JP2005187870A

JP2005187870A - 製鋼ダスト固形化物およびその製造方法，製造装置

Info

Publication number: JP2005187870A
Application number: JP2003429921A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sada; 浩一佐田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14
Also published as: US20070163388A1; WO2005064024A1; EP1702994A4; CN100588725C; EP1702994A1; CN1898400A

Abstract

【課題】鉄鋼生成過程で生じるダストを、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また余分な添加物を含まず、低コストで製造することができる製鋼ダスト固形化物、およびその製造方法、並びに製造装置を提供する。
【解決手段】この製鋼ダスト固形化物の製造方法は、鉄鋼生成過程で生じる鉄鋼を主成分とするダスト１０を、シリンダ状の成形型８に入れて加圧し、固形化物Ｂとする方法である。この製鋼ダスト固形化物Ｂは、ブリケット状のものであり、例えば横断面形状が円形の柱状体とされる。その大きさは、例えば直径が５０〜１００mm、高さが３０〜８０mmとされる。製鋼ダスト１０には、鉄鋼生成過程で生じたカーボンまたはアルミニウムを、バインダとしてダストに混入させても良い。製造装置は、上記成形型８と、その一体を閉じる蓋部材９と、成形型８内に進入するプランジャ１１とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、溶解炉等による鉄鋼生成過程で生じるダストを製鋼原料として再利用するための製鋼ダスト固形化物およびその製造方法、並びに製造装置に関する。

鉄鋼生成過程、例えば溶解炉では、発生蒸気が凝集して生じるドライ状のダストが発生し、集塵機で回収される。このダストは鉄を主成分とするため、再利用することが好ましい。しかし鉄鋼ダストは、そのまま溶解炉に投入すると、飛散しながら舞い上がり、集塵機で再び回収されてしまうため、再利用が難しい。そのため、従来は埋め立て処分されることが多かったが、国内の鉄鋼ダストの発生量は、電気炉ダストだけでも年間に数十万トンに達しており、埋め立て処理分は、埋め立て地の環境悪化や、資源の有効利用の観点から好ましくない。

このため、再利用の各種の方法が試みられている。例を挙げると、直径５〜３０mm程度にペレット化する方法（例えば特許文献１）や、容器に入れて炉内に投入する方法（例えば特許文献２）、有機質バインダーを添加してブリケット化する方法（例えば特許文献３）等が提案されている。
なお、研削スラッジの再利用については、濃縮化した後に金型内で加圧成形してブリケット化する方法が提案されている（例えば特許文献４）。
特開平１１−１５２５１１号公報特開２０００−１５５２６号公報特開２００３−２４７０２６号公報特開２００３−１８１６９０号公報

上記のペレット化する方法は、生成されるペレットが直径５〜３０mm程度の粒体であるため、生成されたペレットを炉内に運搬する過程が、今一つ効率的でない。容器に入れて炉内に投入する方法は、ダストと共に投入する容器を準備する必要があるため、コスト高になる。上記のブリケット化する方法は、ブリッケトの寸法についての明記がないが、ある程度大きなものであると、ペレットに比べて取扱性に優れる。しかし、従来は、鉄鋼ダストをそのままブリケット化して運搬可能な強度のものとすることは不可能と考えられており、上記特許文献３等のように、有機質バインダー等を混入して強度確保を図っている。そのため、製鋼上で不要な有機質バインダーを含むうえに、その添加のためにコスト高になる。

この発明の目的は、鉄鋼生成過程で生じるダストを、再利用のための取扱性に優れたものとでき、また余分な添加物を含まず、低コストで製造することができる製鋼ダスト固形化物、およびその製造方法、並びに製造装置を提供することである。

この発明の製鋼ダスト固形化物は、鉄鋼生成過程で生じる鉄を主成分とするダストを加圧成形した固形化物としたものである。ここで言う固形化物は、ブリケット状のものであり、造粒体であるペレットに比べて大きなものを言う。この製鋼ダスト固形化物は、鉄鋼生成過程で生じるダスト（以下「鉄鋼ダスト」と称する）のみを加圧成形したのものであることが好ましいが、鋼材の成分となる得る材質の粉体からなるバインダ、例えば鉄鋼生成過程で生じたカーボンまたはアルミニウムの粉体を、バインダとしてダストに混入させたものであっても良い。

この構成の製鋼ダスト固形化物は、従来のペレットに造粒されたものに比べて大きな固形化物であるため、固形化の後、炉内に入れるまでの取扱性に優れる。また、鉄鋼ダストを加圧成形したものであって、余分な添加物を含まないため、再利用で製造された鉄鋼が高品質のものとでき、添加物によるガス等の発生も生じない。従来は、鉄鋼ダストを、ペレットよりも大きなものにそのまま固形化することは不可能であると考えられていたが、試験および製鋼ダスト固形化物製造装置の試作機によると、加圧条件等を適宜設定することで、ペレットよりも大きなブリケット状の製鋼ダスト固形化物であっても、取扱上、崩れない程度に十分な強度を有するものが製造可能であった。バインダを含まず、鉄鋼ダストのみを加圧成形したものであると、バインダの準備や添加の過程が不要なため、低コストで製造することができる。なお、必要に応じて、上記のように鋼材の成分となる得る材質の粉体からなるバインダ、例えば鉄鋼生成過程で生じたカーボンまたはアルミニウムの粉体を、強度向上のためのバインダとしてダストに混入させても良い。少量のカーボンまたはアルミニウムあれば、鋼材の材質の低下に影響せず、また鉄鋼生成過程で生じたカーボンまたはアルミニウムであれば、同じ製鋼所内で入手できて、コスト増への影響が少ない。

この発明の製鋼ダスト固形化物は、横断面形状が円形の柱状体であることが好ましい。横断面形状が円形の柱状体であれば、成形型に入れて加圧成形により固形化することが容易であり、ある程度大きなものであっても、取扱い時に落下させた程度で割れたり崩れたりしない程度の十分な強度を有するものが製造できる。

この横断面形状が円形の柱状体からなる製鋼ダスト固形化物は、直径が５０〜１００mmで、高さが３０〜８０mmの範囲のものが好ましい。
直径が５０mmよりも小さいものや、高さが３０mmよりも小さいものは、小さ過ぎて取扱性が悪く、また１個ずつ製造するは生産性が悪い。直径が１００mmよりも大きいものや、高さが８０mmよりも大きなものは、製鋼ダストだけでは固形化が難しく、固形化不能であったり、また固形化できても強度不足で取扱性の悪いものとなる。なお、上記固形化の難易は、シリンダ室状の成形型を用いた場合である。
高さの直径に対する比は、固形化の難易等の面から、７０〜８０％程度が好ましい。

この発明の製鋼ダスト固形化物の製造方法は、鉄鋼生成過程で生じる鉄を主成分とするダストを、成形型に入れて加圧し、固形化物とする方法である。
この方法によると、鉄鋼ダストを成形型に入れて加圧するため、容易に高い圧力で加圧が行えて、鉄鋼ダストだけであっても、ペレットよりも大きなものに固形化することができる。そのため、この発明の上記構成の製鋼ダスト固形化物を製造することができる。

この発明の製造方法において、前記成形型として、シリンダ室状のものを用いることが好ましい。シリンダ室状であると、高い圧力で加圧がより容易に行える。また、立て向きのシリンダ室状であることが好ましい。立て向きのシリンダ室状であると、製鋼ダストを上側から投入して、下側から製鋼ダスト固形化物を排出することができ、製鋼ダストの投入や製鋼ダスト固形化物の排出が容易である。

この発明の製造方法において、鉄鋼生成過程で生じたカーボンまたはアルミニウムを、バインダとしてダストに混入させて前記成形型に入れても良い。カーボンまたはアルミニウムは、いずれか片方のみを混入させても、両方を混入させても良い。
製鋼ダストの成分や種類，割合，性状等によっては、カーボンまたはアルミニウムの粉体をバインダとして混入させた方が、製鋼ダスト固形化物の固形化が容易で、また強度の強いものとできる。バインダがカーボンまたはアルミニウムであると、再利用で製鋼された鋼材の材質として、悪影響を与えない。これらカーボンまたはアルミニウムが、鉄鋼生成過程で生じたものであると、その入手に余分な手間や必要がかからない。製鋼ダストを得る鉄鋼生成過程と、カーボンまたはアルミニウムを生じる鉄鋼生成過程とは、同じ炉による過程であっても、別の炉による過程であっても良いが、同じ製鋼所内で生じたものであることが好ましい。例えば、電気炉等の溶解炉で生じた製鋼ダストを固形化するについて、高炉で生じたカーボンまたはアルミニウムを用いても良い。

この発明装置は、鉄鋼生成過程で生じる鉄を主成分とするダストを加圧成形して固形化物とする製鋼ダスト固形化物の製造装置であって、シリンダ室状の成形型と、この成形型の一端を閉じる蓋部材と、前記成形型内に他方から進入して成形型内のダストを加圧するプランジャとを有することを特徴とする。前記成形型は、立て向きと横向きのいずれであっても良いが、立て向きである場合、前記蓋部材が設けられる端部を下側とすることが好ましい。
シリンダ室状の成形型と、蓋部材と、プランジャとを備えるものであると、鉄鋼ダストのみであっても、高い圧力で加圧して容易に成形でき、またその鉄鋼ダストの投入や製鋼ダスト固形化物の排出が容易である。成形型を立て向きとして、蓋部材を下側とした場合は、製鋼ダストの投入および製鋼ダスト固形化物の排出がより一層容易になる。

この発明の製鋼ダスト固形化物、その製造方法、およびその製造装置は、鉄鋼生成過程で生じる鉄を主成分とするダストを加圧成形して固形化物とするものであるため、鉄鋼生成過程で生じるダストを、再利用のための取扱に優れたものとでき、また余分な添加物を含まず、低コストで製造することができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１において、溶解炉１で生じたダストは、排気ガスと共に排気ダクト２から集塵機３に導入され、排気ガス中のダストが集塵機３で集塵されて粉体となって排出される。このダスト１０は、鉄を主成分とするものである。集塵機３から排出されたダスト１０は、図示しない搬送手段により製鋼ダスト固形化物製造装置４におけるホッパ５に投入される。上記搬送手段による搬送過程で、ダストの適宜の前処理、例えば水切りや造粒等の処理を施しても良い。ホッパ５内のダストは、供給機構６を介して製鋼ダスト固形化物製造装置４の固形化機構部７に投入される。

固形化機構部７は、同図中の下部に拡大して示すように、立て向きのシリンダ室状の成形型８と、この成形型８の下面出口８ｄを閉じる蓋部材９と、成形型８内に上方から進入して成形型８内のダスト１０を加圧する昇降自在なプランジャ１１とを有する。プランジャ１１は、加圧装置１２により、その進退および加圧力の付与が行われる。加圧装置１２は、例えば油圧シリンダからなる。加圧装置１２は、油圧シリンダの他に、モータとその回転を直線運動に変換するボールねじ等の回転・直線運動変換機構（いずれも図示せず）であっても良い。

成形型８は、下部が製造ダスト固形化物Ｂの外周形状を与える内壁面形状の型面形成部８ａとされ、上部が円筒面状内壁面の計量室８ｂとされている。計量室８ｂは、この計量室８ｂから型面形成部８ａに渡ってダスト１０が満杯状態となるダスト量が目標量となる容積とされている。型面形成部８ａは、製鋼ダスト固形化物Ｂを横断面形状が円形の柱状体に成形可能な形状とされている。型面形成部８ａは、内面が例えば、円すい台状や、円筒面状とされる。

成形型８は、ガイド部材（図示せず）により水平方向に進退自在に支持され、上面入口８ｃが、プランジャ１１の昇降位置と、供給機構６の供給ダクト６ａの出口６ａａに整合する位置との間に移動可能である。成形型８の進退は、油圧シリンダ等からなる成形型進退装置１４により行われる。成形型８の下面出口８ｄを閉じる蓋部材９は、成形型８の下面に沿って進退自在に設けられ、成形型８の下面出口８ｄを閉じる位置と開く位置との間に、蓋開閉装置１５により開閉させられる。

この構成の製鋼ダスト固形化物製造装置を用いた製造方法を説明する。溶解炉１で生じて集塵機３から粉体となって排出されたダスト１０は、ホッパ５に投入され、ホッパ５から固形化機構部７に投入される。この粉体のダスト１０は、鉄を主成分とし、他の金属元素を少量含むものである。固形化機構部７で固形化された製鋼ダスト固形化物Ｂは、箱または籠状等の回収容器１７に集められ、溶解炉１の原料投入時に、他の原料と共に溶解炉１に投入され、製鋼原料として再利用される。溶解炉１に投入される原料は、例えば主原料が高炉より得られた溶銑であり、この他に鉄くず、生石灰などが副原料として用いられる。

図２は、固形化機構部７の動作を説明する。同図（Ａ）に示すように、成形型８の上面入口８ｃが供給機構６の供給ダクト６ａの出口６ａａに整合する位置に成形型８があるときに、供給ダクト６ａから自然落下または強制投入により、ダスト１０が成形型８内に入る。ダスト１０は、成形型８内の型面形成部８ａおよび計量質８ｂに渡って満杯となった状態で、成形型８への流入が止まる。このように所定量のダスト１０が入った状態で、成形型８はその上面入口８ｃがプランジャ１１の昇降位置に整合する位置までスライドする（同図（Ｂ））。この状態で、プランジャ１１が成形型８内に進入し、成形型８内のダストを押し込む。プランジャ１１は、成形型８内の型面形成部８ａの上端まで進入し、この状態で型面形成部８ａ内のダスト１０に所定の圧力が加わり、型内のダスト１０は型面形成部８ａの内面形状に沿った外周形状の製鋼ダスト固形化物Ｂに加圧成形される。

成形された製鋼ダスト固形化物Ｂは、蓋部材９を開くことで、または蓋部材９を開いた後にプランジャ１１で若干押し下げることで、成形型８から脱出する。脱出した製鋼ダスト固形化物Ｂは、回収容器１７内に落下して集められる。回収容器１７内に所定量の製鋼ダスト固形化物Ｂが溜まると、回収容器１７が空のものに交換される。製鋼ダスト固形化物Ｂの入った回収容器１７は溶解炉１に運搬され、原料投入時を待つ。

この製鋼ダスト固形化物製造方法によると、鉄鋼ダスト１０を成形型８に入れて加圧するため、容易に高い圧力で加圧が行えて、鉄鋼ダスト１０だけであっても、従来のペレットよりも大きなブリケット状のものに固形化することができる。また、成形型８として、シリンダ室状のものを用いたため、より高い圧力で加圧が容易に行える。また、成形型８は立て向きであるため、ダスト１０を上側から投入して、下側から製鋼ダスト固形化物Ｂを排出することができ、ダスト１０の投入や製鋼ダスト固形化物Ｂの排出が容易である。

製造された製鋼ダスト固形化物Ｂは、従来のこの種のペレットに比べて大きなブリケット状の固形化物であるため、固形化の後、炉内に入れるまでの取扱性に優れる。また、鉄鋼ダスト１０を加圧成形したものであって、余分な添加物を含まないため、再利用で製造された鉄鋼が高品質のものとでき、添加物によるガス等の発生も生じない。製鋼ダスト固形化物Ｂは、バインダを含まず、鉄鋼ダストのみを加圧成形したものであるため、バインダの準備や添加の過程が不要であり、低コストで製造することができる。

なお、必要に応じて、カーボンまたはアルミニウムの粉体を、強度向上のためのバインダとしてダストに混入させても良い。これらカーボンまたはアルミニウムは、鉄鋼生成過程、例えば高炉による銑鉄の製造過程や、その他の過程で副産物や残りカス等として生じたものなど、同じ製鋼所内生じたものが好ましい。少量のカーボンまたはアルミニウムであれば、鋼材の材質の低下に影響せず、むしろ鋼材の材質として好ましい場合もある。また、鉄鋼生成過程で生じたカーボンまたはアルミニウムの粉体であれば、同じ製鋼所内が入手できて、コスト増への影響が少ない。

この製鋼ダスト固形化物Ｂは、横断面形状が円形の柱状体であるため、成形型８に入れて加圧成形により固形化することが容易である。この横断面形状が円形の柱状体からなる製鋼ダスト固形化物Ｂは、直径Ｄ（図３）が５０〜１００mmで、高さが３０〜８０mmの範囲のものが好ましい。上記直径Ｄは、製鋼ダスト固形化物Ｂが円柱状でない場合、例えば同図（Ａ）のような円すい台状等である場合、最大径となる部分の直径である。
直径が５０mmよりも小さいものや、高さが３０mmよりも小さいものは、小さ過ぎて取扱性が悪く、また１個ずつ製造するは生産性が悪い。直径が１００mmよりも大きいものや、高さが８０mmよりも大きなものは、固形化できても自重で落下破壊しない程度の強度が得難く、取扱性の悪いものとなる。なお、ここで言う固形化の難易は、シリンダ室状の成形型を用いた場合である。
高さの直径に対する比は、固形化の難易の面から、７０〜８０％程度が好ましい。

試験例を説明する。試験には横向きのシリンダ室状の成形型と、その一端を閉じる蓋部材と、他端から成形型内に進入して内部の鉄鋼ダストを加圧するプランジャとを有する製鋼ダスト固形化物製造装置を用いた。製鋼ダスト固形化物は、直径が７１mm程度で、高さが３２〜６０mm程度のものとした。
製鋼ダストには次の成分のダストａ，ｂを用いた。バインダとして添加する場合は、次の成分の炭素系粉体Ｄを用いた。各ダストの成分は、Ｘ線スペクトルから検出した値である。

(1) 製鋼ダストａの検出元素（％）
Ｆｅ：５３．９１、Ｚｎ：２５．３３、Ｃ：１．２７、Ｍｇ：２．１２、Ｓｉ：２．４３、Ｃｌ：７．９９、Ｋ：１．２７、Ｃａ：２．０１、Ｍｎ：３．６７。
(2) 製鋼ダストｂの検出元素（％）
Ｆｅ：７３．１４、Ｍｇ：２．５４、Ａｌ：１．４９、Ｓｉ：２．６５、Ｃａ：１８．０６、Ｍｎ：２．１２。
(3) 炭素系粉体ｄの検出元素（％）
Ｃ：９２．２２、Ｎａ：０．３５、Ｍｇ：０．９４、Ｓｉ：１．７８、Ｃｌ：３．１９、Ｃａ：１．５３。

試験例１：製鋼ダストａと炭素系粉体ｄとを、４：１の割合で混合し、前記成形型で加圧成形した。製鋼ダスト固形化物の大きさは、直径７１mm、高さ５８．５mm、重さ６９６グラムである。この例では、比較的良く固形化できた。
試験例２：製鋼ダストｂのみを、前処理として、水分が６〜７％になるように水切りした後に前記成形型で加圧成形した。製鋼ダスト固形化物の大きさは、直径７１mm、高さ３２mm、重さ６０２グラムである。この例も固形化は可能であったが、若干脆いものとなった。

なお、上記実施形態では、電気炉からなる溶解炉１で排気ガス中に生じたダストを用いて製鋼ダスト固形化物Ｂを製造するものとしたが、この発明の製鋼ダスト固形化物Ｂ、およびその製造方法や製造装置で用いるダストは、鉄鋼生成過程で生じる鉄を主成分とするダストであれば良く、転炉や、高炉、その他に各種の製鋼過程で生じたものであっても良い。また、排気ガス中に含まれるダストに限らず、その他のダストであっても良い。

この発明の第１の実施形態を示す製鋼ダスト固形化物製造方法の工程説明図である。その製鋼ダスト固形化物製造装置の固形化機構部の動作説明図である。（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ同製造方法で製造した製鋼ダスト固形化物の例を示す斜視図である。

符号の説明

１…溶解炉
３…集塵装置
４…製鋼ダスト固形化物製造装置
７…固形化機構部
８…成形型
９…蓋部材
１０…製鋼ダスト
１１…プランジャ

Claims

鉄鋼生成過程で生じる鉄を主成分とするダストを加圧成形した固形化物である製鋼ダスト固形化物。
請求項１において、横断面形状が円形の柱状体である製鋼ダスト固形化物。
請求項２おいて、直径が５０〜１００mm、高さが３０〜８０mmである製鋼ダスト固形化物。
鉄鋼生成過程で生じる鉄を主成分とするダストを、成形型に入れて加圧し、固形化物とする製鋼ダスト固形化物の製造方法。
請求項４において、前記成形型は、立て向きのシリンダ室状である製鋼ダスト固形化物の製造方法。
請求項４または請求項５において、鉄鋼生成過程で生じたカーボンまたはアルミニウムの粉体を、バインダとしてダストに混入させて前記成形型に入れる製鋼ダスト固形化物の製造方法。
鉄鋼生成過程で生じる鉄を主成分とするダストを加圧成形して固形化物とする製鋼ダスト固形化物の製造装置であって、シリンダ室状の成形型と、この成形型の一端を閉じる蓋部材と、前記成形型内に他端から進入して成形型内のダストを加圧するプランジャとを有することを特徴とする製鋼ダスト固形化物の製造装置。
請求項７において、前記成形型が立て向きであり、この成形型の前記蓋部材が設けられる端部が下側である製鋼ダスト固形化物の製造装置。