(57)【要約】【課題】竪型炉の排ガス中に含まれるダストを塊状化するに際して、バインダー量の増加や養生時間の長期化による製造コストの増大および貯留設備の大型化や養生室の建設による設備コストの増大を招くことなく、効率的にダスト塊成化物の粉化現象を低減することができる、湿式集塵ダストの塊成化方法を提供する。【解決手段】ダスト粒子２を凝集剤の作用により凝集させてダスト凝集体３を形成した後、ダスト凝集体３同士を水硬性バインダー４により接合して、ダスト塊成化物１を製造することによって、ダスト塊成化物１が延性を有するようになり、外力が作用しても、そのエネルギーは塑性変形のためのエネルギーとして吸収され、粉化が少なくなる。【選択図】図１
2014114477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型炉の排ガスに含まれるダストを湿式集塵装置により湿式集塵ダストとして回収する湿式集塵ダスト回収工程と、該湿式集塵ダスト回収工程で得られた湿式集塵ダストを沈殿池にて沈殿させるとともに凝集剤を添加してダスト凝集体を形成させるダスト凝集体形成工程と、該ダスト凝集体形成工程で得られたダスト凝集体を水硬性バインダーを用いて塊成化する塊成化工程とを備えた湿式集塵ダストの塊成化方法であって、
前記ダスト凝集体形成工程において、凝集剤を０．１ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満添加してダスト凝集体を形成させるとともに、
前記塊成化工程において、あらかじめ定められた量の添加水が存在する状態で、ダスト凝集体と水硬性バインダーを混合して塊成化することを特徴とする湿式集塵ダストの塊成化方法。
【請求項２】
添加水の量は、ダスト凝集体と水硬性バインダーの混合が終了した時点で、ＪＩＳ  Ａ  １１０１に記載のスランプ値が８ｃｍ以上１８ｃｍ以下となるように、定めることを特徴とする請求項１に記載の湿式集塵ダストの塊成化方法。
【請求項３】
前記塊成化工程において、水硬性バインダーにあらかじめ定められた量の添加水を混合した後、ダスト凝集体と混合することを特徴とする請求項１または２に記載の湿式集塵ダストの塊成化方法。
【請求項４】
前記塊成化工程において、ダスト凝集体にあらかじめ決められた量の添加水を混合した後、水硬性バインダーと混合することを特徴とする請求項１または２に記載の湿式集塵ダストの塊成化方法。
【請求項５】
前記塊成化工程において、ダスト凝集体と水硬性バインダーとあらかじめ決められた量の添加水を、一度に混合することを特徴とする請求項１または２に記載の湿式集塵ダストの塊成化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竪型炉の排ガス中に含まれるダストを湿式集塵で回収し、その湿式集塵ダストを塊状化して、再び竪型炉の原料としてリサイクルするための、湿式集塵ダストの塊成化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
竪型炉の排ガス中に含まれるダスト類を塊状化し、再び竪型炉にリサイクル装入して、有価物を回収する方法は、古くから検討されている。
そのように、竪型炉でダスト塊成化物を使用して、有価物を得るために重要なことは、炉への装入前の運搬時や炉への装入時の衝撃による粉化を防止することである。粉化したダストは、ふたたび炉上部から排ガスとともにダストとして排出されてしまい、有価物の回収が困難となるからである。
【０００３】
従来技術の多くは、ダスト塊成化物の強度を高めることにより、この粉化現象を低減することを意図したものである。ダスト塊成化物はバインダーの量を増大させたり、水硬性バインダーを用いた場合にはその養生時間を長くすることで強度は増大するが、バインダーの増量は製造コストの増大に結びつくため好ましくない。また、養生時間を長くすることは長期間、ダスト塊成化物を貯留しておく必要があるため、貯留設備が大型化し、設備コストが増大するという問題があった。
【０００４】
これに対して、特許文献１では、ダスト塊成化物が竪型炉の原料として適した強度を持つようにするために、ダスト類に所定の生石灰または消石灰を配合し、必要に応じて炭質物粉を配合し、１ペレットあたりの圧壊強度が２０ｋｇｆ以上になる期間は炭酸ガス含有気流中で養生することによって、ダスト塊成化物が短期間で強度を発現することを可能にしている。
【０００５】
なお、後述する［発明を実施するための形態］の欄において、下記の非特許文献１を引用するので、ここに併せて記載しておく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭４８−２３６１３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】社団法人  化学工学協会編、改訂５版  化学工学便覧、丸善、１９８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、ダスト塊成化物が短期間で強度を発現することは可能になったが、この強度を向上させるために炭酸ガス雰囲気下での養生を必要とし、大気と遮断された養生室の建設が必要となり、設備コストが甚大になる。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、竪型炉の排ガス中に含まれるダストを塊状化するに際して、バインダー量の増加や養生時間の長期化による製造コストの増大および貯留設備の大型化や養生室の建設による設備コストの増大を招くことなく、効率的にダスト塊成化物の粉化現象を低減することができる、湿式集塵ダストの塊成化方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、竪型炉から発生するダスト、特に湿式集塵ダストの塊成化試験を種々くり返し、製造したダスト塊成化物の粉化量を調査して、湿式集塵ダストを沈殿させる際に使用する凝集剤の量を最適化し、かつ当該湿式集塵ダストと水硬性バインダーを混合させる際の条件を最適化することにより、簡便に（多額の設備投資の必要なしに）粉化量の少ないダスト塊成化物を製造可能であることを見出した。
【００１１】
通常、ダスト類を水硬性バインダーで固化（塊成化）したものは、脆性破壊（衝撃に対し、塑性変形なしに破壊）する。このため、前述したように、これまでは、ダスト塊成化物の強度を高めることで脆性破壊を回避して粉化防止を図っており、バインダー量の増量や養生時間の延長あるいは特殊な養生方法などが検討されてきた。
【００１２】
これに対して、本発明者らは、ダスト塊成化物に延性を付与することによって、衝撃のエネルギーを塑性変形により吸収して粉化を抑制する方法に思い至った。
【００１３】
図１は、ダスト塊成化物に延性を持たせるための概念図である。
【００１４】
ダスト塊成化物はダスト粒子の集合体であるが、従来のダスト塊成化物は、ダスト粒子同士をそのまま水硬性バインダーにより接合していた。このため、従来のダスト塊成化物は剛体であり、外力に対しては脆性破壊して粉化する。
【００１５】
これに対して、本発明者らは、図１（ａ）に示すように、ダスト粒子２を凝集剤の作用により凝集させてダスト凝集体３を形成した後、ダスト凝集体３を崩さないようにしながらダスト凝集体３同士を水硬性バインダー４により接合して、延性を有するダスト塊成化物１を製造した。
【００１６】
図１（ｂ）は、ダスト塊成化物１に外力が加わった場合の変化を模式的に表している。ダスト粒子２の凝集体（ダスト凝集体）３は、脆性体ではなく延性を持ち容易に変形する。したがって、これらダスト凝集体３が水硬性バインダー４で接合されたダスト塊成化物１も延性を有する。たとえば、落下・衝突などで外力が作用しても、そのエネルギーは塑性変形のためのエネルギーとして吸収され、粉化が少なくなる。
【００１７】
したがって、図１に示すようなダスト塊成化物１を製造するためには、
（ａ）ダスト凝集体３を作るための技術
（ｂ）ダスト凝集体３同士を水硬性バインダー４にて接合する技術
の２つが重要となる。
【００１８】
本発明は、上記のような着想に基づいてなされており、以下の特徴を有している。
【００１９】
［１］竪型炉の排ガスに含まれるダストを湿式集塵装置により湿式集塵ダストとして回収する湿式集塵ダスト回収工程と、該湿式集塵ダスト回収工程で得られた湿式集塵ダストを沈殿池にて沈殿させるとともに凝集剤を添加してダスト凝集体を形成させるダスト凝集体形成工程と、該ダスト凝集体形成工程で得られたダスト凝集体を水硬性バインダーを用いて塊成化する塊成化工程とを備えた湿式集塵ダストの塊成化方法であって、
前記ダスト凝集体形成工程において、凝集剤を０．１ｍａｓｓ％以上０．５ｍａｓｓ％未満添加してダスト凝集体を形成させるとともに、
前記塊成化工程において、あらかじめ定められた量の添加水が存在する状態で、ダスト凝集体と水硬性バインダーを混合して塊成化することを特徴とする湿式集塵ダストの塊成化方法。
【００２０】
［２］添加水の量は、ダスト凝集体と水硬性バインダーの混合が終了した時点で、ＪＩＳ  Ａ  １１０１に記載のスランプ値が８ｃｍ以上１８ｃｍ以下となるように、定めることを特徴とする前記［１］に記載の湿式集塵ダストの塊成化方法。
【００２１】
［３］前記塊成化工程において、水硬性バインダーにあらかじめ定められた量の添加水を混合した後、ダスト凝集体と混合することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の湿式集塵ダストの塊成化方法。
【００２２】
［４］前記塊成化工程において、ダスト凝集体にあらかじめ決められた量の添加水を混合した後、水硬性バインダーと混合することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の湿式集塵ダストの塊成化方法。
【００２３】
［５］前記塊成化工程において、ダスト凝集体と水硬性バインダーとあらかじめ決められた量の添加水を、一度に混合することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の湿式集塵ダストの塊成化方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明においては、竪型炉の排ガス中に含まれるダストを塊状化するに際して、バインダー量の増加や養生時間の長期化による製造コストの増大および貯留設備の大型化や養生室の建設による設備コストの増大を招くことなく、効率的にダスト塊成化物の粉化現象を低減することができる。
【００２５】
すなわち、本発明では、沈殿池にて湿式集塵ダストを凝集剤により沈殿させてダスト凝集体を形成させ、そのダスト凝集体同士を水硬性バインダーで接合して、ダスト塊成化物を製造するようにしたので、ダスト塊成化物が外力に対して延性を有するようになり、炉への装入前の運搬時や炉への装入時の衝撃による粉化を効率的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明におけるダスト塊成化物の微細構造に関する模式図である。
【図２】本発明におけるダスト凝集体を製造するためのフロー図である。
【図３】本発明においてダスト凝集体を水硬性バインダーを用いて塊成化するためのフロー図である。
【図４】本発明においてダスト凝集体を水硬性バインダーを用いて塊成化する際のミキサーへの原料の投入順序を表すフロー図である（Ｃａｓｅ１）。
【図５】本発明においてダスト凝集体を水硬性バインダーを用いて塊成化する際のミキサーへの原料の投入順序を表すフロー図である（Ｃａｓｅ２）。
【図６】本発明においてダスト凝集体を水硬性バインダーを用いて塊成化する際のミキサーへの原料の投入順序を表すフロー図である（Ｃａｓｅ３）。
【図７】ダスト凝集体を水硬性バインダーを用いて塊成化する際のミキサーへの原料の投入順序として不適当なフローを表す図である（Ｃａｓｅ４）。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図２は、本発明の実施形態におけるダスト凝集体３を製造するためのフロー図である。
【００２９】
竪型炉５から排出される排ガス６は湿式集塵装置（ここでは、洗浄集塵装置）７へ導入される。これにより排ガス６は固気分離されて、気体は清浄排ガス８となり、固体分はスラリー（湿式集塵ダスト）９となる（湿式集塵ダスト回収工程）。
【００３０】
清浄排ガス８はエネルギーとしての価値を有するものであれば再利用され、無価値であれば無害化などの必要な処理を施した後大気放散されるが、ここでは詳述しない。
【００３１】
スラリー（湿式集塵ダスト）９は沈殿池１０に導入され、固液分離されるが、凝集剤１１を沈殿池１０に投入することにより、ダスト凝集体３を形成する。沈殿池１０から排出される泥状物１２はダスト凝集体３と余剰の水１４の混合物（湿ダスト）であり、濾過装置１３に導入されダスト凝集体３と余剰水１４に分離される（ダスト凝集体形成工程）。
【００３２】
ここで、湿式集塵装置７、沈殿池１０および濾過装置１３には特別な制約は無く、たとえば非特許文献１によれば、湿式集塵装置７は７８１ページ、沈殿池１０は７３６ページ、濾過装置１３は７１４ページに記載がある種々の装置から、各工場等で適したものを適宜選択すれば良い。
【００３３】
図３は、ダスト凝集体３を水硬性バインダー４によって接合・固化してダスト塊成化物１を製造するためのフローを示す（塊成化工程）。なお、このフローは一例を示したに過ぎず、本発明を限定するものではない。例えば、図２のようにして製造したダスト凝集体３は少なくとも１種類あれば良いが、図３ではダスト凝集体３が２種類（成分組成が異なる等）の場合を示している。
【００３４】
図３に示すように、２種類のダスト凝集体３はそれぞれ原料ヤードにダスト凝集体３ａおよびダスト凝集体３ｂとして保管されている。これらをそれぞれ貯槽Ｂ１６および貯槽Ｃ１７に入れて、ミキサー２１に所定量投入できる状態とする。同様に、水硬性バインダー４を貯槽Ａ１５に入れておく。また、貯槽Ｄ１８には添加物２３を入れておく。
【００３５】
この添加物２３とは、工場で発生するさまざまな粉状物であり、概ね１ｍｍ未満の粒子径を持ち、粒子同士が凝集体を形成していないものである。例として示すならば、製鉄所においては鉄鋼原料となる鉄鉱石の粉状物があり、鋳物工場等においては熱源として利用するコークスが粉化したものなどがある。これらの添加物は２０ｍａｓｓ％程度までの配合においては、本発明になんら悪影響を及ぼすことはなく、原燃料として竪型炉５で再利用可能であることがわかっている。
【００３６】
これらのダスト凝集体３と水硬性バインダー４と必要により添加物２３を輸送コンベア１９にてミキサー２１に投入し、添加水２０を添加して混合する。ミキサー２１に特別な制約は無いが、ダスト凝集体３、水硬性バインダー４、添加水２０の投入順序には制約があり後述する。
【００３７】
ミキサー２１で原料（ダスト凝集体３、水硬性バインダー４、添加水２０、必要により添加物２３）が混合された後の混合物は、養生場所２２に打設され、概ね３〜７日の養生で固化した後、必要に応じ破砕・製粒されて、ダスト塊成化物１が製造される。製造されたダスト塊成化物１は、竪型炉５に燃原料として装入される。
【００３８】
添加水２０の量については、あらかじめ、上記原料の混合が終了した時点でその混合物のスランプ値をＪＩＳ  Ａ  １１０１にしたがって測定し、スランプ値が８〜１８ｃｍとなるように調整することが好ましい。スランプ値が８ｃｍ以上であると流動性が高く安定した打設ができ、スランプ値が１８ｃｍ以下であると水分が適量であり、養生後強度が確保できるからである。
【００３９】
ミキサー２１については特に大きな制約は無く、ＪＩＳ  Ａ  ８６０３に規定されるものをはじめ、多くの種類を使用することができる。
【００４０】
一方、前述したように、ミキサーへの原料（ダスト３、水硬性バインダー、添加水、必要により添加物）の投入順序については注意する必要があり、あらかじめ定められた量の添加水が投入された後に、すなわち、あらかじめ定められた量の添加水が存在する状態で、ダスト凝集体と水硬性バインダーを混合する必要がある。逆に言えば、あらかじめ定められた量の添加水が存在しない状態では、ダスト凝集体と水硬性バインダーの混合を行わないようにする。具体的には、図４、図５、図６にそれぞれ示す３つのケース（Ｃａｓｅ１、Ｃａｓｅ２、Ｃａｓｅ３）が適切である。
【００４１】
図４に示すＣａｓｅ１は、１段目の混合において、水硬性バインダーに添加水を添加して混合した後、２段目の混合において、添加水を添加・混合された水硬性バインダーとダスト凝集体とを練り合わせながら混合（混練）する場合である。添加水量は前述のように原料混合終了時の混合物のスランプ値を基に調整するのが好ましい。これにより、ミキサー内において、まず、添加水を添加・混合された水硬性バインダーがモルタル状（スラリー状）となり流動性を持つため、次に混合（混練）されるダスト凝集体との摩擦が小さくなり、ダスト凝集体の凝集構造を破壊することなく、水硬性バインダーによりダスト凝集体同士を接合することが可能となる。したがって、得られるダスト塊成化物は延性を持ち、粉化量は抑制される。図４中に記載した添加物については、前述の配合量までは有っても良いし、無くとも良い。
【００４２】
図５に示すＣａｓｅ２は、１段目の混合において、ダスト凝集体に添加水を添加して混合した後、２段目の混合において、添加水を添加・混合されたダスト凝集体と水硬性バインダーとを練り合わせながら混合（混練）する場合である。添加水量は前述のように原料混合終了時の混合物のスランプ値を基に調整するのが好ましい。これにより、ミキサー内において、まず、添加水を添加・混合されたダスト凝集体がスラリー状となり流動性を持つため、次に混合（混練）される水硬性バインダーとの摩擦が小さくなり、ダスト凝集体の凝集構造を破壊することなく、水硬性バインダーによりダスト凝集体同士を接合することが可能となる。したがって、得られるダスト塊成化物は延性を持ち、粉化量は抑制される。図５中に記載した添加物については、前述の配合量までは有っても良いし、無くとも良い。
【００４３】
図６に示すＣａｓｅ３は、１段目の混合において、ダスト凝集体と水硬性バインダーと添加水を一度に混合（混練）する場合である。すなわち、ダスト凝集体と水硬性バインダーと添加水の内のいずれか二つを先行して混合することを行わない場合である。添加水量は前述のように原料混合終了後の混合物のスランプ値を基に調整するのが好ましい。これにより、ミキサー内において、ダスト凝集体と水硬性バインダーが十分な流動性を持つため、ダスト凝集体の凝集構造を破壊することなく、水硬性バインダーによりダスト凝集体同士を接合することが可能となる。したがって、得られるダスト塊成化物は延性を持ち、粉化量は抑制される。図６中に記載した添加物については、前述の配合量までは有っても良いし、無くとも良い。
【００４４】
これに対して、図７に示すＣａｓｅ４は、ミキサーへの原料の投入順として不適な場合を示している。これは、１段目の混合において、水硬性バインダーとダスト凝集体を練り合わせながら混合（混練）した後に、２段目の混合において、添加水を添加・混合するケースである。この場合、ダスト凝集体と水硬性バインダーとの混練時に材料（水硬性バインダー、ダスト凝集体）の流動性が小さく、材料の固体成分同士の摩擦が大きくなる。これにより、ダスト凝集体の内部にまで水硬性バインダーが練り込まれてしまい、ダスト凝集体内部のダスト粒子同士が水硬性バインダーにより固着するようになって、ダスト凝集体の凝集構造が破壊される。したがって、この場合は、ダスト塊成化物は図１に示したような延性を持たないため、脆性破壊して粉化量が増加してしまう。
【００４５】
次に、凝集剤の添加量の好適な範囲を求めるため、凝集剤の添加量を様々に変更した試料を作成して、落下試験を実施した。試験はＪＩＳ  Ｍ  ８７１１（鉄鉱石類の落下強度測定法）に準じる方法にて実施し、試験後の試料の１０ｍｍの篩下を粉化量とした。また、凝集剤の添加量は下記（１）式により計算した。
【００４６】
凝集剤添加量（ｍａｓｓ％）＝凝集剤添加速度（ｄｒｙ−ｔ／ｈｒ）／ダスト発生速度（ｄｒｙ−ｔ／ｈｒ）×１００                    ・・・・・（１）
ここで、ダスト発生速度は、湿式集塵ダストの発生速度（回収速度）を意味している。
【００４７】
その結果、凝集剤添加量が０．１ｍａｓｓ％未満では落下試験後の粉化量（１０ｍｍの篩下質量）が大きくなった。これは、凝集剤の量が少ないために、ダスト粒子の凝集体を作ることができなかったと推定される。一方、凝集剤添加量が０．５ｍａｓｓ％を超えると落下試験後の粉化量（１０ｍｍの篩下質量）は徐々に上昇を始めた。これは、凝集剤が余剰となり、余剰の凝集剤が水硬性バインダーと混合するため、水硬性バインダーの硬化後の強度が低下し、ダスト凝集体同士の接合力が低下することによると考えられる。したがって、凝集剤添加量は０．１ｍａｓｓ％〜０．５ｍａｓｓ％の範囲が好適との結論を得た。
【００４８】
なお、上記（１）式は、湿式集塵ダストと凝集剤が連続的に投入される場合を念頭においているが、湿式集塵ダストと凝集剤がバッチ的に投入される場合は、下記（２）式により計算される。
【００４９】
凝集剤添加量（ｍａｓｓ％）＝凝集剤添加量（ｄｒｙ−ｔ）／ダスト発生量（ｄｒｙ−ｔ）×１００                    ・・・・・（２）
【００５０】
そして、本発明による効果は、原理的に凝集剤の種類によらない。試験ではさまざまな種類の凝集剤を用いた。たとえば、無機系の凝集剤では、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、硫酸鉄、塩化鉄であり、陰イオン性の高分子凝集剤では、アルギン酸ナトリウム、ＣＭＣナトリウム塩などであり、陽イオン性の高分子凝集剤では、水溶性アニリン樹脂、ポリチオ尿素などであり、非イオン性の高分子凝集剤では、ポリアクリルアミド、ポリオキシエチレンなどである。試験の結果、好適な凝集剤の量は同一であった。
【００５１】
ただし、これらの凝集剤はそれぞれ凝集に適したｐＨ値を持っているので、使用に際しては当該工場等の集塵水のｐＨに合った凝集剤を使用するか、あるいは使用する凝集剤に合せて集塵水のｐＨの値を調整するかいずれかの調整が必要である。
【実施例１】
【００５２】
本発明の実施例を記載する。
【００５３】
表１に、この実施例においてダスト塊成化物を製造する際に用いた原料を示す。
【００５４】
表１中のダストは、製鉄所内にある炉（高炉、転炉）で発生したものを使用した。ダストを含む排ガスを洗浄集塵装置（湿式集塵装置）において固気分離した後、集塵水中に縣濁したダストをシックナー（沈殿池）で濃縮し、フィルタープレスにより脱水した。脱水後も水分は３０〜５０ｍａｓｓ％程度残留しており、湿ダストと呼ぶ。
【００５５】
この湿ダストは複数の炉の集塵水を一つのシックナーに集めて濃縮、脱水処理を施したものであり、その組成を一例として表１に示してある。もちろん単独の炉から発生するダストを使用してもよい。
【００５６】
表１中の添加物は、この場合、燃料となるコークスの搬送時などに発生する粉末状（１ｍｍの篩下１００ｍａｓｓ％）のものである。通常、コークスは塊状（概ね粒子の直径で３０ｍｍ〜１５０ｍｍ）のものが用いられ、粉状となると使用が困難となる。このようなものをダストと同時に塊成化して竪型炉での使用を試みた。なお、粉状のコークスの発生量はそれほど多くなく、通常は添加せずにダスト塊成化物を製造し、一定量蓄積してきたときに添加して使用するなどして用いた。
【００５７】
表１中の水硬性バインダーについても特別な制約は無く、各種セメント類を用いることができるが、ここでは、一般的に広く用いられているポルトランドセメントを使用した。
【００５８】
【表１】
2014114477.tif 000003
【００５９】
表２は、ダスト塊成化物Ａ（以下、塊成化物Ａ）とダスト塊成化物Ｂ（以下、塊成化物Ｂ）を製造する際のそれぞれのダストと添加物と水硬性バインダーの配合を示している。水硬性バインダーの量は１５ｍａｓｓ％一定として、塊成化物Ａではダストを８５ｍａｓｓ％配合し、塊成化物Ｂではダストを７５ｍａｓｓ％にして添加物を１０ｍａｓｓ％とした。
【００６０】
【表２】
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【００６１】
次に、製造したダスト塊成化物（塊成化物Ａ、塊成化物Ｂ）を竪型炉にてリサイクルした結果を記載する。炉内径が３．４ｍの竪型炉を用い、鉄スクラップをコークスの燃焼熱を用いて溶解し銑鉄を製造する工程において、鉄スクラップと同時にダスト塊成化物を装入した。
【００６２】
使用した原燃料の組成を表３に示す。ここでは、スクラップは、広く一般に用いられている（社）日本鉄源協会が制定する鉄スクラップ規格のうち、Ｈ２に相当するものを主として用いた。この規格はスクラップのサイズに係わるものであり、成分の規格は無いものの、微量ではあるが付着する土砂などにより、鉄以外の不純物を含んでいる。スラグ成分設計のためには、これら不純物濃度が必要であるため、表３には鉄以外の組成に関して推定値を記載したが、ロットにより成分は変動するため、かならずしも成分が同一である必要はない。
【００６３】
【表３】
2014114477.tif 000005
【００６４】
塊成化物Ａおよび塊成化物Ｂは、前述のように表２に示す配合にてダスト、添加物および水硬性バインダーを混合したものである。ただし、凝集剤の添加量および塊成化工程におけるミキサーへの原料の投入順については後述する。
【００６５】
これらの塊成化物Ａおよび塊成化物Ｂは、ヤード（養生場所）にて打設後、５日間養生して固化したもので、使用に際しては５０ｍｍの塊状に製粒して用いた。塊のサイズが５０ｍｍ未満のものは再びミキサーにいれて再利用した。塊のサイズは必ずしも５０ｍｍである必要はないが、使用するコークスのサイズよりも小さくなると炉の通気性を阻害する傾向があるため、大きいほうが良い。ただし、塊のサイズを大きくするとミキサーへ戻る量が増加してミキサーの能力の増強が必要となる場合があるため、適宜、炉の通気性と固化設備（塊成化設備）の能力等に照らして、塊のサイズを決定すればよい。
【００６６】
そして、ここで使用したダストは製鉄所発生ダストであるため、主成分は鉄である。鉄分は多くの場合酸化鉄の形で含有されるが、鉄源として竪型炉において還元・溶融して溶銑に変えることが可能である。
【００６７】
また、必ずしも製鉄所発生ダストである必要はなく、たとえばマンガン鉱石、クロム鉱石、銅鉱石など製錬工程で竪型炉を用いていて、かつ排ガスの気固分離に湿式集塵装置を用いている工場であれば適用可能である。
【００６８】
さらに、表３には熱源としてのコークス、および造滓剤（スラグ成分調整剤）として用いた珪石および石灰石の組成を示している。
【００６９】
表４は、本発明例（本発明例１〜４）と比較例（比較例１〜３）を一覧表にしたものである。
【００７０】
なお、表４では、竪型炉の操業成績を表すものとして、吹き抜け回数とコークス比を用いた。吹き抜け現象について説明する。竪型炉においては炉下部から吹込んだ空気によりコークス等を燃焼して高温の還元性ガスを製造し、それによりスクラップを溶解したり、鉱石の還元等を行ったりしている。したがって、ガスが炉下部から炉上部へ流れるために炉内の通気性が重要となる。炉内に粉体などが蓄積して圧力損失が増大すると炉内の圧力が上昇するが、一定の圧力に達したとき、爆発的にガスの上昇が再開される場合がある。このような場合、ガスと固体の接触時間は極めて短いものとなり、高温ガスから固体への伝熱や還元反応が不十分なままガスが排出されてしまうため、金属の溶解不良や酸化物の還元不良等を生じ、非常に非効率な現象になる。また、圧力の上昇による炉体への機械的ダメージや、急激に高温ガスが噴出することによる諸設備への熱的悪影響も懸念される。表４中には、この吹き抜け現象が一日平均で何回生じたかを示した。表４中のコークス比については、少ないほど好ましいが、吹き抜け回数の増加に応じて増加する傾向を示した。
【００７１】
ちなみに、表４中に記載のｔは、生成した溶銑トンを示す。
【００７２】
【表４】
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【００７３】
本発明例（本発明例１〜４）は、本発明を適用した場合の竪型炉によるスクラップ溶解操業例である。
【００７４】
本発明例１では、出銑量は７０ｔ／ｈｒで、鉄源としてスラップを９４０ｋｇ／ｔと塊成化物Ａを１００ｋｇ／ｔ配合した。スラグ成分の調整のため、副原料の珪石を１４．５ｋｇ／ｔおよび石灰石を３０．４ｋｇ／ｔ配合した。ダスト凝集体を作るため、沈殿池に凝集剤を０．１２ｍａｓｓ％添加した。また、ミキサーへの原料投入順序は図４に示すＣａｓｅ１とし、原料の混合時にダスト凝集体内部にまで水硬性バインダーが入り込まないようにした。これにより、ダスト塊成化物が延性を持ち、粉化量を低く抑えることができたため、炉の通気性は良好に保たれ、吹き抜け回数は０回／日と炉況は安定し、コークス比も低位であった。
【００７５】
本発明例２では、出銑量は７０ｔ／ｈｒで、鉄源としてスラップを９４０ｋｇ／ｔと塊成化物Ａを１００ｋｇ／ｔ配合した。スラグ成分の調整のため、副原料の珪石を１４．７ｋｇ／ｔおよび石灰石を３０．４ｋｇ／ｔ配合した。ダスト凝集体を作るため、沈殿池に凝集剤を０．３５ｍａｓｓ％添加した。また、ミキサーへの原料投入順序は図５に示すＣａｓｅ２とし、原料の混合時にダスト凝集体内部にまで水硬性バインダーが入り込まないようにした。これにより、ダスト塊成化物が延性を持ち、粉化量を低く抑えることができたため、炉の通気性は良好に保たれ、吹き抜け回数は０回／日と炉況は安定し、コークス比も低位であった。
【００７６】
本発明例３では、出銑量は７０ｔ／ｈｒで、鉄源としてスラップを９４０ｋｇ／ｔと塊成化物Ａを１００ｋｇ／ｔ配合した。スラグ成分の調整のため、副原料の珪石を１４．６ｋｇ／ｔおよび石灰石を３０．４ｋｇ／ｔ配合した。ダスト凝集体を作るため、沈殿池に凝集剤を０．４８ｍａｓｓ％添加した。また、ミキサーへの原料投入順序は図６に示すＣａｓｅ３とし、原料の混合時にダスト凝集体内部にまで水硬性バインダーが入り込まないようにした。これにより、ダスト塊成化物が延性を持ち、粉化量を低く抑えることができたため、炉の通気性は良好に保たれ、吹き抜け回数は０回／日と炉況は安定し、コークス比も低位であった。
【００７７】
本発明例４では、出銑量は７０ｔ／ｈｒで、鉄源としてスラップを９４５ｋｇ／ｔと塊成化物Ｂを１００ｋｇ／ｔ配合した。他の本発明例と比較してスクラップの使用量がやや多くなっているが、これは塊成化物Ｂが塊成化物Ａに比較してやや鉄含有量が少ないためである。スラグ成分の調整のため、副原料の珪石を１４．５ｋｇ／ｔおよび石灰石を３０．４ｋｇ／ｔ配合した。ダスト凝集体を作るため、沈殿池に凝集剤を０．３５ｍａｓｓ％添加した。また、ミキサーへの原料投入順序は図６に示すＣａｓｅ３とし、原料の混合時にダスト凝集体内部にまで水硬性バインダーが入り込まないようにした。これにより、ダスト塊成化物が延性を持ち、粉化量を低く抑えることができたため、炉の通気性は良好に保たれ、吹き抜け回数は０回／日と炉況は安定し、コークス比も低位であった。
【００７８】
これに対して、比較例（比較例１〜３）は、本発明を適用しない場合の竪型炉によるスクラップ溶解操業例である。
【００７９】
比較例１は、凝集剤の添加量が不足した場合の例である。吹き抜け現象が頻発し、炉況が悪化したので、出銑量は本発明例１〜４では７０ｔ／ｈｒだったものが５９ｔ／ｈｒにまで減少した。鉄源としてスラップを９５５ｋｇ／ｔと塊成化物Ａを１００ｋｇ／ｔ配合した。本発明例１〜４と比較してスクラップの使用量がやや多くなっているが、これは塊成化物が粉化してガスに同伴されて排出されるため、鉄回収率が低下したことに起因する。沈殿池に凝集剤を０．０８ｍａｓｓ％添加したが、ダスト凝集体を作るためには不足であった。これにより、ダスト塊成化物が延性を持たず、粉化量が増加したため、炉の通気性は悪化し、吹き抜け回数は１３回／日となり、コークス比も増大した。
【００８０】
比較例２は、凝集剤の添加量が過剰となった場合の例である。吹き抜け現象が頻発し、炉況が悪化したので、出銑量は本発明例１〜４では７０ｔ／ｈｒだったものが６２ｔ／ｈｒにまで減少した。鉄源としてスラップを９５４ｋｇ／ｔと塊成化物Ａを１００ｋｇ／ｔ配合した。本発明例１〜４と比較してスクラップの使用量がやや多くなっているが、これは塊成化物が粉化してガスに同伴されて排出されるため、鉄回収率が低下したことに起因する。沈殿池に凝集剤を０．５５ｍａｓｓ％添加したが過剰であり、余剰の凝集剤が水硬性バインダーと混合してしまい、水硬性バインダーの硬化に悪影響を及ぼした（ダスト凝集体同士の接合力の低下を引き起こした）と考えられる。これにより、ダスト塊成化物の粉化量が増加したため、炉の通気性は悪化し、吹き抜け回数は５回／日となり、コークス比も増大した。
【００８１】
比較例３は、ミキサーへの原料の投入順が不適当な場合の例である。吹き抜け現象が頻発し、炉況が悪化したので、出銑量は本発明例１〜４では７０ｔ／ｈｒだったものが５８ｔ／ｈｒにまで減少した。鉄源としてスラップを９５５ｋｇ／ｔと塊成化物Ａを１００ｋｇ／ｔ配合した。本発明例１〜４と比較してスクラップの使用量がやや多くなっているが、これは塊成化物が粉化してガスに同伴されて排出されるため、鉄回収率が低下したことに起因する。沈殿池に凝集剤を０．３５ｍａｓｓ％添加したのは適量であったが、ミキサーへの原料投入順序を図７に示すＣａｓｅ４としたため、原料の混合時にダスト凝集体内部にまで水硬性バインダーが入り込んでしまう条件であった。これにより、ダスト塊成化物が延性を持たず、脆性破壊して粉化量が増大し、炉の通気性が悪化して、吹き抜け回数は１２回／日となり、コークス比も増大した。
【符号の説明】
【００８２】
１  ダスト塊成化物
２  ダスト粒子
３  ダスト凝集体
４  水硬性バインダー
５  竪型炉
６  排ガス
７  湿式集塵装置（洗浄集塵装置）
８  清浄排ガス
９  スラリー
１０  沈殿池
１１  凝集剤
１２  泥状物
１３  濾過装置
１４  余剰水
１５  貯槽Ａ
１６  貯槽Ｂ
１７  貯槽Ｃ
１８  貯槽Ｄ
１９  輸送コンベア
２０  添加水
２１  ミキサー
２２  養生場所
２３  添加物
【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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【図６】
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【図７】
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