JP2006104528A - 製鋼ダスト固形化物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 溶解炉等による鉄鋼生成過程で生じる製鋼ダストを、バインダー等の余分な添加物を含まずに、再利用のための取扱性に優れた固形化物とでき、また低コストで製造することができる製鋼ダスト固形化物、およびその製造方法、製造装置を提供する。
【解決手段】 この製鋼ダスト固形化物Bは、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11を、成形型7に入れて加圧成形した固形化物である。その加圧断面積x(mm2 )に対する成形圧力(MPa)は、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲とされる。
【選択図】 図2
【解決手段】 この製鋼ダスト固形化物Bは、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11を、成形型7に入れて加圧成形した固形化物である。その加圧断面積x(mm2 )に対する成形圧力(MPa)は、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲とされる。
【選択図】 図2
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ための製鋼ダスト固形化物およびその製造方法、並びに製造装置に関する。
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」と言う)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。しかし製鋼ダストは微細粉体であり、そのまま溶解炉に投入すると飛散しながら舞い上がり、その大半は集塵機で再び回収されてしまうため、再利用効率が著しく低い。そのため、従来は埋め立て処分されることが多かったが、国内の製鋼ダストの発生量は年間数十万トンにも達しており、埋め立て処分では、資源の有効利用の観点のみならず、不足する埋め立て地の問題や環境悪化の観点から見ても好ましくない。
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、 (1) 直径2〜15mm程度にペレット化して電炉に挿入することで、酸化鉄を溶銑中に回収する方法(特許文献1)、
(2) 熱可塑性プラスチックを添加してブリケット化する方法(特許文献2)、
(3) 固形化補助剤を添加して研削スラッジや製鋼ダストをブリケットに成形する方法(特許文献3)、
等が提案されている。
特開平11−152511号公報
特開平09−316512号公報
特開2002−194449号公報
(2) 熱可塑性プラスチックを添加してブリケット化する方法(特許文献2)、
(3) 固形化補助剤を添加して研削スラッジや製鋼ダストをブリケットに成形する方法(特許文献3)、
等が提案されている。
上記のペレット化する方法は、回収粉体のままで電炉に挿入する場合に比べて取扱が容易になるが、寸法的に比較的小さなペレットであるため、電炉への挿入作業が今一つ効率的でない。熱可塑性プラスチックや固形化補助剤を添加してブリケット化する方法は、強固なブリケットを製造するのに有効であるが、プラスチックやバインダとなる添加物を加えることから、その製造過程が複雑となりコスト高になる欠点があり、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。
この発明の目的は、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につき、バインダー等の余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つことができて、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また低コストで製造することができる製鋼ダスト固形化物、およびその製造方法、並びに製造装置を提供することである。
この発明の製鋼ダスト固形化物は、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た固形化物である製鋼ダスト固形化物であって、
加圧断面積x(mm2 )に対する成形圧力(MPa)が、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97 …(1)
で表される範囲であることを特徴とする。
加圧断面積x(mm2 )に対する成形圧力(MPa)が、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97 …(1)
で表される範囲であることを特徴とする。
この成形圧力の範囲であると、バインダー等を添加することなく実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物となる。成形圧力が低い場合は、脱型時に製鋼ダスト固形化物が崩壊するか、取扱時に崩壊してしまう。試験によると、取扱に差し支えのない最低の成形圧力は約5MPaである。成形圧力を上げてゆくと、製鋼ダスト固形化物の落下強度および見掛け密度は大きくなってゆくが、落下強度および密度の伸びは鈍化してゆく。成形圧力がある程度を超えると、ラミネーションと呼ばれる成形圧力方向に垂直な方向の層状の亀裂が生じ、脱型時に製鋼ダスト固形化物が破損する現象が生じる。取扱に差し支えのない最低の成形圧力は、製鋼ダスト固形化物の径サイズに影響せず、約5MPaであるのに対して、ラミネーションが生じる成形圧力は製鋼ダスト固形化物の径サイズに大きく依存し、径サイズが大きいほどラミネーションが発生する成形圧力が小さくなる。径サイズ毎でラミネーションが生じる成形圧力よりわずかに低い成形圧力の値と、径サイズから算出した加圧面の断面積を変数x(mm2 )としたラミネーションを起こさない上限成形圧力Pmax(MPa)の条件式は、
Pmax(MPa)=−96.785ln(x)+958.97
であった。
これより、バインダー等を添加することなく実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物となる成形圧力の範囲は、上記の式(1) の範囲である。
Pmax(MPa)=−96.785ln(x)+958.97
であった。
これより、バインダー等を添加することなく実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物となる成形圧力の範囲は、上記の式(1) の範囲である。
この発明において、上記製鋼ダスト固形化物の外形が円柱体状であっても良い。
製鋼ダスト固形化物の形状は、製造時に加圧面の断面積で成形圧力が制御できる形状であることが、製造の容易や、品質の安定化が図り易いことで好ましい。このような形状のものとして、円柱体状や角柱体状のものがあるが、角部が少ないことで、円柱体状であることが、より好ましい。
製鋼ダスト固形化物の形状は、製造時に加圧面の断面積で成形圧力が制御できる形状であることが、製造の容易や、品質の安定化が図り易いことで好ましい。このような形状のものとして、円柱体状や角柱体状のものがあるが、角部が少ないことで、円柱体状であることが、より好ましい。
円柱状体とする場合に、上記製鋼ダスト固形化物の寸法は、直径が30〜100mmであり、直径に対する高さの比が30〜150%であることが好ましい。
直径が30mmよりも小さい場合は、小さ過ぎて生産効率が悪い。直径が100mmを超えると、取扱時に自重が影響して破壊し易く、また固形化装置が大型化する等の問題がある。30〜100mmであると、大きさと生産のサイクルタイムのバランスが良く、生産効率が高くなる。より好ましくは50〜80mmである。
直径に対する高さの比は、高さの比を大きくすると、成形体と金型内面や粉体同士の摩擦力によって圧力の伝達ロスが大きくなり、保形性が低下する。直径に対する高さの比が30%よりも小さい場合は、見掛けの密度が高くても、薄肉の偏平形状となるため、実用上の製鋼ダスト固形化物の強度に問題がある。直径に対する高さの比が150%を超えると、見掛け密度が低下し、製鋼ダスト固形化物の強度低下する。30〜150%の範囲であると、見掛け密度がほぼ一定で安定するため、製鋼ダスト固形化物の強度が安定し、また径と高さのバランスも良いため、製鋼ダスト固形化物の取扱が容易となる。
直径が30mmよりも小さい場合は、小さ過ぎて生産効率が悪い。直径が100mmを超えると、取扱時に自重が影響して破壊し易く、また固形化装置が大型化する等の問題がある。30〜100mmであると、大きさと生産のサイクルタイムのバランスが良く、生産効率が高くなる。より好ましくは50〜80mmである。
直径に対する高さの比は、高さの比を大きくすると、成形体と金型内面や粉体同士の摩擦力によって圧力の伝達ロスが大きくなり、保形性が低下する。直径に対する高さの比が30%よりも小さい場合は、見掛けの密度が高くても、薄肉の偏平形状となるため、実用上の製鋼ダスト固形化物の強度に問題がある。直径に対する高さの比が150%を超えると、見掛け密度が低下し、製鋼ダスト固形化物の強度低下する。30〜150%の範囲であると、見掛け密度がほぼ一定で安定するため、製鋼ダスト固形化物の強度が安定し、また径と高さのバランスも良いため、製鋼ダスト固形化物の取扱が容易となる。
この発明における他の製鋼ダスト固形化物は、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た固形化物である製鋼ダスト固形化物であって、見掛け密度が、完全乾燥状態で2.25〜3.1g/cm3 であることを特徴とする。この見掛け密度の範囲は、この発明における上記各構成のものにおいて、適用しても良い。
試験によると、バインダー等を添加することなく実用上十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物の、完全乾燥状態の見掛け密度の範囲は2.25〜3.1g/cm3 であった。
試験によると、バインダー等を添加することなく実用上十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物の、完全乾燥状態の見掛け密度の範囲は2.25〜3.1g/cm3 であった。
この発明の製鋼ダスト固形化物製造方法は、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製鋼ダスト固形化物製造方法であって、加圧断面積x(mm2 )に対する成形圧力P(MPa)が、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲であることを特徴とする。
この方法によると、加圧成形した製鋼ダスト固形化物につき、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つものとでき、低コストで製造することができる。
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲であることを特徴とする。
この方法によると、加圧成形した製鋼ダスト固形化物につき、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つものとでき、低コストで製造することができる。
この発明の他の製鋼ダスト固形化物製造方法は、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製鋼ダスト固形化物製造方法であって、成形圧力を圧力検出手段で検出し、この検出値を用いて、所定の圧力となるように加圧制御することを特徴とする。
この構成によると、成形圧力を検出しながら、その検出値を用いて加圧制御するため、適切な加圧力で製鋼ダスト固形化物を成形することができる。このため、バインダー等を添加することなく、実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物を容易に製造することができる。
この構成によると、成形圧力を検出しながら、その検出値を用いて加圧制御するため、適切な加圧力で製鋼ダスト固形化物を成形することができる。このため、バインダー等を添加することなく、実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物を容易に製造することができる。
この発明の製鋼ダスト固形化物製造装置は、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加圧成形して固形化する製鋼ダスト固形化物製造装置であって、前記ダストを加圧成形する成形型と、この成形型に加圧成形のための圧力を付与する加圧手段と、前記成形型による成形圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段の検出値を用いて、所定の圧力となるように前記加圧手段を加圧制御する加圧制御手段とを備えることを特徴とする。
この構成によると、成形圧力を検出し、その検出値を用いて加圧制御することができるため、適切な加圧力で製鋼ダスト固形化物を成形することができる。このため、バインダー等を添加することなく、実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物を容易に製造することができる。
この構成によると、成形圧力を検出し、その検出値を用いて加圧制御することができるため、適切な加圧力で製鋼ダスト固形化物を成形することができる。このため、バインダー等を添加することなく、実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物を容易に製造することができる。
この発明の製鋼ダスト固形化物およびその製造方法は、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た固形化物である製鋼ダスト固形化物またはその製造方法であって、加圧断面積x(mm2 )に対する成形圧力(MPa)を、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲としたため、バインダー等の余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物とできて、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また低コストで製造することができる。
この発明の他の製鋼ダスト固形化物製造方法は、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製鋼ダスト固形化物製造方法であって、成形圧力を圧力検出手段で検出し、この検出値を用いて、所定の圧力となるように加圧制御するものとしたため、加圧成形した製鋼ダスト固形化物につき、バインダー等の余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つことができて、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また低コストで製造することができる。
この発明の製鋼ダスト固形化物製造装置は、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加圧成形して固形化する製鋼ダスト固形化物製造装置であって、前記ダストを加圧成形する成形型と、この成形型に加圧成形のための圧力を付与する加圧手段と、前記成形型による成形圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段の検出値を用いて、所定の圧力となるように前記加圧手段を加圧制御する加圧制御手段とを設けたものであるため、加圧成形した製鋼ダスト固形化物につき、バインダー等の余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つものとできて、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また低コストで製造することができる。
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲としたため、バインダー等の余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物とできて、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また低コストで製造することができる。
この発明の他の製鋼ダスト固形化物製造方法は、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製鋼ダスト固形化物製造方法であって、成形圧力を圧力検出手段で検出し、この検出値を用いて、所定の圧力となるように加圧制御するものとしたため、加圧成形した製鋼ダスト固形化物につき、バインダー等の余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つことができて、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また低コストで製造することができる。
この発明の製鋼ダスト固形化物製造装置は、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加圧成形して固形化する製鋼ダスト固形化物製造装置であって、前記ダストを加圧成形する成形型と、この成形型に加圧成形のための圧力を付与する加圧手段と、前記成形型による成形圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段の検出値を用いて、所定の圧力となるように前記加圧手段を加圧制御する加圧制御手段とを設けたものであるため、加圧成形した製鋼ダスト固形化物につき、バインダー等の余分な添加物を含まずに実用上で十分な強度を持つものとできて、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また低コストで製造することができる。
この発明の一実施形態を図1ないし図10と共に説明する。図1において、溶解炉1で生じたダストは、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におけるホッパ5に投入される。上記搬送手段による搬送過程で、ダスト11の適宜の前処理、例えば水切りや造粒等の処理を施しても良い。ホッパ5内の製鋼ダスト11は、製鋼ダスト固形化物製造装置4の複数並設された固形化機構部6に分配して投入される。固形化機構部6は、製鋼ダストをブリケット状の製鋼ダスト固形化物Bに固形化する機構である。
固形化機構部6は、図2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、前記成形型7による成形圧力を検出する圧力検出手段9と、この圧力検出手段9の検出値を用いて、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10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。成形型7内の下部には、プランジャ状の蓋体12Aが開閉可能に挿入されており、成形型7の下面を蓋している。蓋体12Aは、駆動源を有する蓋開閉機構(図示せず)により、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。
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11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14によって制御される。加圧装置制御手段14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。
圧力検出手段9は、ブリケット(製鋼ダスト固形化物B)にかかる成形圧力を直接的あるいは間接的に測定できるものであれば良く、例えば前記加圧装置13へ圧油を供給する油圧回路15の油圧を検出する油圧計とされる。圧力検出手段9は、この他に、プランジャ12にロードセルを取付けて測定するもの等であっても良い。
加圧制御手段10は、前記油圧回路15の途中に設けられた圧力制御弁19と、前記加圧装置制御手段14の一部として設けられた加圧制御部20とで構成される。加圧制御部20は、前記圧力検出手段9が検出する検出値を用いて、フィードバック制御等により前記圧力制御弁19を制御する手段である。
この構成の製鋼ダスト固形化物製造装置4を用いて製鋼ダスト固形化物Bを製造する方法、およびその製造された製鋼ダスト固形化物Bの利用方法を説明する。溶解炉1で生じて集塵機3から粉体となって排出されたダスト11は、ホッパ5に投入され、ホッパ5から固形化機構部6の成形型7内に投入される。この粉体の製鋼ダスト11は、鉄およびその酸化物を主成分とするものである。固形化機構部6で固形化された製鋼ダスト固形化物Bは回収容器(図示せず)に集められて、溶解炉1の原料投入時に、他の原料と共に溶解炉1に投入され、製鋼原料として再利用される。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、この他に鉄くず、生石灰などが副原料として用いられる。
上記製造方法における固形化機構部6での動作を以下に説明する。ホッパ5から成形型7に所定量のダスト11が投入されると、加圧装置13の駆動でプランジャ12が成形型7内に進入し、この状態で成形型7内のダスト11に所定の圧力が加えられる。この場合に、加圧断面積(つまりプランジャ12の断面積)x(mm2 )に対する成形圧力P(MPa)は、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲で、設定範囲となるように付与される。その圧力制御は加圧制御手段10によって行われる。すなわち、圧力検出手段19の検出値をフィードバック値として、加圧装置制御手段14の加圧制御部20が圧力制御弁19を制御することで行われる。
このようにして製造された製鋼ダスト固形化物Bは、図3に示すように外形が円柱体状となる。また、この製鋼ダスト固形化物Bは、直径Dが30〜100mmであり、直径Dに対する高さHの比(H/D)は30〜150%とするのが好ましい。
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲で、設定範囲となるように付与される。その圧力制御は加圧制御手段10によって行われる。すなわち、圧力検出手段19の検出値をフィードバック値として、加圧装置制御手段14の加圧制御部20が圧力制御弁19を制御することで行われる。
このようにして製造された製鋼ダスト固形化物Bは、図3に示すように外形が円柱体状となる。また、この製鋼ダスト固形化物Bは、直径Dが30〜100mmであり、直径Dに対する高さHの比(H/D)は30〜150%とするのが好ましい。
本発明者は、製鋼ダストの成形性を調査するため、図4に示す円筒ダイ部21A、蓋体21C、およびプランジャ21Bからなる金型21を用いて、以下のような製鋼ダストの固形化実験を行った。なお、図4における円筒ダイ部21A、蓋体21C、およびプランジャ21Bは、上記固形化機構部6(図2)における成形型7、蓋体12A、およびプランジャ12と同等な部材である。
この実験に使用した製鋼ダスト11は電炉から排出されたものであり、かさ密度1.4〜1.8g/cm3 で、成分はほぼFe3 O4 である。この製鋼ダスト11のXRD(X線回折)の結果を図5に、そのSEM(走査電子顕微鏡)写真を図6に示す。
この実験に使用した製鋼ダスト11は電炉から排出されたものであり、かさ密度1.4〜1.8g/cm3 で、成分はほぼFe3 O4 である。この製鋼ダスト11のXRD(X線回折)の結果を図5に、そのSEM(走査電子顕微鏡)写真を図6に示す。
図7は、上記金型21により、製鋼ダスト固形化物(以下「ブリッケット」と称す)として、直径Dが70mm、直径Dに対する高さHの比(H/D)が80%の円柱形ブリケットを、成形圧力を種々変えて製作し、そのブリケットが落下試験で破壊した時の破壊エネルギーを比較した結果を示す。また、図8は、上記ブリケットの完全乾燥状態での見掛け密度と上記破壊エネルギーとの関係を示す。
図7の結果から分かるように、成形圧力が低い場合は、脱型時にブリケットが崩壊するか、取扱時に崩壊してしまう。取扱に差し支えのない最低の成形圧力は5MPa程度である。成形圧力を上げていくと、ブリケット落下強度および見掛け密度は大きくなっていくが、落下強度および見掛け密度の伸びは鈍化していく。成形圧力が180MPaを超えると、ラミネーションと呼ばれる成形圧力方向に垂直な方向に層状の亀裂が生じ、脱型時にブリケットが破損する現象が生じる。最高のブリケット落下強度は、ラミネーションが生じる成形圧力より僅かに低い領域で得られる。
また、図8の結果は、見掛け密度とブリケットが落下試験で破壊した時の破壊エネルギーが正の相関を持つことを示しており、見掛け密度でブリケット固形化の状態を判断できる。
図7の結果から分かるように、成形圧力が低い場合は、脱型時にブリケットが崩壊するか、取扱時に崩壊してしまう。取扱に差し支えのない最低の成形圧力は5MPa程度である。成形圧力を上げていくと、ブリケット落下強度および見掛け密度は大きくなっていくが、落下強度および見掛け密度の伸びは鈍化していく。成形圧力が180MPaを超えると、ラミネーションと呼ばれる成形圧力方向に垂直な方向に層状の亀裂が生じ、脱型時にブリケットが破損する現象が生じる。最高のブリケット落下強度は、ラミネーションが生じる成形圧力より僅かに低い領域で得られる。
また、図8の結果は、見掛け密度とブリケットが落下試験で破壊した時の破壊エネルギーが正の相関を持つことを示しており、見掛け密度でブリケット固形化の状態を判断できる。
図9は、ブリケットの直径Dと高さHの比(H/D)が50〜110%の範囲で、ブリケットの直径Dと、ブリケットが保形する成形圧力範囲との関係を調べた結果を示す。この結果から分かるように、取扱に差し支えない最低の成形圧力はブリケット直径Dに依存せず約5MPa(図中最低点)であるのに対し、ラミネーションが生じる成形圧力はブリケット直径Dに大きく依存し、ブリケット直径Dが大きいほどラミネーションが発生する成形圧力が小さくなる。この結果から、ブリケット直径D毎でラミネーションが生じる成形圧力より僅かに低い成形圧力の値と、ブリケット直径Dから算出した加圧面の断面積を変数x(mm2 )としたラミネーションを起こさない上限成形圧力条件Pmax (MPa)の式
Pmax =−96.785ln(x)+958.97
を得ることができる。
Pmax =−96.785ln(x)+958.97
を得ることができる。
ブリケット固形化の作用は、加圧成形時に引き起こされる粉体粒子の再配列や接触による付着力によって発現する。粉体の付着力は粉体間の接触面積が大きいほど高くなるので、成形圧力を上げることによって粉体間の接触面積を増加させれば、ブリケット強度は向上する。この効果のみであれば、ブリケット強度は成形圧力を上げるほど高くなっていくはずであるが、実際にはある成形圧力でラミネーションによる層状破壊が生じる。ラミネーションは加圧成形時に成形型内で原料粉体が強制的に変位する形状に対し、脱型時にその大きさより膨張するいわゆるスプリングバックに起因する。
一軸成形の場合、ブリケット高さ方向からの成形圧力がダイ内径の径拘束力よりはるかに大きくなるため、ブリケットに成形方向に対しほぼ垂直方向に成形密度差である等成形密度線が生じる。脱型時には径方向および高さ方向のスプリングバックによる体積膨張が起こるが、過大な成形圧力では成形密度差の高さ方向の勾配が大きいため、脱型時のスプリングバック変位による歪が等成形密度線上で大きくなって加圧方向に垂直な層状破壊が生じる。
したがってラミネーション発生は、ブリケット成形密度差とスプリングバック量の絶対値に大きく依存する。ブリケットの成形密度差はブリケット高さHの絶対値に、スプリングバック量の絶対値はブリケットの大きさに依存するため、ブリケット直径Dが大きくなるほどラミネーションが生じる成形圧力が小さくなっていくものと考えられる。
したがってラミネーション発生は、ブリケット成形密度差とスプリングバック量の絶対値に大きく依存する。ブリケットの成形密度差はブリケット高さHの絶対値に、スプリングバック量の絶対値はブリケットの大きさに依存するため、ブリケット直径Dが大きくなるほどラミネーションが生じる成形圧力が小さくなっていくものと考えられる。
ブリケットが実用的強度を示す成形圧力P(MPa)の範囲は、加圧面の断面積をx(mm2 )として、
5≦P≦Pmax
Pmax =−96.785ln(x)+958.97
であるが、望ましくは、
25≦P≦Pmax ×0.9
Pmax =−96.785ln(x)+958.97
の範囲である。これは、成形圧力が25MPa以上で、ある程度の落下強度が得られることからブリケットの取扱いが容易になること、Pmax 領域で成形する場合、原料粉体の特性変化や成形圧力のばらつきによってはラミネーションが生じてしまうリスクがあり、Pmax の90%程度の成形圧力ならば確実にラミネーションの発生を防止できるからである。ブリケットの形状は加圧面の断面積で成形圧力を制御できるものであれば良く、円柱、角柱等が考えられるが、ブリケットの角部が少ない円柱形が望ましい。
5≦P≦Pmax
Pmax =−96.785ln(x)+958.97
であるが、望ましくは、
25≦P≦Pmax ×0.9
Pmax =−96.785ln(x)+958.97
の範囲である。これは、成形圧力が25MPa以上で、ある程度の落下強度が得られることからブリケットの取扱いが容易になること、Pmax 領域で成形する場合、原料粉体の特性変化や成形圧力のばらつきによってはラミネーションが生じてしまうリスクがあり、Pmax の90%程度の成形圧力ならば確実にラミネーションの発生を防止できるからである。ブリケットの形状は加圧面の断面積で成形圧力を制御できるものであれば良く、円柱、角柱等が考えられるが、ブリケットの角部が少ない円柱形が望ましい。
図10は、直径Dが70mm、成形圧力一定条件で、直径Dに対する高さHの比(H/D)を変えて製造したブリケットの完全乾燥状態の見掛け密度変化を示した結果である。図8に示すように、粉体接触面積の大きさの指標となる見掛け密度と、粉体の付着力が主の作用となるブリケット強度には正の相関関係があり、直径Dに対する高さHの比(H/D)を変えて製造したブリケットの見掛け密度の変化はブリケット強度の変化として捉えられる。直径Dに対する高さHの比(H/D)が10〜110%の範囲では見掛け密度にあまり大きな差はないが、直径Dに対する高さHの比(H/D)が110%を超えるとブリケットの見掛け密度が低下し、150%を超えると密度の低下が顕著となり、180%まで上げると成形不良を引き起こす。
また、直径Dに対する高さHの比(H/D)を大きくすると、成形体とダイ21Aの側面や粉体同士の摩擦力によって圧力の伝達ロスが大きくなり、ブリケットの中心や稼働プランジャ21Bの反対側の圧力が低下し保形性が低下する。このことから、ブリケットの直径Dに対する高さHの比(H/D)は30〜150%の間が望ましく、50〜110%の間であればさらに望ましい。直径Dに対する高さHの比(H/D)が30%より小さい場合、見掛け密度が高くてもブリケットが薄肉の平板状となるため、実用上のブリケット強度に問題がある。直径Dに対する高さHの比(H/D)が150%より大きい場合、上記したように見掛け密度が低下してブリケット強度が低下する。直径Dに対する高さHの比(H/D)が50〜110%では、見掛け密度はほぼ一定で安定するためブリケット強度が安定し、直径Dと高さHのバランスも良いため、ブリケットの取扱いが容易となる。
直径Dは30〜100mmが望ましく、50〜80mmの間であればさらに望ましい。直径Dが30mmより小さい場合、ブリケット自体が小さすぎて生産性が悪く、また100mmより大きい場合、ブリケット自体が大きすぎて取扱い時に自重が影響して破壊する等の問題や、固形化物製造装置が大型化する等の問題がある。直径Dが50〜80mmの間では、ブリケットの大きさとサイクルタイムのバランスが良く、生産効率が高くなる。
上記試験による、以上の結果から、上記実施形態による製鋼ダスト固形化物製造装置4による製鋼ダスト固形化物Bの製造では、加圧断面積(つまりプランジャ12の断面積)x(mm2 )における成形圧力P(MPa)を、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲とし、また、製造された製鋼ダスト固形化物Bは、図3に示すように外形が円柱体状のものとし、その直径Dが30〜100mmであり、直径Dに対する高さHの比(H/D)は30〜150%とするのが好ましいとされる。
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲とし、また、製造された製鋼ダスト固形化物Bは、図3に示すように外形が円柱体状のものとし、その直径Dが30〜100mmであり、直径Dに対する高さHの比(H/D)は30〜150%とするのが好ましいとされる。
これにより、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11を、再利用のための取扱性に優れた十分な強度を持つものとでき、また余分な添加物を含まず、低コストで製造することができる。
また、製鋼ダスト固形化物Bの外形を円柱体状とした場合、製造時に加圧面の断面積で成形圧力を制御できるので、製造が容易となる。また、製鋼ダスト固形化物Bの直径Dを30〜100mm、直径Dに対する高さHのの比(H/D)を30〜150%とした場合は、保形性が良く、取扱性および生産効率が向上する。
さらに、成形圧力を圧力検出手段で検出し、この検出値を用いて、所定の圧力となるように加圧制御するようにしているので、製鋼ダストを固形化するための加圧制御を容易かつ正確に行うことができる。
使用される製鋼ダスト固形化物製造装置4は、成形型7による成形圧力を検出する圧力検出手段9と、この圧力検出手段9の検出値を用いて、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10とを備えたものであるから、取扱性に優れた十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物Bを生産効率良く製造できる。
また、製鋼ダスト固形化物Bの外形を円柱体状とした場合、製造時に加圧面の断面積で成形圧力を制御できるので、製造が容易となる。また、製鋼ダスト固形化物Bの直径Dを30〜100mm、直径Dに対する高さHのの比(H/D)を30〜150%とした場合は、保形性が良く、取扱性および生産効率が向上する。
さらに、成形圧力を圧力検出手段で検出し、この検出値を用いて、所定の圧力となるように加圧制御するようにしているので、製鋼ダストを固形化するための加圧制御を容易かつ正確に行うことができる。
使用される製鋼ダスト固形化物製造装置4は、成形型7による成形圧力を検出する圧力検出手段9と、この圧力検出手段9の検出値を用いて、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10とを備えたものであるから、取扱性に優れた十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物Bを生産効率良く製造できる。
また、図8は、上記のように製鋼ダスト固形化物であるブリケットの完全乾燥状態の見掛け密度と落下破壊したエネルギーを示している。ハンドリングに差し支えない最低の成形圧5MPaでの製鋼ダスト固形化物の完全乾燥状態の見掛け密度は2.25g/cm3 であり、ラミネーションが生じる成形圧力よりもわずかに低い領域、すなわち最高の製鋼ダスト固形化物の落下強度が得られる圧力での製鋼ダスト固形化物の完全乾燥状態の見掛け密度は3.1g/cm3 であった。したがって、バインダー等を添加することなく実用上十分な強度を持つ製鋼ダスト固形化物の、完全乾燥状態の見掛け密度の範囲は2.25〜3.1g/cm3 である。さらにはある程度の落下強度が得られる成形圧力25MPaの、製鋼ダスト固形化物の完全乾燥状態の見掛け密度2.5g/cm3 を下限とした2.5〜3.1g/cm3 の範囲にあればより望ましい。なお、見掛け密度の下限は、2.15g/cm3 であっても良い。
なお、上記試験では、電炉から排出された製鋼ダストを用いてブリケット製造を行ったが、この発明で用いるダスト11は、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れば良く、転炉や高炉、その他の製鋼工程で生じるものを使用できる。また、必要に応じて各種金属およびその酸化物、炭素、無機物等を添加する場合でも、添加物が粉体であり、かつ成形性に著しい影響を与えない添加量であれば、これらを添加した混合ダストであっても良い。
また、実施形態の製鋼ダスト固形化物製造装置4では説明を省略したが、成形型7内へのダスト11の充填量を制御して、成形される製鋼ダスト固形化物Bの直径Dに対する高さHの比(H/D)が所定の値となるようにする機構を別に設けることが望ましい。成形型方向は特に制約はなく、成形型方向が実施形態のように縦向きの場合には、成形型7へダスト11を充填するのに、給粉機やスクリューによる押し込み等の手段を用いることができる。成形型方向が横向きの場合にはスクリューによる押し込み等の手段を用いることができる。
4…製鋼ダスト固形化物製造装置
7…成形型
8…加圧手段
9…圧力検出手段
10…加圧制御手段
11…ダスト
B…製鋼ダスト固形化物
7…成形型
8…加圧手段
9…圧力検出手段
10…加圧制御手段
11…ダスト
B…製鋼ダスト固形化物
Claims (7)
- 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た固形化物である製鋼ダスト固形化物であって、
加圧断面積x(mm2 )に対する成形圧力P(MPa)が、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲であることを特徴とする製鋼ダスト固形化物。 - 請求項1において、外形が円柱体状である製鋼ダスト固形化物。
- 請求項2において、直径が30〜100mmであり、直径に対する高さの比が30〜150%である製鋼ダスト固形化物。
- 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た固形化物である製鋼ダスト固形化物であって、
見掛け密度が、完全乾燥状態で2.25〜3.1g/cm3 であることを特徴とする製鋼ダスト固形化物。 - 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製鋼ダスト固形化物製造方法であって、加圧断面積x(mm2 )に対する成形圧力P(MPa)が、次式
5≦P≦−96.785ln(x)+958.97
で表される範囲であることを特徴とする製鋼ダスト固形化物製造方法。 - 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製鋼ダスト固形化物製造方法であって、
成形圧力を圧力検出手段で検出し、この検出値を用いて、所定の圧力となるように加圧制御することを特徴とする製鋼ダスト固形化物製造方法。 - 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加圧成形して固形化する製鋼ダスト固形化物製造装置であって、
前記ダストを加圧成形する成形型と、この成形型に加圧成形のための圧力を付与する加圧手段と、前記成形型による成形圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段の検出値を用いて、所定の圧力となるように前記加圧手段を加圧制御する加圧制御手段とを備えることを特徴とする製鋼ダスト固形化物製造装置。
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