JP6260549B2 - 製鉄副原料の乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波照射によりスラグ、粉状炭などの製鉄副原料を乾燥処理する方法に関する。

製鉄副原料に含まれる水分が多いと、高炉や転炉に代表される高温の製鉄工程で水分が蒸発して気化熱が奪われるだけでなく、水が分解して大きな分解熱が奪われ、炉内温度が低下するなどの問題を生じるため、使用する前に乾燥処理する必要がある。
水分を含んだ材料の乾燥方法として、マイクロ波照射を利用する方法が知られており、製鉄副原料の乾燥にもこの方法を適用することが考えられるが、その場合、製鉄副原料を低コストに効率的に乾燥処理できることが必要である。

マイクロ波照射を利用した材料の乾燥方法として、特許文献１には、普通鋼の製造工程で発生するスラッジやゲーサイト等の鉱石に、グラファイトやＡｌ_２Ｏ_３等のマイクロ波吸収物質を添加するとともに、マイクロ波出力を０．３〜２０ｋＷｈ／ｋｇとし、マイクロ波周波数を０．９〜３０ＧＨｚに制御する含水有価金属含有物質の脱水方法が開示されている。
また、特許文献２には、精錬炉の内張りなどに用いられる不定形耐火物の乾燥方法において、乾燥炉内に装入された不定形耐火物にマイクロ波を照射するとともに、乾燥炉内に熱風を送風する乾燥方法が開示されている。

特開２０１０−１６８６２７号公報 特開２００３−３１４９６８号公報

しかしながら、上記従来技術には、以下のような問題がある。
特許文献１に記載の脱水方法は、被脱水物である含水有価金属含有物質にマイクロ波吸収物質を添加する必要があり、しかも、被脱水物単位質量当たりのマイクロ波出力を０．３〜２０ｋＷｈ／ｋｇと高出力とするため、コスト高であるという問題がある。
特許文献２に記載の乾燥方法は、不定形耐火物の乾燥にマイクロ波照射と熱風の送風を併用するものであるが、熱風による加熱はマイクロ波照射のような加熱選択性がないため、乾燥炉への材料の搬入・搬出装置を熱で損傷させるという問題がある。また、熱風を併用するためコスト高となる。

したがって本発明の目的は、マイクロ波乾燥炉内で製鉄副原料にマイクロ波を照射して乾燥処理する方法において、マイクロ波出力を高くしたり、熱風送風を併用したりすることなく、製鉄副原料を高い乾燥効率で低コストかつ迅速に乾燥処理することができる方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、マイクロ波乾燥炉内で製鉄副原料にマイクロ波を照射して乾燥するにあたり、ファンによる炉内への常温空気の送風または炉内雰囲気の吸引により、炉内雰囲気の換気を行うことが有効であることを見出した。さらに、製鉄副原料単位質量当たりのマイクロ波出力についても、最適範囲があることを見出した。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。

［1］マイクロ波乾燥炉内で製鉄副原料にマイクロ波を照射することにより、製鉄副原料を乾燥処理する方法であって、マイクロ波の照射中、ファンによる常温空気の炉内への送風または炉内雰囲気の吸引により、炉内雰囲気の換気を行うことを特徴とする製鉄副原料の乾燥方法。
［2］上記［1］の乾燥方法において、製鉄副原料単位質量当たりのマイクロ波出力を０．０１〜０．２５ｋＷｈ／ｋｇとすることを特徴とする製鉄副原料の乾燥方法。
［3］上記［1］または［2］の乾燥方法において、製鉄副原料が廃耐火物、スラグ、炭材の中から選ばれる１種以上であることを特徴とする製鉄副原料の乾燥方法。

本発明によれば、マイクロ波乾燥炉内で製鉄副原料にマイクロ波を照射して乾燥処理する方法において、マイクロ波出力を高くしたり、熱風送風を併用したりすることなく、製鉄副原料を高い乾燥効率で低コストかつ迅速に乾燥処理することができる。

本発明法の一実施形態を模式的に示す説明図 本発明法の他の実施形態を模式的に示す説明図 本発明の実施に供される連続式マイクロ波乾燥炉と、これを用いた本発明の実施状況の一例を示す説明図

本発明法は、マイクロ波乾燥炉内で製鉄副原料にマイクロ波を照射して乾燥処理する方法であり、マイクロ波の照射中、ファンによる常温空気の炉内への送風または炉内雰囲気の吸引により、炉内雰囲気の換気を行うものである。
乾燥処理する製鉄副原料としては、マイクロ波乾燥を適用可能なものであれば特に制限はない。具体的には、廃耐火物、スラグ、炭材などが挙げられ、これらの１種以上を対象とすることができる。

炭材としては、原料炭、一般炭、微粉炭、無煙炭などが例示できる。また、スラグとしては、高炉スラグ、製鋼スラグなどが例示できるが、メタル分を含まないスラグであることが必要であり、したがって、必要に応じて事前にメタル分が除去される。なお、鉄粉、合金、ダストなどの金属質副原料は、マイクロ波照射時に放電や爆裂を生じることがあるために、マイクロ波乾燥には適合しない場合があり、注意が必要である。製鉄副原料の形状にも制約はなく、粉状、粒状、板状など任意である。

本発明で使用するマイクロ波乾燥炉（マイクロ波加熱装置）は一般的なものでよい。このマイクロ波乾燥炉としては、マイクロ波発信装置と、被乾燥物にマイクロ波を照射するためのマイクロ波乾燥室を主要構成とし、マイクロ波発振装置とマイクロ波乾燥室の間に、導波管によって接続されるアイソレータ、マイクロ波分配器、パワーモニター、整合器などの付帯設備が配置されたものを例示することができる。なお、マイクロ波を分散するためにマイクロ波乾燥室内にファンを設置してもよい。また、マイクロ波発信装置は、マグネトロン方式、クライストロン方式などの何れの方式のものを用いてもよい。
マイクロ波乾燥炉に対する製鉄副原料の供給方式も特別な制限はなく、連続式、バッチ式のいずれでもよい。

本発明において、マイクロ波乾燥炉（乾燥室）内での製鉄副原料へのマイクロ波の照射中、ファンによる常温空気の炉内への送風または炉内雰囲気の吸引によって炉内雰囲気の換気を行うことにより、炉内の水蒸気分圧が低く抑えられ、低いマイクロ波出力で高い乾燥効率が得られる。このため製鉄副原料を効率的かつ迅速に乾燥処理することができる。
図１は、本発明においてファンにより常温空気を炉内に送風する場合の一実施形態を模式的に示すものであり、図２は、本発明においてファンにより炉内雰囲気を吸引する場合の一実施形態を模式的に示すものである。図において、１はマイクロ波発信装置、２はマイクロ波乾燥室、３ａは送風ファン、３ｂは吸引ファンである。

図１の実施形態は、送風ファン３ａでマイクロ波乾燥室２に常温空気を送風することにより、マイクロ波乾燥室２内の雰囲気（炉内雰囲気）の換気を行うものである。この方法は、新鮮な空気をマイクロ波乾燥室２に供給して乾燥室内の水蒸気分圧を下げ、乾燥効率を高めることが目的であるため、マイクロ波乾燥室２内が加圧状態になる程度の送風を行う必要はない。
また、図２の実施形態は、吸引ファン３ｂでマイクロ波乾燥室２内の雰囲気（炉内雰囲気）を吸引することにより、炉内雰囲気の換気を行うものである。この方法は、炉内雰囲気の吸引によりマイクロ波乾燥室２を減圧するものであるが、マイクロ波乾燥室２内の水蒸気分圧を下げ、乾燥効率を高めることが目的であるため、減圧の度合は常圧よりも若干低い程度で十分である。
上述した点から、図１、図２のいずれの実施形態においても、マイクロ波乾燥室２の気密性を特に高くする必要はなく、炉外からの大気の漏れ込み或いは炉内雰囲気の炉外への漏出があっても何ら問題はない。

マイクロ波乾燥炉（乾燥室）内で製鉄副原料にマイクロ波を照射する際に、製鉄副原料単位質量当たりのマイクロ波出力は０．０１〜０．２５ｋＷｈ／ｋｇが好ましく、０．０１〜０．２０ｋＷｈ／ｋｇがより好ましい。製鉄副原料単位質量当たりのマイクロ波出力が０．０１ｋＷｈ／ｋｇ未満では、製鉄副原料の乾燥が不十分になるおそれがある。一方、製鉄副原料単位質量当たりのマイクロ波出力が０．２５ｋＷｈ／ｋｇ超では、製鉄副原料の乾燥は十分にできるものの、必要以上の出力を供給することになりコスト高となるだけでなく、製鉄副原料の搬送手段などの被乾燥物以外も高温に加熱され、設備に悪影響が出る可能性がある。

マイクロ波乾燥室２のマイクロ波照射孔は、通常複数孔とするが、孔数は製鉄副原料の含水率、乾燥後副原料の目標含水率、製鉄副原料の種類などに応じて決めればよい。例えば、含水率１０質量％の粉状炭材を含水率１質量％まで乾燥させるのであれば、２〜５０孔程度が適当である。孔数が少なすぎると乾燥が不十分となりやすい。一方、孔数が多すぎると、乾燥には問題がないが、設備費が高くなる。
本発明法により乾燥処理された製鉄副原料は、コークス炉、焼結設備、高炉、転炉などの各種製鉄設備に供給され、乾燥した製鉄副原料として利用される。

・発明例１
周波数２．４５ＧＨｚのバッチ式マイクロ波乾燥炉（試験装置）を用いた。この設備は、マイクロ波乾燥室（加熱室）の下部からマイクロ波が照射され、上部に設置されているファンでマイクロ波を分散させ、マイクロ波乾燥室中央の試料台上の被乾燥物にマイクロ波が照射されるようになっている。また、マイクロ波乾燥室の下部から、送風ファンによって常圧・常温の空気が室内に送風されるようになっている。なお、マイクロ波照射孔は４孔とした。
含水率８．１質量％（含水率測定温度：１０５℃）の無煙炭５００ｇを試料台に乗せ、マイクロ波出力１．１８ｋＷで４分間、マイクロ波を照射した。マイクロ波照射終了後にマイクロ波乾燥室から無煙炭を取出し、測定温度１０５℃で含水率を測定した結果、含水率は１．７質量％であった。この試験での無煙炭単位質量当たりのマイクロ波出力は０．１６ｋＷｈ／ｋｇであり、低いマイクロ波出力で十分な乾燥を行うことができ、熱風送風を行わなくても、短時間で高い乾燥効率が得られることが確認できた。

・発明例２，３
発明例２では、被乾燥物を含水率２７．０質量％（含水率測定温度：１０５℃）のスラグ５００ｇとし、それ以外は発明例１と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。乾燥後のスラグの含水率は２．０質量％であった。
発明例３では、被乾燥物を含水率１２．３質量％（含水率測定温度：１０５℃）の廃レンガ屑５００ｇとし、それ以外は発明例１と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。乾燥後の廃レンガ屑の含水率は０．７質量％であった。

・発明例４〜６
発明例４では、マイクロ波出力を０．８８ｋＷとした以外は発明例１と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。乾燥後の無煙炭の含水率は３．０質量％であった。この試験での無煙炭単位質量当たりのマイクロ波出力は０．１２ｋＷｈ／ｋｇであった。
発明例５では、被乾燥物を含水率２７．０質量％（含水率測定温度：１０５℃）のスラグ５００ｇとし、それ以外は発明例４と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。乾燥後のスラグの含水率は４．８質量％であった。
発明例６では、被乾燥物を含水率１２．３質量％（含水率測定温度：１０５℃）の廃レンガ屑５００ｇとし、それ以外は発明例４と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。乾燥後の廃レンガ屑の含水率は１．６質量％であった。

・発明例７〜９
発明例７では、マイクロ波出力を０．５８ｋＷとし、送風ファンによるマイクロ波乾燥室内への送風に換えて、吸引ファンによる吸引によりマイクロ波乾燥室を減圧した以外は発明例１と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。乾燥後の無煙炭の含水率は３．５質量％であった。この試験での無煙炭単位質量当たりのマイクロ波出力は０．０８ｋＷｈ／ｋｇであった。
発明例８では、被乾燥物を含水率２７．０質量％（含水率測定温度：１０５℃）のスラグ５００ｇとし、それ以外は発明例７と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。乾燥後のスラグの含水率は５．８質量％であった。
発明例９では、被乾燥物を含水率１２．３質量％（含水率測定温度：１０５℃）の廃レンガ屑５００ｇとし、それ以外は発明例７と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。乾燥後の廃レンガ屑の含水率は３．６質量％であった。

・発明例１０
図３に示す周波数２．４５ＧＨｚの連続式マイクロ波乾燥炉（試験装置）を用いた。この連続式マイクロ波乾燥炉は、搬送用のコンベアベルト４（テフロン（登録商標）ベルト）が通過するマイクロ波乾燥室２（加熱室）を備え、このマイクロ波乾燥室２内では、上部および下部のマイクロ波照射口５，６からコンベアベルト４に載せられて移動する被乾燥物に対してマイクロ波が照射される。マイクロ波乾燥室２の入側および出側にはマイクロ波トラップ部７，８が設けられている。マイクロ波乾燥室２には、特にマイクロ波を分散するファンは設置されていない。また、マイクロ波乾燥室２の上部から吸引ファン３ｂによって炉内雰囲気を吸引し、マイクロ波乾燥室２内を減圧するようになっている。また、上部および下部のマイクロ波照射口５，６のマイクロ波照射孔はいずれも６孔である。なお、この設備のコンベアベルト４は、駆動ロール９，１０で駆動するとともに、巻き戻しリール１１から繰り出され、巻き取りリール１２で巻き取られるようになっているが、無端ベルトとし、駆動ロールで循環移動させるようにしてもよい。

含水率１２．３質量％（含水率測定温度：１０５℃）の廃レンガ屑を０．２ｍ／ｍｉｎの搬送速度でマイクロ波乾燥室２に導入し、マイクロ波出力２．５ｋｗ／ｋｇ、乾燥室内での乾燥時間４分の条件で乾燥を行った。この時の廃レンガ屑単位質量当たりのマイクロ波出力は０．１７ｋＷｈ／ｋｇと計算される。マイクロ波乾燥室２から出てきた廃レンガ屑を取出し、測定温度１０５℃で含水率を測定した結果、含水率は２．２質量％であった。連続式においても、廃レンガ屑単位質量当たりのマイクロ波出力０．１７ｋＷｈ／ｋｇという低いマイクロ波出力で十分な乾燥を行うことができ、熱風送風を行わなくても、短時間で高い乾燥効率が得られることが確認できた。

・発明例１１
マイクロ波発信装置を変えて、周波数９１５ＭＨｚのマイクロ波を照射できるようにした以外は発明例１０と同様にしてマイクロ波乾燥試験を行った。廃レンガ屑単位質量当たりのマイクロ波出力は０．１７ｋＷｈ／ｋｇと発明例１０と同じ条件であったが、乾燥後の廃レンガ屑の含水率は０．９質量％となっており、周波数２．４５ＧＨｚであった発明例１０よりも高い乾燥効率が得られた。

１ マイクロ波発信装置
２ マイクロ波乾燥室
３ａ 送風ファン
３ｂ 吸引ファン
４ コンベアベルト
５，６ マイクロ波照射口
７，８ マイクロ波トラップ部
９，１０ 駆動ロール
１１ 巻き戻しリール
１２ 巻き取りリール

Claims (2)

1. マイクロ波乾燥炉内への熱風の送風を行うことなく、マイクロ波乾燥炉内で製鉄副原料にマイクロ波を照射することにより、製鉄副原料を乾燥処理する方法であって、
   製鉄副原料単位質量当たりのマイクロ波出力を０．０１〜０．２５ｋＷｈ／ｋｇとし、マイクロ波の照射中、ファンによる常温空気の炉内への送風により、炉内雰囲気の換気を行うことを特徴とする製鉄副原料の乾燥方法。
2. 製鉄副原料が廃耐火物、スラグ、炭材の中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の製鉄副原料の乾燥方法。

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