JP2002121627A - 酸化クロム含有ダストの加熱炉での処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製鉄プロセス中の各種精錬炉から排出される
酸化クロム含有ダストから、金属クロムをクロム含有溶
銑として回収すると共に発生する最終スラグ中のクロム
含有量を１重量％以下の環境に無害なレベルまで低減す
ることが可能な酸化クロム含有ダストの加熱炉での処理
方法を提供する。 【解決手段】 酸化クロム含有ダストと炭材と造滓剤と
を主体とする混合物を、雰囲気温度が１３００℃以上で
かつ１７００℃以下に制御された加熱炉１１中に連続的
に投入し、混合物中の酸化クロム含有ダストを溶融さ
せ、混合物中の炭材により還元して、金属クロムを含有
する溶銑２２を生成させ、更に生成する最終スラグ中の
酸化クロムの含有量を１重量％以下にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化クロム含有ダ
ストからクロム含有溶銑を回収すると共に、生成する最
終スラグ中の酸化クロム含有量を環境に無害なレベルま
で低減することが可能な酸化クロム含有ダストの加熱炉
での処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、酸化クロム含有ダストは加熱炉で
還元され、得られた金属クロムはフェロクロムとして回
収されていた。しかし、酸化クロム含有ダストの還元反
応を効率的に進行させるためには加熱炉内を１６００℃
以上の高温に保持する必要があり、加熱のための燃料費
の増大、生成したスラグによる加熱炉の内張り用耐火物
の溶損等のために、経済的に見合う処理方法とはなって
いなかった。そのため、例えば、ステンレス鋼精錬炉等
から排出される酸化クロム含有ダストは、その大半が埋
立て処分されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化ク
ロム含有ダストをそのまま埋立て処分場に廃棄すると時
間の経過と共に酸化クロム含有ダストから６価クロムが
溶出するおそれがある。そのため、埋立て処分する場合
には、酸化クロム含有ダストから６価クロムが溶出する
のを防止するための酸化クロムの溶出防止処理を行う必
要があり、処理費の発生により埋立て処分に伴う経済的
負担が大きくなるという問題があった。また、資源の有
効活用の一環として、廃棄物のリサイクルによる資源化
を進める観点からも、現状の埋立て処分法を継続するこ
とには問題が生じる。本発明はかかる事情に鑑みてなさ
れたもので、製鉄プロセス中の各種精錬炉から排出され
る酸化クロム含有ダストから、金属クロムをクロム含有
溶銑として回収すると共に発生する最終スラグ中のクロ
ム含有量を１重量％以下の環境に無害なレベルまで低減
することが可能な酸化クロム含有ダストの加熱炉での処
理方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る酸化クロム含有ダストの加熱炉での処理方法は、製
鉄プロセス中の各種精錬炉から発生する酸化クロム含有
ダストを加熱炉で処理する酸化クロム含有ダストの処理
方法において、前記酸化クロム含有ダストと炭材と造滓
剤とを主体とする混合物を、雰囲気温度が１３００℃以
上でかつ１７００℃以下に制御された前記加熱炉中に連
続的に投入し、前記混合物中の前記酸化クロム含有ダス
トを溶融させ、前記混合物中の炭材により還元して、金
属クロムを含有する溶銑を生成させ、更に生成する最終
スラグ中の酸化クロムの含有量を１重量％以下にする。
混合物中の酸化クロム含有ダストを溶融させて、酸化ク
ロム含有ダスト中の酸化クロムと酸化鉄を混合物中の炭
材によりそれぞれ直接還元するので、効率的に酸化クロ
ム含有ダストを金属クロムと金属鉄にそれぞれ転換しな
がらクロム含有溶銑を得ることができる。また、得られ
た金属クロムは溶融した金属鉄、すなわち溶銑中に溶け
込むため、クロム含有溶銑として金属クロムの融点より
低い温度で回収することができる。ここで、雰囲気温度
を１３００℃以上でかつ１７００℃以下と規定したの
は、１３００℃未満では酸化クロム含有ダストを溶融さ
せて効率的に還元を行うことが不可能なためであり、１
７００℃を超えると還元の際に発生するスラグによる加
熱炉の内張り用耐火物の溶損が激しくなり、加熱炉の耐
用寿命が極端に短くなるためである。

【０００５】本発明に係る酸化クロム含有ダストの加熱
炉での処理方法において、前記混合物中の酸化クロム含
有ダストを前記混合物中の炭材で還元するとき、前記混
合物中の造滓剤の組成調整により、生成する前記最終ス
ラグの成分を下記（１）〜（３）として、該最終スラグ
が実質的に１３００℃で排滓性を確保すると同時に、耐
火物に対して保護層を形成することが好ましい。 （１）ＭｇＯ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ＜２３重量％ （２）ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＜１．７ （３）ＦｅＯ＜３重量％ 最終スラグの成分が上記（１）〜（３）の条件を満たす
ように制御することにより、生成するスラグの液相割合
（液相率）を実質的に１３００℃で６０〜９０％とする
ことができる。スラグの液相率が６０〜９０％の場合、
スラグは半溶融の状態となり、スラグの流動性を利用し
てスラグを加熱炉から容易に排出させることが可能とな
る。また、スラグが半溶融の状態であるため、スラグを
加熱炉の内張り用耐火物の表面に付着させることがで
き、付着層を耐火物の保護層として作用させることがで
きる。ここで、実質的に１３００℃と規定したには、温
度が１３００℃未満では、酸化クロム含有ダストを溶融
させて効率的に還元を行うことが不可能なためである。

【０００６】本発明に係る酸化クロム含有ダストの加熱
炉での処理方法において、前記混合物中の炭材量の調整
により、生成する前記最終スラグ中の炭材含有量を少な
くとも１５重量％確保して、前記混合物中の酸化クロム
含有ダストの還元を安定的に進行させることが好まし
い。酸化クロム含有ダストを還元する際の炭材の作用
は、炭材が燃焼して発生したＣＯによる還元作用と、酸
化クロム含有ダストの還元により生成した金属クロムを
含有する溶銑（フェロクロム）中に炭材が溶け込んで形
成されている溶銑中の炭素（Ｆｅ₃ Ｃ状態としてのＣ）
による還元作用とに分類できる。ＣＯによる還元は主に
固相状態の酸化クロム含有ダストが対象となるのに対し
て、溶銑中の炭素による還元は主に液相状態の酸化クロ
ム含有ダストが対象となり還元反応速度も大きく、還元
反応の主体となっている。溶銑中の炭素による還元が進
行すると溶銑中の炭素は徐々に消費され、炭素量の減少
に伴い還元反応速度は徐々に低下する。従って、溶銑中
の炭素による還元反応速度を一定のレベルに維持するた
めには、還元反応により消費された溶銑中の炭素分を連
続的に供給して、溶銑中の炭素量を所定のレベルに維持
しておく必要がある。加熱炉内ではスラグは比重差のた
め常に溶銑の上に浮遊しており、この浮遊スラグ中には
炭材が懸濁している。酸化クロム含有ダストの還元反応
が完了して最終的に生成する最終スラグ中に少なくとも
炭材が１５重量％含有されるように混合物を加熱炉に投
入する段階で炭材量を制御しておくと、加熱炉の雰囲気
が酸化雰囲気となるのを防止して、酸化クロムの還元に
より生成した金属クロムが、再度酸化クロムに変化する
のを抑止してスラグ中の酸化クロム含有率を１重量％以
下にできる。更に、最終スラグ中に少なくとも炭材が１
５重量％含有されるように混合物を加熱炉に投入する段
階で炭材量を制御しておくと、酸化クロム含有ダストが
還元されて溶銑中の炭素量が低下した場合、上部に浮遊
するスラグ中の懸濁状態の炭材を溶銑中に移動させるこ
とができる。このため、常に溶銑中の炭素含有量を所定
量、例えば、飽和状態量に保持することができる。更
に、スラグ中に炭材が少なくとも１５重量％存在する
と、スロッピングの防止も可能になる。

【０００７】本発明に係る酸化クロム含有ダストの加熱
炉での処理方法において、前記混合物中の炭材は粒度調
整された複数の炭材を組み合わせて粒度構成されている
ことが好ましい。酸化クロム含有ダストの還元反応を促
進させるためには、加熱炉内の混合物の流動性を確保し
て均一に加熱すると共に、加熱炉内壁への混合物の付着
を防止する必要がある。そのためには、混合物中に粒径
の大きな粒子を存在させる必要がある。酸化クロム含有
ダスト、炭材、造滓剤より混合物を調整する場合、酸化
クロム含有ダストは精錬炉から発生するダストであるた
め、粒径は小さい。また、造滓剤はスラグを生成するた
めの反応性を確保するため、粒径を小さくすることが好
ましい。このため、粒径が大きくても酸化クロム含有ダ
ストの還元反応に大きく影響しにくい炭材の粒径を調整
することにした。

【０００８】本発明に係る酸化クロム含有ダストの加熱
炉での処理方法において、前記加熱炉中に投入された前
記混合物の温度が１３００℃に達するまで、少なくとも
８０℃／分の昇温速度で加熱するのが好ましい。混合物
を８０℃／分未満の昇温速度で１３００℃まで加熱する
と、混合物が溶融するまで還元雰囲気に晒される時間が
長くなり、酸化クロム含有ダスト中のＦｅ ₂ Ｏ₃ がＦｅ
Ｏに変化し易く、混合物中に低融点のフェヤライト（２
ＦｅＯ・ＳｉＯ）を生成して、加熱炉内壁に混合物が付
着する現象が発生する。また、酸化クロム含有ダストへ
の浸炭に時間がかかり、しかも還元された固体鉄がスラ
グ中に存在してスラグの見掛けの融点を下げ、加熱炉内
壁に付着する現象が発生する。このため、混合物を少な
くとも８０℃／分の昇温速度で加熱し、混合物を急速に
加熱溶融させて、未溶融状態の混合物が還元雰囲気中に
長く晒されないようにする必要がある。混合物が急速に
加熱溶融されると、酸化クロム含有ダスト中のＦｅ₂ Ｏ
₃ からのＦｅＯの生成を極力防止することができ、混合
物中に低融点のフェヤライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ）の生
成が減少して、加熱炉内壁に混合物が付着するのを防止
することができる。また、浸炭速度も速く低融点の炭素
飽和の溶鉄が得られる。

【０００９】本発明に係る酸化クロム含有ダストの加熱
炉での処理方法において、前記加熱炉中に投入された前
記混合物の温度が１３００℃に達すると、前記加熱炉内
の雰囲気中のＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）が０．４以上とな
るように、前記加熱炉に設けられた加熱装置に供給する
酸素量を調整して加熱するのが好ましい。加熱装置に供
給する酸素量を理論酸素量未満にすることにより、燃料
が燃焼して生成する加熱炉内の雰囲気中のＣＯとＣＯ₂
との量比を、例えば、ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）換算で
０．４以上とすることができる。加熱炉内の雰囲気中の
ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）を０．４以上にすることによ
り、加熱炉内の雰囲気を還元性雰囲気に維持することが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る酸化クロム含有ダストの加熱炉での処理方法に
適用された酸化クロム含有ダストの処理設備の一例であ
るロータリーキルン式処理設備の概念構成図、図２は最
終スラグ中のコークス含有率と最終スラグ中の酸化クロ
ム含有率との関係を示すグラフである。図１に示すよう
に、本発明の一実施の形態に係る酸化クロム含有ダスト
の加熱炉での処理方法に適用されたロータリーキルン式
処理設備１０は、酸化クロム含有ダスト、炭材、及び造
滓剤を主体とする混合物が連続的に投入され還元反応が
生じる加熱炉の一例であるロータリーキルン１１と、製
鉄プロセス中の各種精錬炉から発生する酸化クロム含有
ダストの一例であるステンレス鋼精錬炉ダストを貯蔵す
る定量排出機能を備えたホッパー１２と、炭材の一例で
あるコークスを貯蔵する定量排出機能を備えたホッパー
１３と、造滓材を貯蔵する定量排出機能を備えたホッパ
ー１４と、各ホッパー１２、１３、１４から連絡管１５
を経由して供給される所定量のステンレス鋼精錬炉ダス
ト、コークス、及び造滓材を混合して混合物を調整する
混合物調整装置１６と、調整された混合物をロータリー
キルン１１に輸送する輸送管１７と、ロータリーキルン
１１の出口１８側に設けられた加熱装置の一例であるＬ
ＰＧ酸素バーナー１９と、コークス燃焼用の酸素を供給
するためのロータリーキルン１１の入口２０側に設けら
れた酸素ガス供給ランス２６とを有している。以下、こ
れらについて詳細に説明する。

【００１１】混合物中のステンレス鋼精錬炉ダストが加
熱され溶融してコークスによる還元が進行するロータリ
ーキルン１１は、混合物調整装置１６から輸送管１７を
経由して混合物が直接投入されるロータリーキルン１１
の入口２０側からロータリーキルン１１の出口１８側に
向けて下方に傾斜して、図示しない回転装置によりロー
タリーキルン１１の中心軸に対して一定の回転速度で、
例えば毎分０．１〜０．５回転の回転速度で回転してい
る。ロータリーキルン１１に直接投入された混合物は、
ロータリーキルン１１の回転に伴い転動しながら入口２
０側から出口１８側に徐々に進行し、その際、ロータリ
ーキルン１１の出口１８側に設けられたＬＰＧ酸素バー
ナー１９によって加熱され、更にロータリーキルン１１
の入口２０側に設けられた酸素ガス供給ランス２６から
供給された酸素により混合物中の一部のコークスが燃焼
してそのとき発生した燃焼熱、ロータリーキルン１１の
内張り用耐火物２１の輻射熱も加わり、混合物中のステ
ンレス鋼精錬炉ダストは急速加熱されて溶融する。溶融
したステンレス鋼精錬炉ダストは、混合物中の燃焼せず
に残留しているコークスにより還元されて、ステンレス
鋼精錬炉ダスト中の酸化クロムは金属クロムに、ステン
レス鋼精錬炉ダスト中の酸化鉄は金属鉄、すなわち溶銑
２２にそれぞれ転換し、更に金属クロムは溶銑２２中に
取り込まれる。また、ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸
化クロムと酸化鉄以外の残留物と造滓剤はスラグ２３を
形成し、スラグ２３は比重の差により溶銑２２の上に存
在する。

【００１２】ロータリーキルン１１内では、入口２０側
から出口１８側に向けて雰囲気の温度が上昇する温度勾
配と雰囲気中の酸素濃度が低下する酸素濃度勾配が生じ
ているので、ステンレス鋼精錬炉ダストはロータリーキ
ルン１１内を進むにつれて溶融還元反応が徐々に進行し
て行き、出口１８側に向かうにつれて溶銑２２中の金属
クロム含有量は増加し、生成したスラグ２３組成は酸化
クロムの還元が終了した際に生成する最終スラグの組成
に近づいて行く。なお、ロータリーキルン１１の出口１
８側には堰２４が設けられているため、ロータリーキル
ン１１内にはステンレス鋼精錬炉ダストから還元反応に
より生成した金属クロムを含有した溶銑２２と溶銑２２
の上に浮遊しているスラグ２３を常に一定量存在させる
ことができる。

【００１３】ステンレス鋼精錬炉ダストの還元反応が進
行してロータリーキルン１１内の溶銑２２の量が増加し
堰２４による保有可能量を超えると、過剰の溶銑２２は
堰２４をオーバーフローしてロータリーキルン１１の出
口１８から排出される。この際、溶銑２２の上に浮遊し
ているスラグ２３も同時に排出される。排出されるスラ
グ２３はロータリーキルン１１の出口１８側のスラグで
あるため、ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸化クロムの
還元が終了した際に生成する最終スラグの組成を有して
いる。また、ロータリーキルン１１の入口２０側には、
ステンレス鋼精錬炉ダストを含んだ混合物を溶融還元す
る際に発生する排ガスを排出するための排気管２５が設
けられている。排ガスは、ＬＰＧ酸素バーナー１９によ
る燃焼ガス、ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸化鉄や酸
化クロムの還元により発生した二酸化炭素、一酸化炭素
等が含まれており、排気管２５を出た排ガスは図示しな
い排ガス処理装置へ送られ、ここで一酸化炭素等の未燃
焼ガスは完全燃焼されて、大気中に放出される。

【００１４】次に、本発明の一実施の形態に係る酸化ク
ロム含有ダストの加熱炉での処理方法について詳細に説
明する。始めに、ＬＰＧ酸素バーナー１９でロータリー
キルン１１内の雰囲気を１３００℃以上でかつ１７００
℃以下の範囲で設定した所定温度に加熱しておき、ステ
ンレス鋼精錬炉ダスト、コークス、造滓剤の各所定量を
ホッパー１２、１３、１４から連絡管１５を経由して混
合物調整装置１６に供給し、混合物の状態にしたものを
輸送管１７を用いてロータリーキルン１１の入口２０か
ら連続的に投入する。ここで、ステンレス鋼精錬炉ダス
トの還元処理を行う前に、ステンレス鋼精錬炉ダストの
成分の定量分析を予め行っておく必要がある。得られた
定量分析結果に基づいて、必要な炭材量、必要な造滓剤
の種類と量が具体的に決定される。

【００１５】先ず、必要なコークス量の算出について説
明する。ステンレス鋼精錬炉ダストが溶融還元されて金
属クロムを含有した溶銑２２となり、その際に発生する
最終スラグ中の酸化クロムの含有量が１重量％以下とな
る場合、コークスの用途は、１）ステンレス鋼精錬炉ダ
ストを還元するための熱エネルギーを発生するためのコ
ークス、２）ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸化クロ
ム、酸化鉄の還元反応に消費される還元剤、３）スラグ
中の懸濁コークス、４）酸化鉄の還元により生成した溶
銑２２中に溶解する浸炭材としてのコークス、５）ロー
タリーキルン１１内で燃焼消失するコークス、の５項目
に分類される。この中で、２）の還元剤として使用され
るコークス量はステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸化クロ
ム、酸化鉄の含有量から理論還元炭材量として正確に求
められる。４）の浸炭材として使用されるコークス量
は、種々の試験から溶銑２２中に溶解する炭材量は約３
重量％となることが判明しているので、生成する溶銑２
２の量から定量的に見積もることができる。１）の熱エ
ネルギー発生用のコークス量は、還元に必要な理論炭材
量の２倍の量で十分であることが各種試験から経験的に
判明している。また、理論炭材量の２倍のコークスを使
用すると、４）の浸炭に使用されるコークス量、３）の
懸濁コークスを最終スラグ中に少なくとも１５重量％存
在させることも可能であることが試験より判明してい
る。従って、５）のロータリーキルン１１内で燃焼消失
するコークスの量を、ロータリーキルン１１の特性を考
慮して見積もる必要がある。

【００１６】ここで、使用するコークスは、粒度調整さ
れた複数のコークスを組み合わせて粒度構成されている
コークスを使用するのがよい。例えば、粒度調整したコ
ークスとして、粒径が１ｍｍ以下の細粒コークス、粒径
が１ｍｍを超えて５ｍｍ以下の中粒コークス、粒径が６
ｍｍを超えて８ｍｍ以下の粗粒コークスが使用できる。
これらの粒度調整されたコークスを、例えば、粗粒コー
クスが全コークス中に５％以上含有されるように粒度構
成するのが好ましい。粗粒コークスが５％以上含有され
ることにより、ステンレス鋼精錬炉ダスト、コークス、
造滓剤から構成される混合物のロータリーキルン１１内
での転動性を向上させて、ロータリーキルン１１の内張
り用耐火物２１への混合物の付着が防止できる。このた
め、混合物全体は一様に加熱され、全体が一様に溶融す
ることになる。なお、混合物中に含有されるコークス
は、使用する全量を一度に混合物中に含有させてロータ
リーキルン１１内に投入してもよいし、使用するコーク
スの一部が含有された混合物中に残りを混ぜながらロー
タリーキルン１１内に投入するようにしてもよい。

【００１７】続いて、必要な造滓剤の種類と量について
説明する。ステンレス鋼精錬炉ダストの定量分析によっ
て得られたＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ の各
含有量から、ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸化クロム
と酸化鉄の還元が終了した場合における最終スラグの組
成を計算し、最終スラグ中のＭｇＯとＡｌ₂ Ｏ₃ の和が
ＭｇＯ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ＜２３重量％の条件、ＣａＯとＳｉ
Ｏ₂ がＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＜１．７の条件を満足するか確
認する。これらの条件が満足されない場合は、条件が満
足されるようにＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂
の中から必要な成分を決定し必要量を算出する。Ａｌ₂
Ｏ₃ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ の中から選定された成
分が使用するステンレス鋼精錬炉ダストに対する造滓剤
となる。なお、計算した最終スラグの組成が、ＭｇＯ＋
Ａｌ₂ Ｏ ₃ ＜２３重量％、及びＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＜１．
７の条件を満足する場合では、造滓剤を使用する必要は
ない。

【００１８】次に、混合物をロータリーキルン１１内に
投入して還元する過程を詳細に説明する。雰囲気が１３
００℃以上でかつ１７００℃以下の範囲で設定した所定
温度に加熱されているロータリーキルン１１内に、ステ
ンレス鋼精錬炉ダスト、コークス、及び造滓剤からなる
混合物が投入されると、投入された混合物に熱が奪われ
るためロータリーキルン１１の入口２０側の雰囲気温度
は低下する。このため、図示しない入口２０側に設けら
れた熱電対等の温度計で混合物の温度と雰囲気温度を測
定し、雰囲気温度が当初設定した温度以下に低下した場
合、ＬＰＧ酸素バーナー１９に供給する酸素量を燃料が
燃焼するのに必要な理論酸素量以上の量としながらＬＰ
Ｇを燃焼させる。ＬＰＧ酸素バーナー１９に理論酸素量
以上の酸素を供給したため、ロータリーキルン１１内の
雰囲気中には酸素が過剰となる。このため混合物中のコ
ークスが燃焼して発熱し、混合物の温度が上昇すると共
にロータリーキルン１１内の雰囲気温度も上昇する。

【００１９】混合物は投入された当初は含有する水分
や、揮発成分のため温度上昇速度は小さいが、混合物の
温度が約４００℃程度となる間に揮発成分は消失してし
まうので、その後の昇温速度は大きくなる。ロータリー
キルン１１内に投入された混合物の温度が１３００℃に
達するまで、ＬＰＧ酸素バーナー１９に理論酸素量以上
の酸素を供給して燃焼させ、少なくとも８０℃／分の昇
温速度で混合物が加熱されるようにする。混合物を少な
くとも８０℃／分の昇温速度で加熱することにより、混
合物を急速に加熱溶融させて、ステンレス鋼精錬炉ダス
トからのＦｅＯの生成を極力防止する。ＦｅＯの生成を
防止して、最終スラグ中に含有されるＦｅＯを３重量％
未満にすると、混合物中に低融点のフェヤライト（２Ｆ
ｅＯ・ＳｉＯ）が生成するのを防止でき、ロータリーキ
ルン１１の内壁にフェヤライトが結合剤となって混合物
の付着層を形成するのを防止する。

【００２０】混合物の温度が１３００℃以上となり混合
物が溶融状態になると、ロータリーキルン１１内の雰囲
気中のＬＰＧとコークスが燃焼して生成したＣＯとＣＯ
₂ の量比がＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）換算で０．４以上と
なるように、ロータリーキルン１１に設けられたＬＰＧ
酸素バーナー１９に供給する酸素量を燃料が燃焼するの
に必要な理論酸素量未満とする。ロータリーキルン１１
内の雰囲気を、ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）換算で０．４以
上とすることにより、ロータリーキルン１１内の雰囲気
を還元性雰囲気に維持して、還元反応の促進を図る。

【００２１】次に、混合物中のステンレス鋼精錬炉ダス
トにおいて生じる還元反応について説明する。ロータリ
ーキルン１１内に投入された混合物は、ロータリーキル
ン１１が入口２０側から出口１８側に向かって下方向に
傾斜しているので、ロータリーキルン１１の回転によ
り、入口２０側から出口１８側に徐々に移動する。混合
物は、入口２０側から出口１８側への移動中に、ＬＰＧ
酸素バーナー１９による加熱、コークスの燃焼による加
熱、ロータリーキルン１１の内張り用耐火物２１からの
熱輻射や熱伝導によって加熱される。混合物の温度が１
０００℃を超えると、ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸
化鉄や酸化クロムは、 Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋ＣＯ→２ＦｅＯ＋ＣＯ₂ ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ₂ ＣＯ₂ ＋Ｃ→２ＣＯ （ＦｅＯ）＋［Ｃ］→［Ｆｅ］＋ＣＯ Ｃｒ₂ Ｏ₃ ＋３ＣＯ→２Ｃｒ＋３ＣＯ₂ （Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）＋３［Ｃ］→２［Ｃｒ］＋３ＣＯ に示すように、ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸化鉄が
還元されて生成した溶銑２２中にコークスが溶解して形
成しているＦｅ₃ Ｃ中の炭素、混合物中のコークス、Ｌ
ＰＧ及びコークスが燃焼して生成する一酸化炭素によっ
て、ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸化鉄と酸化クロム
は還元されてそれぞれ溶銑２２と金属クロムに変化し、
金属クロムは溶銑２２中に取り込まれてフェロクロムを
形成する。同時に、ステンレス鋼精錬炉ダスト中の酸化
鉄と酸化クロム以外の残留物と造滓剤からはスラグ２３
が形成される。ここで、（ＦｅＯ）と（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）は
それぞれ溶融スラグ中のＦｅＯとＣｒ₂ Ｏ₃ を示し、
［Ｃ］、［Ｆｅ］、［Ｃｒ］は溶銑２２中のＣ、Ｆｅ、
Ｃｒをそれぞれ示す。

【００２２】このとき、１３００℃以上の温度で、融点
の高いスラグ２３が生成されると上記に示す還元反応の
進行は困難となり、酸化クロムの還元は進まなくなるの
で、高融点のマグネシアスピネル（ＭｇＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃
−Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）生成を防止して、生成するスラグ２３の
融点をできるだけ低下させる必要がある。そのために
は、造滓剤により組成を制御し、更にＣａＯを含有する
スラグ２３の粉化を防止するために塩基度（ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ₂ ）の調整を行う必要がある。種々の試験から、混
合物中の酸化クロムを還元したときに生成する最終スラ
グの成分が、下記の（１）〜（３）の条件を満足すれ
ば、ＣａＯを含有するスラグ２３の粉化を防止し、１３
００℃以上でスラグ２３の液相率を６０〜９０％とし
て、スラグ２３を半溶融状態に保持できることが判明し
ている。 （１）ＭｇＯ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ＜２３重量％ （２）ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＜１．７ （３）ＦｅＯ＜３重量％ このため、最終スラグの成分が上記（１）〜（３）の条
件を満足するように、混合物中の造滓材で組成の調整を
行っている。

【００２３】スラグ２３の液相率を６０〜９０％とし
て、スラグ２３を半溶融状態に維持することは、スラグ
２３の温度を１４００℃以上に上昇させることによって
も可能である。しかし、このように高温にスラグ２３の
温度を上昇させると、スラグ２３の粘性は次第に低下
し、最終的には完全に溶融する状態となる。そのため、
ロータリーキルン１１の内張り用耐火物２１の損傷が顕
著となり始める。従って、スラグ２３の温度は、内張り
用耐火物２１の損傷が生じない範囲で、かつ還元反応が
効率的に進行するようになるべく高温に保持するのが好
ましい。具体的には、１３００℃以上で、かつ１５００
℃未満の温度、より好ましくは１３００℃以上で、かつ
１４００℃未満に設定するのがよい。

【００２４】混合物の温度が、１３００℃以上で１４０
０℃未満においては、溶銑２２中の炭素によって酸化鉄
や酸化クロムの還元が主に行われるため、溶銑中の炭素
（Ｆｅ ₃ Ｃを形成している炭素）による還元反応の進行
を維持するには、溶銑２２中で還元により消費された炭
素を外部から常に補給する必要がある。生成するスラグ
２３中に懸濁するコークス量を少なくとも１５重量％と
なるように、ロータリーキルン１１に投入する混合物中
のコークス量を事前に調整してやれば、溶銑２２中で消
費された炭素を、スラグ２３中から常に補給することが
可能となる。このように、生成するスラグ２３中に懸濁
するコークス量を少なくとも１５重量％含有されるよう
に調整し、溶銑２２中の炭素が減少すると炭素が常に供
給される状態にして溶銑２２の還元能力を高位に維持す
ると、図２に示すように、酸化クロムの還元が促進され
て最終スラグ中の酸化クロム含有量を１重量％以下に低
減することができる。更に、スラグ２３中に懸濁するコ
ークス量を少なくとも１５重量％確保してやれば、スロ
ッピング現象が防止できて還元反応を安定的に継続して
進行させることも可能となる。

【００２５】以上のように、ロータリーキルン１１内に
直接投入された混合物は、ロータリーキルン１１の入口
２０側から出口１８側へ移動しながら、その間に加熱が
行われ、次に還元反応が生じて、ロータリーキルン１１
の出口１８側付近では金属クロムを含有した溶銑２２と
溶銑２２の上に浮遊している溶融状態のスラグ２３とに
なる。ロータリーキルン１１の出口１８側には堰２４が
設けてあるので、溶銑２２と溶融したスラグ２３とは堰
２４をオーバーフローして、ロータリーキルン１１から
連続的に排出される。このときロータリーキルン１１は
回転しているため、溶銑２２と溶融したスラグ２３との
間の比重差、粘性差等により、溶銑２２と溶融したスラ
グ２３とは堰２４をオーバーフローする位置が異なり、
溶銑２２と溶融したスラグ２３とは分離されて連続的に
ロータリーキルン１１から排出されることになる。

【００２６】また、１３００℃以上で、かつ１４００℃
未満で溶融したスラグ２３の液相率が６０〜９０％とな
るようにスラグ組成の調整を行うと、ロータリーキルン
１１の内張り用耐火物２１の表面に半溶融状態のスラグ
２３をコーティングすることができ、内張り用耐火物２
１の表面に半溶融状態のスラグ２３層からなる保護層を
形成させることができる。これによって、内張り用耐火
物２１の溶損が防止でき、内張り用耐火物２１の寿命を
大幅に延長することが可能になる。

【００２７】

【実施例】出口側にＬＰＧ酸素バーナーと堰を備えたロ
ータリーキルン式処理設備を使用して、表１に示すステ
ンレス鋼精錬炉から発生したステンレス鋼精錬炉ダスト
６０ｋｇを処理した。使用するステンレス鋼精錬炉ダス
ト中のＳｉＯ₂ とＣａＯの含有量からは、ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ₂ は約４．６となり、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＜１．７の条
件が満たされないので、ＣａＯとＳｉＯ₂ を造滓剤とし
て使用し、ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＝１．２となるようにそれ
ぞれの使用量を調整した。ステンレス鋼精錬炉ダスト６
０ｋｇに対して、使用する造滓剤量はＣａＯ２０ｋｇ、
ＳｉＯ₂ ２５ｋｇとなった。また、ステンレス鋼精錬炉
ダスト６０ｋｇに対して必要な理論還元炭材量は１０．
３ｋｇとなった。使用するロータリーキルン式処理設備
の特性とＬＰＧ酸素バーナーの操作条件から、ステンレ
ス鋼精錬炉ダスト６０ｋｇに対して使用するコークス量
を、理論還元炭材量の５倍に設定した。使用するコーク
スは粒度調整した、１ｍｍ以下の細粒コークス、１ｍｍ
を超えて５ｍｍ以下の中粒コークス、６ｍｍを超えて８
ｍｍ以下の粗粒コークスである。理論還元炭材量の２倍
量の細粒コークスをステンレス鋼精錬炉ダスト６０ｋ
ｇ、ＣａＯ２０ｋｇ、ＳｉＯ₂ ２５ｋｇと共に混合して
事前に混合物とし、この事前混合物に更に理論還元炭材
量の２倍量の中粒コークスと理論還元炭材量に相当する
量の粗粒コークスとを加えて最終的な混合物を調整し
た。粗粒コークスの量は、全コークス量に対して２０％
であるため、ロータリーキルン内での混合物の転動性を
十分に確保でき、ロータリーキルンの内壁への混合物の
付着を防止できる。

【００２８】

【表１】

【００２９】雰囲気温度を１３５０℃に調整し、０．２
２回転／分の回転速度で回転させているロータリーキル
ンの入口側から、ステンレス鋼精錬炉ダスト、ＣａＯ、
ＳｉＯ ₂ 、及びコークスからなる混合物を徐々に投入し
加熱溶融させる。混合物をロータリーキルンに投入して
行くと、炉内の雰囲気温度は低下するので、ＬＰＧ酸素
バーナーの燃焼条件をＬＰＧが１２Ｎｍ³ ／Ｈ、酸素が
８５Ｎｍ³ ／Ｈ、空気が９５Ｎｍ³ ／Ｈとして、混合物
を昇温速度８０℃／分で１３００℃まで加熱した。この
加熱条件では、ロータリーキルン内の雰囲気中のＣＯ／
（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）は０．１未満となる。

【００３０】混合物の温度が１３００℃に到達した時点
で、ＬＰＧ酸素バーナーの燃焼条件をＬＰＧが１０〜１
４Ｎｍ³ ／Ｈ、酸素が１８〜２５Ｎｍ³ ／Ｈ、空気が８
３〜１６５Ｎｍ³ ／Ｈとして、混合物の温度を１３００
℃に保持するように加熱を続けた。この加熱条件では、
ロータリーキルン内の雰囲気中のＣＯ／（ＣＯ＋Ｃ
Ｏ₂）は０．４を超え、還元雰囲気となる。この条件を
４０分間保持した後、ロータリーキルン内に生成してい
る溶銑と最終スラグを、出口側に設けられている堰から
オーバーフローさせて、ロータリーキルンから回収し
た。回収した溶銑中の金属クロムの含有量は、１７．４
重量％であった。また、回収した最終スラグの炭素を除
いた組成を表２に示す。最終スラグ中の酸化クロム含有
率は０．９重量％であり、ステンレス鋼精錬炉ダストの
処理時に生成するスラグ中の酸化クロムの含有量を１重
量％以下に低減できることが確認できた。

【００３１】

【表２】

【００３２】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、
例えば、酸化クロム含有ダストの処理に連続方式のロー
タリーキルン式処理設備を使用したが、バッチ方式の鍋
式処理設備を使用することも可能である。また、炭材と
してコークスを使用したが、非酸化性雰囲気中の加熱に
より炭素を生成する廃棄プラスチック等の炭素含有物の
使用も可能である。更に、コークスは細粒コークスだけ
を、ステンレス鋼精錬炉ダスト、ＣａＯ、ＳｉＯ ₂ と共
に事前に混合したが、中粒コークス、粗粒コークスまで
含めた全コークスを一括してステンレス鋼精錬炉ダス
ト、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ と混合することも可能である。

【００３３】

【発明の効果】請求項１〜６記載の酸化クロム含有ダス
トの加熱炉での処理方法においては、酸化クロム含有ダ
ストと炭材と造滓剤とを主体とする混合物を高温状態の
加熱炉中に連続的に投入し、混合物中の酸化クロム含有
ダストを溶融させ、混合物中の炭材により還元して、金
属クロムを含有する溶銑を生成させ、更に生成するスラ
グ中の酸化クロムの含有量を１重量％以下にするので、
ステンレス鋼精錬時にクロム源として添加するフェロク
ロムを安価に製造することができ、更に、スラグを路盤
材等に使用することができ、資源の有効活用が可能とな
る。

【００３４】特に、請求項２記載の酸化クロム含有ダス
トの加熱炉での処理方法においては、混合物中の酸化ク
ロム含有ダストを混合物中の炭材で還元するとき、混合
物中の造滓剤の組成調整により、生成する最終スラグの
成分を、（１）ＭｇＯ＋Ａｌ₂Ｏ₃ ＜２３重量％、
（２）ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＜１．７、（３）ＦｅＯ＜３重
量％、として、最終スラグが実質的に１３００℃で排滓
性を確保すると同時に、耐火物に対して保護層を形成す
るので、還元反応の促進と、回収される金属分とスラグ
分の分離が容易となり効率的な処理を行うことができ、
更に、加熱炉内の内張り用耐火物の寿命を数倍長くする
ことができる。

【００３５】請求項３記載の酸化クロム含有ダストの加
熱炉での処理方法においては、混合物中の炭材量の調整
により、生成する最終スラグ中の炭材含有量を少なくと
も１５重量％確保して、混合物中の酸化クロム含有ダス
トの還元を安定的に進行させるので、生成する最終スラ
グ中の酸化クロムの含有量を１重量％以下にすることが
可能となる。

【００３６】請求項４記載の酸化クロム含有ダストの加
熱炉での処理方法においては、混合物中の炭材は粒度調
整された複数の炭材を組み合わせて粒度構成されている
ので、加熱炉内での混合物の流動性の向上と加熱炉内壁
への混合物の付着が防止でき、酸化クロム含有ダストの
安定した還元反応の進行を維持することができる。

【００３７】請求項５記載の酸化クロム含有ダストの加
熱炉での処理方法においては、加熱炉中に投入された混
合物の温度が１３００℃に達するまで、少なくとも８０
℃／分の昇温速度で加熱するので、ＦｅＯの生成を抑制
して加熱炉内に投入した混合物を均一に急速加熱して溶
融させることができ、混合物の凝集が発生せず酸化クロ
ム含有ダストの還元反応が生じ易くなる。

【００３８】請求項６記載の酸化クロム含有ダストの加
熱炉での処理方法においては、加熱炉中に投入された混
合物の温度が１３００℃に達すると、加熱炉内の雰囲気
中のＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）が０．４以上となるよう
に、加熱炉に設けられた加熱装置に供給する酸素量を調
整して加熱するので、加熱炉内の雰囲気を還元性雰囲気
にでき、酸化クロム含有ダストの還元を効率的に進める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る酸化クロム含有ダ
ストの加熱炉での処理方法に適用された酸化クロム含有
ダストの処理設備の一例であるロータリーキルン式処理
設備の概念構成図である。

【図２】同酸化クロム含有ダストの加熱炉での処理方法
における最終スラグ中のコークス含有率と最終スラグ中
の酸化クロム含有率との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０：ロータリーキルン式処理設備（酸化クロム含有ダ
ストの処理設備）、１１：ロータリーキルン（加熱
炉）、１２、１３、１４：ホッパー、１５：連絡管、１
６：混合物調整装置、１７：輸送管、１８：出口、１
９：ＬＰＧ酸素バーナー（加熱装置）、２０：入口、２
１：内張り用耐火物、２２：溶銑、２３：スラグ、２
４：堰、２５：排気管、２６：酸素ガス供給ランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K001 AA08 AA10 BA14 DA05 GA07 GB11 HA01 KA01 KA02 KA06 KA07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製鉄プロセス中の各種精錬炉から発生す
   る酸化クロム含有ダストを加熱炉で処理する酸化クロム
   含有ダストの処理方法において、前記酸化クロム含有ダ
   ストと炭材と造滓剤とを主体とする混合物を、雰囲気温
   度が１３００℃以上でかつ１７００℃以下に制御された
   前記加熱炉中に連続的に投入し、前記混合物中の前記酸
   化クロム含有ダストを溶融させ、前記混合物中の炭材に
   より還元して、金属クロムを含有する溶銑を生成させ、
   更に生成する最終スラグ中の酸化クロムの含有量を１重
   量％以下にすることを特徴とする酸化クロム含有ダスト
   の加熱炉での処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の酸化クロム含有ダストの
   加熱炉での処理方法において、前記混合物中の酸化クロ
   ム含有ダストを前記混合物中の炭材で還元するとき、前
   記混合物中の造滓剤の組成調整により、生成する前記最
   終スラグの成分を下記（１）〜（３）として、該最終ス
   ラグが実質的に１３００℃で排滓性を確保すると同時
   に、耐火物に対して保護層を形成することを特徴とする
   酸化クロム含有ダストの加熱炉での処理方法。 （１）ＭｇＯ＋Ａｌ₂ Ｏ₃ ＜２３重量％ （２）ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＜１．７ （３）ＦｅＯ＜３重量％
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の酸化クロム含有ダ
   ストの加熱炉での処理方法において、前記混合物中の炭
   材量の調整により、生成する前記最終スラグ中の炭材含
   有量を少なくとも１５重量％確保して、前記混合物中の
   酸化クロム含有ダストの還元を安定的に進行させること
   を特徴とする酸化クロム含有ダストの加熱炉での処理方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸
   化クロム含有ダストの加熱炉での処理方法において、前
   記混合物中の炭材は粒度調整された複数の炭材を組み合
   わせて粒度構成されていることを特徴とする酸化クロム
   含有ダストの加熱炉での処理方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸
   化クロム含有ダストの加熱炉での処理方法において、前
   記加熱炉中に投入された前記混合物の温度が１３００℃
   に達するまで、少なくとも８０℃／分の昇温速度で加熱
   することを特徴とする酸化クロム含有ダストの加熱炉で
   の処理方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸
   化クロム含有ダストの加熱炉での処理方法において、前
   記加熱炉中に投入された前記混合物の温度が１３００℃
   に達すると、前記加熱炉内の雰囲気中のＣＯ／（ＣＯ＋
   ＣＯ₂ ）が０．４以上となるように、前記加熱炉に設け
   られた加熱装置に供給する酸素量を調整して加熱するこ
   とを特徴とする酸化クロム含有ダストの加熱炉での処理
   方法。