JP4213933B2

JP4213933B2 - ダスト造粒物の製造方法

Info

Publication number: JP4213933B2
Application number: JP2002256257A
Authority: JP
Inventors: 顕高橋; 威前原
Original assignee: Navitas Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Navitas Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2022-09-02
Also published as: JP2004091876A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鐵所等で発生するダスト等を造粒し、かつ非焼成であっても製造初期から強固な造粒物を得るためのダストの造粒方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダストの造粒については周知の如く焼成ペレット法は強固な造粒物を得るための有効な手段として知られている。しかし該方法では強度発現のために熱エネルギーを要するため、特に省エネルギーの観点から、近年においてはバインダーとしてセメントや有機溶剤を用いた非焼成造粒法による造粒物の製造方法が実用化されている。
【０００３】
非焼成造粒法での通常の製造方法は、ダストとバインダーを水を介して混練したのち、成形して必要な養生を経て強固な造粒物（塊成鉱）を得るものである。例えばバインダーにセメントを用い、ダストを皿形造粒機にてペレット化したのち、大気養生でセメント硬化反応を促進して強固な造粒物を得る方法が代表的な方法であり実機化されている。
また早期に強度を確保し、かつ焼成ペレットのような膨大な熱エネルギーを要しない方法としては、デンプンなどに代表される有機系バインダーを使用し、温風で乾燥させることで強固な造粒物を得る方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷間製造の代表とも云えるセメントバインダーを使用したペレット製造方法においては、製造初期の強度が弱いために搬送途中で崩壊することから歩留の低いものであり、しかもペレットを使用できるまでには大気中で数日間養生しなければならず、そのための期間を必要とし、さらに、ペレットを養生するために広大な敷地を要するという問題があった。
【０００５】
一方、有機系バインダーを使用した製造方法によるペレットを屋根のない屋外で保管した場合は、降雨時にバインダーが溶解してしまい、強度を保持できないという欠点を有し、また有機系バインダーでもプラスチックを使用すれば耐水性の問題は生じないが、バインダーの使用に際して高温処理で造粒を行う場合は、プラスチックの急激な昇華および発火が起こり、使用先が限定されるという課題が残っていた。
【０００６】
本発明は短時間で強固な造粒物を製造し、かつ大気放置していても強度低下することなく造粒物の形状をそのまま保持できるダスト造粒物の製造方法を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであって、その要旨するところは、下記手段にある。
（１）製鉄所から発生するダストを造粒するに当たり、アルミナセメント２〜１０質量％と、５〜２０質量％のＣａＯを用い、さらに製造した造粒物の養生に際し、温度が８０〜１００℃で、相対湿度９０〜１１０％の高温多湿の雰囲気にて３０〜６０分間保持することを特徴とするダスト造粒物の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ダストの造粒方法について種々なる検討を行った結果、造粒時に使用する造粒原料中にＡｌ₂ Ｏ₃ を含有する速硬性のアルミナセメントと、これにＣａＯまたはＣａＯが含有されたを配合物を使用することで造粒された造粒物が早期に強度が発現されることを見い出した。
【０００９】
これは極めて水和反応の早い造粒原料中のＣａＯにより、初期の強度が発現されるものであるが、一方ではＣａＯはＣａ（ＯＨ）₂ になり膨張するために、ＣａＯの反応が急速に進むと造粒された造粒物は崩壊するに至る。しかし、前記造粒原料中のバインダーにはＡｌ₂ Ｏ₃ を含有する速硬性のアルミナセメントが配合されているので、ダストの原料同士がバインディングされることで、崩壊を防止することが可能となる。
【００１０】
通常、アルミナセメントは主な組成としてＡｌ_２Ｏ_３：５３〜８３質量％，ＣａＯ：３５〜３８質量％，ＳｉＯ_２：３〜６質量％を含有しているものが好ましい。また、ＣａＯとしては５〜２０質量％含有させる必要がある。
【００１１】
ＣａＯの含有量については５質量％未満では、その効果は発現しない。また、２０質量％超ではＣａＯの水和反応による膨張が急速に進み、アルミナセメントの硬固が間に合わずに崩壊する。
【００１２】
さらに、発生ダスト中にはＣａＯが含有されているもの（後述の製鋼集塵ダスト）もあり、この場合はダスト中に含有されているＣａＯもＣａＯ源として前記したＣａＯと同様の作用効果を発現するので、本発明において限定した範囲内のＣａＯ量を含有するダストについては、別途ＣａＯ源を添加する必要はなく、ダスト中のＣａＯで充分所期の目的を達成することができる。
【００１３】
なお、ダスト造粒時に必要とするアルミナセメントの量としては、２〜１０％の割合で配合させればよく、２％未満では造粒物のバインダーとしての効果の発現は望めなく、また、１０％超では不必要に多くの配合となり、造粒物の製造コストアップに繋がり望ましくない。
【００１４】
本発明において、前記造粒原料を使用して造粒物を製造する場合の実施態様例を図１に示したので、同図を参照し以下に説明する。
ホッパーは集塵機で捕集したダスト貯留ホッパー１として、吹錬中に転炉より発生した含塵ガスを湿式集塵機で集塵して得た製鋼湿ダストを収容するホッパー１ａ，転炉に装入する前の溶銑を予備処理する際に生じた含塵ガスを乾式集塵機で集塵および転炉建家集塵機で集塵して得た製鋼集塵ダストを収容するホッパー１ｂ，コークス乾式消火設備から発生した含塵ガスを乾式集塵機で集塵して得たコークス集塵ダストを収容するホッパー１ｃとＣａＯ貯留ホッパー２，アルミナセメント貯留ホッパー３からなる。
【００１５】
各ダスト、ＣａＯ、アルミナセメントはそれぞれのホッパーから必要量切り出され、コンベア４で搬送される。搬送された原料は押し出し型連続混練成形機５に装入され、径が１５〜４０ｍｍで長さ１０〜５０ｍｍの円柱状の成形物として排出されて、高温多湿養生機６に送られる。該高温多湿養生機６を通過後、コンベア７にて屋外貯留場へ搬送される。
【００１６】
本発明者らは前記した造粒原料を用いたダスト造粒物の製造において、短時間に強度を向上させるために多くの実験を重ねた結果、製造後に造粒物を養生するに当って、造粒した後直ちに相対湿度９０〜１１０％で、かつ、雰囲気温度を８０〜１００℃にした高温多湿下で、３０〜６０分間造粒物を養生することで早期に強度を発現させ得ることができることを見い出した。
【００１７】
この強度発現には２つの要素が起因していると考えられる。すなわち、製造直後の強度発現は下記の如きＣａＯの水和反応によるものである。
ＣａＯ＋Ｈ₂ Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）₂
この反応によりダスト粒子間の空隙が埋められることで、強度の発現が図られるものと推察される。しかし、この反応が進み過ぎると造粒物の強度向上を図ることはできない。
【００１８】
ＣａＯの反応は粒子表層で起こっており、初期の強度発現には寄与するものの、時間の経過とともに内部まで水和反応が進行し、Ｃａ（ＯＨ）₂ の膨張により却って強度低下を招いてしまうことが判明した。
前述のＣａ（ＯＨ）₂ の膨張による亀裂発生または強度低下を防ぐためには、造粒物がある強度まで到達して初期強度を担保した後から膨張を抑制するようなバインダーを用いればよいことに気付いた。
【００１９】
従って、造粒物製造直後の強度発現が完了した時点から、Ｃａ（ＯＨ）_２の膨張を防止し、さらなる強度の向上をさせるための方策が必要となる。
これには例えばポルトランドセメントのような普通セメントでは反応速度が遅いために、Ｃａ（ＯＨ）_２の膨張を防止することはできない。このためには前記した本発明のようなアルミナセメントと、ＣａＯを含有する造粒原料を用いることが最適である。
【００２０】
さらにまた、雰囲気温度を高くすることで、さらなる反応速度を向上でき、また、雰囲気の制御は温度だけでなく相対湿度の制御も必要である。これは造粒物が含有する水分よりも少ない水分を有する温風雰囲気中に曝すと、水和反応が進まなくなり、乾燥による亀裂発生を起こすことになる。
【００２１】
この造粒物の養生は相対湿度９０〜１１０％の範囲とし、望ましくは１００％の雰囲気下で行うことが適切である。相対湿度９０％未満になると造粒物表面の水分が不足して亀裂が発生する。また、１１０％超になると造粒物の表面に水滴が生じ、この水分を造粒物が吸収して強度が生じないためである。
なお、雰囲気温度については８０〜１００℃の範囲が望ましく、１００℃を超えるとＣａＯの反応速度が早過ぎてアルミナセメントの反応速度とのバランスが取れなくなり亀裂が発生する。また、８０℃未満になるとＣａＯ，アルミナセメントの反応速度が遅くなり、生産性を阻害する。
【００２２】
しかして、この高温多湿雰囲気下に３０〜６０分間保持（養生）することが望ましい。３０分未満では上記強度発現が充分でなく、また６０分超になると強度発現が飽和することから、これ以上の保持は不要である。
【００２３】
また、ダストの造粒方法についても、いかなる造粒機を使用しても差し支えなく、本発明の効果に影響を及ぼすことはない。
なお、本発明で使用するダストとしては、ミルスケールを含ませることは妨げとはならない。すなわち、鋼材の圧延工場から発生する酸化鉄（スラッジ）も鉄分を含有しているので、その鉄分の有効活用を図る意味から積極的に利用することもできる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について比較例と共に述べる。
実施例で使用した造粒原料の組成を表１に示した。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１に示した成分を有する造粒原料を用いて図１に示した造粒設備で造粒物を製造した。この造粒設備において使用した造粒原料配合割合および養生条件について表２に示し、さらに、表２には得られた造粒物の圧潰強度も示した。
【００２７】
【表２】

【００２８】
なお、バインダーとして用いたアルミナセメントの組成は、Ａｌ_２Ｏ_３：５４．５質量％，ＣａＯ：３６．５質量％，ＳｉＯ_２：４．１質量％であり、普通セメントの組成は、Ａｌ_２Ｏ_３：５．４質量％，ＣａＯ：６４．５質量％，ＳｉＯ_２：２１．８質量％であった。
また、押し出し型連続混練成形機で造粒するに際し、ダスト１００質量％に対して水分を１６質量％添加した。
【００２９】
表２の条件により造粒物を製造した実施例１は、ＣａＯを含有する製鋼集塵ダストを使用し、実施例２においてはＣａＯを含有しない製鋼湿ダストを用いた。その結果、本実施例では何れも製造後４０分で圧潰強度で４５ｋｇ／ｃｍ² 以上の造粒物を得ることができた。
【００３０】
これに対し比較例１はＣａＯを含まない製鋼湿ダストを用い、かつ、ＣａＯを添加しないで製造したため、製造後の強度が低かった。比較例２については製鋼集塵ダストを使用したが、アルミナセメントを使用しなかったので、やはり製造後の強度の上昇はなかった。
【００３１】
比較例３ではＣａＯとアルミナセメントの両方を配合して製造したが、製造後の養生において雰囲気温度を初めから１１０℃の熱風にして反応促進を図ったが、加湿していなかったために乾き状態で養生が実施された。そのため初期段階の強度発現は早いものの、配合されたＣａＯが反応過剰となってしまい、アルミナセメントの硬化が進む前に膨張が勝ってしまい、強度が低下してしまう結果となった。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に記載の造粒原料を用いて造粒した造粒物は、従来不可能視されていた造粒した後、早期から造粒物の強度を発現させることができるため、造粒物の崩壊が大幅に抑制されて歩留が向上し、産業上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で造粒物を製造する場合の実施態様の１例を示した図。
【符号の説明】
１ダスト貯留ホッパー
１ａ製鋼湿ダストホッパー
１ｂ製鋼集塵ダストホッパー
１ｃコークス集塵ダストホッパー
２ＣａＯ貯留ホッパー
３アルミナセメント貯留ホッパー
４コンベア
５押し出し型連続混練成形機
６高温多湿養生機
７コンベア

Claims

製鉄所から発生するダストを造粒するに当たり、アルミナセメント２〜１０質量％と、５〜２０質量％のＣａＯを用い、さらに製造した造粒物の養生に際し、温度が８０〜１００℃で、相対湿度９０〜１１０％の高温多湿の雰囲気にて３０〜６０分間保持することを特徴とするダスト造粒物の製造方法。