(57)【要約】【課題】  余分な添加物を含まずに、取扱上必要な強度が得られ、また炉への再装入の際の炉の熱効率の改善が得られ、製造設備についても低コスト化を図ることができる製鋼ダスト固形化物とその製造方法を提供する。【解決手段】  この製鋼ダスト固形化物Ｂは、溶鉱炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型１に入れて加圧成形したものである。この製鋼ダスト固形化物Ｂの成形に使用する原料は、製鋼ダストと炭素を主成分とする粉体とを混ぜ合わせた混合粉体Ｐ０を原料として用いる。混合粉体Ｐ０の炭素含有率は２０重量％以上として、水分含有率は１４〜２０重量％とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉱炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストである製鋼ダストを、成形型に入れて加圧成形した製鋼ダスト固形化物であって、
前記製鋼ダスト固形化物の成形に使用する原料について、製鋼ダストと炭素を主成分とする粉体を混ぜ合わせた混合粉体を原料として用いたことを特徴とする製鋼ダスト固形化物。
【請求項２】
請求項１において、前記混合粉体の炭素含有率が２０重量％以上である製鋼ダスト固形化物。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記混合粉体の水分含有率が１４〜２０重量％である製鋼ダスト固形化物。
【請求項４】
溶鉱炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れて加圧成形して固形化することにより、その固形化物である製鋼ダスト固形化物を製造する方法において、
前記製鋼ダスト固形化物の成形に使用する原料について、製鋼ダストと炭素を主成分とする粉体を混ぜ合わせた混合粉体を原料として用いることを特徴とする製鋼ダスト固形化物の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記混合粉体の炭素含有率が２０重量％以上である製鋼ダスト固形化物の製造方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記混合粉体の水分含有率が１４〜２０％である製鋼ダスト固形化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶鉱炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを製鋼原料として再利用する製鋼ダスト固形化物、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼生成過程、例えば溶解炉では、吹き上げられた微細粒子状の鉄および酸化鉄がダストとして集塵機で回収されている。このダスト（以下「製鋼ダスト」と称す）は、鉄および酸化鉄を主成分とするため、再利用することが望ましい。しかしこの製鋼ダストは微細粉体であるため、そのまま溶解炉に投入すると、飛散しながら舞い上がり、その大半は集塵機に回収されてしまい、再利用効率が著しく低い。
【０００３】
このため、製鋼ダストの再利用について様々な方法が試みられている。例を挙げると、特許文献１には、製鋼ダストを、製鋼ダスト固形化物であるブリケットに成形するため熱可塑性プラスチックを添加する方法が、特許文献２には、研削スラッジや製鋼ダストをブリケットに成形するために固形化補助剤を添加する方法がそれぞれ例示されている。特許文献３には、製鋼ダストと炭素を主成分として造粒した混合造粒体を用いてブリケットに成形する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平０９−３１６５１２号公報
【特許文献２】特開２００２−１９４４４９号公報
【特許文献３】特開２００６−２２５７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、特許文献２の添加物を入れる方法は、いずれも強固なブリケットを製造するために有効な方法であるが、プラスチック等の固形化補助剤となる添加物を加えることからその工程は複雑となり、コストが高くなる欠点がある。また、添加物が環境負荷原因となることから好ましくない。特許文献３の混合造粒体を用いる方法は、成形強度を得るのに有効な方法であるが、コスト上や作業環境上の面からは、造粒機の使用はできるだけ控えることが望ましい。また、原材料によっては、造粒が容易でない場合がある。
【０００５】
この発明の目的は、余分な添加物を含まずに、取扱上必要な強度が得られ、また炉への再装入の際の炉の熱効率の改善が得られ、製造設備についても低コスト化を図ることができる製鋼ダスト固形化物とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の製鋼ダスト固形化物は、溶鉱炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストである製鋼ダストを、成形型に入れて加圧成形した製鋼ダスト固形化物であって、前記製鋼ダスト固形化物の成形に使用する原料について、製鋼ダストと炭素を主成分とする粉体を混ぜ合わせた混合粉体を原料として用いたことを特徴とする。
【０００７】
この発明の製鋼ダスト固形化物の製造方法は、溶鉱炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れて加圧成形して固形化することにより、その固形化物である製鋼ダスト固形化物を製造する方法において、前記製鋼ダスト固形化物の成形に使用する原料について、製鋼ダストと炭素を主成分とする粉体を混ぜ合わせた混合粉体を原料として用いることを特徴とする。
【０００８】
製鋼ダスト固形化物の成形においては、成形圧力を高めても、内部摩擦等により、必ずしも強度向上につながらない。固形化補助剤を使用することは、製鋼ダスト固形化物の強度を強化するうえで効果的であるが、プラスチック等の固形化補助剤を添加すると、上記のようなコスト面や環境負荷原因面から好ましくない。この発明によると、混合粉体に添加する炭素を主成分とする粉体が、固形化補助剤の代わりの作用を奏し、製鋼ダスト固形化物の強度を高めるため、クラックの発生のない、落下等に対する強度に優れた製鋼ダスト固形化物が得られる。しかも、炭素を主成分とする粉体を添加することは製鋼原料として害とならず、次のように有益となる。
【０００９】
すなわち、電炉等のリサイクルに使用する製鋼ダスト固形化物に炭素粉体等の炭素材料を添加することは、電炉の熱効率を向上させるために効果的である。これは添加された炭素粉体が製鋼ダストの還元を行いつつ自己燃焼して発熱するため、外部からのエネルギー投入を削減でき、炉の熱効率が大きく改善されるためである。したがって、炭素粉体を添加した製鋼ダスト固形化物は、製鋼ダストのリサイクルに有効な手段となり得る。この炭素を主成分とする粉体は、製鋼ダストと同じく鉄鋼生成過程、あるいはその周辺で容易に得られるため、添加してもコストの増大につながることがない。
【００１０】
この発明の製鋼ダスト固形化物およびその製造方法において、前記製鋼ダストと炭素を主成分とする粉体の混合粉体の炭素含有率が２０重量％以上であっても良い。より好ましくは２５重量％以上である。ここで言う炭素含有率は、原料全体に対する、前記炭素を主成分とする粉体の割合のことである。
炭素を主成分とする粉体は、上記のように固形化補助の機能するものであり、混合粉体における炭素含有率が２０重量％未満であると、良好な成形強度が得難くなる。炭素含有率を２０重量％以上とすることにより、製鋼ダスト固形化物の実用上十分な強度が得られる。また、炉への再装入の際の炉の熱効率の改善効果が得られる。なお、上記炭素を主成分とする粉体は、純粋な炭素に限らず、例えばグラファイトであっても良い。
【００１１】
この発明の製鋼ダスト固形化物およびその製造方法において、前記混合粉体の水分含有率が１４〜２０重量％であって良い。より好ましくは、１５〜１９重量％である。
水分含有率が１４重量％未満の場合、加圧成形後の脱型時に、成形圧方向に垂直な方向に層状のクラックが発生し、製鋼ダスト固形化物の強度が弱くなる。逆に、水分含有率が２０重量％を超えると、クラックの発生はないが、加圧成形時に非圧縮性の水の影響で十分に圧縮できないためと考えられ、製鋼ダスト固形化物の強度が低下する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の製鋼ダスト固形化物は、溶鉱炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストである製鋼ダストを、成形型に入れて加圧成形した製鋼ダスト固形化物であって、前記製鋼ダスト固形化物の成形に使用する原料について、製鋼ダストと炭素を主成分とする粉体を混ぜ合わせた混合粉体を原料として用いたため、余分な添加物を含まずに、取扱上必要な強度が得られ、しかも炉への再装入の際の炉の熱効率を改善することができ、また製造設備の低コスト化を図ることができる。
この発明の製鋼ダスト固形化物の製造方法は、溶鉱炉等による鉄鋼生成過程で生じる鉄およびその酸化物を主成分とするダストを、成形型に入れて加圧成形して固形化することにより、その固形化物である製鋼ダスト固形化物を製造する方法において、前記製鋼ダスト固形化物の成形に使用する原料について、製鋼ダストと炭素を主成分とする粉体を混ぜ合わせた混合粉体を原料として用いることとしたため、余分な添加物を含まずに、取扱上必要な強度が得られ、しかも炉への再装入の際の炉の熱効率を改善することができる製鋼ダスト固形化物が製造でき、また製造設備の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は、溶解炉で生成した製鋼ダストを固形化する成形装置を示し、（Ａ）はその破断側面図、（Ｂ）は同平面図である。この成形装置は、成形型１を形成した円形のインデックステーブル２を有し、このインデックステーブル２の回転中心回りの円周上の４箇所に、等間隔で上記成形型１がそれぞれ設けられている。成形型１は内面が円筒面とされる。インデックステーブル２の近傍に混練機３が設置されている。この混練機３は、図示しないホッパーから製鋼ダストおよび炭素を主成分とする粉体（以下、「炭素粉」と言う）が投入され、これら製鋼ダストおよび炭素粉を、水を加えて混練して混合粉体とし、成形型１に製鋼ダスト固形化物Ｂの原料として投入するものである。
炭素粉は、純粋な炭素の粉体に限らず、グラファイトであっても良い。前記混合粉体の炭素含有率は２０重量％以上とし、水分含有率は１４〜２０重量％とする。ここで言う炭素含有率は、原料全体に対する前記炭素粉の割合のことである。
混練機３にはインデックステーブル２の成形型１の一つの割出停止位置である原材料投入部２１おいて、混練された原材料を成形型１に投入するための投入スクリュー４が設けられている。原材料投入部２１の上方には上下動可能な櫛状の材料押し込み棒５が配置されている。
【００１４】
インデックステーブル２は、例えば図１（Ｂ）の白抜矢印方向に回転するように構成される。インデックステーブル２における各成形型１の割出停止位置は、上記原材料投入部２１から回転方向下流側に９０°毎に、前成形部２２、本成形部２３および脱型排出部２４とされる。前成形部２２には前成形プランジャ６が、本成形部２３には本成形プランジャ７が、脱型排出部２４には脱型排出棒８（図２（Ｆ）参照）が、それぞれ配置されている。図１（Ａ）はこの原材料投入部２１、前成形部２２および本成形部２３における成形過程の状態を断面で示している。
【００１５】
この構成の成形装置による製鋼ダスト固形化物の製造工程について、図１および図２と共に説明する。混練機３において製鋼ダスト、炭素粉および水を所定の比率で混練した原材料（混合粉体）Ｐ０を、投入スクリュー４を作動させて、原材料投入部２１に位置する成形型１内に投入する。図２（Ａ）に示すように成形型１に投入された原材料Ｐ０は空気溜りＰ０ａを含む。この位置で、材料押し込み棒５を図２（Ｂ）に示すように下降させ、上下動させて空気溜りＰ０ａを崩しながら原材料Ｐ０を成形型１内に押し込む。次いで、インデックステーブル２を回転割出して、原材料Ｐ０が充填された成形型１を前成形部２２に移行させる。この前成形部２２において、図２（Ｃ）に示すように、前成形プランジャ６，６により上下から原材料Ｐ０を加圧する。図２（Ｄ）で前成形プランジャ６，６による加圧を開放し、前成形品Ｐ１を得る。この前成形時および加圧開放時に、原材料Ｐ０に含まれている大部分の空気が排除される。
【００１６】
前成形部２２で成形された前成形品Ｐ１は、インデックステーブル２のインデックスにより成形型１と共に本成形部２３に移行する。この本成形部２３では、図２（Ｅ）に示すように、本成形プランジャ７，７により上下から加圧されて本成形が行われる。本成形プランジャ７，７の加圧開放により本成形品Ｐ２が得られ、加圧開放後、本成形品Ｐ２はインデックステーブル２のインデックスにより成形型１と共に脱型排出部２４に移行する。この脱型排出部２４では、図２（Ｆ）に示すように、脱型排出棒８が下降し、本成形品Ｐ２を成形型１から押出して排出し、図３（Ａ）のようなブリケット状の製鋼ダスト固形化物Ｂを得る。
製鋼ダスト固形化物Ｂの大きさは、例えば、直径が３０〜２００mm、直径に対する高さの比（高さ）／（直径）が、３０〜１５０％とするのが好ましい。
【００１７】
このように製造された製鋼ダスト固形化物Ｂは、製鋼ダストと炭素粉を混ぜ合わせた混合粉体を原料として用いたものであるため、余分な添加物を含まずに、取扱上必要な強度が得られ、また炉への再装入の際の炉の熱効率の改善が得られる。すなわち、炭素粉が固形化補助剤の代わりの作用を奏し、製鋼ダスト固形化物Ｂの強度を高めるため、クラックの発生のない、落下等に対する強度に優れた製鋼ダスト固形化物が得られる。しかも、炭素粉を添加することは製鋼原料として害とならず、電炉の熱効率を向上させるために効果的である。これは添加された炭素粉体が製鋼ダストの還元を行いつつ自己燃焼して発熱するため、外部からのエネルギー投入を削減でき、炉の熱効率が大きく改善されるためである。また、造粒等の過程が不要とでき、あるいは簡素化でき、製造設備についても低コスト化できる。上記のように成形型１をインデックスしながら次の処理を順次行うようにした場合は、１箇所で全ての処理を行う場合に比べて、生産性が向上する。
【００１８】
なお、水分量や炭素粉量が適切でない場合や、気泡の除去が不十分である場合、成形速度が適切でない場合は、図３（Ｂ）に示すようにクラックｃが発生したり、落下時に容易に割れたりすることがある。しかし、この実施形態では、混合粉体の炭素含有率を２０重量％以上とし、水分含有率を１４〜２０重量％としたため、後に試験結果と共に説明するように、製鋼ダスト固形化物Ｂの取扱上で必要な強度が得られる。
【００１９】
上記実施形態では、前成形および本成形を上下から各プランジャ６，７によって加圧することにより行う例を示したが、成形型１の一端側を塞いで他端側からのみ加圧することによって成形を行うことも可能である。しかし、原材料Ｐ０の内部摩擦や成形型１の壁面での摩擦で成形圧が一端側にまで十分に伝わらない場合があるので、成形強度の点からは両方から加圧する方が良い。また、脱型排出棒８による製鋼ダスト固形化物Ｂの排出は、図示のように下向きに行う場合の他、上向きに行うことも可能である。
【００２０】
図４は、この発明の製鋼ダスト固形化物の製造方法の他の実施形態を示す。具体的には、上記製造工程における前成形部２２の変形例を示す。この例の前成形部２２では、成形型１に充填された原材料Ｐ０の上下に焼結金属等からなる多孔質体６ａ，６ａを配した状態で前成形プランジャ６，６により上下から加圧する。成形型１と上下のプランジャ６，６で直接に加圧すると、空気の逃げ場は、成形型１とプランジャ６，６との隙間のみとなり、空気は排出され難いが、このように多孔質体６ａ，６ａを介在させて加圧成形を行うと、多孔質体６ａ，６ａの空孔を通じて外部に空気が排気される事から、原材料Ｐ０からの空気の排除が促進され、クラックの発生を抑え成形強度が改善される。
なお、非加圧時には逆圧をかけて多孔質体６ａの目詰まりを防ぐようになすことが望ましい。目詰まりの点からは、成形圧の高い本成形部２３において多孔質体６ａを適用することは困難である。
【００２１】
含有する空気によるクラックを抑える方法としては、上記のような多孔質体６ａを介在させて前成形を行う方法以外に、成形型１に原材料Ｐ０を投入時に複数回に亘り加圧するか、または、前成形部２２での加圧時にプランジャ６もしくは成形型１を振動させて成形することも有効である。
【００２２】
次に試験例について述べる。図１における本成形部２３に相当する成形型およびプランジャを準備し、製鋼ダスト固形化物のサイズをΦ７０×６０ｍｍで成形し、固形化実験を行った。炭素粉には純粋な炭素を用いた。落下強度は、製鋼ダストと炭素粉の混合粉体を厚さ３ｃｍに敷いた上に５０ｃｍの高さから、成形した製鋼ダスト固形化物を最大２０回繰り返し落下させ、割れに至った落下回数を調べたものである。
【００２３】
前成形と本成形の２回成形の場合で、成形原材料の炭素粉の割合と落下強度の関係を調べた結果を図５に示す。２０回落下させて割れなかった場合も、２０回のところにプロットしてある。この場合の成形条件は、前成形の成形圧を２４ＭＰa、本成型の成形圧を５０ＭＰａ、成形速度を３０mm／secとした。炭素粉の割合により適正水分量が変わるため水分量の調整もした。図５から、炭素粉の含有割合を２０重量％より少なくするとクラックが発生し易くなり、良好な成形強度を得るには、成形原材料の炭素粉の含有割合を２５重量％以上の範囲とすることが有効であることが分かった。
【００２４】
２回成形の場合で、成形原材料の水分割合と落下強度の関係を調べた結果を図６に示す。この場合の成形条件は、製鋼ダスト／炭素粉；７０／３０重量％、前成形の成形圧を２４ＭＰa、本成型の成形圧を５０ＭＰａ、成形速度を３０mm／secとした。水分割合が１４重量％より低くなると、脱型時に成形圧方向に垂直な方向に層状のクラックが発生し、落下強度が低下することが分かる。逆に水分割合が２０重量％を超えると、クラックの発生はないが、落下強度が急激に低下していることが分かる。これは、成形時に非圧縮性の水の影響で十分に圧縮できないためと考えられる。この結果、成形原材料の水分割合は、１５〜１９重量％が有効であることが分かる。
【００２５】
図５，図６の各条件において、２回成形であって、成形原料中の炭素粉の含有割合が２０重量％以上（好ましくは２５重量％以上）、水分割合が１４〜２０重量％（好ましくは１５〜１９重量％）である場合は、図３（Ａ）に示すようにクラックのない製鋼ダスト固形化物Ｂが得られ、良好な成形強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）はこの発明の製鋼ダスト固形化物を製造するための成形装置の一例を示す破断側面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｆ）は同成形装置により製鋼ダスト固形化物を製造する方法を示す概念図である。
【図３】（Ａ）は同方法によって得た製鋼ダスト固形化物の斜視図であり、（Ｂ）はクラックが発生した製鋼ダスト固形化物の斜視図である。
【図４】この発明方法を実施する他の成形装置における前成形部での成形過程を説明する概念図である。
【図５】カーボン割合と落下強度の関係の実験結果を示すグラフである。
【図６】水分割合と落下強度の関係の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１…成形型
２…インデックステーブル
３…混練機
４…投入スクリュー
５…材料押し込み棒
６…前成形プランジャ
６ａ…多孔質体
７…本成形プランジャ
８…脱型排出棒
２１…原材料投入部
２２…前成形部
２３…本成形部
２４…脱型排出部
Ｂ…製鋼ダスト固形化物
Ｐ０…原材料（混合粉体）
Ｐ０ａ…空気溜り
【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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