(57)【要約】【課題】鉄鋼製造プロセスで副生する鉄含有残渣を利用した鉄原料であって、転炉や電気炉においてより少ないエネルギーで還元できる一層安価な鉄原料を提供する。【解決手段】鉄原料８は、鉄鋼製造プロセスで副生した鉄含有残渣１と、シリコンスラッジ２を脱液処理して得られたシリコンケーキ３、および／または、重油系燃料の燃焼で発生した重油系燃焼煤４とをバインダー５と共に混合機６により混合した後、成型機７により塊状に成型してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼製造プロセスで副生した鉄含有残渣と、シリコンスラッジを脱液処理して得られたシリコンケーキ、および／または、重油系燃料の燃焼で発生した重油系燃焼煤とをバインダーと共に混合機により混合した後、成型機により塊状に成型してなることを特徴とする鉄原料。
【請求項２】
シリコンケーキを混合してなり、かつ、鉄含有残渣とシリコンケーキの混合比率が質量比で（８０〜６０）：（２０〜４０）（但し、鉄含有残渣とシリコンケーキの比率合計を１００とする。）である請求項１に記載の鉄原料。
【請求項３】
重油系燃焼煤を混合してなり、かつ、鉄含有残渣と重油系燃焼煤の混合比率が質量比で（８０〜６０）：（２０〜４０）（但し、鉄含有残渣と重油系燃焼煤の比率合計を１００とする。）である請求項１に記載の鉄原料。
【請求項４】
シリコンケーキ及び重油系燃焼煤を混合してなり、かつ、鉄含有残渣とシリコンケーキと重油系燃焼煤の混合比率が質量比で（８０〜６０）：（３０〜１０）：（３０〜１０）（但し、鉄含有残渣とシリコンケーキと重油系燃焼煤の比率合計を１００とする。）である請求項１に記載の鉄原料。
【請求項５】
シリコンスラッジが、多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンをスライスする際に発生するスラッジである請求項１〜４の何れかに記載の鉄原料。
【請求項６】
重油系燃焼煤が、重油、残渣油またはペトコークを燃焼させた際に発生する燃焼煤である請求項１〜４の何れかに記載の鉄原料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄原料に関するものであり、詳しくは、鉄鋼製造プロセスで副生する鉄含有残渣を利用した鉄原料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業において使用される主な鉄源としては、鉄鉱石を高炉で還元して製造される銑鉄、固相還元炉で天然ガス等を利用して製造される還元鉄（ＤＲＩ）、および、橋梁などを解体した際に得られるスクラップが挙げられる。しかしながら、銑鉄や還元鉄を製造するには巨大な炉が必要であり、また、スクラップは極めて高価な原料である。
【０００３】
一方、鉄鋼プロセスで発生する集塵ダストやスラグは、相当量の鉄分を含有している。例えば、高炉ダストは、その組成中の約５０質量％が鉄酸化物（Ｆｅ２Ｏ３，ＦｅＯ等）である。そこで、高炉あるいは転炉や電気炉における鉄源としてリサイクルするための技術が提案されている。斯かるリサイクル技術としては、例えば、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ、ダスト、スラッジ等からなる水分または油分を含んだ粉粒状原料に対し、適量のバインダーを混合し、成型または造粒した後、高温熱処理をして鉄分を回収する方法が挙げられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、集塵ダストやスラグは、多量の鉄分を含有しているにせよ、これを造粒物などにしたとしても、不純物も多く含まれているため、高温熱処理をする場合には、銑鉄を製造する以上に大きなエネルギーを必要とする。
【０００６】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄鋼製造プロセスで副生する鉄含有残渣を利用した鉄原料であって、転炉や電気炉においてより少ないエネルギーで還元できる一層安価な鉄原料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、種々検討した結果、鉄鋼プロセスで副生する残渣中の鉄酸化物を還元するに当たり、強力な還元作用を有するシリコン及び／又は炭素を使用し、公知の還元反応を利用するならば、転炉や電気炉における消費エネルギーを大幅に軽減できることを見出した。そして、シリコンウエハー製造工場から排出されるシリコンスラッジや、重油系燃料の燃焼で発生する燃焼煤を利用するならば、一層安価な鉄原料を直ちに製造できることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨は、鉄鋼製造プロセスで副生した鉄含有残渣と、シリコンスラッジを脱液処理して得られたシリコンケーキ、および／または、重油系燃料の燃焼で発生した重油系燃焼煤とをバインダーと共に混合機により混合した後、成型機により塊状に成型してなることを特徴とする鉄原料に存する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の鉄原料によれば、粉状の鉄含有残渣をそのまま使用し、かつ、シリコンスラッジを脱液処理して得られたシリコンケーキ、および／または、重油系燃料の燃焼で発生した燃焼煤を前記の鉄含有残渣にバインダーと共に混合して成型することにより、容易に且つ安価に製造でき、そして、鉄原料として直ちに使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明に係る鉄原料の製造工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る鉄原料の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の鉄原料は、図１に示すプロセスで製造される塊状鉄原料（以下、「鉄原料」と言う。）８であり、鉄鋼製造プロセスで副生した鉄含有残渣（以下、「残渣」と略記する。）１と、シリコンスラッジ２を脱液処理して得られたシリコンケーキ３、および／または、重油系燃料の燃焼で発生した重油系燃焼煤（以下、「燃焼煤」と言う。）４とをバインダー５と共に混合機６により混合した後、成型機７により塊状に成型して製造される。
【００１２】
残渣１は、鉄鋼製造プロセスで副生するものであり、斯かる残渣１としては、集塵ダスト、スケール、圧延スラッジ、酸洗スラッジ等が挙げられる。これらは、何れも、粒径がミクロン単位であり、しかも、多くの場合、水分あるいは油分を含んでいる。そのため、上記の残渣１は、鉄鉱石並の鉄分を含有しているにも拘わらず、取り扱いが難しく、再利用し難いため、これまでは多くの場合、工場内に堆積保管されている。
【００１３】
シリコンスラッジ２は、シリコンウエハー製造工場において、多結晶シリコン又は単結晶シリコンのインゴットをワイヤーソーでスライスした際に発生する切削屑であり、水またはグリコール溶液が混ざったスラリー状で排出される。すなわち、シリコンインゴットのスライスは、炭化珪素粉を溶かし込んだ水溶液中で行われることもあるため、スライス時に発生するシリコン粉は、スラリー状態で且つ炭化珪素を含むスラッジとして排出される。
【００１４】
シリコンスラッジ２は、通常、再利用を目的として、真空加熱炉、遠心分離機あるいはプレスフィルター等を用いて脱液処理を施し、水分やグリコールの含有量が３０〜５０質量％程度のシリコンケーキ３として製造される。しかしながら、シリコンケーキ３のシリコンは、数ミクロンの微粒子であるため、乾燥処理に困難を極めている。また、液分を抜きすぎてドライ状態になると、酸化されて発火する危険もある。
【００１５】
一方、燃焼煤４は、重油系燃料、すなわち、重油、残渣油またはペトコークを燃焼させた際に発生する燃焼煤であり、残渣１やシリコンスラッジ２と同様に、粒径がミクロン単位と非常に細かく、取り扱いが困難である。斯かる燃焼煤４は、炭素の含有量が多いため、セメント業界では燃料の一部代替品として使用されることもあるが、バナジウムやニッケル等の重金属も含まれており、セメントの品質にも影響するため、その使用にも限界がある。一般的に、上記の燃焼煤４の発生量は、重油を燃焼させた場合で当該重油の約０．３質量％、ペトコークの場合で約３．０質量％である。
【００１６】
本願発明においては、上記のように、取り扱いが難しく、資源として利用し難い３種類の物質を適切な配合比で混合し、例えばブリケット状の鉄原料８に成形することにより、鉄鋼プロセスにおける貴重な鉄源として利用する。すなわち、本願発明では、残渣１と、シリコンケーキ３及び／又は重油系燃焼煤４とをバインダー５と共に混合する。
【００１７】
残渣１とシリコンケーキ３を混合して鉄源８を製造する場合、シリコンケーキ３としては、上記のようにシリコンスラッジ２を脱液処理して得られたシリコンケーキ３を乾燥処理することなくそのまま利用する。そして、残渣１にシリコンケーキ３を混合する場合の残渣１とシリコンケーキ３の混合比率は質量比で（８０〜６０）：（２０〜４０）（但し、残渣１とシリコンケーキ３の比率合計を１００とする。）とされる。
【００１８】
また、残渣１と燃焼煤４を混合して鉄源８を製造する場合、残渣１と燃焼煤４の混合比率は質量比で（８０〜６０）：（２０〜４０）（但し、残渣１と燃焼煤４の比率合計を１００とする。）とされる。更に、残渣１とシリコンケーキ３と燃焼煤４とを混合して鉄源８を製造する場合、残渣１とシリコンケーキ３と燃焼煤４の混合比率は質量比で（８０〜６０）：（３０〜１０）：（３０〜１０）（但し、鉄含有残渣とシリコンケーキと重油系燃焼煤の比率合計を１００とする。）とされる。
【００１９】
バインダー５は、混合する残渣１とシリコンケーキ３や燃焼煤４とを塊状に成形するために添加される。斯かるバインダー５としては、有機バインダー、無機バインダー、樹脂系バインダーの各種のものが使用できるが、例えば、水溶性樹脂が使用される。水溶性樹脂としては、特に制限されないが、例えばカルボキシル基含有重合体が好適に使用される。カルボキシル基含有重合体としては、例えば、アラビアガム、カラヤガム、トラガントガム、アルギン酸塩類などの天然の酸性多糖類、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルハイドロキシエチルセルロース等の半合成の水溶性高分子物質、グアーガム、ローカストビーンガム等の中性多糖類の変性物、ポリアクリル酸塩類などの合成水溶性高分子物質が挙げられる。通常、バインダー５の混合量は、残渣１とシリコンケーキ３及び／又は燃焼煤４との合計量に対して、１２質量％以下とされる。
【００２０】
残渣１とシリコンケーキ３及び／又は燃焼煤４とバインダー５との混合においては、ホッパーに撹拌羽根が配置されたバッチ方式のミキサー、円筒状本体に撹拌スクリュウが挿通された連続処理方式のミキサー等の混合機６を使用して均一に混合処理する。そして、得られた混合物をブリケットマシン等の成型機７に供給し、例えば５０ｍｍ×５０ｍｍ×３０ｍｍ程度の所謂ブリケットに成型された塊状の鉄原料８を製造する。
【００２１】
上記のようにして塊状にされた鉄原料８は、製鋼工場に運ばれ、鉄鋼プロセスにおいて、従来の銑鉄の一部または全部の代替として必要量を秤量した後、溶融炉、例えば電気炉、転炉、脱炭炉（ＡＯＤ）などに直接装入される。鉄原料８にシリコンケーキ３が使用されている場合、炉内では、シリコンケーキ３に含まれるのシリコンにより以下のようなシリコンテルミット反応が起こり、反応熱および炉内の熱により固相または溶融還元されて溶鋼が形成される。
【００２２】
【化１】
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【００２３】
また、鉄原料８に燃焼煤４が使用されている場合、上記の場合と同様に、炉内では、燃焼煤４に含まれるの炭素により還元反応が起こり、反応熱および炉内の熱により以下のような固相または溶融還元されて溶鋼が形成される。
【００２４】
【化２】
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【００２５】
上記のように、本発明の鉄原料８は、取り扱いが難しく且つ資源として利用し難い残渣１、シリコンケーキ３及び燃焼煤４の３種類の物質をバインダー５と共に混合し、成型することにより、容易に且つ安価に製造することができる。換言すれば、本発明の鉄原料８は、安価な原料を使用しており、かつ、製造工程がシンプルであり、一層低コストで製造することができる。そして、製鋼工場において特別な事前処理の必要がなく、通常の作業ににより安価な鉄源として使用することができる。しかも、本発明の鉄原料８は、シリコン及び／又は炭素の強烈な発生熱（還元作用）を利用することができるため、炉における熱エネルギーを節減することができ、製鋼プロセスにおいてエネルギーの大幅な節減が可能となる。
【００２６】
なお、上記のような本発明の技術的思想は、製鋼プロセスに必要なマンガン原料にも同様に適用できる。すなわち、マンガン製造工程から排出された集塵ダストや、廃棄処分されたマンガン電池などから得られるマンガン含有残渣と、前述のシリコンケーキ及び／又は重油系燃焼煤とをバインダーと共に混合し、塊状に成型することにより、製鋼プロセスに利用可能なマンガン原料を得ることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１：鉄含有残渣
２：シリコンスラッジ
３：シリコンケーキ
４：重油系燃焼煤
５：バインダー
６：混合機
７：成型機
８：塊状鉄原料
【図１】
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