JP4327222B1 - セメントボンド塊成鉱の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境改善、省力化、歩留改善が可能となるヤード養生によらないセメントボンド塊成鉱の製造方法を提供する。
【解決手段】 製鉄所発生ダスト類、および／または微粉鉱石にバインダーとしてポルトランド系セメントを加え、混合、調湿、混練工程を経た後、パンペレタイザーで造粒し、しかる後に養生することで所要の圧潰強度を持った高炉向けコールドペレット、または焼結向けミニペレットを製造する方法において、竪型容器の上部から生ペレットを装入し下端から排出することで移動層を形成せしめ、生ペレットの装入から排出までの期間で養生することを特徴とする、セメントボンド塊成鉱の製造方法
【選択図】 図３

Description

本発明は、セメントボンド塊成鉱を製造する方法に関するものである。

近年、環境対策設備の増強と共に、製鉄所内回収ダスト量が増加しており、これらのダストを直径１０〜２０ｍｍのペレットに塊成化して高炉原料とする方法として、水和結合剤によるコールドペレット法が工業的に適用されている。このコールドペレット法の具体的方法を図５に示す。図５は、従来のヤード養生による高炉向けコールドペレットの製造工程を示す図である。この図に示すように、製鉄所発生ダスト類、および／または微粉鉱石からなる原料をバインダーとしてポルトランド系セメントを加え、混練機にて混合した後パンペレタイザーにて造粒し、スクリーンを通した後、１次養生ヤードで約３日間養生して初期強度が出た時点でショベルを用いて養生山を解砕し、２次養生ヤードに再度積みつけ、さらに１週間養生して所定の強度が出たところで払い出し、高炉で使用するというものである。

上記例として例えば特開昭５３−１３０２０２号公報（特許文献１）に開示しているように、製鉄所より発生する含金属含炭素ダストの配合の粒度構成を粗粒分と微粒分との比を選んで適正な粒度分布の範囲内になるように必要に応じて鉱石粉を配合し、適正な含水率にしてセメント等のバインダーを添加して造粒するダストコールドペレットの製造方法が提案されている。また、特開昭６３−８３２３１号公報（特許文献２）に開示しているように、粉状の含鉄原料に高炉水砕微粉末と石膏とを配合し、造粒もしくは団塊化せしめて非焼成のペレットもしくはブリケットを製造する際、高炉水砕と石膏を比表面積４０００ｃｍ² ／ｇ以上に微粉砕後、４０℃以上の状態で含鉄原料に対して６〜９％の割合で配合し、アルカリ刺激剤を添加して水と混練及び塊成化処理をした後養生ヤードへの積付け後保温しながら養生する非焼成塊成鉱の製造法が提案されている。

一方、上記コールドペレット法よりも簡便にダストを処理する方法として、焼結用ミニペレット法がある。図６は、従来の焼結向けミニペレットの製造工程を示す図である。この図に示すように、製鉄所発生ダスト類、および／または微粉鉱石からなる原料をバインダーとしてベントナイトを用い、混練機にて混合した後パンペレタイザーにて直径２〜７ｍｍの小径ペレットに造粒し、スクリーンを通した後、養生せずに直接焼結機に供給するミニペレット法も工業的に適用されてきた。

上記例として、例えば特開昭５９−１０７０３６号公報（特許文献３）に開示しているように、銑鋼一環工程の各工程において発生する非含炭集塵ダストに水分を添加し造粒した後、その表面に高炉ガス灰を被着せしめた焼結原料用非焼成ミニペレットが提案されている。
特開昭５３−１３０２０２号公報 特開昭６３−８３２３１号公報 特開昭５９−１０７０３６号公報

上述した高炉用コールドペレット法は、養生ヤードが必要で、多大な設備スペースを必要とする。特に２次養生ヤードは鉱石ヤードの一部を使用することから、２次養生ヤードが鉱石ヤード能力を低下させることになり、鉱石ヤード能力が不足気味の製鉄所では滞船料を発生させるという問題がある。また、ヤード養生では、１次養生後に解砕作業が必要で、その際の発塵が環境上の問題となる。また、解砕作業に人手が掛かり、解砕により成品歩留りが低下する。

また、２次養生ヤードでは発塵防止のためヤード散水を実施するため、高炉装入時のコールドペレットの付着水分は７〜８％にもなり、水和反応に伴う結晶水と合わせると合計水分は１０％を超える。このため使用量が増えると高炉の炉頂温度を低下させる弊害が出ることから、高炉での使用量が制限されるという問題がある。

一方、焼結用ミニペレット法においては、バインダーとして通常ベントナイトを用いてダスト類を造粒したものであることから、圧潰強度は０．８ｋｇ／ｃｍ² 程度しかなく、セメントをバインダーとして養生したものと比べると脆弱で、焼結貯鉱槽への補給時の落差、貯鉱槽での貯留中の上部ミニペレットによる静圧、或いは降下中のミニペレット同士の摩擦により崩壊・粉化しやすい。

また、ミニペレットの水分は１２〜１５％と高く、このため焼結貯鉱槽内壁への居付き・棚吊りを起こしやすい。この結果、貯鉱槽からのミニペレット切り出し量が変動する。上記の理由で、ミニペレット法を導入したもののミニペレット化を断念し、居付き防止のために水分を１０％以下に下げて単なる混練ダストとして焼結に供給している例が多い。この結果、微粉ダスト類の添加に伴う焼結ベットの通気性悪化による焼結生産性低下を招いているのが実状である。

上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、セメントボンド塊成鉱の製造方法を提供するものである。その発明の要旨とするところは、
製鉄所発生ダスト類、および／または微粉鉱石にバインダーとしてポルトランド系セメントを加え、混合、調湿、混練工程を経た後、パンペレタイザーで造粒し、しかる後に養生することで所要の圧潰強度を持った高炉向けコールドペレット、または焼結向けミニペレットを製造する方法において、三つの条件を併せ持つ竪型容器の上部から生ペレットを装入し下端から排出することで移動層を形成せしめ、生ペレットの装入から排出までの期間にセメントの水和反応熱により養生することを特徴とする、セメントボンド塊成鉱の製造方法にある。
１）下広がりの１／１０〜１／３０のテーパを竪型容器胴体の全体または上部に有すること
２）竪型容器下端に、該竪型容器下部の断面積全体をカバーできる大きさのテーブルフィーダーを配置し、装入物がピストンフローで降下することを保証できること
３）生ペレットの装入が停止した際に、竪型容器下部から排出される養生済みのペレットを、バケットエレベーターにより直ちに竪型容器上部まで持ち上げ、かつ生ペレットの代りに供給することで、竪型容器の装入面の低下を防止できる供給装置を有すること。

以上述べたように、本発明による高炉向けコールドペレット法においては、多大な設置スペースを必要とする養生ヤードを省略できることから、製造設備をコンパクトにすることが可能となり、設備設置場所の選択の自由度が増し、１次養生後の解砕作業が不要となるため、環境改善、省力化、歩留改善が可能となる。また、鉱石ヤード不足の製鉄所では、ヤード養生方式を本発明に変更することで滞船料の削減が可能となる。さらに、コールドペレットを乾燥するため、高炉使用時の炉頂温度の低下を回避できることから、高炉での使用量を増加させることができる。

また、本発明によるミニペレット法においては、ポルトランド系セメントをバインダーとしてミニペレットを製造することは容易に着想できることであるが、従来のヤード養生法では養生ヤード設置スペースの問題、養生後解砕時の発塵による環境問題、解砕のための人手の問題、解砕に伴う歩留り低下の問題があることから、工業的に実施された例が無かったものを、本発明により、上記問題が解消されることに加えて、焼結貯鉱槽でのミニペレットの崩壊・粉化を起こさないだけの十分な強度を持たせることが可能であり、また強度が出てから補給することから焼結貯鉱槽内壁への居付き・棚吊りも回避できる。

さらに、上記の結果、簡便なダスト類処理法であるミニペレット法が工業的に実施可能となり、ダスト類の直接添加に伴う焼結の生産性の低下を回避することが可能となる等極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に係る高炉向けコールドペレットの製造工程を示す図である。この図１に示すように、図５に示した従来法の１次養生ヤードと２次養生ヤードを、本発明では竪型容器と乾燥機に置き換えることで、ヤード養生を必要としない製造方法を提供するものである。なお、竪型容器の詳細は後述する。乾燥機は、連続式であれば形式は問わない。バンドドライヤ、竪型移動層式乾燥機などの採用が可能である。

図２は、本発明の焼結向けミニペレットの製造工程を示す図である。この図２に示すように、ポルトランド系セメントをバインダーとし、竪型容器内で所定強度まで養生した後、焼結貯鉱槽に補給することで、ヤード養生を必要としない製造方法を提供するものである。図３は、本発明に係る竪型容器が具備すべき機能を示す全体概略図である。竪型容器１の上部から生ペレット２が装入され、竪型容器１内の下部に設置されたテーブルフィーダー４より養生済み塊成鉱７として切り出されるまでの間に、装入物は絶え間なく降下する移動層３を形成する。

移動層３の頂部から下端まで移動する間に、ポルトランド系セメントの水和反応により生ペレット２の養生が進み、所定強度にまで養生が進んだところで、駆動装置５の回転によりテーブルフィーダー４の切り出し口６により切り出される。切り出された養生済み塊成鉱７は、定常時は切替え装置８を経由して次工程９へ輸送されるが、生ペレット製造工程の休止等の非定常時には、切替え装置８を切換えることで、バケットエレベーター１０により竪型容器１の頂部から再度装入される。

竪型容器１の形状は下広がりを基本とする。高炉向けコールドペレットおよび焼結向けミニペレットの造粒後の水分はそれぞれ１０〜１３％、１２〜１５％程度あるため、竪型容器の壁に極めて付着しやすい性質を持つ。このため下広がりとすることで、居付き・棚吊りを防止する。また、下広がりとすることで、装入物の切り出しに伴う下向きの動きに加えて横方向の動きが加わることから、後述するセメントボンド塊成鉱の相互付着を抑制する効果が大きくなる。下広がりのテーパの程度については、最適な角度は１／１０〜１／３０とする。

また、全ての装入物が所定の養生時間を確実に確保するためには、後入れ先出し現象を防止することが重要である。このため装入物がピストンフローで降下することを保証できる切り出し装置を具備する必要がある。例えば、竪型容器下部の断面積全体をカバーできる大きさのテーブルフィーダーを採用することで対応可能となる。

また、竪型容器内でセメントボンド塊成鉱を相互に水和反応で固着させないためには、常時所定の降下速度で装入物を移動させ続ける必要がある。したがって、造粒系統が故障で休止した場合、生ペレットの供給が停止する結果、竪型容器内の装入物上面は低下し続けることになる。装入物表面がかなり低下した状態で造粒系統の運転を再開すると、強度の低い生ペレットを装入物表面まで落下させることになり、その場合生ペレットは落下衝撃に耐えられず崩壊してしまうことになる。

上記のような問題を起こさせないためには、装入物表面が低下し始めたら、直ちに竪型容器から切り出された養生済みの塊成鉱を竪型容器の上部から供給し、竪型容器内の装入物表面を定常位置に保持する必要がある。養生済みの塊成鉱は竪型容器から切り出されたものでなくてもよく、例えば、別途設けた貯槽に蓄えておいた養生済み塊成鉱を供給することでもかまわない。造粒系統が故障から復旧したら、養生済み塊成鉱の供給を停止し、生ペレットの供給を再開する。また、工場の定期修繕等により、長時間造粒系統が停止する場合には、竪型容器内の装入物が全て養生済み塊成鉱に置換されるまで養生済み塊成鉱の供給を継続し、置換が完了すれば装入と切り出しを停止する。

竪型容器１の形状については、単なる下広がりでけでなく、図４の（ａ）、（ｂ）に示したとおり様々な形状を採用することができる。造粒直後のセメントボンド塊成鉱が相互に固着しやすい場合には、降下速度を大きくするとともに、竪型容器上部のテーパを大きく取ることで横方向の動きを大きくすることが固着防止に効果的である。このような場合には図４（ａ）の形状が望ましい。その勾配は竪型容器上部１／４が１／１０、下部３／４が１／２０とする。逆に、塊成鉱が相互に固着しにくい場合には、図４（ｂ）に示すとおり胴体下部はテーパをなくし直胴とすることも可能である。その時の胴体の上部勾配は、１／１０〜１／３０とする。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示すように、竪型容器を用いて高炉向けコールドペレットを製造した。また、表２に、高炉向けコールドペレットの原料として使用したダスト類および粉鉱石の配合を示す。粉鉱石は焼結用のものを−４４μｍが６０％程度となるように事前にボールミルで粉砕したものを使用した。表１には、成品ペレットの目標強度を１００、１２０、１６０ｋｇ／ｃｍ² に設定した３水準の操業を各２回実施した結果を示している。早強セメントは、配合原料の種類と目標強度に応じて配合比率を設定した。

操業は、竪型容器のテーパ（勾配）が１／２０、平均降下速度が１．３９ｃｍ／分、滞留時間が２４時間で実施し、２４時間後に竪型容器から切り出した時の圧潰強度（乾燥前強度と表示）と、それをバンドドライヤを用いて２００℃で３０分間乾燥して水分１％未満に乾燥し、次いで冷却した後の圧潰強度（乾燥後強度と表示）を表示した。乾燥前の強度と乾燥後の強度の比が前／後比率（％）である。操業実績を見ると、乾燥後強度はほぼ目標強度に近い値が得られており、高炉での使用に十分耐えられるコールドペレットが製造できた。

また、前／後比率（％）の値から、養生済みペレットの圧潰強度が成品ペレットの目標強度の６０％から８０％程度となるようにポルトランド系セメントの種類、添加比率、および竪型容器内滞留時間を設定しておけば、乾燥後の成品ペレットの圧潰強度はほぼ目標強度に近いものが得られることが判明した。滞留時間を短縮したい場合には、超早強セメント、或いは水和反応促進剤の使用によって調整することも可能である。

なお、養生済みペレットを乾燥することで、６０％から８０％の強度が１００％にまで強度が増加する理由については、次のように考えられる。２４時間程度の水和初期に乾燥することにより、ダスト粒子間に存在する水が蒸発して凝集する。これは水の表面張力と粒子間に存在する水の曲率半径で算出される毛細管張力によるもので、分子間引力（ファンデルワールス力）も働いている。このため、ペレットは収縮し強度が増加する。また、セメント粒子も水の中に存在して水和物が生成しており、温度がかかることによる水和促進も強度向上に寄与している。

なお、養生期間が長くなると、セメントの水和が進み、ある程度の組織が出来上がっていることから、粒子間の収縮が拘束されるため、乾燥による強度増強は僅かとなる。種々研究をした結果、乾燥により顕著に強度の増加が見られるのは、ダスト類と早強セメントの組合せでは、２４時間から７２時間で、１２０時間を超えると強度増加は僅かとなることが判明した。したがって、本発明の実施例では、竪型容器を小型化する観点から、養生時間を２４時間としたものである。また、既存のヤード養生においても一次養生ヤードでの完了したペレットを乾燥することで二次養生ヤードを省略することも可能である。

次に、竪型容器を用いて焼結用ミニペレットを製造し、焼結機の配合原料中５％まで使用した実施例を表３に示す。また、表４にはミニペレットの原料として使用したダスト類の配合を示す。この操業は、早強セメントの配合比率を変えた２水準とし、竪型容器のテーパ（勾配）は、竪型容器胴体上部１／４が１／１０、下部３／４が１／２０、平均降下速度が１．３９ｃｍ／分、滞留時間が２４時間で実施し、２４時間後に竪型容器から切り出した時の圧潰強度と造粒直後の生ペレット強度とを表示した。

表３には、竪型容器の高さがＨ（ｍ）、竪型容器内に装入した生ペレットの嵩密度が
ρ_B （ｔ／ｍ³ ）の時、竪型容器から排出される養生済みペレットの圧潰強度が達成すべき基準強度を１／５・Ｈρ_B （ｋｇ／ｃｍ² ）として表示した。

竪型容器の最下部のミニペレットにかかる上部ミニペレットによる静圧は、下広がりの形状から壁効果がなくなるため、１／１０・Ｈρ_B となるが、ミニペレット粒子の圧潰強度には相当のバラツキがあり平均よりもかなり低い強度しか持たない粒子もあることを考慮し、粉化を極力抑制する見地から、その２倍を基準値としたものである。２水準の操業実績は、ともにこの基準値を達成することができた。この２水準のミニペレットを焼結機の配合原料中５％配合して、焼結機の操業を実施した結果、ダスト類をミニペレット化せずにそのまま添加した場合に比べて、それぞれ１０７．６％、１０９．５％の生産性改善を達成することができた。

本発明に係る高炉向けコールドペレットの製造工程を示す図である。 本発明の焼結向けミニペレットの製造工程を示す図である。 本発明に係る竪型容器が具備すべき機能を示す全体概略図である。 竪型容器の各種形状を示す図である。 従来のヤード養生による高炉向けコールドペレットの製造工程を示す図である。 従来の焼結向けミニペレットの製造工程を示す図である。

符号の説明

１ 竪型容器
２ 生ペレット
３ 移動層
４ テーブルフィーダー
５ フィーダー駆動装置
６ 切出口
７ 養生済み塊成鉱
８ 切替え装置
９ 次工程
１０ バケットエレベーター

Claims (1)

1. 製鉄所発生ダスト類、および／または微粉鉱石にバインダーとしてポルトランド系セメントを加え、混合、調湿、混練工程を経た後、パンペレタイザーで造粒し、しかる後に養生することで所要の圧潰強度を持った高炉向けコールドペレット、または焼結向けミニペレットを製造する方法において、以下の三つの条件を併せ持つ竪型容器の上部から生ペレットを装入し下端から排出することで移動層を形成せしめ、生ペレットの装入から排出までの期間にセメントの水和反応熱により養生することを特徴とする、セメントボンド塊成鉱の製造方法。
   １）下広がりの１／１０〜１／３０のテーパを竪型容器胴体の全体または上部に有すること
   ２）竪型容器下端に、該竪型容器下部の断面積全体をカバーできる大きさのテーブルフィーダーを配置し、装入物がピストンフローで降下することを保証できること
   ３）生ペレットの装入が停止した際に、竪型容器下部から排出される養生済みのペレットを、バケットエレベーターにより直ちに竪型容器上部まで持ち上げ、かつ生ペレットの代りに供給することで、竪型容器の装入面の低下を防止できる供給装置を有すること。

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