JP5730534B2 - 製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料を塊状に造粒し、シャフト炉などの炉原料として利用可能な造粒物を製造するための製造方法及び製造設備に関する。

製鉄プロセスでは、鋼材表面の酸洗処理において金属分が溶出した廃液が発生し、この廃液中の金属成分が、酸洗スラッジや中和スラッジ等の製鉄スラッジとして回収される。また、製鉄プロセスの種々の工程では、湿式集塵されたダストを脱水することにより高含水の製鉄ダストが生じる。こうした製鉄ダストや製鉄スラッジは、高含水でハンドリングが難しいという問題があるが、一方で、鉄や他の有用な金属（例えば、Ｎｉ、Ｃｒなど）を含有するものが多く、したがって、製鉄ダストや製鉄スラッジを炉の原料などとして再利用することは非常に有用なことである。

製鉄スラッジや製鉄ダストを炉（例えば、シャフト炉、転炉、電気炉、溶融還元炉など）の原料として再利用するためには、それらをブリケットやペレットなどに塊成化する必要がある。しかしながら、製鉄スラッジや製鉄ダスト中の金属分は酸化物や水酸化物の形態で存在するものが多く、微細で親水性が高い。このためフィルタープレスなどによる脱水を行っても、水分を多く含む粘土質状のものとなる場合が多く、取り扱いが困難である。また、これら製鉄スラッジや製鉄ダストを乾燥するには、自然乾燥は困難であるため、ロータリーキルンなどのような専用の乾燥機を用いる必要があり、多量の熱源が必要になるためコスト高になる。
高含水の製鉄スラッジや製鉄ダストを有効利用する技術として、製鉄スラッジを脱水し、乾燥したものに製鉄ダストやスケールを加え、さらにはバインダーを添加して固め、フェロアロイ製造用原料などにする方法が知られている（例えば、特許文献１，２）。

特開昭５２−８８５１９号公報 特開昭５２−８８５２０号公報

しかし、この従来技術は、製鉄スラッジを専用の乾燥機で乾燥した上で、乾燥ダストやバインダーなどを加えてブリケットやペレットにする方法であるため、設備コストや運転コストがかかる問題がある。
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、水分を含有する製鉄スラッジや製鉄ダストを、特別な乾燥処理を施すことなく適切に造粒し、炉原料に好適な造粒物を得ることができる造粒物の製造方法、特に、高含水の製鉄スラッジの配合比率が比較的高い原料であっても、適正な造粒物を得ることができる製造方法を提案することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような製造方法の実施に好適な製造設備を提供することにある。

本発明者らは、上記従来技術の課題を解決にするために検討を行った結果、特許第３７０３６４０号公報に示されるような混合撹拌型の造粒物製造装置（汚泥の脱水ケーキや建設残土などの再生造粒物の製造装置）を一部工程に利用し、製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする造粒用原料を一連の特定の工程で処理することにより、高含水の製鉄スラッジの配合比率が比較的高い原料からであっても所望の適正な造粒物が得られることを見出した。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。

［1］製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料の造粒物を製造する方法であって、下記工程（イ）〜（ハ）を有することを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
（イ）：造粒すべき原料が入れられるドラム（1）と、ドラム（1）内を公転する撹拌翼（2）と、ドラム（1）内を撹拌翼（2）とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ（3）を備えた造粒物製造装置であって、撹拌翼（2）の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ（3）の自転速度が可変であり、撹拌翼（2）が、一方の公転方向での公転時には、上面側で原料を掻き上げる作用をし、他方の公転方向での公転時には、下面側で原料を圧縮する作用をする造粒物製造装置を用い、撹拌翼（2）が、上面側で原料を掻き上げる作用をする公転方向に公転する場合を「正回転」、下面側で原料を圧縮する作用をする公転方向に公転する場合を「逆回転」とし、撹拌ロータ（3）が撹拌翼（2）の「正回転」の公転と同じ回転方向に自転する場合を「正回転」とした場合に、撹拌翼（2）の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ（3）の自転速度を選択することにより、下記処理（A），（B1），（B2），（C）を順次行う。
（A）：ケーキ状の製鉄スラッジを解砕処理する。この際、撹拌翼（2）を逆回転で低速回転させながら撹拌ロータ（3）を正回転で高速回転させる解砕処理と、撹拌翼（2）を正回転で低速回転させながら撹拌ロータ（3）を正回転で高速回転させる解砕処理を、交互に１回以上行う。
（B1）：処理（A）で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、混合処理する。この際、撹拌翼（2）を正回転で低速回転させながら撹拌ロータ（3）を正回転で低速回転させる混合処理を行う。
（B2）：処理（B1）で混合処理された原料に固化剤を加え、混合処理する。この際、撹拌翼（2）を逆回転で低速回転させながら撹拌ロータ（3）を正回転で高速回転させる混合処理を行う。
（C）：処理（B）で混合された原料を造粒処理する。この際、撹拌ロータ（3）を正回転で中速回転させながら、撹拌翼（2）を正回転で中速回転させる造粒処理を行う。
（ロ）：工程（イ）で得られた原料の造粒物を粗粒破砕機に投入し、造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する。
（ハ）：工程（ロ）を経た造粒物を転動機に投入し、造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う。

［2］上記［1］の製造方法において、工程（イ）で使用する造粒物製造装置の撹拌翼（2）は、公転軌道のほぼ接線方向において、水平面に対して上下方向の傾きを有し、傾き下端側を先端として公転する場合に、その上面側で原料を掻き上げる作用をし、傾き上端側を先端として公転する場合に、その下面側で原料を圧縮する作用をすることを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、工程（イ）で使用する造粒物製造装置の撹拌翼（2）は、ドラム底面（100）との間隔を変更するための間隔調整機構（14）を有し、撹拌翼（2）が上面側で原料を掻き上げる作用をする際には前記間隔を狭め、撹拌翼（2）が下面側で原料を圧縮する作用をする際には前記間隔を拡げることを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。

本発明によれば、製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料を一連の特定の工程で処理することにより、特別な乾燥処理を施すことなく適切に造粒し、炉原料に好適な造粒物を製造することができる。特に、高含水の製鉄スラッジの配合比率が比較的高い原料からであっても、適正な造粒物を製造することができる。

本発明で使用する造粒物製造装置の一実施形態を示す一部切り欠き平面図 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図 図１の製造装置における撹拌翼の側面図 図１の製造装置における撹拌翼の公転方向と原料に及ぼす作用を示す説明図 本発明で使用する粗粒破砕機の一実施形態を示す一部切り欠き側面図 図５に示す粗粒破砕機の平面図 図５に示す粗粒破砕機の破砕用ロータの部分拡大平面図 本発明で使用する転動機の一実施形態を示す一部切り欠き側面図 図８に示す転動機の正面図 本発明の製造方法の工程（イ）において、処理（A）のなかの一部工程での装置の作動状態と原料の動きを示す説明図 本発明の製造方法の工程（イ）において、処理（A）のなかの一部工程での装置の作動状態と原料の動きを示す説明図 本発明の製造方法の工程（イ）において、処理（B1）での装置の作動状態と原料の動きを示す説明図 本発明の製造方法の工程（イ）において、処理（B2）での装置の作動状態と原料の動きを示す説明図 本発明の製造方法の工程（イ）において、処理（C）での装置の作動状態と原料の動きを示す説明図 製鉄スラッジ、製鉄ダスト及び固化剤からなる原料の造粒試験において、得られた造粒物の水分量と調和平均粒径との関係を示すグラフ

以下、本発明の製造設備について説明する。
本発明の製造設備は、製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料の造粒物を製造するための設備であって、原料に解砕・混合・造粒の各処理を順次施すことが可能な造粒物製造装置（I）と、この造粒物製造装置（I）で得られた原料の造粒物が投入され、この造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する粗粒破砕機（II）と、この粗粒破砕機（II）で処理された造粒物が投入され、この造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う転動機（III）とを備える。

また、前記造粒物製造装置（I）は、原料が入れられるドラム１と、ドラム１内を公転する撹拌翼２と、ドラム１内を撹拌翼２とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ３を備え、好ましくは、撹拌翼２の公転方向及び公転速度と、撹拌ロータ３の自転速度を可変とする装置である。
なお、造粒物の製造に関する本発明の知見等については、本発明の製造方法に関する説明において詳細に述べる。

図１〜図３は、前記造粒物製造装置（I）の一実施形態を示すもので、図１は一部切り欠き平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、図３は撹拌翼の側面図である。
この造粒物製造装置（I）は、造粒すべき原料（被処理物）が入れられる円筒形のドラム１を備え、このドラム１内には、ドラム内を公転する１対の撹拌翼２と、この撹拌翼２とともにドラム内を公転しながら自転する１対の撹拌ロータ３が備えられている。
前記ドラム１内には、その筒軸に沿った回転軸４が設けられている。この回転軸４は、ドラム１の外側下部に設けられたモータ５に変速機構６を介して接続され、モータ５の駆動力により回転駆動するとともに、変速機構６により回転方向・回転速度が任意に選択できる。

前記１対の撹拌翼２はドラム周方向において１８０°の位置関係にあり、各撹拌翼２はアーム７を介して回転軸４に保持されることで、ドラム１内を公転できるようになっている。また、この撹拌翼２の公転方向・公転速度は、上記のように変速機構６により任意に選択できる。
撹拌翼２は、一方の公転方向での公転時には、上面側で原料を掻き上げる作用をし、他方の公転方向での公転時には、下面側で原料を圧縮する作用をする機能を有している。このため、図３に示すように、各撹拌翼２は板状に構成されるとともに、公転軌道のほぼ接線方向において、水平面（＝ドラム底面１００）に対して上下方向の傾きを有している。なお、撹拌翼２の機能については、後に図４に基づき説明する。

さらに、各撹拌翼２は、上記のような機能をより高めるために、ドラム底面１００との間隔（隙間）を変更するための間隔調整機構１４を有している。この間隔調整機構１４は、以下のような保持部材１５、ブラケット１６、枢着部１７及びストッパー１９などにより構成される。すなわち、撹拌翼２は脚状の保持部材１５の下端部に固定され、この保持部材１５は、上端がアーム７に設けられたブラケット１６に回動可能に枢着１７されることにより、アーム７に保持されている。これにより撹拌翼２は、その公転軌道のほぼ接線方向において上下回動可能である。前記ブラケット１６には、保持部材１５（及びこれに保持された撹拌翼２）を所定の回動位置で係止するためのストッパー１９が設けられている。このストッパー１９は、その係止位置を変えることにより、保持部材１５（及びこれに保持された撹拌翼２）を図３に示すような２つの回動位置で係止できるようになっており、これにより撹拌翼２とドラム底面１００との間隔（隙間）は、狭い間隔Ｘ１と広い間隔Ｘ２の２通りに調整できるようになっている。また、撹拌翼２のドラム底面１００に対する傾きは、間隔Ｘ２の場合よりも間隔Ｘ１の場合の方が大きくなる。

前記ストッパー１９の係止位置を変えるための機構としては、例えば、ストッパー１９を油圧機構で可動式にするなど、適宜な機構を採用できる。
なお、本実施形態のような間隔調整機構１４を設ける代わりに、ドラム底面１００との間隔（隙間）が狭い撹拌翼２（例えば、図３の間隔Ｘ１に相当する間隔を有するもの）と、ドラム底面１００との間隔（隙間）が広い撹拌翼２（例えば、図３の間隔Ｘ２に相当する間隔を有するもの）を、それぞれ１つ以上有するような装置構成としてもよい。

前記１対の撹拌ロータ３はドラム周方向において１８０°の位置関係にあり、次のような構成を有している。
各撹拌ロータ３は、垂直な保持軸８（回転軸）と、その下端側に多段に固定された複数の撹拌羽根１８からなっている。各撹拌羽根１８は、中心部から１８０°反対方向に延出する１対の羽根を備え、その中心部が保持軸８に取付固定されている。複数の撹拌羽根１８は、保持軸８に対して周方向で角度をずらして固定され、これにより撹拌ロータ３を図１に示すような平面として見た場合、保持軸８から複数の羽根が放射状に延びる形態を有する。

前記回転軸４には、同回転軸から１８０°反対方向に延出するアーム９が固定され、このアーム９に、前記各撹拌ロータ３の保持軸８の上端側が回転可能に保持されている。アーム９にはモータ１０が取り付けられ、その駆動軸１３の回転が、同じくアーム９に設けられた変速機構１１とチェン・スプロケットホイール等による動力伝達機構１２を介して前記保持軸８に伝えられ、撹拌ロータ３を回転させるようになっている。
したがって、撹拌ロータ３は、撹拌翼２と一体となってドラム１内を公転でき、この公転方向・公転速度は、上記のように変速機構６により任意に選択できる。また、１対の撹拌ロータ３は、モータ１０の駆動力により回転駆動、すなわち自転するとともに、その自転速度が変速機構１１により任意に選択できる。なお、撹拌ロータ３は、変速機構１１などによってその自転方向を変えられるようにしてもよい。

なお、撹拌ロータ３を構成する最下段の撹拌羽根１８の下面には、ドラム底面１００との間で適当な隙間Ｙを有するようにして複数のピン２０が突設されている。このピン２０は、ドラム底面１００に付着した原料を掻き落とす働きをする。
その他図面において、２１は、アーム９に付設され、撹拌翼２や撹拌ロータ３とともにドラム内を公転するスクレーパであり、ドラム内壁に付着する原料を掻き落とす働きをする。

このような造粒物製造装置では、ドラム１内に造粒用の原料を入れてモータ５とモータ１０を駆動させ、ドラム１内で撹拌翼２を公転させ且つ撹拌ロータ３を公転させながら自転させることで、原料を処理する。その際、撹拌翼２及び撹拌ロータ３の公転方向・公転速度、撹拌ロータ３の自転速度を任意に調整することができ、さらには撹拌翼２とドラム底面１００との間隔を変更することができ、これらの設定により装置の機能を変えることができる。

図４は、撹拌翼２の公転方向と原料に及ぼす作用との関係を示している。撹拌翼２は、公転軌道のほぼ接線方向において、水平面に対して上下方向の傾きを有しているが、図４（Ａ）に示すように、傾き下端側を先端として公転する場合（後述する図１０〜図１４の説明では「正回転」という）、撹拌翼２は、その上面側で原料を掻き上げる作用をする。また、この公転方向の場合、間隔調整機構１４により撹拌翼２とドラム底面１００の間隔を小さくすれば（＝図３の間隔Ｘ１）、撹拌翼２による原料の掻き上げ作用をより高めることができる。一方、図４（Ｂ）に示すように、傾き上端側を先端として公転する場合（後述する図１０〜図１４の説明では「逆回転」という）、撹拌翼２は、その下面側で原料を圧縮する作用をする。また、この公転方向の場合、間隔調整機構１４により撹拌翼２とドラム底面１００の間隔を大きくすれば（＝図３の間隔Ｘ２）、撹拌翼２による圧縮作用を原料に対してより効果的に及ぼすことができる。
なお、図４における実線矢印は、撹拌翼２の公転によって原料が相対的に移動する方向を示している。

図５〜図７は、前記粗粒破砕機（II）の一実施形態を示すもので、図５は一部切り欠き側面図、図６は平面図、図７は破砕用ロータの部分拡大平面図である。この粗粒破砕機（II）は、前記造粒物製造装置（I）で得られた原料の造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理するための装置である。
この粗粒破砕機（II）は、水平方向で対向する１対の破砕用ロータ３０ａ，３０ｂを有している。各破砕用ロータ３０は、複数の破砕板３１を回転軸３２の長手方向に沿って所定間隔で設けたものであり、本実施形態の破砕板３１は、２方向（１８０°反対方向）に腕状に延出した形状を有しているが、他の形状（例えば、３方向又は４方向に腕状に延出した形状）であってもよい。１対の破砕用ロータ３０ａ，３０ｂは、互いの破砕板３１が所定の間隔をもって噛み合うように、すなわち、一方の破砕用ロータ３０の隣接する破砕板３１間に、他方の破砕用ロータ３０の破砕板３１が入り込むようにして、水平方向で並列して配置されている。この１対の破砕用ロータ３０ａ，３０ｂは、それぞれ対向する側が下向きの回転方向となるように駆動装置３３により回転駆動する。

この粗粒破砕機（II）は、所定粒径以下の造粒物は破砕されることなく破砕板３１間の隙間から落下し、大塊のみが破砕板３１で破砕される必要がある。したがって、両破砕用ロータ３０ａ，３０ｂの破砕板３１が噛み合った状態での隣り合う破砕板３１どうしの間隔ｇは、造粒物中に含まれる大塊のみが破砕されるような大きさに調整される。通常、この間隔ｇは１０〜５０ｍｍ程度とすることが好ましい。
この粗粒破砕機（II）で処理される原料（造粒物）は、回転する１対の破砕用ロータ３０ａ，３０ｂ上に上方からに投入され、破砕用ロータ３０ａ，３０ｂで処理された後、下方に排出される。この実施形態では、破砕用ロータ３０ａ，３０ｂの上方に設置された投入用コンベア３４から原料が投入され、破砕用ロータ３０ａ，３０ｂで処理された原料は搬出用コンベア３５で受けられ、搬出される。

なお、この粗粒破砕機（II）は、所定粒径以下の造粒物は破砕されることなく通過し、大塊のみが破砕されるような破砕手段（破砕板など）を備えたものであれば、その構造は任意である。したがって、本実施形態のように破砕手段として１対の破砕用ロータ３０ａ，３０ｂを備え、両破砕用ロータ３０ａ，３０ｂが有する破砕板３１間で原料を噛み込んで破砕処理がなされるような形式の粗粒破砕機の場合には、所定粒径以下の造粒物は破砕板間の隙間を通って破砕されることなく装置を通過し、大塊のみが破砕されるような破砕板の間隔を有するものであればよい。

図８および図９は、前記転動機（III）の一実施形態を示すもので、図８は一部切り欠き側面図、図９は正面図である。この転動機（III）は、前記粗粒破砕機（II）で処理された造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行うための装置である。
この転動機（III）は、ドラム型容器３６と、このドラム型容器３６を支持し且つドラム周方向に回転させる支持・回転駆動機構３７を有している。
前記ドラム型容器３６は、一端側に原料投入口３８、他端側に原料排出口３９を有し、この他端側に向かって下向きに傾斜した状態で、周方向回転可能に支持されている。このドラム型容器３６の両端に近い位置の外周には、回転駆動用の歯車４０が設けられている。

前記支持・回転駆動機構３７は、ドラム型容器３６の下部位置において前記歯車４０と噛み合い且つドラム型容器３６を支持する複数のピニオン４１を有している。これらのピニオン４１は、駆動装置４２により回転駆動する。ドラム型容器３６は、この複数のピニオン４１に支持されつつ、ピニオン４１と歯車４０により、周方向で回転駆動する。ドラム型容器３６の原料投入口３８には、前記粗粒破砕機（II）の搬出用コンベア３５が導かれ、原料が投入される。
なお、転動機（III）は、造粒物の表面を平滑化できるものであればよく、したがって、本実施形態のようなドラム型転動機の他に、例えば、皿型転動機（ディスクペレタイザイー）などを用いてもよい。

次に、本発明の製造方法の詳細と、上述した製造設備を用いた実施形態について説明する。
本発明の製造方法では、製鉄スラッジと製鉄ダスト（以下、説明の便宜上、これらを総称して「スラッジ・ダスト」という場合がある）を主体とする原料を造粒し、造粒物を製造する。原料中には固化剤が配合されるが、さらに必要に応じて、水分調整のための水を添加してもよい。
本発明において、主原料として製鉄スラッジと製鉄ダストを用いるのは、相対的な水分含有量が製鉄スラッジ＞製鉄ダストであることから、製鉄スラッジと製鉄ダストを混合することにより、造粒に好適な原料水分量とすることができるからである。

製鉄スラッジとしては、例えば、圧延スラッジ、メッキスラッジ、酸洗スラッジなどが挙げられる。一般に、製鉄スラッジの水分量は４０〜７０mass％程度である。
製鉄ダストとしては、例えば、高炉ダスト、焼結ダスト、転炉ダスト、予備処理ダストなどが挙げられる。湿式集塵された製鉄ダストは相当量の水分を含み、一般に水分量は５〜３５mass％程度である。なお、このような相当量の水分を含む製鉄ダストに対して、水分調整などの目的で乾燥粉である製鉄ダスト（乾式集塵されたもの）を配合してもよい。

固化剤としては、セメントが一般的であるが、生石灰、消石灰などを用いてもよく、これら固化剤の１種又は２種以上を用いることができる。
製鉄スラッジと製鉄ダストの配合比は、造粒物の所望の水分量などに応じて適宜選択すればよいが、一般には、製鉄スラッジ／製鉄ダスト＝１／２前後の質量比が好ましい。
また、原料中での固化剤の配合割合は、造粒物に求められる強度にもよるが、５〜１０mass％程度が普通である。
また、その他の粉体として、スラグ粉、ミルスケールなどを適量配合してもよい。

本発明の製造方法は、下記工程（イ）〜（ハ）を有する。
（イ）：造粒すべき原料が入れられるドラム１と、ドラム１内を公転する撹拌翼２と、ドラム１内を撹拌翼２とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ３を備えた造粒物製造装置を用い、下記処理（A）〜（C）を順次行う。
（A）：ケーキ状の製鉄スラッジを解砕処理する。
（B）：処理（A）で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストと固化剤を加え、混合処理する。
（C）：処理（B）で混合された原料を造粒処理する。
（ロ）：工程（イ）で得られた原料の造粒物を粗粒破砕機に投入し、造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する。
（ハ）：工程（ロ）を経た造粒物を転動機に投入し、造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う。

また、前記工程（イ）では、好ましくは、撹拌翼２の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ３の自転速度が可変である造粒物製造装置を用い、撹拌翼２の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ３の自転速度を選択することにより、処理（A）〜（C）を順次行う。
また、前記工程（イ）の処理（B）では、製鉄スラッジと製鉄ダスト及び固化剤を１つの混合形態で同時に混合処理してもよいが、好ましくは下記処理（B1）、（B2）を順次行う。
（B1）：処理（A）で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、混合処理する。
（B2）：処理（B1）で混合処理された原料に固化剤を加え、混合処理する。
以上のようにして得られる造粒物の粒径（調和平均粒径）は、乾式製錬を行う際に飛散しないようにするために５ｍｍ以上が好ましく、一方、反応の均一性と振動フィーダー等の切り出し装置からの排出性の観点から５０ｍｍ以下が好ましい。
造粒物の水分量に特別な制限はないが、造粒物の強度や原料であるスラッジ・ダストの水分量などとの関係から、一般に１５〜３０mass％程度が適当である。

本発明の製造方法における原料および造粒物の好ましい条件は上述したとおりであるが、特に本発明の製造方法は、原料の一部として水分量が５５〜６５mass％程度の高含水製鉄スラッジを用いる場合、とりわけそのよう高含水製鉄スラッジを２５mass％以上、好ましくは３０mass％以上含むような原料から造粒物を得るのに好適な方法であり、そのような原料を適切に造粒し、適正な粒径で高品質な造粒物を得ることができる。具体的には、水分量が５５〜６５mass％程度の高含水製鉄スラッジに対して水分量が５〜１５mass％程度の製鉄ダストを配合し、これら製鉄スラッジ（配合率が好ましくは２５mass％以上、より好ましくは３０mass％以上）と製鉄ダストを主体とする原料を、水分量が約２２〜２７mass％、粒径が約１０〜５０ｍｍ（調和平均粒径）程度の造粒物に適切に造粒することができる。

以下、本発明の製造方法の実施形態について説明する。
［工程（イ）］
この工程（イ）では、上記のように造粒物製造装置（I）を用いて処理（A）、処理（B）（好ましくは処理（B1）、（B2））及び処理（C）を順次行う。
図１０〜図１４は、本発明の一実施形態において、工程（イ）での装置の作動状態と原料の動きを示す説明図である。これらの図において、実線矢印は撹拌翼２と撹拌ロータ３の回転によって原料が相対的に移動する方向を示し、破線矢印は原料が撹拌翼２によって圧縮作用を受けている状況を示す。
また、表１に工程（イ）の各処理における撹拌翼２（及び撹拌ロータ３）の公転方向・公転速度と撹拌ロータ３の自転方向・自転速度を示す。

以下に述べる実施形態において、撹拌翼２（及び撹拌ロータ３）の公転速度については、高速回転＞１．１×中速回転、中速回転＞１．３×低速回転の関係が好ましく、速度範囲としては、高速回転が１５〜２５ｒｐｍ程度、中速回転が１０〜２０ｒｐｍ程度、低速回転が７〜１５ｒｐｍ程度であることが好ましい。また、撹拌ロータ３の自転速度については、高速回転＞１．１×中速回転、中速回転＞１．６×低速回転の関係が好ましく、速度範囲としては、高速回転が２５０〜４００ｒｐｍ程度、中速回転が２００〜３５０ｒｐｍ程度、低速回転が１００〜２００ｒｐｍ程度であることが好ましい。

ここで、以下の説明においては、水平面に対して傾きを有する撹拌翼２が、図４（Ａ）に示すように、上面側で原料を掻き上げる作用をするように公転する（すなわち、傾き下端側を先端として公転する）場合を「正回転」、図４（Ｂ）に示すように、下面側で原料を圧縮する作用をするように公転する（すなわち、傾き上端側を先端として公転する）場合を「逆回転」という。撹拌ロータ３は、撹拌翼２と一体となって同じ方向で公転する。また、平面として見たときに、撹拌ロータ３が撹拌翼２の「正回転」の公転と同じ回転方向に自転する場合を「正回転」という。

・処理（A）
この処理（A）では、装置に投入された製鉄スラッジが解砕処理される。図１０及び図１１は、この解砕処理における装置の作動状況を示している。図１０では、撹拌翼２を逆回転（図４（Ｂ）の公転方向）で低速回転させることで、ケーキ状の製鉄スラッジ（脱水ケーキ）を圧縮しつつ、正回転で高速回転する撹拌ロータ３によりせん断力を与える。また、図１１では、撹拌翼２を正回転（図４（Ａ）の公転方向）で低速回転させることで、製鉄スラッジ（脱水ケーキ）を掻き上げてほぐしながら、正回転で高速回転する撹拌ロータ３によりせん断力を与える。この図１０の処理と図１１の処理を交互に１回以上行うこと、好ましくは複数回繰り返すことにより、ケーキ状の製鉄スラッジを解砕する。

・処理（B）
この処理（B）では、処理（A）で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストと固化剤を加え、混合処理する。さきに述べたように、この処理（B）では、製鉄スラッジと製鉄ダスト及び固化剤を１つの混合形態で同時に混合処理してもよいが、製鉄ダストと固化剤は水分、密度、投入量などが異なり、製鉄スラッジと均一に混合するにはそれぞれ最適な混合形態があるので、処理（B）では、まず、処理（B1）において、処理（A）で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、混合処理し、次いで、処理（B2）において、処理（B1）で混合処理された原料に固化剤を加え、混合処理することが好ましい。

図１２は処理（B1）である混合処理における装置の作動状況を、図１３は処理（B2）である混合処理における装置の作動状況を、それぞれ示している。図１２の処理（B1）では、上記処理（A）でほぐされた製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、さらに必要に応じて水又は乾燥粉を加えて混合する。この処理では、原料のもち回りを防止するため撹拌翼２を正回転（図４（Ａ）の公転方向）で低速回転させる。このように公転する撹拌翼２と、正回転で低速回転する撹拌ロータ３により、製鉄スラッジと製鉄ダスト（及び必要に応じて添加される他の添加物）との混合を行う。これにより製鉄ダストと製鉄ダストなどを適切に混合することができる。

図１３の処理（B2）では、処理（B1）で混合処理された原料に固化剤を加え、さらに必要に応じて水又は乾燥粉を加えて混合する。この処理では、撹拌翼２を逆回転（図４（Ｂ）の公転方向）で低速回転させることで練り込みを行いつつ、正回転で高速回転する撹拌ロータ３により添加物（固化剤、その他）との混合を行う。これによりダスト・スラッジと添加物を十分に混合することができる。
一方、処理（B）において、製鉄スラッジと製鉄ダスト及び固化剤などの添加物を１つの混合形態で同時に混合処理する場合にも、図１３に示す処理（B2）の場合と同様、撹拌翼２を逆回転（図４（Ｂ）の公転方向）で低速回転させつつ、正回転で高速回転する撹拌ロータ３により、製鉄スラッジと添加物（製鉄ダスト、固化剤、その他）との混合を行うことが好ましい。

・処理（C）
図１４は、処理（C）である造粒処理における装置の作動状況を示している。この処理では、前記混合処理で均一に混ぜられた造粒用原料を粒状に造粒する。撹拌ロータ３を正回転で中速回転させることにより、混合物を小さい固まりに分断しつつ、撹拌翼２を正回転（図４（Ａ）の公転方向）で中速回転させることにより、撹拌翼２の上面で原料の粒を転がして造粒物を形成する。

［工程（ロ），（ハ）］
以下、工程（イ）に続く工程として、工程（ロ），（ハ）を採用することとした理由と、本発明者が行った試験の結果及びこれによる知見事実について説明する。
最初に本発明者らは、上述したような造粒物製造装置（I）に相当する試験装置を用いたスラッジ・ダストの造粒試験を行い、その結果、製鉄スラッジと製鉄ダストと固化剤を混合し、且つその水分量を最適化することにより、造粒物にできることが判った。また、この造粒方法の場合、原料の水分によって造粒可否が決まり、或いは造粒物の粒径が変化することが判った。例えば、製鉄スラッジ：３０mass％、製鉄ダスト：６２mass％、固化剤（セメント）：８mass％で造粒試験を行った結果では、図１５に示すように、造粒する原料の水分量を約２２〜２７mass％にすれば、調和平均粒径が５〜３０ｍｍの造粒物が得られることが判った。

しかしながら、上記のようにして得られた造粒物は表面がぼそぼそで粗いため、造粒後に乾燥養生している間に粒同士が接着して大塊化し、しかも、乾燥後のハンドリング中に粉がはげしく発生するという問題があることが判明した。上述した造粒物製造装置（I）による造粒工程では、造粒物は撹拌翼２や撹拌ロータ３と衝突して表面が崩れ、崩れた部分が他の造粒物に付着して粒が成長していくため、この造粒物製造装置（I）のみで表面の滑らかな造粒物を製造することは難しい。

この問題を解決するため検討を行った結果、製造直後の造粒物が濡れていて軟らかいことを利用し、造粒物が乾燥固化する前に転動機内で転がすことにより表面性状を滑らかに整えること（整粒）ができることが判った。使用できる転動機の種類は特に制約はないが、この試験では図８及び図９に示すようなドラム型転動機（試験装置）を用いた。また、このように造粒物を転動手段で整粒することにより、上述した表面性状の改善のほかに、平均粒子径を大きくできる効果があることが確認された。表２は、製鉄スラッジ（水分量５７mass％）、製鉄ダスト（水分量５mass％）、セメント（水分量０．２mass％）からなる原料を造粒物製造装置と転動機（いずれも試験装置）を用いて造粒した造粒例を示しており、造粒例１〜５は造粒物製造装置だけで造粒した場合、造粒例６は造粒物製造装置で造粒した後、転動機で整粒した場合、をそれぞれ示している。

以上のような試験装置による試験結果を踏まえ、実機の造粒物製造装置（I）（５００kg／バッチ）を用いて造粒試験を行った。原料配合や造粒条件を試験装置の場合と揃えて試験を行った結果、得られた造粒物中に粒径５０ｍｍ以上の大塊が１０mass％程度含まれることが判った。そして、このような大塊を含む造粒物を転動機で整粒した場合、大塊に正常な造粒物が付着し、より大きな大塊へと成長する現象（雪ダルマ現象）が生じることが判った。この結果、適正粒度をもつ製品造粒物の歩留まりが大幅に低下するとともに、大塊がシュートに詰まるという問題が発生した。

造粒物製造装置（I）における造粒工程において、上記のような大塊が生じる要因として、一つは原料の水分量や原料自体のバラツキが挙げられ、もう一つは、造粒物製造装置（I）のドラム内壁や撹拌翼に付着した塊状の原料が剥がれ落ちて大塊になることが挙げられる。これは、高含水のスラッジ・ダストを乾燥せずに造粒物製造装置（I）で造粒する場合に必然的に生じる問題である。特に、大型の造粒物製造装置では、機内での原料のバラツキが大きく、撹拌翼などの撹拌手段も大きくなるため、それに付着する原料塊も大きくなり、大塊生成の問題が顕在化したものである。この大塊の処理については、造粒物製造装置（I）の出側に篩を設置することも考慮されたが、造粒物は相当の水分を含んでおり、表面が柔らかく湿っているため篩い分けは殆ど不可能であることが判った。

そこで検討を行った結果、造粒物製造装置（I）から取り出された原料（造粒物）中の大塊だけを破砕すること、すなわち原料を大塊だけが選択的に破砕されるような粗粒破砕機に通して処理することを考えた。このようにすれば、極端に大きな造粒物がないため雪ダルマ現象により大塊が形成されることがなく、破砕処理された造粒物は転動機において表面が平滑化された造粒物にすることができるので、歩留まりが低下することもない。そこで、本発明では、工程（ロ）において、先に述べた工程（イ）で得られた原料の造粒物を粗粒破砕機に投入し、造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理し、次いで工程（ハ）において、前記工程（ロ）を経た造粒物を転動機に投入し、造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行うようにしたものである。

工程（ロ）では、例えば、図５〜図７に示すような粗粒破砕機（II）を用いて破砕処理が行われる。この粗粒破砕機（II）は、破砕用ロータ３０ａ，３０ｂが図中矢印方向に回転する。この粗粒破砕機（II）の破砕用ロータ３０ａ，３０ｂに対して、前記工程（イ）で得られた原料の造粒物を投入すると、所定粒径以下の造粒物は破砕されることなく破砕用ロータ３０ａ，３０ｂを通過し、大塊（粗粒）のみが破砕用ロータ３０ａ，３０ｂの破砕板３１に噛み込まれることで適正サイズに破砕される。
続く工程（ハ）では、図８及び図９に示すような転動機（III）を用いて整粒処理が行われる。この転動機（III）の回転するドラム型容器３６内に、前記工程（ロ）で処理された原料の造粒物を投入すると、表面がぼそぼそで粗い造粒物はドラム型容器３６の内面を転動することで表面が平滑化される。これにより、表面が滑らかに整えられた造粒物が製造される。

表３に、本発明例の製造工程で得られた造粒物と、粗粒破砕機による工程（ロ）を省略した製造工程（他の工程は本発明例と同一）で得られた比較例の造粒物について、平均粒径、粒度分布および製品歩留まりを示す。これら造粒物の原料配合は、製鉄スラッジ（水分量５７mass％）：３０mass％、製鉄ダスト（水分量５mass％）：６２mass％、セメント：８mass％である。表３によれば、本発明例の造粒物は、比較例の造粒物に較べて粒径５０ｍｍ以上の造粒物の比率が大幅に低下し、製品歩留まりが比較例の約７４mass％に対して８０mass％以上となっている。

１ ドラム
２ 撹拌翼
３ 撹拌ロータ
４ 回転軸
５ モータ
６ 変速機構
７ アーム
８ 保持軸
９ アーム
１０ モータ
１１ 変速機構
１２ 動力伝達機構
１３ 駆動軸
１４ 間隔調整機構
１５ 保持部材
１６ ブラケット
１７ 枢着部
１８ 撹拌羽根
１９ ストッパー
２０ ピン
２１ スクレーパ
３０ａ，３０ｂ 破砕用ロータ
３１ 破砕板
３２ 回転軸
３３ 駆動装置
３４ 投入用コンベア
３５ 搬出用コンベア
３６ ドラム型容器
３７ 支持・回転駆動機構
３８ 原料投入口
３９ 原料排出口
４０ 歯車
４１ ピニオン
４２ 駆動装置
１００ ドラム底面

Claims (3)

1. 製鉄スラッジと製鉄ダストを主体とする原料の造粒物を製造する方法であって、下記工程（イ）〜（ハ）を有することを特徴とする、製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
   （イ）：造粒すべき原料が入れられるドラム（1）と、ドラム（1）内を公転する撹拌翼（2）と、ドラム（1）内を撹拌翼（2）とともに公転しつつ自転する撹拌ロータ（3）を備えた造粒物製造装置であって、撹拌翼（2）の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ（3）の自転速度が可変であり、撹拌翼（2）が、一方の公転方向での公転時には、上面側で原料を掻き上げる作用をし、他方の公転方向での公転時には、下面側で原料を圧縮する作用をする造粒物製造装置を用い、撹拌翼（2）が、上面側で原料を掻き上げる作用をする公転方向に公転する場合を「正回転」、下面側で原料を圧縮する作用をする公転方向に公転する場合を「逆回転」とし、撹拌ロータ（3）が撹拌翼（2）の「正回転」の公転と同じ回転方向に自転する場合を「正回転」とした場合に、撹拌翼（2）の公転方向及び公転速度と撹拌ロータ（3）の自転速度を選択することにより、下記処理（A），（B1），（B2），（C）を順次行う。
   （A）：ケーキ状の製鉄スラッジを解砕処理する。この際、撹拌翼（2）を逆回転で低速回転させながら撹拌ロータ（3）を正回転で高速回転させる解砕処理と、撹拌翼（2）を正回転で低速回転させながら撹拌ロータ（3）を正回転で高速回転させる解砕処理を、交互に１回以上行う。
   （B1）：処理（A）で解砕された製鉄スラッジに製鉄ダストを加え、混合処理する。この際、撹拌翼（2）を正回転で低速回転させながら撹拌ロータ（3）を正回転で低速回転させる混合処理を行う。
   （B2）：処理（B1）で混合処理された原料に固化剤を加え、混合処理する。この際、撹拌翼（2）を逆回転で低速回転させながら撹拌ロータ（3）を正回転で高速回転させる混合処理を行う。
   （C）：処理（B）で混合された原料を造粒処理する。この際、撹拌ロータ（3）を正回転で中速回転させながら、撹拌翼（2）を正回転で中速回転させる造粒処理を行う。
   （ロ）：工程（イ）で得られた原料の造粒物を粗粒破砕機に投入し、造粒物中に含まれる大塊のみを選択的に破砕処理する。
   （ハ）：工程（ロ）を経た造粒物を転動機に投入し、造粒物の表面を平滑化する整粒処理を行う。
2. 工程（イ）で使用する造粒物製造装置の撹拌翼（2）は、公転軌道のほぼ接線方向において、水平面に対して上下方向の傾きを有し、傾き下端側を先端として公転する場合に、その上面側で原料を掻き上げる作用をし、傾き上端側を先端として公転する場合に、その下面側で原料を圧縮する作用をすることを特徴とする、請求項１に記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。
3. 工程（イ）で使用する造粒物製造装置の撹拌翼（2）は、ドラム底面（100）との間隔を変更するための間隔調整機構（14）を有し、撹拌翼（2）が上面側で原料を掻き上げる作用をする際には前記間隔を狭め、撹拌翼（2）が下面側で原料を圧縮する作用をする際には前記間隔を拡げることを特徴とする、請求項１又は２に記載の製鉄スラッジ等を主原料とする造粒物の製造方法。

Images