JP6179898B2 - 製鋼用転炉排気残留物を再生利用するシステム、方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は概して製鋼の分野に関する。詳細には本発明は、製鋼用転炉排気残留物を再生利用するシステムおよび方法、ならびにそれにより製造される生成物に関する。

鋼を製造するプロセスの間、多くの残留物が生成される。それら残留物の中に塩基性酸素転炉からの残留物がある。転炉に基づく製鋼において、典型的に溶融銑鉄、屑金、石灰および鉄鉱石が装入される塩基性酸素転炉に、装入物から炭素およびケイ素を除去し、溶融鋼を生成するために、高速の酸素が注入される。このプロセスは、装入材料の微粉と一酸化炭素ガスを含有する大量の熱いヒュームを生成する。環境汚染を回避するため、熱いヒュームは環境中に放出される前、洗浄される。典型的に、ヒュームは水で急冷され懸濁する金属粒子と他の固形物が除去されるか、そのような粒子を除去するために静電集塵器に通される。残ったガス（一酸化炭素）は取り除かれ、しばしば製鋼プロセスの燃料として使用される。固形物および急冷プロセスに由来する急冷水はスラッジを形成し、それは典型的には沈殿タンクに収集される。金属鉄粒子と他の固形物とを含むこの残留スラッジは、一般に「厚い」スラッジと「薄い」スラッジとに分離される。

厚いスラッジはヒュームに由来するより大きい固形物を含有し、通例、埋め立て地に廃棄されるか、乾燥され、銑鉄を生成する加熱炉の焼結フィードとして使用される。薄いスラッジはヒュームに由来するより小さい固形物を含有し、通例、埋め立て地に廃棄されるか、加熱炉の焼結フィードとして「そのままの状態で（ｉｎ ｎａｔｕｒａ）」直接使用されるか、あるいはペレットを製造するためのバインダとしてベントナイトの代替物としてペレットフィードに「そのままの状態で」直接使用されることさえある。両材料は銑鉄になるために加熱炉に送られる。静電集塵器によってヒュームから除去された粒子、あるいは粉塵は同様に収集され、典型的には、含有する粒子サイズに基づいて「薄い」構成成分と「厚い」構成成分とに分離されることなく埋め立て地に廃棄される。

本発明を説明するため、図面が本発明の１つ以上の実施形態の態様を示す。しかし、当然のことながら、本発明は図面に示された正確な構成および手段に限定されない。

図１は、塩基性酸素転炉のヒューム洗浄システムによって生成されたスラッジを再生利用する方法の流れ図である。 図２Ａは、図１の方法を実行するように設計かつ構成された連続スラッジ処理システムの概略図である。 図２Ｂは、非常に細かい粒子を有する製鋼用転炉のヒューム残留物を処理するために設計かつ構成された連続スラッジ処理システムの概略図である。 図３は、塩基性酸素転炉スラッジを再生利用する連続処理方法の特定例を示す流れ図である。 図４は、乾燥された厚い転炉スラッジの写真である。 図５は、清浄後の厚い転炉スラッジの乾燥された特定残留物の写真であり、残留する金属鉄粒子と非金属鉄粒子とを示す。 図６は、金属鉄粒子を非金属鉄粒子から分離することによって濃縮するためにスラリー清浄化ステップの残留固形物を処理した後の金属鉄粒子の写真である。 図７は、金属鉄粒子を非金属鉄粒子から分離することによって濃縮するためにスラリー清浄化ステップの残留固形物を処理した後の非金属鉄粒子の写真である。 図８は、塩基性酸素転炉スラッジから回収された金属鉄粒子のみから本質的になる一組の団鉱の写真である。 図９は、図２の転炉スラッジ処理システムの音響キャビテーション装置の側面図である。 図１０は、図９の音響キャビテーションダクトの一部分の拡大された斜視立面図である。 図１１は、図１０の音響キャビテーションダクト部分の一端の拡大図である。 図１２は、製鋼用転炉のヒューム残留物からペレットフィードストックを製造する方法を示す流れ図である。 図１３は、ペレットフィードストックを製造するシステムの概略図である。 図１４Ａは、従来の転炉フィードストックペレットを含有するペレット運搬車を示す図である。 図１４Ｂは、図１２の方法および図１３のシステムを用いて製造された未加工ペレットで完全に満たされた図１４Ａのペレット運搬車の図である。 図１５は、製鋼用転炉のヒューム残留物から焼結フィードストックを製造する方法を示す流れ図である。 図１６は、焼結フィードストックを製造するシステムの概略図である。

上の「発明の背景」部分に記載したように、Ｌｉｎｚ−Ｄｏｎａｗｉｔｚ（ＬＤ）転炉などの塩基性酸素転炉を利用する製鋼プロセスの副産物は、金属鉄粒子と、酸化カルシウム、二酸化ケイ素、三酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、アルカリおよび亜鉛などの非金属鉄粒子を含む他の固形物とを含有する転炉スラッジである。一般的に、転炉スラッジ中のより多い固形物は「厚い転炉スラッジ」に分離され、この厚いスラッジは埋め立て地に処分されるか、銑鉄を製造するための焼結フィードとして使用される。埋め立て地への処分は環境的な理由から、および厚いスラッジ中の金属鉄が本質的に廃棄されるので望ましくない。一例において、厚い転炉スラッジの平均金属鉄含量はおよそ５０％である。銑鉄製造用の焼結フィードとして使用されるとき、厚い転炉スラッジは鉄鉱石微粒子と混合され、通常、従来式の鉄焼結プロセスにかけられる。直接溶鉱炉装入材料の団鉱として使用されるとき、厚い転炉スラッジは乾燥され、一般にバインダで補完され、団鉱に形成され、団鉱はその後典型的には溶鉱炉に添加されて銑鉄を生成する。厚い転炉スラッジ中の金属鉄がこのプロセスにおいて再生利用される一方、望ましくない結果は、アルカリ、亜鉛および団鉱を製造するために使用されるバインダなどの金属鉄粒子でない焼結フィード中の多量の材料のせいで追加のスラグが溶鉱炉中に形成されるということである。

本発明のいくつかの態様は、転炉スラッジ中に含有される金属鉄粒子が、転炉スラッジを主な材料とする従来の焼結フィードの欠点なく、効率的に再生利用可能になるように、転炉スラッジを処理することに関する。一例では、転炉スラッジ中に存在する金属鉄粒子の非常に大きな部分が、スラッジの非金属鉄部分から分離され、バインダ添加物や他の不純物なしに凝集体に形成される。その結果、高機械抵抗および高金属鉄含量（例えば８０％超）を有し、塩基性酸素転炉および／または電気アーク炉のフィードとして、本質的に屑鉄の置換物として使用可能な凝集体がもたらされる。これらの態様の例示的実施形態は、いくつかの特定例の文脈において以下に記載される。

次に図面を参照すると、図１は転炉スラッジ中に存在する金属鉄粒子を、スラッジ中の金属鉄粒子の金属鉄から本質的になる凝集体に凝集する方法１００を示す。この残留スラッジは、金属鉄粒子および上で言及した非金属鉄固形物など、ヒューム中に同様に存在する固形物のヒューム中のガスを取り除く塩基性酸素転炉プロセスに由来するヒュームを洗浄するプロセスにおいて生成されることを、当業者は容易に理解するであろう。

図１に見られるように、方法１００は数個の高次ステップのみを含む。しかしながら、現在の技術を用いる方法１００の実際の利用には、方法１００の高次ステップを実行するための複数の下位ステップが典型的に含まれることを当業者は容易に理解するであろう。それを踏まえて、ステップ１０５において、残留塩基性酸素転炉スラッジを、例えば、ヒュームスクラバ、貯蔵施設、または他の場所から受け取る。ステップ１１０において、スラッジ中の金属鉄粒子のかなりの部分を、残った実質的に全てが金属鉄粒子であるように、スラッジ中の非磁性鉄材料の全てから分離する。続いて、ステップ１１５において、金属鉄粒子を互いに凝集して、団鉱などの離散した凝集体にする。離散した凝集体はその一体性を実質的に失うことなく取り扱うことができる。理想的には、これら凝集体は、凝集体を実用可能な程度に非金属鉄粒子を含めずに維持するために、バインダや他の一切の添加剤なしに生成される。上に記載したように、転炉スラッジ中の金属鉄粒子に由来する純金属鉄のみから実質的に構成されるこれら凝集体は、塩基性酸素転炉または電気アーク炉に装入するためなど、任意の適切な目的のために使用可能である。

次に図２Ａおよび３を参照すると、これらの図はそれぞれ、元々スラッジ中の金属鉄粒子の金属鉄から実質的に構成された凝集体を形成するための、転炉スラッジ処理システム２００と、図２Ａのシステムを用いて転炉スラッジを処理する対応する方法３００とを示す。図２Ａおよび３、ならびに時折他の図面と一緒に機能する利便性のため、本開示で使用される各要素／ステップ番号の最初の１つまたは２つの数字は、読者がその要素／ステップを見るために見ている図の番号に一致することが指摘される。例えば、２００番台の番号を有する要素に関して、読者は図２Ａを見ているはずであり、３００番台の番号を有するステップに関して、読者は図３を見ているはずである。

図２Ａで見られるように、この例の転炉スラッジ処理システム２００は、高圧酸素ランス２０６を用いたＬＤ転炉２０４内での装入物（不図示）の酸素転換の間、転炉から発生するヒュームを洗浄するヒューム洗浄システム２０２の下流に位置決めされる。当業者は理解するように、洗浄システム２０２は転炉ヒュームを冷却し、ヒュームに由来する粒子状物質を、典型的にはヒュームを水（不図示）で急冷することによって洗浄する。そのような洗浄の生成物は、ヒュームに元々含有されるガス２０８（大部分一酸化炭素）および転炉スラッジ２１０であり、転炉スラッジ２１０はヒュームに由来する粒子状物質と急冷水との混合物である。この例では、スラッジ２１０は沈殿タンク２１２に収容される。

図３および転炉スラッジ処理システム２００の参照のため同じく図２Ａを参照すると、方法３００のステップ３０５において、転炉スラッジ２１０が分類にかけられ、そこでスラッジは厚い転炉スラッジ２１４と薄い転炉スラッジ（不図示）とに分離される。一例では、厚い転炉スラッジ２１４は、大きすぎて３２５メッシュふるいを通過できない、すなわち４４マイクロメートル超のサイズを有するスラッジ中の全ての固形物から実質的に構成される。勿論、所望の金属鉄粒子が厚い転炉スラッジ２１４から排除されない限り、他の最小粒径の切り捨てが使用されてもよい。示されるシステム２００の特定の実施形態では、この分類はＡｔｋｉｎｓ型スクリューコンベヤ２１６によって実行される。しかしながら、当業者は、１つ以上のサイクロン、１つ以上のジグセパレータ等を用いるなど、様々な方法のうちの任意のもので分類を達成できることを理解するであろう。とはいえ、Ａｔｋｉｎｓ型スクリューコンベヤ２１６が、以下でより詳しく取り組まれる例示的なシステム２００の連続流れ処理特性に貢献する。図４は、明確にするため乾燥された厚い転炉スラッジ２１４の試料４００を示す。図４は、金属鉄粒子（典型的に中実および中空の球体）と非金属鉄粒子（酸化カルシウムおよび二酸化ケイ素粒子など）を含む厚い転炉スラッジ２１４中の比較的大きな粒子４０４が、これら粒子に付着するバインダ微粉によってどのように被覆されるかを示す。

図２Ａおよび３を再び参照すると、ステップ３１０において、調整器／スラリーポンプ２２０を用いて水２１８を厚い転炉スラッジ２１４に添加して、スラリー２２２を生成し、スラリーをシステム２００の次にステージへ圧送する。一例において、水２１８は、スラリー２２２が約３０％固形分であるように厚い転炉スラッジ２１４に添加される。一般に、適切なスラリーは約２０％〜約５０％の範囲の固形分率を有する。この実施形態では、調整器／スラリーポンプ２２０は、１分あたり０．１ｍ^３の速さで３０％の固形分（７０％の水）を有するスラリー２２２を生成し圧送するように設計かつ構成される。

ステップ３１５において、スラリー２２２中でより大きい粒子に付着するバインダ微粉は粒子から除去される。このステップは「粒子清浄化ステップ」と呼ぶことができ、例えば、音響キャビテーションを用いて実行可能である。示される転炉スラッジ処理システム２００の実施形態において、粒子清浄化ステップ３１５は垂直に向けられた音響キャビテーション装置２２４によって実行され、該装置では、スラリー２２２が連続ストリーム中で装置を通って上方へ流れるとき、粒子は清浄化される。例示的な音響キャビテーション装置２２４のさらなる詳細は、図９〜１１と関連して以下で記載する。他の実施形態において、他の清浄化装置を使用することができる。図５は、粒子清浄化ステップ３１５の後のスラリー２２２に由来する比較的大きい粒子５０４の乾燥された試料５００を示す。粒子清浄化ステップ３１５が、厚い転炉スラッジ２１４中の粒子を元々被覆していたバインダ微粉をどのように除去するかを図５は明白に示している。同じく図５で見られるように、粒子５０４は金属鉄粒子５０４Ａと非金属鉄粒子５０４Ｂを含む。

再び図２Ａおよび３に戻って参照すると、ステップ３２０において、スラリー２２２中の今し方清浄化された粒子が、金属鉄粒子を濃縮するために、２つのグループ、金属鉄粒子（例えば図５の粒子５０４Ａ）と他の全ての粒子、すなわち非金属鉄粒子（例えば図５の粒子５０４Ｂ）とに分離される。図２Ａに示される転炉スラッジ処理システム２００の実施形態において、この分離は、互いに直列になった第１および第２らせん体ステージ２２６Ａ、２２６Ｂを有する２ステージ分離器２２６を用いて実行される。金属鉄粒子は一般的に非金属鉄粒子より重く、分離器２２６は異なる粒子をそれらの重さに基づいて重力分離プロセスにおいて分離する。この例では、第１ステージのらせん体２２６ＡはＤｏｗｎｅｒ ＥＤｉ Ｍｉｎｉｎｇ（Ｃａｒｒａｒａ，Ａｕｓｔｒａｌｉａ）から入手可能なハイグレード（ＨＧ）シリーズらせん体である。第１ステージのらせん体２２６Ａはスラリー２２２を主濃縮物２２８と主廃棄物２３０とに分離する。特定のＨＧらせん体２２６Ａが使用されたので、この例ではスラリー２２２の３０％固形分組成が選択されたことが指摘される。ここで、ＨＧ１１らせん体が使用された。このらせん体は約２７％〜約３３％の範囲の固形分率に最も有効である。他のらせん体および他のタイプの分離器を用いると、スラリー２２２の固形物含量は必要に応じてこの範囲外であることができる。

主濃縮物２２８はスラリー２２２由来のより重い粒子を含有し、それらは概ね所望の金属鉄粒子である。主濃縮物２２８は以下で記載するようにさらなる処理のために送られる。主廃棄物２３０はより軽い粒子を含有し、そのうちの一部は金属鉄粒子である。主廃棄物２３０は、これらより小さい金属鉄粒子の少なくとも一部を回収するために、第２らせんステージ２２６Ｂに送られる。この実施形態では、第２らせんステージ２２６Ｂは、Ｄｏｗｎｅｒ ＥＤｉ Ｍｉｎｉｎｇから入手可能な中間グレード（ＭＧ）シリーズらせん体であり、主廃棄物２３０を第２濃縮物２３２と第２廃棄物２３４とに分離する。第２濃縮物２３２中の粒子は概ね金属鉄粒子のみであるが、第２廃棄物中の粒子は概ね非金属鉄粒子のみである。主濃縮物２２８と同様に、第２濃縮物２３２は以下で記載するようにさらなる処理のために送られる。第２廃棄物２３４は沈殿タンク２３６に送られる。沈殿後、炭酸カルシウムおよび二酸化ケイ素粒子を含むこれら粒子２３８は、収集および乾燥され、例えばセメント中に使用可能である。

分離器２２６による処理の最終地点において、主濃縮物２２８と第２濃縮物２３２の組合せは金属鉄粒子を比較的高い濃度で、典型的には少なくとも８０％含有する。図６は、主濃縮物２２８と第２濃縮物２３２の組合せに含有された粒子６０４の乾燥された試料６００を示す。図６で見られるように、粒子６０４の事実上全てが金属鉄粒子である。対照的に、図７は分離器２２６による処理後、沈殿タンク２３６に捨てられた第２廃棄物２３４中にあった粒子２３８の乾燥された試料７００を示す。図７は、粒子２３８の実質的に全てが非金属鉄粒子であることをはっきり示している。Ｈｕｍｐｈｒｅｙ型らせん分離器２２６がここでは使用されているが、当業者は、ステップ３２０の分離は、サイクロン分離器、濃縮テーブル、ジグセパレータ、および電磁式分離器等を用いることによるなど、様々な他の方法のうちの任意のもので達成できることを容易に理解するであろう。

図２Ａおよび３に戻って参照すると、ステップ３２５において、高濃度の金属粒子を含有する主濃縮物２２８と第２濃縮物２３２は、脱水される。示される実施形態において、脱水は脱水スクリューコンベヤ２４０を用いて達成されるが、他の実施形態では、脱水は脱水サイクロン等を用いるなど、他の方法で達成することができる。脱水スクリューコンベヤ２４０の生産物は、再び概ね金属鉄粒子のみである主濃縮物２２８および第２濃縮物２３２由来の粒子２４２と、水と２つの濃縮物由来の超微粒子との混合物２４４である。示される実施形態では、混合物２４４は沈殿タンク２３６に送られ、水は調整器／スラリーポンプ２２０など、システム２００の他の部分で再利用され、ここでそれは上記のように３０％固形分スラリー２２２を生成するために使用される。脱水スクリューコンベヤ２４０からの粒子２４２生産物の流れは約２０％の水分含量を有する。ステップ３３０において、粒子２４２は適切な乾燥機２４６で乾燥される。一例において、乾燥機２４６は粒子を約２００℃まで加熱し、水を粒子から追い出す。

元々転炉スラッジ２１０中にある金属鉄粒子の分離／隔離に貢献するシステムの全ての部分は、それらが分離／隔離プロセスに関与しているので、集合的に「分離装置」とみなすことができる。例示的な転炉スラッジ処理システム２００において、そのような分離装置は、微粉をスラリー２２２中の粒子から除去する音響キャビテーション装置２２４、およびスラリー２２２中の金属鉄粒子を濃縮する分離器２２６のみならず、分類スクリューコンベヤ２１６、調整器／ポンプ２２０、脱水スクリューコンベヤ２４０、および乾燥機２４６も含み、それらの全ては分離／隔離プロセス全体に貢献する。

ステップ３３５において、今し方乾燥された粒子２４２が凝集体に、ここでは凝集団鉱２４８に成形される。それらは凝集性を失うことなく取り扱い、保管することができる。示される転炉スラッジ処理システム２００の実施形態では、ステップ３３５は、使用される団鉱の種類に起因して、２つの主要な下位ステップ３３５Ａ、３３５Ｂを有する。下位ステップ３３５Ａにおいて、粒子２４２は、高圧成形装置２５２を用いて、緩く結合された団鉱２５０に成形される。この実施形態において、成形装置２５２は団鉱プレスである。一例として、成形機２５２は、Ｋ．Ｒ．Ｋｏｍａｒｅｋ（Ｗｏｏｄ Ｄａｌｅ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）から入手可能な２２０メートルトン団鉱プレスモデルＢ２２０Ｂであることができる。粒子は概ね金属鉄粒子（典型的には微小球）のみでありかつバインダを使用していないため、緩く結合された団鉱２５０は非常に低い機械抵抗を有し、従って一般的にそれらの初期結合性を失うことなく取り扱うことはできない。

その結果、下位ステップ３３５Ｂにおいて、緩く結合された団鉱２５０は加熱処理装置２５４で加熱処理されて、緩く結合された団鉱が、もしあれば標準的な取扱いおよび保管の間概ね無傷のままである凝集団鉱２４８に転換するようにする。一例では、下位ステップ３３５Ｂにおいて、緩く結合された団鉱２５０は、機械抵抗と、元々の形状を実質的に失うことなくそれらを取り扱い保管できる硬度とを有する凝集団鉱２４８にそれらを変換するのに十分長い時間、十分に高い、典型的には約７００℃を超える温度まで加熱される。一実施形態では、加熱処理装置２５４は、転炉スラッジ処理システム２００の残りの部分を補完する連続供給炉であり、転炉スラッジ処理システム２００では主要な構成要素は連続供給構成要素である。一例では、加熱処理装置２５４は、２５分の滞留時間を提供し、緩く結合された団鉱２５０を約８５０℃〜約９００℃の温度で加熱する８メートルの長さの炉である。これら条件の下、緩く結合された団鉱２５０内の粒子２４２の界面の原子間の熱移行は、粒子が凝集的に結合しかつ凝集団鉱２４８を成形する点まで促進される。エネルギー使用量は、緩く結合された団鉱２５０を、凝集結合を可能にするのに十分なだけ加熱することによって、最小化することができる。勿論、溶融が生じるまで粒子を加熱することができるが、これはエネルギーをより必要とする。凝集団鉱２４８の成形に貢献する装置の全部分は、集合的に「成形装置」とみなすことができる。例示的な転炉スラッジ処理システム２００において、そのような成形装置は高圧成形装置２５２と加熱処理装置２５４とを含む。

凝集団鉱２４８は一般的に、溶融点に達するまで凝集性を失わない。図８は、例えば３ｃｍ×２．５ｃｍ×１．５ｃｍの寸法の団鉱を製造する上で言及したＫ．Ｒ．Ｋｏｍａｒｅｋ Ｂ２２０Ｂ団鉱プレスを含む転炉スラッジ処理システム２００を用いて製造した実際の凝集団鉱２４８のセット８００を示す。いったん凝集団鉱２４８が製造されると、それらは希望通りに使用可能である。例えば、上で言及したように、凝集団鉱を塩基性酸素転炉または電気アーク炉の装入材料として使用することができる。

上で言及したように、例示的な転炉スラッジ処理システム２００は、方法３００のステップがシステムを通した連続流で実行されるように設計かつ構成される。すなわち、本システムに選択される全ての主要な装置部分はバッチを処理しない。むしろ、それらは連続流で処理する。例えば、加熱処理装置２５４に使用される例は、緩く結合された団鉱２５０が炉の長さに沿って前進するにつれて加熱される炉である。他の例として、Ａｔｋｉｎｓ型スクリューコンベヤ２１６、Ｈｕｍｐｈｒｅｙ型らせん分離器２２６、および脱水スクリューコンベヤ２４０の全ては、連続処理モードで動作する。とはいえ、当業者には当然のことながら、代替実施形態において、連続処理モード装置の開示された部分のいずれかの部分を、対応するバッチ処理装置で置き換えることができる。

さらに、使用される装置の特性に応じて、図２Ａの転炉スラッジ処理システム２００の２つ以上の装置部分は、置き換えられた装置部分と同一の結果を達成する単一の装置部分で置換え可能であることを当業者は容易に認識するであろう。例えば、システム２００において、金属鉄粒子の凝集体を成形するステップ３３５は高圧成形装置２５２と加熱処理装置２５４とを用いて実行される。しかしながら、粒子を加圧成形する間加熱するように設計かつ構成された単一の装置部分で２つの別個の装置２５２、２５４を置き換えることができる。当業者はそのような置換えがなされ得る場所を理解するであろう。

例示的な転炉スラッジ処理システム２００の重要な構成要素は、かかる高純度の金属鉄団鉱２４８の生成を可能にする、より大きい粒子のスラリー２２２からのバインダ微粉の除去を果たすその役割ゆえ、音響キャビテーション装置２２４である。上述のシステム２００の他の構成要素と同様、音響キャビテーション装置２２４は、スラリー２２２の連続流が装置を通って流れるときそれを処理するように設計かつ構成されている。これを達成するため、音響キャビテーション装置２２４は独特の設計を有し、それは図９〜１１でより詳しく示される。

ここで図９を参照すると、示されている例示的な音響キャビテーション装置２２４は、厚い転炉スラッジと水から構成される約１５％固形分のスラリー〜約５０％固形分のスラリーを、１時間当たり１０ｍ^３の速さで処理するように設計かつ構成されている。図２Ａの特定例では、スラリー２２２の固形分率は約３０％である。このことは、装置２２４に関する以下の記載を読む際、他の実施形態は異なる構造、寸法等を、特に他の処理速度用に設計される場合に有することができるということを理解するために、気に留めておくべきである。

音響キャビテーション装置２２４は、音響キャビテーションダクト９００、入口９０４、および出口９０８を含み、設置される時、ダクトは入口が下端に、出口が上端にあるように垂直に向けられる。ダクト９００は、水平に向けるとダクト内の固形物が沈殿し得るという理由から、水平よりも垂直にまたは傾斜して向けられると好ましいが絶対に必要というわけではないことが指摘される。入口９０４を下端に配置することはまた、スラリー２２２（図２Ａ）が音響キャビテーション清浄化作用に曝される時間を制御する助けにもなる。この例では、音響キャビテーションダクト９００の、入口９０４と出口９０８の間の流れ方向の長さは５メートルであり、また音響キャビテーションダクト９００は、フランジ付きかつボルト締めされた接続要素９１２Ａ〜Ｄを介して互いに固定された５つの同一の１メートル長さの部分９００Ａ〜Ｅから構成される。入口９０４と出口９０８は、フランジ付きかつボルト締めされた接続要素９１６Ａ〜Ｂを介して音響キャビテーションダクト９００に同じように固定される。図１０および１１で最もよく見られるように、音響キャビテーションダクト９００は、約７０ｍｍ×３２ｍｍの寸法の矩形の横方向断面形状を有する内側通路１０００を画定する。

図１０に見られるように、各音響キャビテーションダクト部分９００Ａ〜Ｅは、その部分に沿って均等に間隔を空けて置かれた１１個の超音波トランスデューサを含み、ここで６個のトランスデューサ１００４Ａ〜Ｆがその部分の片側にあり、５個のトランスデューサ１００８Ａ〜Ｅが他方側にある。トランスデューサ１００４Ａ〜Ｆ、１００８Ａ〜Ｅによって、圧縮波および減圧波のアコースティックエミッションが提供され、それによりスラリー２２２（図２Ａ）がダクト９００を連続的に流れるときスラリー２２２内のキャビテーションが促進される。この作用はバインダ微粉および他の表面物質をスラリー２２２中の粒子から除去するだけでなく、不要な従来の静的滞留時間と従来の攪拌機を付与する。

この例では、超音波トランスデューサ１００４Ａ〜Ｆ、１００８Ａ〜Ｅはそれぞれ圧電トランスデューサであり、トランスデューサ１００４Ａ〜Ｆは５０Ｗ、２５ｋＨｚトランスデューサであり、トランスデューサ１００８Ａ〜Ｅは５０Ｗ、４０ｋＨｚトランスデューサである。従って、５個の同様の部分９００Ａ〜Ｅから構成される音響キャビテーションダクト９００全体は、合計５５個の超音波トランスデューサ１００４Ａ〜Ｆ、１００８Ａ〜Ｅを有し、トランスデューサの３０個は５０Ｗ、２５ｋＨｚトランスデューサであり、トランスデューサの２５個は５０Ｗ、４０ｋＨｚトランスデューサである。トランスデューサ１００４Ａ〜Ｆ、１００８Ａ〜Ｅは、１１個の２５０Ｗ電源９２０Ａ〜Ｋによって、５個からなるグループごとに電力供給を受ける。

図２Ａおよび９を参照すると、音響キャビテーション装置２２４は、概ね以下のように作動する。スラリー２２２が入口９０４に入ると、微粉が、概ね厚い転炉スラッジ２１４を形成する金属および非金属材料に結合する。スラリー２２２が音響キャビテーションダクト９００に曝されるとき、典型的には球体の形状である金属鉄粒子（図５の粒子５０４Ａを参照）が、トランスデューサ１００４Ａ〜Ｆ、１００８Ａ〜Ｅ（図１０）によって発生される超音波によって決定される周波数で振動を始める。金属鉄粒子が振動する周波数は、非金属材料が振動する周波数と異なり（より高い）、これにより金属鉄粒子からの微粉の除去が促進される。この例では、２つの異なる超音波周波数を使用して、スラリー２２２中に強力な超音波キャビテーションの均一な音場を生成し、それは音響キャビテーションダクト９００内に割り当てられた直線状空間内の反応動力学を最大化する。音響エネルギーが、急激なプロセス速度の変化と、分子レベルに至るまでの品質向上を実現する。

示される音響キャビテーション装置２２４は単なる一例であり、他の多くの構成が可能であることを当業者は容易に認識するであろう。連続流音響キャビテーション装置を設計するための設計の検討には、懸案のスラリーの組成、スラリーの流速、適用される超音波のパワー、音響キャビテーションダクト内のスラリーの滞留時間、および必要な処理速度がとりわけ含まれる。パワーは７Ｗ／ｓ超であるべきであり、滞留時間は大部分の商業的利用には少なくとも約２．５秒であるべきであることは明らかである。音響キャビテーション装置の代替的な構成は、寸法、横方向断面形状、長さ、直線度等が異なる通路を有することができる。代替的な構成はまた、異なる数のトランスデューサおよび異なるトランスデューサの位置および配置を有することができる。当業者であれば、必要以上の実験なく、所望の／必要な清浄化機能を提供する音響キャビテーション装置を設計、作製および使用することができるであろう。

図２Ａおよび３は厚いスラッジ２１４（図２Ａ）を調整器／スラリーポンプ２２０に投入することに関するが（図３の方法３００のステップ３１０も参照）、図２Ｂは、図２Ａの厚いスラッジ２１４と比較して比較的微細な酸化鉄含有粒子を含有する投入残留物２６２を処理するように特に適合されたシステム２５８を示す。図２Ｂの投入残留物２６２の例として、スラッジ２１０の一部として図２Ａのスクリューコンベヤ２１６から入手できるものなどの薄いスラッジと（スラッジ２１０はその部分を厚いスラッジとしてコンベヤの上部に形成しない）、図２Ａの洗浄システム２０２に取って代わり得る静電集塵装置（不図示）に由来する粉塵とが挙げられる。

図２Ｂに見られるように、残留物２６２を、薄いスラッジ、静電集塵機の粉塵、その他であったとしても、ここでは調整器／スラリーポンプ２６８の中で水と混合し、スラリー２７２を生成し、スラリーをシステム２５８の次の工程へ圧送する。一例では、水２１８は、スラリー２７２が約３０％固形分となるように残留物２６２に添加される。一般的に、適切なスラリーは約２０％〜約５０％の範囲の固形分率を有し得る。この実施形態では、調整器／スラリーポンプ２６８は、３０％固形分（７０％水）を有するスラリー２７２を１分あたり０．１ｍ^３の速度で生成し圧送するように設計かつ構成される。

調整器／スラリーポンプ２６８はスラリー２７２を分離装置２７６へ圧送する。分離装置２７６は、酸化鉄含有粒子を、酸化鉄を含まない粒子から概ね分離する。この例では、装置２７６は垂直に向けられた音響キャビテーション装置であり、該装置の中で、スラリー２７２が連続流として装置を通って上方へ流れるとき、粒子は分離される。分離装置２７６として使用可能な例示的な音響キャビテーション装置２２４のさらなる詳細は、図９〜１１と関連して上に記載されている。他の実施形態では、別の分離装置を装置２７６として使用することができる。

なおも図２Ｂを参照すると、スラリー２７２中の今し方分離された粒子が、２つのグループ、金属粒子２８０と、比較的大量の酸化鉄を含有する非金属粒子２８４とに分離される。図２Ｂに示されるシステム２５８の実施形態では、この分離は、金属粒子２８０を引きつける磁石２８８Ａを有する磁性分離器２８８を用いて達成されるが、この分離は当分野で公知の他の装置を用いて達成することができる。所望なら、今し方分離された金属粒子２８０を、上に記載した技法を用いて、図２Ａの粒子２４２のやり方で、図２Ａの団鉱２４８と同様の凝集団鉱へ処理することができる。図２Ｂの今し方分離された非金属粒子２８４は、例えば図１２〜１６と関連して以下に記載する方法で、ペレットまたは焼結フィードストック、あるいはその両方の製造に使用することができる。

図１２は、本発明の様々な態様に従いペレットフィードストックを製造する方法１２００を示す。ステップ１２０５において、残留物を形成するために、粒子は製鋼用転炉プロセスの排気ヒュームから取り出される。上に記載したように、残留物は、とりわけ、例えば、ヒューム急冷プロセスから得られるスラッジ、または静電集塵プロセス由来の粉塵であり得る。ステップ１２１０において、残留物は金属粒子と非金属粒子を互いに分離するように処理される。他の例では、これは上で図２Ｂに関連して示し、記載した音響ダクト分離技法を用いて実行される。

ここで図１２のみならず、方法１２００の残り部分を可視化する図１３も参照すると、図１３中要素番号１３００で表される、今し方分離された実質的に非金属の粒子（これら粒子は図２Ｂの粒子２８４であり得る）が、ステップ１２１０における分離の後濡れている場合、任意選択のステップ１２１５において、非金属粒子を、例えば約４％〜約１％の水分含量に達するまで乾燥することができる。一例では、任意選択のステップ１２１５は、プレスフィルタまたはＯｕｔｏｔｅｃ Ｏｙｊ（Ｅｓｐｏｏ，Ｆｉｎｌａｎｄ）から入手可能なＯｕｔｏｔｅｃ真空ベルトフィルタ（旧Ｌａｒｏｘ）などの非加熱型乾燥機１３０４によって実行することができる。非加熱の乾燥は粒子１３００の吸湿性を維持する傾向にあり、それは粒子を、銑鉄製造用のペレットフィードストック１３１２を製造するための、図１３のシステム１３０８などのペレット化システムでバインダとして使用する際に望ましい特性である。

ステップ１２２０において、ここでは供給箱１３１６で表されている非金属粒子１３００は、ペレットフィードストック１３１２を生成するために使用され得る１種またはそれ以上の他の材料と混合される。この例では、それら他の材料は、鉄鉱石（供給箱１３２０で表される）、石灰石（供給箱１３２４で表される）、ベントナイト（供給箱１３２８で表される）、および必要であれば石炭（供給箱１３３２で表される）を含む。供給箱１３１６、１３２０、１３２４、１３２８および１３３２中の全ての材料は、ペレットフィードストック１３１２を生成するために使用される投入量によって決定される特定の混合に従い互いに組み合わされる。排気ヒューム残留物から取り出された粒子１３００を除いて、当業者であれば、混合材料の種類および特性、ならびに転炉装入材料および銑鉄を製造するために使用される溶鉱炉に添加される他の材料の化学的性質に応じた混合比の決定の仕方を認識しているであろう。例えば、供給箱１３２８で表されるベントナイトは、製造されるペレットフィードストック１３１２のメートルトンあたり約４ｋｇ〜約２５ｋｇの範囲で添加されることが多い。粒子１３００は、ペレットフィードストックのメートルトンあたり約４ｋｇ〜ペレットフィードストックのメートルトンあたり約１８ｋｇなど、適切な量で添加される。供給箱１３１６、１３２０、１３２４、１３２８および１３３２からの材料は、ペレットフィードストック１３１２の前駆体である混合物１３４０を生成するように、回転混合器１３３６または他の混合装置を用いることによってなど、任意の適切な方法で混合することができる。図１３では、混合物１３４０は、貯蔵箱１３４４に一時的に貯蔵されるように示されているが、これは、本開示の範囲内にある他のペレット形成システムでは、そうである必要はない。

ステップ１２２５において、混合物１３４０は適切にサイズ決めされた未加工ペレット１３４８（すなわちまた加熱処理されていないペレット）に処理される。図１３のペレット形成システム１３０８において、この処理は回転ドラム式ペレット製造機１３５２と、ペレット製造機によって生産された適切にサイズ決めされたペレットを選択するベルト式ふるい１３５６とによって達成される。勿論、他の種類の装置を使用して、適切にサイズ決めされた未加工ペレット１３４８を製造することができる。適切にサイズ決めされた未加工ペレット１３４８を形成するために使用される装置に関するさらなる記載は、そのような装置は銑鉄製造用の従来のペレットフィードストックを製造する当分野で知られているため、不要である。

ステップ１２３０において、未加工ペレット１３４８は最終ペレットフィードストック１３１２を製造するように加熱および冷却される。図１３に示される例では、未加工ペレット１３４８は、従来式のペレットフィードストック加熱炉装置１３６０によって加熱される。ペレットフィードストック加熱炉装置１３６０はペレット運搬車１３６４を使用し（ここでは３台のペレット運搬車１３６４Ａ、１３６４Ｂおよび１３６４Ｃが示される）、初期未加工ペレット１３４８を加熱炉の中へと運ぶ。各ペレット運搬車１３６４は、初期未加工ペレット１３４８が約１，２５０℃に達して加熱されることを可能にする高温抵抗性材料から作製される。加熱プロセスによって、初期未加工ペレット１３４８は機械的損傷に対して比較的高い抵抗性のある凝集ペレットフィードストック１３１２になる。加熱の後、ペレットフィードストック１３１２は、任意の順番で、冷却され、ペレットの最適なサイズを選択するために必要に応じてふるい分けされ、保管される。転炉排気ヒューム残留物から回収された大部分非金属の粒子１３００（図１３）のペレットフィードストック１３１２への添加は、従来のペレット製造にベントナイトを添加するのと同様であり、両材料とも吸湿性である。しかしながら重要な違いは、非金属粒子１３００が酸化鉄を含むということであり、酸化鉄は従来のペレットフィードストックと比べてペレットフィードストック１３１２の総鉄量を上げる。一例では、ペレットフィードストック１３１２の総鉄量は約０．８重量％であるが、従来のペレットフィードストックの総鉄量は約０．３重量％である。さらにペレットフィードストック１３１２は、ベントナイトの低減のせいで、従来のペレットフィードストックと比べて相対的に低い量のケイ素およびアルミナを有する。実質的に、ペレットフィードストック１３１２のケイ素およびアルミナの量は、非金属粒子１３００中の残留物に起因する。

ペレット運搬車に基づく加熱技法が未加工ペレット１３４８を加熱するために使用されているとき、非金属粒子１３００の結合の結果得られた未加工ペレットの独特の特性により、転炉排気ヒューム残留物からの非金属粒子を含有しない従来の未加工ペレットと比べた場合、はるかにより高い加熱効果と加熱処理量がもたらされる。例示のため、図１４Ａがペレット運搬車１４００を示すが、それは図１３のペレット運搬車１３６４のいずれか１つに対応するものであり、従来の方法で従来のペレットフィードストック１４０４で満たされている。ペレット運搬車１４００を満たす従来の方法は、本質的に、ペレット運搬車の内側１４０８に既に加熱された従来のペレット１４０４Ａを敷き詰め、続いて内側の残りを従来の未加工ペレット１４０４Ｂで満たす。これが行われるのは、従来の未加工ペレット１４０４Ｂが、ペレット運搬車１４００の内側１４０８全体を満たすのに必要とされ得る機械的強度（圧縮抵抗）を有さないためである。未加工ペレット１４０４Ｂが十分な強度を有していたらペレット運搬車１４００は未加工ペレット１４０４Ｂで完全に満たすことができるだろうが、それらの制限された強度によってそれは許されない。その結果、各積荷で加熱される未加工ペレット１４０４Ｂの量は、未加工ペレットの破砕および粉砕を防止するために必要な既に加熱されたペレット１４０４の量によってかなり低減される。従来の加熱プロセスは典型的に７０％〜８５％の未加工ペレットと３０％〜１５％の加熱済みペレットとを必要とする。本発明のプロセスでは、加熱済みペレットの量は０％まで低減することができる。

反対に、図１３の未加工ペレット１３４８など、転炉排気ヒュームから回収された概ね非金属の粒子を含む本発明の態様に従い作製された未加工ペレットは、そのような粒子を含有しない従来の未加工ペレットよりはるかに高い機械的強度を有する。例えば、本発明者らは、本発明に従い作製された未加工ペレットが従来の未加工ペレットの機械的強度より最大４０％高い強度を有することを観察した。実際、このより高い機械的強度によって、ペレット運搬車１４００の内側１４０８全体を、図１４Ｂで示されるように、本開示の排気ヒューム残留物粒子を含有する未加工ペレット１４１２で完全に満たすことが可能になる。ペレット運搬車１４００の全容量が未加工ペレット１４１２に利用されるので、これら未加工ペレットを加熱する処理量および効率は、従来の未加工ペレット１４０４Ｂを加熱するよりもはるかに高く、その理由は、再び言及すると、従来の未加工ペレット１４０４Ｂは図１４Ａに示されるようにペレット運搬車１４００の内側１４０８の容量の一部を占めるだけだからである。

図１５は本発明の様々な態様に従い焼結フィードストックを作製する方法１５００を示す。ステップ１５０５において、粒子が製鋼用転炉プロセスの排気ヒュームから取り出され残留物を形成する。上に記載したように、残留物は例えば、とりわけ、ヒューム急冷プロセスの結果得られたスラッジまたは静電集塵プロセスに由来する粉塵であり得る。ステップ１５１０において、残留物は金属粒子と非金属粒子とを互いに分離するように処理される。一例では、これは上で図２Ｂに関連して示し、記載した音響ダクト分離技法を用いて行われる。

ここで図１５のみならず、方法１５００の残り部分を視覚化する図１６も参照すると、図１６中要素番号１６００で表される、今し方分離された実質的に非金属の粒子（これら粒子は図２Ｂの粒子２８４であり得る）が、ステップ１５１０における分離の後濡れている場合、任意選択のステップ１５１５において、非金属粒子を、例えば約４％〜約１％の水分含量に達するまで乾燥することができる。一例では、任意選択のステップ１５１５は、プレスフィルタまたはＯｕｔｏｔｅｃ Ｏｙｊ（Ｅｓｐｏｏ，Ｆｉｎｌａｎｄ）から入手可能なＯｕｔｏｔｅｃ真空ベルトフィルタ（旧Ｌａｒｏｘ）などの非加熱型乾燥機１６０２によって実行することができる。非加熱の乾燥は粒子１６００の吸湿性を維持する傾向にあり、それは粒子を、銑鉄製造用の焼結フィードストック１６０６を製造するための、図１６のシステム１６０４などの焼結フィードストック製造システムでバインダとして使用する際に望ましい特性である。

非金属粒子１６００は焼結フィードの化学的性質の全てを有するが、それは酸化鉄、石灰石および他の構成要素をサイズで分離するプロセスに由来するので、典型的には図１６中要素番号１６００Ａで示されるような非常に微細な材料である。典型的に材料のサイズは３２５メッシュ未満である。非金属粒子１６００が、焼結フィードストック１６０６へと効果的に処理するには微細過ぎると見なされる場合、ステップ１５２０において、粒子は例えば微小ペレット製造装置１６１０を用いて、適切にサイズ決めされた微小ペレット１６０８へと処理される。一例では、「適切にサイズ決めされた」は６０メッシュ超、すなわち約０．２５ｍｍ超のサイズを意味する。

微小ペレット製造装置１６１０の一実施形態において、非金属粒子１６００は供給箱１６１２に配置される。その後、非金属粒子１６００はバインダ（供給箱１６１４で表される）および水（タンク１６１６で表される）と適切な量で、混合器１６１８を用いて混合される。当業者は容易に認識するように、非金属粒子１６００と混合されるバインダ１６１４および水１６１６の量は、使用されるバインダの種類、ならびに粒子の特定の性質および化学的性質に応じて変化し得る。バインダ１６１４はいずれの適切な有機または無機バインダあるいはその混合物であってもよい。特定の例では、バインダ１６１４は予めゼラチン化されたコーンフラワーである。そのようなコーンフラワーがバインダ１６１４として使用されるとき、コーンフラワーは、重量基準で全混合物の約２％〜約１２％の範囲の割合で非金属粒子１６００と混合され得る。この例では、水１６１６は粒子１６００とコーンフラワーの混合物に、重量基準で混合物１６２０全体の約２８％〜約４２％の割合で添加され得る。

混合物１６２０は続いて、未加工微小ペレット１６２４を生成する押出し機１６２２へ送られ、未加工微小ペレット１６２４はその後、それらを加熱し比較的高い機械的強度を付与するために約８０℃〜約２５０℃の範囲の温度で加熱される。この加熱は、例えば、とりわけ、ホットプレート（不図示）、ホットベルト１６２６、または低回転加熱炉（不図示）を用いて実行可能である。加熱された微小ペレット１６２４Ａは続いて、例えばベルト型ふるい１６２８を用いてふるいにかけられ、設定されたサイズ基準に適合しない粒子を排除する。前の例では、６０メッシュより小さい加熱済み微小ペレット１６２４Ａ中の粒子が除去される。この実施形態において、これら不適格な小さい粒子は、再生利用ライン１６３０で示されるように、再生利用され、再び混合器１６２０に組み込まれる。他の実施形態では、不適格な小さい粒子は廃棄され得るか、または他の場所で使用され得る。不適格にサイズ決めされた加熱済み微小ペレット１６２４Ａは微小ペレット１６０８である。微小ペレット１６０８の比較的かなりより大きいサイズは、番号１６０８Ａで表される微小ペレットの相対的なサイズを、番号１６００Ａで表される開始非金属粒子１６００と比較することによって見ることができる。この微小ペレット１６０８の比較的より大きいサイズは、非常に小さいサイズの粒子１６００が微小ペレット製造なしに使用されたら生じるであろう焼結プロセス（以下に記載）の通気性に影響を及ぼすということがなく粒子１６００を使用できることを意味する。その結果、焼結プラントの生産性は、従来材料を使用した焼結フィードの製造と比べて低下しない。

ステップ１５２５において、ここで供給箱１６３２として表される微小ペレット１６０８は１種以上の他の材料と混合されて混合物１６３４が製造され、混合物１６３４は焼結フィードストック１６０６を生成するために使用される。この例では、それら他の材料には、鉄鉱石（供給箱１６３６で表される）、石灰石（供給箱１６３８で表される）、および石炭（供給箱１６４０で表される）が含まれる。供給箱１６３２、１６３６、１６３８および１６４０中の全ての材料は、焼結フィードストック１６０６を製造するために使用される投入量によって決定される特定の混合物に従って互いに組み合わされる。排気ヒューム残留物から取り出された粒子１６００から製造された微小ペレット１６０８を除いて、当業者であれば、混合物材料の種類および特性、ならびに転炉装入材料および銑鉄を作製するために使用される溶鉱炉に添加される他の材料の化学的特性に応じた混合比の決定の仕方を認識しているであろう。材料１６３２、１６３６、１６３８および１６４０の混合は、材料が散水ステーション１６４４で予め水を掛けられた後、混合器、ここでは回転混合器１６４２を用いて実行される。この例では、混合物１６３４は散水ステーション１６４６で再び水を掛けられ、貯蔵／供給箱１６４８に送られる。

ステップ１５３０において、混合物１６３４は最終焼結フィードストック１６０６へと処理される。図１６に示される例では、混合された材料１６３４は、従来の焼結フィードストック加熱炉システム１６５０によって加熱され、焼結フィードストック加熱炉システム１６５０は焼結運搬車（ここでは単一の焼結運搬車１６５２が示されている）を使用して、湿った混合済み材料１６３４を加熱炉１６５４の中へと運ぶ。各焼結運搬車１６５２は、初期湿潤混合材料１６３４が約８００℃〜約１，２００℃に達して加熱されることを可能にする高温抵抗性材料から作製される。加熱プロセスによって、初期湿潤混合材料１６３４は概ねモノリシックな本体１６５６になる。加熱の後、モノリシック本体１６５６は適切な破砕機１６５８で破砕され、適切な装置１６６０によってフィルタリングされ、最終焼結フィードストック１６０６に不要ないっさいの微粉１６６２が除去される。フィルタリングによって除去されたいっさいの除去済み微粉１６６２および／または加熱炉１６５４内で収集されたいっさいの微粉は、微小ペレット製造装置１６１０に戻して再生利用することができる。任意選択的に、フィルタリングの後、焼結フィードストック１６０６を、例えば冷却ファン１６６４で冷却して、貯蔵または銑鉄製造プロセスに直接送ることができる。

例示的な実施形態を上に開示し、添付図面に示した。当業者には当然のことながら、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に特定的に開示した実施形態に様々な変更、省略、および追加がなされてもよい。

Claims (37)

1. 製鋼用転炉に由来するヒュームを洗浄するヒューム洗浄システムからのスラッジを処理するシステムにおいて、前記スラッジが金属鉄微小球と非金属鉄材料とを含み、前記システムが、
   前記非金属鉄材料から実質的に金属鉄微小球だけを隔離するように前記スラッジを処理すべく設計かつ構成された分離装置であって、少なくとも２つの異なる音響キャビテーション加振周波数を使用して前記金属鉄微小球に付着した表面微粉を除去するように設計かつ構成され、表面が清浄された金属微小球を生成する超音波清浄器を含む分離装置と、
   前記分離装置によって隔離された前記表面が清浄された金属鉄微小球を受け、それにより本質的に前記分離装置によって隔離された前記金属鉄微小球からなる凝集体を成形するように設計かつ構成された成形装置と、
   を含むことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記超音波清浄器が、連続流において前記スラッジから生成されたスラリーを処理するように設計かつ構成された音響キャビテーション装置を含むことを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記音響キャビテーション装置が、流れ軸を有する細長い流体通路を画定する音響キャビテーションダクトを含み、前記音響キャビテーション装置がさらに、前記細長い流体通路と音響的に連通しかつ前記音響キャビテーションダクトに沿って離間された複数の超音波トランスデューサを含み、当該複数の超音波トランスデューサのうちの少なくとも２つの各々が、前記少なくとも２つの異なる音響キャビテーション加振周波数で動作することを特徴とするシステム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記分離装置がさらに、前記超音波清浄器で使用するために前記スラッジからスラリーを生成するように設計かつ構成されたスラッジ調整器を含むことを特徴とするシステム。
5. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記非金属鉄材料が非金属鉄粒子を含み、前記分離装置がさらに、前記非金属鉄粒子から前記金属鉄微小球を分離するように設計かつ構成された前記超音波清浄器の下流の分離器を含むことを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記分離器が少なくとも１つの重力分離らせん体を含むことを特徴とするシステム。
7. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記成形装置が、前記金属鉄微小球を、熱処理前の圧力成形によって成形される緩く結合された物体に成形するように設計かつ構成された圧力成形機を含むことを特徴とするシステム。
8. 請求項７に記載のシステムにおいて、前記成形装置がさらに、前記緩く結合された物体を前記凝集体に変換する加熱処理装置を含むことを特徴とするシステム。
9. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記成形装置が、前記金属鉄微小球を、熱処理前の圧力成形によって成形される緩く結合された物体に成形するように設計かつ構成された圧力成形機を含むことを特徴とするシステム。
10. 請求項９に記載のシステムにおいて、前記成形装置がさらに、前記緩く結合された物体を前記凝集体に変換する加熱処理装置を含むことを特徴とするシステム。
11. 製鋼用転炉に由来するヒュームを洗浄するヒューム洗浄システムからのスラッジを処理するシステムにおいて、前記スラッジが金属鉄微小球、非金属鉄粒子、および前記金属鉄微小球と前記非金属鉄粒子に付着する微粉を含み、前記システムが、
    水を前記スラッジに添加してスラリーを生成するように設計かつ構成された調整器と、
    前記スラリーを受け、前記スラリーに存在する前記金属鉄微小球と前記非金属鉄粒子から前記微粉を除去するように設計かつ構成された音響式清浄器と、
    前記音響式清浄器で清浄化された前記非金属鉄粒子から前記金属鉄微小球を分離するように設計かつ構成された分離器と、
    本質的に前記分離器で分離された前記金属鉄微小球のみからなる団鉱を形成するように設計かつ構成された団鉱成形機と、
    取扱いのために前記団鉱を安定させるように設計かつ構成された加熱処理装置と、
    を含むことを特徴とするシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムにおいて、前記音響式清浄器が、第１音響キャビテーション加振周波数で動作するように設計かつ構成された第１超音波トランスデューサと、前記第１音響キャビテーション加振周波数と異なる第２音響キャビテーション加振周波数で動作するように設計かつ構成された第２超音波トランスデューサと、を含むことを特徴とするシステム。
13. 金属鉄微小球の一体の塊を成形する方法であって、当該金属鉄微小球が、非金属粒子も含んでいる製鉄用転炉ヒュームに含まれており、前記方法が：
    前記製鉄用転炉ヒュームからスラリーを形成するステップと；
    少なくとも２つの超音波周波数を使用して前記スラリー内に音響キャビテーションを誘発するステップであって、前記音響キャビテーションが前記金属鉄微小球の外面から表面微粉を除去するように、前記少なくとも２つの超音波周波数が選択されているステップと；
    前記金属鉄微小球を、除去された前記微粉および前記非金属粒子から隔離するステップと；
    圧力成形機を使用して、隔離した前記金属鉄微小球を金属鉄微小球の塊に凝集させるステップと；
    隔離した前記金属鉄微小球の塊を熱処理するステップであって、前記金属鉄微小球が互いに結合して一体の塊を形成するステップと；
    を含むことを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記熱処理するステップが、前記金属鉄微小球が密接に結合するが互いに溶融しないように、隔離した前記金属鉄微小球の塊を加熱するステップを含むことを特徴とする方法。
15. 製鋼用転炉または電気アーク炉用の金属鉄装入材料を製造する方法において、
    製鋼用転炉ヒュームスラッジを受けるステップと、
    前記製鋼用転炉ヒュームスラッジ中に存在する金属鉄微小球を、前記金属鉄微小球の表面を洗浄するように設計された多周波数マイクロ音響キャビテーションにかけるステップと、
    金属鉄微小球を隔離するステップと、
    本質的に前記製鋼用転炉ヒュームスラッジから隔離された前記金属鉄微小球のみからなる凝集体を成形するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、前記凝集体を成形するステップが、前記金属鉄微小球を、熱処理前の圧力成形によって成形される緩く結合された物体へ圧縮成形するステップを含むことを特徴とする方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、前記凝集体を成形するステップがさらに、前記緩く結合された物体を加熱処理して前記凝集体を生成するステップを含むことを特徴とする方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、前記緩く結合された物体を加熱処理するステップが、前記金属微小球が互いに溶融する点未満で前記緩く結合された物体を加熱するステップを含むことを特徴とする方法。
19. 鋼を製造する方法において、
    塩基性酸素転炉ヒュームスラッジを受けるステップと、
    超音波／音響清浄器によって、前記塩基性酸素転炉ヒュームスラッジ中に存在する金属鉄微小球および非金属鉄材料から、表面上の微粉を除去するステップと、
    前記非金属鉄材料から前記金属微小球を分離するステップと、
    前記非金属鉄材料から分離した前記金属鉄微小球を集合させるステップと、
    前記集合させた鉄微小球を、装入材料として、塩基性酸素転炉または電気アーク炉に添加するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記隔離された金属鉄微小球を集合させるステップが、本質的に前記塩基性酸素転炉ヒュームスラッジから隔離された前記金属鉄微小球のみからなる凝集体を成形するステップを含み、前記集合させた鉄微小球を装入材料として添加するステップが、前記凝集体を、前記塩基性酸素転炉または前記電気アーク炉に添加するステップを含むことを特徴とする方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、前記凝集体を成形するステップが、前記金属鉄微小球を、熱処理前の圧力成形によって成形される緩く結合された物体に圧縮成形するステップを含むことを特徴とする方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、前記凝集体を成形するステップがさらに、前記緩く結合された物体を加熱処理して前記凝集体を生成するステップを含むことを特徴とする方法。
23. 請求項２２に記載の方法において、前記緩く結合された物体を加熱処理するステップが、前記金属微小球が互いに溶融する点未満で前記緩く結合された物体を加熱するステップを含むことを特徴とする方法。
24. 連続流プロセスにおいてスラリー中の粒子の表面を清浄する清浄ツールを具える装置であって、前記スラリーが金属鉄微小球、非金属鉄材料および微粉を含み、前記スラリーが一定の流速で前記清浄ツールを通って流れて、前記金属鉄微小球から前記非金属鉄材料および微粉を分離する装置において、当該清浄ツールが：
    連続流の前記スラリーを前記流速で受け入れるように設計かつ構成された入口と；
    連続流の前記スラリーを排出するように設計かつ構成された出口と；
    連続流の前記スラリーを搬送するように前記入口と前記出口との間に延びる音響キャビテーションダクトであって、当該音響キャビテーションダクトが、流れ軸を有する流体通路を画定し、当該流体通路内で、前記流れ軸に沿った前記スラリーの連続流に音響キャビテーションを誘発するように設計かつ構成されており、前記音響キャビテーションダクトが、細長い前記流体通路と音響的に連通して前記流れ軸に沿って離間している複数の超音波トランスデューサを含んでおり、それぞれの前記超音波トランスデューサからの音響エネルギーが、前記流れ軸とほぼ垂直な方向で前記スラリーにかかるように前記複数の超音波トランスデューサが配置されている音響キャビテーションダクトと；
    前記複数の超音波トランスデューサのうちの第１のサブセットと接続している少なくとも１つの第１の電源であって、前記第１のサブセットの超音波トランスデューサを第１の音響キャビテーション加振周波数で駆動させるように構成された第１の電源と；
    前記複数の超音波トランスデューサのうちの第２のサブセットと接続している少なくとも１つの第２の電源であって、前記第２のサブセットの超音波トランスデューサを、前記第１の周波数とは異なる第２の音響キャビテーション加振周波数で駆動させるように構成された第２の電源と；を具え、
    前記第１および第２の音響キャビテーション加振周波数が、前記音響キャビテーションダクト内のスラリーの滞留時間とともに設定されており、前記複数の超音波トランスデューサが前記スラリーにもたらす音響キャビテーションが、前記粒子を損傷させずに、前記粒子の表面を清浄し、前記金属鉄微小球から前記非金属鉄材料および微粉を分離することを特徴とする装置。
25. 請求項２４に記載の装置において、前記第１の音響キャビテーション加振周波数が約２５ｋＨｚであり、前記第２の音響キャビテーション加振周波数が約４０ｋＨｚであることを特徴とする装置。
26. 請求項２４に記載の装置において、前記音響キャビテーションダクトが、第１の側面と、当該第１の側面から離間した第２の側面とを有し、
    前記第１のサブセットの超音波トランスデューサが、前記第１の側面に沿って互いに離間しており、
    前記第２のサブセットの超音波トランスデューサが、前記第２の側面に沿って互いに離間していることを特徴とする装置。
27. 請求項２４に記載の装置において、前記第１と第２の音響キャビテーション加振周波数が、約１５ｋＨｚ異なることを特徴とする装置。
28. 請求項２６に記載の装置において、前記第１の音響キャビテーション加振周波数が約２５ｋＨｚであり、前記第２の音響キャビテーション加振周波数が約４０ｋＨｚであることを特徴とする装置。
29. 請求項２６に記載の装置において、前記音響キャビテーションダクトが、長方形の横断面形状を有することを特徴とする装置。
30. 請求項２６に記載の装置において、前記音響キャビテーションダクトの前記第１の側面上の超音波トランスデューサが、前記音響キャビテーションダクトの前記第２の側面上の超音波トランスデューサに対して互い違いになっていることを特徴とする装置。
31. 請求項２４に記載の装置において、前記音響キャビテーションダクトが下端と上端とを有し、前記入口が前記下端にあり、前記出口が前記上端にあることを特徴とする装置。
32. 請求項３１に記載の装置において、前記清浄ツールを取り付けたときに、前記音響キャビテーションダクトがほぼ鉛直であることを特徴とする装置。
33. 請求項２４に記載の装置において、前記流体通路内の滞留時間が少なくとも２．５秒であるように、前記清浄ツールが設計かつ構成されていることを特徴とする装置。
34. 請求項２４に記載の装置において、前記音響キャビテーションダクトが、前記流れ軸に沿って１メートルあたりに少なくとも１０の超音波トランスデューサを有することを特徴とする装置。
35. 請求項３４に記載の装置において、少なくとも１０の前記超音波トランスデューサが、前記音響キャビテーションダクトの複数の面に分配されていることを特徴とする装置。
36. 請求項２４に記載の装置において、前記スラリーが、金属鉄微小球を含んだ製鉄用転炉スラッジを含み、前記音響キャビテーションダクトが、前記金属鉄微小球から前記非金属鉄材料および微粉が分離されるように清浄するように設計かつ構成されていることを特徴とする装置。
37. 請求項３６に記載の装置において、前記第１の音響キャビテーション加振周波数が約２５ｋＨｚであり、前記第２の音響キャビテーション加振周波数が約４０ｋＨｚであることを特徴とする装置。

Images