JP2001316712A - 含クロム滓からのクロム回収方法 - Google Patents

含クロム滓からのクロム回収方法

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Yuji Ogawa
雄司 小川
Hiroshi Nagahama
洋 永浜
Shinya Kitamura
信也 北村
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  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 含クロム滓中のクロムを低濃度まで効率的に
還元回収するとともに、含クロムスラグを普通鋼スラグ
と同等に無害化して、環境汚染の恐れなしに、路盤材や
土木用埋立材とての有効利用を可能ならしめる含クロム
滓の処理方法を提供する。 【解決手段】 電極と溶鋼またはスクラップとの間にア
ークを形成し、溶鋼の加熱、溶鋼の精錬、または溶鋼の
製造を行うプロセスにおいて、電極の少なくとも1本以
上を中空電極とし、Crを0.5質量%以上含有する含
クロム滓と還元剤を中空電極を通し不活性ガスにのせて
アーク中に吹き込み、含クロム滓中のクロム酸化物を還
元して溶鋼中に回収する。また還元剤として、炭素材、
アルミ灰、アルミドロス、Fe−Si、Alまたはこれ
らの2種以上の混合物を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、含クロム滓からク
ロムを効率的に還元・回収し、スラグを無害化処理する
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼等の製造過程で副産物とし
て発生する含クロム滓は、例えば転炉滓で5質量%以上
高いものでは30質量%近いクロム酸化物を含有し、有
価金属であるクロムを多量含んでいるため、製造コスト
削減の点からも資源の有効利用の観点からも精錬後にF
e−SiやAl等の還元剤を添加してスラグ中のクロム
酸化物を溶鋼中に還元してから出鋼するのが一般的にな
っている。電気炉を用いてステンレス鋼やフェロクロム
等の含クロム鋼を溶製する場合にも、やはり還元期を設
けて還元剤によるクロム還元を通常実施している。
【0003】しかしながら、この還元用のFe−Siや
Alも価格が高いため、吹酸中のクロム酸化をできる限
り低下させる試みがなされている。例えば、特開昭61
−3815号公報や特開昭61−19716号公報で
は、吹錬中の送酸速度と撹拌力とを適正に制御すること
で、クロムの酸化を抑制した精錬方法が開示されてい
る。しかし、これらの方法を用いても、還元剤使用量を
ゼロにすることはできない。
【0004】高価な還元剤を使用せずに含クロム滓から
クロムを回収する手段として、特開昭53−11921
0号公報のように含クロム滓を冷却固化した後、もしく
は特開平6−73424号公報のように含クロム滓を炉
内に残存させたまま、別チャージの溶銑と接触させ、精
錬中に溶銑中Cによるスラグ中のクロム酸化物を還元回
収する方法が開示されている。これらの方法では、高価
な還元剤を使用することなくスラグ中のクロムを回収可
能であるが、還元後の低クロム酸濃度のスラグを系外に
排出するためには、特開平6−73424号公報のよう
に精錬途中で一度排滓を実施する必要があり、生産性を
圧迫する問題が生じる。また、酸化クロムとCとの反応
は低温では起こりにくく、還元速度が遅いという問題も
あった。
【0005】また、特開平2−258912号公報のよ
うに、取鍋内で還元剤を吹き込み、スラグ中のクロムを
溶鋼中に還元回収する方法も開示されているが、やはり
低温での処理であるため、還元速度が遅く、処理後のス
ラグ中クロム酸濃度も高いという問題があった。
【0006】上記のような還元処理を施しても、還元剤
コスト抑制と低温による反応性の悪さから、処理後のス
ラグ中Cr濃度は0.5〜3質量%程度となっている。
しかしながら、この0.5〜3質量%程度のスラグ中C
r濃度でも、有害な6価Crが溶出する場合がある。含
クロム滓を路盤材、土木用埋立材として使用する場合、
スラグ型の6価Cr溶出による環境汚染を起こさないこ
とが絶対条件であるため、現状は殆ど全量が製造工場内
での保管や管理型の埋め立て処分となっている。
【0007】含クロム滓からの6価クロムの溶出防止方
法として、例えば特開昭63−140044号公報で
は、溶融状態で排出された含クロム滓を別の容器に移
し、撹拌しつつ還元剤を添加する方法が提案されてい
る。しかしながら、この方法は、通常精錬容器内で行わ
れているFe−Siによる還元処理を別の容器に移して
実施しただけの処理であり、依然として2質量%程度の
酸化クロムが残存していることから、6価クロムの溶出
を完全に防止することはできない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点に鑑み、含クロム滓中のクロムを低濃度まで効率的に
還元回収するとともに、含クロムスラグを普通鋼スラグ
と同等に無害化して、環境汚染の恐れなしに、路盤材や
土木用埋立材とての有効利用を可能ならしめる含クロム
滓の処理方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の要旨とするところは、(1)電極と溶鋼ま
たはスクラップとの間にアークを形成し、溶鋼の加熱、
溶鋼の精錬、または溶鋼の製造を行うプロセスにおい
て、電極の少なくとも1本以上を中空電極とし、Crを
0.5質量%以上含有する含クロム滓と還元剤を中空電
極を通し不活性ガスにのせてアーク中に吹き込み、含ク
ロム滓中のクロム酸化物を還元して溶鋼中に回収するこ
とを特徴とする含クロム滓からのクロム回収方法、
(2)還元剤として、炭素材、アルミ灰、アルミドロ
ス、Fe−Si、Alまたはこれらの2種以上の混合物
を使用することを特徴とする(1)記載の含クロム滓か
らのクロム回収方法、にある。
【0010】
【発明の実施の形態】スラグ中の酸化クロムの還元剤に
よる還元反応は、例えばCによる還元の場合、下記の化
学反応式にて示すものである。
【0011】
【化1】
【0012】この還元反応は、従来のように1300〜
1700℃の製鋼温度においては、熱力学的平衡により
容易に進行せず、反応速度が遅い。特に、スラグ中の全
Cr濃度が約2質量%以下のときの、反応速度がCr濃
度に依存する一次反応領域になると、反応速度が極めて
低下する。これは、還元剤がSiやAlの場合も同様で
ある。
【0013】しかしながら、本発明では、鋼浴近傍で約
3000℃、高い部分では10000℃以上とも言われ
る上部の電極と鋼浴間に生じるアーク内部にスラグの粉
体と還元剤を吹き込むため、上記反応が極めて速く進行
する。発明者らの試算では、例えば、全Cr濃度20質
量%の含クロム滓を0.1質量%以下まで還元するため
には、1600℃では約1時間の時間を要するのに対
し、3000℃では約1秒となる。従って、高温のアー
ク内に供給されたスラグ中のCr23は、アーク内と溶
鋼に形成されたアーク火点内で還元剤と迅速に反応しつ
つ、ほぼ全量が還元される。クロム回収後のスラグは、
6価クロムの溶出が殆どなく、普通鋼スラグと同等レベ
ルに無害化され、路盤材や土木用埋め立て材として有効
に利用することができる。
【0014】還元剤の添加量は、Crを還元する化学当
量以上であることが望ましい。また、還元剤としては、
安価な炭素材が望ましいが、スラグの再利用の用途に応
じて、炭素材の代わりにアルミ灰、アルミドロス、Fe
−Si、Al等の還元剤もしくはその混合物を使用し
て、生成するSiO2やAl23によりスラグ組成を制
御することも可能である。スラグの組成制御のために還
元剤に珪砂やアルミナ等の造滓材を混合しても良い。
【0015】スラグも還元剤も、反応速度の点からでき
るだけ微細な粉体であることが望ましいが、含クロム滓
は冷却過程で殆どが自発的に粉化するため、事前に破砕
処理を行う必要は殆どない。含クロム滓にクロムを含む
ダストやその他の産業廃棄物を混合して処理することも
可能である。スラグ中のCr濃度を0.5質量%以上と
規定したのは、それ以下のCr濃度では6価クロムの溶
出が殆どないため、コストをかけて処理する必要性が少
ないからである。還元剤を中空電極を通して吹き込むた
めのキャリアガスとしては、電極の酸化損耗防止の点か
らN2やAr等の不活性ガスであることが必要である
が、溶湯への吸窒の恐れがない場合には安価なN2ガス
が望ましい。
【0016】また、アークの種類としては、交流アーク
でも直流アークでも良い。交流アークの場合には、通常
3本のアーク電極の内、少なくとも1本以上を中空電極
とすれば良い。但し、スラグの処理量が多い場合には、
2本以上の中空電極を同時に使用してスラグを吹き込む
ことが望ましい。処理を行う容器としては、交流式の電
気アーク炉でも直流式の電気アーク炉でも良い。アーク
の安定性の点からは直流アークが望ましく、処理の簡便
さの点からは、鍋内の溶鋼を交流アークで加熱するLF
(Ladle Furnace)等のプロセスでの処理
が望ましい。また、還元したCrを効率的に回収するた
めには、溶鋼が共存していることが必要である。
【0017】なお、アーク熱の雰囲気や耐火物への散逸
を抑制し、電力原単位を低減するためには、スクラップ
を溶解しつつ処理を行い、電極の周囲をスクラップで遮
蔽しながらスラグを還元処理することも有効である。
【0018】
【実施例】図1に、実施例として使用した設備の構成図
を示す。容量300tの溶鋼鍋1に、約50tの溶鋼2
を種湯として装入し、LF設備による含クロム滓の還元
処理を実施した。
【0019】LFの電極3は直径約40cmの黒鉛電極
であり、その内1本を直径40mmの孔を貫通させた中
空電極4とした。定格容量10MVAの電源を用い、二
次電圧300V、二次電流20kAの条件で通電しつ
つ、ホッパー5から切り出される含クロムスラグの粉体
およびホッパー6から切り出される微粉炭素材の粉体
を、N2ガスをキャリアガスとして、中空電極を通して
溶鋼表面に吹き付けた。
【0020】含クロムスラグとしては、ステンレス鋼溶
製時の転炉スラグを放置して粉化させたものを用いた。
スラグの主な組成を表1に示す。また、炭素材としては
炭素濃度が86質量%で粒度1mm以下の微粉コークス
を使用した。キャリアN2ガスの流量は400m3(No
rmal)/hとし、含クロムスラグと微粉コークスの
切り出し速度はそれぞれ134kg/分、16kg/分
として、約1時間の処理を行った。トータルのスラグ使
用量は約8tであり、微粉コークス使用量は約1tであ
った。
【0021】また、比較例として、実施例と同量のスラ
グを同一の通電条件で処理した。比較例では、スラグと
還元剤であるコークスを中空電極から吹き込まず、処理
前に50tの溶鋼の上に添加し、電極は通電のみに使用
した。
【0022】表2に、実施例と比較例の処理後のスラグ
組成を示す。比較例が約8質量%のCr23濃度までし
か還元されていないのに対し、実施例では0.15質量
%まで還元が進行しており、6価Crの溶出の恐れなく
有効利用可能な組成となっていることが確認された。ま
た、併せてスラグ中の酸化鉄も還元され、鉄分も回収さ
れることが判明した。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【発明の効果】本発明により、含クロム滓中のクロム酸
化物の効率的な還元回収が可能となり、含クロムスラグ
を普通鋼スラグと同等に無害化して、6価クロム溶出の
恐れなしに、路盤材や土木用埋立材とて有効に利用する
ことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施する設備の構成である。
【符号の説明】
1 溶鋼鍋 2 溶鋼 3 アーク電極 4 中空アーク電極 5 含クロム滓切り出し用ホッパー 6 還元剤切り出しホッパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22B 7/04 C22B 7/04 A // C22B 34/32 34/32 (72)発明者 北村 信也 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Fターム(参考) 4K001 AA08 AA10 BA12 BA23 DA05 EA03 FA10 GA16 GB12 HA01 HA02 HA03 HA12 4K002 AA03 AE06 4K014 CA04 CB05 CD12 CD13 CE01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極と溶鋼またはスクラップとの間にア
    ークを形成し、溶鋼の加熱、溶鋼の精錬、または溶鋼の
    製造を行うプロセスにおいて、電極の少なくとも1本以
    上を中空電極とし、Crを0.5質量%以上含有する含
    クロム滓と還元剤を中空電極を通し不活性ガスにのせて
    アーク中に吹き込み、含クロム滓中のクロム酸化物を還
    元して溶鋼中に回収することを特徴とする含クロム滓か
    らのクロム回収方法。
  2. 【請求項2】 還元剤として、炭素材、アルミ灰、アル
    ミドロス、Fe−Si、Alまたはこれらの2種以上の
    混合物を使用することを特徴とする請求項1記載の含ク
    ロム滓からのクロム回収方法。
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