JP6287905B2 - 使用済み耐火物の選別方法および使用済み耐火物の選別装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用済み耐火物を色彩差に基づいて選別する、使用済み耐火物の選別方法に関するものであり、特に、製鉄所等で発生する使用済み耐火物から有価物を精度良く選別回収可能な使用済み耐火物の選別方法に関するものである。
また、本発明は、使用済み耐火物を色彩差に基づいて選別するための、使用済み耐火物の選別装置に関するものである。

鉄鋼プロセス、特に製銑工程および製鋼工程においては様々な耐火物が使用されており、しかも、１種類の耐火物を単独で用いるだけではなく、複数種の耐火物を特性等に応じて組み合わせて使用することが広く行われている。

例えば、図１に示すように、連続鋳造において溶鋼を一時的に保持する中間容器であるタンディッシュ１においては、箱状や舟状に形成された鉄皮３の内面に、耐火物からなるライニング４が設けられている。そして、ライニング４は、Ａｌ_２Ｏ_３リッチなワーク材５とＳｉＯ_２リッチなパーマ材６の２層で構成されている。

こういった用途で使用される耐火物は、溶銑、溶鋼、スラグ等と接触することによって損耗し、規定の厚さ以下になると解体されて処分されることとなる。しかし、使用済み耐火物をそのまま産業廃棄物として処分することは多大なコストを要するのみならず、本来であれば再利用可能な耐火物等を処分することとなり、省資源の観点からも望ましくない。したがって、何らかの形で使用済み耐火物を再利用すること求められている。

しかし、使用済み耐火物には、上述したような複数の耐火物が含まれていることに加え、地金鉄やスラグといった耐火物以外の成分も混在しているため、そのままでは再利用することが難しい。使用済み耐火物を有効利用するためには、含まれている材料を選別する必要があり、特に、Ａｌ_２Ｏ_３リッチなワーク材のように高価な材料を分離して、高い純度で回収することができれば極めて実用的である。

そこで、使用済み耐火物を選別し、再利用可能な材料を回収する様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１では色彩差選別による使用済み耐火物の選別方法が提案されている。また、特許文献２では磁力選別後に色彩差選別を行う方法が、特許文献３では破砕、磁力選別、分級、および色彩差選別を順次行う方法が、それぞれ提案されている。

色彩差選別とは、処理対象物に含まれる複数のものを、色彩の違いに基づいて選別する方法（特許文献４）であり、特許文献１〜３で提案されている上記方法では、耐火物の材質や劣化度合いによって色調が異なることを利用して色彩差選別を行っている。色彩差選別を用いることにより、耐火物の種類を自動的に判別し、大量の使用済み耐火物を効率的に選別することが可能となる。

特開昭５２−１１５８１１号公報 特許第３７０４３０１号公報 特許第３６４５８４３号公報 特開昭５１−０２７５６８号公報

しかし、特許文献１〜３に記載されたような選別方法を用いることにより、使用済み耐火物を自動的に選別することが可能となったものの、その分離精度は依然として十分とはいえなかった。特に、使用済み耐火物中に含まれるＡｌ_２Ｏ_３リッチなワーク材等の高価な耐火物を有効利用するためには、さらなる分離精度の向上が望まれている。

本発明は、上記の実情に鑑み開発されたものであり、高い精度で使用済み耐火物を選別することのできる使用済み耐火物の選別方法および使用済み耐火物の選別装置を提供することを目的とする。

発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意研究を行った結果、色彩差選別における分離精度を低下させる要因が、使用済み耐火物の含水量のばらつきと、それによる色彩の変動にあることを見出した。

色彩差選別は、色の違いに基づいて選別を行う方法であり、具体的には、カラー撮像素子等を用いて一定の光源下で耐火物の色彩を観察し、その結果に基づいて耐火物を選別する。そして、選別の際には、含まれている耐火物の色彩に応じて予め定めた判定基準（閾値等）が用いられる。したがって、精度良く耐火物を選別するためには、混在している耐火物同士の色彩差が明確であることに加えて、それぞれの耐火物の色調が一定であることが必要である。

ところが、一般的な耐火物は含水量により色調が変化する性質を有している。そのため、耐火物の含水量が、選別に用いる判定基準を定めた際の含水量からずれてしまうと色彩が変化し、耐火物の種類を適切に判断することができなくなる。

さらに、耐火物は多孔性であるため、環境によって含水量が変動しやすい性質を有している。例えば、製鉄所で排出される使用済み耐火物は、多くの場合、屋外ヤードでの野積みで保管される。そのため、野積みの山の外側と内側では降雨時の濡れ方、晴天時の乾燥の進行度合いに差があり、山の表面付近の耐火物は乾燥しやすいため含水量が低くなる一方で、山の中心部の耐火物は乾燥しづらいため含水量が高いといったように、含水量に大きな差が生じている。

このように、色彩差選別を利用した耐火物の分離においては、耐火物の含水量が一定ではないため色彩にばらつきが生じ、その結果分離精度が低下する。したがって、耐火物の含水量を一定にし、耐火物の色調のばらつきを解消することができれば、色彩差選別の精度を向上させることができると考えられる。

本発明は前記知見に立脚するものであり、その要旨構成は次のとおりである。
１．使用済み耐火物の選別方法であって、
前記使用済み耐火物を破砕して耐火物粒を得る破砕工程と、
前記耐火物粒を分級する分級工程と、
前記分級工程で粒度調整された耐火物粒に水分を付与する含水処理工程と、
前記含水処理工程で水分を付与された耐火物粒を、該耐火物粒の色彩差に基づいて選別する色彩差選別工程とを有する、使用済み耐火物の選別方法。

２．前記色彩差選別工程に先立って、前記含水処理工程で水分を付与された耐火物粒に付着した余剰水分を除去する余剰水分除去工程をさらに有する、前記１に記載の使用済み耐火物の選別方法。

３．使用済み耐火物の選別装置であって、
前記使用済み耐火物を破砕して耐火物粒とする破砕手段と、
前記耐火物粒の粒度調整をする分級手段と、
前記分級手段で粒度調整された耐火物粒に水分を付与する含水処理手段と、
前記含水処理手段で水分を付与された耐火物粒を、該耐火物粒の色彩差に基づいて選別する色彩差選別手段とを有する、使用済み耐火物の選別装置。

４．前記色彩差に基づく選別に先立って、前記含水処理工程で水分を付与された耐火物粒に付着した余剰水分を除去する余剰水分除去手段をさらに有する、前記３に記載の使用済み耐火物の選別装置。

本発明によれば、色彩差選別に先立って耐火物粒に水分を付与することにより、含水率に依存する色彩のばらつきを解消し、高い精度で使用済み耐火物を選別することができる。かかる使用済み耐火物の選別方法および選別装置は、使用済み耐火物からＡｌ_２Ｏ_３リッチなワーク材等の高価な耐火物を分離する上で極めて有用である。

一般的なタンディッシュの構造を示す概略図である。 本発明の一実施形態における処理の流れを示すフロー図である。 本発明の一実施形態における含水処理手段と余剰水分除去手段の概略図である。

次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。
本発明においては、使用済み耐火物を破砕して耐火物粒を得る破砕工程と、前記耐火物粒を分級する分級工程と、前記分級工程で粒度調整された耐火物粒に水分を付与する含水処理工程と、前記含水処理工程で水分を付与された耐火物粒を、該耐火物粒の色彩差に基づいて選別する色彩差選別工程とを順次行うことによって使用済み耐火物の選別を行う。

図２は、本発明の一実施形態における処理の流れを示すフロー図である。前記フロー図は、具体的には、本発明の使用済み耐火物の選別方法を、上述したタンディッシュのワーク材とパーマ材とが混在する使用済み耐火物の選別に適用した場合の処理を表しており、使用済み耐火物を、最終的にワーク材と劣化ワーク材およびパーマ材とに分離することを想定したものである。以下、図２のフロー図を参照しながら本発明の選別方法と選別装置について説明する。

［使用済み耐火物］
本発明の選別方法および選別装置は、使用済み耐火物を処理対象とするものである。前記使用済み耐火物としては、特に限定されることなく、任意の使用済み耐火物を用いることができる。その一例としては、製鉄所において排出された使用済み耐火物、例えば、上述したようなタンディッシュのワーク材とパーマ材とが混在する使用済み耐火物等を用いることができる。

上記使用済み耐火物としては、色彩（色調）の異なる複数の耐火物が混在するものを処理対象とすることができる。前記色彩の異なる耐火物としては、異なる材質からなる耐火物が一般的であるが、同一の材質からなる耐火材であっても、劣化度合い等に応じて色彩差が生じるものも処理対象とすることができる。

［破砕工程］
本発明の使用済み耐火物の選別方法においては、まず、処理対象である使用済み耐火物を破砕して耐火物粒を得る（破砕工程）。後述する色彩差選別工程で用いられる色彩差選別装置には選別することのできる対象物の大きさに上限が存在するため、予め適切な大きさに破砕しておく必要がある。破砕工程においてどの程度の粒径まで耐火物を破砕するかは、使用する色彩差選別装置に応じて決定すればよいが、一般的な色彩差選別装置で分離可能な粒径は最大で１５０ｍｍ程度であるため、最大粒径が１５０ｍｍ以下となるまで破砕を行うことが好ましい。

また、破砕することにより、使用済み耐火物の表面に付着したスラグ、地金鉄等の不純物をある程度分離することもできる。前記分離効果を得るためには、破砕後の耐火物の最大粒径を４０ｍｍ以下とすることがより好ましく、３０ｍｍ以下とすることがより好ましい。

［破砕手段］
破砕に用いる手段は特に限定されず、処理対象の耐火物を適切な大きさに破砕できるものであれば任意のものを使用できる。好適な破砕手段の一例としては、ジョークラッシャー、ハンマークラッシャー等が挙げられる。

［分級工程］
上記破砕工程で耐火物を破砕すると、色彩選別装置で選別を行なうことの出来ないほど粒径の小さい粉体が発生する。そこで、上記破砕工程によって得られた耐火物粒は、分級工程において分級され、粒径が一定以下の粉末（小粒径耐火物粉）が取り除かれる。これにより、色彩差選別工程における分離精度をさらに向上させることができる。一般的な色彩差選別装置で分離可能な粒径は最小で２ｍｍ程度であるため、最小粒径が２ｍｍ以上となるよう分級を行うことが好ましい。また、十分な分離精度を安定して得るためには、最小粒径を５ｍｍ以上とすることがより好ましく、１０ｍｍ以上とすることがさらに好ましい。

［分級手段］
分級に用いる手段は特に限定されず、所定の粒径以下の耐火物を分離できるものであれば任意のものを使用できる。使用可能な分級手段の一例としては、篩が挙げられる。

なお、分級で除去した小粒径耐火物粉にもワーク材が含まれているため、該小粒径耐火物粉をさらにエアテーブル、エアジグ、流動層密度偏析法などを用いて分離し、小粒径耐火物粉に含まれているワーク材を回収することが好ましい。

［含水処理工程］
上記分級工程において小粒径耐火物が除去された耐火物粒（大粒径耐火物粒）は、次に、含水処理工程において水分を付与される。前記含水処理は、耐火物粒の含水量のばらつきをなくすことを目的としたものであり、したがって、処理対象とするすべての耐火物粒を、十分な湿潤状態とすることが好ましい。なお、色彩差選別工程では、通常、耐火物粒の表面の色彩に基づいて選別を行うため、耐火物粒の表面が十分な湿潤状態となっていればよく、耐火物粒の内部まで水分を浸透させる必要は無い。

［含水処理手段］
含水処理に用いる手段は特に限定されず、耐火物粒に水分を付与することのできるものであれば任意のものを使用できる。処理対象とするすべての耐火物粒を十分な湿潤状態とするという観点からは、例えば、耐火物粒を水中に浸漬して含水させるための水槽や、耐火物粒に水をスプレーする噴霧手段（ノズル等）を備えた装置を用いることが好ましい。しかし、上述したように耐火物粒の表面が十分な湿潤状態となっていればよいため、水槽に浸漬する場合であっても長時間浸漬させる必要は無く、また、噴霧手段を用いる場合には、ベルトコンベア等で搬送中の耐火物粒に対して水を噴霧するだけで十分に水分を付与することができる。噴霧手段を用いる場合、すべての耐火物粒の表面を確実に湿潤させるという観点からは、複数の噴霧手段を用いて水を付与することが好ましく、該複数の噴霧手段を用いて２方向、４方向といった複数の方向から水を付与することがより好ましい。

［余剰水分除去工程］
本発明においては、色彩差選別工程に先立って、上記含水処理工程で水分を付与された耐火物粒に付着した余剰の水分を除去する余剰水分除去工程をさらに設けることが好ましい。耐火物粒の表面に、水滴や水膜等の形で余剰の水分が付着している場合、色彩差選別工程において、照明の光が該水滴や水膜等によって反射、散乱される結果、耐火物粒表面の色彩を正しく測定することができない場合がある。予め余剰の水分を除去しておくことにより、このような測定上の問題を回避して、分離精度を向上させることができる。

［余剰水分除去手段］
余剰水分の除去に用いる手段は特に限定されず、耐火物粒に付着した水滴や水膜等の余剰水分を除去することのできるものであれば任意のものを使用できる。例えば、スポンジ等の吸水性部材やブラシ等を耐火物粒に接触させて余剰水分を吸い取ったり拭き取ったりするもの、ノズルやスリットからエアを吹き付けて余剰水分を除去するもの、耐火物粒をメッシュ上に載せた状態で振動を付与して水分をふるい落とすもの等を好適に用いることができる。なお、加熱手段を用いて余剰水分を除去すると、耐火物表面を湿潤状態にするために必要な水分まで除去されてしまい、耐火物粒の色彩が安定しなくなるため好ましくない。

図３は、含水処理手段と余剰水分除去手段を併用した本発明の一実施形態の概略図である。この実施形態においては、分級工程で小粒径耐火物粉を除去した後の耐火物粒１０をベルトコンベア１１で図示されない色彩差選別手段へ搬送する間に、含水処理と余剰水分の除去が連続的に実施される。

耐火物粒１０は、図中の矢印の方向に搬送されており、まず、含水処理手段としてのスプレーノズル１２から噴霧される水１３により含水処理が施される。次いで、エアノズル１４から吹き付けられるエア１５により耐火物粒の表面に存在する余剰水分が除去される。その後、耐火物粒は色彩差選別手段へ搬送され、表面の色彩に応じて選別される。このようにベルトコンベア１１上で処理を行うことにより、連続的に処理を行うことができるため、効率的に使用済み耐火物を選別できる。また、含水処理手段と余剰水分除去手段のための場所を別途設ける必要もないため、装置を小型化することができる。

［色彩差選別工程］
色彩差選別工程では、耐火物粒に含まれる耐火物が、材質や劣化度合いによって異なる色調を有することを利用して選別を行う。具体的な選別の条件については、処理対象である使用済み耐火物に含まれている耐火物の種類や、選別後の再利用の用途等に応じて決定すればよい。図２のフロー図に示した実施形態においては、使用済み耐火物を、ワーク材と、劣化ワーク材およびパーマ材とに選別している。

［色彩差選別手段］
色彩差選別手段としては、耐火物粒を色彩差に基づいて選別できるものであれば、任意のものを用いることができる。使用することのできる一般的な色彩差選別手段としては、例えば特許文献４に記載されているような構造のものが挙げられる。具体的には、次の通りである。まず、シュートと呼ばれる板（ないしはベルトコンベヤ）で耐火物粒を搬送し、途中にあるカメラで耐火物粒に含まれる粒子ごとの色彩情報を取り込む。次いで、予め設定しておいた選別基準に基づいて、例えば、回収して再利用される有価物と、それ以外の不要物とを判別し、不要物がシュート（ベルト）から放り出されたところでエアガンによって撃ち落して選別する。上記以外の構造、機構を持つ色彩選別手段を使用できることはいうまでもない。

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例によって何ら限定されるものではない。本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、そのような態様も本発明の技術的範囲に含まれる。

Ａｌ_２Ｏ_３リッチなワーク材とＳｉＯ_２リッチなパーマ材とを含む使用済みのタンディッシュ耐火物からワーク材を選別する実験を行った。選別方法は、次の通りである。まず、実際に野外ヤードに野積みで保管されている使用済み耐火物１００ｋｇを、コーンクラッシャを用いて粒径３０ｍｍ以下に破砕し、破砕後の耐火物粒をメッシュ１０ｍｍの篩を用いて分級した。篩上の耐火物粒を２つに分け、一方は含水処理および余剰水分除去を施した後に色彩差選別を行い（実施例）、他方に対しては含水処理および余剰水分除去を行わずに、そのまま色彩差選別を実施した（比較例）。含水処理は、耐火物粒に対してノズルから水を噴霧する散水形式で実施した。また、余剰水分は、耐火物粒を目開き１０ｍｍのメッシュに載せて振動を与えることによってふるい落として除去した。

色彩差選別においては、コンベヤ長さ２ｍｍ、幅４３０ｍｍを用いて、ベルト速度２ｍ／ｓで耐火物粒をフィードし、カメラにて耐火物粒のＲＧＢ色情報を読み取り、５ｍｍピッチで並んだエアノズルでパーマ材、劣化ワーク材の除去行った。

分離精度を評価するために、実施例と比較例のそれぞれについて、選別品に含まれるワーク材の割合を目視での選別により測定した。その結果、含水処理と余剰水分除去とを行わなかった比較例においては、ワーク材割合が７６質量％であったのに対して、含水処理と余剰水分除去とを行った実施例ではワーク材割合が８３質量％と、分離精度に顕著な向上が見られた。

このように本発明によれば、水分を付与するという極めて簡便な方法により、色彩差選別を利用した使用済み耐火物の分離精度を向上させることができるため、製鉄所等において大量に排出される使用済み耐火物を有効に活用することが可能となるという点で極めて有用である。

１ タンディッシュ
２ ノズル
３ 鉄皮
４ ライニング
５ ワーク材
６ パーマ材
１０ 耐火物粒
１１ ベルトコンベア
１２ スプレーノズル
１３ 水
１４ エアノズル
１５ エア

Claims (4)

1. 使用済み耐火物の選別方法であって、
   前記使用済み耐火物を破砕して耐火物粒を得る破砕工程と、
   前記耐火物粒を分級する分級工程と、
   前記分級工程で粒度調整された耐火物粒に水分を付与する含水処理工程と、
   前記含水処理工程で水分を付与された耐火物粒を、該耐火物粒の色彩差に基づいて選別する色彩差選別工程とを有する、使用済み耐火物の選別方法。
2. 前記色彩差選別工程に先立って、前記含水処理工程で水分を付与された耐火物粒に付着した余剰水分を除去する余剰水分除去工程をさらに有する、請求項１に記載の使用済み耐火物の選別方法。
3. 使用済み耐火物の選別装置であって、
   前記使用済み耐火物を破砕して耐火物粒とする破砕手段と、
   前記耐火物粒の粒度調整をする分級手段と、
   前記分級手段で粒度調整された耐火物粒に水分を付与する含水処理手段と、
   前記含水処理手段で水分を付与された耐火物粒を、該耐火物粒の色彩差に基づいて選別する色彩差選別手段とを有する、使用済み耐火物の選別装置。
4. 前記色彩差に基づく選別に先立って、前記含水処理手段によって水分を付与された耐火物粒に付着した余剰水分を除去する余剰水分除去手段をさらに有する、請求項３に記載の使用済み耐火物の選別装置。

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