JP2012097295A - 製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法及び製造設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料の造粒物を製造する方法であって、造粒すべき原料を入れるドラム内を公転する撹拌翼と、ドラム内を撹拌翼とともに公転しつつ自転する撹拌ロータを備えた造粒物製造装置を用い、製鉄スラッジの解砕処理、製鉄スラッジと製鉄ダスト及び固化剤の混合処理、原料の造粒処理を順次行う工程(イ)と、この工程で得られた造粒物を粗粒破砕機に投入し、造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する工程(ロ)と、この工程を経た造粒物を転動機に投入し、造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う工程(ハ)を有する。
【選択図】図1
Description
高含水の製鉄スラッジや製鉄ダストを有効利用する技術として、製鉄スラッジを脱水し、乾燥したものに製鉄ダストやスケールを加え、さらにはバインダーを添加して固め、フェロアロイ製造用原料などにする方法が知られている(例えば、特許文献1,2)。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、水分を含有する製鉄スラッジや製鉄ダストを、特別な乾燥処理を施すことなく適切に造粒し、炉原料に好適な造粒物を得ることができる造粒物の製造方法、特に、高含水の製鉄スラッジの配合比率が比較的高い原料であっても、適正な造粒物を得ることができる製造方法を提案することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような製造方法の実施に好適な製造設備を提供することにある。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
(イ):造粒すべき原料が入れられるドラム(1)と、ドラム(1)内を公転する撹拌翼(2)と、ドラム(1)内を撹拌翼(2)とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ(3)を備えた造粒物製造装置を用い、下記処理(A)〜(C)を順次行う。
(A):ケーキ状の製鉄スラッジを解砕処理する。
(B):処理(A)で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストと固化剤を加え、混合処理する。
(C):処理(B)で混合された原料を造粒処理する。
(ロ):工程(イ)で得られた原料の造粒物を粗粒破砕機に投入し、造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する。
(ハ):工程(ロ)を経た造粒物を転動機に投入し、造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う。
(B1):処理(A)で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、混合処理する。
(B2):処理(B1)で混合処理された原料に固化剤を加え、混合処理する。
[3]上記[1]又は[2]の製造方法において、工程(イ)で使用する造粒物製造装置は、撹拌翼(2)の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ(3)の自転速度が可変であり、撹拌翼(2)の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ(3)の自転速度を選択することにより、処理(A)〜(C)を順次行うことを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
[5]上記[4]の製造方法において、工程(イ)で使用する造粒物製造装置の撹拌翼(2)は、公転軌道のほぼ接線方向において、水平面に対して上下方向の傾きを有し、傾き下端側を先端として公転する場合に、その上面側で原料を掻き上げる作用をし、傾き上端側を先端として公転する場合に、その下面側で原料を圧縮する作用をすることを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
[6]上記[4]又は[5]の製造方法において、工程(イ)で使用する造粒物製造装置の撹拌翼(2)は、ドラム底面(100)との間隔を変更するための間隔調整機構(14)を有し、撹拌翼(2)が上面側で原料を掻き上げる作用をする際には前記間隔を狭め、撹拌翼(2)が下面側で原料を圧縮する作用をする際には前記間隔を拡げることを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
処理(A):撹拌翼(2)を逆回転で低速回転させながら撹拌ロータ(3)を正回転で高速回転させる解砕処理と、撹拌翼(2)を正回転で低速回転させながら撹拌ロータ(3)を正回転で高速回転させる解砕処理を、交互に1回以上行う。
処理(B1):撹拌翼(2)を正回転で低速回転させながら撹拌ロータ(3)を正回転で低速回転させる混合処理を行う。
処理(B2):撹拌翼(2)を逆回転で低速回転させながら撹拌ロータ(3)を正回転で高速回転させる混合処理を行う。
処理(C):撹拌ロータ(3)を正回転で中速回転させながら、撹拌翼(2)を正回転で中速回転させる造粒処理を行う。
造粒すべき原料が入れられるドラム(1)と、ドラム(1)内を公転する撹拌翼(2)と、ドラム(1)内を撹拌翼(2)とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ(3)を備えた造粒物製造装置(I)と、
造粒物製造装置(I)で得られた原料の造粒物が投入され、該造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する粗粒破砕機(II)と、
粗粒破砕機(II)で処理された造粒物が投入され、該造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う転動機(III)を備えることを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造設備。
[9]上記[8]の製造設備において、造粒物製造装置(I)は、撹拌翼(2)の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ(3)の自転速度が可変であることを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造設備。
本発明の製造設備は、製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料の造粒物を製造するための設備であって、原料に解砕・混合・造粒の各処理を順次施すことが可能な造粒物製造装置(I)と、この造粒物製造装置(I)で得られた原料の造粒物が投入され、この造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する粗粒破砕機(II)と、この粗粒破砕機(II)で処理された造粒物が投入され、この造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う転動機(III)とを備える。
なお、造粒物の製造に関する本発明の知見等については、本発明の製造方法に関する説明において詳細に述べる。
この造粒物製造装置(I)は、造粒すべき原料(被処理物)が入れられる円筒形のドラム1を備え、このドラム1内には、ドラム内を公転する1対の撹拌翼2と、この撹拌翼2とともにドラム内を公転しながら自転する1対の撹拌ロータ3が備えられている。
前記ドラム1内には、その筒軸に沿った回転軸4が設けられている。この回転軸4は、ドラム1の外側下部に設けられたモータ5に変速機構6を介して接続され、モータ5の駆動力により回転駆動するとともに、変速機構6により回転方向・回転速度が任意に選択できる。
撹拌翼2は、一方の公転方向での公転時には、上面側で原料を掻き上げる作用をし、他方の公転方向での公転時には、下面側で原料を圧縮する作用をする機能を有している。このため、図3に示すように、各撹拌翼2は板状に構成されるとともに、公転軌道のほぼ接線方向において、水平面(=ドラム底面100)に対して上下方向の傾きを有している。なお、撹拌翼2の機能については、後に図4に基づき説明する。
なお、本実施形態のような間隔調整機構14を設ける代わりに、ドラム底面100との間隔(隙間)が狭い撹拌翼2(例えば、図3の間隔X1に相当する間隔を有するもの)と、ドラム底面100との間隔(隙間)が広い撹拌翼2(例えば、図3の間隔X2に相当する間隔を有するもの)を、それぞれ1つ以上有するような装置構成としてもよい。
各撹拌ロータ3は、垂直な保持軸8(回転軸)と、その下端側に多段に固定された複数の撹拌羽根18からなっている。各撹拌羽根18は、中心部から180°反対方向に延出する1対の羽根を備え、その中心部が保持軸8に取付固定されている。複数の撹拌羽根18は、保持軸8に対して周方向で角度をずらして固定され、これにより撹拌ロータ3を図1に示すような平面として見た場合、保持軸8から複数の羽根が放射状に延びる形態を有する。
したがって、撹拌ロータ3は、撹拌翼2と一体となってドラム1内を公転でき、この公転方向・公転速度は、上記のように変速機構6により任意に選択できる。また、1対の撹拌ロータ3は、モータ10の駆動力により回転駆動、すなわち自転するとともに、その自転速度が変速機構11により任意に選択できる。なお、撹拌ロータ3は、変速機構11などによってその自転方向を変えられるようにしてもよい。
その他図面において、21は、アーム9に付設され、撹拌翼2や撹拌ロータ3とともにドラム内を公転するスクレーパであり、ドラム内壁に付着する原料を掻き落とす働きをする。
なお、図4における実線矢印は、撹拌翼2の公転によって原料が相対的に移動する方向を示している。
この粗粒破砕機(II)は、水平方向で対向する1対の破砕用ロータ30a,30bを有している。各破砕用ロータ30は、複数の破砕板31を回転軸32の長手方向に沿って所定間隔で設けたものであり、本実施形態の破砕板31は、2方向(180°反対方向)に腕状に延出した形状を有しているが、他の形状(例えば、3方向又は4方向に腕状に延出した形状)であってもよい。1対の破砕用ロータ30a,30bは、互いの破砕板31が所定の間隔をもって噛み合うように、すなわち、一方の破砕用ロータ30の隣接する破砕板31間に、他方の破砕用ロータ30の破砕板31が入り込むようにして、水平方向で並列して配置されている。この1対の破砕用ロータ30a,30bは、それぞれ対向する側が下向きの回転方向となるように駆動装置33により回転駆動する。
この粗粒破砕機(II)で処理される原料(造粒物)は、回転する1対の破砕用ロータ30a,30b上に上方からに投入され、破砕用ロータ30a,30bで処理された後、下方に排出される。この実施形態では、破砕用ロータ30a,30bの上方に設置された投入用コンベア34から原料が投入され、破砕用ロータ30a,30bで処理された原料は搬出用コンベア35で受けられ、搬出される。
この転動機(III)は、ドラム型容器36と、このドラム型容器36を支持し且つドラム周方向に回転させる支持・回転駆動機構37を有している。
前記ドラム型容器36は、一端側に原料投入口38、他端側に原料排出口39を有し、この他端側に向かって下向きに傾斜した状態で、周方向回転可能に支持されている。このドラム型容器36の両端に近い位置の外周には、回転駆動用の歯車40が設けられている。
なお、転動機(III)は、造粒物の表面を平滑化できるものであればよく、したがって、本実施形態のようなドラム型転動機の他に、例えば、皿型転動機(ディスクペレタイザイー)などを用いてもよい。
本発明の製造方法では、製鉄スラッジと製鉄ダスト(以下、説明の便宜上、これらを総称して「スラッジ・ダスト」という場合がある)を主体とする原料を造粒し、造粒物を製造する。原料中には固化剤が配合されるが、さらに必要に応じて、水分調整のための水を添加してもよい。
本発明において、主原料として製鉄スラッジと製鉄ダストを用いるのは、相対的な水分含有量が製鉄スラッジ>製鉄ダストであることから、製鉄スラッジと製鉄ダストを混合することにより、造粒に好適な原料水分量とすることができるからである。
製鉄ダストとしては、例えば、高炉ダスト、焼結ダスト、転炉ダスト、予備処理ダストなどが挙げられる。湿式集塵された製鉄ダストは相当量の水分を含み、一般に水分量は5〜35mass%程度である。なお、このような相当量の水分を含む製鉄ダストに対して、水分調整などの目的で乾燥粉である製鉄ダスト(乾式集塵されたもの)を配合してもよい。
製鉄スラッジと製鉄ダストの配合比は、造粒物の所望の水分量などに応じて適宜選択すればよいが、一般には、製鉄スラッジ/製鉄ダスト=1/2前後の質量比が好ましい。
また、原料中での固化剤の配合割合は、造粒物に求められる強度にもよるが、5〜10mass%程度が普通である。
また、その他の粉体として、スラグ粉、ミルスケールなどを適量配合してもよい。
(イ):造粒すべき原料が入れられるドラム1と、ドラム1内を公転する撹拌翼2と、ドラム1内を撹拌翼2とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ3を備えた造粒物製造装置を用い、下記処理(A)〜(C)を順次行う。
(A):ケーキ状の製鉄スラッジを解砕処理する。
(B):処理(A)で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストと固化剤を加え、混合処理する。
(C):処理(B)で混合された原料を造粒処理する。
(ロ):工程(イ)で得られた原料の造粒物を粗粒破砕機に投入し、造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する。
(ハ):工程(ロ)を経た造粒物を転動機に投入し、造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う。
また、前記工程(イ)の処理(B)では、製鉄スラッジと製鉄ダスト及び固化剤を1つの混合形態で同時に混合処理してもよいが、好ましくは下記処理(B1)、(B2)を順次行う。
(B1):処理(A)で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、混合処理する。
(B2):処理(B1)で混合処理された原料に固化剤を加え、混合処理する。
以上のようにして得られる造粒物の粒径(調和平均粒径)は、乾式製錬を行う際に飛散しないようにするために5mm以上が好ましく、一方、反応の均一性と振動フィーダー等の切り出し装置からの排出性の観点から50mm以下が好ましい。
造粒物の水分量に特別な制限はないが、造粒物の強度や原料であるスラッジ・ダストの水分量などとの関係から、一般に15〜30mass%程度が適当である。
[工程(イ)]
この工程(イ)では、上記のように造粒物製造装置(I)を用いて処理(A)、処理(B)(好ましくは処理(B1)、(B2))及び処理(C)を順次行う。
図10〜図14は、本発明の一実施形態において、工程(イ)での装置の作動状態と原料の動きを示す説明図である。これらの図において、実線矢印は撹拌翼2と撹拌ロータ3の回転によって原料が相対的に移動する方向を示し、破線矢印は原料が撹拌翼2によって圧縮作用を受けている状況を示す。
また、表1に工程(イ)の各処理における撹拌翼2(及び撹拌ロータ3)の公転方向・公転速度と撹拌ロータ3の自転方向・自転速度を示す。
この処理(A)では、装置に投入された製鉄スラッジが解砕処理される。図10及び図11は、この解砕処理における装置の作動状況を示している。図10では、撹拌翼2を逆回転(図4(B)の公転方向)で低速回転させることで、ケーキ状の製鉄スラッジ(脱水ケーキ)を圧縮しつつ、正回転で高速回転する撹拌ロータ3によりせん断力を与える。また、図11では、撹拌翼2を正回転(図4(A)の公転方向)で低速回転させることで、製鉄スラッジ(脱水ケーキ)を掻き上げてほぐしながら、正回転で高速回転する撹拌ロータ3によりせん断力を与える。この図10の処理と図11の処理を交互に1回以上行うこと、好ましくは複数回繰り返すことにより、ケーキ状の製鉄スラッジを解砕する。
この処理(B)では、処理(A)で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストと固化剤を加え、混合処理する。さきに述べたように、この処理(B)では、製鉄スラッジと製鉄ダスト及び固化剤を1つの混合形態で同時に混合処理してもよいが、製鉄ダストと固化剤は水分、密度、投入量などが異なり、製鉄スラッジと均一に混合するにはそれぞれ最適な混合形態があるので、処理(B)では、まず、処理(B1)において、処理(A)で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、混合処理し、次いで、処理(B2)において、処理(B1)で混合処理された原料に固化剤を加え、混合処理することが好ましい。
一方、処理(B)において、製鉄スラッジと製鉄ダスト及び固化剤などの添加物を1つの混合形態で同時に混合処理する場合にも、図13に示す処理(B2)の場合と同様、撹拌翼2を逆回転(図4(B)の公転方向)で低速回転させつつ、正回転で高速回転する撹拌ロータ3により、製鉄スラッジと添加物(製鉄ダスト、固化剤、その他)との混合を行うことが好ましい。
図14は、処理(C)である造粒処理における装置の作動状況を示している。この処理では、前記混合処理で均一に混ぜられた造粒用原料を粒状に造粒する。撹拌ロータ3を正回転で中速回転させることにより、混合物を小さい固まりに分断しつつ、撹拌翼2を正回転(図4(A)の公転方向)で中速回転させることにより、撹拌翼2の上面で原料の粒を転がして造粒物を形成する。
以下、工程(イ)に続く工程として、工程(ロ),(ハ)を採用することとした理由と、本発明者が行った試験の結果及びこれによる知見事実について説明する。
最初に本発明者らは、上述したような造粒物製造装置(I)に相当する試験装置を用いたスラッジ・ダストの造粒試験を行い、その結果、製鉄スラッジと製鉄ダストと固化剤を混合し、且つその水分量を最適化することにより、造粒物にできることが判った。また、この造粒方法の場合、原料の水分によって造粒可否が決まり、或いは造粒物の粒径が変化することが判った。例えば、製鉄スラッジ:30mass%、製鉄ダスト:62mass%、固化剤(セメント):8mass%で造粒試験を行った結果では、図15に示すように、造粒する原料の水分量を約22〜27mass%にすれば、調和平均粒径が5〜30mmの造粒物が得られることが判った。
続く工程(ハ)では、図8及び図9に示すような転動機(III)を用いて整粒処理が行われる。この転動機(III)の回転するドラム型容器36内に、前記工程(ロ)で処理された原料の造粒物を投入すると、表面がぼそぼそで粗い造粒物はドラム型容器36の内面を転動することで表面が平滑化される。これにより、表面が滑らかに整えられた造粒物が製造される。
2 撹拌翼
3 撹拌ロータ
4 回転軸
5 モータ
6 変速機構
7 アーム
8 保持軸
9 アーム
10 モータ
11 変速機構
12 動力伝達機構
13 駆動軸
14 間隔調整機構
15 保持部材
16 ブラケット
17 枢着部
18 撹拌羽根
19 ストッパー
20 ピン
21 スクレーパ
30a,30b 破砕用ロータ
31 破砕板
32 回転軸
33 駆動装置
34 投入用コンベア
35 搬出用コンベア
36 ドラム型容器
37 支持・回転駆動機構
38 原料投入口
39 原料排出口
40 歯車
41 ピニオン
42 駆動装置
100 ドラム底面
Claims (9)
- 製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料の造粒物を製造する方法であって、下記工程(イ)〜(ハ)を有することを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
(イ):造粒すべき原料が入れられるドラム(1)と、ドラム(1)内を公転する撹拌翼(2)と、ドラム(1)内を撹拌翼(2)とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ(3)を備えた造粒物製造装置を用い、下記処理(A)〜(C)を順次行う。
(A):ケーキ状の製鉄スラッジを解砕処理する。
(B):処理(A)で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストと固化剤を加え、混合処理する。
(C):処理(B)で混合された原料を造粒処理する。
(ロ):工程(イ)で得られた原料の造粒物を粗粒破砕機に投入し、造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する。
(ハ):工程(ロ)を経た造粒物を転動機に投入し、造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う。 - 工程(イ)の処理(B)が、下記処理(B1)、(B2)からなることを特徴とする、請求項1に記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
(B1):処理(A)で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、混合処理する。
(B2):処理(B1)で混合処理された原料に固化剤を加え、混合処理する。 - 工程(イ)で使用する造粒物製造装置は、撹拌翼(2)の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ(3)の自転速度が可変であり、撹拌翼(2)の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ(3)の自転速度を選択することにより、処理(A)〜(C)を順次行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
- 工程(イ)で使用する造粒物製造装置の撹拌翼(2)は、一方の公転方向での公転時には、上面側で原料を掻き上げる作用をし、他方の公転方向での公転時には、下面側で原料を圧縮する作用をすることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
- 工程(イ)で使用する造粒物製造装置の撹拌翼(2)は、公転軌道のほぼ接線方向において、水平面に対して上下方向の傾きを有し、傾き下端側を先端として公転する場合に、その上面側で原料を掻き上げる作用をし、傾き上端側を先端として公転する場合に、その下面側で原料を圧縮する作用をすることを特徴とする、請求項4に記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
- 工程(イ)で使用する造粒物製造装置の撹拌翼(2)は、ドラム底面(100)との間隔を変更するための間隔調整機構(14)を有し、撹拌翼(2)が上面側で原料を掻き上げる作用をする際には前記間隔を狭め、撹拌翼(2)が下面側で原料を圧縮する作用をする際には前記間隔を拡げることを特徴とする、請求項4又は5に記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
- 工程(イ)で使用する造粒物製造装置の撹拌翼(2)が、上面側で原料を掻き上げる作用をする公転方向に公転する場合を「正回転」、下面側で原料を圧縮する作用をする公転方向に公転する場合を「逆回転」とし、撹拌ロータ(3)が撹拌翼(2)の「正回転」の公転と同じ回転方向に自転する場合を「正回転」とした場合に、処理(A)、(B1)、(B2)、(C)を下記のように行うことを特徴とする、請求項2〜6のいずれかに記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
処理(A):撹拌翼(2)を逆回転で低速回転させながら撹拌ロータ(3)を正回転で高速回転させる解砕処理と、撹拌翼(2)を正回転で低速回転させながら撹拌ロータ(3)を正回転で高速回転させる解砕処理を、交互に1回以上行う。
処理(B1):撹拌翼(2)を正回転で低速回転させながら撹拌ロータ(3)を正回転で低速回転させる混合処理を行う。
処理(B2):撹拌翼(2)を逆回転で低速回転させながら撹拌ロータ(3)を正回転で高速回転させる混合処理を行う。
処理(C):撹拌ロータ(3)を正回転で中速回転させながら、撹拌翼(2)を正回転で中速回転させる造粒処理を行う。 - 製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料の造粒物を製造するための設備であって、
造粒すべき原料が入れられるドラム(1)と、ドラム(1)内を公転する撹拌翼(2)と、ドラム(1)内を撹拌翼(2)とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ(3)を備えた造粒物製造装置(I)と、
造粒物製造装置(I)で得られた原料の造粒物が投入され、該造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する粗粒破砕機(II)と、
粗粒破砕機(II)で処理された造粒物が投入され、該造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う転動機(III)を備えることを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造設備。 - 造粒物製造装置(I)は、撹拌翼(2)の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ(3)の自転速度が可変であることを特徴とする、請求項8に記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造設備。
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