(57)【要約】【課題】見かけ密度が異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を耐火物毎に高精度に分離する方法および装置を提案する。【解決手段】見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を耐火物毎に分離するに当たり、混合耐火物を破砕し、次いで破砕された混合耐火物を水に浸漬して該混合耐火物に水を吸収させた後、混合混合耐火物耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整し、該水分調整された混合耐火物を耐火物の見かけ密度に基づいて耐火物毎に分離することを特徴とする。【選択図】図２
2016077955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を耐火物毎に分離するに当たり、
前記混合耐火物を破砕し、次いで破砕された混合耐火物を水に浸漬して各混合耐火物に水を吸収させた後、前記混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整し、該水分調整された混合耐火物を前記耐火物の見かけ密度に基づいて耐火物毎に分離することを特徴とする使用済み耐火物の分離方法。
【請求項２】
前記混合耐火物の乾燥は、見かけ密度の大きな耐火物ほど高い水分を有するようになるまで行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記耐火物の見かけ密度は、
前記耐火物の乾燥状態での重量を測定し、次いで前記耐火物を水中に浸漬して前記耐火物内に水を浸透させた後、前記耐火物の水中での重量を測定し、その後前記耐火物を水中から取り出して前記耐火物の表面に付着した水を除去した後、前記水が湿潤した耐火物の重量を測定し、
前記耐火物の乾燥状態での重量、前記液体中での重量および前記液体が浸透した耐火物の重量に基づいて決定される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記耐火物の見かけ密度ρｒは、前記耐火物の乾燥状態での重量をｍａ、前記液体が浸透した耐火物の重量をｍｌ、前記水中での耐火物の重量をｍｗとして、下記の式（Ａ）で与えられる、請求項３に記載の方法。
ρｒ＝ｍａ／（ｍｗ−ｍｌ）                          （Ａ）
【請求項５】
前記混合耐火物の耐火物毎への分離は、前記水分調整された混合耐火物を流動化させた固気流動層に導入し、前記混合耐火物の見かけ密度の最大値と最小値の間に設定された該固気流動層のかさ密度を利用して行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を水に浸漬して各混合耐火物に水を吸収させるとともに、吸水させた前記混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整する水分調整手段と、粉体によって形成される固気流動層と、前記水分調整された混合耐火物を前記固気流動層に投入する手段と、前記混合耐火物のうち前記固気流動層によって分離し浮揚した浮揚物を回収する第一の回収手段と、前記混合耐火物のうち固気流動層によって分離し沈降した沈降物を回収する第二の回収手段とを備え、
前記固気流動層に使用される粉体のかさ密度は、前記混合耐火物の見かけ密度の最大値と最小値の間に設定されていることを特徴とする混合耐火物の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済み耐火物の分離方法および分離装置に関し、特に、使用済みの、見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を耐火物毎に高精度に分離できる方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造は、取鍋内の溶鋼をタンディッシュに注入し、タンディッシュ内に所定量の溶鋼が滞在した状態で溶鋼を鋳型に注入することにより行われる。図１は、一般的なタンディッシュの側面断面図を示している。この図に示したタンディッシュ１は、外殻を鉄皮２とし、この鉄皮２の内側にパーマレンガ３およびワークレンガ４からなる耐火物が設置された構成を有している。ここで、ワークレンガ４の表面には、吹き付け施工などによる酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の被覆層５が形成されている。また、タンディッシュ１の底部には、タンディッシュ１内の溶鋼を鋳型に注入するノズル６が、ノズル受けレンガ７を介して取り付けられている。このノズル６は、上ノズル６ａと浸漬ノズル６ｂとからなる。
【０００３】
上述のように、耐火物はパーマレンガ３およびワークレンガ４からなり、パーマレンガ３はシリカを主成分とする一方、ワークレンガ４はアルミナを主成分とする。ワークレンガ４は溶鋼に直接接するため、耐熱性と耐食性が求められる。鋼の連続鋳造において、溶鋼がタンディッシュ１に繰り返し注がれると、ワークレンガ４が表層から劣化していく。そのため、ワークレンガ４の厚みが規定寸法以下になると、耐火物は解体される。劣化したワークレンガ４の表層数十ｍｍは、鉄（Ｆｅ）やマンガン（Ｍｎ）などが浸潤し、黒っぽく変色した状態となっている。
【０００４】
解体された屑には、地金鉄や浸潤されたワークレンガ４、健全なワークレンガ４、およびパーマレンガ３が混在している。こうした解体屑に含まれる使用済み耐火物を産業廃棄物として処理することは、多大なコストを要するのみならず、省資源の観点からも望ましくない。そこで、製鉄所で発生した使用済み耐火物を再利用する方法が多数提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、破砕粒度と成分の関係を利用して、使用済みの耐火物を溶銑予備処理の造宰材として再利用する技術が記載されている。
また、特許文献２には、破砕粒度と成分の関係を利用して、使用済み耐火物の一部を耐火物として再利用し、残りを製鉄精錬副原料や土木工事の材料として再利用する技術が記載されている。
さらに、特許文献３には、破砕して粒度調整した使用済み耐火物を脱炭材として再利用する技術が記載されている。
【０００６】
上記特許文献１〜３に記載された技術は、精錬副原料や土木工事の材料として再利用するものである。しかしながら、使用済み耐火物は、本来耐火物としての能力を有する成分に富んだ素材であるため、安価な副原料や土木工事の材料として利用するのは経済価値の低い方法である。そのため、使用済み耐火物を成分毎に分離し、経済価値の高い有価物を回収して耐火物として再利用するのが望ましい。
【０００７】
しかしながら、使用済み耐火物を成分毎に分離するのは、以下に示すタンディッシュ１の解体施工の問題から困難である。タンディッシュ１の解体は、具体的には以下のように行う。すなわち、まず、ワークレンガ４のみを重機や専用機械で剥がすか、あるいは削る。その際、剥がしたワークレンガ４の屑はタンディッシュ１の底面に溜まる。一般的には、この溜まったレンガ屑を排出するために、タンディッシュ１全体を転動させる。すると、パーマレンガ３は、通常、タンディッシュ１の鉄皮２に沿って積まれているだけであり、ワークレンガ４によって鉄皮２に押さえつけるように固定されているため、ワークレンガ４を削った後にタンディッシュ１を転動させると、ワークレンガ４屑だけでなく、パーマレンガ３も崩れ落ちて排出される。以上の理由から、ワークレンガ４とパーマレンガ３を別々に回収することは困難であり、これらのレンガが混在した屑として排出されるのである。
【０００８】
このような背景の下、使用済み耐火物から有価物であるワークレンガ４を分離して回収する方法がこれまでも提案されてきた。例えば、特許文献４および５には、破砕・磁選・色選別を組み合わせてワークレンガ４とパーマレンガ３を選別する技術が記載されている。しかし、浸潤層は濃い灰色に変色しているため、選別できる可能性があるものの、健全なワークレンガ４とパーマレンガ３は、双方とも白色系の色を有しているため、色彩選別だけでは選別は困難である。
【０００９】
ここで、ワークレンガ４とパーマレンガ３の成分を見ると、ワークレンガ４は、６０質量％のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）および３５質量％のシリカ（ＳｉＯ2）を含有し、パーマレンガ３は、１５質量％のＡｌ2Ｏ3および８０質量％のＳｉＯ2を含有する。このように、双方ともＡｌ2Ｏ3およびＳｉＯ2が主成分である。これらの成分のうち、価値が高いのはＡｌ2Ｏ3であり、ワークレンガ４はＡｌ2Ｏ3リッチであり、パーマレンガ３はＳｉＯ2リッチである。よって、ワークレンガ４だけを高純度に分離回収できれば、Ａｌ2Ｏ3リッチな原料として再利用できる。
【００１０】
ところで、Ａｌ2Ｏ3の密度は３．９５〜４．１（ｇ／ｃｍ3）であり、ＳｉＯ2の密度は２．２（ｇ／ｃｍ3）である。つまり、ワークレンガ４とパーマレンガ３を比べた場合、Ａｌ2Ｏ3が主成分であるワークレンガの方がパーマレンガ３よりも密度が大きい。すなわち、この見かけ密度の差を利用することにより、使用済み耐火物の解体屑からワークレンガ４を分離して回収できることが期待される。
【００１１】
比重または密度の差を利用した選別方法は、従来様々な分野で提案されている。例えば、水を用いて比重１よりも軽いものと重いものに分ける方法や、さらにそれを発展させ、比重を１〜３に調整した重液と呼ばれる液体によって、浮遊物と沈降物に分ける方法が考えられている。比重が１〜３であれば廃プラスチックや鉱物、軽金属部品と広い用途に利用することができ、廃棄物リサイクルの分野ではよく利用されている。分離を高速かつ大量に行う用途においては、湿式サイクロン法もよく利用される。この湿式サイクロンは、選鉱の分野では大規模に利用されている。
【００１２】
さらに、振動と空気流を同時に与えることで比重別に分離するエアテーブル法もよく知られている。この方法は古くは農業分野で穀物粒ともみ殻を分離する技術として開発されたものであるが、近年では廃棄物リサイクル分野でも導入されている。この方法は乾式で行うため、廃液処理が不要であり、また、小規模の設備で済むという利点がある。
【００１３】
さらにまた、粉体を流動媒体とした固気流動層を用い、固気流動層のかさ密度を用いて密度別に分離する方法も提案されている。固気流動層は化学プラントで一般に用いられており、燃焼炉、反応槽などの目的で利用されている。目的に応じて流動媒体は様々な粒径、成分のものが選ばれる。近年、媒体粒径を１００〜５００μｍに管理し、媒体に空気を送風し流動化させ、流動媒体のかさ密度が分離対象物に対して適切な値になるように調整することで対象物を浮上あるいは沈降させる比重分離方法が検討されはじめている（例えば、特許文献６〜１１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−２６３７４２号公報
【特許文献２】特開２００５−５８８３５号公報
【特許文献３】特開２００６−２４１４７８号公報
【特許文献４】特許第３６４５８４３号公報
【特許文献５】特許第３７０４３０１号公報
【特許文献６】特開２００３−３０００２０号公報
【特許文献７】特開２００３−３１１２１４号公報
【特許文献８】特開２００７−１８５６２１号公報
【特許文献９】特開２００８−２４６３９３号公報
【特許文献１０】特開２０１３−１３９００５号公報
【特許文献１１】国際公開第２０１３／１０２９７６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記したエアテーブル法や固気流動層を用いた方法では、分離対象の混合耐火物の見かけ密度の差が十分に大きければ、耐火物毎に分離することができる。しかし、各耐火物の密度は、一般にはばらついており、ある分布を有している。そのため、耐火物間で見かけ密度の差が小さくてかつ密度分布が重複する場合には、適切な分離媒体の密度を決定できないため、耐火物毎の分離を高精度で行うことができず、分離効率や分離濃度が低下する問題がある。
そこで、本発明の目的は、見かけ密度が異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を、耐火物毎に高精度に分離する方法および装置を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは上記課題を解決する方途について鋭意検討した結果、混合耐火物を見かけ密度に基づいて耐火物毎に分離する前に、混合耐火物を水に浸漬して各耐火物に水を吸収させ、その後、混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物の水分を調整することによって、耐火物間の見かけ密度の差を大きくすることができ、混合耐火物を耐火物毎に高精度に分離できることを見出し、本発明を完成させるに到った。
【００１７】
すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を耐火物毎に分離するに当たり、前記混合耐火物を破砕し、次いで破砕された混合耐火物を水に浸漬して該混合耐火物に水を吸収させた後、前記混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整し、該水分調整された混合耐火物を前記耐火物の見かけ密度に基づいて耐火物毎に分離することを特徴とする使用済み耐火物の分離方法。
【００１８】
（２）前記混合耐火物の乾燥は、見かけ密度の大きな耐火物ほど高い水分を有するようになるまで行う、前記（１）に記載の方法。
【００１９】
（３）前記耐火物の見かけ密度は、前記耐火物の乾燥状態での重量を測定し、次いで前記耐火物を水中に浸漬して前記耐火物内に水を浸透させた後、前記耐火物の水中での重量を測定し、その後前記耐火物を水中から取り出して前記耐火物の表面に付着した水を除去した後、前記水が湿潤した耐火物の重量を測定し、前記耐火物の乾燥状態での重量、前記液体中での重量および前記液体が浸透した耐火物の重量に基づいて決定される、前記（１）または（２）に記載の方法。
【００２０】
（４）前記耐火物の見かけ密度ρｒは、前記耐火物の乾燥状態での重量をｍａ、前記液体が浸透した耐火物の重量をｍｌ、前記水中での耐火物の重量をｍｗとして、下記の式（Ａ）で与えられる、前記（３）に記載の方法。
ρｒ＝ｍａ／（ｍｗ−ｍｌ）                          （Ａ）
【００２１】
（５）前記混合耐火物の耐火物毎への分離は、前記水分調整された混合耐火物を流動化させた固気流動層に導入し、前記混合耐火物の見かけ密度の最大値と最小値の間に設定された該固気流動層のかさ密度を利用して行う、前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の方法。
【００２２】
（６）見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を水に浸漬して各混合耐火物に水を吸収吸収させるとともに、吸水させた前記混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整する水分調整手段と、粉体によって形成される固気流動層と、前記水分調整された混合耐火物を前記固気流動層に投入する手段と、前記混合耐火物のうち前記固気流動層によって分離し浮揚した浮揚物を回収する第一の回収手段と、前記混合耐火物のうち固気流動層によって分離し沈降した沈降物を回収する第二の回収手段とを備え、前記固気流動層に使用される粉体のかさ密度は、前記混合耐火物の見かけ密度の最大値と最小値の間に設定されていることを特徴とする混合耐火物の分離装置。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、混合耐火物を水に浸漬して各耐火物に水を吸収させ、その後、混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整するようにしたため、耐火物間の見かけ密度の差を大きくすることができ、使用済みの混合耐火物を耐火物毎に高精度に分離できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一般的なタンディッシュの側面断面図である。
【図２】本発明に係る分離方法のフローチャートを示す図である。
【図３】破砕されたタンディッシュ用レンガの密度分布を示す図である。
【図４】本発明の分離方法の原理を説明する図である。
【図５】（ａ）は従来のアルキメデス法による見かけ密度の測定原理を、（ｂ）は本発明における改良されたアルキメデス法による見かけ密度の測定原理を説明する図である。
【図６】本発明による、固気流動層を用いて混合耐火物を耐火物毎に分離する装置を示す図である。
【図７】発明例において得られたワークレンガおよびパーマレンガの見かけ密度分布を示す図である。
【図８】比較例において得られたワークレンガおよびパーマレンガの見かけ密度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（混合耐火物の分離方法）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図２は、本発明に係る分離方法のフローチャートを示す図である。本発明に係る分離方法は、使用済みの、見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を耐火物毎に分離する方法であって、混合耐火物を破砕し（ステップＳ１）、次いで破砕された混合耐火物を水に浸漬して該混合耐火物に水を吸収させた後（ステップＳ２）、混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整し（ステップＳ３）、該水分調整された混合耐火物を耐火物の見かけ密度に基づいて耐火物毎に分離する（ステップＳ４）。
【００２６】
ここで、「見かけ密度」とは、耐火物の表面の気孔の体積は除くが、内部の気孔の体積を含めて求めた密度で後述するアルキメデス法で求められる密度とし、「かさ密度」とは、固気流動層の流動化媒体の粒子重量を粒子間の隙間も含めた流動化時の体積で除したものとする。
【００２７】
上述のように、従来の分離対象の見かけ密度に基づいた分離方法においては、分離対象である耐火物間の見かけ密度の差が小さい場合には、図３において実線で示すように、密度分布１および２が重なり、所定の密度を用いて密度分布１と密度分布２とを高精度で分離することができず、分離効率および分離濃度が低下してしまう。本発明者らは、このような状況においても精度よく分離するためには、何らかの手段により分離対象の密度差を見かけ上大きくする必要があると認識し、その方途について鋭意検討した。その結果、分離対象である混合耐火物を水に浸漬して、混合耐火物を構成する耐火物に水を吸収させることを想到した。
【００２８】
すなわち、分離対象である耐火物には多孔性を有して空隙率が大きいものや、反対に多孔性ではなく空隙率が小さいものが存在する。そして、空隙率と見かけ密度とは略反比例の関係にあり、空隙率の大きいものは見かけ密度が小さく、反対に空隙率の小さいものは見かけ密度が大きいと考えられる。また、見かけ密度の小さいものは水の吸収速度および乾燥速度が大きく、見かけ密度の大きなものは水の吸収速度および乾燥速度が小さいと考えられる。よって、図４に示すように、混合耐火物を水に浸漬して水を十分に吸収させた後、水を吸収させた混合耐火物を乾燥させると、見かけ密度の小さいものほど早く乾燥する一方、見かけ密度の大きいものは遅く乾燥する。その結果、ある程度の時間をかけて混合耐火物を乾燥させると、見かけ密度の大きいものほど内部に水を残して水分が高くなっているものと考えられる。吸収された水は見かけ密度を増大させるため、耐火物が水を吸収することにより、図３において点線で示すように、密度分布１は密度分布１’にシフトし、密度分布２は密度分布２’にシフトする。そして、上述のように、密度の大きいものほど内部に水を残していることから、シフト量は、密度分布２’の方が大きくなり、密度差も見かけ上大きくなる。こうして、本発明者らは、混合耐火物を耐火物毎により高い精度で分離できることを見出したのである。以下、各工程について説明する。
【００２９】
まず、ステップＳ１において、見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を破砕する。ここで、破砕対象となる混合耐火物およびこの混合耐火物を構成する耐火物は、特に限定されるものではない。例えば、耐火物は、タンディッシュ１に使用されるレンガや、高炉鍋や高炉樋に用いられるレンガ、転炉に用いられるマグネシアカーボンレンガである。
【００３０】
高炉鍋は、鉄皮と、この鉄皮の内部に配置されたレンガからなり、このレンガは、一般的にはアルミナ、ＳｉＣを主成分としている。このレンガは、鋼の連続鋳造に伴って劣化し、また、スラグや地金が冷却により凝固して付着するため、健全なレンガのみを効率的に回収することが望ましい。
【００３１】
また、高炉樋は、耐酸化鉄（ＦｅＯ）性が良好、すなわち酸化鉄が付着しにくいアルミナを主成分とするレンガからなるメタルライン部、および耐スラグ性が良好なＳｉＣを主成分とするレンガからなるスラグライン部からなる。このうち、ＳｉＣを主成分とするレンガが有用であるため、このレンガのみを効率的に回収することが望ましい。
【００３２】
さらに、マグネシアカーボンレンガは、転炉の耐火物として使用されるレンガであり、鋼の連続鋳造に伴って、使用回数が増すに従って金属が浸潤し、不純物濃度が大きくなるため、使用済みの耐火物から、不純物の少ないマグネシアカーボンレンガのみを回収することが望ましい。
【００３３】
なお、本発明において、「見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物」とは、タンディッシュ内のパーマレンガ３およびワークレンガ４からなる混合耐火物のように、組成の異なる耐火物で構成される耐火物ばかりでなく、耐火物に溶鋼が不純物として浸潤して見かけ密度が変化した部分と溶鋼が浸潤していない健全な耐火物とからなる耐火物も本発明における混合耐火物に含まれる。
【００３４】
これら見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物の破砕は、例えばジョークラッシャーやバケットクラッシャー等を用いて行うことができる。
【００３５】
次に、ステップＳ２において、破砕された混合耐火物を水に浸漬して該混合耐火物に水を吸収させる。上述のように、耐火物に水を吸収させることにより、耐火物の見かけの密度を増加させることができる。この耐火物への水の吸収は、適当な容器に水を張り、分離対象の混合耐火物を容器内に投入して水に浸漬させればよい。
【００３６】
混合耐火物の水への浸漬時間は、耐火物の材質に大きく依存することから一意に決定できない。上述のように、水の吸収速度は、空隙率が小さく見かけ密度の大きな耐火物ほど小さいと考えられることから、見かけ密度の大きな耐火物が水を十分に吸収するように十分な時間とする。好ましくは、耐火物毎に水の吸収速度を予め求めておき、耐火物が水を十分に吸収するのに要する時間を予め把握しておくことが好ましい。
【００３７】
続いて、ステップＳ３において、混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整する。ステップＳ２において、混合耐火物を構成する各耐火物は水を十分に吸収している。上述のように、見かけ密度の小さいものは乾燥速度が大きく、見かけ密度の大きなものは乾燥速度が小さいと考えられる。この乾燥速度の差を利用して、吸水させた混合耐火物をある程度の時間乾燥させることにより、見かけ密度の大きい耐火物の内部により多くの水を残して水分を高めた状態にすることができ、耐火物間の見かけ上の密度差を大きくすることができる。そこで、見かけ密度の大きい耐火物の内部により多くの水を残して水分を高めた状態にするように、適切な時間だけ乾燥させることが肝要となる。
【００３８】
この乾燥時間についても、耐火物の材質に大きく依存することから一意に決定できない。そこで、耐火物毎に乾燥速度、すなわち乾燥時間と耐火物の水分との関係を予め求めておき、見かけ密度の大きい耐火物の内部により多くの水を残して水分を高めた状態にすることができる時間を予め把握しておくことが好ましい。
【００３９】
吸水させた混合耐火物の乾燥は、自然乾燥させてもよいし、キルン等の乾燥機で行うこともできる。
【００４０】
その後、ステップＳ４において、水分調整された混合耐火物を耐火物の見かけ密度に基づいて耐火物毎に分離する。ステップＳ２およびＳ３において、混合耐火物を水に浸漬して水を吸収させた後、乾燥させて耐火物の水分を調整したことにより、耐火物間の密度差が見かけ上大きくなっている。そのため、耐火物毎への分離を従来よりも高精度に行うことが可能となる。
【００４１】
混合耐火物を分離する方法は、乾式の方法であれば特に限定されない。具体的には、エアテーブル法や、流動層分離法、エアジグ法、偏析分離法等を用いることができる。中でも、大量の混合耐火物を処理できることから、流動層分離法を用いることが好ましい。
【００４２】
以下、流動層分離法の一つである、固気流動層を用いた分離方法について説明する。この方法は、混合耐火物を流動化させた固気流動層に導入し、該固気流動層のかさ密度を利用して混合耐火物を耐火物毎に分離する方法である。この固気流動層を用いたシュレッダーダストを分離する方法が特開２００３−３０００２０号公報に、プラスチック類を分離する方法が特開２００３−３１１２１４号公報に、それぞれ開示されている。
【００４３】
以下、見かけ密度の異なる複数の耐火物からなる混合耐火物を、固気流動層を用いて耐火物毎に分離する原理について説明する。すなわち、粉体を流動化させ、液体系の見かけ密度選別と同様な粉体流動化媒体、すなわち固気流動層を利用して、複数の耐火物からなる混合耐火物をその密度によって分離する。ここで、「固気流動層」とは、粉体を流動化させて液体に類似した性質を持つものを意味している。
【００４４】
まず、固気流動層による分離の原理を以下に説明する。粉体に気体を送り浮遊流動化させた場合、粉体からなる流動層は、液体と同様の挙動を示す。従って、固気流動層のかさ密度ρｆｂは下記の式で表される。
ρｆｂ＝Ｗｐ／Ｖｆ＝（１−εｆ）ρｐ                    （１）
ここで、Ｗｐは流動化媒体の粒子重量、Ｖｆは流動化時の体積、εｆは流動化時の空隙率、ρｐは流動化媒体の粒子密度である。
【００４５】
このようなかさ密度ρｆｂを有する流動層中に、密度ρｓの耐火物を混在させたとき、ρｓ＜ρｆｂの耐火物は流動層１２の上部に浮揚し、ρｓ＞ρｆｂの耐火物は流動層１２の下部に沈降する。そしてρｓ＝ρｆｂの耐火物は流動層中間部を浮遊する。この原理を利用して、見かけ密度の異なる耐火物からなる混合耐火物を耐火物毎に分離するのである。
【００４６】
ここで、耐火物の密度ρｓは、アルキメデス法により求めるのが一般的である。すなわち、図５（ａ）に示すように、まず、空中において、耐火物の乾燥状態の重量ｍａを測定する。次いで、耐火物を水に浸漬し、水中での重量ｍｌを測定する。水に浸漬された耐火物には、耐火物の体積に相当する浮力が働くため、乾燥重量ｍａと水中重量ｍｌとの差が、耐火物の体積ｖに相当する。よって、耐火物の見かけ密度ρは以下の式で与えられる。
ρ＝ｍａ／（ｍａ−ｍｌ）                （２）
【００４７】
しかし、耐火物が多孔性の材料からなり、高い吸水性を有する場合には、上記した通常のアルキメデス法により見かけ密度を測定する際に、耐火物が水を吸収してその水中重量が吸水した水の重量Δｍだけ大きく測定される。そのため、測定された水中重量ｍｌをそのまま用いて耐火物の見かけ密度を求めると、真の値よりも大きくなってしまう。そこで、耐火物が高い吸水性を有する場合には、以下のように改良されたアルキメデス法を用いて見かけ密度を求めることが好ましい。
【００４８】
すなわち、図５（ｂ）に示すように、まず、空中において、耐火物の乾燥状態の重量ｍａを測定する。次いで、耐火物を水に十分な時間浸漬し、水中での重量ｍｌを測定する。続いて、耐火物を水中から取り出して、耐火物の表面に付着した水滴を充分に拭き取った後、湿潤重量ｍｗを測定する。湿潤重量ｍｗと乾燥重量ｍａとの差ｍｗ−ｍａが、耐火物に吸収された水の重量Δｍである。そして、耐火物の真の見かけ密度ρｒは以下の式で与えられる。
ρｒ＝ｍａ／（ｍｗ−ｍｌ）＝ｍａ／（ｍａ＋Δｍ−ｍｌ）          （３）
この式（３）を用いることにより、耐火物が多孔性を有して高い吸湿性を有する場合にも、耐火物の見かけ密度を精度よく求めることができる。
【００４９】
（混合耐火物の分離装置）
図６は、本発明による混合耐火物の分離装置の一例を示しており、固気流動層を用いて混合耐火物を耐火物毎に分離する装置を示している。この図に示した分離装置１０は、水分調整手段１７と、分離槽１１とを備える。水分調整手段１７は、混合耐火物に水を吸収させるための水槽１８と、吸水させた混合耐火物を乾燥させる、キルン等の乾燥機１９とで構成することができる。
【００５０】
また、分離層１１には、固気流動層１２を構成する粉体が充填されており、分離層１１内の中央部付近には、固気流動層１２に浮遊する、固気流動層１２のかさ密度より密度の小さな耐火物Ｓを回収するための、スクレーパ１３ａを有する浮遊耐火物回収手段１３が設けられており、回収された浮遊耐火物Ｓは排出部１４により装置外に排出される。さらに、分離層１１の内壁に沿って、固気流動層１２に沈降した、固気流動層１２のかさ密度より密度の大きな耐火物Ｐを回収するための、スクレーパ１５ａを有する沈降耐火物回収手段１５が設けられており、回収された沈降耐火物Ｐは排出部１６により装置外に排出される。
【００５１】
固気流動層１２を構成する粉体は、特に限定されず、所望のかさ密度が実現できるように、分離する耐火物の種類に応じて適切に選択すればよい。例えば、タンディッシュのワークレンガとパーマレンガを分離する際には、クロマイトサンドや鉄粉、あるいはこれらの混合物を用いることができる。また、高炉鍋内のレンガを分離する際には、ジルコンサンドや鉄粉を用いることができる。さらに、マグネシアカーボンレンガの場合には、ジルコンサンドや鉄粉を用いることができる。固気流動層のかさ密度は、これらの混合比および装置１０内に導入する気体の流量を変更することにより調整することができる。
【００５２】
また、粉体の粒径についても特に限定されないが、粒径が大きいと流動化の送風能力がより多く必要となる点から、１００μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。
【００５３】
粉体の流動化は、固気流動層の下部から気体を送風することにより行なうことができる。好ましくは、気体は空気である。
【００５４】
この分離装置１０を用いた耐火物毎の分離は、例えば以下のように行うことができる。すなわち、まず、使用済みの混合耐火物を水分調整手段１７に導入し、混合耐火物を水槽１８に投入して水に浸漬して各混合耐火物に水を吸収させた後、乾燥機１９により吸水させた混合耐火物を乾燥させて混合耐火物の水分を調整する。次いで、流動化媒体としての粉体であるジルコンサンドや鉄粉等が充填された分離槽１１の下面から分離槽１１内に気体を送風して粉体を流動化させ、固気流動層１２を形成する。続いて、分離槽１１の上面開口（図示せず）から、水分調整された混合耐火物を投入する。すると、固気流動層１２のかさ密度よりも密度の大きい耐火物Ｐは沈降する一方、固気流動層１２のかさ密度よりも密度の小さな耐火物Ｓは浮遊する。
【００５５】
浮遊耐火物回収手段１３に取り付けられたスクレーパ１３ａは、図６の矢印の向きに移動しており、固気流動層１２を浮遊した耐火物Ｓをかき集め、排出部１４が、かき集められた耐火物Ｓを分離層１１外に排出する。一方、沈降耐火物回収手段１５に取り付けられたスクレーパ１５ａは、図６の矢印の向きに移動しており、固気流動層１２を沈降した、固気流動層１２よりも密度が大きな耐火物Ｐをかき集め、排出部１６は、かき集められた耐火物Ｐを分離層１１外に排出する。こうして、固気流動層のかさ密度を利用して、耐火物毎に分離することができる。
【００５６】
この混合耐火物の分級は、具体的には、篩いを用いて行うことができる。例えば、粒度範囲を５ｍｍ以上５００ｍｍ以下とする場合には、まず、目開き寸法が５００ｍｍの篩いを用いて、複数の耐火物からなる混合耐火物を篩う。
【００５７】
次に、目開き寸法が５００ｍｍの篩いを通過した混合耐火物を、目開き寸法が５ｍｍの篩いで篩う。この５ｍｍの篩いの上に残った混合耐火物が、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下の粒度範囲の混合耐火物である。なお、上記説明から明らかなように、所望の粒度範囲の耐火物は、耐火物の最大粒径が上記粒度範囲内にあることを意味しているわけではなく、単に、粒度範囲の上限の篩いにかけ、この篩いを通過した耐火物を粒度範囲の下限の篩いにかけ、この篩い上に残った耐火物を意味している。
【実施例】
【００５８】
（発明例）
以下、本発明の実施例について説明する。図２に示したフローチャートに従って、使用済みのタンディッシュ用レンガからワークレンガを分離回収した。すなわち、まず、ワークレンガとパーマレンガの割合が６：４のタンディッシュ用レンガを、圧縮刃のクリアランスが３０ｍｍのジョークラッシャーを用いて破砕した。次いで、破砕された混合耐火物を６時間水に浸漬して各混合耐火物に水を吸収させた。続いて、破砕されたレンガを、ロータリーキルン式の乾燥機に導入し、重油を燃料として３５０℃で５分間乾燥させた。ここで、ワークレンガおよびパーマレンガの見かけ密度を測定したところ、密度分布は図７に示すようになり、ワークレンガの見かけ密度分布が２．３５〜２．７５ｇ／ｃｍ3、パーマれんがの見かけ密度分布は２．００〜２．２５ｇ／ｃｍ3となり、２種類のレンガの見かけ密度を明確に区別できた。その結果、２．３ｇ／ｃｍ3という分離媒体の見かけ密度を設定することが可能になった。
そこで、回収したレンガを固気流動層を用いた分離装置（長さ：２５００ｍｍ、幅：１０００ｍｍ、深さ：２５０ｍｍ）に導入して、浮遊したレンガおよび沈降したレンガを回収し、タンディッシュ用レンガをワークレンガとパーマレンガに分離した。ここで、固気流動層を構成する粉体として、ジルコンサンドに体積比１％の鉄粉を混ぜたものを使用し、装置の下部から流量：１４ｍ3／分の空気を送風することにより、かさ密度：２．３（ｇ／ｃｍ3）の固気流動層を形成した。分離装置によるレンガの処理速度は１ｔ／ｈである。その後、固気流動層に浮遊したパーマレンガおよび沈降したワークレンガを分離して回収した。
回収した浮遊レンガおよび沈降レンガのそれぞれを確認した。その結果、浮遊レンガに含まれるワークレンガは５重量％、パーマレンガは４０重量％であった。一方、沈降レンガに含まれるワークレンガは５５重量％、パーマレンガは０重量％であった。すなわち、沈降レンガは全てワークレンガからなり、ワークレンガの濃度は１００％、ワークレンガの回収率は５５／（５＋５５）＝９２％であった。一方、浮遊レンガに含まれるパーマレンガには、ワークレンガがわずかに含まれており、パーマレンガの濃度は４０／４５＝８９％であり、回収率は１００％であった。タンディッシュ用レンガにおいて、リサイクル対象の有価物は、上述のようにワークレンガであり、ワークレンガの回収濃度は１００％、回収率は９２％であり、非常に効率的に回収できていることが分かる。
【００５９】
（比較例）
発明例と同様に、使用済みのタンディッシュ用レンガからワークレンガを分離回収した。ただし、破砕された混合耐火物を水に浸漬させずにアルキメデス法を用いて破砕された混合耐火物の見かけ密度を測定した。その結果、密度分布は図８に示すようになり、ワークレンガの見かけ密度分布が２．７〜３．２ｇ／ｃｍ3、パーマレンガの見かけ密度分布が２．３〜２．９ｇ／ｃｍ3となり、固気流動層のかさ密度を決定することができず、固気流動層の見かけ密度を設定して混合耐火物をワークレンガとパーマレンガに分離して回収することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、混合耐火物を水に浸漬して各耐火物に水を吸収させ、その後、混合耐火物を乾燥させて該混合耐火物に含まれる水分を調整するようにしたため、耐火物間の密度差が大きくなって混合耐火物を耐火物毎に高精度に分離できるため、製鉄業において有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１  タンディッシュ
２  鉄皮
３  パーマレンガ
４  ワークレンガ
５  被覆層
６  ノズル
６ａ  上ノズル
６ｂ  浸漬ノズル
７  ノズル受けレンガ
１０  分離装置
１１  分離層
１２  固気流動層
１３  浮遊耐火物回収手段
１３ａ、１５ａ  スクレーパ
１４、１６  排出部
１５  沈降耐火物回収手段
１７  水分調整手段
１８  水槽
１９  乾燥機
Ｓ  浮遊耐火物
Ｐ  沈降耐火物
【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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【図８】
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