JP2018119178A - 製鋼用塊成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を用いても強度が良好な製鋼用塊成物の製造方法を提供する。【解決手段】製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を原料の少なくとも一部として用い、この原料とバインダーとを混合し、ペレットまたはブリケットに加工して、製鋼工程で利用可能な製鋼用塊成物を製造する製鋼用塊成物の製造方法において、原料のｐＨが１０．５未満の場合には、バインダーとしてα澱粉およびデキストリンのうちの少なくともいずれかを用い、原料のｐＨが１０．５以上の場合には、バインダーとしてデキストリンを用いる。そして、このような方法によれば、鉄含有副産物が配合された原料のｐＨに応じてバインダーを選択するため、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を用いても強度が良好な製鋼用塊成物を製造できる。【選択図】なし

Description

本発明は、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を用いた製鋼用塊成物の製造方法に関する。

製鉄プロセスで発生するダストやスラッジ等の鉄分を含有する鉄含有副産物は、資源の有効活用や環境問題等の観点から、製鉄所内で鉄源としての再利用が進められている。

この鉄含有副産物は、焼結工程で再利用されることが多いが、油分を含有するものや金属鉄を多く含むものは、ペレットまたはブリケット状に加工して製鋼工程（転炉）で再利用することもある。

例えば、特許文献１には、ペースト状セメントをバインダーとして用い、含油スラッジを造粒および養生してペレットを製造し、転炉で再利用する方法が記載されている。

また、特許文献２および特許文献３には、含油スラッジに生石灰を混合して含油スラッジの水分を除去した後、造粒して転炉に投入して再利用する方法が記載されている。

特開２０００−２５６７６０号公報 特開２０００−２７３５５４号公報 特開２０１４−２１０９４２号公報

しかしながら、上述の特許文献１の方法では、バインダーとして脈石分の多いセメントを用いているため、ペレットの鉄分が低くなる。また、ペレットの強度向上のための特殊な養生処理が必要になり、製造コストの上昇や生産性の低下につながる可能性がある。

特許文献２および特許文献３の方法では、バインダーとして苛性ソーダやコーンスターチを使用しているが、いずれもブリケットの強度が十分に確保できない可能性がある。

ここで、製鉄プロセスでは、成分や粒度等の物性が異なる様々な鉄含有副産物が発生する。このような鉄含有副産物を原料として塊成化し製鋼用塊成物として再利用する場合には、製鋼用塊成物の強度は、使用する原料とバインダーとの組み合せによって大きく異なる。

そのため、再利用可能な高強度の製鋼用塊成物を製造するためには、用いる原料に応じて高強度が得られる適正なバインダーを選定する必要があるが、上記特許文献１ないし特許文献３のいずれも、高強度を得るための原料とバインダーとの組み合せについては、検討されていない。

したがって、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を用いて製造される製鋼用塊成物について、製鋼工程で利用できる程度の強度を十分に確保できる製鋼用塊成物の製造方法が求められていた。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を用いても強度が良好な製鋼用塊成物の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載された製鋼用塊成物の製造方法は、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を原料の少なくとも一部として用い、この原料とバインダーとを混合し、ペレットまたはブリケットに加工して、製鋼工程で利用可能な製鋼用塊成物を製造する製鋼用塊成物の製造方法において、前記原料のｐＨが１０．５未満の場合には、前記バインダーとしてα澱粉およびデキストリンのうちの少なくともいずれかを用い、前記原料のｐＨが１０．５以上の場合には、前記バインダーとしてデキストリンを用いるものである。

請求項２に記載された製鋼用塊成物の製造方法は、請求項１記載の製鋼用塊成物の製造方法において、バインダーとして、ベントナイト、糖蜜およびパルプ廃液のうちの少なくとも１種をさらに添加するものである。

請求項３に記載された製鋼用塊成物の製造方法は、請求項１または２記載の製鋼用塊成物の製造方法において、原料の一部として油分含有スラッジと生石灰との混合物を用いるものである。

請求項４に記載された製鋼用塊成物の製造方法は、請求項３記載の製鋼用塊成物の製造方法において、油分含有スラッジと生石灰との混合物は、生石灰の混合量が油分含有スラッジの含水量の３０質量％以上１２０質量％以下であるものである。

請求項５に記載された製鋼用塊成物の製造方法は、請求項３または４記載の製鋼用塊成物の製造方法において、油分含有スラッジと生石灰との混合物の配合量は、全原料に対して６０質量％以下であるものである。

本発明によれば、原料のｐＨに応じてバインダーを選択するため、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を用いても強度が良好な製鋼用塊成物を製造できる。

原料ｐＨとバインダーの強化量との関係と示すグラフである。 生石灰量と水分量との関係と示すグラフである。 生石灰量とデキストリンの強化量との関係を示すグラフである。 デキストリンの強化量と油分含有スラッジおよび生石灰の混合物量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態の構成について詳細に説明する。

本発明に係る製鋼用塊成物の製造方法は、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を原料の少なくとも一部として用い、この原料とバインダーとを混合し、ペレットまたはブリケットに加工して製鋼用塊成物とする。すなわち、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を製鋼用塊成物の原料として再利用する。

バインダーは、原料をペレットまたはブリケットに加工し塊成化するために用いられるもので、一般的には、セメントおよびベントナイト等の無機系バインダーと、澱粉および糖蜜等の有機系バインダーとに大別される。

無機系バインダーは、安価であるが、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３等のスラグ含有量が高く、その中でもセメントは、強度上昇のために長期間の養生処理等が必要になる。

一方、有機系バインダーは、高価であるものの、スラグ含有量が低く、無機系バインダーよりも少量で高強度が得やすく、特別な養生処理等も必要ない。

したがって、バインダーとしては、有機系バインダーを用いる。このような有機系バインダーの中でも澱粉は、入手の容易性等からバインダーとしてよく使用されるが、そのままでは冷水に溶解しない。そのため、酵素や熱等で変性した化工澱粉をバインダーとして用い、化工澱粉の中でも、冷水に溶解するα澱粉やデキストリンを用いる。

デキストリンには、澱粉を１００〜２００℃で加熱して製造される焙焼デキストリンや、酸や酵素でデキストリン化した物等のように数種類があるが、いずれを用いてもよい。

また、バインダーとして、α澱粉やデキストリンの化工澱粉に加え、さらにベントナイト、糖蜜およびパルプ廃液のうちの少なくとも１種を、強度上昇やバインダーの流動性向上の目的で適宜添加してもよい。

製鉄プロセスでは、ダストやスラッジ等の鉄含有副産物が多量に発生するが、発生する工程によって、その鉄含有副産物の成分や粒度等の物性が大きく異なる。

そのため、同一バインダーを用いてペレットやブリケット等に成型加工しても、その加工物である塊成化物の強度は、原料の種類によって大きく異なる。そのため、高強度の製鋼用塊成物を製造するには、原料とバインダーとの組み合せが重要となる。

しかしながら、原料によってバインダーの強度上昇量が異なる理由や、原料に応じたバインダー選定指針は明らかになっていない。

そこで、バインダーによる強化量に影響を及ぼす因子として原料ｐＨに着目し、以下に示す造粒実験を行った。

造粒実験は、直径５００ｍｍのタイヤ型造粒機にて実施した。造粒実験では表１に示すように、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物であるダストに、アルカリ性を示す消石灰を０〜５質量％の範囲で混合してｐＨを調整したものを各原料とした。

消石灰無添加（ダストのみ）の場合には原料ｐＨが９．１５であり、消石灰を添加すると原料ｐＨが上昇し、５質量％添加の場合には原料ｐＨが１１．５となった。なお、原料ｐＨは、蒸留水１００ｍＬに原料１ｇを投入し、市販のｐＨメーターで測定した。

原料と混合するバインダー（澱粉含有バインダー）としては、α澱粉およびデキストリンの２種類を使用し、ｐＨを調整した各原料を用いて、バインダー無添加の場合とバインダーを４質量％添加した場合とで造粒物を作製した。

これら造粒物は、１０５℃の乾燥機で完全に乾燥させた後、直径が８ｍｍ程度の物を選定し圧潰強度を測定して、その造粒物の強度とした。

そして、バインダー無添加の場合とバインダーを４質量％添加した場合とについて、測定した圧潰強度に基づいて、バインダー添加による強度上昇量（バインダーの強化量）を求めた。

図１に造粒物の強度上昇量と原料ｐＨとの関係を示す。なお、図１において、Ａはバインダーとしてα澱粉を用いた場合を示し、Ｂはバインダーとしてデキストリンを用いた場合を示す。

図１に示すように、バインダーとしてα澱粉を用いた場合には、原料ｐＨの上昇にともない強度上昇量が大きく低下し、原料ｐＨが１０．５を越えると添加してもほとんど強度が上昇しなかった。

一方、バインダーとしてデキストリンを用いた場合には、α澱粉を用いた場合と同様に、原料ｐＨの上昇にともない強度上昇量は低下する傾向にあるが、α澱粉で強度上昇が起こらない高ｐＨ領域でも強度上昇が認められた。

つまり、高ｐＨを示す原料を用いて塊成化する場合は、α澱粉よりもデキストリンの方がバインダーとして適している。

高ｐＨ原料でデキストリンがα澱粉より強度上昇量の大きい理由は明らかでないが、α澱粉では、高ｐＨ原料において糊化が阻害されるのに対し、デキストリンでは糊化が十分起こるためと考えられる。

したがって、原料のｐＨが１０．５未満の場合には、バインダーとしてα澱粉およびデキストリンのうちの少なくとも１種を用い、原料のｐＨが１０．５以上の場合には、バインダーとしてデキストリンを用いる。

ここで、熱延や酸洗工程で発生するスラッジは油分を数％含んでおり、このような油分含有スラッジは、一般的に集塵機での発火の恐れから焼結原料としての再利用は困難である。

また、油分含有スラッジは、水分を２０〜５０質量％含有しているため、鉄含有副産物とともに原料の一部として用いバインダーと混合し塊成化して、製鋼用塊成物として再利用する場合には、他の原料やバインダーと適切に混練できない可能性がある。

したがって、製鋼用塊成物の原料の一部として油分含有スラッジを用いる場合には、油分含有スラッジの含水量を２０質量％未満に低減することが好ましい。

油分含有スラッジの水分（含水量）を低減する方法としては、生石灰と混合し脱水反応の際の発熱反応を利用する方法がある。

図２には、油分含有スラッジに生石灰を混合した混合物における生石灰量（生石灰混合量）と油分含有スラッジの水分量との関係を示す。なお、図２における生石灰量は、油分含有スラッジの水分量に対する比率である。

図２に示すように、生石灰量の増加にともない油分含有スラッジの水分量は直線的に減少しており、生石灰を混合することが油分含有スラッジの水分量の低減に有効であることが分かる。そして、生石灰の混合量が３０質量％未満であると、油分含有スラッジの水分量を十分に低減できない。

しかしながら、混合する生石灰量が過剰であると油分含有スラッジの水分量は減少するものの、原料が高アルカリとなり、バインダーにデキストリンを用いても高強度の製鋼用塊成物が得られない可能性がある。

図３には、原料の一部として油分含有スラッジと生石灰との混合物を用いた場合におけるデキストリンの強化量（デキストリンによる強度上昇量）と生石灰量（混合物における生石灰の混合量）との関係を示す。なお、図３における生石灰量は、油分含有スラッジの水分量に対する比率であり、強度上昇量は前述した造粒実験により求めた。

図３に示すように、生石灰の混合量が１２０質量％を超えると、強度上昇量が急激に低下して、ほとんど強度上昇しない。

そのため、原料の一部として、油分含有スラッジと生石灰との混合物を用いる場合には、油分含有スラッジと混合する生石灰の量は、油分含有スラッジ含水量の３０質量％以上１２０質量％以下が好ましい。

このように油分含有スラッジに生石灰を混合して水分を低減させた混合物を、製鋼用塊成物の原料の一部として用いる場合には、その混合物の配合量が多くなると、原料ｐＨが上昇して原料が高アルカリとなり、バインダーにデキストリンを用いても高強度の製鋼用塊成物が得られない可能性がある。

図４には、ダストに油分含有スラッジおよび生石灰の混合物を添加した場合におけるデキストリンの強化量（デキストリンによる強度上昇量）と油分含有スラッジおよび生石灰の混合物量との関係を示す。なお、強度上昇量は前述した造粒実験により求めた。

図４に示すように、油分含有スラッジと生石灰との混合物量が増加するほどデキストリンの強化量は減少し、混合物量が６０質量％を超えるとほとんど強度上昇しない。

したがって、原料における油分含有スラッジと生石灰との混合物の配合比率は、全原料に対して６０質量％以下が好ましい。

次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。

上記製鋼用塊成物の製造方法によれば、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物が配合された原料のｐＨに応じてバインダーをα澱粉およびデキストリンから選択するため、製鉄プロセスで発生した物性の異なる鉄含有副産物を原料として用いても、バインダーによる強度上昇作用を確保できる。そのため、ペレット状またはブリケット状に成型加工した製鋼用塊成物の強度を向上でき、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を用いても強度が良好な製鋼用塊成物を製造できる。したがって、製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を製鋼用塊成物の原料として再利用できる。

バインダーとして、さらにベントナイト、糖蜜およびパルプ廃液のうちの少なくとも１種をさらに添加することにより、強度上昇作用を向上でき、また、バインダーの流動性を向上できる。

原料の一部として、油分含有スラッジと生石灰との混合物を用いることにより、焼結原料として再利用しにくい油分含有スラッジを用いて、強度が良好な製鋼用塊成物を製造できる。

また、油分含有スラッジと生石灰との混合物における生石灰の混合量を、油分含有スラッジの含水量の３０質量％以上１２０質量％以下とすることにより、油分含有スラッジの水分量を適切に低減できるとともに、バインダーによる強度上昇作用を確保できる。

さらに、原料における油分含有スラッジと生石灰との混合物の配合量を、全原料に対して６０質量％以下とすることにより、原料のｐＨの上昇を抑制して、バインダーによる強度上昇作用を確保できる。

以下、本実施例および比較例について説明する。

本発明の効果を確認するため、以下の造粒実験を実施した。

まず、混練機で表２に示す原料配合の原料を１００ｋｇ、２分間混練した後、ブリケットマシンで成型加工した。なお、混練中には、原料の状態を見ながら水分を適宜添加した。また、ブリケットマシンのロールは径が５３４ｍｍ、幅が１２４ｍｍ、ポケットサイズは５０×４８×２０ｍｍである。

作製したブリケットを２日間放置した後、圧潰強度を測定した。圧潰強度は各条件で１０個のブリケットで測定し、その平均値で各加工物（ブリケット）を評価し、圧潰強度が０．５ｋＮ以上を合格とした。

各加工物の製造条件および圧潰強度を表２に示す。

本実施例であるＮｏ．１ないしＮｏ．６では、原料ｐＨが１０．５以上の場合にはバインダーとしてデキストリンを用い、原料ｐＨが１０．５未満の場合にはバインダーとしてデキストリンまたはα澱粉を用いたものであり、圧潰強度は全て０．５ｋＮ以上であった。

比較例であるＮｏ．７およびＮｏ．８は、原料ｐＨが１０．５以上であるにもかかわらずバインダーとしてα澱粉を用いたものであり、圧潰強度が０．５ｋＮより低かった。なお、Ｎｏ．８は、ブリケット状に成型できなかった。

比較例であるＮｏ．９は、油分含有スラッジと生石灰との混合物（スラッジ混合物）における生石灰の量が油分含有スラッジの含水量に対して１８５％と高く、バインダーとしてデキストリンを用いても圧潰強度が０．５ｋＮより低かった。

比較例であるＮｏ．１０は、原料における油分含有スラッジと生石灰との混合物の配合比率が７０％と高く、Ｎｏ．９同様、デキストリンを使用しても圧潰強度が０．５ｋＮより低かった。

Claims (5)

1. 製鉄プロセスで発生する鉄含有副産物を原料の少なくとも一部として用い、この原料とバインダーとを混合し、ペレットまたはブリケットに加工して、製鋼工程で利用可能な製鋼用塊成物を製造する製鋼用塊成物の製造方法において、
   前記原料のｐＨが１０．５未満の場合には、前記バインダーとしてα澱粉およびデキストリンのうちの少なくともいずれかを用い、
   前記原料のｐＨが１０．５以上の場合には、前記バインダーとしてデキストリンを用いる
   ことを特徴とする製鋼用塊成物の製造方法。
2. バインダーとして、ベントナイト、糖蜜およびパルプ廃液のうちの少なくとも１種をさらに添加する
   ことを特徴とする請求項１記載の製鋼用塊成物の製造方法。
3. 原料の一部として油分含有スラッジと生石灰との混合物を用いる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の製鋼用塊成物の製造方法。
4. 油分含有スラッジと生石灰との混合物は、生石灰の混合量が油分含有スラッジの含水量の３０質量％以上１２０質量％以下である
   ことを特徴とする請求項３記載の製鋼用塊成物の製造方法。
5. 油分含有スラッジと生石灰との混合物の配合量は、全原料に対して６０質量％以下である
   ことを特徴とする請求項３または４記載の製鋼用塊成物の製造方法。

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