CN101115851A - 炼钢粉尘固化物及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种炼钢粉尘固化物以及其制造方法。将用熔炼炉等生产钢铁过程中产生的、主要成分是铁及其氧化物的粉尘加压成形并固化，制成炼钢粉尘固化物。可在尽可能不加入添加物的情况下，使提供的原料粉尘具有足够的实用强度，并且可改善再次装入炉中时炉的热效率。该炼钢粉尘固化物是将生产钢铁过程中产生的、主要成分是铁及其氧化物的粉尘(11)装入成形模(7)内加压成形的固化物(B)。作为装入上述成形模(7)内的原料，使用将上述粉尘(11)和碳作为主成分的粉末混合并造粒的混合造粒体(11p)。

Description

炼钢粉尘固化物及其制造方法
技术领域
本发明是关于将用熔炼炉等生产钢铁的过程中产生的粉尘重新利用作为炼钢原料的炼钢粉尘固化物及其制造方法。
背景技术
在生产钢铁的过程中，例如在熔炼炉中，被喷吹的微粒子状的铁和氧化铁形成粉尘，在集尘器中予以回收。该粉尘(以下称为“炼钢粉尘”)的主要成分是铁和氧化铁，因此，希望将其重新利用。但是，炼钢粉尘是微小的粉末，如果直接投入熔炼炉中，必然四处飞散向上飘扬，其中的大部分再次被集尘器回收，重新利用的效率十分低下。因此，以往大多是将其填埋处理，但国内每年产生的炼钢粉尘达到数十万吨之多，如果填埋处理，无论是从资源的有效利用还是从填埋地不足及环境恶化的角度考虑都是不可取的。
因此，对于炼钢粉尘的再利用人们尝试了各种各样的方法。举例来说，专利文献1中公开了一种制备直径2-15mm左右的粉尘颗粒、将其装入电炉中从而使氧化铁被回收到铁水中的方法。
在专利文献2中公开了一种添加热塑性塑料以便将炼钢粉尘成形为压块的方法；在专利文献3中公开了一种添加固化助剂以便将磨削金属碎屑和炼钢粉尘成形为压块的方法。
[专利文献1]日本特开平11-152511号公报
[专利文献2]日本特开平09-316512号公报
[专利文献3]日本特开2002-194449号公报
专利文献1的制备颗粒的方法，与回收粉末相比，虽然将颗粒化的成分装入电炉的操作比较容易，但由于颗粒的尺寸比较小，因而装入电炉的效率成问题。
专利文献2和专利文献3的加入添加物的方法，对于制造坚固的压块来说都十分有效，但由于加入了塑料和粘合剂的添加物，因而存在工序复杂，生产成本高的缺点。另外，添加物还造成了环境负担，因而不可取。
发明内容
本发明的目的是提供一种炼钢粉尘固化物，所述的炼钢粉尘固化物是将用熔炼炉等生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘加压成形、固化的炼钢粉尘固化物，该炼钢粉尘固化物可以在尽可能地不向提供的原料粉尘中加入添加物的情况下，具有足以满足实用要求的强度，并且可改善再次装入炉中时炉的热效率。
本发明的另一目的是提供一种炼钢粉尘固化物的制造方法，该方法可以低成本地制造具有上述各个优点的炼钢粉尘固化物。
本发明的炼钢粉尘固化物是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，作为装入上述成形模内的原料，使用与将上述粉末和碳作为主成分的粉末混合并造粒的混合造粒体。
本发明的炼钢粉尘固化物的制造方法是制造本发明上述炼钢粉尘固化物的方法。该方法通过将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形、固化，从而制造作为其固化物的炼钢粉尘固化物，作为装入上述成形模内的原料，使用将上述粉末和碳作为主成分的粉末混合并造粒的混合造粒体。
在炼钢粉尘固化物的成形过程中，即使提高成形压力，由于内摩擦的缘故，强度也未必能提高。使用粘合剂对于增强炼钢粉尘固化物的强度是十分有效的，但如果添加塑料等粘合剂，由于上面所述的生产成本和环境负担方面的原因是不适宜的。
另外，在电炉等的回收利用所使用的炼钢粉尘固化物中添加碳粉等碳材料对于提高电炉的热效率是极其重要的。这是因为，被添加的碳粉将炼钢粉尘不断进行还原的同时自燃发热，因而可以减少由外部输入的能量，大大改善炉子的热效率。因此，添加碳粉的炼钢粉尘固化物对于炼钢粉尘的回收利用是一个十分有效的措施。以碳为主要成分的粉末，与炼钢粉尘同样，可以在生产钢铁的过程中或在其周边容易获得，因此即使进行添加也可以抑制成本增加。但是，添加碳材料有可能损害固化物的强度。
为此，本发明人进行了各种调研和实验验证，结果发现，在相同的成形条件下，上述粉尘如果以造粒的状态装入成形模中加压成形，与将上述粉尘以粉末状态装入成形模中加压相比，可以得到更高的成形密度。使用经过造粒的粉尘加压成形，即使不特别使用粘合剂等强化剂，也可以得到足以满足实用要求的炼钢粉尘固化物的强度。
特别是，作为原料，本发明使用与将上述粉尘和碳作为主成分的粉末混合、进行造粒的混合造粒体，故可同时获得添加以碳为主成分的粉末产生的优点，以及在造粒状态装入成形模中加压成形的优点。为此，可尽可能地不加入添加物、降低成本，更有效地使其具有足够的实用强度，而且可改善再次装入炉中时炉的热效率。
在本发明的炼钢粉尘固化物及其制造方法中，上述混合造粒体的含水率也可以是0.5-15wt％。
上述混合造粒体的含水率如果低于0.5wt％，则成形后的炼钢粉尘固化物中会含有裂纹等，成形基本上是不可能的。混合造粒体的含水率如果超过15wt％，则混合造粒体软化而成为泥状，难以造粒。另外，据认为，混合造粒体在成形模内表现塑性变形行为时，水分具有减小混合造粒体的摩擦、使变形容易进行的作用。这种作用在含水量0.5wt％时显现，但水分量较多，含水量超过15wt％时，由于水分本身产生液体的性状，因而对于提高炼钢粉尘固化物的表观密度来说效果适得其反。可以得到满足实用要求的炼钢粉尘固化物的强度的炼钢粉尘固化物的含水量范围是0.5-15wt％。
另外，本发明的炼钢粉尘固化物及其制造方法中，以所述碳为主要成分的粉末不限于纯粹的碳粉，也可以是石墨。
本发明的炼钢粉尘固化物及其制造方法中，所述原料中的碳含量也可以是2～50wt％。
像上述那样，在电炉等的回收利用所使用的炼钢粉尘固化物中添加碳粉等碳素材料对于提高电炉的热效率是极其重要的。但是添加碳材料有可能损失固化物的强度。
为此，本发明人进行了各种调研和实验验证，结果发现，将碳粉等碳材料添加到对炼钢粉尘进行造粒的造粒机中，作为与炼钢粉尘一同进行造粒的混合造粒体，将该混合造粒体作为原料的场合，使添加的碳含量为，以炼钢粉尘和碳作为主成分的粉末的混合造粒体的50wt％以下，由此即使在添加碳的场合也可获得优异的成形性。将碳添加量的下限设定为2wt％，是因为碳添加量低于此值的话，则无法获得改善再次装入炉中时炉的热效率的效果。这样，将装入成形模中的原料作为将上述炼钢粉尘与主成分是碳的粉末混合进行造粒的混合造粒体，上述原料中的碳含量为2-50wt％，由此在添加碳的同时，尤其是即使不使用粘合剂等强化剂，也可获得足够的炼钢粉尘固化物的实用强度。而且，可获得改善再次装入炉中时炉的热效率的效果。
上述那样，在原料中的碳含量为2-50wt％的场合，在完全干燥的状态下上述固化物的表观密度也可为2.15-3.6g/cm3。
如果考虑以碳为主要成分的粉末的添加量和可以固化的成形压力，炼钢粉尘固化物的表观密度在完全干燥状态下是2.15-3.6g/cm3时，能够维持可以进行操作处理的强度。
附图说明
通过参照附图的下述优选实施方式的说明，可以更清楚地理解本发明。但是，实施方式和附图只是用于图示和说明，不应理解为对本发明范围的限定。本发明的范围是由权利要求限定的。在附图中，几幅附图中出现的同一部件标号表示同一部分。
图1是本发明的第1实施方式的炼钢粉尘固化物制造方法的工序及制造装置的说明图。
图2是表示该炼钢粉尘固化物的制造装置的一部分的放大剖视图。
图3是表示用该制造方法制造的炼钢粉尘固化物的实例的立体图。
图4是作为该制造方法的基础的固化实验中使用的成形模的剖视图。
图5是表示含水率与压块表观密度的关系的曲线图。
图6是炼钢粉尘固化物的制造装置的变形实例中的成形模的剖视图。
图7是碳添加量与可以保持形状的落下高度的关系的曲线图。
具体实施方式
下面参照图1-3说明本发明的1个实施方式。图1中，在熔炼炉1中产生的炼钢粉尘与排气一起由排气管2导入集尘器3中，排气中的炼钢粉尘11在集尘器3中集尘，形成粉末后排出。该炼钢粉尘11的主要成分是铁及其氧化物。由集尘器3排出的炼钢粉尘11通过输送机构(图中未示出)被送入炼钢粉尘固化物制造装置4的第1料斗5A中。
第1料斗5A具有炼钢粉尘容纳部5Aa和碳粉容纳部5Ab，炼钢粉尘11被投入炼钢粉尘容纳部5Aa中。由与炼钢粉尘11不同的路径向碳粉容纳部5Ab中投入以碳为主要成分的粉末(图中未示出)。所述的以碳为主要成分的粉末不限于纯粹的碳粉，也可以是石墨。
第1料斗5A具有按设定比例将炼钢粉尘容纳部5Aa的炼钢粉尘11和碳粉容纳部5Ab的以碳为主要成分的粉末混合的混合机构35，混合机构35例如由混合搅拌室和螺旋输送机或搅拌叶片等构成。
由第1料斗5A流出的炼钢粉尘11与主要成分为粉末的粉末混合物被供给造粒装置19。造粒装置19是将上述粉末混合物造粒形成造粒体11p的装置。该造粒体11p是上述粉尘11与以碳为主要成分的粉末的混合造粒体。造粒装置19例如在旋转的滚筒(图中未示出)内向粉末中添加适量的水分使之凝集成为球状的造粒体。造粒体11p例如粒径为5-15mm，含水率是0.5-15wt％。由造粒装置19造粒的炼钢粉尘11的造粒体11p被投入第2料斗5B中。
另外，也可以省去第1料斗5A，在用上述输送机构输送的过程中进行炼钢粉尘11的造粒。
第2料斗5B具有分配供给机构(图中未示出)，炼钢粉尘11的造粒体11p被分配、投入炼钢粉尘固化物制造装置4的多个并列设置的固化机构6中。固化机构6是将炼钢粉尘11的造粒体11p固化成为压块状的炼钢粉尘固化物(以下称为“压块”)B的机构，它配备有成形模7。
在第2料斗5B或固化机构6中，设置将由料斗5B供给的造粒体11p强制填充到成形模7内的强制填充装置30。
如图2中放大表示的那样，固化机构部6具有：将由上述料斗5送入的炼钢粉尘11加压成形的成形模7；对该成形模7施加加压成形的压力的加压机构8；控制上述加压机构8使之达到规定压力的加压控制机构(图中未示出)。
成形模7是纵向的圆筒形室，可以将炼钢粉尘11的造粒体11p成形为横断面形状为圆形的柱状体(即圆柱体)。横断面形状也可为多角形，在此场合，可制造多角柱状体的压块。具体地说，成形模7是由圆筒形的阴模7 a和插入该阴模7a下端开口中的柱塞状盖体12A构成。盖体12A通过具有驱动源的盖开闭机构(图中未示出)开启和闭合。盖体12A也可以不插入成形模7内，而在一端密封。再有，柱塞状盖体12A也可为具有驱动源的升降机构(图中未示出)。
加压机构8，是由从上方进入成形模7内、对成形模7内的炼钢粉尘造粒体11p加压的自由升降的柱塞12以及驱动该柱塞12升降的加压装置13构成。加压装置13例如由油压缸构成，其驱动是由上述加压装置控制机构(图中未示出)来进行控制。加压控制机构控制向上述加压装置13供给液压油的油压回路15的换向阀16和油泵17的电动机18等。除了油压缸之外，加压装置13还可以是电动机和将其旋转运动转变成直线运动的滚珠丝杠等旋转·直线运动转换机构(图中均未示出)。再有，也可将加压装置13配置在柱塞12和盖体12A的两侧，进行加压控制。
成形模7和柱塞12中、至少成形时与造粒体11p接触的表面使用耐锈蚀材料。耐锈蚀材料优先选择选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和不锈钢中的至少1种以上。
代替成形模7和柱塞12本身作为耐锈蚀材料的方案，如图6所示，也可以在成形模7和柱塞12中、至少与造粒体11p接触的表面上形成耐锈蚀的覆膜31、32和33。所述的耐锈蚀覆膜31-33可以使用选自镀铬、镀镍、铬的氮化物、铬的碳化物、钛的氮化物、钛的碳化物、金刚石结构的碳中的至少1种以上。
下面说明使用图1的炼钢粉尘固化物制造装置4制造压块(炼钢粉尘固化物)B的方法以及制成的压块B的利用方法。将在熔炼炉1中产生并由集尘器3中形成粉末后排出的炼钢粉尘11装入第1料斗5A中。该粉末的炼钢粉尘11的主成分是铁及其氧化物。通过造粒装置19将装入料斗5A中的炼钢粉尘11制成造粒体11p，并装入第2料斗5B中，再由该料斗5B送入固化机构6的成形模7内。
在固化机构6中，将规定量的炼钢粉尘11的造粒体11p由图2的料斗5B送入成形模7中，然后柱塞12通过加压装置13的驱动进入成形模7内。在该状态下，对成形模7内的造粒体11p施加规定的压力。此时，对于加压横断面积(即柱塞12的横断面积)x(mm2)施加成形压力P(MPa)使之达到规定的范围。
这样制成的压块B在圆筒金属模的场合，如图3所示，其外形是圆柱体。而且该压块B的直径D为30-200mm，高度H与直径D之比(H/D)优选为30-150％。
在图1中，在固化机构6中固化的压块B汇集在回收容器(图中未示出)中，在向熔炼炉1中投入原料时，与其它原料一起投入熔炼炉1中，作为炼钢原料重新利用。投入熔炼炉1中的原料，主要原料例如是由高炉得到的铁水，此外，使用铁屑和生石灰等作为副原料。
根据该实施例的压块B的制造方法，作为装入成形模中的原料，由于使用以上述炼钢粉尘11和碳作为主成分的粉末混合而造粒的混合造粒体11p，故可制造下述的压块B，该压块B在尽可能不向提供的原料粉尘11中加入添加物的情况下，具有足够的实用强度，并且可改善再次装入炉中时炉的热效率。而且，可以低成本制造该压块B。下面对其理由进行说明。
为了调查炼钢粉尘的成形性，本发明人使用图4中所示的由圆筒阴模21A和作为盖体的下柱塞21C构成的金属成形模21，以及加压用的柱塞21B进行了下面所述的炼钢粉尘固化试验。图4中的阴模21A、下柱塞21C和加压用柱塞21B是与上述固化机构6(图2)中的阴模7a、盖体12A和柱塞12同样的部件。
在电炉等的回收利用所使用的炼钢粉尘的压块B中添加碳粉等碳材料对于提高电炉的热效率是极其重要的。这是因为，被添加的碳粉在炼钢粉尘不断进行还原的同时自燃发热，因而可以减少由外部输入的能量，大大改善炉子的热效率。因此，添加碳粉的压块B对于炼钢粉尘的回收利用是一个十分有效的措施。
在压块B的固化过程中不使用粘合剂等提高成形体强度的添加剂的场合，压块的固化作用是通过加压成形时引起的粉末粒子重新排列以及由于接触而产生的附着力而体现出来。一般地说，粉末间的接触面积越大，粉末的附着力越强，因而只要提高成形压力，增加粉末间的接触面积，压块的强度就会提高。但是，由于粉末粒子不能像液体那样自由改变其位置，而且粉末之间以及粉末与成形金属模表面之间产生摩擦力，压缩成形时由粉末的重新排列产生的密填充效果不充分，内部包含很大的空隙体积，或者由于摩擦损失导致成形压力不均一，在成形体内部产生较大的密度差，因而加大成形压力未必能提高成形强度。另外，成形体内部空隙中的残留空气和密度差，也是在去除成形压力进行脱模时、在较低的成形压力范围、在与成形压力方向垂直的方向上产生层状龟裂即分层的主要原因。
上面所述是一般的粉末成形过程中的问题，在混合碳粉等以碳为主要成分的材料的场合，还可能产生更大的问题。碳粉的表面活性低，因此上述附着力较弱。另外，微小的碳粉的假密度较小，结果，混合了碳粉的炼钢粉尘原料被填充到成形金属模中时，有较大的空隙体积。通常，经过成形操作后空隙的体积减小，同时在一定程度上将残留的空气排出，但是，在混合了碳粉的炼钢粉尘为原料的场合，不仅填充金属模时的空隙体积大，而且具有在成形开始后的初期，该空隙中所含有的残留空气被封闭而难以排出的特性，结果，残留空气受到压缩的压块B在成形方向上产生很大的回弹，从低压成形区域产生分层。
为了通过成形压力减小成形体内部的空隙和成形密度差，添加粘合剂改善粉末粒子的流动性和金属模填充性以及利用粘合剂的粘结强度来增大压块强度是十分有效的，但本发明的目的是研制完全不使用粘合剂的简便而且成本低的方法，必须在尽可能不对供给的原料粉末进行处理的情况下获得实用上足够的压块强度。
为此，本发明人对于添加碳粉等的炼钢粉尘进行了各种调查和实验验证，结果发现，将碳粉等碳素材料添加到将炼钢粉尘造粒的造粒机中，与炼钢粉尘一起造粒，制成混合造粒体，使用该造粒体进行成形制成压块，可以消除在添加碳粉的场合对于成形性产生的不利影响。在炼钢厂中，有很多场合需要将炼钢粉尘例如制成上述专利文献1中所述的粉尘颗粒，一般是使用造粒机造粒。
本发明是在上述惯用的造粒工序中添加碳粉等碳材料进行造粒，将其用来作为制造压块的原料，因此明确了即使不使用粘合剂等强化剂也能得到实用上足够的压块强度的事实。
作为实施例，使用由图4所示的圆筒阴模部和冲头构成的制造圆筒形压块B的金属模进行了固化实验。
试验金属模的材料使用SKH51和经过镀硬铬处理的SKD11。所使用的炼钢粉尘是从电炉排出的粉尘，制备4种试样。这4种试样分别是：(1)将炼钢粉尘和碳粉(重量比4∶1)在造粒装置中混合并造粒的试样(造粒直径5-15mm)；(2)只用炼钢粉尘造粒(造粒直径5-15mm)、将该炼钢粉尘的造粒体和碳粉按4∶1的重量比混合的试样；(3)将炼钢粉尘和碳粉以粉末状态、按4∶1重量比混合的试样；(4)只有炼钢粉尘的粉末试样。
表1所示的是：使用含水率5％的上述4种试样作为原料、改变成形压力制造直径φ70、高度与直径之比80％的圆柱形压块B，在完全干燥状态下的压块B的表观密度和压块落下强度试验的结果。炼钢粉尘与碳粉的混合造粒试样，在5MPa-150MPa的成形压力下保持形状，具有50cm以上落下强度的成形压力范围是50MPa以上150MPa以下。
表1原料的状态和压块表观密度以及压块的落下强度试验
成形压力(MPa) 原料粉末 表观密度(g/cm3)     落下试验
    10cm     30cm     50cm     70cm   90cm
5     ①     1.98     ×
    ②     分层     -     -     -     -   -
    ③     分层     -     -     -     -   -
    ④     2.25     ×
10     ①     2.06     ○     ×
    ②     分层     -     -     -     -   -
    ③     分层     -     -     -     -   -
    ④     2.34     ○     ×
25     ①     2.2     ○     ○     ×
    ②     分层     -     -     -     -   -
    ③     分层     -     -     -     -   -
    ④     2.51     ○     ○     ×
50     ①     2.38     ○     ○     ○     ×
    ②     分层     -     -     -     -   -
    ③     分层     -     -     -     -   -
    ④     2.71     ○     ○     ○     ×
75     ①     2.49     ○     ○     ○     ×
    ②     分层     -     -     -     -   -
    ③     分层     -     -     -     -   -
    ④     2.83
100     ①     2.59     ○     ○     ○     ×
    ②     分层     -     -     -     -   -
    ③     分层     -     -     -     -   -
    ④     2.95     ○     ○     ○     ×
150     ①     2.67     ○     ○     ○     ○   ×
    ②     分层     -     -     -     -   -
    ③     分层     -     -     -     -   -
    ④     3.04     ○     ○     ○     ○   ×
200     ①     分层     -     -     -     -   -
    ②     分层     -     -     -     -   -
    ③     分层     -     -     -     -   -
    ④     分层     -     -     -     -   -
※1表中的编号①-④表示试样
①将炼钢粉尘和碳(重量比4∶1)在造粒机中边混合、边造粒(颗粒直径5-15mm)
②只有炼钢粉尘造粒，将其造粒体与碳按4∶1的重量比混合
③将粉末状态的炼钢粉尘和碳按4∶1的重量比混合
④单独炼钢粉尘的粉末
※2压块的表观密度是完全干燥状态下的值
※3落下试验中的○表示保持形状，×表示破损
只用炼钢粉尘造粒、将该炼钢粉尘造粒体和碳粉按4∶1的重量比混合的试样(2)，以及将炼钢粉尘和碳粉以粉末状态按4∶1的重量比混合的试样(3)中，在进行试验的全部成形压力的范围内发生分层，不能保形。只含炼钢粉尘的粉末试样(4)和炼钢粉尘与碳粉的混合造粒试样(1)，压块强度大体上相同。
造粒是在旋转的滚筒内向粉末中添加适量的水分使之凝集形成球状的颗粒，用这种方法制成的造粒体的表观密度比将粉末原料加压成形得到的成形体的成形密度要高，这是由于因水分产生的表面张力，粉末彼此附着时最大限度减小了间隙的原故。由于这种作用，即使是粉末填充体积中具有较大空隙空间也就是说假密度较小的碳粉，造粒时造粒体也会致密化。总之，该效果的产生不依赖于粉末的假密度大小，碳的假密度基本不影响造粒体的致密化。
使用这样的原料进行加压成形时，在成形金属模内部，由于造粒体的塑性变形行为，造粒体的表观密度损失不大，在成形模中变形成规定的形状，形成压块B的形状，与未进行造粒的碳粉相比残留空气极少，因而至少不会发生由于残留空气引起的分层。与相同条件的炼钢粉尘单体的压块B相比，添加碳粉后由于全体粉末彼此的附着力减小，压块强度可能会降低，但压块B本身的表观密度由于仅以碳粉添加量减小，从落下强度角度考虑降低不大，如同表1所示，所得到的落下强度与不含碳粉的炼钢粉尘压块强度大体相同。
图5表示的是，将炼钢粉尘与碳粉(重量比4∶1)边在造粒机中混合、边改变所造粒试样的含水率，使用得到的造粒体以50MPa的成形压力制造直径φ70、高度与直径之比为80％的圆柱形压块时的完全干燥状态的压块表观密度。含水量低于0.5wt％时，成形后有压块中产生裂纹，表观密度的测定无法进行。含水量在0.5wt％以上时，压块的成形可以进行，含水量在1.5-10wt％范围内表观密度大致一定。含水率超过10wt％时，压块B的表观密度略有降低。造粒体的含水率在15wt％以上时，造粒体软化形成泥状，试验不能进行。
由上述实施例的结果可知，造粒体在成形模内表现塑性变形行为时，水分具有减小粉末间的摩擦、使变形容易进行的作用。这种作用在含水量0.5wt％以上时表现出来，在含水量超过10wt％的水分量较多的范围，水分本身表现为液体的行为，因而对于提高压块B的表观密度来说效果适得其反。可以得到实用的压块强度的、将炼钢粉尘与碳粉(重量比4∶1)在造粒装置中混合造粒的试样的含水量范围是0.5-15wt％，优选的是1.5-10wt％。
在试验中是使用由电炉排出的炼钢粉尘制造压块B，实际上，本实施方式中使用的粉尘只要是生产钢铁的过程中产生的主要成分是铁及其氧化物的粉尘即可，也可以使用在转炉、高炉或其它炼钢工序中产生的粉尘。另外，以碳为主要成分的材料，除了实施例中所述的碳粉之外，还可以使用石墨和细粉煤。
为了调整图1所示的炼钢粉尘11的含水量，最好是在固化机构6或者将炼钢粉尘11供给固化机构6的路径中设置含水率调节机构36。含水率调节机构36例如也可以设置在第1料斗5A或第2料斗5B中。含水率调节机构36可以使用洒水装置或干燥装置。洒水装置可以使用洒水器、分配器等，干燥装置可以使用加热烘箱、热风加热器、鼓风机等。
含有水分的炼钢粉尘具有促进包含成形模7的装置的金属部分生锈的作用，因而采取对策防止装置生锈是十分必要的。特别是难以使用防锈油等的成形模7的防锈措施非常重要，其中，与图2所示的压块B直接接触的阴模7a的内径部以及柱塞12、12A的防锈最为主要。为了防止成形模7生锈，最好是如上面所述使用耐锈蚀性良好的材料或者按图6的例子在成形模7上使用涂层等防锈膜31-33。
在这一实施例的成形金属模中，材质为SKH51的成形模在使用过程中生锈，不能使用。这是因为，含有水分的炼钢粉尘11附着在成形模7上，促进了生锈。经过镀硬铬处理的SKD11没有生锈，可以继续使用。在实施例中使用的是镀硬铬，但实际上，只要是具有作为成形模7的功能并且耐锈蚀性良好的材料或涂层都可以使用。
在图1的炼钢粉尘固化物的制造装置中，由于含水量的原故，固化机构部6的供给粉末部分的炼钢粉尘造粒体11p的填充性(向成形模7中注入的特性)存在问题，因此最好是设置具有一定程度强制力的强制填充装置30。
成形模的方向没有特别的限制，作为上述强制填充装置30，在成形模7的方向为纵向的场合，可以使用供粉机和用螺杆压出等机构，在成形模方向为横向的场合，可以使用通过螺杆压出等机构。
下面对于压块B原料中的适当的碳含量进行说明。如上所述，在用于电炉等的回收利用的压块B中添加碳粉等碳材料，对于提高电炉等的热效率是非常重要的。但是，添加碳材料有可能损害固化物的强度。另一方面，即使因为添加碳材料使固化物的强度受损，由于在造粒状态下加入成形模7进行加压成形，故可获得较高的成形密度，即使不使用粘结剂等强化剂，也可获得具有足够实用强度的压块B。
因此，本发明人进行了各种调研和实验验证，结果发现，将碳粉等碳材料加入对炼钢粉尘11进行造粒的造粒装置19中，制造与炼钢粉尘一起进行造粒的混合造粒体11p，并且将添加的碳含量设定在由以炼钢粉尘11和碳为主成分的粉末的混合造粒体11p构成的材料的50wt％以下，由此，即使在添加碳的场合，也可获得优异的成形性。下面对其试验例进行说明。
本试验与图4一起，使用由前述的圆筒状阴模21A和作为盖体的下柱塞21C构成的金属模21，以及加压用的柱塞21B进行了下面所述的炼钢粉尘11的固化试验。
使用的炼钢粉尘是从电炉排出的炼钢粉尘，其假密度是1.4-1.8g/cm3。使用的碳粉是假密度为0.31g/cm3(以下称为“低密度碳粉”)，以及0.75g/cm3(以下称为“高密度碳粉”)的碳粉。作为样品，准备如下样品：将低密度碳粉和高密度碳粉分别与炼钢粉尘在造粒装置中混合，同时进行造粒的2基准样品(造粒直径5-15mm)、作为比较例将炼钢粉尘与低密度碳粉和高密度碳粉直接混合的2基准样品，总共准备4基准的样品，改变每组样品的混合率，制作原料，进行固化试验。另外，原料粉末的含水量在3-8％之间。
表2中所示的是，改变碳粉的添加量和成形压力，制造直径φ70mm、高度与直径之比为80％的圆柱形压块B，并使之成为完全干燥状态的压块B的表观密度测定结果。
表2表观密度
比较例1：炼钢粉尘+低密度碳粉
比较例2：炼钢粉尘+高密度碳粉
实施例1：混合造粒体(炼钢粉尘+低密度碳粉)
实施例2：混合造粒体(炼钢粉尘+高密度碳粉)
1)压块的表观密度是完全干燥状态的值
2)表中-表示不能成形(产生分层)
3)表中×表示加压力不足而无法成形
在将炼钢粉末与低密度碳粉组合(比较例1)的场合，低密度碳粉的添加量为10wt％以上的话，则与成形压力条件无关，产生分层，从而无法保形。在将炼钢粉尘与高密度碳粉组合(比较例2)的场合，高密度碳粉的添加量为40wt％以下，成形压力为5MPa以上150MPa以下，可以保形，此时压块B的表观密度为1.8-3.3g/cm3。对此，使用了将炼钢粉尘与碳混合进行造粒的原料的(实施例1、2)场合，碳粉的添加量为50wt％以下，成形压力为10MPa以上300MPa以下，可以保形，此时压块B的表观密度为2.15-3.6g/cm3。
图7表示在75MPa成形压力下成形为直径φ70mm、高度与直径之比为80％的圆柱形压块时的压块的落下强度试验结果。在将炼钢粉尘和低密度碳粉组合(比较例1)的场合，低密度碳粉的添加量为5wt％以上时，无法得到实用的强度。在将炼钢粉尘和高密度碳粉组合(比较例2)的场合，碳的添加量为25％以下时，压块强度基本保持一定的水平。碳添加量超过25wt％时，随着碳添加量增加，压块强度降低，碳量为40wt％时，压块强度大幅降低。因此，可得到实用上足够的压块强度的是碳添加量是在40wt％以下的范围。在使用将炼钢粉尘与碳混合进行造粒的原料的(实施例1、2)场合，在全部碳添加量中，与将炼钢粉尘粉末和高密度碳粉组合的场合相比，压块强度更高，即使碳添加量为50wt％也可维持保形强度。
使用这样的造粒原料进行加压成形时，在成形模内部由于已经致密化的造粒体的塑性变形行为，造粒体的表观密度损失不大，在成形模内变形为规定的形状，形成压块B的形状，由此，与将粉末原料加压成形得到的成形体相比，表观密度高，可制造保形强度大的压块B。
在添加碳的压块B的场合，与相同成形条件的炼钢粉尘单体的压块相比，全体粉末彼此间的附着力减小，因而压块的强度有可能降低。但是，由于压块本身的表观密度随着碳粉添加量而减小，因而从落下强度的角度考虑，即使是添加碳的压块B的场合，压块强度降低不大。即，在使用将炼钢粉尘与碳混合进行造粒的原料的压块B的场合，碳添加量在40wt％以下范围时，即使碳添加量增加，也看不到落下强度的降低。但是碳添加量在该值以上时，碳粉彼此间的附着力减少的效果增大，压块强度降低，但碳粉的添加量在50wt％以下时，可保持足够的实用强度。
另外，本试验中对50wt％以上的碳添加量没有进行验证。这是因为，在添加50wt％以上碳的领域中，炼钢粉尘的比例过少，回收利用效率降低，因此没有太大意义。再有，碳添加量不足2wt％时，无法获得改善炉的热效率的效果，  因此碳添加量优选在2-50wt％的范围。进而，碳添加量更优选在2-20wt％的范围。这是因为，碳添加量在2-20wt％左右时，改善炉的热效率的效果最大。
如果考虑碳添加量和可以固化的成形压力，可以操纵的压块B的表观密度的范围在完全干燥状态下是2.15-3.6g/cm3。进而，碳添加量在更优选的2-20wt％的范围时，压块B在完全干燥状态下的表观密度为2.67-3.6g/cm3。
在试验中是使用由电炉排出的炼钢粉尘制造压块，不过，本发明的炼钢粉尘固化物及其制造方法中使用的粉尘只要是生产钢铁过程中产生的主要成分是铁及其氧化物的粉尘即可，也可以使用转炉、高炉或其它炼钢过程中产生的粉尘。另外，以碳为主成分的材料，除了实施例中所述的碳以外，还可使用石墨或细粉煤。

Claims (11)

1.一种炼钢粉尘固化物，该炼钢粉尘固化物是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，装入上述成形模内的原料是将上述粉末和碳作为主成分的粉末混合并造粒的混合造粒体。
2.权利要求1所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，所述混合造粒体的含水率是0.5-15wt％。
3.权利要求1所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，以所述碳为主要成分的粉末是碳粉或石墨。
4.权利要求1所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，所述原料中的碳含量是2～50wt％。
5.权利要求4所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，在完全干燥状态下，上述固化物的表观密度是2.15-3.6g/cm3。
6.权利要求1所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，所述混合造粒体是粒径为5～15mm的球状。
7.一种炼钢粉尘固化物的制造方法，该方法是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，作为装入上述成形模内的原料，使用与将上述粉尘和碳作为主成分的粉末混合并造粒的混合造粒体。
8.权利要求7所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，所述混合造粒体的含水量是0.5-15wt％。
9.权利要求7所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，以所述碳为主要成分的粉末是碳粉或石墨。
10.权利要求7所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，所述原料中的碳含量是2～50wt％。
11.权利要求6所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，所述混合造粒体是粒径为5～15mm的球状。
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