(57)【要約】【課題】フリーライムを含有する乾ダストを容易かつ確実に安定した状態に塊成化できる乾ダスト塊成物の製造方法及び乾ダスト塊成物の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、製鉄工程で発生し、かつ鉄及びフリーライムを含有する乾ダストを原料とする塊成物の製造方法であって、上記乾ダストに水を添加する工程と、水を添加した上記乾ダストを通気乾燥機で乾燥する工程と、乾燥した上記乾ダストにバインダーを添加し、混練する工程と、混練した上記乾ダストを塊成化する工程とを有し、上記水添加工程で水の添加量を乾ダストのフリーライム含有量が０．３質量％以下となるよう調整し、上記乾燥工程での乾燥条件として、上記通気乾燥機の排出ガス温度を４００℃以下、乾燥後の乾ダストの水分を１０質量％以下とすることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鉄工程で発生し、かつ鉄及びフリーライムを含有する乾ダストを原料とする塊成物の製造方法であって、
上記乾ダストに水を添加する工程と、
水を添加した上記乾ダストを通気乾燥機で乾燥する工程と、
乾燥した上記乾ダストにバインダーを添加し、混練する工程と、
混練した上記乾ダストを塊成化する工程と
を有し、
上記水添加工程で水の添加量を乾ダストのフリーライム含有量が０．３質量％以下となるよう調整し、
上記乾燥工程での乾燥条件として、上記通気乾燥機の排出ガス温度を４００℃以下、乾燥後の乾ダストの水分を１０質量％以下とすることを特徴とする乾ダスト塊成物の製造方法。
【請求項２】
上記混練工程において、上記乾ダストにフリーライム含有量が０．３質量％以下のダストをさらに添加する請求項１に記載の乾ダスト塊成物の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の乾ダスト塊成物の製造方法により得られる乾ダスト塊成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾ダスト塊成物の製造方法及び乾ダスト塊成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスにおいて、コークス炉、焼結炉等の焼成炉や高炉、転炉、溶融還元炉等の精錬炉で発生する多量のダストは、一般に乾式又は湿式の集塵設備を用いて捕集される。このダストは鉄を含むため、捕集したダストは製鉄用原料として再利用される。
【０００３】
上記ダストの再利用にあたっては、運搬、貯蔵、炉への投入において発塵を防いで回収効率を向上させると共に作業環境の悪化を防止するため、ダストをバインダーを用いてブリケット、ペレット、スティック等に塊成化している。効率的にダストを塊成化するためには、ダストの水分は一定以下に低減する必要がある。さらに、このようなダストの塊成物は、水分を多く含むと炉に投入した際に水分蒸発により発塵や水蒸気爆発が発生するおそれがある。そのため、塊成化にあたりダストの水分は一定以下に低減する必要がある。
【０００４】
ところで、製鉄の脱りん及び脱硫工程では、精錬剤として安価で入手が容易なＣａＯ系フラックスが一般に用いられている。そのため、精錬炉で発生するダストには未反応の遊離ＣａＯ（フリーライム）が含まれる。このフリーライムを多量に含んだダストを塊成化すると、塊成化後にフリーライムが水と反応して消石灰になる水和反応を起こすため、塊成物内部で体積膨張が発生して、塊成物の強度低下や塊成物の崩壊が生じる。乾式集塵装置で捕集された乾ダストは、水分が少ないため乾燥等の水分除去作業が不必要であるが、水と反応しやすいフリーライムが多量に含有されるため、そのままでは塊成化が困難である。
【０００５】
そこで、乾ダストの塊成化を容易にすべく、塊成化用バインダーとして即硬性アルミナセメントを用いてフリーライムをアルミナセメントと反応させ体積膨張を防ぐ技術（特開２００４−９１８７６号公報参照）や、炭素化処理を行ってフリーライムを安定化させる技術（特開２００８−３８１８１号公報参照）が考案されている。
【０００６】
しかし、上記従来技術では、特殊な薬品や設備が必要となるため、ダストの塊成化コストが増加するという不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９１８７６号公報
【特許文献２】特開２００８−３８１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前述のような事情に基づいてなされたものであり、フリーライムを含有する乾ダストを容易かつ確実に安定した状態に塊成化できる乾ダスト塊成物の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明者らは、塊成化時の乾ダストのフリーライムの含有量が０．３質量％以下であれば、塊成物の強度低下が起こらず、十分な強度を有する安定した塊成物を得ることができることを見出した。
【００１０】
すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、
製鉄工程で発生し、かつ鉄及びフリーライムを含有する乾ダストを原料とする塊成物の製造方法であって、
上記乾ダストに水を添加する工程と、
水を添加した上記乾ダストを通気乾燥機で乾燥する工程と、
乾燥した上記乾ダストにバインダーを添加し、混練する工程と、
混練した上記乾ダストを塊成化する工程と
を有し、
上記水添加工程で水の添加量を乾ダストのフリーライム含有量が０．３質量％以下となるよう調整し、
上記乾燥工程での乾燥条件として、上記通気乾燥機の排出ガス温度を４００℃以下、乾燥後の乾ダストの水分を１０質量％以下とすることを特徴とする。
【００１１】
当該乾ダスト塊成物の製造方法においては、上記水添加工程及び乾燥工程を有するため、塊成化後のフリーライムの水和による体積膨張を防いで安定した塊成物を得ることができる。つまり、当該乾ダスト塊成物の製造方法は、水添加工程で乾ダスト中のフリーライムを水酸化カルシウムに水和しフリーライム含有量を０．３質量％以下に下げ、その後乾燥工程で水分を除去すると共に、通気乾燥機の排出ガス温度を上記温度以下とすることで水酸化カルシウムが熱分解してフリーライムに戻ることを防止し、フリーライム含有量を０．３質量％以下に維持することができる。その結果、フリーライム含有量及び水分が少ない安定した乾ダスト塊成物を得ることができる。
【００１２】
上記混練工程において、上記乾ダストにフリーライム含有量が０．３質量％以下のダストをさらに添加するとよい。このように混練工程においてフリーライム含有量が０．３質量％以下のダストをさらに添加することで、塊成物中のフリーライム及び水の割合をさらに低減し、乾ダストの安定性を効果的に向上させることができる。
【００１３】
従って、当該乾ダスト塊成物の製造方法で得られる乾ダスト塊成物は、高い強度及び形状安定性を有する。
【００１４】
なお、「乾ダスト」とは、乾式集塵設備で捕集したダストを意味する。「フリーライム含有量」とは、エチレングリコール溶液での抽出により計測されるフリーライム及び水酸化カルシウムの合計含有量から、カールフィッシャー法で計測される水酸化カルシウムの含有量を引いた値である。「通気乾燥機の排出ガス温度」とは、通気乾燥機の乾ダストの排出口における排出ガスの温度を意味する。「水分」とは、ダストの湿質量に対する水の質量割合である。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の乾ダスト塊成物の製造方法は、フリーライムを含有する乾ダストを容易かつ確実に塊成化して、安定した塊成物が得られる。つまり、特別な薬品や設備を必要としないため、塊成化コストを低減しつつ安定した塊成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の乾ダスト塊成物の製造方法のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の乾ダスト塊成物の製造方法及び乾ダスト塊成物の実施形態を詳説する。
【００１８】
〔乾ダスト塊成物の製造方法〕
本発明の乾ダスト塊成物の製造方法は図１に示すように、
乾ダストＡに水を添加する工程（水添加工程Ｓ１）と、
水を添加した乾ダストＡを通気乾燥機で乾燥する工程（乾燥工程Ｓ２）と、
乾燥した乾ダストＡにバインダーを添加し混練する工程（混練工程Ｓ３）と、
混練した乾ダストＡを塊成化する工程（塊成化工程Ｓ４）と
を有する。
【００１９】
ここで、まず本発明に用いる乾ダストＡについて説明する。本発明で用いる乾ダストＡとしては、製鉄プロセスで発生し、かつ鉄及びフリーライムを含有する乾ダストであれば特に限定されず、高炉、転炉等から発生するダストを乾式集塵設備で捕集したものを用いることができる。乾式集塵設備としては、乾式サイクロンン式集塵機、乾式バグフィルター式集塵機、乾式電気集塵機等の液体を使用しない集塵設備を用いることができる。
【００２０】
＜水添加工程＞
水添加工程Ｓ１において、乾ダストＡに水を添加し、乾ダストＡ中のフリーライムを水和させる。
【００２１】
乾ダストＡに水を添加する方法としては、特に限定されず、例えば乾ダストＡを混練機に投入し、水を添加しながら混練して連続的に排出する方法を用いることができる。この混練機としては、例えばパドル式混練機を用いることができ、パドル式混練機を用いることで水を略均一に乾ダストＡに含有させることができる。混練機から排出された乾ダストＡは、フリーライムの水和反応を進行させると共に水分を低減するため、大気中に放置して乾燥することが好ましい。乾ダストＡの混練時間（混練機内における滞留時間）としては、水を乾ダストＡに十分含有させることができれば特に限定されず、例えば１分程度とすることができる。また、大気中での乾燥（天日乾燥）の時間としては、例えば３〜２４時間程度とすることができる。
【００２２】
乾ダストＡに水を添加する方法としては、シックナー、ポンド等の設備に水を貯留し、乾ダストＡを投入し浸漬する方法を用いてもよい。ただし、水を貯留したシックナー等に乾ダストＡを浸漬した場合、シックナー等から取り出し後の乾ダストＡが多量の水分を含有するため、長時間の大気中での乾燥（天日乾燥）が必要となる。従って、乾ダストＡに水を添加する方法としては、上述の混練機を用いる方法が好ましい。
【００２３】
乾ダストＡへの水の添加量の下限としては、乾ダストＡの乾燥質量に対して１０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましく、４０質量％がさらに好ましい。水の添加量が上記下限未満の場合、フリーライムを十分に水和反応させることができないおそれがある。一方、乾ダストＡへの水の添加量の上限としては、５０質量％が好ましい。水の添加量が上記上限を超える場合、乾ダストＡの水分を一定以下にするための乾燥熱量が増大するおそれがある。
【００２４】
水を添加後（水和反応進行後）の乾ダストＡのフリーライム含有量の上限としては、０．３質量％であり、０．２５質量％がより好ましく、０．２質量％がさらに好ましい。乾ダストＡのフリーライム含有量が上記上限を超える場合、塊成化後にフリーライムの水和反応によって塊成物内部で体積膨張が発生し、塊成物の強度低下や崩壊が発生するおそれがある。一方、水を添加後の乾ダストＡのフリーライム含有量の下限としては、０．０１質量％が好ましい。乾ダストＡのフリーライム含有量を上記下限未満とするのは困難であり、塊成化コストが増加するおそれがある。
【００２５】
水を添加後（水和反応進行後）の乾ダストＡの水分（水の含有量）の下限としては、１０質量％が好ましく、１２質量％がより好ましい。水を添加後の乾ダストＡの水分が上記下限未満の場合、フリーライムが十分に水和反応されないおそれがある。一方、水を添加後の乾ダストＡの水分の上限としては、２０質量％が好ましい。水を添加後の乾ダストＡの水分が上記上限を超える場合、乾ダストＡの水分を一定以下にするための乾燥熱量が増大するおそれがある。
【００２６】
＜乾燥工程＞
乾燥工程Ｓ２において、上記水添加工程Ｓ１で水が添加された乾ダストＡを通気乾燥機で乾燥し、水分を低減する。
【００２７】
乾ダストＡを乾燥する通気乾燥機としては、加熱気体を用いる乾燥機であれば特に限定されず、例えばドラム式乾燥機等を用いることができる。
【００２８】
上記通気乾燥機の排出ガス温度の上限としては、４００℃であり、２００℃以下がより好ましい。被乾燥体である乾ダストＡの温度は乾ダストＡの水分が気化した排出ガス（水蒸気）の温度より低いため、排出ガス温度を上記上限以下とすることで、乾ダストの温度が４００℃以上となることを防ぎ、水酸化カルシウムのフリーライムへの分解を防止できる。通気乾燥機の排出ガス温度が上記上限を超える場合、上記水添加工程Ｓ１での水和反応により生成した水酸化カルシウムがフリーライムに再変化し、乾ダストＡのフリーライム含有量が増加するおそれがある。一方、通気乾燥機の排出ガス温度の下限としては、１００℃が好ましい。通気乾燥機の排出ガス温度が上記下限未満の場合、乾ダストＡの水分除去が十分行えないおそれがある。
【００２９】
上記通気乾燥機の排出ガスの二酸化炭素濃度としては、１．５質量％以上が好ましい。排出ガスの二酸化炭素濃度を上記下限以上とすることで、フリーライムを炭酸化して安定した状態に変化させ、乾ダストＡの塊成化性を向上することができる。
【００３０】
上記通気乾燥機への乾ダストＡの投入速度（単位時間当たりの乾燥質量）としては、例えば１００ｋｇ／ｈ以上とすることができる。また、乾燥時間としては、例えば２０分以上とすることができる。
【００３１】
乾燥後の乾ダストＡの水分の上限としては、１０質量％であり、１質量％がより好ましく、０．５質量％がさらに好ましい。乾ダストＡの水分が上記上限を超える場合、ダストの粘度が高くなって塊成化が困難になるおそれがある。特にブリケットマシンで塊成化を行う場合、ロールのカップへダストが付着してブリケットの成型が困難となるおそれがある。また、乾ダストＡの塊成化後、炉に投入した際に水分蒸発により発塵や水蒸気爆発が発生するおそれがある。一方、乾燥後の乾ダストＡの水分の下限としては、０．０１質量％が好ましい。乾ダストＡの水分が上記下限未満の場合、乾燥熱量の増大や設備の大型化の必要が生じコストが増大するおそれがある。
【００３２】
＜混練工程＞
混練工程Ｓ３において、上記乾燥工程Ｓ２で乾燥した乾ダストＡにバインダーを添加し混練する。
【００３３】
上記バインダーとしては、特に限定されず、例えば糖蜜、澱粉、リグニン、ベントナイト等を用いることができる。この中でも微粒子への分散性が比較的良好な液体であり、かつ、含有硫素濃度が比較的低位である糖蜜が好ましい。
【００３４】
バインダーとして用いる糖蜜は、有用菌の培養工程やアルコール等の発酵食品の製造工程で発生する廃糖蜜（濃縮残液）を含有していてもよい。この廃糖蜜の割合としては、糖蜜全量に対して３０質量％以下とすることができる。また、バインダーとして糖蜜を用いる場合、糖蜜に消石灰を添加することが好ましい。糖蜜に消石灰を添加することで、これらが反応してサッカラートが形成され、塊成物の強度を向上させることができる。
【００３５】
乾ダストＡには上記バインダーに加えて、フリーライム含有量が０．３質量％以下のダスト（以下、添加ダストＢと呼称することがある）をさらに添加することが好ましい。この添加ダストＢとしては、鉄を含有するダストであれば特に限定されず、湿式集塵設備で捕集したダストや乾式集塵設備で捕集したダストを用いることができる。
【００３６】
添加ダストＢのフリーライム含有量としては、０．３質量％以下が好ましく、０質量％がさらに好ましい。添加ダストＢのフリーライム含有量が上記上限を超える場合、添加ダストＢを添加後の乾ダストＡのフリーライム含有量が０．３質量％を超え、塊成化後にフリーライムの水和反応によって塊成物内部で体積膨張が発生し、塊成物の強度低下や崩壊が発生するおそれがある。
【００３７】
添加ダストＢの水分（水の含有量）としては、１０質量％以下が好ましく、０質量％がより好ましい。添加ダストＢの水分が上記上限を超える場合、混練工程Ｓ３後の乾ダストＡの水分が１０質量％を超えるおそれがある。このため、添加ダストＢとしては、湿式集塵設備で捕集した水を実質的に含有しない乾ダストが好ましい。
【００３８】
上記バインダーの添加量としては、乾ダストＡと添加ダストＢとの総量の１質量％以上１０質量％以下とすることができる。また、バインダーとして糖蜜を用いる場合の消石灰の添加量としては、糖蜜全量に対して５０質量％以上８０質量％以下とすることが好ましい。
【００３９】
バインダーを添加した乾ダストＡを混練する方法は特に限定されず、例えばバッチ式又は連続式の混練機に乾ダストＡを投入して混練する方法を用いることができる。上記混練機は乾ダストＡを撹拌できるものであれば特に限定されず、例えばロール方式混練機等を用いることができる。
【００４０】
乾ダストＡの混練時間としては特に限定されず、例えば２分以上１０分以下とすることができる。
【００４１】
＜塊成化工程＞
塊成化工程Ｓ４において、混練した上記乾ダストＡを塊成化し、乾ダストＡの塊成物を得る。
【００４２】
乾ダストＡの塊成物の形状及びその塊成化に用いる装置としては、特に限定されず、例えばダブルロール成形機等を用いた圧縮成型によるブリケット、パン型造粒機等を用いた転動造粒によるペレット、押出成型機を用いた押出成型によるスティック等を採用することができる。
【００４３】
＜利点＞
当該乾ダスト塊成物の製造方法においては、上記水添加工程Ｓ１及び乾燥工程Ｓ２を有するため、塊成化後のフリーライムの水和による体積膨張を防いで安定した塊成物を得ることができる。つまり、当該乾ダスト塊成物の製造方法は、水添加工程Ｓ１で乾ダストＡ中のフリーライムを水酸化カルシウムに水和しフリーライム含有量を一定値以下に低減し、その後乾燥工程Ｓ２で水分を除去すると共に、通気乾燥機の排出ガス温度を一定値以下とすることで水酸化カルシウムが熱分解してフリーライムに戻ることを防止し、フリーライム含有量を０．３質量％以下に維持することができる。その結果、フリーライム含有量及び水分の少ない安定した乾ダストＡの塊成物を得ることができる。
【００４４】
〔乾ダスト塊成物〕
本発明の乾ダスト塊成物の製造方法によって得られる乾ダスト塊成物は、フリーライム含有量及び水分が少なく、強度及び形状安定性に優れる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４６】
［実施例１］
フリーライム含有量が２８質量％の乾ダスト（水分０質量％）に、２軸パドルミキサーを用いて表１に示す条件で水を添加し１分間混練後、大気中に２４時間放置しフリーライムを水和させた。次に、この乾ダストをドラム式乾燥機に投入し、表１の条件で乾燥させた。このとき、乾燥機の排出ガスの二酸化炭素濃度は２質量％とした。また、乾燥後の乾ダストの水分は０．１質量％であった。この乾ダストに糖蜜（廃糖蜜ではないもの）及び消石灰をそれぞれ乾ダストの乾質量に対して５質量％及び３．３質量％添加したものをロール方式のバッチ式混練機（駆動動力３．７ｋＷ）に投入し、８分間混練した。この混練した乾ダストをブリケットマシンに投入し、実施例１の塊成物（ブリケット）を得た。このブリケットマシンとしては、ロール径が５２０．７ｍｍ、ロール幅が２１６ｍｍ、ポケット形状がアーモンド形でポケット寸法が横２２．５ｍｍ×縦２６．５ｍｍ×深さ５．６ｍｍのものを用い、ロール回転数が２４〜２７ｒｐｍ、押し込みスクリュー回転数が９０〜１５０ｒｐｍの条件で塊成化した。
【００４７】
［実施例２〜８、比較例１〜７］
乾ダストの処理量及びフリーライム含有量、水の添加条件、乾燥条件、並びにバインダーの添加条件を表１に示すとおりとした以外は実施例１と同様の手順を用いて、実施例２〜８及び比較例１〜７の塊成物を得た。なお、実施例８では乾ダストの乾質量に対して４質量％の糖蜜と１．５質量％の廃糖蜜とを添加した。
【００４８】
［実施例９］
実施例１の乾ダスト（本ダスト）の混練時に、フリーライム及び水を含有しない乾ダスト（添加ダスト）を追加で混練機に投入した以外は、実施例１と同様の条件及び手順を用いて、実施例９の塊成物を得た。なお、本ダストと添加ダストとの混合質量比は４５：５５とした。
【００４９】
［実施例１０〜１６、比較例８及び９］
乾ダストの処理量及びフリーライム含有量、水の添加条件、乾燥条件、バインダーの添加条件、並びに添加ダストの条件を表１に示すとおりとした以外は実施例９と同様の手順を用いて、実施例１０〜１６並びに比較例８及び９の塊成物を得た。なお、実施例１６では乾ダストの乾質量に対して４質量％の糖蜜と１．５質量％の廃糖蜜とを添加した。
【００５０】
［評価］
上記実施例１〜１６及び比較例１〜９の塊成物について、成型直後の圧潰強度と、屋内大気中に３日間放置した養生後の圧潰強度とを測定した。屋内大気中に３日間放置後の圧潰強度を測定するのは、塊成物成型後、自然乾燥により水分が減少して時間経過と共に塊成物の強度が上昇するが、３日で水分の減少がほぼ頭打ちとなって強度上昇が飽和状態となるためである。以下に圧潰強度の計測手順を記載する。
【００５１】
＜圧潰強度＞
塊成物を１０ｍｍメッシュの篩にかけ、篩上に残った塊成物を１２個抽出し、ＪＩＳ−Ｚ８８４１（２００９）に準拠して圧潰強度を計測し、圧潰強度が最大のものと最小のものとを除いた１０個の塊成物の圧潰強度の平均値（ｋｇｆ）を算出した。
【００５２】
表１に、実施例１〜１６及び比較例１〜９それぞれの成型直後の圧潰強度（ｓ１）及び養生後（ｓ２）の圧潰強度の測定結果と、養生後の圧潰強度の成型直後の圧潰強度に対する比（ｓ２／ｓ１）を示す。なお、比較例７は水分が多すぎてブリケットを成型することができなかった。また、比較例１〜６は、ブリケットは成型できたが、３日養生後にブリケットの強度が著しく低下し、試験を行う前にブリケットが崩壊した。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
表１に示されるように、実施例１〜１６の塊成物は、養生後に強度が向上している。つまり、本発明の乾ダスト塊成物の製造方法を用いることで、塊成物の強度が向上することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上説明したように、当該乾ダスト塊成物の製造方法は、フリーライムを含有する乾ダストを容易かつ確実に安定した状態に塊成化できるため、製鉄プロセスにおける乾ダストの再利用手段として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５６】
Ｓ１  水添加工程
Ｓ２  乾燥工程
Ｓ３  混練工程
Ｓ４  塊成化工程
【図１】
2014152383.tif 000004