(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼製造プロセスにおいて発生するスラグ、ダスト、スラッジの中から選ばれる１種以上からなる水分を含んだ粉粒状原料に、水和反応を生じるバインダーを混合し、成型又は造粒した後、水和硬化させることにより塊成化物又は造粒物を製造する方法であって、
前記粉粒状原料に、前記バインダーの少なくとも一部を添加して混合し、養生する事前処理を施し、この事前処理を施した粉粒状原料を成型又は造粒することを特徴とする、粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【請求項２】
バインダーの一部を添加して事前処理を施した粉粒状原料に、成型又は造粒の直前に残りのバインダーを添加することを特徴とする、請求項１に記載の粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【請求項３】
事前処理を施す前の粉粒状原料が、水分を１４質量％以上含有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【請求項４】
鉄鋼製造プロセスにおいて発生するスラグが、溶銑脱硫スラグ、転炉脱炭スラグの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【請求項５】
バインダーが、高炉水砕スラグ微粉末、セメント、フライアッシュの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【請求項６】
粉粒状原料とバインダーの混合物をブリケットに成型することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【請求項７】
事前処理において養生を６時間以上行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼プロセスで発生するスラグやダストなどからなる水分を含んだ粉粒状原料を高炉などにリサイクルするために、その粉粒状原料の塊成化物又は造粒物を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼プロセスで発生するスラグ（鉄鋼スラグ）や集塵ダストは、相当量の石灰や鉄分を含有しており、高炉などの石灰源や鉄源として有用である。鉄鋼スラグや集塵ダストを石灰源や鉄源として高炉などにリサイクルする場合、そのまま高炉に投入すると、炉内の通気性が悪化するという問題があるため、ある程度の大きさに塊状化（例えば、ブリケット成型による塊状化）又は造粒する必要がある。鉄鋼スラグを対象とするものではないが、例えば、特許文献１には、焼結粉や焼結粉＋ダストなどの粉粒状原料をバインダーで塊成化する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３０１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鉄鋼スラグのなかで、石灰分の多い溶銑脱硫スラグや転炉脱炭スラグなどは、冷却や粉塵発生を抑制するために大量の水が散布されるのが通常であり、このため、これらのスラグは水分含有率が高い。また、湿式で捕集される集塵ダストや酸洗工程等で生じるスラッジも水分含有率が高い。このような水分含有率が高い粉粒状原料をブリケットに成型（圧密成型）する場合、原料から搾り出された水が成型用の型に溜まり、成型不良が生じやすく、製品歩留まりの悪化、製品強度の低下、設備トラブルなどの原因となる。また、粉粒状原料を造粒する場合も、水分含有率が高すぎると適正な造粒物が得られず、この場合も製品歩留まりの悪化や製品強度の低下などの原因となる。
【０００５】
このような問題を解決するには、粉粒状原料の水分を事前に除去する必要がある。しかし、粉粒状原料を自然状態で乾燥させ、水分を除去するには長期間を要し、大量の粉粒状原料を効率的に処理することができない。一方、強制的に乾燥処理するには、大がかりな設備が必要であり、また、製造コストも高くなる。
【０００６】
したがって本発明の目的は、このような課題を解決し、鉄鋼プロセスで発生するスラグやダストなどの水分を含んだ粉粒状原料を、水分による設備トラブルや品質不良を生じることなく成型又は造粒し、高品質の塊成化物や造粒物を高い製品歩留まりで効率的且つ低コストに製造することができる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
粉粒状原料を成型又は造粒する場合、水和反応を生じるバインダー（セメントや高炉水砕スラグ微粉末など）が添加されるが、一般に、このバインダーは成型又は造粒の直前に添加される。これに対して本発明者らは、粉粒状原料に対して事前にバインダーを添加して、一定時間養生する処理（事前処理）を施すことにより、成型や造粒に適した性状に改質できることを見出した。
【０００８】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］鉄鋼製造プロセスにおいて発生するスラグ、ダスト、スラッジの中から選ばれる１種以上からなる水分を含んだ粉粒状原料に、水和反応を生じるバインダーを混合し、成型又は造粒した後、水和硬化させることにより塊成化物又は造粒物を製造する方法であって、
前記粉粒状原料に、前記バインダーの少なくとも一部を添加して混合し、養生する事前処理を施し、この事前処理を施した粉粒状原料を成型又は造粒することを特徴とする、粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【０００９】
［2］上記［1］の製造方法において、バインダーの一部を添加して事前処理を施した粉粒状原料に、成型又は造粒の直前に残りのバインダーを添加することを特徴とする、粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、事前処理を施す前の粉粒状原料が、水分を１４質量％以上含有することを特徴とする、粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、鉄鋼製造プロセスにおいて発生するスラグが、溶銑脱硫スラグ、転炉脱炭スラグの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする、粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【００１０】
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの製造方法において、バインダーが、高炉水砕スラグ微粉末、セメント、フライアッシュの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする、粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの製造方法において、粉粒状原料とバインダーの混合物をブリケットに成型することを特徴とする、粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの製造方法において、事前処理において養生を６時間以上行うことを特徴とする、粉粒状原料の塊成化物又は造粒物の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
鉄鋼プロセスで発生するスラグやダストなどからなる水分を含んだ粉粒状原料を、バインダーを利用した事前処理によって成型又は造粒に適した性状に改質することができ、このため、粉粒状原料を水分による設備トラブルや品質不良を生じることなく成型又は造粒し、高品質の塊成化物や造粒物を高い製品歩留まりで効率的に製造することができる。また、塊成化物や造粒物の強度確保のために添加するバインダーの添加・混合時期をある程度早めるだけで済むので、実施が容易であり、製造コストも低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明において、粉粒状原料に対して、事前にバインダーを添加・混合して養生する処理を施すことにより、粉粒状原料が成型又は造粒に適した性状に改質される原理を模式的に示す説明図
【図２】本発明の製造フローの一例を示す説明図
【図３】実施例１における本発明例と参考例の塊成化物について、圧壊強度とシャッター強度を比較して示したグラフ
【図４】実施例２における本発明例と参考例の塊成化物について、圧壊強度を比較して示したグラフ
【図５】実施例における圧壊強度とシャッター強度の測定方法を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の製造方法は、鉄鋼製造プロセスにおいて発生するスラグ、ダスト、スラッジの中から選ばれる１種以上からなる水分を含んだ粉粒状原料に、水和反応を生じるバインダーを混合し、成型又は造粒した後、水和硬化させることにより塊成化物又は造粒物を製造する方法であって、前記粉粒状原料に、前記バインダーの少なくとも一部を添加して混合し、養生する処理（事前処理）を施すことにより、成型や造粒に適した性状に改質し、この改質した粉粒状原料を成型又は造粒するものである。なお、事前処理で添加されなかった残りのバインダーがある場合には、成型又は造粒の直前に、そのバインダーを粉粒状原料に添加して混合した後、成型又は造粒を行う。
【００１４】
鉄鋼製造プロセスにおいて発生するスラグ（以下、鉄鋼スラグという）としては、例えば、高炉スラグ、製鋼スラグ、鉱石還元スラグなどが挙げられる。高炉スラグには、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグがある。また、製鋼スラグには、溶銑予備処理スラグ、転炉脱炭スラグ、造塊スラグ、電気炉スラグなどがある。また、溶銑予備処理スラグには、溶銑脱燐スラグ、溶銑脱硫スラグ、溶銑脱珪スラグなどがある。これらのなかで、溶銑脱硫スラグと転炉脱炭スラグ、特に溶銑脱硫スラグは、粉状で未滓化石灰が特に多いために利材化が難しい面があるので、このような対象物にとって本発明は特に有用である。
【００１５】
また、鉄鋼製造プロセスにおいて発生するダスト（以下、製鉄ダストという）には、例えば、高炉ダスト、焼結ダスト、転炉ダスト、予備処理ダストなどがある。湿式集塵された製鉄ダストは相当量の水分を含んでいる。
また、鉄鋼製造プロセスにおいて発生するスラッジ（以下、製鉄スラッジという）には、例えば、酸洗スラッジ、圧延スラッジ、メッキスラッジなどがある。
以上挙げた鉄鋼スラグ、製鉄ダスト、製鉄スラッジのうち、鉄鋼スラグと製鉄ダストは相当量の石灰分と鉄分を含有しており、高炉などの鉄源、石灰源として有用である。また、製鉄スラッジは相当量の鉄分を含有しており、高炉などの鉄源として有用である。
【００１６】
本発明で使用する水和反応を生じるバインダーとしては、高炉水砕スラグ微粉末、セメント、フライアッシュなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。なかでも、製品の初期強度を確保するという観点からは高炉水砕スラグ微粉末、セメントが特に好ましい。また、セメントとしては、ポルトランドセメント、高炉セメント、アルミナセメントなどのいずれを用いてもよいが、経済性や粉粒状原料であるスラグ、ダスト中の石灰と反応するシリカ分を含有するという点からは、特に高炉セメントが好ましい。さらに、粉粒状原料として石灰が多いスラグやダストを用いる場合には、高炉水砕スラグ微粉末が特に好ましい。スラグ、ダスト中の石灰を珪酸カルシウム系水和物（Ｃ−Ｓ−Ｈ系水和物）の生成に寄与させるだけでなく、未反応石灰（フリーライム）を低減させることにより、製品の膨張、崩壊の恐れをなくすことができるからである。
【００１７】
本発明において、粉粒状原料に対して、事前に上記バインダーの少なくとも一部を添加して混合し、養生する処理（事前処理）を施すと、図１に模式的に示すように、バインダー中のＣａ成分と粉粒状原料中の水によって水和物が形成され（例えば、粉粒状原料として溶銑脱硫スラグを用い、バインダーとして高炉水砕スラグ微粉末又はセメントを用いる場合には珪酸カルシウム系水和物（Ｃ−Ｓ−Ｈ系水和物）が形成される）、このような水分の化学的結合と水和物による水分の物理的な取り込みにより、粉粒状原料（以下、バインダーが添加された粉粒状原料やスラグを「バインダー混合原料」、「バインダー混合スラグ」という場合がある。）が成型や造粒に適した性状、すなわち、成型や造粒の際に原料から搾り出された水による成型不良などが生じない性状に改質される。
【００１８】
但し、上記事前処理における養生は、短すぎると粉粒状原料の改質が十分に進行せず、一方、長すぎると水和反応により固化してしまうので、水分量、材料温度、バインダーの添加量などに応じて、養生時間を適正に設定する必要がある。一般には、少なくとも６時間程度、好ましくは１２時間以上、特に好ましくは１〜３日程度養生することが適当である。
【００１９】
事前処理前の粉粒状原料の水分含有率は特に限定しないが、事前処理前の粉粒状原料の水分含有率が１４質量％以上、特に１６質量％以上であると、設備トラブルや品質不良を生じやすいので、本発明では、事前処理前の水分含有率が１４質量％以上の粉粒状原料を対象とすることが好ましい。
スラグなどの粉粒状原料は、原料粒子内と原料粒子間に保持される以上の水分は含有できないので、通常２０〜２２質量％程度の水分含有率までは比較的容易に水切りされるが、それ以下の水分含有率まで水切りするには、自然状態では非常に時間がかかり、特に、大量の粉粒状原料を水分含有率１６質量％未満、特に１４質量％未満にするには長期間を要する。一方、強制的に乾燥処理するには、大がかりな設備が必要であり、また、製造コストも高くなる。これに対して本発明では、粉粒状原料の水分含有率が１４質量％以上であっても、粉粒状原料に対してバインダーを利用した事前処理を施すことにより、粉粒状原料を成型や造粒の際に水分によるトラブルを生じない性状に改質することができる。
【００２０】
水分含有率が１５．１質量％の溶銑脱硫スラグ（粒径１０ｍｍ以下）８５０ｇにバインダーとして高炉水砕スラグ微粉末を１５０ｇ添加して混合し、１日養生させた。この養生１日後のバインダー混合スラグを成型機に投入してブリケットに成型したところ、水分による不具合を生じることなく、ブリケットを問題なく成型することができた。
【００２１】
粉粒状原料に対するバインダーの配合割合は、塊成化物や造粒物の必要とされる強度に応じて決定すればよい。また、事前処理において添加するバインダー量は、通常、粉粒状原料（乾燥状態での質量）＋バインダー（事前処理において添加するバインダー質量）の合計量の１０〜２０質量％程度が適当である。バインダーを１０質量％以上添加すれば事前処理での反応は十分進行する。また、２０質量％超添加しても特に問題はないが、事前処理での反応には２０質量％以下の添加量で十分である。
【００２２】
本発明では、上述したバインダー添加・養生による粉粒状原料の事前処理を行った後、成型又は造粒を行うが、添加すべきバインダーの残りがある場合には、成型又は造粒の直前にそのバインダーを添加して混合する。
バインダー混合原料の成型では、例えばブリケット成型機による圧密成型によってブリケットとする。また、バインダー混合原料の造粒では、例えば皿型造粒機などにより造粒し、造粒物とする。これら成型体（ブリケットなど）や造粒物を水和硬化（養生）させることにより、製品である塊成化物や造粒物が得られる。
製造された塊成化物や造粒物は、高炉などの原料（鉄源や石灰源など）として用いられるが、バインダーに含まれるＣａＯも高炉などの副原料になる。
【００２３】
図２は、本発明の製造フローの一例を示すもので、粉粒状原料として溶銑脱硫スラグを用いる場合を示している。例えば、水分含有率が１４〜１６質量％程度の溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末などのバインダーを添加し、均一に混合した後、一定時間養生する事前処理を施す。これにより、粉粒状原料が成型や造粒に適した性状、すなわち、成型や造粒の際に原料から搾り出された水による成型不良などが生じない性状に改質される。このような所定の養生が完了したバインダー混合スラグは、直ちに圧密機に切り出され、ブリケット成型が行われる。得られた成型体は篩（例えば、５ｍｍ篩）で分級され、篩上のものが合格品として次工程で養生され、製品となる。篩下のものは、再度材料として用いられるため、返送される。
【実施例】
【００２４】
［実施例１］
粉粒状原料として水分含有率が１５．１質量％の溶銑脱硫スラグを、バインダーとして高炉水砕スラグ微粉末をそれぞれ用い、原料を圧密成型してブリケットを製造した。ブリケット成型機としては、回転型圧密機（線圧１．９ｔ／ｃｍ、６〜１０ｒｐｍ）を用いた。
溶銑脱硫スラグと高炉水砕スラグ微粉末の配合割合は、本発明例、比較例、参考例ともに、乾燥重量で溶銑脱硫スラグ：８５質量％、高炉水砕スラグ微粉末：１５質量％とした。
【００２５】
本発明例では、溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末の全量を添加・混合してから２日養生する事前処理を行った後、ブリケットに成型したが、水分による不具合を生じることなく、ブリケットを問題なく成型することができた。
一方、比較例では、本発明例のような事前処理を施すことなく、溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末を添加・混合して、そのままブリケットに成型したところ、水分が多いためにブリケット成型機に不具合が生じ、全く成型ができなかった。また、参考例では、溶銑脱硫スラグを風乾により１３．９質量％になるように水分調整してから高炉水砕スラグ微粉末を添加・混合し、直ちにブリケットに成型した。
【００２６】
本発明例、比較例、参考例について、成型直後における粒径１３．２ｍｍ以上の成型体の割合（＋１３．２ｍｍ歩留まり）を調べた結果は、以下の通りであった。
比較例：水分のために成型機に不具合が生じて成型不能
参考例：７７．３質量％
本発明例：８１．１質量％
また、本発明例と参考例について、成型後の圧壊強度とシャッター（ＳＩ）強度を測定した結果を、図３に示す。圧壊強度とシャッター強度は、図５に示す方法で測定した。
【００２７】
本発明例の成型体（ブリケット）は、成型直後における＋１３．２ｍｍ歩留まりは、参考例に較べて同等以上である。また、圧壊強度は成型１日後に目安の５０ｋｇｆ前後に達し、成型１４日後以降も強度は増大している。また、ＳＩ強度についても成型１４日後に焼結鉱同等の８９％以上に達している。また、参考例と較べても明らかなように、本発明において事前にバインダーを添加して水和を進行させても、製品の強度発現には殆ど影響がないことが判る。
【００２８】
［実施例２］
粉粒状原料として水分含有率が１５．１質量％の溶銑脱硫スラグを、バインダーとして普通ポルトランドセメントをそれぞれ用い、原料を圧密成型してブリケットを製造した。ブリケット成型機は、実施例１と同じものを用いた。
溶銑脱硫スラグと普通ポルトランドセメントの配合割合は、本発明例、比較例、参考例ともに、乾燥重量で溶銑脱硫スラグ：８５質量％、普通ポルトランドセメント：１５質量％とした。
【００２９】
本発明例では、溶銑脱硫スラグに普通ポルトランドセメントの全量を添加・混合してから１日養生する事前処理を行った後、ブリケットに成型したが、水分による不具合を生じることなく、ブリケットを問題なく成型することができた。
一方、比較例では、本発明例のような事前処理を施すことなく、溶銑脱硫スラグに普通ポルトランドセメントを添加・混合して、そのままブリケットに成型したところ、水分が多いためにブリケット成型機に不具合が生じ、全く成型ができなかった。また、参考例では、溶銑脱硫スラグを風乾により１３．９質量％になるように水分調整してから普通ポルトランドセメントを添加・混合し、直ちにブリケットに成型した。
【００３０】
本発明例、比較例、参考例について、成型直後における粒径１３．２ｍｍ以上の成型体の割合（＋１３．２ｍｍ歩留まり）を調べた結果は、以下の通りであった。
比較例：水分のために成型機に不具合が生じて成型不能
参考例：８２．０質量％
本発明例：８２．２質量％
また、本発明例と参考例について、成型後の圧壊強度を測定した結果を、図４に示す（圧壊強度の測定方法は実施例１と同様）。
本発明例の成型体（ブリケット）は、成型直後における＋１３．２ｍｍ歩留まりは参考例と同等である。また、圧壊強度は成型１日後に目安の５０ｋｇｆ以上に達し、成型１４日後以降も強度は増大している。また、参考例と較べても明らかなように、本発明において事前にバインダーを添加して水和を進行させても、製品の強度発現には殆ど影響がないことが判る。
【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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