JP2007177284A - 製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 含亜鉛鉄スクラップを鉄源として製鉄工程で利用するに際し、含亜鉛鉄スクラップから簡易で且つ安価な方法で亜鉛を除去することができ、その結果、加熱処理などによって含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去しないまま鉄源として利用しても、各製鉄工程で回収されるダストに亜鉛の濃縮が発生せず、回収されるダストをそのまま製鉄原料として使用することのできる、含亜鉛鉄スクラップの利用方法を提供する。
【解決手段】 耐火物で施工された高温の容器内に含亜鉛鉄スクラップを装入し、前記容器の保有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を酸化して気化させ、亜鉛を気化除去した後に前記容器内に溶銑を注入する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを製鉄工程において利用する方法に関し、詳しくは、加熱処理などによって含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去せずにそのまま鉄源として利用しても、各製鉄工程で回収されるダストに亜鉛の濃縮を発生させることなく、含亜鉛鉄スクラップを使用することのできる、製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法に関するものである。

近年、亜鉛鍍金鋼板が自動車用鋼板として大量に使用されるようになり、それに伴って亜鉛鍍金鋼板屑の発生量も増加している。亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを溶銑予備処理工程や転炉精錬工程で鉄源として使用すると、亜鉛が酸化・飛散し、集塵設備でダストとして回収される。製鉄プロセスで発生し回収されたダストは、通常、高炉における製鉄原料として使用されるが、亜鉛濃度の高いダストは、高炉内で融着現象を生じるために高炉の操業を阻害し、そのままでは使用できない。

従って、亜鉛を含有するダストを高炉で使用する場合には、例えば特許文献１に開示されるように、ダストから亜鉛を除去した後に製鉄原料とする必要があった。

一方、ダストに亜鉛が濃縮しなければダストの亜鉛除去処理は必要とせず、従って、含亜鉛鉄スクラップから亜鉛を除去した後に、鉄源として溶銑予備処理工程や転炉精錬工程で使用する方法も提案されている。例えば、特許文献２及び特許文献３には、含亜鉛鉄スクラップを加熱炉内で鉄が溶けない温度範囲で加熱して、亜鉛を除去する方法が提案されている。
特開平９−７５８９１号公報 特開平４−１９８４２９号公報 特開平６−３３１５８号公報

特許文献１に開示されるように、湿式電気分解処理によってダストから亜鉛を分離すれば、このダストを使用することで高炉操業は円滑に行われるが、この亜鉛除去処理には大量の電力消費を必要とする。また、特許文献２、３に開示されるように、加熱炉内で含亜鉛鉄スクラップを加熱して亜鉛を除去すれば、亜鉛の問題を考慮することなく含亜鉛鉄スクラップを鉄源として利用できるが、この場合も、重油などの加熱用エネルギーを必要とする。即ち、ダストから亜鉛を除去する方法も、また含亜鉛鉄スクラップから亜鉛を除去する方法も、何れの方法も多くのエネルギーを必要とし、製造コストの上昇を余儀なくされる。また、両者とも、大規模な設備を必要とし、製造コストを上昇させる原因の１つになっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを鉄源として製鉄工程で利用するに際し、含亜鉛鉄スクラップから簡易で且つ安価な方法で亜鉛を除去することができ、その結果、加熱処理などによって含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去しないまま鉄源として利用しても、各製鉄工程で回収されるダストに亜鉛の濃縮が発生せず、回収されるダストをそのまま製鉄原料として使用することのできる、製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、耐火物で施工された容器内に含亜鉛鉄スクラップを装入し、前記容器の保有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を酸化して気化させ、亜鉛を気化除去した後に前記容器内に溶銑を注入することを特徴とするものである。

第２の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、第１の発明において、前記容器は、溶銑を払い出した後の溶銑鍋またはトーピードカーであることを特徴とするものである。

第３の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、第１または第２の発明において、前記容器の内壁耐火物の表面温度は、８００℃以上であることを特徴とするものである。

第４の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記含亜鉛鉄スクラップの装入量は、注入される溶銑に対して溶銑トン当たり２０ｋｇ以下であることを特徴とするものである。

第５の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記含亜鉛鉄スクラップは、亜鉛鍍金鋼板屑であることを特徴とするものである。

本発明によれば、亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを高温状態の容器内に装入するので、含亜鉛鉄スクラップは容器の保有熱により加熱され、融点が低く蒸気圧の高い亜鉛は、酸化されて気化し、含亜鉛鉄スクラップから分離して大気中に放散される。そして、亜鉛が気化除去した後に容器内に溶銑を注入するので、受銑時に発生するダストには亜鉛が混入せず、従って、回収したダストはそのままの状態で製鉄原料として利用することができる。このように、本発明により、大規模な設備を用いて含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去しなくても、また、多大のエネルギーを消費しなくても、含亜鉛鉄スクラップの亜鉛鍍金層の亜鉛を除去することが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明では、耐火物で施工された高温の容器内に含亜鉛鉄スクラップを装入し、容器の保有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を酸化して気化させ、亜鉛を気化除去した後に容器内に溶銑を注入して、亜鉛を気化除去した後の含亜鉛鉄スクラップを溶解し、鉄源として利用する。

即ち、前回受銑した溶銑を転炉や保持容器などに払い出した後の空の高温の容器、或いは若干の残留溶銑を収容した高温の容器に、含亜鉛鉄スクラップを装入する。この場合の高温容器としては、周期的に繰り返して使用されているために、容器の保有熱が安定して高くしかも外部から熱を加える必要がないことから、高炉から出銑される溶銑を受銑して次工程の転炉精錬工程に搬送するための溶銑鍋やトーピードカーが特に好適である。以下、容器として溶銑鍋またはトーピードカーを用いた例で説明する。

また、含亜鉛鉄スクラップとしては、製鉄所の亜鉛鍍金鋼板製造工場で発生するトップ及びボトムのクロップ屑やトリミング屑などの亜鉛鍍金鋼板屑、及び、廃自動車屑や廃家電製品屑などが対象となる。通常、亜鉛は鉄鋼材料の合金元素としては使用されず、従って、本発明の含亜鉛鉄スクラップとは、亜鉛鍍金層を有する鉄スクラップのことである。

スクラップシュート、リフティングマグネット、クレーンなどの適宜の装入装置によって溶銑鍋やトーピードカー（以下、溶銑鍋及びトーピードカーをまとめて「溶銑搬送容器」と称す）に装入された含亜鉛鉄スクラップは、溶銑搬送容器に施工された内張り耐火物の保有する熱によって加熱される。亜鉛は融点が４２０℃、沸点が９０６℃であり、鉄の融点（１５３６℃）及び沸点（２７４０℃）に比べて極めて低い。また、沸点が低いことから蒸気圧が鉄に比べて高く、更に、酸素との親和力も鉄に比べて高い。従って、含亜鉛鉄スクラップの亜鉛鍍金層中の亜鉛は、加熱されて溶融すると同時に大気中の酸素ガスによって酸化され、金属蒸気或いは酸化物蒸気となって含亜鉛鉄スクラップから分離し、大気に放散される。大気に放散された亜鉛の金属蒸気及び酸化物蒸気は冷却されて凝集し、製鉄所の地上などに落下する。亜鉛の酸化物は顔料に使用され、亜鉛自体も生体必須元素であり、地上などに落下した亜鉛は回収できないという問題はあるものの、生体には何ら悪影響を与えない。一方、含亜鉛鉄スクラップ中の鉄は加熱されて表面は酸化するが、鉄は蒸気圧が低く、鉄の気化反応は実質的に発生しない。尚、亜鉛は酸素との親和力が大きいことから、亜鉛の金属蒸気は酸化されて亜鉛酸化物蒸気となり、冷却されて凝集し、地上などに落下する。

亜鉛は沸点が９０６℃であり、つまり９０６℃における亜鉛の蒸気圧は１気圧になり、９０６℃以上に加熱されれば、安定相は気体であることから直ちに気化除去されるが、それ以下の温度であっても、融点以上であるならば亜鉛の蒸気圧はそれなりに高く、気化が起こり含亜鉛鉄スクラップから除去される。但し、高炉から出銑される溶銑を溶銑搬送容器で受銑する際には、発生するガスは発塵防止のために集塵設備で回収される。つまり、受銑する際に含亜鉛鉄スクラップに亜鉛が残留していて亜鉛の金属蒸気或いは酸化物蒸気が発生すると、これらの蒸気はダストとして回収されてしまい、回収したダストを製鉄原料として使用するには亜鉛除去処理が必要になってしまう。即ち、本発明においては、含亜鉛鉄スクラップを溶銑搬送容器に装入した時点から次の受銑時点までの期間に含亜鉛鉄スクラップから亜鉛のほぼ全量を除去する必要がある。溶銑搬送容器へのスクラップ装入時点から受銑時点までのサイクルタイムは、最短の場合には１時間程度であり、この時間内に含亜鉛鉄スクラップから亜鉛のほぼ全量を除去する必要があることになる。

この観点から、検討した結果、溶銑搬送容器内壁の内張り耐火物の表面温度が８００℃以上の時点で含亜鉛鉄スクラップを装入することが好ましいことが分かった。内張り耐火物の表面温度が８００℃以上であれば、装入された含亜鉛鉄スクラップは直ちに内張り耐火物の保有熱によって加熱され、亜鉛のほぼ全量が次の受銑までに気化除去されることが確認された。内張り耐火物表面温度の上限は特に規定する必要はないが、溶銑搬送容器の場合には、最高でも１３５０℃程度、溶鋼を保持する取鍋でも１５００℃程度である。

また、溶銑を溶銑搬送容器から他の保持容器に払い出しする時点の溶銑温度は１３００℃程度であり、溶銑払い出し直後の内張り耐火物の表面温度も１３００℃程度となる。しかし、溶銑の払い出し後は内張り耐火物の温度は急激に低下するので、溶銑を払い出した後は、速やかに含亜鉛鉄スクラップを装入することが望ましく、遅くとも、払い出し後６０分以内に装入することが好ましいことが分かった。

また更に、余りに多くの含亜鉛鉄スクラップを装入すると、加熱が不足して亜鉛の除去が不十分になることから、含亜鉛鉄スクラップの装入量は、受銑する溶銑に対して溶銑トン当たり２０ｋｇ以下であることが好ましいことも分かった。この場合、他の鉄スクラップを含めた合計の装入量を溶銑トン当たり２０ｋｇ以下とするという意味であり、含亜鉛鉄スクラップを溶銑トン当たり２０ｋｇ装入する場合には、他の鉄スクラップは使用しないという意味である。ここで、溶銑トン当たりとは、含亜鉛鉄スクラップを装入する直前に、溶銑鍋またはトーピードカーで受銑した溶銑量に対してであり、含亜鉛鉄スクラップを装入後に受銑する溶銑量に対してではない。

このようにして含亜鉛鉄スクラップから亜鉛を気化除去した後、含亜鉛鉄スクラップを積載した溶銑搬送容器を高炉炉下に搬送して高炉から出銑される溶銑を受銑する。受銑時、発生する粉塵は集塵設備で回収されるが、含亜鉛鉄スクラップにはすでに亜鉛が含まれていないので、回収されるダストの亜鉛含有量は極めて少なく、亜鉛除去処理を施すことなく、高炉の製鉄原料として利用することができる。また、亜鉛が除去された後の含亜鉛鉄スクラップは内張り耐火物の保有熱により予熱されているので、溶銑中の炭素と反応して融点を低下させつつ、溶銑の熱により融解する。含亜鉛鉄スクラップは、薄鋼板形状が主であるので、容易に融解する。特に、製鉄所の亜鉛鍍金鋼板製造工場で発生する亜鉛鍍金鋼板屑を使用した場合には、亜鉛以外の元素の混入はなく、高品質の溶銑を確保することができる。

以上説明したように、本発明によれば、亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを高温の溶銑搬送容器内に装入し、含亜鉛鉄スクラップを溶銑搬送容器の保有熱により加熱して、含亜鉛鉄スクラップ中の亜鉛を気化除去するので、受銑時に発生するダストには亜鉛が混入せず、従って、加熱処理などによって含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去しなくても、回収したダストはそのままの状態で製鉄原料として利用することができる。

２００トン容量の溶銑鍋を用いて行った本発明の実施例を説明する。

溶銑鍋内に収容した溶銑を、転炉へ装入するための装入鍋に払い出した後の空の溶銑鍋に、約２トンの亜鉛鍍金鋼板屑を、鉄スクラップ装入設備に設置されたスクラップシュートを介して装入した。亜鉛鍍金鋼板屑の装入時期は、溶銑を装入鍋に払い出して約２０分経過した時点であり、その時の溶銑鍋内張り耐火物の表面温度は約８５０℃であった。その後、溶銑鍋を搬送用台車に搭載した状態のままで次回の受銑まで待機させた。

溶銑を装入鍋に払い出し、この溶銑鍋に亜鉛鍍金鋼板屑を装入してから約１時間経過した時点で、溶銑鍋を高炉炉下に搬送して、高炉から出銑される溶銑を受銑した。受銑の直前に溶銑鍋内から亜鉛鍍金鋼板屑の片を採取し、亜鉛鍍金相の有無を調査するための試験片とした。また、受銑時に集塵設備で回収されるダストを分析し、ダストの亜鉛濃度を調査した。尚、亜鉛鍍金鋼板屑中の亜鉛濃度の測定は、塩酸と硝酸液とで溶解後、発光分光分析法（ＩＣＰ法）により測定した。また、ダスト中の亜鉛濃度の測定は、塩酸で溶解後にフッ酸処理、過塩素処理を行った後にろ過し、原子吸光法により測定した。

その結果、採取した亜鉛鍍金鋼板屑の試験片には亜鉛鍍金層は観察されず、亜鉛鍍金層は消失していることが確認された。また、集塵設備で回収されたダストの亜鉛濃度は鉄スクラップを使用しない場合のときと同等であり、回収されたダストに亜鉛の濃縮が発生しないことも確認された。更に、溶銑鍋に装入した亜鉛鍍金鋼板屑は受銑時に融解し、その後に行われた脱燐処理、脱硫処理、及び転炉における脱炭精錬に何ら支障となることはなかった。

Claims (5)

1. 耐火物で施工された容器内に含亜鉛鉄スクラップを装入し、前記容器の保有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を酸化して気化させ、亜鉛を気化除去した後に前記容器内に溶銑を注入することを特徴とする、製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
2. 前記容器は、溶銑を払い出した後の溶銑鍋またはトーピードカーであることを特徴とする、請求項１に記載の製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
3. 前記容器の内壁耐火物の表面温度は、８００℃以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
4. 前記含亜鉛鉄スクラップの装入量は、注入される溶銑に対して溶銑トン当たり２０ｋｇ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
5. 前記含亜鉛鉄スクラップは、亜鉛鍍金鋼板屑であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。