JP4074480B2 - ダスト塊成鉱及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄工程で発生する鉄分含有ダストを回収し、転炉等の原料として再利用するためのダスト塊成鉱及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄工程、特に転炉等から発生する排ガス中には、通常５０〜８０ｍｇ／ｍ^３の鉄分含有ダストが含まれていて、原料として使用する鉄の１．４〜２．０％に相当する。この大量に発生する鉄分含有ダストにより歩留が低下し、製鋼コストを引き上げる原因となっている。
【０００３】
鉄分含有ダストを回収して再利用することは、製造コストの低減に大きな効果がある。従来は、転炉等で発生する鉄分含有ダストは、湿式除塵機で捕集し、乾燥して水分を除去した後に、ランスインジェクションによる脱Ｓｉ、脱Ｐ用フラックス原料等に使っている。しかし、乾燥後の鉄分含有ダストは粉末であるため、使用用途が限られていた。
【０００４】
そこで、鉄分含有ダストの再利用用途拡大のため、ダストを塊成化することが提案されている。
【０００５】
例えば、特公平４−３８８１３号公報には、ダストにフラックス成分となる石灰分、熱源となる炭材を加え、サラ型造粒機（パンペレタイザー）で造粒を行い、粒度５ｍｍ以上又は１０ｍｍ以上とし、このダスト造粒物を転炉上方から添加して使用することが開示されている。また、特開２００１−２１４２２２号公報には、水分を含有したダストにアルファー化したデンプンを０．１〜１００ｍａｓｓ％添加し、混練した後に、ペレタイザー又はブリケッター等を用いて圧縮成形を行い、成形後、水分を除去することにより硬度の高いダスト塊成鉱とし、これを転炉原料として再利用することが開示されている。
【０００６】
上記従来技術には、ダスト造粒物を鉄浴中に有効に投入するためのサイズ、或いは、安価に硬度の高いダスト塊成鉱とする技術が開示されている。しかしながら、従来技術ではダスト塊成鉱中に含有される水分の有害性の問題について具体的な解決がなされていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ダスト塊成鉱は、鉄分含有ダストにバインダーと水分とを加えて混練する製造工程を経て製造されるため、必然的に水分を含有している。このように水分を含有するダスト塊成鉱を溶融浴中に添加すると、気化、膨張して爆裂を引き起こす可能性がある。ダスト塊成鉱中の水分を完全に除去すれば、水分による爆裂の問題は回避できるが、そのためにはダスト塊成鉱を長時間乾燥させなければならず、製造コストの上昇を招くという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明はダスト塊成鉱中の水分を完全に除去することなしに、溶融浴中に添加しても含有される水分の気化、膨張による爆裂を防止できるダスト塊成鉱及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ダスト塊成鉱に十分な量の外部とつながった開空隙を持たせることにより、ダスト塊成鉱中の水分の気化、膨張による爆裂を防止できることを知見して、本発明を完成した。
【００１０】
その発明の要旨は次の通りである。
【００１１】
（１） 製鉄工程で発生する鉄分含有ダストを塊成化して溶融浴中に添加し再利用するダスト塊成鉱において、外部とつながった空隙の開空隙存在率が１５〜５０％で、かつ含水率が０．１〜８ｍａｓｓ％であることを特徴とするダスト塊成鉱。
【００１２】
前記（１）記載のダスト塊成鉱を製造するのに際し、押出成形後の塊状物の含水率が１０〜２５ｍａｓｓ％になるように添加水分量を制御し、鉄分含有ダストを押出成形により成形し、成形後に乾燥工程を経て得られたダスト塊成鉱の含水率が０．１〜８ｍａｓｓ％の範囲内になるように温度を制御して乾燥させることを特徴とするダスト塊成鉱の製造方法。
【００１３】
（３） 押出成形後に整粒を行うことを特徴とする前記（２）記載のダスト塊成鉱の製造方法。
【００１４】
（４） 前記乾燥は、１００〜２００℃の温度で行うことを特徴とする前記（２）又は（３）記載のダスト塊成鉱の製造方法。
【００１５】
（５） 前記（２）〜（４）のいずれかに記載のダスト塊成鉱の製造方法で、前記成形後の塊状物の直径Ｄと長さＬの比（Ｄ／Ｌ）を０．１〜１０．０とすることを特徴とするダスト塊成鉱の製造方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
製鉄工程で発生する鉄分含有ダストは、集塵方法、発生箇所により水分値、粒度とも多様である。これらのダストを塊成化して使用する際には、どのような塊成化法（成形法）を用いた場合でも、使用時に塊成鉱の強度が要求されるため、ダストにバインダーと水とを加えて混練し、成形する必要がある。
【００１８】
従って、ダスト塊成鉱は、一般的には水分を含んでいる。理想的には、この水分を乾燥により完全に除去することが好ましいが、水分値を０．１％未満にすることは工業的に不可能である。
【００１９】
ダスト塊成鉱を転炉等の溶融浴に投入した際に、ダスト塊成鉱中に含有される水分が一気に気化、膨張して、ダスト塊成鉱を爆裂させる可能性があることが知られている。ダスト塊成鉱が爆裂して粉塵となって飛び散り、集塵されると、ダスト塊成鉱の投入歩留の低下を招くこととなる。
【００２０】
本発明者は、ダスト塊成鉱中に水分が含有されていても、爆裂を生じないダスト塊成鉱について鋭意研究を重ねた結果、ダスト塊成鉱に十分な量の外部とつながった空隙（開空隙）を持たせ、水分値を規制することで、含有水分の気化、膨張によるダスト塊成鉱の爆裂を防止でき、使用時の歩留低下を抑制できることを見出して本発明を完成した。
【００２１】
ダスト塊成鉱は、転炉等の溶融浴に投入して使用する関係上、投入時までのハンドリング中や投入中に粉化しない程度の固さ（強度）を付与することが必要となる。そのためには、鉄分含有ダスト粉末に少なくとも水分とバインダーとを添加混練して成形することが要求される。このため、所定の固さを有するダスト塊成鉱中には必然的に水分が含有される。
【００２２】
そこで、水分値の影響を調査するため、種々の水分値のダスト塊成鉱を溶鉄の上方から添加した際の歩留を調査した。歩留は（１）式のように定義する。
歩留＝（ダスト塊成鉱投入後の溶鉄質量−ダスト塊成鉱投入前の溶鉄質量）／（ダスト塊成鉱中の鉄分質量）×１００ ・ ・ ・（１）
【００２３】
図１は、ダスト塊成鉱中の含水率と投入時の歩留との関係を示す図である。図１に示すように、ダスト塊成鉱中の水分値が１５％以下の場合には、鉄鉱石使用時と同等の歩留（９５％程度）が得られた。水分値が１５％超となると、ダスト塊成鉱の強度が不足し、転炉等の溶鉄への投入までのハンドリング中に粉化、崩壊してしまい集塵されてしまう。
【００２４】
また、水分値は低い方が望ましいが、低くするためには乾燥作業が必要となる。特に１％以下にするには、乾燥時間が非常に長くかかるため、コストアップを招く可能性があり、あまり低くすることは工業的には望ましくはない。そこで、本発明は水分値を０．１〜８％、好ましくは１〜８％とした。
【００２５】
ダスト塊成鉱の爆裂を防止するには、気化した水分を外部に逃がすための経路を設ければ良い。即ち、ダスト塊成鉱に外部とつながった空隙（開空隙）を設けることにより、気化した水分はこの開空隙を通じて外部に放出されるので、含有水分の気化、膨張が原因になるダスト塊成鉱の爆裂は防止できる。
【００２６】
図２は、ダスト塊成鉱の外部とつながった空隙（開空隙）を説明するための図で、（ａ）はダスト塊成鉱の外観を、（ｂ）はＡ−Ａ’の断面を示す模式図である。
【００２７】
図２に示すように、ダスト塊成鉱１中には、外部とつながっていない空隙（閉空隙）２が形成されるが、本発明では外部とつながっている空隙（開空隙）３を形成することにより気化した水分を外部に逃がすようにした。
【００２８】
従って、外部とつながっている開空隙３は、ダスト塊成鉱の中心部から外部につながっている空隙であることが好ましく、また、ダスト塊成鉱の全体に分散した空隙であることが好ましい。
【００２９】
次に、開空隙存在率の影響を調査するため、種々の開空隙存在率のダスト塊成鉱を溶鉄の上方から添加した際の歩留を調査した。図３はダスト塊成鉱の開空隙存在率と歩留との関係を示す図である。
【００３０】
図３に示すように、ダスト塊成鉱の開空隙存在率が１５〜５０％であると、通常の鉄鉱石使用時歩留９０〜９８％と同等の歩留となっていた。開空隙存在率が１５％未満のダスト塊成鉱は爆裂が生じ歩留が低いが、１５％以上のダスト塊成鉱を用いると、気化した水分を外部に効率よく逃がし、爆裂を抑制することができた。しかし、開空隙存在率が高くなりすぎて５０％を超えると、ダスト粒子とバインダーとの接点が少なくなって、強度低下が発生し、鉄浴に投入する使用時に粉化、崩壊が生じ、歩留が低下した。
【００３１】
従って、本発明ではダスト塊成鉱の外部とつながった空隙の開空隙率（開空隙存在率）を１５〜５０％、好ましくは２５〜４５％とした。
【００３２】
なお、開空隙存在率は、水銀注入法で測定した値である。水銀注入法は、「粉体工学ハンドブック」１９６５年、朝倉書店発行、第２２１〜２２４頁に記載されているように良く知られている方法であり、測定装置も水銀注入ポロシメーター等が知られている。本発明での測定方法としては、試料を入れたガラス容器を真空にし、開空隙中の気体を脱気した後、真空下で水銀を注入した。注入直後の水銀体積を測定し、その後、１０００ｋｇ／ｃｍ^２まで３０分かけて加圧した。加圧後の水銀体積を測定し、減少分を開空隙体積とした。
【００３３】
ダスト塊成鉱の成形方法は、種々考えられるが、外部とつながっている開空隙を有するダスト塊成鉱は、鉄分含有ダスト粉末に水分とバインダーとを添加混練し、押出成形することにより効果的に製造することができる。押出成形は、鉄分含有ダストに２０％程度の水分を加えて混練成形し、その後に強度を発現させるべく、水分調整のための乾燥を行う。乾燥時に水分が抜け、そこに外部とつながった開空隙が生ずる。乾燥工程では、成形直後の塊状物の含水率を測定し、その含水率から目標とする乾燥後の含水率、開空隙存在率にするための乾燥時間と温度を決定する。従って、乾燥温度、時間を制御することで、含水率、開空隙存在率を調整することができる。また、バインダーとしては、デンプン、セメント等の一般に使用されているバインダーを使用することができる。そして、押出成形は、例えば、「造粒便覧」１９７５年、オーム社発行、第１３１〜１３７頁に記載されている汎用の押出式造粒機を用いて行うことができる。
【００３４】
押出成形直後のダスト塊成鉱の大きさが違いすぎると、乾燥工程での水分の抜け方が異なる可能性がある。従って、成形後に整粒を行い、ある程度大きさをそろえておくことが望ましい。
【００３５】
ダスト塊成鉱の形状については、本発明では特定するものでないが、押出成形法で製造すると円柱形のダスト塊成鉱が得られる。
【００３６】
水分調整のための乾燥には、望ましい温度範囲がある。即ち、２００℃超で乾燥すると、乾燥中に水分が一気に気化膨張して爆裂する。一方１００℃未満であると、水分が揮発しにくく、乾燥に時間がかかる。従って、乾燥温度としては、１００〜２００℃とすることが好ましい。
【００３７】
押出成形での成形時の模式図を図４に示す。押出成形では、ダイス面４の垂直方向（長さＬ方向）は押出方向Ｆとなるため、ダイス穴内で圧力集中Ｐが発生するため、成形体の開空隙が潰されてしまい、開空隙率が低下する。一方、ダイス面と水平方向（直径Ｄ方向）は圧力がかからないため、開空隙率は垂直方向に比べ大きい。従って、開空隙率を適正な範囲に保つためには、ダスト塊成鉱の直径（Ｄ）と長さ（Ｌ）の比率に好ましい範囲がある。
【００３８】
図５に直径Ｄと長さＬの比率（Ｄ／Ｌ）と開空隙率の関係を示す。Ｄ／Ｌが１０．０を超えると、圧力のかからない直径方向部分が多くなるため、成形後の塊成鉱に中の空気が抜けず、開空隙率が５０％を超える場合が発生する。一方、Ｄ／Ｌが０．１を下回ると、垂直方向部分が多くなるため、開空隙率が減少し、１５％を下回る場合が発生する。従って、Ｄ／Ｌを０．１〜１０．０にすることが望ましい。
【００３９】
押出成形で成形する場合、成形直後の塊状物の含水量に好ましい範囲がある。成形直後の塊状物の含水量と乾燥後のダスト塊成鉱の開空隙率の関係を図６に示す。成形直後の塊状物の含水量が１０％未満の場合は、添加水分量が少ないため、水分が抜けても十分な開空隙率が得られず、開空隙率が１５％を下回る場合が発生する。また、成形直後の塊状物の含水量が２５％を超える場合は、塊状物の流動性が大きくなり、成形できない場合が発生する。従って、成形直後の塊状物の含水量を１０〜２５％にすることが望ましい。成形直後の塊状物の含水量を制御するには、あらかじめ使用するダストの含水率を測定しておき、ダスト中含水量を考慮して水を添加して制御することが望ましい。
【００４０】
【実施例】
製鉄工程の転炉から発生する鉄分含有ダスト粉末に水及びバインダー（デンプン）を添加し、混練機で十分混練した後に、押出成形機で成形した。得られた塊状物を熱風乾燥機で乾燥してダスト塊成鉱を得た。
【００４１】
得られたダスト塊成鉱を鉄鉱石代替として、上底吹き転炉での吹錬に使用した。操業条件は、溶銑３５０〜３６０ｔ、スクラップ３５〜４０ｔを転炉に装入し、ダスト塊成鉱を５．５〜６．０ｔ用いて、転炉吹錬を行った。ダスト塊成鉱には、転炉ＯＧ湿ダストと焼結集塵ダストを用いた。両ダストとも、あらかじめ含水率を測定しておき、成形時に含水率を考慮して、水分添加を行った。
【００４２】
表１にダスト塊成鉱製造条件及び転炉でのダスト塊成鉱使用時の操業条件、吹錬での歩留及び評価を示す。歩留は（２）式のように定義する。
歩留＝｛出鋼量−（溶銑中鉄分質量＋投入スクラップ質量）｝／（ダスト塊成鉱中の鉄分質量）×１００ ・ ・ ・（２）
【００４３】
比較例１は、乾燥後の水分値が１７．２％と高いので歩留が悪かった。比較例２は、開空隙存在率がそれぞれ１４．１％と低いので歩留が悪かった。即ち、比較例１、２はいずれも鉄鉱石の平均歩留９６％程度、最低でも９０％超の歩留に比べ低位であった（評価（×））。比較例３は成形直後含水率が２５．９％と高いため、流動性が大きく、成形後の形状を保つことができなかった。これに対して、本発明例１、２は、乾燥後含水率、開空隙存在率とも本発明で規定する範囲内であって、歩留は鉄鋼石の最低歩留９０％を超えるレベルであった（評価（○））。本発明例３は乾燥後含水率、開空隙存在率、だけでなく成形直後含水率、Ｄ／Ｌも本発明で規定する範囲内であって、歩留は鉄鋼石の通常歩留と同等の９４．６％であった（評価（◎））。
【００４４】
以上のように、本発明例のダスト塊成鉱は、爆裂及び強度不足による粉化を防止でき、使用時の歩留低下を抑制でき良好な評価であった。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【発明の効果】
本発明のダスト塊成鉱は、完全に乾燥せずに得られるので製造コストが低減でき、外部とつながった開空隙存在率を１５〜５０％有しているので、転炉、電気炉等の製鋼炉の溶融浴へ投入しても爆裂を引き起こすことがなく、またハンドリング中や投入時に崩壊して粉化しない十分な強度を有している。
【００４７】
従って、ダスト塊成鉱使用時の製鋼歩留低下を大幅に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ダスト塊成鉱中の水分値（％）と投入時の歩留（％）との関係を示す図である。
【図２】 ダスト塊成鉱の外部とつながった空隙（開空隙）を説明するための模式図である。
【図３】 ダスト塊成鉱の開空隙存在率（％）と歩留（％）との関係を示す図である。
【図４】 押出成形での成形時の状況を説明するための模式図である。
【図５】 ダスト塊成鉱の直径（Ｄ）と長さ（Ｌ）の比率と開空隙存在率（％）との関係を示す図である。
【図６】 成形直後の塊状物の含水率（％）と開空隙存在率（％）との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ ダスト塊成鉱
２ 外部とつながっていない空隙（閉空隙）
３ 外部とつながった空隙（開空隙）
４ ダイス面
Ｄ 直径
Ｌ 長さ
Ｆ 押出方向
Ｐ 圧力集中

Claims (5)

1. 製鉄工程で発生する鉄分含有ダストを塊成化して加熱乾燥した後、溶融浴中に添加し再利用するダスト塊成鉱において、外部とつながった空隙の開空隙存在率が１５〜５０％で、かつ含水率が０．１〜８ｍａｓｓ％であることを特徴とするダスト塊成鉱。
2. 前記請求項１記載のダスト塊成鉱を製造するのに際し、押出成形後の塊状物の含水率が１０〜２５ｍａｓｓ％になるように添加水分量を制御し、鉄分含有ダストを押出成形により成形し、成形後に乾燥工程を経て得られたダスト塊成鉱の含水率が０．１〜８ｍａｓｓ％の範囲内になるように温度を制御して乾燥させることを特徴とするダスト塊成鉱の製造方法。
3. 押出成形後に整粒を行うことを特徴とする請求項２記載のダスト塊成鉱の製造方法。
4. 前記乾燥は、１００〜２００℃の温度で行うことを特徴とする請求項２又は３記載のダスト塊成鉱の製造方法。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載のダスト塊成鉱の製造方法で、前記成形後の塊状物の直径Ｄと長さＬの比（Ｄ／Ｌ）を０．１〜１０．０とすることを特徴とするダスト塊成鉱の製造方法。

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