JP2005345005A

JP2005345005A - 電気炉ダスト処理装置及びこれを用いた電気炉ダストの処理方法

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Publication number: JP2005345005A
Application number: JP2004165053A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yasui; 政治安井
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】密閉性が高められた電気炉ダスト処理装置、及び電気炉ダストの温度を所定の高温に維持し、金属亜鉛を蒸気のまま回収する電気炉ダストの処理方法を提供する。
【解決手段】本発明の電気炉ダスト処理装置は、炉体１１と炉蓋１２との間にガスシール部材（ガラス繊維等）が配設され、炉蓋に設けられた貫通孔の周面と電極１４の外面との間の間隙がガスシール（窒素ガス等）され、出鋼口１１１が除去可能な蓋体により閉止され、且つ作業用口１１２が作業用具により閉止されている電気炉１と、ダクト２と、集塵機３と、亜鉛捕集機４と、を備える。本発明の電気炉ダストの処理方法は、少なくともダクト内を移送される電気炉ダストに空気を供給することで排ガス中の一酸化炭素を燃焼させて電気炉ダストの温度を高温に保持し、金属亜鉛を回収することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉性に優れた電気炉と、集塵機及び亜鉛捕集機とを備える電気炉ダスト処理装置、並びにこの電気炉ダスト処理装置を用いた電気炉ダストの処理方法に関する。更に詳しくは、本発明は、外気の侵入が抑えられた密閉性の高い電気炉及びダクトと、集塵機及び亜鉛捕集機とを備える電気炉ダスト処理装置、並びにこの電気炉ダスト処理装置を用いて金属亜鉛を効率よく回収することができる電気炉ダストの処理方法に関する。

電気炉から発生する電気炉ダストは、鉄及び亜鉛等の有価金属を含有している。これらの有価金属は、通常、ガス成分とともに冷却し、集塵機によりガス成分から分離し、捕集して成形加工等の一次処理を施し、その後、別途、専用の処理装置、例えば、ウエルツキルン等により他の成分から分離され、回収されている。この回収方法では、ダストを集塵し、回収した後、運搬し、専用の処理装置により亜鉛成分等の濃縮を２段階で行う処理が必要であり、コストが高いという問題がある。

また、亜鉛蒸気を含有する排出ガスをキャリアーガスとともに系外に排出した後、冷却し、液体又は固体の亜鉛として回収する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、供給される金属源を溶融させ、還元処理する方法であり、ウエルツキルン方式に比べて処理温度を高温にすることができ、還元反応の熱効率並びに金属の還元率及び回収率を向上させることができる。更に、酸化亜鉛等を含有するガス又は微粒子などが炉壁に凝縮、付着等することもない。また、比較的小規模な装置にすることができるという利点もある。一方、キャリアーガスが導入されるため、亜鉛の回収工程で、このキャリアーガスを含む大量のガスを処理しなければならないという問題がある。更に、炉から排出された直後にダクト等の耐火物に熱を奪われ、亜鉛蒸気等のガス成分が凝縮し、固化して、流路が閉塞されることもある。

金属亜鉛が蒸気として安定に存在するためには、排出ガスの温度は組成にもよるが９５０℃以上であることが好ましい。この高温を保持するため、ダクト内等においてガスバーナを用いてガスを燃焼させる方法があるが、大量の燃焼ガスが発生し、亜鉛の回収工程で、この燃焼ガスを含む大量のガスを処理しなければならないという問題がある。また、ダクト等を外部から電熱ヒータにより加熱する方法もあるが、熱損失が大きく、９５０℃以上の高温を保持するためには大量の電力を必要とし、実用的ではない。

電気炉は、一般に、図２のように、炉体と炉蓋との間、出鋼口及び作業用口、図４のように、炉蓋に設けられた貫通孔の周面と電極の外面との間の間隙、並びに図６のように、ダクトのブレークフランジ等から外気が侵入し易い構造である。この侵入した外気により、酸化物が増加し、溶湯金属が酸化し、有価金属の酸化による損失が発生する等の問題があるため、炉体上端と炉蓋との接触部にガスシール部材を設けることで、空気の浸入が抑えられた電気炉が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。更に、外気の浸入により装入した金属が酸化されて多量のスラグ及びダストが発生し、このスラグ及びダストを無害化処理したうえで廃棄処分する必要があるため、炉体を気密に閉じることができる炉蓋と、誘導過熱用のコイルとを備えることで、密閉度が高められた溶解炉が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

電気炉において発生する電気炉ダストは、酸素を含む酸化性雰囲気ガスになっており、発生するダストには酸化した亜鉛分と鉄分との混合粉が大量に含まれている。この亜鉛分と鉄分との分離は困難であるが、ダストを還元雰囲気にすることで、酸化亜鉛は亜鉛に、酸化鉄は還元鉄となり、亜鉛を回収することができる。このダストを還元雰囲気にするた
め、ダストに天然ガス等を吹き込み、ダストに含まれる酸素によって天然ガス等を燃焼分解させて一酸化炭素及び水素ガスを生成させ、酸素を消費することによりダストを還元雰囲気にする方法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。

特開平１１−１７２３４２号公報特開平４−１２１５８２号公報特開平９−２３６３８８号公報特開平１１−３０２７５０号公報

特許文献４には、ダストに天然ガス等を吹き込むことにより、酸素を消費する一方で一酸化炭素及び水素ガスを発生させ、ダストを還元雰囲気にすることにより、亜鉛を回収する方法が開示されている。しかし、金属亜鉛を蒸気として存在させるためダストの温度を一定以上の高温に保持する必要があること、及びそのための方法等については言及されていない。
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、密閉性が高い電気炉ダスト処理装置を提供することを目的とする。また、この電気炉ダスト処理装置を使用し、電気炉と集塵機とを接続するダクト等において電気炉ダストに空気を供給し、特に電気炉ダストを伴う排ガスに含有される一酸化炭素を燃焼させて二酸化炭素にすることで、電気炉ダストの温度を所定の高温に保持し、金属亜鉛を蒸気のまま亜鉛捕集機に供給し、亜鉛を回収する電気炉ダストの処理方法を提供することを目的とする。

電気炉は、通常、外気が侵入し易い構造であり、電気炉ダストの温度が低下し、亜鉛が金属蒸気の状態で存在し得なくなり、鉄分等のスラグとともに集塵機により捕集されてしまい、金属亜鉛の回収効率が低下する。また、電気炉ダストが酸化雰囲気となって亜鉛が酸化亜鉛となり、これによっても金属亜鉛の回収効率が低下する。この電気炉の密閉性を高くすると、電気炉ダストに含有される一酸化炭素の量比が高くなる。この大量に存在する一酸化炭素の一部を、電気炉ダストに空気を供給して燃焼させることで、電気炉ダストの温度低下が抑えられ、且つ還元雰囲気も十分に保たれる。このように、従来、外気の侵入を抑えることが課題であった電気炉において、電気炉ダストに空気を供給することにより、高温が保持され、且つ還元雰囲気が保たれることが見出された。
本発明は、このような知見に基づきなされたものである。

本発明は以下のとおりである。
１．炉体と、該炉体の上部開口端に載置された炉蓋と、該炉蓋に設けられた貫通孔から内部に挿入された電極と、該炉体の側壁に設けられた出鋼口及び作業用口と、を備え、該炉体と該炉蓋との間にガスシール部材が配設され、該炉蓋に設けられた該貫通孔の周面と該電極の外面との間の間隙がガスシールされ、該出鋼口が除去可能な蓋体により閉止され、且つ該作業用口が作業用具により閉止されている電気炉と、一端側が上記炉蓋に設けられた電気炉ダスト排出口に接続されたダクトと、電気炉ダスト投入口を有し、該電気炉ダスト投入口に該ダクトの他端側が接続された集塵機と、該集塵機の亜鉛含有混合物排出口に接続された亜鉛含有混合物投入口を有する亜鉛捕集機と、を具備し、該ダクト内に空気を供給するため該ダクトに設けられた第１空気供給手段及び該電気炉内に空気を供給するため該炉蓋に設けられた第２空気供給手段のうちの少なくとも一方を備える電気炉ダスト処理装置。
２．上記ダクトは、上記炉蓋に接続された炉蓋側部と上記集塵機に接続された集塵機側部とを備え、該ダクトは、該炉蓋側部の端面と該集塵機側部の端面とが当接されて形成されている上記１．に記載の電気炉ダスト処理装置。
３．上記第１空気供給手段は上記ダクトの内表面に開口する第１空気供給管を備え、該第１空気供給管は、該ダクトの、上記炉蓋に設けられた上記電気炉ダスト排出口からの距離が４０ｃｍ以下の位置に開口している上記１．又は２．に記載の電気炉ダスト処理装置。
４．上記第２空気供給手段は上記炉蓋の内表面に開口する第２空気供給管を備え、該第２空気供給管は、上記電気炉ダスト排出口からの距離が４０ｃｍ以下の位置に開口している上記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の電気炉ダスト処理装置。
５．上記１．乃至４．のうちのいずれか１項に記載の電気炉ダスト処理装置を用いた電気炉ダストの処理方法であって、少なくとも上記ダクト内を移送される電気炉ダストに空気を供給することを特徴とする電気炉ダストの処理方法。
６．上記集塵機に投入される電気炉ダストに含有される一酸化炭素量（Ｍ_１）と二酸化炭素量（Ｍ_２）とのモル比（Ｍ_１／Ｍ_２）が２以上である上記５．に記載の電気炉ダストの処理方法。
７．上記亜鉛捕集機に投入される亜鉛含有混合物に含有される一酸化炭素量（ｍ_１）と二酸化炭素量（ｍ_２）とのモル比（ｍ_１／ｍ_２）が２以上である上記５．又は６．に記載の電気炉ダストの処理方法。
８．少なくとも上記ダクト内を移送される電気炉ダストに更に燃料を供給する上記５．乃至７．のうちのいずれか１項に記載の電気炉ダストの処理方法。

本発明の電気炉ダスト処理装置は、電気炉及びダクトの密閉性が高く、電気炉ダストに空気を供給し、一酸化炭素等を燃焼させることにより、集塵機に供給されるダスト及び亜鉛捕集機に供給される亜鉛含有混合物の温度を金属亜鉛が蒸気のまま存在し得る高温に保持することができ、且つ還元雰囲気を保つこともでき、亜鉛を効率よく回収することができる。
また、ダクトは、炉蓋に接続された炉蓋側部と集塵機に接続された集塵機側部とを備え、ダクトが、炉蓋側部の端面と集塵機側部の端面とが当接されて形成されている場合は、操業時にはダクトの密閉性を高く保つことができ、溶鋼排出時には各々の端面を離間させることで、電気炉を傾斜させることができ、その他の付随する作業を容易に行うこともできる。
更に、第１空気供給手段はダクトの内表面に開口する第１空気供給管を備え、第１空気供給管は、ダクトの、炉蓋に設けられた電気炉ダスト排出口からの距離が４０ｃｍ以下の位置に開口している場合、及び第２空気供給手段は炉蓋の内表面に開口する第２空気供給管を備え、第２空気供給管は、電気炉ダスト排出口からの距離が４０ｃｍ以下の位置に開口している場合は、集塵機に供給されるダスト及び亜鉛捕集機に供給される亜鉛含有混合物の温度低下をより効率よく抑えることができる。
本発明の電気炉ダストの処理方法によれば、外気の侵入が抑えられる密閉性の高い電気炉ダスト処理装置を使用し、且つ電気炉ダストに空気を供給して一酸化炭素等を燃焼させることにより、電気炉ダストを高温に保持することができるとともに、還元雰囲気を保つこともでき、亜鉛を効率よく回収することができる。
また、集塵機に投入される電気炉ダストに含有される一酸化炭素量（Ｍ_１）と二酸化炭素量（Ｍ_２）とのモル比（Ｍ_１／Ｍ_２）が２以上である場合、及び亜鉛捕集機に投入される亜鉛含有混合物に含有される一酸化炭素量（ｍ_１）と二酸化炭素量（ｍ_２）とのモル比（ｍ_１／ｍ_２）が２以上である場合は、電気炉ダスト及び亜鉛含有混合物を十分に還元雰囲気に保つことができ、亜鉛の酸化が防止される。
更に、少なくともダクト内を移送される電気炉ダストに更に燃料を供給する場合は、この燃料の燃焼により電気炉ダストが高温に保持されるとともに、燃焼する一酸化炭素量が減少するため、より確実に還元雰囲気が保たれる。

以下、本発明を詳細に説明する。
［１］電気炉ダスト処理装置
電気炉ダスト処理装置は、図１のように、電気炉１、ダクト２、集塵機３及び亜鉛捕集機４を備える。炉体１１の上部開口端には炉蓋１２が載置され、炉体と炉蓋との間には、ガスシール部材が配設されている。このガスシール部材の配設位置は、炉体と炉蓋との間の密閉性が向上する限り特に限定されないが、例えば、図３のように、炉体１１の上端面と炉蓋１２の下面との間にガスシール部材１３を配設することができる。このガスシール部材１３の材質、形状及び寸法等は特に限定されず、ガラス繊維、砂、石灰、不定形レンガ等からなり、炉体１１の上部開口端の端面の形状と同様の平面形状を有するシール部材等を用いることができる。このシール部材の厚さは特に限定されないが、１０〜８０ｍｍ、特に２０〜４０ｍｍとすることができ、このシール部材により炉体と炉蓋との間の密閉性を向上させることができる。

また、炉蓋１２にはアーク放電させるための電極１４を挿通させるための貫通孔１２１が設けられており、貫通孔１２１の周面と電極１４の外面との間の間隙はガスシールされている。この貫通孔１２１と電極１４との間隙は、図５のように、シール用ガスを吹き出すためのノズル１５１を有する環状体１５を貫通孔１２１の周面に沿って配設し、ノズル１５１から電極の外面に向かってシール用ガスを吹き付けることによりガスシールすることができる。シール用ガスは特に限定されないが、炉蓋及び電極を変質等させることがなく、且つ安全な窒素ガス及びヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。シール用ガスとしては安価な窒素ガスが好ましい。

更に、炉体１１の側壁には出鋼口１１１が設けられており、この出鋼口１１１は、図３のように、除去可能な蓋体１１１１により閉止されている。蓋体１１１１は耐熱性が高く、且つ除去可能であればよく、その材質等は特に限定されないが、耐火レンガ、耐熱鋼等により形成することができる。この蓋体１１１１により操業時には出鋼口１１１が閉止され、電気炉内への外気の侵入が防止される。また、出鋼時には蓋体１１１１を除去することにより、通常の出鋼作業を容易に行うことができる。

また、炉体１１の側壁には作業用口１１２が設けられている。この作業用口１１２の出鋼口１１１に対する相対的な位置は特に限定されないが、通常、作業用口１１２は炉体１１の出鋼口１１１とは反対側の側壁に設けられている。この作業用口１１２は、炉体１１からのスラグの掻き出し、及び溶鋼に酸素を供給し、溶鋼に含有されるカーボンを一酸化炭素等の酸化物として除去する等の作業時に用いられる。この作業は炉体１１内にパイプ等の作業用具を挿入して行われるが、操業時には、図３のように、パイプ等の作業用具１１３に設けられた鍔部１１３１等により作業用口１１２を閉止することで、電気炉内への外気の侵入を抑えることができる。

ダクト２は、一端側が炉蓋１２に設けられた電気炉ダスト排出口１２２に接続され、他端側が集塵機１３に設けられた電気炉ダスト投入口３１に接続されている。このダクト２の構造は特に限定されないが、ダクトからの外気の侵入が抑えられる構造であることが好ましい。ダクト２は、図７のように、炉蓋１２に接続された炉蓋側部２１と集塵機３に接続された集塵機側部２２とを備え、炉蓋側部２１の端面と集塵機側部２２の端面とが当接されて形成されている、所謂、ゲート弁機構とすることができる。この炉蓋側部２１の端面と集塵機側部２２の端面とは、例えば、ダクト２の集塵機側部２２を油圧シリンダー２４等により集塵機側部２２を進退させることにより、図７のように当接させたり、図８のように離間させたりすることができる。これにより、操業時には両端面を当接させて密閉性に優れたダクト２とすることができ、且つ出鋼時等には両端面を離間させて電気炉１を集塵機３等に対して自在に回動及び移動等させることができる。

電気炉ダスト処理装置には、ダクト２内に空気を供給するための第１空気供給手段２３が設けられている。第１空気供給手段２３は、図７のように、空気を収容する容器、空気を送出するためのポンプ、空気の供給量を調整するための流量計及びダクト２内に空気を投入するための第１空気投入管２３１等を備える。この第１空気投入管２３１が開口する位置は特に限定されないが、ダクト２の、炉蓋１２に設けられた電気炉ダスト排出口１２２のダクト２側の端面からの距離が４０ｃｍ以下、特に２５ｃｍ以下の位置に開口していることが好ましい。このように第１空気投入管２３１が電気炉ダスト排出口１２２のダクト２側の端面近傍に開口しておれば、電気炉ダストに含有される一酸化炭素等をより効率よく燃焼させることができ、電気炉ダストの温度低下を十分に抑えることができる。

更に、空気は、図３のように、炉蓋１２に設けられた第２空気供給手段１２３により供給することもできる。第２空気供給手段１２３は、空気を収容する容器、空気を送出するためのポンプ、空気の供給量を調整するための流量計及び電気炉１内に空気を投入するための第２空気投入管１２３１等を備える。この第２空気投入管１２３１が開口する位置は特に限定されないが、電気炉ダスト排出口１２２の周縁からの距離が４０ｃｍ以下、特に２５ｃｍ以下の位置に開口していることが好ましい。このように第２空気投入管１２３１が電気炉ダスト排出口１２２の周縁近傍に開口しておれば、電気炉ダストに含有される一酸化炭素等をより効率よく燃焼させることができ、電気炉ダストの温度低下を十分に抑えることができる。

電気炉ダスト処理装置は、図１のように、電気炉ダスト投入口３１を有し、この電気炉ダスト投入口３１にダクト２の他端側が接続された集塵機３を備える。この集塵機３としては、電気炉ダストの集塵に用いられる通常の装置を用いることができる。更に、集塵機３としては、この集塵機により集塵され、その後、亜鉛捕集機４に移送される亜鉛含有混合物の温度が、亜鉛が金属蒸気として存在し得る高温に保持されるような高温集塵機を用いることが好ましい。また、電気炉ダスト処理装置は、図１のように、亜鉛含有混合物投入口４１を有し、この亜鉛含有混合物投入口４１に集塵機３の亜鉛含有混合物排出口３２が接続された亜鉛捕集機４を備える。亜鉛捕集機４としては、亜鉛含有混合物から亜鉛を回収する通常の装置を用いることができる。集塵機３と亜鉛捕集機４とは、集塵機３の亜鉛含有混合物排出口３２と亜鉛捕集機４の亜鉛含有混合物投入口４１とが直結された形態で接続されていてもよく、一端側が集塵機３の亜鉛含有混合物排出口３２に接続され、他端側が亜鉛捕集機４の亜鉛含有混合物投入口４１に接続されている配管により接続されていてもよい。

［２］電気炉ダストの処理方法
本発明の電気炉ダストの処理方法では、本発明の電気炉ダスト処理装置が用いられる。この電気炉ダストの処理方法では、少なくともダクト２内を移送される電気炉ダストに空気が供給される。この空気は、第１空気供給手段２３及び第２空気供給手段１２３の少なくとも一方により供給される。この空気により電気炉ダストに含有される一酸化炭素が燃焼して二酸化炭素となり、この燃焼熱により電気炉ダストの温度低下が抑えられ、電気炉ダストは金属亜鉛が金属蒸気として存在し得る高温に保持される。亜鉛の沸点は９０７℃であるが、この亜鉛を金属蒸気として安定に存在させるためには、電気炉ダストの温度は９３０℃以上、特に９５０℃以上とすることが好ましい。

また、電気炉に含有されるガスの多くは一酸化炭素及び二酸化炭素であり、この他に通常の電気炉では侵入する外気が含有される。一方、密閉性が高い本発明の電気炉では、外気の侵入が抑えられ、一酸化炭素の量比が高くなり、電気炉ダストに含有される一酸化炭素量（Ｍ_１）と二酸化炭素量（Ｍ_２）とのモル比（Ｍ_１／Ｍ_２）が３．５以上、特に４以上となる。この大量の一酸化炭素の一部を燃焼させても還元雰囲気が十分に保たれ、蒸気の状態で存在する金属亜鉛の酸化が抑えられ、亜鉛捕集機４において金属亜鉛を効率よく回収することができる。

空気は電気炉ダストが還元雰囲気に保たれる供給量とする必要があり、集塵機３に投入される電気炉ダストに含有される一酸化炭素量（Ｍ_１）と二酸化炭素量（Ｍ_２）とのモル比（Ｍ_１／Ｍ_２）が２以上、特に２．５以上、更に３．０以上となる供給量であることが好ましい。このモル比（Ｍ_１／Ｍ_２）が２以上であれば、還元雰囲気が十分に保たれ、金属亜鉛の酸化が防止され、又は少なくとも酸化が抑えられ、金属亜鉛を効率よく回収することができる。更に、空気は、亜鉛捕集機４に投入される亜鉛含有混合物に含有される一酸化炭素量（ｍ_１）と二酸化炭素量（ｍ_２）とのモル比（ｍ_１／ｍ_２）が２以上、特に２．５以上、更に３．０以上となる供給量であることが好ましい。このモル比（ｍ_１／ｍ_２）が２以上であれば、亜鉛含有混合物が還元雰囲気に保たれ、金属亜鉛の酸化が防止され、又は少なくとも酸化が抑えられ、金属亜鉛をより効率よく回収することができる。

この電気炉ダストの処理方法では、電気炉ダストに空気を供給することで、電気炉ダスト等の温度を高温に保持することができ、且つ還元雰囲気を保つことができるが、空気とともに更に燃料を供給することもできる。この燃料は特に限定されず、液化天然ガス、液化プロパンガス、微粉炭、重油、コークス炉ガス、石油液化ガス等が挙げられる。これらの燃料は１種のみを用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。この燃料としては取り扱い易く、水素含有若しくは、水の含有量の少ない液化天然ガスが好ましい。この燃料も電気炉ダスト等の温度が所定の高温に保持され、且つ還元雰囲気が保たれる供給量とすることが好ましい。燃料は第１空気供給手段２３及び第２空気供給手段１２３から空気とともに供給してもよいし、第１空気供給手段２３及び第２空気供給手段１２３の近傍に別途設けた燃料供給手段から供給してもよい。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
［１］電気炉ダスト処理装置
比較例、実施例においては容量が１０トンの電気炉１を用いた。この電気炉１は、炉体１１と炉蓋１２との間がガラス繊維からなる厚さ２０ｍｍのガスシール部材１３によりシールされている（図３参照）。また、炉蓋１２に設けられた直径４２０ｍｍの貫通孔１２１の周面と、外径が３５６ｍｍの円筒形のカーボン電極１４の外面との間の間隙に、環状体１５のノズル１５１から窒素ガスを２Ｎｍ^３／時間の速度で吹き出し、この窒素ガスにより貫通孔１２１の周面とカーボン電極１４の外面との間の間隙をガスシールした（図５参照）。更に、出鋼口１１１は耐火レンガからなる蓋体１１１１により閉止した。また、作業用口１１２は作業用具１１３であるパイプに設けられた作業用口１１２の開口形状と同形状の鍔部１１３１により閉止した（いずれも図３参照）。更に、電気炉１には、ゲート弁機構のダクト２（図７参照）並びに一般に用いられている高温集塵機３及び亜鉛捕集機４を接続して電気炉ダストの処理を行った（図１参照）。尚、ダクト２の炉蓋側部２１の、炉蓋１２に設けられた電気炉ダスト排出口１２２のダクト２側の端面から２５ｃｍの位置には、第１空気投入管２３１が開口している（図７参照）。

［２］電気炉ダストの処理方法
比較例１
［１］に記載の電気炉１に、種湯となるカーボンを３質量％含有する銑鉄１０トンと、副原料として石灰５００ｋｇ及び蛍石３００ｋｇとを投入し、溶解させた。その後、Ｆｅ_２Ｏ_３を４５質量％及びＺｎＯを２５質量％含有する電気炉ダストをブリケットにして装入した。ブリケットは１トン／時間の装入速度で１トン装入した。このブリケットの装入開始から７分後の時点において、ガス量とガス組成及びガスの温度を、電気炉ダスト排出口１２２の直後（ガス量及びガス組成はガス分析装置５１のガス捕集端末を所定位置に挿入して測定した。温度は測温装置６１の熱電対を所定位置に挿入して測定した。）、電気炉ダスト投入口３１の直前（ガス量及びガス組成はガス分析装置５２のガス捕集端末を所定位置に挿入して測定した。温度は測温装置６２の熱電対を所定位置に挿入して測定した。）及び亜鉛含有混合物投入口４１の直前（ガス量及びガス組成はガス分析装置５３のガス捕集端末を所定位置に挿入して測定した。温度は測温装置６３の熱電対を所定位置に挿入して測定した。）において測定した。結果を表１に示す。

実施例１
比較例１においてブリケットの装入開始から７分後の時点（ブリケットを１１７ｋｇ装入した時点）で、第１空気投入管２３１から、空気を１５Ｎｍ^３／時間の速度で供給した。この空気供給開始から３分後、比較例１と同じ位置において同様にしてガス量とガス組成及びガスの温度を測定した。結果を表２に示す。

実施例２
実施例１においてブリケットの装入開始から７分後の時点（ブリケットを１１７ｋｇ装入した時点）で、第１空気投入管２３１から、空気と液化天然ガスとを各々の供給速度がそれぞれ２０Ｎｍ^３／時間及び７Ｎｍ^３／時間となるように混合した混合ガスを供給した。この混合ガス供給開始から３分後、実施例１と同じ位置において同様にしてガス量とガス組成及びガスの温度を測定した。結果を表３に示す。

表１乃至表３の結果によれば、比較例１では、集塵機に投入される直前の電気炉ダスト及び亜鉛捕集機に投入される亜鉛含有混合物の温度は、いずれも亜鉛の沸点を下回っている。一方、電気炉ダストに空気を供給し、一酸化炭素等を燃焼させた実施例１及び電気炉ダストに空気及び燃料として液化天然ガスを供給し、一酸化炭素等を燃焼させた実施例２では、集塵機に投入される直前の電気炉ダスト及び亜鉛捕集機に投入される亜鉛含有混合物の温度は、いずれも１０００℃以上であり、亜鉛の沸点を大きく上回っている。また、ガス量の増加も僅かであり、亜鉛捕集機の処理能力を大きくする必要もない。更に、ＣＯ／ＣＯ_２比も比較例１に比べてより大きくなっており、十分な還元雰囲気が保たれていることが分かる。

電気炉ダストに空気又は空気及び液化天然ガスを供給した場合、それぞれ表４のような反応を生じ、反応に応じた熱量が発生する。例えば、空気と液化天然ガスとを供給したときは、ＣＯ＋１／２Ｏ_２＝ＣＯ_２→ＣＨ_４＋ＣＯ_２＝２ＣＯ＋Ｈ_２、Ｈ_２＋１／２Ｏ_２＝Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ＝ＣＯ_２＋Ｈ_２の反応を生じ、総括すると、ａＣＨ_４＋ｂＯ_２＋ｃＣＯ_２＝ｄＣＯ＋ｅＣＯ_２＋ｆＨ_２＋ｇＨ_２Ｏ（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ及びｆはモル比を表す。）の反応を生じる。これにより電気炉ダスト排出口から排出された電気炉ダストの温度低下が抑えられ、且つＣＯ／ＣＯ_２比が大きくなり、より確実に還元雰囲気が保たれる。

実験例１
比較例１並びに実施例１及び実施例２の各々の条件でそれぞれ３０分電気炉ダストを処理した。この場合の亜鉛成分［金属亜鉛と酸化亜鉛（ＺｎＯ）であり、これらの成分であることはＸ線回折法及び湿式による定量分析により確認した。］の回収量を秤量し、この亜鉛成分のうちの金属亜鉛の質量割合を上記方法を組み合わせ求めた。また、装置を冷却後、ダクトの内面を目視で観察し、付着物の有無等を確認した。結果を表５に示す。

表５の結果によれば、比較例１の条件で３０分電気炉ダストを処理した場合、亜鉛成分の回収量は４９ｋｇであった。また、外気が侵入するためか亜鉛成分にはＺｎＯが６質量％含有されていた。更に、ダクトの内面には多くの付着物が観察され、最も付着量が多い個所では１５０ｍｍのダクト内径が１２０ｍｍになっていた。この付着物はほとんど全量がＺｎＯであり、付着量は約３０ｋｇであった。一方、実施例１及び実施例２の各々の条件で３０分電気炉ダストを処理した場合、亜鉛成分の回収量はそれぞれ８９ｋｇ及び１００ｋｇと、いずれも比較例１に比べて大幅に増加し、且つ亜鉛成分のほぼ全量が金属亜鉛であった。また、ダクトの内面に付着物は観察されなかった。

尚、本発明においては、上記の具体的な実施例に限られず、目的、用途等に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、炉蓋１２は、水冷用の水を流通させるための渦巻状のパイプの上下面、特に上面に、不定形耐火物を塗布し、焼成することにより形成されているが、通常、密閉性はそれほど高くはない。この不定形耐火物を塗り直すことで、炉蓋１２の密閉性をより高くすることができる。また、ゲート弁機構のダクト２の場合、炉蓋側部２１の端面と集塵機側部２２の端面とは、各々金属製の端面板２１１、２２１のそれぞれの面が当接していてもよいが、各々の端面の少なくとも一方に、ガラス繊維等からなるガスシール部材を配設することが好ましい。これによって、ダクト２の密閉性をより向上させることができる。

更に、亜鉛捕集機４に供給される亜鉛含有混合物の温度が低下する、特に９５０℃以下になるようであれば、集塵機３と亜鉛捕集機４との間に第１空気供給手段２３等と同様の空気供給手段を配設し、この空気供給手段の空気供給管から、例えば、集塵機３と亜鉛捕集機４とを接続する配管等に空気を供給し、一酸化炭素等を燃焼させて昇温させることもできる。更に、電気炉ダスト処理用専用炉を用いて、ダストの粉化による再飛散率が０％の場合（亜鉛など揮発分のみがダストに排出される場合）は、図９のように、集塵機を備えず、電気炉１と亜鉛捕集機４とがダクト２によって直接接続されている電気炉ダスト処理装置とし、この装置を用いて本発明の方法により電気炉ダストを処理することにより、効率よく金属亜鉛を回収することもできる。

本発明の電気炉ダスト処理装置の断面を示す模式図である。従来の電気炉の断面を示す模式図である。本発明の電気炉ダスト処理装置における電気炉の断面を示す模式図である。従来の電気炉の炉蓋の平面を示す模式図である。図４において一点鎖線で囲んだ部分を拡大して示す本発明の電気炉ダスト処理装置における電気炉の炉蓋の一部であり、貫通孔の周面と電極の外面との間の間隙をガスシールするための機構を示す模式図である。従来の電気炉ダスト処理装置におけるダクトの断面を示す模式図である。本発明の電気炉ダスト処理装置におけるダクトの炉蓋側部と集塵機側部の各々の端面を当接させた状態の断面を示す模式図である。本発明の電気炉ダスト処理装置におけるダクトの炉蓋側部と集塵機側部の各々の端面を離間させた状態の断面を示す模式図である。集塵機を備えず電気炉と亜鉛捕集機とがダクトにより直接接続された電気炉ダスト処理装置の断面を示す模式図である。

符号の説明

１；電気炉、１１；炉体、１１１；出鋼口、１１１１；蓋体、１１２；作業用口、１１３；作業用具、１１３１；鍔部、１２；炉蓋、１２１；貫通孔、１２２；電気炉ダスト排出口、１２３；第２空気供給手段、１２３１；第２空気投入管、１３；ガスシール部材、１４；電極、１５；環状体、１５１；ノズル、２；ダクト、２１；炉蓋側部、２２；集塵機側部、２３；第１空気供給手段、２３１；第１空気投入管、２４；油圧シリンダー、３；集塵機、３１；電気炉ダスト投入口、３２；亜鉛含有混合物排出口、４；亜鉛捕集機、４１；亜鉛含有混合物投入口、５１、５２、５３；ガス分析装置、６１、６２、６３；温度測定装置。

Claims

炉体と、該炉体の上部開口端に載置された炉蓋と、該炉蓋に設けられた貫通孔から内部に挿入された電極と、該炉体の側壁に設けられた出鋼口及び作業用口と、を備え、
該炉体と該炉蓋との間にガスシール部材が配設され、該炉蓋に設けられた該貫通孔の周面と該電極の外面との間の間隙がガスシールされ、該出鋼口が除去可能な蓋体により閉止され、且つ該作業用口が作業用具により閉止されている電気炉と、
一端側が上記炉蓋に設けられた電気炉ダスト排出口に接続されたダクトと、
電気炉ダスト投入口を有し、該電気炉ダスト投入口に該ダクトの他端側が接続された集塵機と、
該集塵機の亜鉛含有混合物排出口に接続された亜鉛含有混合物投入口を有する亜鉛捕集機と、を具備し、
該ダクト内に空気を供給するため該ダクトに設けられた第１空気供給手段及び該電気炉内に空気を供給するため該炉蓋に設けられた第２空気供給手段のうちの少なくとも一方を備える電気炉ダスト処理装置。
上記ダクトは、上記炉蓋に接続された炉蓋側部と上記集塵機に接続された集塵機側部とを備え、該ダクトは、該炉蓋側部の端面と該集塵機側部の端面とが当接されて形成されている請求項１に記載の電気炉ダスト処理装置。
上記第１空気供給手段は上記ダクトの内表面に開口する第１空気供給管を備え、該第１空気供給管は、該ダクトの、上記炉蓋に設けられた上記電気炉ダスト排出口からの距離が４０ｃｍ以下の位置に開口している請求項１又は２に記載の電気炉ダスト処理装置。
上記第２空気供給手段は上記炉蓋の内表面に開口する第２空気供給管を備え、該第２空気供給管は、上記電気炉ダスト排出口からの距離が４０ｃｍ以下の位置に開口している請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の電気炉ダスト処理装置。
請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の電気炉ダスト処理装置を用いた電気炉ダストの処理方法であって、少なくとも上記ダクト内を移送される電気炉ダストに空気を供給することを特徴とする電気炉ダストの処理方法。
上記集塵機に投入される電気炉ダストに含有される一酸化炭素量（Ｍ_１）と二酸化炭素量（Ｍ_２）とのモル比（Ｍ_１／Ｍ_２）が２以上である請求項５に記載の電気炉ダストの処理方法。
上記亜鉛捕集機に投入される亜鉛含有混合物に含有される一酸化炭素量（ｍ_１）と二酸化炭素量（ｍ_２）とのモル比（ｍ_１／ｍ_２）が２以上である請求項５又は６に記載の電気炉ダストの処理方法。
少なくとも上記ダクト内を移送される電気炉ダストに更に燃料を供給する請求項５乃至７のうちのいずれか１項に記載の電気炉ダストの処理方法。