(57)【要約】【課題】製鉄ダストを、該製鉄ダストに含まれる金属鉄および酸化第一鉄の酸化を抑制して処理することができる製鉄ダストの処理方法、製鉄ダストのリサイクル方法および製鉄ダストの造粒物の製造方法を提案する。【解決手段】製鉄プロセスで発生する金属鉄および酸化鉄を含む製鉄ダストの処理方法であって、製鉄ダストの水分量を調整する水分量調整工程と、製鉄ダストのｐＨを調整するｐＨ調整工程と、水分量およびｐＨが調整された前記製鉄ダストにバインダーを添加するバインダー添加工程と、前記バインダーが添加された製鉄ダストを造粒する造粒工程とを有することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄プロセスで発生する金属鉄および酸化鉄を含む製鉄ダストの処理方法であって、
前記製鉄ダストの水分量を調整する水分量調整工程と、
前記製鉄ダストのｐＨを調整するｐＨ調整工程と、
水分量およびｐＨが調整された前記製鉄ダストにバインダーを添加するバインダー添加工程と、
前記バインダーが添加された前記製鉄ダストを造粒する造粒工程と、
を有することを特徴とする製鉄ダストの処理方法。
【請求項２】
前記水分量調整工程において、前記製鉄ダストの水分量が７質量％以上３０質量％以下に調整される、請求項１に記載の製鉄ダストの処理方法。
【請求項３】
前記ｐＨ調整工程において、前記製鉄ダストのｐＨが８以上に調整される、請求項１または２に記載の製鉄ダストの処理方法。
【請求項４】
前記バインダー添加工程において添加されるバインダーが水硬性バインダーであり、該水硬性バインダーの添加量が３質量％以上１８質量％以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製鉄ダストの処理方法。
【請求項５】
前記造粒工程において、前記製鉄ダストは転動式の造粒装置を用いて造粒される、請求項１〜４に記載の製鉄ダストの処理方法。
【請求項６】
前記製鉄ダストは転炉ダストである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製鉄ダストの処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６の製鉄ダストの処理方法によって、前記製鉄ダストの造粒物を製造することを特徴とする製鉄ダストの造粒物の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜６の製鉄ダストの処理方法における前記造粒工程で得られた前記製鉄ダストの造粒物を、製鉄所の設備において利用する鉄源としてリサイクルすることを特徴とする製鉄ダストのリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄ダストの処理方法、製鉄ダストのリサイクル方法および製鉄ダストの造粒物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所における製鉄の工程で発生する鉄分を含むさまざまなダスト（以下、「製鉄ダスト」とも言う。）を塊状化し、キュポラなどの竪型炉にリサイクル装入して、鉄源を回収する方法は古くから検討されている。例えば、特許文献１には、酸化鉄および金属鉄を含む製鉄ダスト、水硬性バインダー、および塩化物を主体とする原料に水を加えて混合し、成形した後、得られた成形物を水和硬化させてダスト塊成化物とする方法が記載されている。
【０００３】
特許文献１による方法では、原料中に配合された塩化物の作用により、原料中の金属鉄の酸化・発熱反応が促進される結果、水硬性バインダーの水和硬化が促進され、少ない水硬性バインダー量と短時間の養生によって、製鉄プロセスにおいてリサイクル（すなわち、鉄源の回収）するのに好適な、高い強度を有する鉄含有塊成化物が製造できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７９８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、溶銑または溶鋼は溶融状態の金属鉄であり、これは金属鉄を溶解するか、酸化鉄を還元することにより得られる。上記溶銑や溶鋼にリサイクルされる製鉄ダスト中に含まれる鉄分が金属鉄であれば、溶解するエネルギーを消費するのみである。一方、製鉄ダスト中に含まれる鉄分が酸化鉄の場合には、溶解のエネルギーに加え、酸化鉄から金属鉄に還元するためのエネルギーが必要となる。
【０００６】
上述のように、特許文献１による方法では、金属鉄の酸化時に発生する熱を利用して、水硬性バインダーの硬化を促進しているため、塊成化物の強度はごく短期間に向上し、炉での使用に耐えうる強度を有するものとなる。しかしながら、金属鉄は酸化されて酸化鉄となるため、リサイクルする際に再度還元させる必要があり、そのために還元炉におけるエネルギー消費量が増大するという問題があった。
【０００７】
また、金属鉄を含む製鉄ダストは、その取り扱いが難しく、塊成化物を製造するまでの移送過程において、意図しない酸化発熱を生じる虞がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、製鉄ダストを、該製鉄ダストに含まれる金属鉄および酸化第一鉄の酸化を抑制して処理することができる製鉄ダストの処理方法、製鉄ダストのリサイクル方法および製鉄ダストの造粒物の製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］製鉄プロセスで発生する金属鉄および酸化鉄を含む製鉄ダストの処理方法であって、
前記製鉄ダストの水分量を調整する水分量調整工程と、
前記製鉄ダストのｐＨを調整するｐＨ調整工程と、
水分量およびｐＨが調整された前記製鉄ダストにバインダーを添加するバインダー添加工程と、
前記バインダーが添加された前記製鉄ダストを造粒する造粒工程と、
を有することを特徴とする製鉄ダストの処理方法。
【００１０】
［２］前記水分量調整工程において、前記製鉄ダストの水分量が７質量％以上３０質量％以下に調整される、前記［１］に記載の製鉄ダストの処理方法。
【００１１】
［３］前記ｐＨ調整工程において、前記製鉄ダストのｐＨが８以上に調整される、前記［１］または［２］に記載の製鉄ダストの処理方法。
【００１２】
［４］前記バインダー添加工程において添加されるバインダーが水硬性バインダーであり、該水硬性バインダーの添加量が３質量％以上１８質量％以下である、前記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の製鉄ダストの処理方法。
【００１３】
［５］前記造粒工程において、前記製鉄ダストは転動式の造粒装置を用いて造粒される、前記［１］〜［４］に記載の製鉄ダストの処理方法。
【００１４】
［６］前記製鉄ダストは転炉ダストである、前記［１］〜［５］のいずれか一項に記載の製鉄ダストの処理方法。
【００１５】
［７］前記［１］〜［６］の製鉄ダストの処理方法によって、前記製鉄ダストの造粒物を製造することを特徴とする製鉄ダストの造粒物の製造方法。
【００１６】
［８］前記［１］〜［６］の製鉄ダストの処理方法における前記造粒工程で得られた前記製鉄ダストの造粒物を、製鉄所の設備において利用する鉄源としてリサイクルすることを特徴とする製鉄ダストのリサイクル方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、製鉄ダストを、該製鉄ダストに含まれる金属鉄および酸化第一鉄が酸化するのを抑制して処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による製鉄ダストの処理方法のフローを示す図である。
【図２】転炉ダストの時間と温度との関係を示す図である。
【図３】転炉ダストの水分量と温度との関係を示す図である。
【図４】転炉ダストのｐＨと温度との関係を示す図である。
【図５】転炉ダストに添加した水硬性バインダーの添加量と粉率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（製鉄ダストの処理方法）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明による製鉄ダストの処理方法は、製鉄プロセスで発生する酸化鉄および金属鉄を含む製鉄ダストの処理方法であり、製鉄ダストの水分量を調整する水分量調整工程と、製鉄ダストのｐＨを調整するｐＨ調整工程と、水分量およびｐＨが調整された製鉄ダストにバインダーを添加するバインダー添加工程と、バインダーが添加された製鉄ダストを造粒する造粒工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明者らは、処理した製鉄ダストをリサイクルする際に酸化鉄の還元に要するエネルギーを抑制するために、製鉄ダストをできるだけ鉄の酸化度を上げることなく処理する方法について鋭意検討した。
【００２１】
鉄の酸化度は、例えば金属鉄（Ｆｅ）であれば０価、酸化第一鉄（ＦｅＯ）であれば２価、酸化の最も進んだ酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）は３価である。鉄の酸化反応は発熱反応であり、以下の式（１）および（２）のように反応する。
２Ｆｅ＋（３／２）Ｏ２＝Ｆｅ２Ｏ３      △Ｈ１= −８２１ｋＪ／ｍｏｌ  （１）
２ＦｅＯ＋（１／２）Ｏ２＝Ｆｅ２Ｏ３      △Ｈ２= −２９３ｋＪ／ｍｏｌ（２）
【００２２】
上記式（１）および（２）において、△Ｈｉは、式（ｉ）の反応熱を示しており、負の値は発熱反応を示す。逆方向、つまり還元反応は、同じ熱量の吸熱反応であり、吸熱分の熱は外部から与える必要がある。
【００２３】
上述のように、金属鉄や酸化第一鉄を含む製鉄ダストは、式（１）および（２）に示すように、酸化が進行する際に発熱するため、その取り扱いが難しく、塊成化物を製造するまでの移送過程において意図しない酸化が発生して発熱する虞がある。
【００２４】
このような意図しない酸化による発熱を抑制するため、一般的には製鉄ダストを長期間大気に晒し、酸素と接触させて完全に酸化させた後に移送されているのが現状である。その際、製鉄ダストの酸化を促進するために、ダスト集積場に集められた製鉄ダストの山を掘り起こし、酸素との接触を強化する作業もなされている。この作業はエージングと呼ばれており、多大な労力を要していた。そのため、上記エージングを行うことなく発生した製鉄ダストを直ちにかつ安全に移送できれば、エージング作業を省略することができ、またリサイクルにおける再還元に要するエネルギーも必要なくなる。
【００２５】
そこで本発明者らは、こうした製鉄ダストがどのような条件の時に酸化して発熱するかについて詳細に調査した。金属鉄や酸化第一鉄を含むダストは、製鉄プロセスの精錬工程で発生するものが多い。例えば、高炉−転炉プロセスにおいては、精錬の際に溶鋼に純酸素を吹き付けているが、溶鋼表面で酸素と炭素やシリコン等の不純物が酸化除去される際、鉄の沸点（２８６３℃）を超える高温下で一部の鉄が揮発し、再凝集してダストになる。こうして得られるダストは、気相から凝集して液相を介して固化するため、表面張力のため球状化し、粒径が１〜数十ミクロンの微粒であることが特徴である。
【００２６】
このように、製鉄ダストは微粒であることから、乾式の集塵装置での捕集は難しく、湿式の集塵装置が多く使用されている。湿式の集塵装置によって回収された製鉄ダスト（以下、「湿ダスト」とも言う。）が多くの水を含んでいる間は、ダストに含まれる金属鉄および酸化第一鉄が酸化して発熱しても周囲の水温の上昇や蒸発潜熱に使用される。そのため、湿ダストの温度は、せいぜい１００℃までしか上昇しない。さらに、表層に酸化鉄の被膜が生成されると、一時的に反応が停止する。このような湿ダストが高温下に置かれると、瞬間的にかつ連鎖的に酸化反応が起こる場合がある。そして、金属鉄および酸化第一鉄の酸化反応は、低温では進行が遅く、高温ほど進行しやすいため、湿ダストをできるだけ低温に保つことが重要である。
【００２７】
こうした状況の下、本発明者らは、製鉄ダストを、該ダストに含まれる金属鉄および酸化第一鉄が酸化するのを抑制して処理する方途について鋭意検討した。その結果、製鉄ダストの水分量およびｐＨを調整することによって、製鉄ダストに含まれる金属鉄および酸化第一鉄の酸化発熱を抑制できることを見出した。
【００２８】
また、本発明者らは、上述のように酸化が抑制された製鉄ダストにバインダーを添加して造粒し、造粒物とすることによって、微粒のダストの状態に比べて比表面積を低減することができ、長期間保管した場合にも造粒物に含まれる金属鉄および酸化第一鉄が酸化するのを抑制できることを見出し、本発明を完成させたのである。
【００２９】
以下、金属鉄および酸化第一鉄を含む製鉄ダストが生成される製鉄プロセスが転炉である場合を例として、本発明を具体的に説明する。図１は、本発明による製鉄ダストの処理方法のフローを示している。図１における転炉１は、溶融状態の銑鉄（以下、「溶銑」と言う。）２を精錬して、脱炭や脱シリコンを行い鋼鉄を製造するための炉である。まず、転炉１の上部から溶銑２を装入する。すると、転炉１の下部に溶銑２が貯留される。
【００３０】
次いで、転炉１の上部から酸素ランス３を挿入し、溶銑２の上面近くに配置する。そして、酸素ランス３の下端部４から溶銑２の上端に酸素を高速（しばしば超音速）で吹き付ける。すると、酸素ランス３の下端部４近傍では、溶銑２に含有される炭素やシリコンが酸化され、発熱反応が生じる。このため、酸素ランス３の下端部４近傍では、雰囲気温度が極めて高温となり、鉄の沸点（２８６３℃）を超えると、溶銑２に含まれる鉄分の一部が蒸発する。このような高温部は、酸素ランス３の下端部４のごく近傍のみであるため、鉄の蒸気が高温部近傍から移動して温度が低下すると、再凝集してダストとなる。
【００３１】
蒸発した鉄分は、気相から凝集して液相を介して固化するため、表面張力のために球状化し、粒径が１〜数十ミクロンの微粒となる。その際、雰囲気によっては、金属鉄ダストの一部が酸化するが、転炉の場合、周囲は一酸化炭素（ＣＯ）ガスが多く存在して還元雰囲気となり、特に金属鉄が残留しやすい。
【００３２】
続いて、生成された金属鉄を含有するダストは、転炉集塵装置５により捕集され、転炉１から発生するガスに同伴されてガス清浄装置６へ導入される。ガス清浄装置６では、ガスとダストを分離するために散水が行われる。その結果、ガス清浄装置６のガス導入口６ａから導入されたダストを含有するガスは、清浄用水導入口６ｂから導入された水と接触し、ガス中のダストが水中に取り込まれる。分離された清浄ガスは燃料として価値があるため、清浄ガス取出口６ｃから排出され、各種バーナー等の燃料として利用される。
【００３３】
ガス清浄装置６において分離されたダストを含む水（スラリー）は、スラリー排出口６ｄから排出され、固液分離装置７へ導入される。固液分離装置７では、例えば重力沈降式の分離が行われ、比重の重い固形分は重力により沈降し、液体成分は上澄み液として回収される。図１では、分離された固形分（金属鉄を含有するダスト）は固形分抜出口７ａから抜き出され、水は水分抜出口７ｂから抜き出される。抜き出された水は、例えば清浄用水導入口６ｂからガス清浄装置６に再び導入して循環利用することができる。
【００３４】
固形分抜出口７ａから抜き出された固形分（湿ダスト）をさらに脱水する場合には、脱水機８へ送られる。脱水機８としては、ろ過式のものが多く使用されており、例えば２枚の炉布間にダストをはさみ、圧力を負荷して水分を絞り出すものや、炉布のスラリーの反対側を低圧（真空）にして固液分離するものなどがあるが、その方式は適宜ダストの性状を考慮して適したものを選択してよい。
【００３５】
脱水機８による脱水後の湿ダストは、湿ダスト抜出口８ｂから抜き出され、水分は水分抜出口８ａから抜き出される。水分抜出口８ａから抜き出された水分は、清浄用水導入口６ｂからガス清浄装置６に再び導入して、循環利用することができる。
【００３６】
なお、固液分離装置７が、重力だけではなく、例えば遠心力を使って強力に脱水することが可能なものである場合には、上記脱水機８での脱水処理を省略することができる。また、固液分離をろ過式の脱水機８のみで行うこともできる。固液分離装置７や、脱水機８の性能によって、さらに多段の脱水処理を行うこともできる。
【００３７】
このように、固液分離装置７および／または脱水機８により、湿ダストの水分量を調整することができる。湿ダストの水分量は、７質量％以上に調整することが好ましい。これにより、湿ダストに含まれる金属鉄や酸化第一鉄の酸化発熱による温度上昇を抑制することができる。より好ましくは、湿ダストの水分量は９質量％以上とする。これにより、湿ダストに含まれる金属鉄や酸化第一鉄の酸化発熱による温度上昇をほぼ防止することができる。湿ダストの温度上昇抑制効果の点では、水分量の好適上限は特にないが、湿ダストの流動性を抑制して、貯留や移送などにおける取り扱い性を向上させることができることから、湿ダストの水分量は、３０質量％以下に調整することが好ましい。なお、湿ダストの水分量は、製鉄ダストおよび水分の総重量に対するものである。
【００３８】
また、上述のように、湿ダストのｐＨを調整することによって、湿ダストに含まれる金属鉄や酸化第一鉄の酸化を抑制できるが、湿ダストのｐＨは８以上に調整することが好ましい。これにより、湿ダストに含まれる金属鉄や酸化第一鉄の酸化をほぼ防止することができる。また、金属鉄や酸化第一鉄の酸化抑制効果の点では、湿ダストのｐＨの好適上限は特にないが、ｐＨが８を超えると効果が飽和することや、薬剤コストを削減できること、安全性が向上することから、湿ダストのｐＨは１４以下に調整することが好ましい。
【００３９】
上記湿ダストのｐＨの調整は、例えばアルカリ薬剤を薬剤導入口７ｃから固液分離装置７内へ導入することにより行うことができる。または、脱水機８にアルカリ薬剤を導入して湿ダストのｐＨを調節することもできる。導入するアルカリ薬剤は、特に限定されるものではないが、処理したダストを製鉄プロセスでリサイクルする点からは、水酸化カルシウムを用いることが好ましい。
【００４０】
上記湿ダストの水分調整およびｐＨ調整は、いずれを先に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
【００４１】
また、脱水された金属鉄および酸化第一鉄を含む湿ダストは、一次的にヤード９で貯留してもよい。貯留時には降雨によるｐＨの低下や、乾燥による水分値の低下などを防止するために、例えばアルカリ薬剤を溶かした水を散布するなどを必要に応じて適宜行うことができる。貯留の必要が無い場合は、続く造粒装置１０に直送することができ、これは、脱水後２８時間以内に行うことが好ましい。これにより、製鉄ダストの酸化による温度上昇を十分に抑制することができる。より好ましくは、脱水後２４時間以内に行う。これにより、製鉄ダストの酸化による温度上昇をほぼ防止することができる。
【００４２】
続いて、水分量およびｐＨを調整した湿ダストを造粒装置１０に導入し、バインダー添加口１０ａからバインダーを添加して、湿ダストにバインダーを添加する。バインダーとしては、例えば水硬性バインダーを用いることができる。また、必要に応じて、水分添加口１０ｂから適宜水を供給することができる。
【００４３】
バインダーは特に限定されないが、湿ダストのｐＨを低下させないために、アルカリ性のものが好ましい。例えば、矢田部俊一：工業化学雑誌、Ｖｏｌ．６３、Ｎｏ．７（１９６０）、ｐ．１１８５によれば、ポルトランドセメントのｐＨは１１〜１３程度であるため、好ましい。そのほかにも、高炉セメントやアルミナセメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、生石灰などを単独で使用してもよいし、複数を混合して使用してもよい。
【００４４】
また、バインダーの添加量は、３質量％以上とすることが好ましい。これにより、造粒された造粒物が落下した際の粉率を低減して、金属鉄および酸化第一鉄の酸化の抑制効果を高めることができる。より好ましくは、バインダーの添加量は５質量％以上とする。また、バインダーの添加量は、１８質量％以下とすることにより、リサイクルの際に設備に導入される鉄以外の成分（ＣａＯやＳｉＯ２など）を抑制して、ダストのリサイクル工程での操業を安定して行うことができる。
【００４５】
なお、必要に応じて水を添加することができる。水の添加量については、使用するバインダーの種類にも影響を受けるため、適宜試験等を行って最適な添加量を探せばよい。湿ダストの水分量が多い場合には、加水の必要のない場合もある。金属鉄および酸化鉄を含むダストは、水硬性バインダーとの相性が良いため、バインダーの種類に依存せずに、後の造粒工程において高強度の造粒物を得ることができる。
【００４６】
次いで、造粒装置１０によりバインダーを添加したダストを造粒する。造粒装置１０が回転翼式のものである場合には、バインダーと湿ダストとの混合および造粒を同時に行って、直径が５〜１４ｍｍの造粒ペレット（造粒物）１１を製造することができる。得られた造粒ペレット１１は、原料の転炉ダストの状態から比表面積が低下しており、造粒物の内部では、酸素が浸透しにくいため、酸素との接触が制限され、ダストに含まれる金属鉄や酸化第一鉄の酸化発熱が抑制される。この酸化発熱の抑制効果の点で、造粒ペレット１１の直径は１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４７】
造粒装置１０としては、任意のものを使用することができるが、ブリケットマシンのような圧縮によるものや、押出し式のもの、あるいは圧縮と振動を併用してより密度を向上できるタイプのものなどは、造粒中に粒子間の接触とせん断力が強く働く。そのため、金属鉄粒子の表層に生成した酸化鉄の被膜が破壊され、金属鉄の反応性が高まることがあるため、たとえ造粒化して比表面積が低下していても、酸化反応の進行が加速する場合がある。
【００４８】
これに対して、転動式の造粒装置においては、上述のような酸化膜に被膜の破壊は起こりにくい。よって、造粒装置１０としては転動式ディスクペレタイザーを用いることが好ましい。転動式の造粒装置として、転動式ディスクペレタイザーを用いる場合には、湿ダストと水硬性バインダーおよび水分を事前によく混合するために、造粒装置１０の上流にミキサーを設置してもよい。ミキサーの種類は特に限定されない。混合が十分に行われることと、容量が処理量に適合したものを用いればよい。
【００４９】
なお、回転翼で撹拌するタイプのミキサーであれば、湿ダストと水硬性バインダーおよび水分の混合の後、回転翼の運転条件を適切に調整することによって、その転動効果による造粒も可能であり、ミキサーと造粒装置を兼ねることができ、したがってペレタイザー等が不要となる。
【００５０】
ここで、回転翼の運転条件として、回転翼の回転運動の加速度が重力加速度の何倍であるかを表す値を、Ｇ数として下記の式（３）のように定義する。
Ｇ数（−）＝（ｒ×ω２）／ｇ          （３）
ただし、ｒは回転翼の半径（ｃｍ）、ｇは重力加速度（９８０ｃｍ／ｓ２）、ωは回転翼の角速度（ｒａｄ／ｓ）であり、ωは下記の式（４）で表される。
ω=２π×（ｒｐｍ／６０）              （４）
ただし、ｒｐｍは回転翼の回転数（／ｍｉｎ）である。
【００５１】
湿ダストと水硬性バインダーおよび水分との混合段階では、Ｇ数が３０以上６０未満となるようにすることが好ましく、３５以上５５未満となるようにすることがさらに望ましい。また、造粒段階では、Ｇ数が１２以上３０未満となるようにすることが好ましく、１５以上２９未満となるようにすることがさらに望ましい。
【００５２】
Ｇ数を上記の範囲とすることが好ましい理由は以下の通りである。すなわち、混合段階では、原材料を均一に混合する点で回転翼の回転力は強い方がよく、Ｇ数を３０以上とすることにより、原材料の均一性を高めることができる。一方、Ｇ数を６０未満とすることにより、設備の耐久性を向上させる必要や、そのための設備費を増大させたり、回転翼の回転のための電力の増大を引き起こしたりすることなく、原材料を均一に混合することができる。
【００５３】
一方、造粒段階では、Ｇ数を３０未満にすることにより、生成した粒が破壊される割合を抑制して、十分な大きさの造粒物を得ることができる。一方、Ｇ数を１２以上とすることにより、転動効果を高めて、粒子を十分に成長させて、十分な大きさの造粒物を得ることができる。
【００５４】
こうして、製鉄ダストを処理して安全にリサイクル装置へ移送することが可能となり、保管が必要な場合でも、安全に長期の保管することができる。この造粒ペレット１１は、製鉄所の設備において利用する鉄源としてリサイクルすることができ、例えばペレット投入口１２から転炉１に供給され、鉄源として利用することができる。
【００５５】
以上、溶銑から鋼鉄を製造する転炉からの転炉ダストを処理する場合について説明したが、製鉄ダストは転炉ダストに限定されず、例えばアーク溶解炉等の電気炉からのダストについても同様の現象が発生するため、転炉ダストと同様に処理してリサイクルすることができる。
【実施例】
【００５６】
＜製鉄ダストの温度の時間変化＞
製鉄ダストとして、表１にその成分を示す転炉ダストＡを用意し、その水分量を２０質量％、ｐＨを１２にそれぞれ調整した。そして、水分量およびｐＨが調整された転炉ダストＡを温度２３℃で飽和水蒸気量に保持した恒温恒湿槽内に静置し、１時間おきに転炉ダストＡの温度を測定した。
【００５７】
【表１】
2020020040.tif 000002
【００５８】
図２は、転炉ダストＡを槽内に静置してからの時間と製鉄ダストの温度との関係を示している。図２から、転炉ダストは時間とともに酸化して発熱が進行し、徐々に温度が上昇していくが、２８時間以内であれば製鉄ダストの酸化による温度を十分に抑制でき、２４時間以内であれば酸化による温度上昇をほぼ防止できることが分かる。なお、表１に示した転炉ダストＢについても同様の評価を行ったところ、図２と同様の結果が得られた。
【００５９】
＜製鉄ダストの水分量と温度との関係＞
製鉄ダストとして表１に示した転炉ダストＡを用意し、ｐＨを１２、水分量を様々な値に調整したダストを用意した。そして、用意したダストを恒温恒湿槽内に静置し、２４時間後の温度を測定した。ここで、２４時間後に温度を測定した理由は、原料ヤードでは、製鉄ダストの点検やパトロールが常時行われており、万一製鉄ダストの温度上昇が検知された場合にも、２４時間あれば冷却作業等の対応が可能であるためである。
【００６０】
図３は、転炉ダストの水分量と温度との関係を示している。図３から、水分量が７％以上の場合には、酸化発熱による温度上昇は小さく、水分量が９％以上の場合には、酸化発熱による温度上昇はほぼ観察されない。一方、転炉ダストの水分量が７％未満の場合には、温度が上昇することが分かる。これは水分量が多い場合、転炉ダストに含まれる金属鉄および酸化第一鉄の酸化に伴う熱が水分の昇温や揮発に使われるために温度上昇が抑制される一方、水分量が少ない場合には、温度上昇を抑制できずに昇温されたためと推定される。なお、表１に示した転炉ダストＢについても同様の評価を行ったところ、図３と同様の結果が得られた。
【００６１】
＜製鉄ダストのｐＨと温度との関係＞
製鉄ダストとして表１に示した転炉ダストＡを用意し、水分量を発熱しやすい条件である７質量％とし、ｐＨを様々な値に調整して恒温恒湿槽内に静置し、静置後２４時間の温度を測定した。
【００６２】
図４は、転炉ダストのｐＨと温度との関係を示している。図４から、転炉ダストのｐＨが８以上の場合には温度上昇が観察されないが、ｐＨが８未満の場合には、酸化が急激に進み、温度が上昇することが分かる。なお、表１に示した転炉ダストＢについても同様の評価を行ったところ、図４と同様の結果が得られた。
【００６３】
＜バインダーの含有量と造粒物の粉率との関係＞
製鉄ダストとして表１に示した転炉ダストＡを用意し、水分量を７質量％、ｐＨを１２に調整した後、ダストと水硬性バインダーとしてのポルトランドセメントを混合してミキサーに投入し、水を加えて造粒した。得られた造粒物のうち、直径が７ｍｍ以上のものを取り出し、２ｍの高さから自由落下させ、落下により生じた直径３ｍｍ未満の造粒物の比率を粉率として求めた。
【００６４】
図５は、転炉ダストに添加した水硬性バインダーの添加量と粉率との関係を示している。図５から、粉率は水硬性バインダーの添加量が３質量％未満では急激に悪化することが分かる。なお、表１に示した転炉ダストＢについても同様の評価を行ったところ、図５と同様の結果が得られた。
【００６５】
＜製鉄ダストのリサイクル＞
（発明例１）
図１に示したフローに従って転炉ダストを処理し、得られた造粒物を転炉にリサイクルした。転炉ダストとしては、表１に示した転炉ダストＡを用い、その水分量を７．２質量％かつｐＨを８．３に調整した。これにより、転炉ダストＡを安全に造粒装置まで移送することができた。造粒装置において、水分量およびｐＨを調整した転炉ダストＡにバインダーとしてポルトランドセメントを４質量％添加して造粒を行い、直径５〜１４ｍｍの粒度分布を持つ造粒物（造粒ペレット）を得た。これらの転炉ダストとバインダーとの混合およびその後の造粒は一台の回転翼式のミキサーを用いて行った。その際、混合時のＧ数を４０とし、造粒時のＧ数を２０とした。得られた造粒ペレットを、リサイクル先である転炉に移送した。造粒ペレットは、ダストに比べて比表面積が低下しており、酸素との接触が制限されるため、安全に転炉へ移送して、鉄源としてリサイクルすることができた。
【００６６】
転炉１は操業時に温度の下限値があり、冷鉄源の装入や還元が必要な装入物は使用量に上限が存在する。前者は冷鉄源を出鋼温度まで昇温する顕熱が奪われること、後者はさらに還元に伴う吸熱反応の熱量が奪われるためである。通常、転炉ダストは十分にエージングし、金属鉄や酸化第一鉄を酸化第二鉄にしてから転炉に装入しているが、本発明によれば、金属鉄や酸化第一鉄を転炉に装入することにより、酸化鉄の還元による吸熱反応が抑制され、ダストリサイクル量を増大させることができる。発明例１については、転炉における最大リサイクル可能量は、９２４０ｔ／月であり、多量の転炉ダストをリサイクルすることが可能であった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００６７】
【表２】
2020020040.tif 000003
【００６８】
（発明例２）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、転炉ダストＡの水分を２７．４質量％、ｐＨを８．５にそれぞれ調整した。発明例１に比べて水分量が多かったが、調整後の転炉ダストＡを安全に造粒装置まで移送することができた。また、ポルトランドセメントの添加量を１７質量％とし、直径５〜１４ｍｍの粒度分布を持つ造粒ペレットを得ることができた。これらの転炉ダストとバインダーとの混合およびその後の造粒は一台の回転翼式のミキサーを用いて行った。その際、混合時のＧ数を３５とし、造粒時のＧ数を１８とした。発明例１と同様に、得られたペレットは安全に転炉へ移送して、鉄源としてリサイクルすることができた。転炉における最大リサイクル可能量は９２００ｔ／月で、多量の製鉄ダストをリサイクルすることが可能であった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００６９】
（発明例３）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、転炉ダストＡの水分を７．８質量％、ｐＨを１３．６にそれぞれ調整した。発明例１に比べてｐＨが高かったが、調整後の転炉ダストＡを安全に造粒装置まで移送することができた。また、ポルトランドセメントの添加量を５質量％とし、直径５〜１４ｍｍの粒度分布を持つ造粒ペレットを得ることができた。これらの転炉ダストとバインダーとの混合およびその後の造粒は一台の回転翼式のミキサーを用いて行った。その際、混合時のＧ数を３８とし、造粒時のＧ数を１５とした。発明例１と同様に、得られたペレットは安全に転炉へ移送して、鉄源としてリサイクルすることができた。転炉における最大リサイクル可能量は９２６０ｔ／月で、多量の製鉄ダストをリサイクルすることが可能であった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７０】
（発明例４）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、転炉ダストＡの水分を７．７質量％、ｐＨを８．５にそれぞれ調整したが、調整後の転炉ダストＡを安全に造粒装置まで移送することができた。また、ポルトランドセメントの添加量を１６質量％とし、直径５〜１４ｍｍの粒度分布を持つ造粒ペレットを得ることができた。これらの転炉ダストとバインダーとの混合およびその後の造粒は一台の回転翼式のミキサーを用いて行い、その際、混合時のＧ数を３２とし、造粒時のＧ数を２８とした。発明例１と同様に、得られたペレットは安全に転炉へ移送して、鉄源としてリサイクルすることができた。転炉における最大リサイクル可能量は９２４０ｔ／月で、多量の製鉄ダストをリサイクルすることが可能であった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７１】
（発明例５）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、製鉄ダストとして転炉ダストＢを用い、その水分を２６．０質量％、ｐＨを８．８にそれぞれ調整したが、調整後の転炉ダストＢを安全に造粒装置まで移送することができた。また、ポルトランドセメントの添加量を３質量％とし、直径５〜１４ｍｍの粒度分布を持つ造粒ペレットを得ることができた。これらの転炉ダストとバインダーとの混合およびその後の造粒は一台の回転翼式のミキサーを用いて行った。その際、混合時のＧ数を３０とし、造粒時のＧ数を２４とした。発明例１と同様に、得られたペレットは安全に転炉へ移送して、鉄源としてリサイクルすることができた。転炉における最大リサイクル可能量は９２６０ｔ／月であり、ダストの組成が変わっても、本発明により、多量の製鉄ダストをリサイクルすることが可能であった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７２】
（発明例６）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、製鉄ダストとして転炉ダストＡと転炉ダストＢとの混合ダストを用い、その水分を１２．８質量％、ｐＨを１２．７にそれぞれ調整したが、調整後の転炉ダストＢを安全に造粒装置まで移送することができた。また、ポルトランドセメントの添加量を８質量％とし、直径５〜１４ｍｍの粒度分布を持つ造粒ペレットを得ることができた。これらの転炉ダストとバインダーとの混合およびその後の造粒は一台の回転翼式のミキサーを用いて行った。その際、混合時のＧ数を５０とし、造粒時のＧ数を２６とした。発明例１と同様に、得られたペレットは安全に転炉へ移送して、鉄源としてリサイクルすることができた。転炉における最大リサイクル可能量は９２２０ｔ／月であり、ダストの組成が変わっても、本発明により、多量の製鉄ダストをリサイクルすることが可能であった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７３】
（発明例７）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、転炉ダストＡの水分を１２．９質量％、ｐＨを１０．５にそれぞれ調整したが、調整後の転炉ダストＡを安全に造粒装置まで移送することができた。また、ポルトランドセメントの添加量を２質量％とし、直径５〜１４ｍｍの粒度分布を持つ造粒ペレットを得ることができた。これらの転炉ダストとバインダーとの混合およびその後の造粒は一台の回転翼式のミキサーを用いて行った。その際、混合時のＧ数を５５とし、造粒時のＧ数を１３とした。しかし、ポルトランドセメントの添加量がやや少なかったため、衝撃により粉化するものが確認されたが、若干量であったため、得られたペレットは安全に転炉へ移送して、鉄源としてリサイクルすることができた。また、転炉における最大リサイクル可能量は９０１０ｔ／月で、比較的多量の製鉄ダストをリサイクルすることが可能であった。発明例１に比べて最大リサイクル可能量が低減した理由は、ダスト発生量が増加し、一部粉化したものが転炉内で飛散したためと考えられる。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７４】
（発明例８）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、転炉ダストＡの水分を１３．１質量％、ｐＨを１１．１にそれぞれ調整したが、調整後の転炉ダストＡを安全に造粒装置まで移送することができた。また、ポルトランドセメントの添加量を２２質量％とし、直径５〜１４ｍｍの粒度分布を持つ造粒ペレットを得ることができた。これらの転炉ダストとバインダーとの混合は一台の回転翼式のミキサーを用いて行い、混合時のＧ数を５０とした。混合物の造粒は、直径５ｍのディスクペレタイザーを用いて行い、ディスクの回転数は１分間に５０回とした。しかし、ポルトランドセメントの添加量が多かったため、転炉に挿入した際に、セメント分が溶融し、溶鉄上を覆って転炉の操業がやや不安定化した。転炉における最大リサイクル可能量は９０２０ｔ／月で、比較的多量の製鉄ダストを鉄源としてリサイクルすることが可能であった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７５】
（発明例９）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、転炉ダストＡの水分を１３．１質量％、ｐＨを１１．１にそれぞれ調整したが、調整後の転炉ダストＡを安全に造粒装置まで移送することができた。また、造粒装置として加圧式のブリケットマシンを使用し、ポルトランドセメントの添加量を５質量％として、長径３０ｍｍ、短径２０ｍｍの卵形の成形体を得た。これらの転炉ダストとバインダーとの混合は一台の回転翼式のミキサーを用いて行い、混合時のＧ数を４５とした。造粒の際に用いたブリケットマシンは、２つのロールを逆方向に回転させ、原材料を巻き込むことによって圧縮成形する形式のものであり、ロール間の面圧は１．０ｔ／ｃｍ２と標準的な条件を採用した。得られた成形体は、一時的に貯留した後に転炉に移送したが、その際、成形体の温度が外気温に対して１℃上昇していたが、特に問題なく安全に転炉へ移送して、鉄源としてリサイクルすることができた。上記温度上昇は、造粒の際に、強力な加圧力によって金属鉄粒子の表面に制せされた酸化膜が破壊され、わずかに酸化が進行したためと考えられる。転炉における最大リサイクル可能量は８９８０ｔ／月で、比較的多量の製鉄ダストをリサイクルすることが可能であった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７６】
（比較例１）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、発明例１のように転炉ダストＡの水分量およびｐＨの調整を行わなかった。その結果、転炉ダストＡの水分量は６．２質量％、ｐＨは７．６であった。この状態の転炉ダストで発熱が確認されたため、造粒装置に移送することを断念して一旦エージングヤードに移送し、発熱が収まるまで放置した。鉄分の酸化が完了し、発熱が無くなったことを確認した後、転炉に移送して鉄源としてリサイクルしたが、転炉における最大リサイクル可能量は７０５０ｔ／月で、少量のダストリサイクルに留まった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７７】
（比較例２）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、発明例１のように転炉ダストＡの水分量およびｐＨの調整を行わなかった。その結果、転炉ダストＡの水分量は１３．１質量％、ｐＨは７．２であった。この状態の転炉ダストは、ｐＨが小さく、ダストの発熱が確認された。そのため、造粒装置に移送することを断念して一旦エージングヤードに移送し、発熱が収まるまで放置した。鉄分の酸化が完了し、発熱が無くなったことを確認した後、転炉に移送して鉄源としてリサイクルしたが、転炉における最大リサイクル可能量は６８９０ｔ／月で、少量のダストリサイクルに留まった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【００７８】
（比較例３）
発明例１と同様に、製鉄ダストを処理した。ただし、発明例１のように転炉ダストＡの水分量およびｐＨの調整を行わなかった。その結果、転炉ダストＡの水分量は５．７質量％、ｐＨは８．８であった。この状態の転炉ダストは、水分量が少なく、ダストの発熱が確認された。そのため、造粒装置に移送することを断念して一旦エージングヤードに移送し、発熱が収まるまで放置した。鉄分の酸化が完了し、発熱が無くなったことを確認した後、転炉に移送して鉄源としてリサイクルしたが、転炉における最大リサイクル可能量は７０１０ｔ／月で、少量のダストリサイクルに留まった。転炉ダストおよびバインダーの詳細、並びに最大リサイクル可能量を表２に示す。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明によれば、製鉄ダストを、該製鉄ダストに含まれる金属鉄および酸化第一鉄が酸化するのを抑制して処理することができるため、製鉄業において有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１  転炉
２  銑鉄
３  酸素ランス
４  酸素ランスの下端部
５  転炉集塵装置
６  ガス清浄装置
６ａガス導入口
６ｂ  清浄用水導入口
６ｃ  清浄ガス取出口
６ｄ  スラリー排出口
７  固液分離装置
７ａ  固形分抜出口
７ｂ，８ａ  水分抜出口
７ｃ  薬剤導入口
８  脱水機
８ｂ  湿ダスト抜出口
９  ヤード
１０  造粒装置
１０ａ  水硬性バインダー添加口
１０ｂ  水分添加口
１１  造粒ペレット
１２  ペレット投入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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