JP3825603B2

JP3825603B2 - 製鋼ダストの亜鉛濃縮方法

Info

Publication number: JP3825603B2
Application number: JP2000055625A
Authority: JP
Inventors: 進務川; 克巳近藤; 晃一松本; 正今井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: JP2001240919A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亜鉛含有スクラップから効率的に亜鉛成分の含有率が高く、亜鉛一次精錬用の亜鉛原材料としてリサイクル容易な製鋼ダストを得る製鋼ダストの亜鉛濃縮方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、省資源を目的として鉄スクラップのリサイクルが図られている。この鉄スクラップには、亜鉛系めっき鋼板などの亜鉛成分（特に金属亜鉛）を含むものが多いため、亜鉛含有スクラップを用いて鋼を製造する場合には、亜鉛成分は除去することが好ましい。そこで、スクラップを利用して鋼を製造する場合には、鋼の成分調整を行う精錬工程において亜鉛の回収を行うのが普通であり、このため、例えば、特開平7-26317 号公報や特開平10-121122 号公報や特開昭63-62813号公報などに開示されているように、種々の回収方法が提案されている。
【０００３】
前記した特開平7-26317 号公報に開示されている技術は、脱珪脱燐工程の溶銑中に亜鉛スクラップを装入して高濃度の亜鉛含有ダストを回収するものであるが、この方法による場合は一部の亜鉛が溶銑中に溶解し、この溶解した亜鉛を蒸発、除去するのに長時間要するという問題点があった。また、回収したダスト中の亜鉛濃度は９．３％程度と低濃度であり、２５％以上，好ましくは４０％程度の濃度が必要とされる亜鉛一次精錬用の亜鉛源としてリサイクルすることが工業的に困難であった。尚、以下の記載において、％とppm の記載は質量比とする。
また、特開平10-121122 号公報に開示されている技術は、亜鉛含有ダストを溶銑中に不活性ガスで吹込み高濃度の亜鉛を回収するものであるが、これによる場合には亜鉛の還元蒸発に溶銑の顕熱のみ利用するので、亜鉛を確実に回収するのには鋼精錬プロセスとは別プロセスを設ける必要があり、また、分解反応に伴う熱ロスが増加して熱的余裕度が減少するとともに、亜鉛が銑鉄に溶解して次工程で発生するダストの汚染を招くという問題点があった。更には、回収した亜鉛含有ダストは前記した方法と同様低濃度であって、亜鉛一次精錬業へリサイクルすることは困難であった。
また、特開昭63-62813号公報に開示されている技術は、転炉内にスクラップとともに電気炉ダストや亜鉛メッキドロス等酸化物の亜鉛含有廃棄物を投入し、溶銑によりスクラップ溶解、吹錬する際に発生したダスト中の亜鉛を回収するものであるが、このような亜鉛含有廃棄物では亜鉛は酸化物であり容易に還元されず、また還元は溶銑中Ｃとの反応であり、不可避的に亜鉛が溶銑中に溶解して次工程でのダストを汚染するという問題点があった。更には、回収した亜鉛含有ダストは前記した方法と同様に低濃度であって、亜鉛一次精錬業用にリサイクルして使用することが工業的に困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来の問題点を解決して、鋼の精錬工程中の予備処理工程で亜鉛含有スクラップから効率的に亜鉛成分（例えばスクラップに付着した金属亜鉛）を製鋼ダストに回収して亜鉛一次精錬業にリサイクルしやすくするとともに、次の脱炭処理を行う転炉に亜鉛成分が持ち込まれることをなくすことができる製鋼ダストの亜鉛濃縮方法を提供することを目的として完成されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の製鋼ダストの亜鉛濃縮方法は、亜鉛含有スクラップを装入してある溶銑予備処理炉に溶銑を装入後、この溶銑予備処理炉に予め亜鉛含有スクラップを装入してある溶銑予備処理炉にて、亜鉛含有スクラップ中の金属亜鉛を加熱蒸発させ、その後に溶銑を装入して、溶銑予備処理炉から発生する亜鉛酸化物を含む製鋼ダストを回収して得られた亜鉛酸化物を含む製鋼ダストを、石灰石および／またはソーダ灰とともに吹込み、その上方から酸素を加えてこの溶銑予備処理炉から発生する高濃度化された亜鉛成分を含む製鋼ダストを回収することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図中、１は鋼の精錬工程における溶銑予備処理炉、２ａは溶銑予備処理炉１に設けられたダストの吸引用フード、３は溶銑予備処理炉１にスクラップを装入するためのスクラップシュートであり、これらの構成は従来のものと同じであるが、本発明はこのような溶銑予備処理炉１で溶銑の予備処理を行った後、転炉４で脱炭処理を行う鋼の精錬工程において、高温の溶銑予備処理炉１に予め亜鉛含有スクラップ１０を装入し、亜鉛含有スクラップ１０中の亜鉛成分（特に金属亜鉛）を加熱蒸発させ、この溶銑予備処理炉１から発生する前記亜鉛成分を含む精錬ダストを回収して、その後に溶銑１１を装入して溶銑予備処理（例えば溶銑の脱珪、脱燐処理等）を行い、製鋼ダスト中の亜鉛濃度を高濃度化する点に特徴がある。
【０００８】
即ち、溶銑に亜鉛含有スクラップを添加するのではなく、亜鉛含有スクラップを先に装入後に溶銑１１を装入することにより、亜鉛含有スクラップに付着している亜鉛成分（特に金属亜鉛）を炉体顕熱により加熱して蒸発させ、この溶銑予備処理炉から発生する高濃度の亜鉛成分（酸化亜鉛）を含む精錬ダストを吸引用フード２ａを介して回収して、製鋼ダストに亜鉛を濃縮せしめ、製鋼ダストを亜鉛原料として利用可能にしたものである。この結果、回収した精錬ダスト中における亜鉛濃度は２５％以上、更に好ましくは４０％以上と高くなって亜鉛精鉱として利用可能となり、また、溶銑中にスクラップより溶解残留する亜鉛量も少なくなるため、後工程の転炉に亜鉛が持ち越されることによる弊害をも解決することができることとなる。
【０００９】
なお、このような予備処理工程においては、前記した溶銑予備処理炉１が亜鉛含有スクラップ１０を装入した場合に、亜鉛含有スクラップに付着している金属亜鉛を炉体顕熱により加熱して蒸発させるのに十分な顕熱を有していることが好ましい。そのためには、外部からの加熱手段を用いて溶銑予備処理炉１を亜鉛の昇華温度を超える所定の温度に達するようにしてもよいが、溶銑の予備処理を複数回好ましくは４回以上連続運転した後に本発明を実施すれば、外部からの加熱手段がなくても溶銑予備処理炉１を金属亜鉛の加熱蒸発に十分な温度とすることができるので一層好ましい。
【００１０】
また、このようにして得られた精錬ダストを、再びフィードバックして溶銑予備処理炉1 中に吹込むようにすれば、回収されるダスト中における亜鉛濃度は益々高いものとなり、より濃度の高い高品質で亜鉛一次精錬業にリサイクル可能な製鋼ダストを得ることが可能となる。
即ち、図２に示されるように、亜鉛含有スクラップを装入してある溶銑予備処理炉１に溶銑を装入後、この溶銑予備処理炉１中に前記した方法により得られた酸化亜鉛を含む精錬ダストを、石灰石および／またはソーダ灰とともに吹込みノズル５を介して溶銑中に吹込み、その上方から溶銑の脱珪、脱燐に必要な酸素をランス４により加えて攪拌し、溶銑の脱珪脱燐処理を行い、この溶銑予備処理炉１から発生する高濃度化された亜鉛成分を含む精錬ダストを吸引用フード２ｂを介して回収して製鋼ダスト中へ亜鉛（金属亜鉛）を濃縮し亜鉛一次精錬用にリサイクル可能ならしめる。
この場合、上記ダストを窒素等の不活性ガスと石灰石（CaCO₃）および／またはソーダ灰（Na₂CO₃）とともに吹込むと、これらの物質は溶銑と下記のように反応して多量のCOガスを発生する。
【００１１】
【化１】

備考：Ｃは溶銑中に溶解したＣを示す。
【化２】

【００１２】
本発明者らの基礎実験によると、ZnO の還元・蒸発反応はＣによる還元より雰囲気中COガスによる反応が主であることが判明しており、上記反応で生成したCOガスによって下記のようにZnO の還元は促進される。
【化３】

備考：(g) はガスを示す。
更に、生成したZn (g)蒸気はCOガス気泡中に希薄にしか存在しないため、下記反応式で示す溶銑中へのZnの溶解は少ない。
【化４】

備考：Znは溶銑中に溶解したZnを示す。
【００１３】
この時、CaCO₃および／またはNa₂CO₃吹込み速度を高く保つことによって、固（ダスト粒子）−気（COガス）−液（溶銑）混相流中のCOガス割合が高く保たれるとともに、表面のスラグが除去されて裸湯状態となる。これによりZn蒸気の溶銑中への溶解、およびスラグへのトラップを少なくできるので、金属亜鉛の回収効率を上げることができるとともに、スラグが亜鉛で汚染されることもなく再利用上の問題を生じることもなく好ましい。この結果、酸化亜鉛含有ダストを吹込んでも溶銑の亜鉛による汚染、即ち溶銑中に亜鉛が残留することも抑制されることになる。
【００１４】
このように本発明は、溶銑予備処理炉１で溶銑予備処理を行った後、転炉で脱炭処理を行う鋼の精錬工程において、予め亜鉛（主として金属亜鉛）を含有するスクラップを装入してある溶銑予備処理炉１にて亜鉛含有スクラップ中の金属亜鉛を加熱蒸発させ、その後に溶銑を装入して、溶銑予備処理炉１から発生する酸化亜鉛を含む製鋼ダストを回収することにより、亜鉛含有スクラップから効率的に亜鉛元素の含有率が高い亜鉛一次精錬業向けにリサイクル可能な製鋼ダストを低ランニングコストで得ることができ、しかも、溶銑１１中に亜鉛が残らないので、次の脱炭処理を行う転炉に亜鉛元素( 金属亜鉛およびまたは酸化亜鉛) が持ち込まれることにより生じる弊害を大幅に減らすことができる。更には、亜鉛を含有するスクラップと亜鉛を含有しないスクラップとを分別することなく使用できるため、選別の費用も不要となり、また既存の製鋼工程に新たな設備費用や運転費用等をほとんどかけず僅かに溶銑予備処理炉に吹込み設備を設けるのみでよいという利点もある。
【００１５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示す。
［実施例１］
まず、亜鉛含有スクラップ質量２０t を外部からの加熱手段を用いて９５０℃程度に加熱してある転炉タイプの溶銑予備処理炉に装入した。この時、ダスト補集集塵機を運転し、炉外に吹き上がるダストを回収し始める。引き続き、溶銑質量２９０t を装入し、炭酸カルシウムとダストからなる粉体を窒素ガスにより底吹き羽口より吹込み開始するとともに、生石灰、鉄鉱石等の精錬剤を添加し、上から酸素ガスを吹付け開始し、溶銑の脱珪、脱燐処理を６００sec 行った。得られた溶銑中の珪素、燐は各々質量が0.32% から0.01% 以下に、0.097%から0.014%に低下した。また、溶銑中の亜鉛濃度は0.5ppm以下であり、満足に亜鉛元素の分離ができていた。そして、ダスト補集集塵機により回収された製鋼ダスト中には加熱により蒸発した亜鉛含有スクラップ中の亜鉛元素が50% と高濃度で含まれており、亜鉛一次精錬業向けにリサイクル可能な材料であることが確認できた。
【００１６】
［実施例２］
１チャージあたり、スクラップ質量８〜３８t を転炉タイプの溶銑予備処理炉に装入した。この時、ダスト補集集塵機を運転し、炉外に吹き上がるダストを回収し始める。１チャージあたり溶銑質量２６２〜２９１t を装入し、炭酸カルシウムと前工程で回収した亜鉛成分を含む精錬ダストを窒素ガスとともに底吹き羽口より吹込みながら、生石灰等の精錬剤を添加し、上から酸素ガスを吹付け開始し、１チュージあたり３００〜６００sec 間の脱珪脱燐処理を行った。溶銑中の初期珪素濃度は0.25〜0.75% 、りん濃度は0.078 〜0.10% であったが、処理後の珪素濃度は0.01% 以下、りん濃度は0.011 〜0.021%、亜鉛濃度0.5ppm以下となり、また、スラグ中の亜鉛濃度は0.1%以下であった。以上の工程中ダスト補集集塵機で回収した亜鉛成分を含む精錬ダストを溶銑予備処理炉にフィードバックさせることを７回繰り返すことにより、最終的に亜鉛濃度が62% の亜鉛一次精錬業向けにリサイクル可能な材料が得られた。
【００１７】
［実施例３］
１チャージあたり、スクラップ質量１０〜３７t を転炉タイプの溶銑予備処理炉に装入した。この時、ダスト補集集塵装置で発生するダストをバグフィルターにトラップする。引き続き、１チャージあたり溶銑質量２６８〜３０１t を装入し、炭酸カルシウムと製鉄ダストと窒素ガスとともに底吹き羽口より吹込みながら、生石灰等の精錬剤を上方添加し、メインランスから酸素ガスを上吹きして脱珪脱燐処理を４２０〜６６０sec 間行った。更に、その後、酸素ガス上吹き停止し、CaO とNa₂CO₃を85:15 の質量比で混合したフラックスと、前記したバグフィルターにより回収された製鋼ダストを吹込みながら脱硫処理を３００sec 間行った。前記した脱珪・脱燐処理中のCaCO₃の平均吹込み速度は1.6kg/s 、脱硫処理中のフラックス吹込み速度は6.6kg/s 以上であり、またダスト吹込み速度は脱珪・脱燐処理中が4.6 〜5.0kg/s であった。溶銑の初期珪素、りん、硫黄質量濃度は、各々0.35〜0.67% 、0.062 〜0.097%、0.01〜0.02% であったが、処理後の溶銑の珪素、りん、硫黄、亜鉛質量濃度は、各々0.01% 以下、0.012 〜0.022%、0.003 〜0.007%、2ppm以下であり、スラグ中の亜鉛質量濃度は0.1%以下であった。また、バグフィルターにより回収した製鋼ダストを溶銑予備処理炉にフィードバックさせることを７回繰り返して前記処理を行った結果、最終的に回収した製鋼ダスト中のZnO 質量濃度は52% であった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上の説明からも明らかなように、亜鉛含有スクラップから効率的に亜鉛成分の含有率が高い亜鉛一次精錬業向けにリサイクル可能な材料を低ランニングコストで製造でき、しかも精錬中の溶銑中に亜鉛が残らないので、後工程の転炉に亜鉛成分が持ち込まれることにより生じる弊害をなくすことができ、更には、亜鉛含有スクラップと亜鉛を含有しないスクラップとを分別することなく使用できるため、選別の費用も不要となる。また、既存の精錬工程に新たに設備費用や運転費用等を殆どかけず、僅かに吹込み設備を追加するのみでよいという利点もある。
よって本発明は効率的に亜鉛含有スクラップから製鋼ダストに亜鉛を濃縮することができるので、亜鉛一次精錬業向けにリサイクル可能な材料を得る方法として、産業の発展に寄与するところは極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す正面図である。
【図２】その他の実施の形態を示す正面図である。
【符号の説明】
１溶銑予備処理炉
2a 吸引用フード
2b 吸引用フード
３スクラップシュート
４ランス
５吹込みノズル
６ホッパー
10 亜鉛含有スクラップ
11 溶銑

Claims

亜鉛含有スクラップを装入してある溶銑予備処理炉に溶銑を装入後、この溶銑予備処理炉に予め亜鉛含有スクラップを装入してある溶銑予備処理炉にて、亜鉛含有スクラップ中の金属亜鉛を加熱蒸発させ、その後に溶銑を装入して、溶銑予備処理炉から発生する亜鉛酸化物を含む製鋼ダストを回収して得られた亜鉛酸化物を含む製鋼ダストを、石灰石および／またはソーダ灰とともに吹込み、その上方から酸素を加えてこの溶銑予備処理炉から発生する高濃度化された亜鉛成分を含む製鋼ダストを回収することを特徴とする製鋼ダストの亜鉛濃縮方法。