JP2010007180A - 高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高亜鉛含有鉄鉱石の有効利用を可能とする、高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法を提供すること、また、亜鉛、鉄、双方の供給不足を解決することのできる高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法を提供すること。
【解決手段】亜鉛を０．０１ｍａｓｓ％以上、鉄を５０ｍａｓｓ％以上含有する高亜鉛含有鉄鉱石を用いて高炉原料２を製造し、この高炉原料２を高炉１に装入し銑鉄を製造するとともに、高炉排ガス中の亜鉛含有ダスト４を回収し、還元炉５を用いて亜鉛含有ダスト４から亜鉛６を回収することを特徴とする高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法を用いる。高炉原料２が焼結鉱またはペレットであること、亜鉛含有ダスト４を移動型炉床上に積載し、該移動型炉床上部から熱供給して亜鉛含有ダスト４を還元し、還元鉄７を製造するとともに亜鉛６を回収することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉および還元炉を用いて、亜鉛を高濃度に含有する鉄鉱石から銑鉄を製造する方法に関する。

粗鋼生産法は、鉄鉱石より銑鉄を生産して鋼とする高炉−転炉法と、スクラップを溶解して精錬する電炉法とに大別される。中国などの新興国の台頭により、全世界的な粗鋼生産量は急激に増加しており、特に高炉−転炉法で使用する鉄鉱石の需給は逼迫し、価格が高騰すると共に、良質な鉄鉱石が入手困難となりつつあるのが今日の鉄資源の状況である。

ところで通常の高炉操業においては装入原料中に含まれ高炉に持ち込まれた亜鉛は炉内にて還元、蒸気化され、一部は排ガス中のダストとして炉外へ排出されるが、一部は炉内の温度が低くかつ酸化ポテンシャルが高い部分に酸化凝集する。高炉シャフト内壁などは特に凝集しやすく、周囲のコークスや鉱石を接着させ、充填物を不動化させる。このような不動部分は「アンザッツ」と呼ばれ、炉内充填物質の降下を不安定にさせ、「棚釣り」、「スリップ」などのトラブルを誘発する。

さらに、鉄分を多く含む高炉排ガス中の亜鉛含有ダストは他の製鉄所内発生ダストとともに焼結工程へとリサイクルされるのが一般的である。この際に、高炉に持ち込まれる亜鉛量が増加することで、上記のような問題の発生を防止するために、含亜鉛ダストを亜鉛の含有量で低亜鉛ダストと高亜鉛ダストとに分別し、低亜鉛ダストを焼結原料に、高亜鉛ダストをセメント製造用原料として用いるダストの処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のような処理を行ったとしても、現状では装入原料から高炉に持ち込まれる亜鉛量は、高炉操業で許容される上限付近であり、このような状況下で亜鉛含有量の高い鉄鉱石を高炉の原料として用いることは、高炉への装入亜鉛量を増加させることになるため困難であった。

一方で、鉄鉱石と同様に全世界的に亜鉛の需要は急増しており、価格の高騰が問題となっている。亜鉛精錬にはさまざまな方法があるが、硫化鉱を酸化ばい焼して酸化亜鉛を作り、湿式や乾式で製錬して、亜鉛金属を得るのが一般的である。この亜鉛に関しても、硫化鉱や酸化亜鉛等、亜鉛原料の不足が問題となっている。亜鉛は、たとえば電池原料として、他にも、鋼板表面の耐食性を向上させるめっき材料等として欠くことのできない金属である。硫化鉱を酸化ばい焼して酸化亜鉛を作り、湿式や乾式で製錬して、亜鉛金属を得るのが一般的であるが、近年、製鉄ダストなどを製錬して、粗酸化亜鉛を得て、亜鉛製錬原料とする方法も提案されている。

たとえば、亜鉛濃度１０ｍａｓｓ％を超える粗酸化亜鉛の場合、ウエルツ法などの中間処理を行うことで、高濃度の粗酸化亜鉛とすることができ、亜鉛製錬原料として用いることが可能である。また、亜鉛濃度が５０ｍａｓｓ％を超える粗酸化亜鉛の場合は、たとえばＩＳＰ法などの亜鉛精錬に使用する粗酸化亜鉛として直接使用することができる。

特公平３−６２７７２号公報

上記のように、鉄原料、亜鉛原料等の資源の不足が問題となっている状況下にあって、亜鉛分を通常より多く含む鉄鉱石は、現状、高炉において使用できず、その鉄分および亜鉛分が有効に利用されていない。

本発明の目的は、このような課題を解決し、高亜鉛含有鉄鉱石の有効利用を可能とする、高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法を提供することにある。

また本発明の他の目的は、亜鉛、鉄、双方の供給不足を解決することのできる高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）亜鉛を０．０１ｍａｓｓ％以上、鉄を５０ｍａｓｓ％以上含有する高亜鉛含有鉄鉱石を用いて高炉原料を製造し、この高炉原料を高炉に装入し銑鉄を製造するとともに、高炉排ガス中の亜鉛含有ダストを回収し、還元炉を用いて前記亜鉛含有ダストから亜鉛を回収することを特徴とする高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
（２）高炉原料が焼結鉱またはペレットであることを特徴とする（１）に記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
（３）亜鉛含有ダストを移動型炉床上に積載し、該移動型炉床上部から熱供給して前記亜鉛含有ダストを還元し、還元鉄を製造するとともに亜鉛を回収することを特徴とする（１）または（２）に記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
（４）亜鉛含有ダストと成分調整材とを混合した混合原料を移動型炉床上に積載し、該移動型炉床上部から熱供給して前記混合原料を還元し、還元鉄を製造するとともに亜鉛を回収することを特徴とする（１）または（２）に記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
（５）亜鉛を回収するための亜鉛含有ダストまたは混合原料中の平均亜鉛濃度が０．４５ｍａｓｓ％以上であることを特徴とする（３）または（４）に記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
（６）亜鉛含有ダストに亜鉛含有鉄鋼副生粉を混合して、還元炉を用いて粗酸化亜鉛を回収することを特徴とする（１）ないし（５）のいずれかに記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。

本発明によれば、高亜鉛含有鉄鉱石を銑鉄原料として使用することが可能となり、含有する鉄分および亜鉛分を有効に利用することができる。

本発明の一実施形態を示す概略図。 条件１における亜鉛の流れを示すフロー図。 条件５における亜鉛の流れを示すフロー図。 条件８における亜鉛の流れを示すフロー図。 条件１１における亜鉛の流れを示すフロー図。

本発明者らは高亜鉛含有鉄鉱石を使用し、含有鉄分、さらには亜鉛分を有効に利用するために、高亜鉛含有鉄鉱石を焼結鉱等の高炉原料として使用し、従来、焼結工程へのリサイクルや、セメント原料に使用されていた高炉排ガス中の亜鉛含有ダストから亜鉛を回収することを想起し、本発明を完成した。

本発明で用いる高亜鉛含有鉄鉱石とは、通常の高炉原料として利用される鉄鉱石と比較して亜鉛の含有量が高く、一般に亜鉛を０．０１ｍａｓｓ％以上、鉄を５０ｍａｓｓ％以上含有する鉄鉱石である。本発明で用いる高亜鉛含有鉄鉱石の亜鉛含有量および鉄含有量の上限に制約はないが、鉄鉱石であることから自ずと決まり、亜鉛については例えば０．５ｍａｓｓ％程度以下、鉄については例えば７０ｍａｓｓ％程度以下である。また、高亜鉛含有鉄鉱石のＮａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ等のアルカリ成分の含有量は、酸化物換算で通常０．０８ｍａｓｓ％以上である。アルカリ成分の含有量は、１ｍａｓｓ％以下であることが好ましく、これは焼結鉱の低温還元粉化を予防するのに効果的である。

高亜鉛含有鉄鉱石を用いた高炉原料としては、焼結鉱、ペレット、塊鉱、含炭塊成鉱、フェロコークス等が挙げられる。

高炉排ガス中の亜鉛含有ダストから亜鉛を回収する方法については、たとえば還元炉を用いて亜鉛濃化処理を行い、粗酸化亜鉛を製造し、湿式や乾式製錬により、亜鉛金属とすることができる。ここで用いられる還元炉としては、ロータリーキルンやシャフト炉、移動型炉床炉等が挙げられる。還元炉で発生するダストは高炉から排出されるダストと比較して、亜鉛が濃化されているので、還元炉で発生するダストを回収して粗酸化亜鉛の原料として使用することが効果的である。また、同時にダスト中の鉄分を回収することが好ましい。

還元炉として、移動型炉床炉を用いることが好ましい。移動型炉床炉を用いた場合、水平方向に移動する炉床に、亜鉛含有ダストを積載し、上方から輻射伝熱によって加熱してダストを還元し、炉床上で還元鉄を同時に製造することが可能である。または、亜鉛含有ダストと成分調整材とを混合した混合原料を積載し、上方から輻射伝熱によって加熱してダストを還元し、炉床上で還元鉄を同時に製造する。さらに、炉床上でこの還元生成物を溶融することで、スラグとメタルを分離して粒鉄としての還元鉄を製造することが可能である。移動型炉床炉を用いる場合には、還元鉄を製造するとともに、移動型炉床炉で発生する排ガスに含有されるダストから、亜鉛を回収する。成分調整材としては、石灰石、珪砂、高炉ダスト以外のダスト、スラッジ、コークス粉などの炭材等を用いることが好ましい。

この移動型炉床炉は、加熱炉の炉床が水平に移動する過程で加熱を施す炉であり、水平に移動する炉床とは、回転移動の形態を有するのが代表的であり、この形態の移動型炉床炉は、特に回転炉床炉と呼ばれている。

以下において、高亜鉛含有鉄鉱石を用いて銑鉄を製造し、回転炉床炉を用いて亜鉛回収をする場合について本発明を説明する。

図１を用いて本発明の一実施形態を説明する。高炉１へは、炉上部から炉頂装入装置を使用して高炉原料２および固体燃料を装入する。高炉原料２としては焼結鉱が主に用いられ、この他ペレット、塊鉱、含炭塊成鉱、フェロコークスなどが用いられる。

本発明ではこの高炉原料について、亜鉛を０．０１ｍａｓｓ％以上、鉄を５０ｍａｓｓ％以上含有する高亜鉛含有鉄鉱石を原料として用いる。亜鉛回収の観点からは高炉への装入亜鉛量が多いほど良いが、炉内付着物による操業悪化を防ぐためには、高炉への装入亜鉛量が所定値以下となるように、高亜鉛含有鉄鉱石使用量を調整して高炉原料とし、高炉へ装入することが望ましい。当該所定値は高炉毎に経験的に設定されるが、例えば銑鉄１ｔあたり２５０ｇ以下となるようにする。なお、当該所定値を上回らない範囲において、高亜鉛含有鉄鉱石と併せて高炉排ガス中の亜鉛含有ダストを高炉装入原料として使用することも可能である。

装入された高炉原料２は高炉１内で還元、溶融され銑鉄３が製造される。

また高炉上部からは排ガスとともにダスト４が排出され、このダスト４は鉄や亜鉛を含有している。本発明ではこの亜鉛含有ダスト４は回転炉床炉５において還元され、亜鉛が気化後、再酸化され、回転炉床炉において発生する排ガス中のダストとして、粗酸化亜鉛６が回収される。回転炉床炉で発生する排ガスに含有されるダストは亜鉛が濃化されており、直接もしくは再精製工程を行なうことで亜鉛製錬の原料となる。またダスト中の鉄分は還元鉄７として回収される。

ここで亜鉛含有ダスト４は、鉄、亜鉛の他に、他のスラグ成分を含んでいる。また、炭素系固体還元材の代表例である石炭、石炭チャー、コークスには灰分であるスラグ成分が含まれている。そのために、還元操作のみを行うロータリーキルンや移動炉床炉法では、成品である還元鉄にスラグ分が混入することは不可避である。回転炉床炉の炉床上において原料を還元・溶融させた場合、還元により生成したメタルと残滓であるスラグとを速やかに分離することができ、高密度の還元鉄である成品粒鉄を得ることができる。

回転炉床炉でダストを還元・溶融する際の加熱温度は、１４５０℃以上とすることが好ましい。回転炉床炉内の最高温度を１４５０℃以上とすることにより、炉内および炉内で還元・溶融する原料は高温となる。特に溶融した原料は１４５０℃以上とすることで、十分な流動性を確保することが可能となり、金属鉄中の脈石成分を除去しやすくなり、良好な性状の粒鉄を製造することが可能となる。

炉床上に炭材を積載し、該炭材の上にダストを含む混合原料を積層することにより、溶融したメタルやスラグが炉床の耐火物を侵食することを防止することが可能になる。耐火物侵食の際には鉄分が耐火物に取り込まれるため、炉床の耐火物の侵食を防止することで鉄分のロスが少なくなり、粒鉄の生産性向上に寄与することができる。

亜鉛含有ダスト、または亜鉛含有ダストと成分調整材とを混合した混合原料中の平均亜鉛濃度が０．４５ｍａｓｓ％以上であれば、回転炉床炉で処理して得られる回収ダストの亜鉛濃度を５０ｍａｓｓ％以上とすることができる。得られる回収ダストの亜鉛濃度が５０ｍａｓｓ％以上であれば、中間処理が不要となり、亜鉛精錬に使用する粗酸化亜鉛として直接使用することができるので好ましい。

本発明は高亜鉛含有鉄鉱石を用いて銑鉄を製造する技術であるが、亜鉛含有ダストを回転炉床炉で還元する際に、亜鉛含有鉄鋼副生粉８を混合して用いることも可能である。亜鉛含有ダストよりも亜鉛濃度の高い鉄鋼副生粉を混合することにより、上記のように回転炉床炉で発生する排ガスから回収されたダストにおいて、粗酸化亜鉛を高濃度に有するダストを得ることができる。

前述のとおり、粗酸化亜鉛を含有する回収ダストは亜鉛濃度に応じて使用用途が異なるが、上記の方法で生産した回収ダストは亜鉛濃度が１０ｍａｓｓ％を超えるものとなるので、ウエルツ法などの中間処理で高濃度の粗酸化亜鉛とすることができ、亜鉛製錬原料として用いることができる。

亜鉛含有ダストと混合して用いられる亜鉛含有鉄鋼副生粉は特に限定されないが、たとえば高炉からの発生ダスト、転炉からの発生ダスト、電気炉からの発生ダスト、表面処理工程で発生するスラッジ等の鉄鋼業における副生物を用いることが出来る。

以上のように、亜鉛含有ダストを回転炉床炉で還元する際に、亜鉛含有鉄鋼副生粉を混合して用いることで回収ダスト中の亜鉛濃度は向上し、経済性も向上する。

本発明の有効性を確認するために、高亜鉛含有鉄鉱石および通常の鉱石を用いて焼結鉱を製造し、図１に示す設備を用いて銑鉄の製造試験を行った。対象高炉は５０００ｍ³級の大型高炉である。高炉送風条件を表１に、高炉に装入する装入原料（鉄鉱石）の割合を表２に示す。

焼結鉱の原料として使用した鉱石Ａ（高亜鉛含有鉱石）の組成および焼結用ブレンド鉄鉱石（通常の鉱石）の組成を表３に示す。尚、表３においてＴ−ＦｅとはトータルＦｅである。

鉱石Ａは高亜鉛含有鉄鉱石であり、亜鉛含有量の低い焼結用ブレンド鉄鉱石の亜鉛濃度に比較し１０倍程度である。これらの鉱石を表４に示す割合で焼結原料として使用し、製造した焼結鉱を高炉に装入して条件１〜１１の操業を行なった。

条件１、５、８、１１について、製鉄所全体における亜鉛の流れを図２〜５に示す。図２〜５において、図中に記載された数字は亜鉛量を示し、その単位は銑鉄１ｔあたりのグラム数（ｇ／ｔ−ｐ）である。

（本発明例）焼結鉱製造において鉱石Ａの使用比率を条件１〜８とし、得られた焼結鉱を高炉に装入し、一部の操業において高炉操業で発生するダスト（高炉ダスト）の一部を焼結鉱の製造原料としてリサイクル利用した。焼結鉱の製造原料としてリサイクルしないダストについては、回転炉床炉を用いて還元、溶融を行い（表４の高炉排出ダスト処理方法欄で「還元炉」と記載）、粒鉄とダストを得た。この場合の、焼結鉱中の亜鉛含有量、高炉に装入された亜鉛量および高炉の操業結果を表４に併せて示す。また還元炉での粒鉄としての鉄分回収率と回転炉床炉で発生するダストの亜鉛濃度、亜鉛回収量の結果も表４に併せて示す。

条件１〜８の操業では、高炉操業に特に問題はなく、高亜鉛含有鉄鉱石を用いて銑鉄の生産が可能であった。また高炉排ガス中のダストを回転炉床炉で処理することにより、粒鉄及び亜鉛が濃縮された粗酸化亜鉛の回収が可能であった。

（比較例）焼結鉱製造において鉱石Ａの使用比率を条件９〜１１とし、得られた焼結鉱を高炉に装入する際、従来のように高炉から排出されるダストのうち高Ｚｎ分（亜鉛含有率１ｍａｓｓ％以上）はセメント原料として、低Ｚｎ分（亜鉛含有率１ｍａｓｓ％未満）は焼結鉱の原料としてリサイクルして処理した。

条件９は高亜鉛含有鉱石を用いない、従来の操業条件に相当する。条件１０および１１の場合、高炉装入亜鉛量が銑鉄ｔあたり２５０ｇを超えており、高炉に装入される亜鉛量が増加したため、条件１０の場合には装入物の荷下がり不良が生じ安定操業は困難であった。条件１１の場合には特に不良が顕著となり、高炉の操業が困難であった。

次に、亜鉛含有ダストと亜鉛含有鉄鋼副生粉を混合した原料を用いた。

使用した亜鉛含有鉄鋼副生粉の組成を表５に示す。ここでは亜鉛含有鉄鋼副生粉として転炉からの発生ダストを用いた。

図１に示すものと同様の設備で、条件２において亜鉛含有ダストおよび亜鉛含有鉄鋼副生粉を用いて粒鉄と回転炉回収ダストの製造試験を行う際に、混合原料中の亜鉛濃度と、回収されるダストの亜鉛濃度との関係を調査した。調査には亜鉛含有ダストと亜鉛含有鉄鋼副生粉とを混合して使用し、亜鉛濃度を連続的に変化させ条件１２〜１５とし、発生するダストを回収した。

表６に、混合原料中の亜鉛含有鉄鋼副生粉の配合比率と亜鉛濃度、および回収ダストの亜鉛濃度の測定結果を示す。

表６によれば、混合原料中の亜鉛含有鉄鋼副生粉の配合比率の上昇に伴い回収ダストの亜鉛濃度が上昇し、混合原料中の亜鉛濃度が０．４５ｍａｓｓ％以上となると、製品ダストである回収ダストの亜鉛濃度が５０ｍａｓｓ％を超え、ＩＳＰ法などの亜鉛精錬に直接使用が可能な原料となることが分かる。

以上のように、本発明方法を用いることで高亜鉛含有鉄鉱石を銑鉄原料として使用することが可能となり、含有する鉄分および亜鉛分を有効に利用することができる

１ 高炉
２ 高炉原料
３ 銑鉄
４ 亜鉛含有ダスト（高炉排出ダスト）
５ 還元炉（回転炉床炉）
６ 粗酸化亜鉛
７ 還元鉄（粒鉄）
８ 亜鉛含有鉄鋼副生粉

Claims (6)

1. 亜鉛を０．０１ｍａｓｓ％以上、鉄を５０ｍａｓｓ％以上含有する高亜鉛含有鉄鉱石を用いて高炉原料を製造し、この高炉原料を高炉に装入し銑鉄を製造するとともに、高炉排ガス中の亜鉛含有ダストを回収し、還元炉を用いて前記亜鉛含有ダストから亜鉛を回収することを特徴とする高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
2. 高炉原料が焼結鉱またはペレットであることを特徴とする請求項１に記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
3. 亜鉛含有ダストを移動型炉床上に積載し、該移動型炉床上部から熱供給して前記亜鉛含有ダストを還元し、還元鉄を製造するとともに亜鉛を回収することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
4. 亜鉛含有ダストと成分調整材とを混合した混合原料を移動型炉床上に積載し、該移動型炉床上部から熱供給して前記混合原料を還元し、還元鉄を製造するとともに亜鉛を回収することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
5. 亜鉛を回収するための亜鉛含有ダストまたは混合原料中の平均亜鉛濃度が０．４５ｍａｓｓ％以上であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。
6. 亜鉛含有ダストに亜鉛含有鉄鋼副生粉を混合して、還元炉を用いて粗酸化亜鉛を回収することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の高亜鉛含有鉄鉱石を用いた銑鉄製造方法。

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