专利名称：炼钢粉尘固化物及其制造方法和制造装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于将用熔炼炉生产钢铁的过程中产生的粉尘重新利用作为炼钢原料的炼钢粉尘固化物及其制造方法和制造装置。
背景技术：
在生产钢铁的过程中，例如在熔炼炉中，被喷吹的微粒子状的铁和氧化铁形成粉尘，在集尘器中予以回收。该粉尘(以下称为“炼钢粉尘”)的主要成分是铁和氧化铁，因此，希望将其回收重新利用。但是，炼钢粉尘是微小的粉末，如果直接投入熔炼炉中，必然四处飞散向上飘扬，其中的大部分再次被集尘器回收，重新利用的效率十分低下。因此，以往大多是将其填埋处理，但国内每年产生的炼钢粉尘达到数十万吨之多，如果填埋处理，无论是从资源的有效利用还是从填埋地不足及环境恶化的角度考虑都是不可取的。
因此，对于炼钢粉尘的再利用人们尝试了各种各样的方法。举例来说，专利文献1中公开了一种制备直径2-15mm的粉尘颗粒、将其装入电炉中从而使氧化铁被回收到铁水中的方法；在专利文献2中公开了一种添加热塑性塑料以便将炼钢粉尘成形为压块的方法；在专利文献3中公开了一种添加固化助剂以便将磨削金属碎屑和炼钢粉尘成形为压块的方法。
特开平11-152511号公报[专利文献2]特开平09-316512号公报 特开2002-194449号公报发明内容专利文献1的制备颗粒的方法，与回收粉末相比，虽然将颗粒化的成分装入电炉的操作比较容易，但由于颗粒的尺寸比较小，因而装入电炉的效率成问题。
专利文献2和专利文献3的加入添加物的方法，对于制造坚固的压块来说都十分有效，但由于加入了塑料和粘合剂的添加物，因而存在工艺过程复杂，生产成本高的缺点。另外，添加物还造成了环境负担，因而不可取。
本发明的目的是提供炼钢粉尘固化物及其制造方法和制造装置，所述的炼钢粉尘固化物是将用熔炼炉等生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的炼钢粉尘固化物，它不含有粘合剂等多余的添加物，具有足以满足实用要求的强度，重新利用时的操作性良好，而且可以以较低的成本制造。
本发明的第1构成方案的炼钢粉尘固化物，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，对于加压横断面积x(mm2)的成形压力(MPa)是由下式表示的范围5≤P≤-96.785ln(x)+958.97 ......(1)成形压力在这一范围内时，不需要添加粘合剂等就可以形成实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物。如果成形压力较低，炼钢粉尘固化物在脱模时或在操作处理时就会溃散。根据试验，不防碍操作的最低成形压力约为5MPa。提高成形压力时，炼钢粉尘固化物的落下强度和表观密度增大，但落下强度和密度的增长减缓。当成形压力超过一定时，就会产生与成形压力方向垂直方向的层状的龟裂(这种现象被称为分层)，在脱模时发生炼钢粉尘固化物破损的现象。不防碍操作的最低成形压力不受炼钢粉尘固化物的直径大小的影响，大约是5MPa，与此相对，产生分层的成形压力在很大程度上依赖于炼钢粉尘固化物的直径大小，其直径越大，产生分层的成形压力越小。在每一直径大小的条件下，比产生分层的成形压力略低的成形压力值和由直径大小算出的以加压面的横断面积为变量x(mm2)的不产生分层的成形压力上限Pmax(MPa)的条件式是Pmax(MPa)＝-96.785ln(x)+958.97根据这一公式，不需要添加粘合剂等即可形成实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物的成形压力范围是上述(1)式所示的范围。
在本发明中，上述炼钢粉尘固化物的外形也可以是圆柱体形状。
炼钢粉尘固化物的形状是制造时可以根据加压面的横断面积控制成形压力的形状，最好是便于制造而且容易实现品质稳定化的形状。这样的形状有圆柱体形和棱柱体形，优先选用棱角部较少的圆柱体形。
在圆柱体形的场合，上述炼钢粉尘固化物的尺寸最好是直径30-100mm，高度与直径之比为30-150％。
直径小于30mm时，由于尺寸过小，生产效率低。直径超过100mm时，由于自重的影响操作时容易破坏，而且导致固化装置大型化等问题。直径为30-100mm时，其尺寸与生产周期时间的平衡良好，生产效率高，更优选的是50-80mm。
高度与直径之比，如果增大高度的比例，由于成形体与金属模内表面以及粉末彼此间的磨擦力作用，压力的传递损失增大，保形性降低。高度与直径之比小于30％时，虽然表观密度提高，但由于形成薄壁的扁平形状，因而实用时炼钢粉尘固化物的强度出现问题。高度与直径之比超过150％时，表观密度低下，炼钢粉尘固化物的强度降低。上述比值在30-150％范围内时，表观密度大致稳定在一定值，因而炼钢粉尘固化物的强度稳定，而且直径与高度的平衡也很好，因而炼钢粉尘固化物的操作比较容易。
本发明的第1构成方案的另一例子的炼钢粉尘固化物，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，在完全干燥的状态下其表观密度2.25-3.1g/cm3。这一表观密度的范围在本发明的上述各构成方案中均可适用。
根据试验，不需要添加粘合剂即可具有足以满足实用要求的强度的炼钢粉尘固化物的完全干燥状态的表观密度范围是2.25-3.1g/cm3。
本发明的第1构成方案的炼钢粉尘固化物的制造方法，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的制造方法，其特征在于，对于加压横断面积x(mm2)的成形压力P(MPa)是由下式表示的范围。
5≤P≤-96.785ln(x)+958.97采用这种方法制造加压成形的炼钢粉尘固化物，重新利用时的操作性良好，不含有额外的添加物即可具有足以满足实用要求的强度，而且可以以较低的生产成本制造。
本发明的第1构成方案的另一例子的炼钢粉尘固化物的制造方法，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，用压力检测装置检测成形压力，利用该检测值进行加压控制使之达到规定的压力。
采用这一构成方案，一面检测成形压力，一面利用该测定值进行加压控制，可以在适宜的加压压力下进行炼钢粉尘固化物的成形，因此不需要添加粘合剂等就可以容易地制造实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物。
本发明的第1构成方案的炼钢粉尘固化物的制造装置，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘加压成形使之固化而制造作为其固化物的装置，其特征在于，该装置具有将上述粉尘加压成形的成形模；用于在该成形模中加压成形的施加压力的加压机构；检测上述成形模的成形压力的压力检测机构；利用该压力检测机构的检测值加压控制上述加压机构使之达到规定压力的加压控制机构。
通过采用这一构成方案，检测成形压力，利用该测定值进行加压控制，从而可以在适宜的加压压力下进行炼钢粉尘固化物的成形，因此不需要添加粘合剂等就可以容易地制造实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物。
本发明的第2构成方案的炼钢粉尘固化物，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，上述装入成形模中的粉尘是造粒体。
本发明的第2构成方案的炼钢粉尘固化物的制造方法，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，将上述粉尘造粒，以造粒体的状态装入上述成形模中加压成形。
在炼钢粉尘固化物的成形过程中，即使提高成形压力，由于内摩擦的原故，强度也未必能提高。使用粘合剂对于增强炼钢粉尘固化物的强度是十分有效的，但如果添加塑料等的粘合剂，由于上面所述的生产成本和环境负担方面的原因是不适宜的。为此，本发明人进行了各种调研和实验，结果发现，在相同的成形条件下，上述粉尘如果以造粒的状态装入成形模中加压成形，与将上述粉尘以粉末状态装入成形模中加压相比，可以得到更高的成形密度。使用经过造粒的粉尘加压成形，即使不特别使用粘合剂等强化剂，也可以得到足以满足实用要求的炼钢粉尘固化物的强度。
在本发明的第2构成方案的炼钢粉尘固化物及其制造方法中，上述造粒体的含水率也可以是0.5-15wt％。
造粒体的含水率如果低于0.5wt％，成形后的炼钢粉尘固化物中会含有裂纹等，成形基本上是不可能的，反之，造粒体的含水率如果超过15wt％，造粒体软化而成为泥状，难以造粒。另外，据认为，造粒体在成形模内表现塑性变形行为时，水分具有减小粉末间的摩擦、使变形容易进行的作用。这种作用在含水量0.5wt％时显现，但水分量较多，含水量超过10wt％时，由于水分本身产生流体的性状，因而对于提高炼钢粉尘固化物的表观密度来说效果适得其反。可以得到满足实用要求的炼钢粉尘固化物的强度的炼钢粉尘造粒体的含水量范围是0.5-15wt％。
本发明的第3构成方案的炼钢粉尘固化物，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，上述装入成形模的原料是上述炼钢粉尘与以碳为主要成分的粉末的混合物，所述的以碳为主要成分的粉末的量是原料的1-40wt％。固化物最好是压块程度的大小尺寸。
本发明的第3构成方案的炼钢粉尘固化物的制造方法，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，装入上述成形模的原料是上述炼钢粉尘与以碳为主要成分的粉末的混合物，所述的以碳为主要成分的粉末的量是原料的1-40wt％。
在回收用于电炉等的炼钢粉尘在压块中添加碳粉等碳素材料，对于提高电炉的热效率是极其重要的，这是因为，添加的碳粉将炼钢粉尘还原的同时自燃发热，因而可以减少由外部输入的能量，大大改善炉子的热效率。因此，添加了碳粉的压块对于炼钢粉尘的回收利用是十分有效的措施。为此，本发明人进行了各种调研和实验，结果发现，添加的碳粉量为炼钢粉尘与碳粉的粉末混合物的40wt％以下时，可以得到高的成形密度。象这样将炼钢粉尘与以碳为主要成分的粉末混合后成形时，将添加的以碳为主要成分的粉末的添加量设定为粉末混合物的1-40wt％，即使不特别使用粘合剂等强化剂，也可以得到实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物。
在这一构成方案的炼钢粉尘固化物中，在完全干燥状态下上述固化物的表观密度可以是1.8-3.3g/cm3。
如果考虑以碳为主要成分的粉末的添加量和可以固化的成形压力，炼钢粉尘固化物的表观密度在完全干燥状态下是1.8-3.3g/cm3时，能够维持可以进行操作处理的强度。
另外，以碳为主要成分的粉末也可以是碳粉或石墨。
本发明的第4构成方案的炼钢粉尘固化物的制造方法，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造其固化物的方法，其特征在于，装入上述成形模的粉尘的含水率是0.5-20wt％。
即使提高成形压力，由于内摩擦等原故，强度也未必能够提高。为了在不使用粘合剂等添加物的条件下制造具有足够强度的炼钢粉尘固化物，作为提高成形强度的对策，必须改善成形时的粉尘的流动性和压力传递性。本发明人进行了各种调查和实验验证，结果发现，粉末的流动性和压力传递性是随着炼钢粉尘中所含的水分即含水率而改变。由此得知，制造实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物所必须的炼钢粉尘的含水率范围是0.5-20wt％。
含水率低于0.5wt％时，即使提高成形压力，也不能获得满足要求的压力传递性，无法得到实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物。含水率超过15wt％时，压力传递性急骤升高，含水率在接近20wt％时，大致得到100％的压力传递性。含水率超过20wt％时，水分大量进入粉尘的粉末之间，由粉末的重新排列产生的密填充效果丧失，因水的表面张力产生的结合占主导地位，固化变得困难。因此，可以得到实用的炼钢粉尘固化物的强度的炼钢粉尘含水量是0.5-20wt％的范围，优选的是1.5-15wt％的范围。所述的实用的炼钢粉尘固化物的强度，是在运输和操作时基本上不产生溃散的强度。
本发明的第4构成方案的炼钢粉尘固化物的制造设备，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的设备，其特征在于，该设备具有上述成形模；对该成形模内的粉尘加压的柱塞；驱动该柱塞的加压装置；以及用于调整装入上述成形模之前的炼钢粉尘的含水率的含水率调节机构；所述的含水率调节机构使装入成形模的粉尘的含水率达到0.5-20wt％。
采用这种结构的制造设备，由于配备了用于调整装入成形模之前的炼钢粉尘含水量的含水率调节机构，使装入成形模的粉尘含水率为0.5-20wt％，因而可以实施本发明的上述制造方法，不需要添加粘合剂等就可以制造实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物。
本发明的第5构成方案的炼钢粉尘固化物的制造装置，是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的设备，其特征在于，该设备具有作为装入上述成形模的原料将上述粉尘和以碳为主要成分的粉末混合、造粒制成混合造粒体的造粒装置；上述成形模；对该成形模内的混合造粒体加压的柱塞；驱动该柱塞的加压装置；以及用于调整装入上述成形模的混合造粒体的含水率的含水率调节机构。
采用这种结构的制造设备，由于具有造粒装置，将上述粉尘和以碳为主要成分的粉末混合造粒，制成混合造粒体，用来作为装入成形模的原料，因而在供给的原料粉尘中尽可能的不加入添加物就可以以低的生产成本制造炼钢粉尘固化物，该炼钢粉尘固化物具有足以满足实用要求的强度，并且能改善再装入炉中时的炉子热效率。
在炼钢粉尘固化物的成形过程中，即使提高成形压力，由于内摩擦的原故，强度也未必能提高。使用粘合剂对于增强炼钢粉尘固化物的强度方面是有效的，但如果添加塑料等粘合剂，由于上述的生产成本和环境负担方面的原因是不适宜的。
另外，在电炉等的回收利用所使用的炼钢粉尘固化物中添加碳粉等碳素材料对于提高电炉的热效率是极其重要的。这是因为，被添加的碳粉将炼钢粉尘不断进行还原的同时自燃发热，因而可以减少由外部输入的能量，大大改善炉子的热效率。因此，添加碳粉的炼钢粉尘固化物对于炼钢粉尘的回收利用是一个十分有效的措施。以碳为主要成分的粉末，与炼钢粉尘同样，可以在生产钢铁的过程中或在其周边容易获得，因此即使进行添加也可以抑制生产成本增大。但是，添加碳素材料有可能损害固化物的强度。
因此，本发明人进行了各种调查和实验验证，结果发现，在相同的成形条件下，将上述粉尘以造粒的状态装入成形模中加压成形，与将上述粉尘以粉末状态装入成形模中加压相比，可以得到更高的成形密度。使用这种经过造粒的粉尘进行加压成形，即使不特别使用粘合剂等强化剂，也可以得到实用上具有足够强度的炼钢粉尘固化物的强度。
特别是，这种结构的制造装置由于使用将上述粉尘和以碳为主要成分的粉末混合造粒的混合造粒体作为原料，因而同时具有添加以碳为主要成分的粉末带来的好处以及以造粒状态装入成形模中加压成形的好处。因此，可以更有效地实现尽可能的不加入添加物即可具有足以满足实用要求的强度的效果，另外，还可以改善再装入炉内时的炉子的热效率。
在本发明的第4和第5构成方案的制造装置中，所述的含水率调节机构可以使用洒水装置，也可以使用干燥装置。作为原料的粉尘的含水率较低时，使用洒水装置提高含水率。作为原料的粉尘的含水率较高时，使用干燥装置降低含水率。
在本发明的第4构成方案的制造方法和装置以及第5构成方案的制造装置中，成形模和柱塞的、至少成形时与炼钢粉尘固化物接触的表面也可以使用耐锈蚀材料。这些成形模和柱塞也可以全部是耐锈蚀材料，不过，在将多个部件组合成成形模的场合，也可以只有成形时与炼钢粉尘固化物接触的表面的部件是耐锈蚀材料。
含水的粉尘会促进包含成形模的装置的金属部分生锈，因此装置的防锈措施是必不可少的。特别是成形模和柱塞的与炼钢粉尘接触的表面不宜使用防锈油等，最好是使用耐锈蚀材料。
上述耐锈蚀材料可以是选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和不锈钢中的1种或1种以上的材料。
另外，也可以在上述成形模和柱塞的、至少成形时与炼钢粉尘固化物接触的表面上形成耐锈蚀的覆膜。耐锈蚀的膜可以是镀铬层或镀镍层，也可以是铬的氮化物、铬的碳化物、钛的氮化物、钛的碳化物或金刚石结构的碳等涂层，另外还可以是上述的2种或2种以上的组合。
通过参照附图的下述优选实施方式的说明，可以更清楚地理解本发明。但是，实施方式和附图只是用于图示和说明，不应理解为对本发明范围的限定。本发明的范围是由权利要求限定的。在附图中，几幅附图中出现的同一部件标号表示同一部分。
图1是本发明的第1实施方式的炼钢粉尘固化物制造方法的工艺过程说明图。
图2是该制造方法中使用的炼钢粉尘固化物制造装置的概要图。
图3是表示该方法制造的炼钢粉尘固化物的例子的立体图。
图4是成为上述制造方法的基础的固化试验中使用的成形模的断面图。
图5是表示将上述固化试验所使用的炼钢粉尘与Fe3O4比较的XRD的结果的图示。
图6是表示上述炼钢粉尘的SEM照片的图示。
图7是表示固化试验中成形的炼钢粉尘固化物的成形压力与落下试验的破坏能量的关系的图示。
图8是表示上述炼钢粉尘固化物的表观密度与落下试验的破坏能量的关系的图示。
图9是表示该炼钢粉尘固化物的加压主横断面积与炼钢粉尘固化物保持形状的成形压力范围的关系的图示。
图10是表示上述炼钢粉尘固化物的高度与直径之比与表观密度的关系的图示。
图11是本发明的第2实施方式的炼钢粉尘固化物制造方法的工艺过程说明图。
图12是成为上述制造方法的基础的固化试验中使用的成形模的剖面图。
图13是表示在固化试验中成形的炼钢粉尘固化物的含水量与成形压力的关系的图示。
图14是表示该炼钢粉尘固化物的含水量与休止角的关系的图示。
图15是休止角的测定方法的说明图。
图16是表示本发明的第2实施方式的另一例子的炼钢粉尘固化物的制造装置中的成形模的局部剖示主视图。
图17是本发明的第3实施方式的炼钢粉尘固化物制造方法的工艺过程说明图。
图18是表示炼钢粉尘固化物的碳粉添加量与可以保持形状的落下高度的关系的曲线图。
图19是本发明的第4实施方式的炼钢粉尘固化物制造方法的工艺过程说明图。
图20是表示造粒造粒体的含水率与表观密度的关系的曲线图。
图21是使用本发明的第5实施方式的炼钢粉尘固化物的制造装置的工艺说明图。
图22是表示含水率与压块表观密度的关系的曲线图。
具体实施例方式
下面参照图1-10说明本发明的第1实施方式。图1中，在熔炼炉1中产生的炼钢粉尘与排气一起由排气管2导入集尘器3中，排气中的炼钢粉尘11在集尘器3中集尘，形成粉末后排出。该炼钢粉尘11的主要成分是铁及其氧化物。由集尘器3排出的炼钢粉尘11通过输送机构(图中未示出)被送入炼钢粉尘固化物的制造设备4的料斗5中。在用上述输送装置输送的过程中，也可以进行炼钢粉尘11的适宜的前处理，例如进行除去水分和造粒等处理。料斗5内的炼钢粉尘11被分配、投入到炼钢粉尘固化物制造设备4的多个并列设置的固化机构部6中。固化机构部6是将炼钢粉尘固化成为压块状的炼钢粉尘固化物B的机构。
如图2中放大表示的那样，固化机构部6具有将由上述料斗5送入的炼钢粉尘11加压成形的成形模7；对该成形模7施加加压成形的压力的加压机构8；检测上述成形模7的成形压力的压力检测机构9；以及利用该压力检测机构9的检测值控制上述加压机构8使之达到规定压力的加压控制机构10。
成形模7是纵向的圆筒形室，可以将炼钢粉尘11成形为横断面形状为圆形的柱状体(即圆柱体)。具体地说，成形模7是由圆筒形的阴模7a和插入该阴模7a下端开口中的柱塞状盖体12A构成。盖体12A通过具有驱动源的盖开闭机构(图中未示出)开启和闭合。盖体12A也可以不插入成形模7内、而在一端密封。
加压机构8，是由从上方进入成形模7内、对成形模7内的炼钢粉尘11加压的自由升降的柱塞12以及驱动该柱塞12升降的加压装置13构成。加压装置13例如由液压缸构成，其驱动是由加压装置控制机构14来进行控制。加压装置控制机构14控制向上述加压装置13供给液压油的液压回路15的换向阀16和油泵17的马达18等。除了液压缸之外，加压装置13还可以是马达和将其旋转运动转变成直线运动的滚珠丝杠等旋转/直线运动转换机构(图中均未示出)。
压力检测装置9，只要是能直接或间接测定压块(炼钢粉尘固化物B)的成形压力即可，例如可以是检测向上述加压装置13供给液压油的液压回路15的油压的油压计。除此之外，压力检测装置9还可以是在柱塞12上安装测力传感器进行测定的装置等。
加压控制机构10由在上述液压回路15的中途设置的压力控制阀19和作为上述加压装置控制机构14的一部分设置的加压控制部20构成。加压控制部20是利用上述压力检测机构9测定的检测值、通过反馈控制等来控制上述压力控制阀19的机构。
下面说明使用该第1实施方式的炼钢粉尘固化物制造设备4制造炼钢粉尘固化物B的方法以及制成的炼钢粉尘固化物B的利用方法。在熔炼炉1中产生并由集尘器3中形成粉末后排出的粉尘11被送入料斗5，由料斗5送入固化机构6的成形模7内。该粉末状的炼钢粉尘11的主要成分是铁及其氧化物。在固化机构6中固化的炼钢粉尘固化物B汇集在回收容器(图中未示出)中，在向熔炼炉1中投入原料时，与其它原料一起投入熔炼炉1中，作为炼钢原料重新利用。投入熔炼炉1中的原料，主要原料例如是由高炉得到的铁水，此外，使用废铁和生石灰等作为副原料。
下面说明上述制造方法中的固化机构6的操作。将规定量的粉尘11由料斗5投入成形模7中时，柱塞12通过加压装置13驱动进入成形模7内，在这一状态下对成形模7内的粉尘11施加规定的压力。此时，对于加压横断面积(即柱塞12的横断面积)x(mm2)的成形压力P(MPa)是在下式所示的范围内，施加压力达到设定范围。
5≤P≤-96.785ln(x)+958.97该压力控制是通过加压控制装置10进行。即，以压力检测装置19的测定值作为反馈值，由加压装置控制机构14的加压控制部20控制压力控制阀19。
这样制得的炼钢粉尘固化物B如图3所示，其外形是圆柱体形。另外，该炼钢粉尘固化物B的直径D为30-10mm、高度H与直径D之比(H/D)为30-150％比较适宜。
为了调查炼钢粉尘的成形性，本发明人使用图4中所示的由圆筒阴模部21A、盖体21C和柱塞21B构成的金属模21进行了下面所述的炼钢粉尘固化试验。图4中的圆筒阴模部21A、盖体21C和柱塞21B是与上述固化机构6(图2)中的成形模7、盖体12A和柱塞12同样的部件。
该实验中使用的炼钢粉尘11是从电炉排出的炼钢粉尘，其假密度是1.4-1.8g/cm3，成分大致为Fe3O4。图5中示出该炼钢粉尘11的XRD(X射线衍射)的结果，图6中示出其SEM(扫描电子显微镜)照片。
图7中表示的是，根据上述金属模21，作为炼钢粉尘固化物(以下简称“压块”)，改变各种成形压力制造直径D为70mm、高度H与直径D之比(H/D)为80％的圆柱形压块，将成型压力进行种种变化制作，比较该压块在落下试验中破坏时的破坏能量的结果。另外，图8表示上述压块在完全干燥状态下的表观密度与上述破坏能量的关系。
由图7的结果可知，成形压力较低的场合，在脱模时或者操作时压块溃散。不妨碍操作的最低成形压力是5MPa左右。升高成形压力时，压块落下强度和表观密度增大，但落下强度和表观密度的增长逐渐减缓。成形压力超过180MPa时，在与成形压力方向垂直的方向上产生所谓分层的层状的龟裂，脱模时压块产生破损。最高的压块落下强度是在比发生分层的成形压力略低的范围内得到。
另外，图8的结果表明，表观密度和压块在落下试验中破坏时的破坏能量具有正相关性，根据表观密度可以判断压块固化的状态。
图9表示的是在压块的高度H与直径D之比(H/D)为50-110％范围内的情况下调查压块直径D与压块保持形状的成形压力范围的关系的结果。由这一结果可知，不妨碍操作的最低成形压力不依赖于压块直径D，约为5MPa(图中的最低点)，与此相对，产生分层的成形压力在很大程度上依赖于压块直径D，压块直径D越大，发生分层的成形压力越小。根据这一结果，可以得到比在每一压块直径D条件下产生分层的成形压力略低的成形压力值以及设由压块直径D算出的加压面横断面积为变量x(mm2)的、不发生分层的成形压力上限Pmax(MPa)条件的公式Pmax＝-96.785ln(x)+958.97压块固化的作用，是通过加压成形时引起的粉末粒子的重新排列和接触产生的附着力而体现出来。粉末之间的接触面积越大，粉末的附着力越高，因而只要提高成形压力，增加粉末间的接触面积，压块强度就会提高。如果仅有这种效果，那么成形压力越高，压块强度理应越大，但实际上在某一成形压力下会发生因分层引起的层状破坏。分层是由于，加压成形时原料粉末在成形模内被强制位移而形成一定形状，脱模时其尺寸大小发生膨胀的所谓回弹而引起的。
在单轴成形的场合，压块高度方向上的成形压力比阴模径向的约束力大得多，因此在压块中与成形方向大致垂直的方向上产生成形密度差，形成等成形密度线。脱模时，由于径向和高度方向上的弹性变形回复，发生体积膨胀，在过大的成形压力下，高度方向上的成形密度差梯度较大，在等成形密度线上由于脱模时的回弹位移在而产生的应变增大，产生与加压方向垂直的层状破坏。
因此，分层的发生在很大程度上取决于压块成形密度差和回弹量的绝对值。压块的成形密度差取决于压块高度H的绝对值，回弹量的绝对值取决于压块的尺寸大小，因此，压块的直径D越大，产生分层的成形压力越小。
设加压面的横断面积为x(mm2)，压块显示出实用的强度的成形压力(MPa)的范围是5≤P≤PmaxPmax＝-96.785ln(x)+958.97优选的范围是25≤P≤Pmax×0.9Pmax＝-96.785ln(x)+958.9这是因为，成形压力在25MPa以上时，可以得到一定程度的落下强度，因而压块的操作容易进行。另外，在Pmax区域成形时，由于原料粉末的特性变化和成形压力的不均一，有产生分层的危险，如果是相当于Pmax的90％左右的成形压力，可以确实有效地防止分层发生。压块的形状，只要是能根据加压面的横断面积控制成形压力即可，可以考虑圆柱形、棱柱形等，优先选择圆柱形，其压块的棱角比较少。
图10表示的是，在直径D为70mm、成形压力一定的条件下改变高度H与直径D之比(H/D)制成的压块的完全干燥状态的表观密度变化的结果。如图8所示，作为粉末接触面积大小的指标的表观密度和粉末的附着力起主要作为的压块强度存在正相关关系，改变高度H与直径D之比(H/D)制成的压块的表观密度的变化带来压块强度的变化。高度H与直径D之比(H/D)在10-110％范围内时，表观密度没有太大的差别，高度H与直径D之比(H/D)超过110％时，压块的表观密度降低，超过150％时，密度的降低明显，达到180％时引起成形不良。
另外，如果增大高度H与直径D之比(H/D)，由于成形体与阴模21A的侧表面以及粉末彼此间的摩擦力，压力的传递损失增大，压块的中心部位和与工作柱塞21B相反一侧的部位的压力降低，保形性低下。因此，希望压块的高度H与直径D之比(H/D)在30-150％之间，最好是50-110％之间。高度H与直径D之比(H/D)小于30％时，即使表观密度高，由于压块成为薄壁的平板状，实用上的压块的强度存在问题。高度H与直径D之比(H/D)大于150％时，如上所述，表观密度降低，压块强度低下。高度H与直径D之比(H/D)在50-110％时，表观密度大致稳定在一定值，因而压块强度稳定，由于直径D与高度H平衡良好，因而压块的操作容易进行。
直径D在30-100mm为宜，优选的是50-80mm。直径D小于30mm时，压块本身过小、生产率差，反之，大于100mm时，压块本身过大，操作时由于自重影响发生破坏等问题，并且导致装置大型化等问题。直径D在50-80mm之间时，压块的大小和回收时间的平衡良好，生产效率提高。
根据上述试验结果，优选的是，按上述实施方式用炼钢粉尘固化物制造装置4制造炼钢粉尘固化物B时，对于加压横断面积(即柱塞12的横断面积)x(mm2)，成形压力P(MPa)为下式表示的范围5≤P≤-96.785ln(x)+958.97另外，制成的炼钢粉尘固化物B如图3所示，其外形是圆柱体形，直径D是30-100mm，高度H与直径D之比(H/D)是30-150％。
这样，可以以较低的生产成本将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘回收制造成操作性良好的具有足够强度并且不含有多余添加物的固化物。
另外，炼钢粉尘固化物B的外形为圆柱体时，制造时可以根据加压面的横断面积控制成形压力，因而容易制造。炼钢粉尘固化物B的直径D为30-100mm、高度H与直径D之比(H/D)为30-150％时，保形性良好，操作性和生产效率提高。
此外，用压力检测机构检测成形压力，利用该检测值进行加压控制使之达到规定的压力，因此能够容易而准确地进行炼钢粉尘固化时的加压控制。
所使用的炼钢粉尘固化物制造设备4，由于具有检测成形模7的成形压力的压力检测机构9以及利用该压力检测机构9的检测值对上述加压机构8进行加压控制，使之达到规定压力的加压控制机构10，因而能够以良好的生产效率制造操作性好、具有足够强度的炼钢粉尘固化物B。
另外，如上所述，图8表示炼钢粉尘固化物即压块的完全干燥状态的表观密度和落下破坏的能量。在不妨碍操作的最低成形压力5MPa下的炼钢粉尘固化物的完全干燥状态的表观密度是2.25g/cm3，在比产生分层的成形压力略低的范围、即在得到最高炼钢粉尘固化物的落下强度的压力下的炼钢粉尘固化物的完全干燥状态的表观密度是3.1g/cm3。因此，不添加粘合剂等即可具有实用上足够强度的炼钢粉尘固化物的完全干燥状态的表观密度范围是2.25-3.1g/cm3，更优选的范围是以得到一定程度的落下强度的成形压力25MPa的、炼钢粉尘固化物的完全干燥状态的表观密度2.5g/cm3为下限的2.5-3.1g/cm3的范围。另外，表观密度的下限也可以是2.25g/cm3。
在上述试验中是使用由电炉排出的炼钢粉尘制造压块，不过，本发明中使用的粉尘11只要是生产钢铁过程中产生的主要成分是铁及其氧化物的粉尘即可，也可以使用转炉、高炉或其它炼钢过程中产生的粉尘。另外，在根据需要添加各种金属及其氧化物、碳、无机物等的场合，只要添加物是粉末并且其添加量对成形性没有明显影响，也可以是添加了这些物料的混合粉尘。
此外，尽管在实施方式的炼钢粉尘固化物制造装置4中没有说明，但最好是另外设置一个控制向成形模7内装入粉尘11的填充量、使成形的炼钢粉尘固化物B的高度H与直径D之比(H/D)达到规定值的机构。成形模的方向没有特别的限制，如同实施方式那样成形模方向为纵向的场合，为了将粉尘11填充到成形模7中，可以使用送粉机以及利用螺杆压入等机构；在成形模的方向为横向的场合，可以使用通过螺杆压入等机构。
下面说明本发明的第2实施方式。如图11所示，第2实施方式与第1实施方式不同，是在将炼钢粉尘11从集尘器3送入固化机构6的成形模7的路径上，设置用来调节炼钢粉尘11的含水量的含水率调节机构19。例如，在送入料斗5的路径、料斗5的内部或者由料斗5向成形模7供给炼钢粉尘的路径这三者中的任一处位置上设置上述含水率调节机构19。
含水率调节机构19可以使例如用洒水装置或干燥装置。洒水装置可以使用洒水器、分配器等，干燥装置可以举出加热烘箱、热风加热器、鼓风机等。
这些含水率调节机构19调节含水率，使炼钢粉尘11的含水率达到0.5-20wt％内的设定范围，优选的是1.5-15wt％内的设定范围。
另外，在料斗5或固化机构6中，设置将由料斗5供给的炼钢粉尘11强制填充到成形模7内的强制填充机构30。其它的结构与第1实施方式相同。
在第2实施方式中，优选的是，图2的成形模7和柱塞12中、至少成形时与炼钢粉尘11接触的表面使用耐锈蚀材料。耐锈蚀材料优先选择选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和不锈钢中的至少1种或1种以上。
代替成形模7和柱塞12本身作为耐锈蚀材料的方案，如图16所示，也可以在成形模7和柱塞12中、至少成形时与炼钢粉尘11接触的表面上形成耐锈蚀的覆膜31、32和33。所述的耐锈蚀覆膜31-33，可以使用选自镀铬、镀镍、铬的氮化物、铬的碳化物、钛的氮化物、钛的碳化物、金刚石结构的碳中的至少1种或1种以上。
下面说明使用该实施方式的炼钢粉尘固化物的制造设备4(图11)制造压块(炼钢粉尘固化物)B的方法以及制成的压块B的利用方法。将在熔炼炉1中产生并由集尘器3中形成粉末后排出的炼钢粉尘11装入料斗5中，再由料斗5送入固化机构6的成形模7内。该粉末状炼钢粉尘11的主要成分是铁及其氧化物。
上述炼钢粉尘11在送入成形模7之前，用含水率调节机构19调整含水率，使炼钢粉尘11的含水率达到0.5-20wt％内的范围，优选的是1.5-15wt％内的设定范围。上述设定范围只要是在上述上限和下限范围内设定适宜的范围即可。
在固化机构6中，将规定量的炼钢粉尘11由料斗5送入成形模7中，然后柱塞12通过加压装置13的驱动进入成形模7内。在该状态下，对成形模7内的炼钢粉尘11施加规定的压力。此时，对于加压横断面积(即柱塞12的横断面积)x(mm2)施加成形压力P(MPa)使之达到规定的范围。
这样制成的压块B与第1实施方式同样，如图3所示其外形是圆柱体，具有规定的直径D和高度H与直径D之比(H/D)，被重新用来作为炼钢原料。
采用该实施方式的压块B的制造方法和设备，可以将炼钢粉尘11的含水率调整为0.5-20wt％内，因而不需要添加粘合剂等就可以制造实用上具有足够强度的压块。下面说明其机理。
在不使用粘合剂等提高成形体强度的添加剂的场合，压块B的固化作用是通过加压成形时引起的粉末粒子重新排列以及由于接触而产生的附着力体现出来。一般地说，粉末间的接触面积越大，粉末的附着力越强，因而只要提高成形压力，增加粉末间的接触面积，压块B的强度就会提高。
但是，由于粉末粒子不能象液体那样自由改变其位置而且粉末之间以及粉末与形成模表面之间产生摩擦力，压缩成形时由粉末的重新排列产生的密填充效果不充分，内部包含很大的空隙体积，或者由于摩擦损失导致成形压力不均一，在成形体内部产生较大的密度差，因而加大成形压力未必能提高成形强度。另外，成形体内部空隙中的残留空气和密度差，也是在去除成形压力脱膜时、在较低的成形压力范围下、在与成形压力方向垂直的方向上产生层状龟裂即分层的主要原因。因此，对于通过成形压力提高压块强度来说，改善粉末的流动性和压力传递性是至关重要的。
通常，为了提高成形强度而添加的粘合剂，不仅仅是为了提高成形体的固化强度，其目的还在于改善粉末的流动性和成形时的压力传递性，通过综合地控制粉末特性来起到提高成形性的效果。但是，本发明的目的是，不使用粘合剂制造实用上具有足够强度的炼钢粉尘的压块。
为此，本发明人进行了各种调查和实验验证，结果发现，粉末的流动性和压力传递性随着炼钢粉尘中所含的水分即含水率而变化，从而确定了制造实用上具有足够强度的炼钢粉尘的压块所必需的炼钢粉尘含水率范围。
用于试验的炼钢粉尘是从电炉排出的粉尘，其成分大致为Fe3O4，XRD(X射线衍射)的结果(图5)和SEM(扫描电子显微镜)照片(图6)也与第1实施方式相同。不过，为了控制含水量，将炼钢粉尘在烘箱中、110℃下处理24小时，使水分蒸发，然后添加水分调整至规定的含水量，作为试样。
为了调查炼钢粉尘的成形性，本发明人使用了图12所示的成形模21和加压用的柱塞21B，进行了下面所述的炼钢粉尘固化实验，所述的成形模21是由圆筒形的阴模21A和盖体的下柱塞21C构成的金属模。图4中的阴模21A、下柱塞21C和加压用的柱塞21B，是与上述固化机构6(图2)中的阴模7a、盖体12A和柱塞12同样的部件。
在设置成形模21的基板22和盖体21C之间，配置测力传感器23作为传递压力测定机构。利用向加压用油缸装置供油路径中的油压计(图中未示出)测定柱塞21B的成形压力。
成形压力(压力机的压力)是50MPa，压块B的直径是φ70，高度与直径之比是50-110％范围。试验金属模的材料使用SKH51和经过镀硬铬处理的SKD11。
表1中示出炼钢粉尘的含水量和完全干燥状态的压块表观密度以及压块B的落下强度试验结果。
表1炼钢粉尘的含水量和压块表观密度及压块的落下强度试验
※1压块的表观密度是完全干燥状态的值※2落下试验中的○表示保持形状，×表示破损由表1可以看出，含水量在1.5-15wt％范围内时，表观密度缓慢增加，到15wt％时达到最大值，含水量增加至20wt％，表观密度缓慢减小，但在这一范围内的压块表观密度比较稳定。至于落下强度，从50-70cm高度落下时压块B也不发生破坏，具有足够的操作强度。炼钢粉尘的含水量低于1.5wt％时，压块表观密度急剧减小，在表观密度降低的同时，落下强度也下降。含水量在20wt％以上时，形成粘度状固化物，将水分干燥后压块溃散，因而无法测定表观密度。在压块落下强度试验中，压块B本身落下后变形。
另外，炼钢粉尘的含水量超过15wt％时，观察到水分从阴模21A和柱塞21C的间隙中排出的现象，随着含水量增加，排出的水分量也增多。
图13是测定炼钢粉尘的含水量和成形时的下柱塞21C的压力得到的结果。下柱塞21C的压力可以认为是通过压块B传递的成形压力，因而将其作为评价压力传递性的指标。炼钢粉尘的含水量低于0.5wt％时，对于50MPa的成形压力，只有50％或50％以下的压力被传递。含水量超过1.5wt％时，压力传递约为75％，到15wt％的压力传递性几乎没有变化。含水量超过15wt％时，压力传递性急剧提高，在20wt％以上时，得到接近100％的压力传递性。
图14是测定炼钢粉尘的含水量及该炼钢粉尘的休止角的结果。如图15所示，休止角表示粉末由上向下自然落下到水平面上时形成的圆锥形的堆积层的倾斜面与水平面的夹角θ，它是粉末流动性的评价指标之一。休止角的测定使用A.B.D粉末特性测定器(筒井理化学器械制造)。
休止角随着炼钢粉尘的含水量增加而增大，含水量超过15wt％时，粉末的流动性极差，不能测定。
以下通过表1、图13和图14进行分析。在炼钢粉尘的含水量非常少的范围(低于0.5wt％)，炼钢粉尘的粉末流动性良好，在金属模中的填充性也很好，但成形时的压力传递性和压块的表观密度较低。据认为，这是由于炼钢粉尘不含有水分，因而粉末之间以及粉末与形成模之间的摩擦较大，由粉末的重新排列产生的密填充效果较小并且由于摩擦损耗而引起压力损失，因此压块B的表观密度减小。
炼钢粉尘的含水量在0.5-1.5wt％的范围，随着炼钢粉尘水分增加，可以得到由粉末的重新排列产生的密填充效果以及摩擦损失减少的效果，从而导致压块B的表观密度提高和压力传递性的改善。
炼钢粉尘的含水量在1.5-15wt％的范围，压力传递性大致为一定的值，这表明由水分产生的减小粉末间以及粉末与成形模之间的摩擦的效果达到恒定。压块的表观密度略微升高，因此由粉末的重新排列产生的密填充效果增加。这是由于水分增加提高了粉末重新排列作用的结果。虽然这是适合于得到实用的压块强度和含水量范围，但炼钢粉尘在金属模中的填充性随着含水量的增加而恶化。
炼钢粉尘的含水量在15-20wt％范围内，虽然可以保持实用的压块强度，但由于水分稍微过剩，水分进入粉末之间，因而由粉末的重新排列产生的密填充效果减少，同时，由于压块B开始表现出近似液体的行为，因而压力传递性提高。如果不采用伴有强制力的方法，向成形模中填充炼钢粉尘就会出现困难。
炼钢粉尘的含水量在20wt％以上的范围时，压块B变成泥状，不能起到其作用。水分大量进入粉末之间，由粉末的重新排列产生的密填充效果丧失，由水的表面张力产生的结合占支配地位。成形时压块表现出近似液体的行为，因而压力损失减小。
可以得到实用的压块强度的炼钢粉尘的含水量范围是0.5-20wt％，优选的是1.5-15wt％。这是因为，含水量在1.5wt％或1.5wt％以上时，压块强度稳定，容易进行操作，含水量在15wt％或15wt％以下范围，成形容易进行。
在试验中，是使用由电炉排出的炼钢粉尘来制造压块，实际上，该实施方式中使用的炼钢粉尘，只要是生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的炼钢粉尘即可，也可以使用转炉、高炉或其它炼钢工艺过程中产生的粉尘。另外，在根据需要添加各种金属及其氧化物、碳、无机物等的场合，只要这些添加物是粉末并且其添加量对成形性没有明显影响，也可以是加入这些添加物的混合炼钢粉尘。
图11的炼钢粉尘固化物的制造设备，由于装备了含水率调节装置19，因而可以容易调整炼钢粉尘11的含水量。
另外，含有水分的炼钢粉尘会促进包含成形模7的装置的金属部分生锈，因此必须采取措施防止装置生锈。特别是难以使用防锈油的成形模部分，采取防锈措施十分重要，其中，与压块B直接接触的阴模7a的内径部和柱塞12的防锈至关重要。阴模7a的防锈措施最好是，将耐锈蚀性良好的材料或涂层用于成形模。本实施例的成形模7中的材质为SKH51的阴模在使用过程中生锈，因而不能使用。这是因为，含有水分的炼钢粉尘附着在金属模上，具有促进生锈的作用。经过镀硬铬处理的SKD11没有生锈，可以继续使用。在该实施方式中使用的是镀硬铬，实际上，只要是具有成形模7的功能、耐锈蚀性良好的材料和涂层都可以使用。这样的材料例如可以举出硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和不锈钢等，涂层的例子可以举出镀铬、镀镍、铬或钛的氮化物和碳化物、DLC(金刚石结构的碳)等。
对于固化装置的供给粉末部分，由于含水量的缘故使得炼钢粉尘的填充性(流入成形模中的特性)出现问题，因而最好是设置具有一定程度强制力的强制填充机构30。
成形模的方向没有特别的限制，作为上述强制填充机构30，在成形模方向为纵向的场合，可以使用供粉机和用螺杆压出等机构，在成形模方向为横向的场合，可以使用通过螺杆压出等机构。
下面说明本发明的第3实施方式。如图17所示，第3实施方式与第1实施方式不同，除了炼钢粉尘11的供给路径外，还另外向料斗5供给以碳为主要成分的粉末C，这些炼钢粉尘11和粉末C在料斗5内被混合，形成粉末混合物11c。
料斗5具有分配供给机构(图中未示出)，炼钢粉尘11与主要成分为碳的粉末C的粉末混合物11c被分配、投入炼钢粉尘固化物制造设备4的多个并列设置的固化机构6中。固化机构6是将作为原料的上述粉末混合物11c固化成为压块状的炼钢粉尘固化物(压块)B的机构，它配备有成形模7。
在料斗5或固化机构部6中，设置了将由料斗5供给的粉末混合物11c强制填充到成形模7内的强制填充机构30，其它的结构与第1实施方式相同。
下面说明使用这一实施方式的炼钢粉尘固化物制造设备4(图17)制造压块(炼钢粉尘固化物)B的方法以及制成的压块B的利用方法。在熔炼炉1中产生并由集尘器3中形成粉末后排出的炼钢粉尘9被送入料斗5中，在料斗5内与从另外途径供给料斗5内的主要成分为碳的粉末10混合。炼钢粉尘9的主要成分是铁及其氧化物。以碳为主要成分的粉末10的量，是上述成形原料即粉末混合物11的1-40wt％。料斗5内的成形原料11被供给到固化机构部6的成形模7中。
在固化机构6中，由料斗5向成形模7中送入规定量的、炼钢粉尘9与以碳为主要成分的粉末10的混合粉末11，然后，柱塞12通过加压装置13的驱动进入成形模7内。在该状态下对成形模7内的粉末混合物11施加规定的压力。此时，对于加压横断面积(即柱塞12的横断面积)x(mm2)施加成形压力P(MPa)，使之达到设定范围。这样制成的压块B与第1实施方式相同，其外形是圆柱体(如图3所示)，将其重新用来作为炼钢原料。
采用这一实施方式的压块B的制造方法时，装入成形模7的原料11为炼钢粉尘9和以碳为主要成分的粉末10的混合物，以碳为主要成分的粉末10的量是作为原料11的1-40wt％，进行加压成形，因而不需要添加粘合剂等就可以制造实用上具有足够强度的压块B。下面说明其机理。
在压块B的固化中，不使用粘合剂等提高成形体强度的添加剂的场合，压块B的固化作用是通过加压成形时引起的粉末粒子重新排列和接触产生的附着力而表现出来。相比之下，在混合碳粉等以碳为主要成分的材料的场合，由于碳粉表面的活性较低，由粉末彼此间的附着力而产生的压块强度可能会降低。因此，通过添加粘合剂、利用粘合剂的粘接强度来增强压块强度是十分有效的，但本发明的目的是研制完全不使用粘合剂的、简便而且成本低的方法，必须在供给的原料粉末中尽可能不加入粘合剂的情况下得到足以满足实用要求的压块强度。
为此，本发明人对于添加了碳粉等的炼钢粉尘进行了各种调查和实验验证，结果发现，添加的碳粉量在炼钢粉尘与碳粉的粉末混合物40wt％或40wt％以下时，不使用粘合剂等强化剂也可以得到足以满足实用要求的压块强度。
为了调查上述粉末混合物的成形性，与第1实施方式同样，本发明人使用图4的成形模进行了固化实验。所使用的炼钢粉尘是从电炉排出的炼钢粉尘，其假密度是1.4-1.8g/cm3，使用的碳粉的假密度是0.75g/cm3。在该固化实验中，改变炼钢粉尘与碳粉的各种混合比例，制成各种原料(粉末混合物)，进行实验。原料粉末的含水量是3-8％之间。
表2中所示的是，改变碳粉的添加量和成形压力，制造直径φ70mm、高度与直径之比为80％的圆柱形压块B并使之成为完全干燥状态的压块B的表观密度测定结果。
表2成形压力、碳添加量和压块的表观密度
1)压块的表观密度是完全干燥状态的值2)表中的“-”表示不能成形(产生分层)由该测定结果可以看出与碳粉的添加量无关，作为压块B可以保持形状的最低成形压力是5MPa，成形压力低于该值时，不能维持可以进行操作的压块强度。另一方面，最高成形压力是150MPa，成形压力高于该值时，产生被称为分层的与成形压力方向垂直方向的层状龟裂，脱模时压块B发生破损，在碳粉添加量相同的条件下，压块表观密度随着成形压力的增加而增大，在相同的成形压力下，碳粉的添加量越多，表观密度越小。可以得到能进行操作的压块强度的碳粉添加量是40wt％或40wt％以下，碳粉添加量超过40wt％的添加了碳粉的压块B，压块本身容易溃散，不能进行操作处理。在能够维持可以进行操作的压块强度的成形压力和碳粉添加量的范围内的压块B的表观密度是1.8-3.3g/cm3。
为了更详细地调查添加碳粉的影响，对于在一定成形压力下制造的压块B进行了落下强度试验。图18表示在75MPa成形压力下成形为直径φ70mm、高度与直径之比为80％的圆柱形压块B时的压块B的落下强度试验结果。碳粉添加量在25wt％或25wt％以下时，压块的强度大致保持一定的水平。碳粉添加量超过25wt％时，随着碳粉添加量增加，压块强度降低，碳粉量超过40wt％时，压块B基本上丧失了形状保持力。因此，可以得到实用上足够的压块强度的碳粉量是40wt％或40wt％以下。
与相同成形条件的炼钢粉尘单体的压块相比，添加碳粉后，全体粉末彼此间的附着力减小，因而压块的强度有可能降低。但是，由于压块本身的表观密度随着碳粉添加量而减小，因而从落下强度的角度考虑，压块强度降低不大，由图18也可以看出，碳粉添加量在25wt％或25wt％以下范围时，可以得到与不含碳粉的炼钢粉尘压块强度大体相同的落下强度。但是碳粉添加量在该值以上时，碳粉彼此间的附着力减少的效果增大，压块强度降低。碳粉的添加量在1-40wt％范围为宜。添加量高于40wt％时，难以得到足以满足实用要求的压块强度，添加量低于1wt％时，虽然压块的强度没有问题，但无法实现改善炉子热效率这一添加碳粉的目的。因此优选的是，碳粉添加量为2-25wt％的范围。这是因为，碳粉的添加量最高为25wt％时，压块B的落下强度不会降低，添加量为2-25wt％时，改善炉子热效率的效果最大。
如果考虑上述碳粉添加量和可以固化成的形压力，在完全干燥状态下，能进行操作的压块B的表观密度范围是1.8-3.3g/cm3。碳粉添加量在优选的范围即2-25wt％范围内的压块B的完全干燥状态的表观密度是2.0-3.3g/cm3。
在上述试验中是使用由电炉排出的炼钢粉尘制造压块，不过，该实施方式中使用的粉尘只要是生产钢铁过程中产生的主要成分是铁及其氧化物的粉尘即可，也可以使用转炉、高炉或其它炼钢工艺过程中产生的粉尘。另外，以碳为主要成分的材料，除了实施例中所述的碳粉之外还可以使用石墨和粉煤等。
在图17的炼钢粉尘固化物的制造设备4中，对于固化机构6的供粉部分来说，由于含水量的原故，粉末混合物11的填充性(注入成形模7的特性)存在问题。因此，与第2实施方式同样，最好是设置具有一定程度强制力的上述供粉机或通过螺杆压入的机构之类的强制填充机构30。
下面说明本发明的第4实施方式。如图19所示，与第1实施方式不同，第4实施方式具有2个料斗，投入第1料斗5A的炼钢粉尘11被供给造粒装置19。造粒装置19将粉末状的炼钢粉尘11制成造粒体11p。例如，造粒装置19在旋转的滚筒(图中未示出)内向粉末中添加适量的水分，使之凝集而形成球状的造粒体。造粒体11p例如粒径为5-15mm，含水率是0.5-15wt％。在造粒装置19中形成造粒的炼钢粉尘11的造粒体11p被投入第2料斗5B中。另外，也可以省略第1料斗5A，在用上述输送装置输送的过程中进行炼钢粉尘11的造粒。
料斗5B具有分配供给装置(图中未示出)，炼钢粉尘11的造粒体11p被分配、投入炼钢粉尘固化物制造设备4的多个并列设置的固化机构6中。固化机构6是将炼钢粉尘11的造粒体11p固化成为压块状的炼钢粉尘固化物(压块)B的机构，它具有成形模7。
在料斗5或固化机构6中，设置将由料斗5供给的炼钢粉尘11强制填充到成形模7内的强制填充机构30。其它的结构与第1
下面说明使用第2实施方式的炼钢粉尘固化物的制造设备4(图19)制造压块(炼钢粉尘固化物)B的方法以及制成的压块B的利用方法。将在熔炼炉1中产生并由集尘器3中形成粉末后排出的炼钢粉尘11投入第1料斗5A中，该粉末状炼钢粉尘11的主要成分是铁及其氧化物。被投入料斗5A的炼钢粉尘11在造粒装置19内形成造粒体11p，被投入第2料斗5B中，由料斗5B供给到固化机构6的成形模7内。
在固化机构6中，由料斗5B向成形模7中送入规定量的炼钢粉尘11的造粒体11p，然后，柱塞12通过加压装置13的驱动进入成形模7内。在该状态下，对成形模7内的炼钢粉尘11施加规定的压力。此时，对于加压横断面积(即柱塞12的横断面积)x(mm2)施加成形压力P(MPa)使之达到规定范围。
这样制成的压块B与第1实施方式同样，如图3所示其外形是圆柱体形，具有规定的直径D和高度H与直径D之比(H/D)，被作为炼钢原料重新使用。
采用这一实施方式的压块B的制造方法，由于使用造粒装置19将炼钢粉尘11形成造粒体11p，在该造粒体11p的状态下利用成形模7进行加压成形，因而不需要添加粘合剂等就可以制造实用上具有足够强度的压块。下面说明其机理。
在压块B的固化过程中不使用粘合剂等提高成形体强度的添加剂的场合，压块B的固化作用是通过加压成形时引起的粉末粒子重新排列以及由于接触而产生的附着力而体现出来。一般地说，粉末间的接触面积越大，粉末的附着力越强，因而只要提高成形压力，增加粉末间的接触面积，压块B的强度就会提高。
但是，由于粉末粒子不能象液体那样自由改变其位置而且粉末之间以及粉末与形成模表面之间产生摩擦力，压缩成形时由粉末的重新排列产生的密填充效果不充分，内部包含很大的空隙体积，或者由于摩擦损失导致成形压力不均一，在成形体内部产生较大的密度差，因而加大成形压力未必能提高成形强度。另外，成形体内部空隙中的残留空气和密度差，也是在去除成形压力进行脱模时、在较低的成形压力范围、在与成形压力方向垂直的方向上产生层状龟裂即分层的主要原因。
为了通过成形压力减小成形体内部的空隙和成形密度差，添加粘合剂改善粉末粒子的流动性和成形模填充性是有效的方法，但本发明的目的是研制完全不使用粘合剂的、简便而且成本低的方法。
由于以上原因，通过成形压力增大粉末间的接触面积(提高成形密度)以提高压块B的强度是有限的。因此本发明人探索通过其它途径提高成形密度的方法，进行了各种调查和实验验证，结果发现，在相同的成形条件下，以造粒的炼钢粉尘作为原料比以粉末状炼钢粉尘为原料得到更高的成形密度。
在生产钢铁的过程中，例如在熔炼炉内，被喷吹向上的微小粒子状的铁和氧化铁作为粉尘在集尘器中被回收后，为了将该炼钢粉尘例如制成上述专利文献1中所述的粉尘颗粒，一般是用造粒机进行造粒。本实施方式是通过使用这种经过造粒的原料将其成形为压块，即使不使用粘合剂等强化剂也可以得到实用上足够的压块强度。
本发明人为了调查炼钢粉尘的成形性，与第1实施方式同样使用图4的成形模进行了固化实验。所使用的炼钢粉尘是从电炉中排出并经过造粒的粉尘，其颗粒直径是5-15mm。作为比较对象，使用从同一电炉中排出的炼钢粉尘的粉末。
表3中所示的是，使用含水率5％的造粒体和粉末为原料，改变成形压力制造直径φ70mm、高度与直径之比为80％的圆柱形压块B，在完全干燥状态下的压块B的表观密度和压块B的落下强度试验的结果。
表4是将造粒体的表观密度与粉末的假密度进行比较的结果。
表3原料是否造粒以及压块表观密度和压块落下强度试验
※1各成形压力的上部是粉末原料的值，下部是造粒原料的值※2压块的表观密度是完全干燥状态的值※3落下试验中的○表示保持形状，×表示破损表4造粒体的表观密度和粉末的假密度
※1粉末的假密度是根据轻微敲击填充量测定※2造粒体的表观密度是由尺寸和重量测定※3全部是换算成完全干燥状态下的值在任一成形压力下，与粉末原料相比，以经过造粒的造粒体为原料的压块B的表观密度和落下强度都要大，而且以造粒的造粒体为原料的压块B的性能要好，在相同强度的条件下进行比较，以造粒体为原料的压块B可以在较低的成形压力下固化。此外，产生分层的成形压力也是以造粒体为原料时要高。
所述的造粒，是在旋转的滚筒中向粉末中添加适量的水分使之凝集而形成球状的造粒体，用这种方法制成的造粒体的表观密度比使用粉末原料加压成形得到的成形体的成形密度要高，而且，不需要外加的强制力，只靠凝集力就可以实现保持形状，因此造粒体中基本上不存在密度差等内应力。使用这样的原料进行加压成形时，在成形模内部由于造粒体的塑性变形行为，造粒体的表观密度损失不大，在成形模内变形为规定的形状，形成压块B的形状，与在相同成形条件下将粉末原料加压成形得到的成形体相比得到高的表观密度。至于分层，只要没有达到超过造粒体表观密度的范围的成形压力，由于空隙中的残留空气和成形密度差而产生的回弹量的增加就不会很大。结果，产生分层的成形压力与将粉末原料加压成形的场合相比提高了。
图20表示的是，使用控制含水率的造粒体、在50MPa成形压力下制造直径φ70、高度与直径之比为80％的圆柱形压块时的完全干燥状态的压块表观密度。含水量低于0.5wt％时，成形后有压块B中产生裂纹，表观密度的测定无法进行。含水量在0.5wt％或0.5wt％以上时，压块B的成形可以进行，含水量在1.5-10wt％范围内表观密度大致一定。含水率超过10wt％时，压块B的表观密度略微降低。造粒体的含水率超过15wt％时，造粒体软化形成泥状，试验不能进行。
由上述实施例的结果可知，造粒的造粒体在成形模内表现塑性变形行为时，水分具有减小粉末间的摩擦、使变形容易进行的作用。这种作用在含水量0.5wt％或0.5wt％以上时表现出来，在含水量超过10wt％的水分量较多的范围，水分本身产生流体的行为，因而对于提高压块B的表观密度来说效果适得其反。可以得到实用的压块B的强度的炼钢粉尘的造粒体的含水量范围是0.5-15wt％，优选的是1.5-10wt％。
在试验中是使用由电炉排出的炼钢粉尘制造压块，但实际上，本实施方式中使用的粉尘只要是生产钢铁的过程中产生的主要成分是铁及其氧化物的粉尘即可，也可以使用在转炉、高炉或其它炼钢工艺过程中产生的粉尘。另外，在根据需要添加各种金属及其氧化物、碳、无机物等的场合，只要添加物是粉末并且其添加量对成形性没有明显影响，也可以加入这些添加物的粉末混合物。
在图19的炼钢粉尘固化物的制造设备中，对于固化机构6的供粉部分来说，由于含水量的原故炼钢粉尘造粒体11p的填充性(流入成形模的特性)存在问题，因而与第2实施方式同样，最好是设置具有一定程度强制力的上述供粉机或者通过螺杆压入等机构之类的强制填充装置30。
下面说明本发明的第5实施方式，如图21所示，第5实施方式与第4实施方式不同，第1料斗5A具有炼钢粉尘容纳部5Aa和碳粉容纳部5Ab，炼钢粉尘11被投入炼钢粉尘容纳部5Aa中。由与炼钢粉尘11不同的路径向碳粉容纳部5Ab中投入以碳为主要成分的粉末(图中未示出)。所述的以碳为主要成分的粉末不限于纯粹的碳粉，也可以是石墨。
第1料斗5A具有按设定比例将炼钢粉尘容纳部5Aa的炼钢粉尘11和碳粉容纳部5Ab的以碳为主要成分的粉末混合的混合装置35，混合装置35例如由混合搅拌室和螺旋输送机或搅拌叶片等构成。
由第1料斗5A流出的炼钢粉尘11与主要成分为粉末的粉末混合物被供给造粒装置19。造粒装置19是将上述粉末混合物造粒形成造粒体11p的装置。该造粒体11p是上述粉尘11与以碳为主要成分的粉末的混合造粒体。造粒装置19例如在旋转的滚筒(图中未示出)内向粉末中添加适量的水分使之凝集成为球状的造粒体。造粒体11p例如粒径为5-15mm，含水率是0.5-15wt％。由造粒装置19造粒的炼钢粉尘11的造粒体11p被投入第2料斗5B中。
另外，也可以省去第1料斗5A，在用上述输送装置输送的过程中进行炼钢粉尘11的造粒。
料斗5B具有分配装置(图中未示出)，炼钢粉尘11的造粒体11p被分配、投入炼钢粉尘固化物制造设备4的多个并列设置的固化机构6中。固化机构6是将炼钢粉尘11的造粒体11p固化成为压块状的炼钢粉尘固化物(压块)B的机构，它配备有成形模7。其它的结构与第4实施方式相同。
在第5实施方式中，优选的是，图2的成形模7和柱塞12中、至少成形时与炼钢粉尘11接触的表面使用耐锈蚀材料。耐锈蚀材料优先选用从硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和不锈钢中选择的1种或1种以上材料。
代替成形模7和柱塞12本身为耐锈蚀材料的方案，也可以如图16所示，在成形模7和柱塞12的至少与炼钢粉尘11接触的表面上形成耐锈蚀的覆膜31、32和33。所述的耐锈蚀的覆膜31-33，可以使用选自镀铬、镀镍、铬的氮化物、铬的碳化物、钛的氮化物、钛的碳化物和金刚石结构的碳中的至少1种或1种以上。
下面说明使用这一实施方式的炼钢粉尘固化物制造设备4(图21)制造压块(炼钢粉尘固化物)B的方法以及制成的压块B的利用方法。在熔炼炉1中产生并由集尘器3中形成粉末后排出的炼钢粉尘11被送入第1料斗5A中，该粉末状炼钢粉尘11的主要成分是铁及其氧化物。投入料斗5A中的的炼钢粉尘11在造粒装置19中形成造粒体11p，然后被投入第2料斗5B中，由该料斗5B供给固化机构6的成形模7内。
在固化机构6中，由料斗5B向成形模7中送入规定量的、炼钢粉尘11的造粒体11p，然后，柱塞12通过加压装置13的驱动进入成形模7内。在该状态下对成形模7内的炼钢粉尘11施加规定的压力。此时，对于加压横断面积(即柱塞12的横断面积)x(mm2)施加成形压力P(MPa)，使之达到设定范围。
这样制成的压块B，在圆筒金属模的场合，与第4实施方式相同，如图3所示其外形是圆柱体形，具有规定的直径D和高度H与直径D之比(H/D)，被作为炼钢原料再利用。
采用这一实施方式的压块B的制造方法时，作为装入成形模的原料使用将上述炼钢粉尘11和以碳为主要成分的粉末混合、造粒形成的混合造粒体11p，因而，尽量不需要在供给的原料粉尘11中加入添加物就可以制造实用上具有足够强度并且重新装入炉内时的炉子热效率得到改善的压块B。另外，可以以低的成本制造该压块B。下面说明其机理。
为了调查炼钢粉尘的成形性，与第4实施方式同样，本发明人使用图4的成形模进行了固化实验。在用于电炉等的回收利用的炼钢粉尘的压块B中添加碳粉等碳材料，对于提高电炉的热效率是非常重要的，这是因为，添加的碳粉将炼钢粉尘还原的同时自燃发热，因而可以减少由外部输入的能量，大大改善炉子的热效率。因此，添加了碳粉的压块B对于炼钢粉尘的回收利用是十分有效的措施。
在压块B的固化过程中不使用粘合剂等提高成形体强度的添加剂的场合，压块的固化作用是通过加压成形时引起的粉末粒子重新排列以及由于接触而产生的附着力而体现出来。一般地说，粉末间的接触面积越大，粉末的附着力越强，因而只要提高成形压力，增加粉末间的接触面积，压块的强度就会提高。但是，由于粉末粒子不能象液体那样自由改变其位置而且粉末之间以及粉末与形成模表面之间产生摩擦力，压缩成形时由粉末的重新排列产生的密填充效果不充分，内部包含很大的空隙体积，或者由于摩擦损失导致成形压力不均一，在成形体内部产生较大的密度差，因而加大成形压力未必能提高成形强度。另外，成形体内部空隙中的残留空气和密度差，也是在去除成形压力进行脱模时、在较低的成形压力范围、在与成形压力方向垂直的方向上产生层状龟裂即分层的主要原因。
上面所述是一般的粉末成形过程中的问题，在混合碳粉等以碳为主要成分的材料的场合，还可能产生更大的问题。碳粉的表面活性低，因此上述附着力较弱。另外，微小的碳粉的假密度较小，结果，混合了碳粉的炼钢粉尘原料被填充到成形金属模中时，有较大的空隙体积。通常，经过成形操作后空隙的体积减小，同时在一定程度上将残留的空气排出，但是，在混合了碳粉的炼钢粉尘为原料的场合，不仅填充金属模时的空隙体积大，而且具有在成形开始后的初期，该空隙中所含有的残留空气被封闭而难以排出的特性，结果，残留空气受到压缩的压块B在成形方向上产生很大的回弹，从低压成形区域产生分层。
为了通过成形压力减小成形体内部的空隙和成形密度差，添加粘合剂改善粉末粒子的流动性和金属模填充性以及利用粘合剂的粘结强度来增大压块强度是十分有效的，但本发明的目的是研制完全不使用粘合剂的简便而且成本低的方法，必须在供给的原料粉末中尽可能不加入添加剂的情况下获得实用上足够的压块强度。
为此，本发明人对于添加碳粉等的炼钢粉尘进行了各种调查和实验验证，结果发现，将碳粉等碳素材料添加到将炼钢粉尘造粒的造粒机中，与炼钢粉尘一起造粒，制成混合造粒体，使用该造粒体进行成形制成压块，可以消除在添加碳粉的场合对于成形性产生的不利影响。在炼钢场中，有很多场合需要将炼钢粉尘例如制成上述专利文献1中所述的粉尘颗粒一般是使用造粒机造粒。
本发明是在上述惯用的造粒工序中添加碳粉等碳材料进行造粒，将其用来作为制造压块的原料，因此即使不使用粘合剂等强化剂也能得到实用上足够的压块强度。
作为实施例，使用由图4所示的圆筒阴模部和冲头构成的制造圆筒形压块B的金属模进行了固化实验。
试验金属模的材料使用SKH51和经过镀硬铬处理的SKD11。所使用的炼钢粉尘是从电炉排出的粉尘，制备4种试样。这4种试样分别是将炼钢粉尘和碳粉(重量比4∶1)在造粒装置中混合造粒的试样(造粒直径5-15mm)；只用炼钢粉尘造粒(造粒直径5-15mm)、将该炼钢粉尘的造粒体和碳粉按4∶1的重量比混合的试样；将炼钢粉尘和碳粉以粉末状态、按4∶1重量比混合的试样；以及作为比较例的只有炼钢粉尘的粉末试样。
表5所示的是，使用含水率5％的上述4种试样作为原料、改变成形压力制造直径φ70、高度与直径之比80％的圆柱形压块B，在完全干燥状态下的压块B的表观密度和压块落下强度试验的结果。炼钢粉尘与碳粉的混合造粒试样，在5-150MPa的成形压力下保持形状，具有50cm或50cm以上落下强度的成形压力范围是50MPa或50MPa以上、150MPa或150MPa以下。
表5原料的状态和压块表观密度以及压块的落下强度试验
※1表中的编号①-④表示试样①将炼钢粉尘和碳(重量比4∶1)在造粒机中边混合、边造粒(颗粒直径5-15mm)②只有炼钢粉尘造粒，将其造粒体与碳按4∶1的重量比混合③将粉末状态的炼钢粉尘和碳按4∶1的重量比混合④单独炼钢粉尘的粉末※2压块的表观密度是完全干燥状态下的值※3落下试验中的○表示保持形状，×表示破损只用炼钢粉尘造粒、将该炼钢粉尘造粒体和碳粉按4∶1的重量比混合的试样以及将炼钢粉尘和碳粉以粉末状态、按4∶1的重量比混合的试样，在进行试验的全部成形压力的范围内发生分层，不能保形。只含炼钢粉尘的粉末试样和炼钢粉尘与碳粉的混合造粒试样，压块强度大体上相同。
造粒是在旋转的滚筒内向粉末中添加适量的水分使之凝集形成球状的颗粒，用这种方法制成的造粒体的表观密度比将粉末原料加压成形得到的成形体的成形密度要高，这是由于水分的表面张力，粉末彼此附着时最大限度减小了间隙的原故。由于这种作用，即使是粉末填充体积中具有较大空隙空间也就是说假密度较小的碳粉，造粒时造粒体也会致密化。
使用这样的原料进行加压成形时，在成形金属模内部，由于造粒体的塑性变形行为，造粒体的表观密度损失不大，在成形模中变形成规定的形状，形成压块B的形状，与未进行造粒的碳粉相比残留空气极少，因而至少不会发生由于残留空气引起的分层。与相同条件的炼钢粉尘单体的压块B相比，添加碳粉后由于全体粉末彼此的附着力减小，压块强度可能会降低，但压块B本身的表观密度由于碳粉添加量减小，从落下强度角度考虑降低不大，如同表5所示，所得到的落下强度与不含碳粉的炼钢粉尘压块强度大体相同。
图22表示的是，将炼钢粉尘与碳粉(重量比4∶1)边在造粒机中混合、边改变所造粒试样的含水率，使用得到的造粒体以50MPa的成形压力制造直径φ70、高度与直径之比为80％的圆柱形压块时的完全干燥状态的压块表观密度。含水量低于0.5wt％时，成形后有压块中产生裂纹，表观密度的测定无法进行。含水量在0.5wt％或0.5wt％以上时，压块的成形可以进行，含水量在1.5-10wt％范围内表观密度大致一定。含水率超过10wt％时，压块B的表观密度略有降低。造粒体的含水率在15wt％或15wt％以上时，造粒体软化形成泥状，试验不能进行。
由上述实施例的结果可知，造粒体在成形模内表现塑性变形行为时，水分具有减小粉末间的摩擦、使变形容易进行的作用。这种作用在含水量0.5wt％或0.5wt％以上时表现出来，在含水量超过10wt％的水分量较多的范围，水分本身表现为液体的行为，因而对于提高压块B的表观密度来说效果适得其反。可以得到实用的压块强度的、将炼钢粉尘与碳粉(重量比4∶1)在造粒装置中混合造粒的试样的含水量范围是0.5-15wt％，优选的是1.5-10wt％。
在试验中是使用由电炉排出的炼钢粉尘制造压块B，实际上，本实施方式中使用的粉尘只要是生产钢铁的过程中产生的主要成分是铁及其氧化物的粉尘即可，也可以使用在转炉、高炉或其它炼钢工艺过程中产生的粉尘。另外，以碳为主要成分的材料，除了实施例中所述的碳粉之外，还可以使用石墨和细粉煤。
为了调整炼钢粉尘11的含水量，最好是在固化机构6或者将炼钢粉尘11供给固化机构6的路径中设置含水率调节机构36。含水率调节装置26例如也可以设置在第1料斗5A或第2料斗5B中。含水率调节装置36可以使用洒水装置或干燥装置。洒水装置可以使用洒水器、分配器等，干燥装置可以使用加热烘箱、热风加热器、鼓风机等。
含有水分的炼钢粉尘具有促进包含成形模7的装置的金属部分生锈的作用，因而采取对策防止装置生锈是十分必要的。特别是难以使用防锈油的成形模7，采取防锈措施非常重要，其中，与压块B直接接触的阴模7a的内径部以及柱塞12、12A的防锈最为主要。为了防止成形模7生锈，最好是如上面所述使用耐锈蚀性良好的材料或者按图16的例子在成形模7上使用涂层等防锈膜31-33。
在这一实施例的成形金属模中，材质为SKH51的成形模在使用过程中生锈，不能使用。这是因为，含有水分的炼钢粉尘11附着在成形模7上，促进了生锈。经过镀硬铬处理的SKD11没有生锈，可以继续使用。在实施例中使用的是镀硬铬，但实际上，只要是具有作为成形模7的功能并且耐锈蚀性良好的材料或涂层都可以使用。
在图21的炼钢粉尘固化物的制造设备中，由于含水量的原故，固化机构部6的供给粉末部分的炼钢粉尘造粒体11p的填充性(向成形模7中注入的特性)存在问题，因此最好是与第4实施方式同样，设置具有一定程度强制力的上述供粉机或者通过螺杆压入等机构之类的强制填充装置30。
权利要求
1.炼钢粉尘固化物，该炼钢粉尘固化物是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，加压横断面积x(mm2)的成形压力P(MPa)是由下式表示的范围。5≤P≤-96.785ln(x)+958.97
2.权利要求1所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，外形是圆柱体形状。
3.权利要求2所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，圆柱体的直径是30-100mm，高度与直径之比为30-150％。
4.炼钢粉尘固化物，该炼钢粉尘固化物是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，在完全干燥的状态下其表观密度是2.25-3.1g/cm3。
5.炼钢粉尘固化物，该炼钢粉尘固化物是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，装入上述成形模中的粉尘是造粒体。
6.权利要求5所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，所述造粒体的含水率是0.5-15wt％。
7.炼钢粉尘固化物，该炼钢粉尘固化物是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的炼钢粉尘装入成形模中加压成形的固化物，其特征在于，装入上述成形模的原料是上述炼钢粉尘与以碳为主要成分的粉末的混合物，所述的以碳为主要成分的粉末的量是原料的1-40wt％。
8.权利要求7所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，在完全干燥状态下上述固化物的表观密度是1.8-3.3g/cm3。
9.权利要求7或8所述的炼钢粉尘固化物，其特征在于，以碳为主要成分的粉末是碳粉或石墨。
10.炼钢粉尘固化物的制造方法，该方法是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，对于加压横断面积x(mm2)的成形压力P(MPa)是由下式表示的范围。5≤P≤-96.785ln(x)+958.97
11.炼钢粉尘固化物的制造方法，该方法是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，用压力检测装置检测成形压力，利用该检测值进行加压控制使之达到规定的压力。
12.炼钢粉尘固化物的制造方法，该方法是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，装入上述成形模的粉尘的含水率是0.5-20wt％。
13.权利要求12所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，上述成形模和柱塞的、至少成形时与炼钢粉尘固化物接触的表面使用耐锈蚀的材料。
14.权利要求13所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，所述的耐锈蚀材料是选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和不锈钢中的1种或1种以上的材料。
15.权利要求12所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，上述成形模和柱塞的、至少成形时与炼钢粉尘固化物接触的表面上形成耐锈蚀的覆膜。
16.权利要求15所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，所述的耐锈蚀的覆膜是选自镀铬层、镀镍层、铬的氮化物、铬的碳化物、钛的氮化物、钛的碳化物和金刚石结构的碳中的1种或1种以上。
17.炼钢粉尘固化物的制造方法，该方法是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，将上述粉尘造粒，以造粒体的状态装入上述成形模中加压成形。
18.权利要求17所述的炼钢粉尘固化物的制造方法，其特征在于，所述造粒体的含水率是0.5-15wt％。
19.炼钢粉尘固化物的制造方法，该方法是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的方法，其特征在于，上述装入成形模的原料是上述炼钢粉尘与以碳为主要成分的粉末的混合物，所述的以碳为主要成分的粉末的量是原料的1-40wt％。
20.炼钢粉尘固化物的制造设备，该设备是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘加压成形使之固化而制造作为其固化物的设备，其特征在于，该设备具有将上述粉尘加压成形的成形模；对该成形模施加用于加压成形的压力的加压机构；检测上述成形模的成形压力的压力检测机构；利用该压力检测机构的检测值加压控制上述加压机构使之达到规定压力的加压控制机构。
21.炼钢粉尘固化物的制造装置，该装置是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的装置，其特征在于，该装置具有上述成形模；对该成形模内的粉尘加压的柱塞；驱动该柱塞的加压装置；以及用于调整装入上述成形模之前的炼钢粉尘的含水率的含水率调节机构；所述的含水率调节机构使装入成形模的粉尘的含水率达到0.5-20wt％。
22.炼钢粉尘固化物的制造装置，该装置是将生产钢铁过程中产生的、主要成分为铁及其氧化物的粉尘装入成形模中加压成形使之固化而制造作为其固化物的装置，其特征在于，该装置具有作为装入上述成形模的原料将上述粉尘和以碳为主要成分的粉末混合、造粒制成混合造粒体的造粒装置；上述成形模；对该成形模内的混合造粒体加压的柱塞；驱动该柱塞的加压装置；以及用于调整装入上述成形模的混合造粒体的含水率的含水率调节机构。
23.权利要求21或22所述的炼钢粉尘固化物的制造装置，其特征在于，所述的含水率调节机构使用洒水装置。
24.权利要求21或22所述的炼钢粉尘固化物的制造装置，其特征在于，所述的含水率调节机构使用干燥装置。
25.权利要求22所述的炼钢粉尘固化物的制造装置，其特征在于，上述成形模和柱塞的、至少成形时与炼钢粉尘固化物接触的表面使用耐锈蚀材料。
26.权利要求25所述的炼钢粉尘固化物的制造装置，其特征在于，所述的耐锈蚀材料是选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和不锈钢中的1种或1种以上的材料。
27.权利要求25所述的炼钢粉尘固化物的制造装置，其特征在于，在上述成形模和柱塞的、至少成形时与炼钢粉尘固化物接触的表面上形成耐锈蚀的覆膜。
28.权利要求27所述的炼钢粉尘固化物的制造装置，其特征在于，所述的耐锈蚀的覆膜是选自镀铬层、镀镍层、铬的氮化物、铬的碳化物、钛的氮化物、钛的碳化物和金刚石结构的碳等中的1种或1种以上。
全文摘要
本发明提供了一种炼钢粉尘固化物、以及其制造方法、制造装置，其中炼钢粉尘固化物在不含有粘合剂等多余添加物的情况下，以低的成本将用熔炼炉等生产钢铁过程中产生的炼钢粉尘制成供重新利用的操作性良好的固化物。该炼钢粉尘固化物B是将生产钢铁过程中产生的主要成分是铁及其氧化物的炼钢粉尘11装入成形模7内加压成形的固化物。对于加压横断面积x(mm
文档编号C22B1/14GK1757766SQ20051010797
公开日2006年4月12日 申请日期2005年9月30日 优先权日2004年10月6日
发明者村松胜利, 中岛淑岳 申请人:Ntn株式会社