JP6176985B2 - 鉄資源の再生処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄所において生じる酸化鉄であるスケールを鉄資源としてリサイクルする鉄資源の再生処理方法に関するものである。

製鉄所において、鋼帯は熱間圧延により製造されるため、鋼帯表面には酸化鉄が主成分であるスケールが発生する。
この熱間圧延加工では主に圧延ロールと鋼帯との摩擦の緩和、鋼帯の冷却を目的として大量の潤滑油、冷却水を使用するので、熱間圧延で生じたスケールは油分及び水分を多く含有している。

ここで、資源の有効活用の観点や環境問題の観点から、近年、酸化鉄であるスケールを鉄資源として焼結や転炉にて再利用することが重視されている。

しかし、熱間圧延加工等により生じた油分及び水分を含有する含油含水スケールを焼結で再利用する場合、含有している油分のため、スケールを集める集塵機において発火するおそれがある。
また、含油含水スケールを転炉で再利用する場合、スケールが粉状では舞ってしまい排ガスとともに外部に排出されてしまうため、含油含水スケールをペレット状又はブリケット状に製団加工（造粒）する必要があるが、含有している水分のためにうまく製団加工することができなかった。

そこで、含油含水スケールに石炭灰や生石灰、すなわち酸化カルシウムを添加して反応熱により脱水する方法が開示されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

特開平６−２３８２９９号公報 特開２０００−２３７５１２号公報 特開２０００−２７３５５４号公報

特許文献１においては、汚泥処理において石炭灰が使用され、それに含まれる酸化カルシウムによって脱水を行っている。しかも脱水反応時の発熱により、焼却工程を通さずに油分の除去も行われている。
また、特許文献２においては、水分と油分を含むスラッジ（汚泥）に生石灰を混合して、脱水及び油分の除去を行っている。混合する生石灰の量は、スラッジの水分質量に対して０．５〜１．５倍としている。

また、特許文献３においては、最初に第一混合工程で含油スケールに生石灰を混合して第一生成物を生成する。
そして、第二混合工程で第一生成物に苛性ソーダと水を添加して混合し第二生成物を生成する。
そして、製団工程で、第二生成物を加圧してブリケットに製団加工する。
この発明では、第二混合工程において苛性ソーダが水と反応することで発熱し、それに伴い含油スケールから油分が滲み出るので、生石灰のみを混合した場合に比べて、油分が分解されるまでの時間が短縮される。

しかしながら、特許文献１の発明では処理結果物が粉状であるので、先述したように転炉では使用できないという問題がある。また、処理結果物に対して製団加工を行いブリケットを製造する場合には、製団時に何らかのバインダーを加えないと出来上がったブリケットが運搬機械によるハンドリングに耐えられるだけの強度を有しないが、このような製団加工については特許文献１では全く言及されていない。

また、特許文献２の発明では、水分との反応性を考慮して生石灰の粒度を３ｍｍ未満とすることが望ましいとしているが、やはり特許文献２でも製団加工を行うことを考慮していない。
ここで、この粒度の生石灰を含油含水スケールと混合した場合、生石灰の粒度が大きいので、混合してもその生石灰の粒の内部には水分と未反応のままの生石灰成分が残存する。よって、この混合物を製団加工しても、十分な強度のブリケットが得られないという問題点がある。

また、特許文献３の発明では、製団加工を行っているがブリケットの強度の面において改善の余地がある。

そこで、本発明の目的とするところは、十分な強度のペレット又はブリケットを得ることができる鉄資源の再生処理方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の鉄資源の再生処理方法は、酸化鉄が主成分であって油分及び水分を含有する含油含水スケールに生石灰を混合して第一生成物を生成する第一混合工程（１００）と、前記第一生成物にバインダーを混合して第二生成物を生成する第二混合工程（２００）と、前記第二生成物を加圧してペレット又はブリケットに製団加工する製団工程（３００）を備える鉄資源の再生処理方法であって、前記生石灰の粒度が１ｍｍ以下であり、前記第二混合工程（２００）において、前記第一生成物に対して１００〜２００質量％の、油分を含有しないスケールを前記バインダーとともに混合することを特徴とする。

また、請求項２に記載の鉄資源の再生処理方法は、前記第一生成物の含水量を前記油分を含有しないスケールの含水量と略等しくしたことを特徴とする。

ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。

本発明によれば、生石灰の粒度が１ｍｍ以下と小さいので、混合された生石灰の総表面積が大きく、生石灰の大部分が含油含水スケールの水分と反応する。よって、水分と未反応のまま第一生成物の内部に残存する生石灰成分が少ないので、製団工程後のペレット又はブリケットの強度が向上する。この結果、ブリケット等がハンドリング時に割れず、運搬し易い。また、ブリケット等が投入シュートで詰まらない。このように、本発明では十分な強度のペレット又はブリケットを得ることができる。
また、未反応の生石灰が少ないので、生石灰に無駄がなくコストが低廉である。

また、本発明によれば、第二混合工程において、第一生成物に対して１００〜２００質量％の、油分を含有しないスケールをバインダーとともに混合するので、残存している油分の割合を低減させることができる。
すなわち、第一混合工程では含油含水スケールに生石灰を混合することで、含油含水スケールに対して脱水とともに油分の除去を行っているが、生石灰を混合するだけの油分除去には限界があるので、第一生成物中には油分が残存している。この油分が残存した第一生成物に、油分を含有しないスケールを混合することで相対的に油分の割合を低減させることができるので、ペレット又はブリケットの強度が向上する。
さらに、第二混合工程において含油含水スケールとは異なるスケールを使用するので、他工程で生じた油分を含有しないスケールを含油含水スケールと同時にリサイクル可能であり、効率がよい。

また、本発明によれば、第一生成物の含水率を油分を含有しないスケールの含水率と略等しくしたので、ブリケット等の強度を上げるためのバインダーに必要な水分量の管理が容易である。つまり、第一生成物と油分を含有しないスケールの合計重量がわかればそれらの含水量もわかるので、さらに加えるべき水分量を容易に把握できる。

なお、本発明の鉄資源の再生処理方法のように、含油含水スケールに粒度が１ｍｍ以下の生石灰を混合して、その後バインダーを混合し製団加工する点は、上述した特許文献１乃至３には全く記載されていない。

本発明の実施形態に係る鉄資源の再生処理方法の工程図である。 図１に示す第一混合工程及び第二混合工程において、各混合物の割合を変化させて形成されたブリケットの強度評価の表である。

図１を参照して、本発明の実施形態に係る鉄資源の再生処理方法を説明する。
この鉄資源の再生処理方法は、酸化鉄が主成分であって油分及び水分を含有する含油含水スケールをリサイクルする方法であって、第一混合工程１００、第二混合工程２００、製団工程３００、乾燥工程４００、再使用工程５００を備える。

まず、第一混合工程１００において、含油含水スケールに生石灰を添加し、ミキサーにて混合して第一生成物を生成する。
この生石灰の粒度はほぼ全てが２００μｍ以下である。
また、生石灰の混合量は、含油含水スケールの含水量の１００質量％（同量）とした。
この第一混合工程１００は脱水工程であり、生石灰と水分との反応熱により含水量を低減させる。この第一混合工程の結果生成された第一生成物の含水率は９％程度である。
また、含水量の低減と同時に油分も低減する。

次に、第二混合工程２００では、第一生成物に対して、油分を含有しないスケールを３質量％のバインダー（ここではコーンスターチ）及び１質量％の水とともにミキサーで混合して第二生成物を生成する。
ここで混合されるスケールは、熱間圧延で製造される鋼帯とは別の製品の製造工程で生じるスケールであって、油分を含有していない。また、このスケールの含水率は１０％程度である。
また、第一生成物と、油分を含有しないスケールは同量（同質量）とした。

次に、製団工程３００において、第二生成物を１００ｋｇ／ｃｍ²の圧縮成形圧力で加圧して、ブリケットに製団加工する。出来上がったブリケットの粒度は２０〜６０ｍｍである。

次に、乾燥工程４００ではブリケットを一日以上放置して乾燥させる。
これら第一混合工程１００から乾燥工程４００で、含油含水スケールをブリケットに再生する工程は完了する。

最後に、再使用工程５００において、乾燥したブリケットを転炉に投入して鉄資源として再使用する。

次に、生石灰の粒度や各混合物の割合として上述のものを採用するに至った実験について、図２を参照して説明する。
まず、第一混合工程１００において、従来通り含油含水スケールに粒度が３ｍｍ以下である粗い生石灰及び２００μｍ以下である細かい生石灰の混合量を変えて、それに伴うブリケットの強度を評価した（実験Ｎｏ．１〜６）。
この実験の前段階として含油含水スケールの含水率を分析すると実験Ｎｏ．１〜３のものは２９％で、実験Ｎｏ．４〜６のものは３４％であった。よって、実験Ｎｏ．１〜３、及び実験Ｎｏ．４〜６の含油含水スケール２０ｋｇにおける含水量はそれぞれ５．８ｋｇ、及び６．８ｋｇであることがわかる。
したがって、含油含水スケールの含水量に対する生石灰の割合は、実験Ｎｏ．１では６９ｗｔ％、実験Ｎｏ．２では１０３ｗｔ％、実験Ｎｏ．３では１５５ｗｔ％、実験Ｎｏ．４では６６ｗｔ％、Ｎｏ．５では１００ｗｔ％、Ｎｏ．６では１５０ｗｔ％である。

そして、実験Ｎｏ．１〜６では第二混合工程２００でバインダーのみ（３ｗｔ％）を添加した。この場合、製団直後のブリケットにはある程度の強度があったが、乾燥工程４００を経るとハンドリング時に圧壊してしまった。
ここで、実験Ｎｏ．３及びＮｏ．６では生石灰の量が多く飽和して無駄が多かったので、コスト面を考慮すると実験Ｎｏ．２及びＮｏ．５の比率が好ましいことがわかった。

また、粗い生石灰を用いて製団したサンプルの破断面を目視すると、未反応の生石灰が多数認められ、そこから破断していることが確認されたので、生石灰は粒度の細かいものが好ましいことがわかった。さらに、実験Ｎｏ．１と実験Ｎｏ．４の比較からも、たとえ含油含水スケールの含水量に対する生石灰の割合がほぼ同じであっても、生石灰は粒度の細かいもののほうがブリケットの強度向上に効果があると言える。
以上の結果から、第二混合工程２００でバインダーのみを添加する場合、最も好ましいのは実験Ｎｏ．５の条件であることがわかる。

次の実験では、第一混合工程１００で混合する生石灰として粒の細かいもの（２００μｍ以下）を使用するとともに、含油含水スケールの含水量に対する生石灰の割合を実験Ｎｏ．５と同じにして、第二混合工程２００において、第一生成物に対してバインダーとともに油分を含有しないスケールを混合した。そして、その油分を含有しないスケールの割合を変化させて評価を行った（実験Ｎｏ．７〜１０）。
この実験結果から、第一生成物に対して油分を含有しないスケールを１００〜２００質量％混合するとよいことがわかる。
特に、実験Ｎｏ．８のように第一生成物と、油分を含有しないスケールを同量にしたときが最もブリケットの取扱い性に優れていた。
なお、従来は油分を含有しないスケールの混合量を増やせば増やすほど、ブリケットの強度が上昇すると考えられていたが、今回の実験のように含油含水スケール（含油スケール）と混合する場合には最適な混合割合（１００〜２００質量％）が存在することがわかった。

最後に、実験Ｎｏ．１〜１０のうち最適であった実験Ｎｏ．８の条件において、コスト面から、含油含水スケールの含水量に対する生石灰の割合のみを減らしてブリケットの強度を調べた（Ｎｏ．１１）。
この結果、その割合が８６ｗｔ％でもブリケットの強度は実験Ｎｏ．８と同様であって、取扱いに優れるものであった。

以上のように構成された鉄資源の再生処理方法によれば、生石灰の粒度が２００μｍ以下と小さいので、混合された生石灰の総表面積が非常に大きく、生石灰の大部分が含油含水スケールの水分と反応する。
よって、水分と未反応のまま第一生成物の内部に残存する生石灰成分がほとんどないので、製団工程後のブリケットの強度が向上する。この結果、ブリケットがハンドリング時に割れず、運搬し易い。また、ブリケットが投入シュートで詰まらない。
このように、十分な強度のブリケットを得ることができる。

また、生石灰の混合量が含油含水スケールの含水量の１００質量％であるので、第一混合工程１００において含油含水スケールを十分に脱水可能である。また、生石灰の混合量が多過ぎないのでコストを抑えることができるとともに、未反応の生石灰の割合が低くなり次工程である第二混合工程２００での水分調節も容易となる。

また、第二混合工程２００において、油分を含有しないスケールをバインダーとともに混合するので、残存している油分の割合を低減させることができる。
すなわち、第一混合工程１００では含油含水スケールに生石灰を混合することで、含油含水スケールに対して脱水とともに油分の除去を行っているが、生石灰を混合するだけの油分除去には限界があるので、第一生成物中には油分が残存している。この油分が残存した第一生成物に、油分を含有しないスケールを混合することで相対的に油分の割合を低減させることができるので、ブリケットの強度が向上する。
さらに、第二混合工程２００において含油含水スケールとは異なるスケールを使用するので、他工程で生じた油分を含有しないスケールを含油含水スケールと同時にリサイクル可能であり、効率がよい。

しかも、第二混合工程２００で混合するスケールの含水率は第一生成物の含水率と略等しいので、ブリケット等の強度を上げるためのバインダーに必要な水分量の管理が容易である。
つまり、第一生成物と油分を含有しないスケールの合計重量がわかればそれらの含水量もわかるので、さらに加えるべき水分量を容易に把握できる。

なお、本実施形態において、製団工程３００においてブリケットを製造したが、ブリケットよりも粒度の低いペレットとしてもよい。
また、生石灰の粒度を全て２００μｍ以下としたが、これに限られるものではなく、生石灰のうち、２００μｍ以下の粒度の生石灰の占める割合が９０％以上であればよい。また、全ての生石灰の粒度が１ｍｍ以下であれば、従来よりも強度の高いブリケット等を得ることができる。

また、生石灰の混合量を含油含水スケールの含水量の１００質量％であるとしたが、これに限られるものではなく、生石灰の混合量を含油含水スケールの含水量の８０〜２００質量％（好ましくは９０〜１１０質量％）であればよい。
生石灰の混合量を含油含水スケールの含水量の８０質量％以上とすることで、第一混合工程１００において含油含水スケールを十分に脱水可能である。
また、生石灰の混合量を含油含水スケールの含水量の２００質量％以下とすることで、コストを抑えることができるとともに、未反応の生石灰の割合が低くなり次工程である第二混合工程２００での水分調節も容易となる。

さらに、第二混合工程２００において、油分を含有しないスケールをバインダーとともに混合したが、このスケールを混合しなくてもよい。つまり、実験Ｎｏ．５や実験Ｎｏ．６の条件であっても、出来上がったブリケットは再利用に耐えられる。
また、第一生成物の含水率と、油分を含有しないスケールの含水率は異なっていてもよく、バインダーに必要な水分量を算出できればよい。

また、第二混合工程２００で用いるバインダーをコーンスターチとしたが、これに限られるものではない。
また、バインダーを３質量％加えるとしたが、４質量％でもよい。このとき、製団直後のブリケットの強度はさらに高くなる。但し、乾燥後のブリケットの強度は実験Ｎｏ．８の場合と同等であった。

１００ 第一混合工程
２００ 第二混合工程
３００ 製団工程
４００ 乾燥工程
５００ 再使用工程

Claims (2)

1. 酸化鉄が主成分であって油分及び水分を含有する含油含水スケールに生石灰を混合して第一生成物を生成する第一混合工程と、
   前記第一生成物にバインダーを混合して第二生成物を生成する第二混合工程と、
   前記第二生成物を加圧してペレット又はブリケットに製団加工する製団工程を備える鉄資源の再生処理方法であって、
   前記生石灰の粒度が１ｍｍ以下であり、
   前記第二混合工程において、前記第一生成物に対して１００〜２００質量％の、油分を含有しないスケールを前記バインダーとともに混合することを特徴とする鉄資源の再生処理方法。
2. 前記第一生成物の含水率を前記油分を含有しないスケールの含水率と略等しくしたことを特徴とする請求項１に記載の鉄資源の再生処理方法。