JP3653032B2

JP3653032B2 - 製鉄用含鉄ダスト類の処理方法

Info

Publication number: JP3653032B2
Application number: JP2001342281A
Authority: JP
Inventors: 恒男池田; 靖瀬戸; 範行加藤; 昭具島; 準一桜木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2021-11-07
Also published as: JP2003147446A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所内で発生するダスト、スラジ、スケール、コークス粉、石炭微粉および鉱石粉等（以下、含鉄ダスト類という）の製鉄原料としての再生利用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に製鉄工程の焼結、高炉、転炉等で発生する集塵ダストや各水処理設備から発生するスラッジ、熱延、冷延等から発生するスケールは再び製鉄原料として利用されている。また、再利用を行う場合、ダスト類やスラッジ類、スケール類の他に、コークス粉や石炭微粉、鉄鋼石粉、バインダー、その他副原料を事前に粉砕、混合、混練、もしくは造粒した後、焼結工程や転炉工程、高炉工程に戻され製鉄原料としての再生利用されている。
【０００３】
一方、電子写真現像剤は、複写機やプリンター等に広く用いれている。電子写真現像剤は、電子写真の種類により、マグネタイト含有トナーを用いる１成分系と、有機顔料を含むトナーと磁性粉キャリアを用いる２成分系とがある。これらの電子写真現像剤は、複写機やプリンターの保持点検時や使用済みトナーカートリッジから廃トナーおよび廃キャリアとして回収される。また、トナー製造工場から品質不適合品として廃トナーが発生している。従来、これら廃トナーおよび廃キャリアは、廃棄物として埋立処分されるか、焼却処分されている。しかし、廃トナーは、トナーの物理的特徴である１０μｍ前後と微細であることと嵩張ることのため、発塵など環境問題やハンドリングが難しく、空気輸送の際に粉塵爆発を引き起こす危険性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した製鉄工程の焼結、高炉、転炉等で発生する集塵ダストや各水処理設備から発生するスラッジ、熱延、冷延等から発生するスケールは再び製鉄原料として利用する場合、その過程で製品コンベアで搬送中に擬似粒子が崩壊し粉状になりにくいという問題がある。そのために、強度が強い擬似粒子状の混練ダストを製造する必要があり、また、含鉄ダスト類を上記のような擬似粒子とすることにより、微粉状の含鉄ダスト類が焼結機に入り焼結原料充填層内の通気性を下げる問題を解決する必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述したような課題を解決するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、トナーの特性である、７５〜８５℃の温度で溶融すること、すなわち、低温での溶融性を持つことの特性を利用して、含鉄ダスト類の混練ダストの強度および粉率を改善する製鉄含鉄ダストの処理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、
（１）製鉄所内で発生するダスト、スラジ、スケール、コークス粉、石炭微粉および鉱石粉の２種以上の混練物を回転式横型ドラム内で、直径が５０ｍｍ以上の鋼球製ボールにて、該鋼球の最高落下高さ１ｍ以上の落下による衝撃高温熱処理での擬似粒子化を図る前処理した含鉄ダスト類を製鉄原料として使用する方法において、該含鉄ダスト類に対し、廃トナーを０．１〜８．０重量％加え、かつ粉砕、混練温度を４０〜８５℃に調整して混練物の擬似粒子化することを特徴とする製鉄用含鉄ダスト類の処理方法。
【０００６】
（２）製鉄所内で発生するダスト、スラジ、スケール、コークス粉、石炭微粉および鉱石粉の２種以上の混練物を回転式横型ドラム内で、直径が５０ｍｍ以上の鋼球製ボールにて、該鋼球の最高落下高さ１ｍ以上の落下による衝撃高温熱処理での擬似粒子化を図る前処理した含鉄ダスト類を製鉄原料として使用する方法において、１０ｍｍ以下に粉砕した廃プラスチックを該含鉄ダスト類に対し、０．２〜２０重量％加え、該含鉄ダスト類に対し、廃トナーを０．１〜８．０重量％加え、かつ粉砕、混練温度を４０〜８５℃に調整して混練物の擬似粒子化することを特徴とする製鉄用含鉄ダスト類の処理方法。
【０００７】
（３）前記（１）または（２）により処理された製鉄所内で発生するダストやスラジ等の混練物を、他の焼結原料、石灰石、粉コークスと定量配合し混合後、焼結することを特徴とする製鉄用含鉄ダスト類の処理方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に従って詳細に説明する。
図１は回転式横型ドラムによる混練法の概略工程を示す図である。この図１に示すように、所内で発生したダストやスラッジ、スケールは、トッラク等により処理設備のダストホッパー３、スラッジホッパー４、スケールホッパー５に貯蔵される。これらは各配合比に合わせ定量切り出しされ、切り出しコンベア６によりボールミル１へ投入される。ボールミル内で粉砕、混合、混練される。このボールミル内で、通常０．５〜３．０ｍｍの大きさの擬似粒子となり排出され、篩２を通り、篩下粒子は再び切り出しコンベアに戻り、篩上粒子は混練ダストコンベア７により製品ホッパーへ搬送される。
【０００９】
このように製造された擬似粒子状の混練ダストは、使用する含鉄ダスト類、スケール等の配合比や、含水率によって、粒度分布や粉率、強度が大きく変動する。粉率が高く強度が弱い場合は、製品コンベアで搬送中に擬似粒子が崩壊し粉状になってしまう。また、混練ダストを焼結炉に装入する場合、粉状のダストは焼結炉内部の原料充填層の通気性を阻害する原因ともなる。
【００１０】
図２は含鉄ダストと廃トナーにより製造した混練ダストを焼結工程で処理する工程を示す図である。この図に示すように、処理するダストは、高炉ダストや転炉ダストおよび焼結ダストであり、スケールは、熱延スケールや冷延スケールなどの圧延スケールである。その他としてコークス粉および廃トナーを処理原料とする。これらをヤードに受入れた後、所定の配合比でホッパーに貯槽する。これ以外に、製鉄所から発生するスラッジ類としては、冷延排水処理スラッジや循環水処理スラッジ、高炉水処理スラッジ、製鋼水処理スラッジ等を用いても良い。また、石炭粉、落鉱粉、焼却灰、転炉スラグ等などを用いても良い。
【００１１】
この場合処理する廃トナーは、マグネタイトを含む一成分系のトナーであっても、マグネタイトを含まない二成分系でもかまわない。また、一成分系と二成分系が混合しているものであってもかまわない。また、二成分系のトナーは、カラー電子写真現像剤用の黒色と赤色、黄色、青色トナーでもかまわない。また、廃トナーと廃キャリアが混合していても、分離することなく用いることができる。廃キャリアは、マグネタイトキャリアとフェライトキャリアとがあるが、これらが混合していてもかまわない。このように、使用する廃トナーは分別する必要はなく、かつ廃キャリアが混合していても分離することなく、既存の設備に対して簡単な工程を追加するだけで利用できる。
【００１２】
これらの含鉄ダスト類と廃トナーを所定の配合比に合わせてホッパーから切り出し、回転式横型ドラムミル（ボールミル）へ投入する。この際の廃トナーの配合量は、含鉄ダスト類に対し重量割合で０．１〜８．０％の割合とする。重量割合で０．１％未満の場合、混練ダストの擬似粒子化の促進が進まなく、廃トナーの効果が少ない。また、廃トナーを８．０％以上の場合、廃トナーの混練ダストの擬似粒子化を促進する一方、過剰の廃トナーが粉状のまま混練ダストに付着し、乾燥が進むにつれ発塵の原因となるため好ましくない。廃トナーの最適な混合割合は、含鉄ダスト類の種類や配合比によって異なるが多くの場合、１．０〜６．０％が好ましい。
【００１３】
ボールミルでは、擬似粒子化を促進するために水分を２〜１０％の範囲で添加する。これらの条件は、使用する含鉄ダスト類の種類や配合比に合わせて設定する。ボールミル内の温度は４０〜８５℃になるように調整する。温度が低い場合は混練ダストの擬似粒子化が促進されず、特に、廃トナーによる擬似粒子化の促進と強度発現の寄与が行われない。また、温度が８５℃を超える場合、ボールミル本体や後工程の振動篩などの運転に支障をきたすとともに、ボールミル内で廃トナーが単独で凝集してしまう。これらの影響を考慮すると、ボールミル内の温度は、６０〜７５℃が望ましい。
【００１４】
使用する鋼球は直径５０ｍｍ以上のものを用いる。好ましくは１００ｍｍ以上を用いる。ボールミルの容積比で１５〜３０％の鋼球を入れ、４〜３０ｒｐｍで回転させる。この際、ボールミル内で鋼球が１ｍ以上落下するように運転する。ボールミルにおいて擬似粒子化された混練ダストは、焼結工程のホッパーに貯槽され、焼結原料や石灰石および粉コークスとともに定量切り出しされた後、ドラムミキサーで混合され、焼結炉に供給される。
【００１５】
焼結工場において、還元剤として廃プラスチックスを混練ダストに混合して使用する場合、含鉄ダスト類を所定の配合比に合わせて切り出しボールミルへ投入する際に、事前に含鉄ダスト類に対し重量割合で、０．２〜２０％の廃プラスチックスと０．１〜８．０％の廃トナーを混合する。この場合、廃プラスチックスは、混練ダストの擬似粒子のサイズに合わせて１０ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下に破砕するものを用いる。廃トナーが０．１％以下の場合、混練ダストの擬似粒子化の促進が進まなく、廃トナーの効果が少ない。また、廃トナーを８．０％を超える場合、廃トナーの混練ダストの擬似粒子化を促進する一方、過剰の廃トナーが粉状のまま混練ダストに付着し、乾燥が進むにつれ発塵の原因となるため好ましくない。
【００１６】
トナーは、多くの複写機やプリンターの電子写真現像方式が７５〜８５℃の温度で定着する溶融定着方式をしていることから、トナーは７５〜８５℃の温度で溶融する特性を持っている。本発明は、この特性を用いて混練ダストの擬似粒子化の促進と強度改善を行うものである。すなわち、廃トナーを混合した混練ダストの温度を７５〜８５℃にすることでトナーを溶融させ、擬似粒子化の促進と強度発現を行うものである。しかし、通常廃トナーによる擬似粒子化の促進と強度発現を起こす場合、７５〜８５℃で混練し、その後好ましくは１５０℃以上の温度を保ち、１時間から２時間養成する必要がある。本発明は、このような保持時間を必要とせずに、擬似粒子化の促進と強度発現を行うものである。
【００１７】
すなわち、ボールミル内での鋼球が１ｍ以上の高さから落下して、下部の他の鋼球やボールミル壁面に衝突する際、衝突点もしくは微細な面が瞬時的に高温になることを利用し、擬似粒子化の促進と強度発現を行うものである。この場合、ボール重量が重く、落下高さが大きいほど、また、衝突回数が多い程この作用は大きくなる。このことを、図３を用いて、鋼球と鋼球の衝突による擬似粒子化の生成過程を説明する。
【００１８】
すなわち、図３は本発明における擬似粒子の発生モデルを示す図である。この図に示すように、ボールミル下部に鋼球９と例えば廃トナー配合混練ダスト１０なる原料粉が混合しており、ドラムの回転によってこの鋼球９および廃トナー配合混練ダスト１０なる原料は回転方向に持ち上げられる。そして鋼球９と廃トナー配合混練ダスト１０なる原料粉は、ある程度の高さに達すると落下し、下部の廃トナー配合混練ダスト１０なる原料粉と鋼球９が衝突する。
【００１９】
この際の鋼球９と鋼球９の衝突により廃トナー配合混練ダスト１０なる原料の粉砕と混合が起こると同時に、水分やバインダーが存在すると擬似粒子１１が生成する。鋼球９と鋼球９の衝突時、原料中に廃トナーが存在すると、鋼球９の衝突時に局所的に発生する高熱により、トナー成分の融着が起こり鱗片状の擬似粒子１１が生成する。この擬似粒子１１はトナー成分の融着作用により、機械強度の強い擬似粒子となり、搬送工程等による粉化が起こりにくくなる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
（実施例１）
処理するダストおよび重量配合比は、転炉微粒ダスト９．０％、転炉粗粒ダスト８．５％、高炉ダスト１５．５％、焼結ダスト２５．０％、熱延スケール２１．５％、粉コークス４．５％、落鉱粉６．０％、焼却灰４．５％、転炉スラグ５．５％とした。廃トナーは、一成分系廃トナー６０％と二成分系廃トナー４０％の割合で混合されたものを、処理するダストに対し、２．０、４．０、６．０、８．０重量％の割合で混合した。また、比較例として廃トナーを添加しない場合についても、ダスト処理を行った。各ダストおよび廃トナーを上記割合で定常切り出し後、水分が６．５重量％になるように調整し、ボールミルに供給する。
【００２１】
ボールミルの回転数（Ｒｒｐｍ）は、ボールミル内径（Ｄｍ）に対し、
Ｒ＝３２／Ｄ^0.5となるように調整した。また、鋼球は径が５０ｍｍから１００ｍｍのものを、ボールミルの容積に対し２５％充填し、ボールミル内の平均落下高さは１．４ｍｍであった。擬似粒子の粒度測定法は、１ｍｍの篩上の重量割合とする。表１に混練ダストの製造結果を示す。廃トナーを混合することにより０．２５ｍｍ篩上重量割合は高くなることが確認できた。また、廃トナーの混合率が８．０％の場合は、擬似粒子の０．２５ｍｍ篩上重量割合が下がることが判る。
【００２２】
【表１】

【００２３】
（実施例２）
焼結鉱原料として、原料鉄鉱石粉７２重量％、石灰石１１重量％、生石灰１．５重量％、焼結粉１０重量％、蛇紋岩１．５重量％、粉コークス４重量％の割合で貯槽から切り出し、さらに実施例１と同様に製造した廃トナー２．０％添加した混練ダスト５重量％および比較例として廃トナーを加えていない混練ダスト７重量％の割合で貯槽から切り出し、水分が８．５％になるように水分を調整後、ドラムミキサーで混合・造粒し、焼結炉へ装入して焼結鉱を製造した。表２に廃トナーの混合と混練ダストの配合割合と焼結工程での生産増減率を示す。製鉄所で発生する含鉄ダストを混練ダストのような擬似粒子で装入した場合、焼結工程の生産性が落ちるため、混練ダストを高い配合割合で使用することができない。しかし、廃トナーを加え擬似粒子を改善することにより、焼結工程の生産性を極端に悪化することなく、高い配合割合で混練ダストを使用することが出来る。
【００２４】
【表２】

【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、製鉄所発生含鉄ダスト類の処理において、廃トナーを加え、ボールミルで混練することにより、擬似粒子の生成促進および粉化率の低減を図ることができ、さらに、廃トナーは微粒子であるが、本発明による処理により廃トナーの大部分が融着することにより混練ダストの搬送工程、焼結工程における発塵することなく、焼結鉱に影響を与えることなく処理することが可能となる極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転式横型ドラムによる混練法の概略工程を示す図である。
【図２】含鉄ダストと廃トナーにより製造した混練ダストを焼結工程で処理する工程を示す図である。
【図３】本発明における擬似粒子の発生モデルを示す図である。
【符号の説明】
１ボールミル
２篩
３ダストホッパー
４スラッジホッパー
５スケールホッパー
６切り出しコンベア
７搬送コンベア
８廃トナーホッパー
９鋼球
１０廃トナー配合混練ダスト
１１擬似粒子

Claims

製鉄所内で発生するダスト、スラジ、スケール、コークス粉、石炭微粉および鉱石粉の２種以上の混練物を回転式横型ドラム内で、直径が５０ｍｍ以上の鋼球製ボールにて、該鋼球の最高落下高さ１ｍ以上の落下による衝撃高温熱処理での擬似粒子化を図る前処理した含鉄ダスト類を製鉄原料として使用する方法において、該含鉄ダスト類に対し、廃トナーを０．１〜８．０重量％加え、かつ粉砕、混練温度を４０〜８５℃に調整して混練物の擬似粒子化することを特徴とする製鉄用含鉄ダスト類の処理方法。
製鉄所内で発生するダスト、スラジ、スケール、コークス粉、石炭微粉および鉱石粉の２種以上の混練物を回転式横型ドラム内で、直径が５０ｍｍ以上の鋼球製ボールにて、該鋼球の最高落下高さ１ｍ以上の落下による衝撃高温熱処理での擬似粒子化を図る前処理した含鉄ダスト類を製鉄原料として使用する方法において、１０ｍｍ以下に粉砕した廃プラスチックを該含鉄ダスト類に対し、０．２〜２０重量％加え、該含鉄ダスト類に対し、廃トナーを０．１〜８．０重量％加え、かつ粉砕、混練温度を４０〜８５℃に調整して混練物の擬似粒子化することを特徴とする製鉄用含鉄ダスト類の処理方法。
請求項１または２により処理された製鉄所内で発生するダストやスラジ等の混練物を、他の焼結原料、石灰石、粉コークスと定量配合し混合後、焼結することを特徴とする製鉄用含鉄ダスト類の処理方法。