JP2009074105A - 油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油分を含有する製鉄所ダストを用いても、過度にブリケットの製造能力を減少させることなく、ブリケットの強度を確保しうる炭材内装ブリケットの製造方法を提供する。
【解決手段】油分を含有する製鉄所ダストに、炭材と液体バインダと、必要により、油分を含有しない酸化鉄含有原料、および／または、ＣａＯ含有原料とを添加し混合して、粉状混合物とする混合工程と、この粉状混合物を圧縮成形してブリケットとする成形工程とを備え、前記成形工程におけるブリケットの製造速度を上昇させる場合には、前記粉状混合物中の油分含有量を減少させ、前記ブリケットの製造速度を低下させる場合には、前記粉状混合物中の油分含有量を増加させて、必要とする前記ブリケットの製造速度を満足するように、前記粉状混合物中の油分含有量を調整することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、油分を含有する製鉄所ダストを用いて炭材内装ブリケットを製造する方法に関する。

従来の還元鉄製造プロセスには、還元剤として高価な天然ガスを必要とすること、プラントの立地が通常天然ガスの産地に限られることなどの制約がある。

このため、近年、還元剤として、比較的安価で、かつ、プラント立地の地理的制約も緩和される石炭を用いた還元鉄の製造プロセスが注目されている。

そして、この石炭を使用する方法として、本出願人は、鉄鉱石や製鉄所ダストなどの酸化鉄含有原料と石炭との粉状混合物を塊成化した炭材内装酸化金属を回転炉床炉内に装入して加熱し還元して、還元鉄を製造する方法を提案した（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。

酸化鉄含有原料と石炭との粉状混合物を塊成化する手段としては、ペレタイザを用いた転動造粒による球状ペレット化、機械的押し出しによる円筒状ペレット化、ブリケットロールでプレスすることによるブリケット化などの手段がある。

転動造粒によるペレット化の手段は、製鉄所ダストなど微粒子を多く含む原料を転動造粒する場合、造粒速度が低下して生産性が減少すること、原料の比表面積が大きくなるため、造粒に必要な水分が多くなり、後段のプロセスで水分の乾燥に必要な熱量が増加してエネルギ消費量が増加するうえ、原料粒度が変動したときに、造粒が不安定になり、生産量の変動を招き易い、等の問題がある（例えば、特許文献２参照）。

押し出しによるペレット化の手段は、流動化した原料を使用する必要があるため、通常は転動造粒以上に原料中に多くの水分を含有させるため、後段のプロセスで水分乾燥に必要なエネルギ消費量がさらに多くなってしまう問題がある。

一方、ブリケットロールによるブリケット化の手段としては、例えば、図１に示すような双ロール型ブリケットマシン１７を用いることができる。この双ロール型ブリケットマシン１７は、モータ４で回転駆動される一対の回転ロール２，３からなる加圧ロール１の上方に、原料を供給するホッパ５を配置し、このホッパ５内に、原料押し込み用のスクリュフィーダ６を備えたものである。なお、前記加圧ロール４は、一方の固定回転ロール２に、他方の可動回転ロール３が油圧シリンダで押圧されるように構成されている（例えば、特許文献３参照）。

このような双ロール型ブリケットマシンを用いる場合は、糖蜜やリグニン等の液体バインダを使用することが可能で、乾燥した原料をそのまま、水分を添加することなく塊成化できるため、後段のプロセスで水分乾燥に必要なエネルギ消費量が大幅に節減できるという利点がある。

しかしながら、本発明者の検討によれば、油分を多量に含有する、電気炉ダストなどの製鉄所ダストを用いて双ロール型ブリケットマシンでブリケットを製造する場合には下記（１）〜（４）に示すような問題点が存在することが判明した。

（１）電気炉ダストなどの微粒原料は、それ自身の重力だけでは加圧ロールのポケット内に確実に供給することが難しいため、スクリュフィーダで加圧ロールに強制的に送り込むが、微粉原料に油分が多量に含有されていると、原料が非常に滑りやすくなり、スクリュフィーダで押し込んでも押し込み力がスクリュフィーダの半径方向外側に逃げるため、原料が加圧ロールに供給しづらく、ブリケット強度が上がりにくい。

（２）上記（１）に記載した、ブリケット強度が低下する問題点を克服するには、原料が加圧ロールのポケット内に確実に供給されるよう、加圧ロールの回転速度を極端に低下させる必要があったが、この場合はブリケット製造能力が大幅に減少してしまう。

（３）また、上記（１）および（２）に記載した、ブリケット強度の低下およびブリケット製造能力の減少という２つの問題点を同時に克服しようとして、液体バインダの添加量を増やすと、微粉原料が加圧ロールのポケット内に充填された状態で張り付いてしまうため、ブリケットが製造できなくなる。
原田・田中・杉立，「ＦＡＳＴＭＥＴ(R)プロセスによる製鉄所ダストの還元処理」，Ｒ＆Ｄ神戸製鋼所技報，２００１年９月、第５１巻、第２号、ｐ．２３−２６ 特開２００４−２６９９７８号公報 特開２００１−３４８６２５号公報 特開平９−１９２８９６号公報

そこで、本発明は、油分を含有する製鉄所ダストを用いても、過度にブリケットの製造能力を減少させることなく、ブリケットの強度を確保しうる炭材内装ブリケットの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、油分を含有する製鉄所ダストに、炭材と液体バインダと、必要により、油分を含有しない酸化鉄含有原料、および／または、ＣａＯ含有原料とを添加し混合して、粉状混合物とする混合工程と、この粉状混合物を圧縮成形してブリケットとする成形工程とを備え、前記成形工程におけるブリケットの製造速度を上昇させる場合には、前記粉状混合物中の油分含有量を減少させ、前記ブリケットの製造速度を低下させる場合には、前記粉状混合物中の油分含有量を増加させて、必要とする前記ブリケットの製造速度を満足するように、前記粉状混合物中の油分含有量を調整することを特徴とする、油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法である。
ここに、粉状混合物中の油分含有量とは、粉状混合物中における、製鉄所ダストと炭材と酸化鉄含有原料とＣａＯ含有原料との合計質量に対する油分の質量割合で定義される値である。

請求項２に記載の発明は、前記粉状混合物の油分含有量を０．５〜２．０質量％の範囲で調整する、請求項１に記載の油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法である。

請求項３に記載の発明は、前記粉状混合物中のＣａＯ含有原料の含有量を２．０質量％以上とする、請求項１または２に記載の油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法である。

請求項４に記載の発明は、前記ブリケットの製造速度は、ブリケットマシンの加圧ロールの回転速度を変化させることによって調整する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法である。

本発明によれば、必要とする前記ブリケットの製造速度を満足するように、粉状混合物中の油分含有量を調整することで、過度にブリケットの製造能力を減少させることなく、ブリケットの強度を確保することができるようになった。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〔実施形態〕
図１に、本発明の一実施形態に係る炭材内装ブリケットの製造装置の概略構成を示す。

本実施形態では、油分を含有する製鉄所ダストとして、油分含有量が異なる２種類の電気炉ダストＡ１、Ａ２（油分含有量はＡ１＞Ａ２とする。）を配合して用いる場合を具体例に挙げて説明する。

（混合工程）
図示しない各貯槽から油分含有量が異なる２種類の電気炉ダストＡ１、Ａ２を所定の割合で切り出し、これに微粉炭などの炭材Ｂと、副原料として消石灰などのＣａＯ含有原料Ｃをそれぞれ所定量配合し、さらに糖蜜などの液体バインダＤを適量添加して図示しないミキサで混合し、粉状混合物Ｅとする。

ここで、本発明は、ブリケットＦの製造速度を上昇させる場合には、粉状混合物Ｅ中の油分含有量を減少させ、ブリケットＦの製造速度を低下させても処理する必要がある場合には、粉状混合物Ｅ中の油分含有量を増加させて、必要とするブリケットＦの製造速度を満足するように、粉状混合物Ｅ中の油分含有量を調整することを特徴とする（ここに、粉状混合物中の油分含有量は、粉状混合物中における、製鉄所ダストと炭材と酸化鉄含有原料とＣａＯ含有原料との合計質量に対する油分の質量割合で定義する。このように、粉状混合物中の油分含有量の定義として、粉状混合物中の液体バインダの質量を考慮しなかったのは、原料の滑りやすさは、固体粒子間に存在する油分の量で支配され、液体バインダの存在は無視し得ると考えたためである。）。

すなわち、２種類の電気炉ダストＡ１、Ａ２の配合割合は、粉状混合物Ｅ中の油分含有量が、以下に例示するように、必要とするブリケットＦの製造速度に応じて所定の上限値以下になるように決定すればよい。

例えば、ブリケットＦの落下強度は５回以上を必要とすると、後述する実施例で示す図２から、ブリケットＦの落下強度が５回以上となる、ブリケットマシン１７の加圧ロール１の回転速度と粉状混合物Ｅ中の油分含有量の上限値との関係は下記表１のようになる。

上記関係は、ブリケットマシン１７の仕様（スクリュ６のピッチ、スクリュ６の径、加圧ロール１の径）等によっても変化するものの、加圧ロール１の回転速度とブリケット製造速度とは常に比例関係にある。つまり、ブリケット製造速度は、加圧ロール１の回転速度を変化させることによって調整することができる。そこで、上記表１において、加圧ロール１の回転速度が６．３ｒｐｍのときのブリケット製造速度を１．０とすると、図４で示す関係で得られる。したがって、同図より、例えば、ブリケット製造速度を１.０としたときに、粉状混合物Ｅ中の油分含有量は１．１質量％以下にする必要がある場合、ブリケット製造速度が０.８でよいときは、粉状混合物Ｅ中の油分含有量は１．７質量％まで、ブリケット製造速度が０.６でよいときは、粉状混合物Ｅ中の油分含有量は１．９質量％まで、ブリケット製造速度が０.５でよいときは、粉状混合物Ｅ中の油分含有量は２．０質量％まで、それぞれ許容できることがわかる。

しかしながら、ブリケット製造速度を過度に低下させることは好ましくないので、粉状混合物Ｅ中の油分含有量は２．０質量％以下の範囲で調整するのが望ましい。

一方、粉状混合物Ｅ中の油分含有量を低くしすぎると、処理の要請が特に高い、油分含有量の高い電気炉ダストを少量しか処理できなくなるので、粉状混合物Ｅ中の油分含有量は０．５質量％以上の範囲で調整するのが望ましい（もちろん、上記油分含有量の高い電気炉ダストの処理量が少ない場合は、粉状混合物Ｅ中の油分含有量を０．５質量％未満とすることで、製造速度を実質上低下させずにブリケットを製造できるので、粉状混合物Ｅ中の油分含有量を０．５質量％未満とすることを妨げるものではない。）。

よって、粉状混合物Ｅ中の油分含有量は、特に、油分含有量の高い電気炉ダストを多量に処理する必要がある場合、必要とするブリケット製造速度に応じて０．５〜２．０質量％の範囲で調整するのが推奨される。

なお、炭材Ｂの配合量は、電気炉ダスト（Ａ１＋Ａ２）中の鉄分、亜鉛分等の金属元素が還元されるのに必要な炭素量より決定すればよい。

また、粉状混合物Ｅ中へのＣａＯ含有原料Ｃの添加には、液体バインダＤとの併用によりブリケット強度を向上させる効果と、ＣａＯによる脱硫作用によって回転炉床炉からの排ガス中のＳＯｘ含有量を低減する効果があるが、さらに、ブリケットマシン１７の加圧ロール１の表面に設けられたポケット内への粉状混合物の付着を防止する効果もある。該付着防止効果を効果的に発揮させるためには、ＣａＯ含有原料Ｃの配合量は、粉状混合物Ｅに対して２質量％以上とするのが好ましい。

また、２種類の電気炉ダストＡ１、Ａ２のブレンド方法にもよるが、電気炉ダスト（Ａ１＋Ａ２）中の油分含有量は変動しやすく、該油分含有量の変動を完全になくすことは困難である。このため、該電気炉ダスト（Ａ１＋Ａ２）中の油分含有量の変動に起因して、粉状混合物Ｅ中の油分含有量も変動し、ブリケット強度に変動が生じやすい。したがって、該粉状混合物Ｅ中の油分含有量の変動による、ブリケット強度の変動を抑制するため、ブリケットマシン１７の加圧ロール１の回転速度を変化させて調整することが重要である。すなわち、ブリケット強度が低下すれば、加圧ロール１の回転速度を下げ、一方、ブリケット強度が上昇すれば、加圧ロール１の回転速度を上げる調整手段を採用するのが推奨される。これにより、粉状混合物Ｅ中の油分含有量が高くなったときには、ブリケット強度の低下による製造ロスを少なくする一方、粉状混合物Ｅ中の油分含有量が高くなったときには、ブリケットの製造量を増加することができ、平均値としてブリケットの製造速度を高くすることができる。

（成形工程）
そして、上記のようにして油分含有量が調整された粉状混合物Ｅは、ブリケットマシン１７の原料としてホッパ５に投入される。ホッパ５に投入されたブリケット用原料Ｅは、ブレード８の回転によりホッパ５内壁面への付着を防止されつつ、スクリュフィーダ６の回転により加圧ロール１に押し込まれる。この際、ブリケット用原料（粉状混合物）Ｅ中の油分含有量がブリケット製造速度（加圧ロール１の回転速度）に応じて所定値以下に制限されているので、原料Ｅの滑りが抑制されて、スクリュフィーダ６による押し込み力がスクリュフィーダ６の半径方向外側に逃げることが効果的に防止され、原料Ｅが加圧ロール１に円滑かつ確実に供給されるようになるため、ブリケット強度が確保されることとなる。

このようにして、加圧ロール１に押し込まれた原料Ｅは、加圧ロール１を構成する一対の回転ロール２，３の各表面に設けられた複数のポケットにて、アーモンド形、ピロー形など所定形状のブリケットＦに圧縮形成される。

ブリケットマシン１７の成形線圧としては、十分なブリケットＦの強度（圧潰強度および落下強度）を確保する一方、過度な成形圧によってブリケットＦが半割れ状態になるのを防ぐため、１５〜４０ｋＮ／ｃｍとするのが好ましい。

このようにして得られたブリケットＦは、水分を添加することなく成形されているため、乾燥処理を行うことなく、そのまま図示しない回転炉床炉に装入することができる。そして、回転炉床炉内でブリケットＦが加熱還元される際に、ブリケットＦ中の油分はブリケットＦ中から脱揮して炉内で燃焼されるので燃料として有効利用される。

（変形例）
上記実施形態では、油分を含有する製鉄所ダストとして、油分含有量が異なる２種類の電気炉ダストＡ１、Ａ２を配合して用いる例を示したが、少なくとも１種類の電気炉ダストの油分含有量が他の電気炉ダストの油分含有量と異なる、３種類以上の電気炉ダストを配合して用いてもよい。

さらに、複数種類の電気炉ダストのうち、全部または一部を例えばミルスケール、ミルスラッジなど、油分を含有する他の製鉄所ダストに置き換えてもよい。

また、上記実施形態では、粉状混合物中の油分含有量の調整を、油分を含有する電気炉ダストを複数種類（上記例では２種類）配合して用いて行う例のみを示したが、油分を含有する電気炉ダスト（１種類のみ、複数種類を配合したものを問わない）に、油分を含有しない電気炉ダストを始め、高炉ダスト、転炉ダスト等の他の製鉄所ダストや、鉄鉱石など、油分を含有しない酸化鉄含有原料を添加することによって、粉状混合物中の油分含有量の調整を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、炭材Ｂとして石炭（微粉炭）を例示したが、コークス粉、オイルコークス、木炭、木材チップ、廃プラスチック、古タイヤ等を使用することもでき、これらの２種以上を併用してもよい。

また、上記実施形態では、液体バインダＣとして糖蜜を例示したが、リグニン、デキストリン、澱粉などを用いてもよく、これらの２種以上を併用してもよい。

また、上記実施形態では、ＣａＯ含有原料Ｄとして消石灰を例示したが、石灰石、生石灰、転炉スラグなどを用いてもよく、これらの２種以上を併用してもよい。

本発明の効果を確証するため、油分の含有量が異なる種々の電気炉ダストを各１種類ずつ用い、これに、炭材としての微粉炭と、ＣａＯ含有原料としての消石灰と、液体バインダとしての糖蜜を添加して、ブリケットマシンにて、種々のブリケット製造速度（加圧ロール回転速度）で炭材内装ブリケットを作製し、ブリケットの強度に及ぼす影響を調査した。

本試験に用いた電気炉ダストと微粉炭の平均粒径および化学成分を表２に、配合条件を表３に、それぞれ示す。

そして、下記表３に示す各配合条件にて粉状混合物を作製し、図１に示す構成からなり、ロール直径：５２０ｍｍ、ロール幅：２００ｍｍ、ポケット寸法：長さ３０ｍｍ×幅２５ｍｍ×深さ７ｍｍの回転ロールを備えたブリケットマシンを用い、線圧２３ｋＮ／ｃｍで、体積約１０ｃｍ^３のブリケットを製造した。

ここに、電気炉ダストおよびＣＤＱ粉は、いずれも乾粉状態であったため乾燥を行わなかった。なお、糖蜜には多量の水分が含まれており、その水分含有量は大幅に変動するため、製造されたブリケットの水分含有量は、下記表３に示すとおり、乾量基準で１．６〜３．０質量％程度の範囲で変動した。

ブリケットの圧潰強度は、ＩＳＯ４７００に準拠して、ブリケットを横に寝かせて、その厚み方向に圧縮荷重を掛け、ブリケットが破壊したときの最小荷重を測定したものであり、１０個のブリケットについての測定値の平均値である。なお、圧潰強度の単位中、「ｋｇｆ」は９．８０６６５Ｎに相当する。

また、ブリケットの落下強度は、４５ｃｍの高さからブリケットを鉄板上に落下させ、ブリケットが割れるまでの落下回数であり、１０個のブリケットの平均値である。

ブリケット品質の測定結果を下記表３に、粉状混合物の配合条件と併記して示す。

また、図２および３に、粉状混合物中の油分含有量とブリケットの落下強度および圧潰強度との関係をそれぞれ示す。

これらの図から明らかなように、加圧ロール回転速度が一定（すなわち、ブリケット製造速度が一定）の条件下では、粉状混合物中の油分含有量が増加するにしたがってブリケットの強度（落下強度、圧潰強度とも）がほぼ直線的に低下する傾向が見られる。また、粉状混合物中の油分含有量が一定の条件下では、加圧ロール回転速度（ブリケット製造速度）を上昇させるほど、ブリケットの強度（落下強度、圧潰強度とも）が低下する傾向が見られる。

したがって、所定のブリケット強度を確保するためには、必要とするブリケット製造速度に応じて、粉状混合物中の油分含有量を所定範囲に調整すればよいことがわかる。

さらに、粉状混合物中へのＣａＯ含有原料の添加による、加圧ロールのポケット内への粉状混合物の付着防止効果を確認するため、粉状混合原料中の油分含有量を１．９質量％、加圧ロールの回転速度を５．４ｒｐｍに固定して、該粉状混合原料に対する、ＣａＯ含有原料としての消石灰と、糖蜜の添加量を種々変更して上記実施例１と同様のブリケット製造試験を実施したところ、以下の結果が得られた。

消石灰の添加を行わない場合は、糖蜜の添加量を４．０質量％とすると落下強度は２．２回と強度不足であった（上記表３のＮｏ．５参照）ため、糖蜜の添加量を４．０質量％よりさらに増量すると加圧ロールのポケット内への粉状混合物の付着が発生し、正常なブリケットの成形ができなくなった。

これに対し、消石灰を４．０質量％添加した場合は、糖蜜の添加量を５．５質量％に増量しても、加圧ロールのポケット内への粉状混合物の付着は発生せず、正常なブリケットが成形でき、その落下強度は１３回と十分な強度が得られた。

以上の結果より、粉状混合物中にＣａＯ含有原料を適量添加することで、加圧ロールのポケット内への粉状混合物の付着防止効果が得られることが確認できた。

実施形態に係る、油分含有電気炉ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造装置の概略構成を示す縦断面図である。 粉状混合物中の油分含有量と落下強度との関係を示すグラフ図である。 粉状混合物中の油分含有量と圧潰強度との関係を示すグラフ図である。 粉状混合物中の油分含有量とブリケット製造速度との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１…加圧ロール
２，３…回転ロール
４，１０…モータ
５…ホッパ
６…スクリュフィーダ
７…油圧シリンダ
８…ブレード
１７…ブリケットマシン
Ａ１，Ａ２…電気炉ダスト
Ｂ…炭材
Ｃ…ＣａＯ含有原料
Ｄ…バインダ
Ｅ…粉状混合物
Ｆ…ブリケット

Claims (4)

1. 油分を含有する製鉄所ダストに、炭材と液体バインダと、必要により、油分を含有しない酸化鉄含有原料、および／または、ＣａＯ含有原料とを添加し混合して、粉状混合物とする混合工程と、この粉状混合物を圧縮成形してブリケットとする成形工程とを備え、
   前記成形工程におけるブリケットの製造速度を上昇させる場合には、前記粉状混合物中の油分含有量を減少させ、前記ブリケットの製造速度を低下させる場合には、前記粉状混合物中の油分含有量を増加させて、必要とする前記ブリケットの製造速度を満足するように、前記粉状混合物中の油分含有量を調整することを特徴とする、油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法。
   ここに、粉状混合物中の油分含有量とは、粉状混合物中における、製鉄所ダストと炭材と酸化鉄含有原料とＣａＯ含有原料との合計質量に対する油分の質量割合で定義される値である。
2. 前記粉状混合物の油分含有量を０．５〜２．０質量％の範囲で調整する、請求項１に記載の油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法。
3. 前記粉状混合物中のＣａＯ含有原料の含有量を２．０質量％以上とする、請求項１または２に記載の油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法。
4. 前記ブリケットの製造速度は、ブリケットマシンの加圧ロールの回転速度を変化させることによって調整する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の油分含有製鉄所ダストを用いた炭材内装ブリケットの製造方法。

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