JP3774427B2 - 製鋼ダストのリサイクル処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所で発生する製鋼ダスト（例えば、転炉細粒ダスト）を再利用するための製鋼ダストのリサイクル処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製鉄所で発生する転炉細粒ダスト等の製鋼ダストは、湿式回収され粗粒分離された後、沈殿槽を経由して、水分量が６０〜７０重量％程度のスラリーに処理され、更に結合剤と共に貯留槽に投入される。この貯留槽内のスラリー及び結合剤は、槽内で常時攪拌されているため、結合剤はスラリーと混合され、更にスラリー中に分散される。この結合剤が分散したスラリーを、フィルタープレスによって脱水し乾燥して、乾燥ケーキを製造していた。なお、スラリー中に分散した結合剤の作用、及び脱水したケーキの乾燥の程度によって、乾燥ケーキ中の製鋼ダストの各粒子同士の結合力が高められていた。これにより、この乾燥ケーキを、例えば鉄の原料として使用するため転炉に投入した場合、転炉投入の際に発生する乾燥ケーキの粉塵化を防止し、リサイクルの歩留りを向上させていた。
なお、結合剤としては、例えば、ベントナイト、珪酸ソーダ、化工澱粉、生石灰、レジン、ポリビニルアルコール等の工業的に造られた１次製品が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した製鋼ダストのリサイクル処理方法には以下の問題がある。
工業的に造られた前記結合剤は高価であり、乾燥ケーキの強度を向上させるために多く使用することは経済的でない。
また、前記結合剤は、付加価値の高い有効資源である。しかし、乾燥ケーキと共に転炉に投入された場合、結合剤は熱分解するので、再利用されることなく廃棄され経済的でない。
そして、前記結合剤は、発熱量が小さかったり、また発熱しないものもあるため、乾燥ケーキを転炉に投入した場合、転炉の温度が低下する可能性がある。このため、結合剤の添加量に応じて、炭材等の発熱材を添加する必要があるので、経済的でなく、しかも作業性が悪い。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、乾燥ケーキの強度を経済的に向上できる製鋼ダストのリサイクル処理方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法は、製鉄所で発生する製鋼ダストを含有したスラリーを脱水した後乾燥して、塊状、バラス、又は粒状とする製鋼ダストのリサイクル処理方法において、
前記製鋼ダストは金属鉄を含む転炉細粒ダストであって、前記スラリーに結合剤として大きさが１０ｍｍ以下の熱可塑性プラスチックを主体とする廃プラスチックを、前記製鋼ダスト量の１〜１０重量％の範囲で添加し、該スラリーをフィルタープレスに注入し、その圧搾圧力を５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下にして脱水した後、この脱水ケーキを乾燥炉に入れて、酸素濃度が０．２体積％以下の非酸化性ガスを用い、その炉内温度を２２０℃〜３２０℃として乾燥し、乾燥時の熱によって前記廃プラスチックを溶融させ、乾燥後の乾燥ケーキの強度を向上させる。これにより、産業廃棄物である廃プラスチックを、製鋼ダストの結合剤として再利用できる。
ここで、本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法において、スラリーに結合剤として更にベントナイトを添加することが好ましい。これにより、乾燥後の乾燥ケーキの強度を更に向上させることができる。
本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法において、乾燥ケーキを製鋼原料として使用することが好ましい。このとき、例えば転炉に投入される乾燥ケーキは、結合剤である廃プラスチックによって強度が高められているので、粉塵となる製鋼ダストの量を低減できる。
【０００５】
本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法において、スラリーの脱水は、フィルタープレスを用いて行う。このように、フィルタープレスを用いてスラリーの脱水を行うので、短時間で多くのスラリーの処理ができると共に、スラリー中から予め多くの水分を除去できる。
本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法において、フィルタープレスによるスラリーの脱水時の圧搾圧力は、５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である。これにより、脱水ケーキの含水率を更に低減できる。
本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法において、スラリーを脱水した後の脱水ケーキの乾燥は、乾燥炉を用いて行い、乾燥時の熱によって廃プラスチックを溶融させる。
このように、脱水ケーキを乾燥炉によって乾燥させるので、強度を高めた乾燥ケーキを一度に多く製造できる。また、このとき、脱水ケーキ中の廃プラスチックを溶融させるので、隣合う製鋼ダストの各粒子間に溶融した廃プラスチックを行き渡らせることができる。
【０００６】
本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法において、乾燥炉内の温度は、２２０℃〜３２０℃である。これにより、廃プラスチックを確実に溶融させることができるので、隣合う製鋼ダストの各粒子間に溶融した廃プラスチックを行き渡らせることができる。
本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法において、乾燥炉での乾燥時間は、３０分以上であることが好ましい。これにより、乾燥ケーキ中の残留水分を大幅に低減できるので、乾燥ケーキの強度を、乾燥ケーキの粉塵化を抑制できる程度の強度まで上昇できる。
本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法において、結合剤の添加量は、製鋼ダスト量の１〜１０重量％である。これにより、乾燥ケーキの強度を高めるために必要な結合剤量を、予め設定できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の一実施の形態に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法の説明図、図２は本発明の一実施の形態に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法を適用する脱水ケーキの脱水乾燥処理設備の脱水ケーキ排出及び脱水ケーキ収納の状態を示す説明図、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同脱水乾燥処理設備の脱水ケーキ搬出装置の平面図、側面図、図４は同脱水乾燥処理設備の脱水ケーキ乾燥時の状態を示す側面図、図５は同脱水乾燥処理設備の脱水ケーキ乾燥時の正面図、図６は同脱水乾燥処理設備の使用方法を説明する斜視図、図７は実施例に係る脱水ケーキ中の残留水分と圧搾圧力との関係を示す説明図、図８は実施例に係る脱ケーキ中の残留水分と乾燥時間との関係を示す説明図、図９は実施例に係る各乾燥ケーキの粉化率の説明図、図１０は実施例に係る全鉄中に占める金属鉄の割合を示す説明図である。
【０００８】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法は、製鉄所内の転炉で発生する平均粒径が例えば１μｍ程度の転炉細粒ダスト（製鋼ダストの一例）を含有したスラリー１０（転炉細粒含有スラリー）を脱水した後乾燥して、塊状、バラス、又は粒状とする方法である。ここで、スラリー１０には、結合剤として廃プラスチック１１及びベントナイト（ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ）１１ａが添加され、乾燥後の乾燥ケーキ１２の強度を向上させている。以下、詳しく説明する。
【０００９】
転炉で発生する転炉細粒ダストは、金属鉄（Ｍ−Ｆｅ）として鉄を例えば３０重量％程度含有したものである。この転炉細粒ダストは、湿式回収され粗粒分離された後、沈殿槽（図示しない）を経由して、水分量が６０〜７０重量％程度のスラリー１０に処理され、更に廃プラスチック１１及びベントナイト１１ａと共に貯留槽（図示しない）に投入され、常時攪拌されている。これにより、スラリー１０、廃プラスチック１１、及びベントナイト１１ａは貯留槽内で混合され、廃プラスチック１１及びベントナイト１１ａがスラリー１０中に略均一に分散される。なお、スラリー１０への廃プラスチック１１及びベントナイト１１ａの添加は、同時に行うことなく個別に行うこともできる。
この廃プラスチック１１は、大きさが例えば１０ｍｍ以下の熱可塑性プラスチックを主体とする例えば、ペットボトル、日用品、玩具等の使用済み品である。また、ベントナイト１１ａ（結合材）は、粒径が例えば１ｍｍ以下の粘土質の材料であり、陶磁器の原料に使用されているものである。この結合剤である廃プラスチック１１及びベントナイト１１ａの添加量は、転炉細粒ダスト量の１〜１０重量％である。なお、廃プラスチック１１は、スラリー１０中に均一に分散させるため、破砕又は粉砕して添加することも可能である。
【００１０】
ここで、結合剤の添加量が１重量％未満の場合、転炉細粒ダストの各粒子同士を結合するために必要な量が確保できなく、乾燥ケーキの強度を向上させることができない。一方、結合剤の添加量が１０重量％を超える場合、結合剤としての効果の更なる向上が顕著に現れず、また、乾燥ケーキ中に占める結合剤量が多くなり、１つの乾燥ケーキから回収可能な鉄の量が減少し、経済的でない。
従って、経済的に乾燥ケーキの強度を上昇させ、しかも回収可能な鉄の量を向上させるには、結合剤の添加量を、転炉細粒ダスト量の３〜１０重量％、更には３〜８重量％とすることが好ましい。
【００１１】
次に、貯留槽で廃プラスチック１１及びベントナイト１１ａが攪拌混合されたスラリー１０は、スラリー輸送用ポンプにより、配管を介して下流側に設置された脱水ケーキの脱水乾燥処理設備（以下、単に脱水乾燥処理設備とも言う）１３のフィルタープレス１４に送られる（図２参照）。なお、廃プラスチック１１及びベントナイト１１ａは、貯留槽でスラリー１０に添加せず、この配管の途中で別の配管から、例えば液体（水）と共に添加することも可能である。これにより、スラリー１０への廃プラスチック１１及びベントナイト１１ａの添加を容易に行うことができる。
【００１２】
ここで、脱水ケーキの脱水乾燥処理設備１３について、図２〜図５を参照しながら説明する。
脱水ケーキの脱水乾燥処理設備１３は、フィルタープレス１４と、フィルタープレス１４で形成した複数の脱水ケーキ１５を収納する乾燥容器１６と、フィルタープレス１４よりケーキ形状を保存した状態で脱水ケーキ１５を１個ずつ排出し乾燥容器１６内に１個ずつ分離して搬出するケーキ搬出装置１７と、乾燥作業場所で乾燥容器１６に被せてケーキ乾燥用の温風を排気する温風排出手段１８とを有する。
【００１３】
フィルタープレス１４は、市販の各種フィルタープレスから被処理物の特性、処理量等に応じて適宜選定して使用することができる。
フィルタープレス１４から排出される脱水ケーキ１５は、フィルタープレス１４により被処理物から水分が除去され、フィルター間に形成される水分を１５〜２５重量％程度含んだ粉粒体からなる板状の固形物であり、粉粒間の摩擦力と含まれる水分による凝集力により板状の固形物としての形状と強度を保持している。そのため、ケーキ自体の強度は弱く、しかも壊れ易い。
【００１４】
乾燥容器１６は、例えば、耐食性を考慮していずれもステンレス鋼で構成され、上部が開放となって側壁下部にそれぞれケーキ乾燥用の温風が流入する温風流入通路１９と、温風流入通路１９の両端に設けられた温風給気口２０と、乾燥済みの乾燥ケーキ１２を排出する開閉機能を有する乾燥容器１６の底面に設けられた両開きの開閉扉２１とを有している。更に、収納した複数の脱水ケーキ１５を１個ずつ隙間（例えば、形成された脱水ケーキ１５の厚さの０．１〜２倍程度の隙間）を有して乾燥容器１６に収納するための仕切り板２２の両端が、乾燥容器１６の側壁内面に取付けられている。
【００１５】
図４、図５に示すように、温風排出手段１８は、例えば、温風排気配管２３と、温風排気配管２３に接続し温風を乾燥容器１６内から均等に流出させる図示しない多数のフィンを内部に備えたヘッダー２４と、ヘッダー２４に接続し乾燥容器１６に被さる蓋２５とを有している。乾燥容器１６に上から被さる蓋２５を設けることにより、乾燥容器１６への温風排出手段１８の取付けを容易にしている。また、図示しない温風供給手段から供給される温風を乾燥容器１６内に導入するための温風給気口２０、温風流入通路１９を乾燥容器１６に設けている。更に、仕切り板２２を設けて各脱水ケーキ１５を１個ずつ隙間を有して収納することを可能としているので、ケーキ乾燥用の温風が各脱水ケーキ１５間を均一に流通することを保証している。なお、この乾燥容器１６及び温風排出手段１８により乾燥炉２６が構成されている。
このように構成することで、ケーキ乾燥用の温風を乾燥炉２６内で均一に流通させて排気することができ、乾燥炉２６内に収納している複数の脱水ケーキ１５を、同時に均一に短時間で乾燥させることができる。また、乾燥済みの乾燥ケーキ１２の排出用の開閉扉２１が設けられているため、乾燥終了後に乾燥炉２６を移動させることなく、直ちに乾燥ケーキ１２の排出を実施することができる。
【００１６】
図２、図３に示すように、ケーキ搬出装置１７はフィルタープレス１４から乾燥容器１６へ脱水ケーキ１５が排出されるケーキ排出位置まで移動して停止する自動位置決め手段２７と、フィルタープレス１４から排出された脱水ケーキ１５を乾燥容器１６内に搬送する際、脱水ケーキ１５を保持する保持手段２８と、自動位置決め手段２７及び保持手段２８の動作を制御する図示しない制御手段とが設けられている。
この自動位置決め手段２７は、例えば、フィルタープレス１４のプレス方向と平行に、フィルタープレス１４の下方に配置された２本の移動用レール２９と、移動用レール２９上に設けられ保持手段２８を積載し前後の両側に車輪３０を備えた台車３１とを有している。また、この台車３１は、台車３１の前後に設けられ回転軸３２を介して車輪３０と接続している走行駆動用の電動機３３と、フィルタープレス１４のケーキ排出位置に対応してフィルタープレス１４の下端に設けられている位置決め指示板３４と連携してスイッチ動作を行なう非接触型のリミットスイッチ３５とを有している。
【００１７】
このように構成することで、保持手段２８を積載した台車３１は、移動用レール２９上を走行して指定されたケーキ排出位置に到達することで、位置決め指示板３４によりリミットスイッチ３５が動作して台車３１を停止させることができる。従って、制御手段にフィルタープレス１４の各ケーキ排出位置を事前に指示しておくと、保持手段２８を積載した台車３１をフィルタープレス１４の各ケーキ排出位置まで移動し停止する動作を順次行なうことができる。なお、制御手段としては、例えば、シーケンサーが使用できる。
【００１８】
保持手段２８は、例えば、台車３１上に設けられた対向する１対のガイドシュー３６と、各ガイドシュー３６の両側に取付けられたチョック３７と、各チョック３７に接続された駆動ロッド３８を備えたエアシリンダー３９とを有している。エアシリンダー３９を駆動してガイドシュー３６間の押しつけ力を調整することで、脱水ケーキ１５とガイドシュー３６間の摩擦力を調整して、脱水ケーキ１５の落下速度を低下させることができる。
【００１９】
上記した脱水乾燥処理設備１３に送られた廃プラスチック１１が添加されたスラリー１０は、高圧ポンプ（図示しない）を用いてフィルタープレス１４に注入され、圧搾されて脱水ケーキ１５となる。この脱水ケーキ１５は、例えば、幅１２００ｍｍ、長さ１２００ｍｍ、厚さ３０ｍｍ程度の板状物であり、後工程でケーキ搬出装置１７により自然落下しないように調整されながら乾燥容器１６内に搬送される。しかし、脱水ケーキ１５の上端がガイドシュー３６を離れた瞬間から、脱水ケーキ１５の下端が乾燥容器１６の底に接触するまでの間は自然落下することになる。なお、この自然落下の距離は、例えば、２００ｍｍ〜５００ｍｍ程度である。このフィルタープレス１４で形成される脱水ケーキ１５の強度は、水分量が低下すれば向上するものであり、脱水ケーキ１５の搬送（ハンドリング）等を考慮すれば、スラリー１０の脱水時の圧搾圧力を５ＭＰａ以上とする。これにより、脱水ケーキ１５の含水率を１５％程度まで減少させると共に、脱水ケーキ１５の強度を、脱水ケーキ１５を搬送する場合においても、脱水ケーキ１５が破損しない程度の強度にできる。
【００２０】
ここで、フィルタープレス１４によるスラリー１０の脱水時の圧搾圧力が５ＭＰａ未満の場合、脱水ケーキ１５の含水率が高く、脱水ケーキ１５を搬送するときに破損する可能性がある。なお、脱水ケーキ１５の強度は、脱水ケーキ１５中の水分量が低下すれば向上するため、圧搾圧力の上限値について設定していないが、例えば、高圧ポンプの性能、生産性等を考慮すれば、圧搾圧力の上限値を１００ＭＰａとすることが好ましい。
従って、脱水ケーキ１５が搬送時に破損しない程度の強度を備えると共に、生産性を良好にするには、脱水時の圧搾圧力を７〜５０ＭＰａ、更には８〜３０ＭＰａとすることが好ましい。
このとき、フィルタープレス１４による圧搾が終了する前に、乾燥容器１６をフィルタープレス１４の下方に配置する。
【００２１】
フィルタープレス１４内の開放するフィルター位置の指定を制御手段に入力することで、制御手段より、ケーキ搬出装置１７の自動位置決め手段２７に、保持手段２８を積載した台車３１を、開放するフィルター位置に走行させて停止する命令が出力される。自動位置決め手段２７では、走行駆動用の電動機３３が駆動して移動用レール２９上に保持手段２８を積載した台車３１を走行させ、開放するフィルターのケーキ排出位置に対応してフィルタープレス１４の下端に設けられている位置決め指示板３４により台車３１に設けられた非接触型のリミットスイッチ３５が動作した時点で、台車３１を停止させる。
ここで、図６に示すように、フィルタープレス１４の指示したフィルターが開放されると、脱水ケーキ１５はフィルター側面を徐々に滑り落ち、図示しないガイドロールに導かれ、脱水ケーキ１５の下端が対向するガイドシュー３６の間隙部分に進入していく。
【００２２】
対向するガイドシュー３６の間隔は、エアシリンダー３９により調整されているため、脱水ケーキ１５はガイドシュー３６により一定圧力で挟まれる状態になっている。ここで、ガイドシュー３６による脱水ケーキ１５の押し付け力をＦ、ガイドシュー３６と脱水ケーキ１５との摩擦係数をａ、脱水ケーキ１５の重量をＷとして、Ｗ＞２ａＦの関係が成立するようにＦの値を調整すれば、脱水ケーキ１５はガイドシュー３６で挟まれた状態で摩擦力に抗して下方に滑り落ちていく。従って、脱水ケーキ１５の上端がガイドシュー３６を離れて自然落下し、脱水ケーキ１５の下端が乾燥容器１６の底に接触した際に受ける衝撃力が、脱水ケーキ１５の強度よりも小さくなるように押し付け力Ｆを調整する。これにより、脱水ケーキ１５を破損させることなく乾燥容器１６内に収納することができる。
脱水ケーキ１５の上端がガイドシュー３６の下端を通過したことが図示しない検知センサーにより検知されると、制御手段は次の脱水ケーキ１５の排出待ちの状態、即ち、前記したようにフィルタープレス１４内の開放するフィルター位置の指定が入力される状態に復帰する。このため、フィルタープレス１４から全ての脱水ケーキ１５が排出され乾燥容器１６に収納されるまで、上記した操作を繰り返す。
【００２３】
フィルタープレス１４から全ての脱水ケーキ１５を排出し、乾燥容器１６内に収納する作業が終了すると、乾燥容器１６を、例えば、リフトカー等の搬送車輛を使用して温風排出手段１８が設けられている乾燥作業場所に移動させる。乾燥作業場所をフィルタープレス１４の場所と分離することにより、フィルタープレス１４の脱水作業と乾燥作業を同時に並行して行なうことができる。
また、複数の温風排出手段１８と、温風排出手段１８の個数と同じ個数の乾燥容器１６を準備することにより、フィルタープレス１４の使用回転率を向上させることができるので、作業効率が上昇する。
【００２４】
乾燥作業場所で上部が開放となっている乾燥容器１６に蓋２５を有した温風排出手段１８を上から被せて取付ける。乾燥容器１６に蓋２５を設けることにより、乾燥容器１６への温風排出手段１８の取付けを容易にすると共に、乾燥炉２６が構成される。
温風発生装置により得られた温風は、温風給気口２０を通して温風流入通路１９に供給され、温風流入通路１９部分で乾燥炉２６内に収納されている各脱水ケーキ１５の上方に向けて均等に送風されるように調整される。また、乾燥容器１６の上部に蓋２５を介して、温風排気配管２３が接続しているヘッダー２４を取付け、図示しない排気装置を温風排気配管２３に接続して乾燥炉２６内の排気を行うことにより、各脱水ケーキ１５の下方から供給された乾燥用の温風は１個ずつ隙間を有して収納されている各脱水ケーキ１５の隙間を一様に流通してヘッダー２４内に流れ込み、温風排気配管２３より乾燥炉２６外に排出される。このため、複数の脱水ケーキ１５を同時に一様に乾燥させることができる。
【００２５】
脱水ケーキ１５の乾燥時間は、乾燥前の脱水ケーキ１５の含水率、乾燥後の乾燥ケーキ１２の目標含水率、乾燥に使用する温風の温度、温風流量や流速等により変化する。従って、乾燥後の乾燥ケーキ１２の目標含水率を基に、必要とする乾燥時間の予測を行ない、脱水ケーキ１５の乾燥を実施することが好ましい。
このように、脱水後の脱水ケーキ１５の乾燥は、乾燥炉２６を用いて行うが、これは、脱水ケーキ１５を乾燥させるだけでなく、乾燥時の熱によって廃プラスチック１１を溶融させる目的も有する。従って、乾燥炉２６内の温度を、２００〜３５０℃に調節して行うことで、廃プラスチック１１を溶融させる。そして、この溶融した廃プラスチック１１が、脱水ケーキ１５内の微細な気孔中に広がった後、乾燥炉２６内の温度を下げ廃プラスチック１１を固化させることで、脱水ケーキ１５内の転炉細粒ダストの各粒子同士の結合力を高めることができる。
【００２６】
ここで、乾燥炉２６内の温度が２００℃未満の場合、廃プラスチック１１を十分に溶融できないので、廃プラスチック１１が転炉細粒ダストの各粒子間に行き渡らなかったり、また転炉細粒ダストと廃プラスチック１１との結合力が弱くなる可能性がある。このため、乾燥ケーキ１２の強度を高めることができない。一方、乾燥炉２６内の温度が３５０℃を超える場合、乾燥時において脱水ケーキ１５中から溶融した廃プラスチック１１が流れ出す可能性がある。この場合においても、乾燥ケーキ１２の強度を高めることができない。
従って、乾燥ケーキ１２の強度を高めるためには、乾燥炉２６内の温度を２２０〜３２０℃、更には２５０〜３００℃とすることが好ましい。
また、製鋼ダストの乾燥では、ダスト中に含まれる鉄粉の酸化が生じる可能性が高いので、例えば、酸素濃度が０．２体積％以下の条件となるように、窒素ガス等の非酸化性ガスの温風、又は空気と非酸化性ガスとの混合ガスを温風として使用する。非酸化性の温風を使用することにより、従来よりも酸化度を抑えた乾燥を行なうことができる。
【００２７】
なお、乾燥は脱水ケーキ１５の表面から徐々に進行していくため、微粉の含有率が比較的高いスラリーから形成した脱水ケーキ１５の乾燥を行なう場合、表層に緻密な乾燥層が形成されて内部で発生した水蒸気が飛散しにくくなる。この状態で乾燥を続けると、脱水ケーキ１５内部には水分が蒸発して生成した水蒸気が蓄積されてくるため、水蒸気の圧力が上昇し、水蒸気圧力が脱水ケーキ１５の表層強度よりも高くなると、脱水ケーキ１５を内部から破壊する爆裂現象が発生する。ここで、１つの脱水ケーキ１５において爆裂が発生すると、周囲の脱水ケーキ１５は爆裂により飛散した脱水ケーキ１５の破片によって連鎖的に破壊を起こし、乾燥容器１６内で脱水ケーキ１５の乾燥を続けることは不可能となる。このため、爆裂の発生は回避せねばならず、爆裂発生の可能性が高い脱水ケーキ１５の乾燥は、例えば、８０〜２００℃の温風を使用し乾燥を徐々に行なって、最終的に２００〜３５０℃に調節して行うことが好ましい。
【００２８】
また、脱水ケーキ１５の乾燥炉２６内での乾燥時間は３０分以上である。
乾燥時間が３０分未満の場合、乾燥ケーキ１２の乾燥が不十分となり、乾燥ケーキ１２中の残留水分率を十分に低減できず、乾燥ケーキ１２の強度を向上できない。これにより、乾燥ケーキ１２を、例えば鉄の原料として使用するため転炉に投入した場合、転炉投入の際に発生する乾燥ケーキ１２の粉塵化が生じ、リサイクルの歩留りが低下して経済的でない。なお、乾燥ケーキ１２の強度も、脱水ケーキ１５の場合と同様、乾燥ケーキ１２中の水分量が低下すれば向上するため、乾燥時間の上限値について設定していない。しかし、脱水ケーキ１５の乾燥を空気中で行う場合は、脱水ケーキ中の金属鉄が酸化鉄となり、リサイクルしにくい状態になるので、乾燥時間の上限値を１２０分とする。なお、前記したように、窒素ガス等の非酸化性ガスの温風、又は空気と非酸化性ガスとの混合ガスを温風として使用した場合、金属鉄の酸化を抑えることができるので、乾燥時間については、生産性のみを考慮すればよい。
このことから、乾燥ケーキ１２を経済的に利用すると共に、金属鉄の回収率を向上させるには、脱水ケーキ１５の乾燥炉２６内での乾燥時間を３５〜１００分、更には４０〜８０分とすることが好ましい。
【００２９】
予定された時間の乾燥が終了すると、乾燥容器１６の下方に図示しない乾燥ケーキ回収用の容器を配置して、乾燥容器１６の底面に設けられた開閉扉２１を開けて、各乾燥ケーキ１２を乾燥炉２６から排出する。なお、乾燥ケーキ１２排出後の乾燥容器１６は開閉扉２１を閉じて、フィルタープレス１４の設置された作業場所に回送する。
排出された各乾燥ケーキ１２は、そのままの状態、又は適度な大きさに破砕され、転炉４０に装入される。これにより、乾燥ケーキ１２を製鋼原料として使用できるので、鉄の回収率を向上させることができ、経済的である。
【００３０】
【実施例】
本発明に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法を適用し、試験を行った結果について説明する。
図７に示すように、フィルタープレスによるスラリーの脱水時の圧搾圧力を１０ＭＰａとすることで、ラボテスト（◆：実験室レベルの試験）、パイロットプラント（■：中規模レベルの試験）と共に、脱水ケーキ中の残留水分率を１５％程度にできることが分かった。
これにより、脱水ケーキは、例えば搬送時に脱水ケーキが破損しない程度の強度を備えることができる。
また、図８に示すように、乾燥炉による脱水ケーキの乾燥時間を６０分程度とすることで、パイロットプラントでは、乾燥ケーキの残留水分率を５％以下にできることが分かった。なお、このときの脱水ケーキの圧搾圧力は１０ＭＰａ、乾燥炉内の温度は２５０℃及び３００℃、使用した結合剤は、ベントナイト（２％、５％）、廃プラスチック（４．１％）、ＰＶＡ（５％：ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）である。
これにより、乾燥ケーキは、粉塵化しない程度の強度を備えることができる。
【００３１】
図９には、各乾燥ケーキの粉化率を示している。なお、粒径が１〜５ｍｍの粒子を白塗りで、また粒径が１ｍｍ未満の粒子を斜線でそれぞれ示している。
まず、粉化率に及ぼす結合剤の種類の影響について、パイロットプラントを用い、圧搾圧力が１０ＭＰａ、乾燥温度が３００℃、乾燥時間が４０分で試験を行った場合で検討する。ベントナイト（添加量５％）を使用したＮｏ．６及びＮｏ．７と、廃プラスチック（添加量４．１％）を使用したＮｏ．８及びＮｏ．９と、ＰＶＡ（添加量５％）を使用したＮｏ．１０とで比較した場合、結合剤として廃プラスチックを使用することで、粉化率を３％以下まで低下できるが、結合剤としてベントナイトを使用することで、粉化率を１％程度まで低下できることが分かった。なお、結合剤として、廃プラスチックとベントナイトを使用した場合についても、結合剤にベントナイトを使用した場合と略同等の効果を得ることができる。
【００３２】
また、粉化率に及ぼすベントナイトの添加量の影響について、パイロットプラントを用い、圧搾圧力が４ＭＰａ、乾燥温度が３００℃、乾燥時間が４０分で試験を行った場合で検討する。ベントナイトを添加していないＮｏ．１１と、ベントナイトの添加量が５％であるＮｏ．１２とで比較した場合、スラリーにベントナイトを添加して乾燥ケーキを製造することで、粉化率を１１％程度から４％程度まで低下できることが分かった。
そして、粉化率に及ぼす圧搾圧力の影響について、パイロットプラントを用い、結合剤にベントナイトを使用して、乾燥温度が３００℃、乾燥時間が４０分で試験を行った場合で検討する。圧搾圧力が１０ＭＰａであるＮｏ．６及びＮｏ．７と、圧搾圧力が４ＭＰａであるＮｏ．１２とで比較した場合、スラリーの圧搾圧力を４ＭＰａから１０ＭＰａにすることで、粉化率を４％程度から１％程度まで低下できることが分かった。
【００３３】
図１０に示すように、スラリーを脱水（プレス）し、更に大気中で乾燥することにより、全鉄（Ｔ−Ｆｅ）中の金属鉄（Ｍ−Ｆｅ）の割合が低下している。しかし、乾燥時間を３０分（図中の■）とすることで、乾燥時間を３０分より長くした乾燥ケーキ（乾燥時間４０分：▲、●、乾燥時間６０分：◇）よりも、金属鉄の回収率を向上できる。なお、脱水ケーキの乾燥を、前記したように、窒素ガス等の非酸化性ガスの温風、又は空気と非酸化性ガスとの混合ガスを温風として使用することにより、従来よりも酸化度を抑えた乾燥を行なうことができる。
以上のことから、結合剤として廃プラスチック、又は廃プラスチック及びベントナイトが添加されたスラリーを、１０ＭＰａの圧力で圧搾して脱水ケーキを製造し、この脱水ケーキを乾燥温度２５０〜３００℃で３０分程度加熱して乾燥ケーキを製造し、この乾燥ケーキを、例えば鉄の原料として使用するため転炉に投入した場合、転炉投入の際に発生する乾燥ケーキの粉塵化を防止し、リサイクルの歩留りを向上できる。
【００３４】
また、廃プラスチックを結合剤として添加した転炉細粒ダストの脱水ケーキの乾燥品（乾燥ケーキ）を、直径７０ｍｍ、厚み２３〜２５ｍｍのテストピースに加工し、落下試験を行った。このテストピースを、１．５ｍの高さから、厚さ１６ｍｍの鉄板に落下させた結果、破砕したテストピースの篩い目４．７５ｍｍの通過率は５重量％以下となった。
この結果、廃プラスチックを結合剤として添加した転炉細粒ダストの脱水ケーキの乾燥品を転炉へ装入した場合、粉塵化し集塵機に吸引される量を低減でき、鉄としてのリサイクルの歩留の悪化を招くことなく、転炉細粒ダストを転炉へ投入できるので、鉄の原料として再利用でき経済的である。
【００３５】
以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の製鋼ダストのリサイクル処理方法を構成する場合にも本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、乾燥ケーキを転炉へ投入し、鉄の原料として使用した場合について説明した。しかし、乾燥ケーキを、塊状（粒径が、例えば２０ｃｍ以上程度）、バラス（粒径が、例えば５ｃｍ以上２０ｃｍ未満程度）、粒状（粒径が、例えば５ｃｍ未満程度）とし、例えば鉄の原料、路盤材等に使用することも可能である。
【００３６】
また、前記実施の形態においては、乾燥容器にステンレス鋼を使用した場合について説明したが、他の材料、例えば、耐熱性のファイバー強化プラスチックを使用することも可能である。
そして、前記実施の形態においては、保持手段にガイドシューを使用した場合について説明したが、１対の回転ロール又は１対のエンドレスベルトを使用することもできる。ここで、回転ロールの回転数、エンドレスベルトの移動速度を調整することにより、脱水ケーキの排出速度をより厳密に制御することが可能となる。
更に、制御手段をマイクロコンピュータと連携させることにより、フィルタープレスへのスラリー供給から乾燥終了後のケーキの排出までの全作業を自動化することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、産業廃棄物である廃プラスチックを、製鋼スラグの結合剤として再利用できる。従って、安価な廃プラスチックを利用できるので、従来のように高価な結合剤を使用することなく経済的に強度を高めた乾燥ケーキを製造できる。また、従来廃棄物として熱分解される素材である廃プラスチックを、製鋼ダストの各粒子同士を結合するための結合剤として利用できるので、資源の有効活用ができ、従来の結合剤を使用した場合と比較して、ＣＯ₂ガス発生量の削減、環境保護、循環型社会への貢献が期待できる。そして、廃プラスチックは発熱量が大きいため、製鋼ダストを例えば転炉へ投入する際、炭材等の発熱剤の投入量を、従来の結合剤を使用した場合と比較して減少させることができ、経済的であると共に、炭材の投入作業が少なくなり作業性も良好となる。
特に、請求項２記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、スラリーに更にベントナイトを加えることで、乾燥後の乾燥ケーキの強度を更に向上させることができ、乾燥ケーキの粉塵化を抑制できる。
請求項３記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、例えば転炉に投入される乾燥ケーキは、結合剤である廃プラスチックによって強度が高められているので、粉塵となる製鋼ダストの量を低減できる。従って、粉塵化されて集塵機で回収される製鋼ダスト量を低減できるので、リサイクルの歩留を向上させ、製鋼ダストを鉄の原料として再利用でき経済的である。
【００３８】
請求項１記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、フィルタープレスを用いてスラリーの脱水を行うので、短時間で多くのスラリーの処理ができると共に、スラリー中から予め多くの水分を除去できる。このように、脱水ケーキ中の含水量を低減した脱水ケーキを後工程に送るので、後工程の乾燥作業を短時間にできると共に、乾燥に必要な熱エネルギーも低減でき経済的である。
請求項１記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、フィルタープレスによるスラリーの脱水時の圧搾圧力を５ＭＰａ以上にするので、脱水ケーキの含水率を更に低減できる。従って、乾燥時における脱水ケーキの乾燥時間を短縮でき、乾燥ケーキの生産性を向上できると共に、金属鉄の回収率を高めることができる。
請求項１記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、脱水ケーキを乾燥炉によって乾燥させるので、強度を高めた乾燥ケーキを一度に多く製造できる。また、このとき、脱水ケーキ中の廃プラスチックを溶融させるので、隣合う製鋼ダストの各粒子間に溶融した廃プラスチックを行き渡らせることができる。このため、乾燥炉による乾燥と、溶融した廃プラスチックの固化により、経済的に強度を向上させた乾燥ケーキを製造できる。従って、例えば乾燥ケーキを鉄の原料として転炉に投入する場合、粉塵となる製鋼ダストの量を低減できるので、より多くの鉄を回収でき経済的で、しかも作業環境も良好にでき作業性が良好となる。
【００３９】
請求項１記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、廃プラスチックを溶融させることができるので、隣合う製鋼ダストの各粒子間に溶融した廃プラスチックを行き渡らせることができる。従って、更に強度を上昇させた乾燥ケーキを容易に製造できる。
請求項４記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、脱水ケーキの乾燥時間を３０分以上にするので、乾燥ケーキ中の残留水分を大幅に低減でき、乾燥ケーキの強度を、乾燥ケーキの粉塵化を抑制できる程度の強度まで上昇できる。これにより、例えば乾燥ケーキを鉄の原料として転炉に投入する場合、更に多くの鉄を回収でき経済的である。
請求項１記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法においては、乾燥ケーキの強度を高めるために必要な結合剤量を予め設定できるので、常時強度を向上させた乾燥ケーキを容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る製鋼ダストのリサイクル処理方法を適用する脱水ケーキの脱水乾燥処理設備の脱水ケーキ排出及び脱水ケーキ収納の状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同脱水乾燥処理設備の脱水ケーキ搬出装置の平面図、側面図である。
【図４】同脱水乾燥処理設備の脱水ケーキ乾燥時の状態を示す側面図である。
【図５】同脱水乾燥処理設備の脱水ケーキ乾燥時の正面図である。
【図６】同脱水乾燥処理設備の使用方法を説明する斜視図である。
【図７】実施例に係る脱水ケーキ中の残留水分と圧搾圧力との関係を示す説明図である。
【図８】実施例に係る脱ケーキ中の残留水分と乾燥時間との関係を示す説明図である。
【図９】実施例に係る各乾燥ケーキの粉化率の説明図である。
【図１０】実施例に係る全鉄中に占める金属鉄の割合を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：スラリー、１１：廃プラスチック、１１ａ：ベントナイト、１２：乾燥ケーキ、１３：脱水ケーキの脱水乾燥処理設備、１４：フィルタープレス、１５：脱水ケーキ、１６：乾燥容器、１７：ケーキ搬出装置、１８：温風排出手段、１９：温風流入通路、２０：温風給気口、２１：開閉扉、２２：仕切り板、２３：温風排気配管、２４：ヘッダー、２５：蓋、２６：乾燥炉、２７：自動位置決め手段、２８：保持手段、２９：移動用レール、３０：車輪、３１：台車、３２：回転軸、３３：電動機、３４：位置決め指示板、３５：リミットスイッチ、３６：ガイドシュー、３７：チョック、３８：駆動ロッド、３９：エアシリンダー、４０：転炉

Claims (4)

1. 製鉄所で発生する製鋼ダストを含有したスラリーを脱水した後乾燥して、塊状、バラス、又は粒状とする製鋼ダストのリサイクル処理方法において、
   前記製鋼ダストは金属鉄を含む転炉細粒ダストであって、前記スラリーに結合剤として大きさが１０ｍｍ以下の熱可塑性プラスチックを主体とする廃プラスチックを、前記製鋼ダスト量の１〜１０重量％の範囲で添加し、該スラリーをフィルタープレスに注入し、その圧搾圧力を５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下にして脱水した後、この脱水ケーキを乾燥炉に入れて、酸素濃度が０．２体積％以下の非酸化性ガスを用い、その炉内温度を２２０℃〜３２０℃として乾燥し、乾燥時の熱によって前記廃プラスチックを溶融させ、乾燥後の乾燥ケーキの強度を向上させることを特徴とする製鋼ダストのリサイクル処理方法。
2. 請求項１記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法において、前記スラリーに前記結合剤として更にベントナイトを添加することを特徴とする製鋼ダストのリサイクル処理方法。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法において、前記乾燥ケーキを製鋼原料として使用することを特徴とする製鋼ダストのリサイクル処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製鋼ダストのリサイクル処理方法において、前記乾燥炉での乾燥時間は、３０分以上であることを特徴とする製鋼ダストのリサイクル処理方法。

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