JP5090655B2 - 製鋼ダストのリサイクル方法 - Google Patents
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Description
この発明は、溶解炉等による鉄鋼生成過程で生じるダストを製鋼原料として再利用する製鋼ダストのリサイクル方法に関する。
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。
従来、この製鋼ダストの処理には、以下の方法が取られている。
イ．無害化処理→埋立。
ロ．溶解炉へインジェクション投入。
ハ．バインダと混ぜて豆炭状あるいはブリケットに成形し、溶解炉に直接に、または還元炉で還元した後に溶解炉へ投入（特許文献１〜３）。
ニ．溶解炉で溶融し酸化鉄と亜鉛に分離し、酸化鉄は溶解炉または還元炉へ、亜鉛は亜鉛原料として販売。
特開平１１−１５２５１１号公報
特開平０９−３１６５１２号公報
特開２００２−１９４４４９号公報
イ．無害化処理→埋立。
ロ．溶解炉へインジェクション投入。
ハ．バインダと混ぜて豆炭状あるいはブリケットに成形し、溶解炉に直接に、または還元炉で還元した後に溶解炉へ投入（特許文献１〜３）。
ニ．溶解炉で溶融し酸化鉄と亜鉛に分離し、酸化鉄は溶解炉または還元炉へ、亜鉛は亜鉛原料として販売。
しかし、上記の各処理は、それぞれ次の問題があった。
イ．埋立費用の高騰、埋立地の枯渇。
ロ．ダストの飛散で、溶融効率が低い。
ハ．バインダ使用でコストが高い、成形時にバインダのこびり付きなどで作業性が悪い。ニ．装置が大掛かりになり、コストが高い。
このため、安価なリサイクル法が求められている。
イ．埋立費用の高騰、埋立地の枯渇。
ロ．ダストの飛散で、溶融効率が低い。
ハ．バインダ使用でコストが高い、成形時にバインダのこびり付きなどで作業性が悪い。ニ．装置が大掛かりになり、コストが高い。
このため、安価なリサイクル法が求められている。
この発明の目的は、鉄鋼生成過程で生じるダストを製鋼原料として安価に再利用することができ、特に脱亜鉛処理の効率の良い製鋼ダストのリサイクル方法を提供することである。
この発明の製鋼ダストのリサイクル方法は、溶融炉による鉄鋼生成過程において粉体となって排出される鉄およびその酸化物を含有するダストを、炭素粉体またはグラファイトの粉体と混ぜ合わせて造粒し混合造粒体とする造粒過程と、この混合造粒体に水を含浸させる水含浸過程と、この水を含浸させた混合造粒体を成形型に入れ加圧成形することで、製鋼ダスト固形化物とする固形化過程と、この製鋼ダスト固形化物を溶融炉の原料として搬送する過程と、前記ダストを前記溶融炉から得て前記固形化過程に至るまでの間に、このダストの亜鉛濃度を濃縮し、この濃縮した状態のダストを脱亜鉛処理する脱亜鉛処理工程とを含む。
このリサイクル方法によると、製鋼ダストを固形化物とするため、粉体のままで再利用する場合と異なり、炉への投入時の飛散の問題がなく、また小さな豆炭状に造粒する場合に比べて、ある程度大きいために取扱性が良い。また、造粒後に製鋼ダスト固形化物に固形化するため、製鋼ダストを粉体の状態で成形型に入れて加圧するよりも、高い成形密度が得られ、バインダー等の強化剤を使用しなくても、実用上、十分な製鋼ダスト固形化物の強度が得られる。
特に、製鋼ダストと炭素粉体またはグラファイトの粉体とを混ぜ合わせて造粒した混合造粒体を原料として用いるため、炭素粉体またはグラファイトの粉体の添加による炉での熱効率上の利点と、造粒した状態で成形型に入れて加圧成形することの利点とが共に得られる。そのため、できるだけ添加物を加えることなく、実用上十分な強度を持つことがより効果的に行え、また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ものとなる。
さらに、成形直前に水を含浸させるため、混合造粒体の表面が柔らかくなり、加圧時に造粒体の変形が容易になり、また造粒体同士の接着強度が上がることで、良好な成形強度を得ることができる。
また、溶融炉への原材料としてメッキ亜鉛鋼板などのスクラップを用いる場合、亜鉛がダストに選択的に濃縮され、亜鉛濃度が高くなるので、その時点で脱亜鉛処理を行う。これにより、脱亜鉛処理を行う量が削減でき、効率良く脱亜鉛処理ができる。
これらのため、低コストで安定したリサイクルが可能となり、産業廃棄物量が削減できる。
特に、製鋼ダストと炭素粉体またはグラファイトの粉体とを混ぜ合わせて造粒した混合造粒体を原料として用いるため、炭素粉体またはグラファイトの粉体の添加による炉での熱効率上の利点と、造粒した状態で成形型に入れて加圧成形することの利点とが共に得られる。そのため、できるだけ添加物を加えることなく、実用上十分な強度を持つことがより効果的に行え、また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ものとなる。
さらに、成形直前に水を含浸させるため、混合造粒体の表面が柔らかくなり、加圧時に造粒体の変形が容易になり、また造粒体同士の接着強度が上がることで、良好な成形強度を得ることができる。
また、溶融炉への原材料としてメッキ亜鉛鋼板などのスクラップを用いる場合、亜鉛がダストに選択的に濃縮され、亜鉛濃度が高くなるので、その時点で脱亜鉛処理を行う。これにより、脱亜鉛処理を行う量が削減でき、効率良く脱亜鉛処理ができる。
これらのため、低コストで安定したリサイクルが可能となり、産業廃棄物量が削減できる。
このリサイクル方法において、前記混合造粒体の炭素の含有割合を１５〜２０重量％、含水量を８〜１０重量％とすることが好ましい。試験により確かめた結果、製鋼ダスト固形化物として良好な成形強度を得るには、上記の炭素の含有割合および含水量の範囲が有効であることが分かった。
この発明の製鋼ダストのリサイクル方法は、溶融炉による鉄鋼生成過程において粉体となって排出される鉄およびその酸化物を含有するダストを、炭素粉体またはグラファイトの粉体と混ぜ合わせて造粒し混合造粒体とする造粒過程と、この混合造粒体に水を含浸させる水含浸過程と、この水を含浸させた混合造粒体を成形型に入れ加圧成形することで、製鋼ダスト固形化物とする固形化過程と、この製鋼ダスト固形化物を溶融炉の原料として搬送する過程と、亜鉛濃度を濃縮した状態で適用する脱亜鉛処理工程とを含む方法であるため、次の各利点が得られる。
１．製鋼ダスト中の鉄分を再利用でき、原材料を節減できる。
２．造粒過程が炭素を混合しており、この炭素は還元剤および燃料として作用するため、溶融時に製鋼ダストを効率良く溶融・還元し、製鋼ダストだけをリサイクルするよりも溶融炉の効率が高い。
３．造粒後に成形を行うため、造粒条件、形成条件を適正に選ぶことで、固形化補助剤なしで安価に成形できる。
４．成形直前に水を含浸させるため、より良好な成形強度を得ることができる。
５．製鋼ダスト固形化物が十分な大きさを有するので、溶融時に製鋼ダストが舞い上がることなく、効率良く溶融できる。
６．原材料に亜鉛が含まれる場合、ダストに亜鉛が濃縮され、埋立あるいは再利用時に脱亜鉛処理が必要になるが、製鋼ダストのリサイクルシステムで亜鉛濃度がさらに濃縮された状態で脱亜鉛処理を行うので、脱亜鉛処理を行う量が削減でき、効率良く脱亜鉛処理が行える。
７．これらにより、低コストで安定したリサイクルが可能となり、産業廃棄物を削減できる。
１．製鋼ダスト中の鉄分を再利用でき、原材料を節減できる。
２．造粒過程が炭素を混合しており、この炭素は還元剤および燃料として作用するため、溶融時に製鋼ダストを効率良く溶融・還元し、製鋼ダストだけをリサイクルするよりも溶融炉の効率が高い。
３．造粒後に成形を行うため、造粒条件、形成条件を適正に選ぶことで、固形化補助剤なしで安価に成形できる。
４．成形直前に水を含浸させるため、より良好な成形強度を得ることができる。
５．製鋼ダスト固形化物が十分な大きさを有するので、溶融時に製鋼ダストが舞い上がることなく、効率良く溶融できる。
６．原材料に亜鉛が含まれる場合、ダストに亜鉛が濃縮され、埋立あるいは再利用時に脱亜鉛処理が必要になるが、製鋼ダストのリサイクルシステムで亜鉛濃度がさらに濃縮された状態で脱亜鉛処理を行うので、脱亜鉛処理を行う量が削減でき、効率良く脱亜鉛処理が行える。
７．これらにより、低コストで安定したリサイクルが可能となり、産業廃棄物を削減できる。
この発明の一実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１は、この製鋼ダストのリサイクル方法の概念構成を示す。電炉やその他の溶解炉等の溶融炉１では、原料として、スクラップや、このリサイクル方法で製造された製鋼ダスト固形化物（以下「ブリケット」と称する）Ｂが投入され、製品の他に、スラグ、排気ガス、製鋼ダスト１１を排出する。溶解炉１に投入される原料は、例えば主原料が高炉より得られた溶銑であり、この他に上記のスクラップ、生石灰などが副原料として用いられる。上記スクラップには、メッキ亜鉛鋼板などの亜鉛成分を有するものが含まれる。溶融炉１で生じた製鋼ダスト１１は、排気ガスと共にバグフィルタ等を有する集塵機３に導入され、排気ガス中の製鋼ダスト１１が集塵機３で集塵されて粉体となって排出される。この製鋼ダスト１１は、鉄およびその酸化物を主成分とするものである。
集塵機３から排出された製鋼ダスト１１は、水およびカーボン（炭素の粉体）が混合されて、造粒機１９により、直径が３〜８mm程度の球状の混合造粒体に造粒される。亜鉛濃度が高い場合この混合造粒体は、脱亜鉛装置４０で脱亜鉛処理され、処理過程で得られた鉄分は、溶融炉１に原料として用いることも可能である。脱亜鉛処理で分離された亜鉛は、亜鉛地金の製造に用いられる。
混合造粒体は、固形化装置６での成形直前に水が含浸させられ、固形化装置６により、ブリケットＢに固形化される。ブリケットＢは、例えば、図４に示すように、円柱状の固形化物であり、例えば直径Ｄが１５０mm程度、高さＨが１２０mm程度とされる。このブリケットＢは、直径Ｄを３０〜２００ｍｍ、直径Ｄに対する高さＨの比（Ｈ／Ｄ）を３０〜１５０％とするのが好ましい。
製造されたブリケットＢは、再度、溶融炉１に原料として投入される。
この製鋼ダストのリサイクル方法は、このような過程を繰り返すものである。
製造されたブリケットＢは、再度、溶融炉１に原料として投入される。
この製鋼ダストのリサイクル方法は、このような過程を繰り返すものである。
図２は、図１の各過程の処理を行う各機器の概略構成を示す。溶融炉１で生じた製鋼ダストは、排気ガスと共に排気ダクト２から集塵機３に導入され、排気ガス中の製鋼ダスト１１が集塵機３で集塵されて粉体となって排出される。この製鋼ダスト１１は、鉄およびその酸化物を主成分とするものである。集塵機３から排出された製鋼ダスト１１は、図示しない搬送手段により製鋼ダスト固形化物製造装置４における第１のホッパ５Ａに投入される。
第１のホッパ５Ａは、製鋼ダスト収容部５Ａａと、炭素粉体収容部５Ａｂとを有していて、製鋼ダスト１１は、製鋼ダスト収容部５Ａａに投入される。炭素粉体収容部５Ａｂには、製鋼ダスト１１とは別の経路から、炭素を主成分とする粉体（図示せず）が投入される。前記炭素を主成分とする粉体は、純粋な炭素粉体に限らず、グラファイトであっても良い。
第１のホッパ５Ａは、製鋼ダスト収容部５Ａａの製鋼ダスト１１と炭素粉体収容部５Ａｂの炭素主成分粉体とを設定割合になるように混合する混合手段３５を有している。上記設定割合は、例えば、全体に対する炭素の含有割合が１５〜２０重量％の範囲とされる。混合手段３５は、例えば混合攪拌室とスクリューコンベヤまたは攪拌翼等で構成される。
第１のホッパ５Ａは、製鋼ダスト収容部５Ａａの製鋼ダスト１１と炭素粉体収容部５Ａｂの炭素主成分粉体とを設定割合になるように混合する混合手段３５を有している。上記設定割合は、例えば、全体に対する炭素の含有割合が１５〜２０重量％の範囲とされる。混合手段３５は、例えば混合攪拌室とスクリューコンベヤまたは攪拌翼等で構成される。
第１のホッパ５Ａから吐出される製鋼ダスト１１と炭素を主成分とする粉体との混合粉体は、造粒機１９に供給される。造粒機１９は、粉状の上記混合粉体を造粒体１１ｐとする装置である。この造粒体１１ｐは、上記製鋼ダスト１１と炭素を主成分とする粉体との混合造粒体である。造粒機１９は、例えば、回転するドラム（図示せず）の中で粉体に適度な水分を加えながら凝集させて、球状の粒体とするものである。造粒体１１ｐは、含水量が８〜１０重量％とすることが好ましい。
造粒機１９で造粒された製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐは、亜鉛濃度が高い場合、脱亜鉛装置４０に投入され、脱亜鉛処理される。この脱亜鉛処理は、亜鉛濃度を濃縮した状態で行う。脱亜鉛処理で分離された亜鉛は、排出されて亜鉛地金の製造等に用いられる。
ホッパ５Ｂは供給手段（図示せず）を有していて、製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐが、固形化装置６に投入される。固形化装置６は、製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐをブリケットＢに固形化する機構であり、成形型７を備える。
ホッパ５または固形化装置６には、ホッパ５から供給される製鋼ダスト１１を成形型７内に強制的に充填する強制充填装置３０が設けられている。
ホッパ５または固形化装置６には、ホッパ５から供給される製鋼ダスト１１を成形型７内に強制的に充填する強制充填装置３０が設けられている。
固形化装置６で固形化されたブリッケットＢは、搬送装置（図示せず）で搬送され、再度、溶融炉１に原料として供給される。
固形化装置６は、図３に拡大して示すように、前記ホッパ５から投入される製鋼ダスト１１を加圧成形する成形型７と、この成形型７に加圧成形のための圧力を付与する加圧手段８と、所定の圧力となるように前記加圧手段８を加圧制御する加圧制御手段（図示せず）とを有する。
成形型７は、縦向きのシリンダ室状であって、製鋼ダスト１１の造粒体１１ｐを横断面形状が円形の柱状体（つまり円柱状体）に成形可能な形状とされている。横断面形状は多角形であっても良く、その場合は多角柱状体のブリケットが製造される。成形型７は、具体的には、円筒状のダイ７ａと、このダイ７ａの下端開口に挿入されたプランジャ状の蓋体１２Ａとで構成される。蓋体１２Ａは、駆動源を有する蓋開閉機構（図示せず）によって開閉させられる。蓋体１２Ａは、成形型７内に入らずに、一端で密封するものであっても良い。また、プランジャ状の蓋体１２Ａは、駆動源を有する昇降機構（図示せず）としても良い。
加圧手段８は、成形型７内に上方から進入して成形型７内の製鋼ダスト造粒体１１ｐを加圧する昇降自在なプランジャ１２と、このプランジャ１２を昇降駆動する加圧装置１３とからなる。加圧装置１３は、例えば油圧シリンダからなり、その駆動が加圧装置制御手段（図示せず）によって制御される。加圧装置制御手段は、前記加圧装置１３へ圧油を供給する油圧回路１５の切替え弁１６や、ポンプ１７のモータ１８等を制御する。加圧装置１３は、油圧シリンダの他に、モータとその回転を直線運動に変換するボールねじ等の回転・直線運動変換機構（いずれも図示せず）であっても良い。また加圧装置１３をプランジャ１２及び蓋体１２Ａの両側に配置し、加圧制御を行っても良い。
このリサイクル方法によると、このように製鋼ダストのリサイクルが行われる。この場合に、製鋼ダスト１１をブリッケットＢとするため、粉体のままで再利用する場合と異なり、溶融炉１への投入時の飛散の問題がなく、また小さな豆炭状に造粒する場合に比べて、ある程度大きいために取扱性が良い。また、造粒後にブリッケットＢに固形化するため、製鋼ダスト１１を粉体の状態で成形型に入れて加圧するよりも、高い成形密度が得られ、バインダー等の強化剤を使用しなくても、実用上、十分な製鋼ダスト固形化物の強度が得られる。
特に、製鋼ダスト１１と炭素を主成分とする粉体とを混ぜ合わせて造粒した混合造粒体１１ｐを原料として用いるため、炭素を主成分とする粉体の添加による炉での熱効率上の利点と、造粒した状態で成形型７に入れて加圧成形することの利点とが共に得られる。そのため、できるだけ添加物を加えることなく、実用上十分な強度を持つことがより効果的に行え、また溶融炉１への再装入の際の炉溶融炉１の熱効率を改善することができるものとなる。
さらに、成形直前に水を含浸させるため、混合造粒体１１ｐの表面が柔らかくなり、加圧時に粒の変形が容易になり、また粒同士の接着強度が上がることで、良好な成形強度を得ることができる。
また、溶融炉１への原材料としてメッキ亜鉛鋼板などのスクラップを用いる場合、亜鉛がダストに選択的に濃縮され、亜鉛濃度が高くなるので、その時点で脱亜鉛処理を行う。これにより、脱亜鉛処理を行う量が削減でき、効率良く脱亜鉛処理ができる。
これらのため、低コストで安定したリサイクルが可能となり、産業廃棄物が削減できる。
特に、製鋼ダスト１１と炭素を主成分とする粉体とを混ぜ合わせて造粒した混合造粒体１１ｐを原料として用いるため、炭素を主成分とする粉体の添加による炉での熱効率上の利点と、造粒した状態で成形型７に入れて加圧成形することの利点とが共に得られる。そのため、できるだけ添加物を加えることなく、実用上十分な強度を持つことがより効果的に行え、また溶融炉１への再装入の際の炉溶融炉１の熱効率を改善することができるものとなる。
さらに、成形直前に水を含浸させるため、混合造粒体１１ｐの表面が柔らかくなり、加圧時に粒の変形が容易になり、また粒同士の接着強度が上がることで、良好な成形強度を得ることができる。
また、溶融炉１への原材料としてメッキ亜鉛鋼板などのスクラップを用いる場合、亜鉛がダストに選択的に濃縮され、亜鉛濃度が高くなるので、その時点で脱亜鉛処理を行う。これにより、脱亜鉛処理を行う量が削減でき、効率良く脱亜鉛処理ができる。
これらのため、低コストで安定したリサイクルが可能となり、産業廃棄物が削減できる。
造粒体１１ｐの含水量について説明する。試験結果から、金型７での固形化の過程で、水分は造粒体１１ｐが成形金型７内で塑性変形挙動をする際、粉体問の摩擦を低減し変形を容易にする効果があると考えられる。その効果は含水量が０．５重量％以上で発現するが、含水量が１５重量％を超える水分量が多い領域になると、水分自体が液体としての挙動が生じるため、ブリケットＢの見掛け密度向上に対して逆効果となる。実用的なブリケット強度を得ることができる製鋼ダストと炭素粉体( 重量比４：１）を造粒機中で混合しながら造粒したサンプルの含水量の範囲は０．５〜１５重量％であり、望ましくは８〜１０重量％の範囲である。
ブリケットＢの原料における適切な炭素量について説明する。前述のように、電炉等のリサイクルに使用するブリケットＢ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極めて重要である。しかしながら、炭素材料の添加は固形化物の強度を損なう可能性がある。一方、炭素材料の添加により固形化物の強度が損われても、造粒した状態で成形型７に入れて加圧成形するため、高い成形密度が得られ、バインダー等の強化剤を使用しなくても、実用上、十分な強度のブリケットＢとなる。
そこで、本発明者は、調査、実験検証を進めた結果、炭素粉体等の炭素材料を、製鋼ダスト１１を造粒する造粒機１９に添加して製鋼ダスト１１とともに造粒した混合造粒体１１ｐを製造し、さらに添加する炭素量を、製鋼ダスト１１と炭素を主成分とする粉体の混合造粒体１１ｐからなる材料の２０重量％以下とすることで、炭素を添加した場合でも優れた成形性が得られることを見出した。また、炭素を主成分とする粉体の割合を１５重量％とすることで、炭素添加による溶融炉１の熱効率の向上の効果が十分に得られることがわかった。
なお、前記実施形態では、製鋼ダスト１１を造粒した後に脱亜鉛処理したが、この脱亜鉛処理は、造粒後に限らず、製鋼ダスト１１を溶融炉１から得て固形化過程に至るまでの間で行えば良い。
１…溶融炉
４…製鋼ダスト固形化物製造装置
６…固形化装置
７…成形型
８…加圧手段
１１…製鋼ダスト
１１ｐ…混合造粒体
１９…造粒機
４０…脱亜鉛装置
Ｂ…ブリケット（製鋼ダスト固形化物）
４…製鋼ダスト固形化物製造装置
６…固形化装置
７…成形型
８…加圧手段
１１…製鋼ダスト
１１ｐ…混合造粒体
１９…造粒機
４０…脱亜鉛装置
Ｂ…ブリケット（製鋼ダスト固形化物）
Claims (2)
- 溶融炉による鉄鋼生成過程において粉体となって排出される鉄およびその酸化物を含有するダストを、炭素粉体またはグラファイトの粉体と混ぜ合わせて造粒し混合造粒体とする造粒過程と、この混合造粒体に水を含浸させる水含浸過程と、この水を含浸させた混合造粒体を成形型に入れ加圧成形することで、製鋼ダスト固形化物とする固形化過程と、この製鋼ダスト固形化物を溶融炉の原料として搬送する過程と、前記ダストを前記溶融炉から得て前記固形化過程に至るまでの間に、このダストの亜鉛濃度を濃縮し、この濃縮した状態のダストを脱亜鉛処理する脱亜鉛処理工程とを含む製鋼ダストのリサイクル方法。
- 請求項１において、前記混合造粒体の炭素の含有割合を１５〜２０重量％、含水量を８〜１０重量％とする製鋼ダストのリサイクル方法。
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