉Ａの添加量を原料１００質量部に対して１．３質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にしてブリケット（塊成物）を作製し、水分量及び圧潰強度の評価を行った。また、Ａ１を０．２６９、Ａ２を０．６１７、Ａ３を−２．８３６とする上記関係式を用いて適正水分量Ｗｏｐを算出した。これらの結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】
2020063491.tif 000007
【００４０】
表３に示されるように、適正水分量Ｗｏｐに最も近い水分量である試験Ｎｏ．２−２のブリケットの圧潰強度が最も高くなった。したがって、上記関係式を用いることでブリケット（塊成物）の最適な水分量を決定し得ることを確認した。
【００４１】
（実施例３）
原料（鉄含有物）としてダスト（吸水率１０．７％）のみからなる鉄含有物、バインダーとしてα澱粉Ｂ（粘度上昇濃度０．２０）を用い、α澱粉Ｂの添加量を原料１００質量部に対して１．０質量部に変更したこと以外は実施例１と同様にしてブリケット（塊成物）を作製し、水分量及び圧潰強度の評価を行った。また、Ａ１を０．２６９、Ａ２を０．６１７、Ａ３を−２．８３６とする上記関係式を用いて適正水分量Ｗｏｐを算出した。これらの結果を表４に示す。
【００４２】
【表４】
2020063491.tif 000008
【００４３】
表４に示されるように、適正水分量Ｗｏｐに最も近い水分量である試験Ｎｏ．３−３のブリケットの圧潰強度が最も高くなった。したがって、上記関係式を用いることでブリケット（塊成物）の最適な水分量を決定し得ることを確認した。
【００４４】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、水の最適添加量を決定して強度の高い塊成物を容易に製造することが可能な製鋼用塊成物の製造方法を提供することができる。
【図１】
2020063491.tif 000010
【図２】
2020063491.tif 000011
【図３】
2020063491.tif 000012
【図４】
2020063491.tif 000013