JP2010235962A - 電気炉ダストのリサイクル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気炉ダストの電気炉へのリサイクル比率を最大化しつつ、電気炉ダストをリフティングマグネットクレーン（リフマグ）によってハンドリングして電気炉へリサイクルすることのできる電気炉ダストのリサイクル方法を提供する。
【解決手段】電気炉で発生したダスト（電気炉ダスト）と、製鋼スラグを破砕し、磁力選別して回収した粒鉄（スラグ回収粒鉄）とを混合し、その後電気炉に装入することを特徴とする電気炉ダストのリサイクル方法である。電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の合計量に対し、スラグ回収粒鉄が占める比率を質量比で５％以上５０％以下とする。スラグ回収粒鉄を混合する結果として、電気炉ダストのリサイクル比率を最大化しても、電気炉ダストをリフマグによってハンドリングすることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気炉で発生するダストを電気炉に装入してリサイクルする方法に関するものである。

電気炉で鋼を溶融・精錬する際に発生する含塵ガスは、電気炉に設置された集塵ダクトを経てバグフィルターなどの集塵機で集塵される。ここでは、電気炉で発生し集塵されたダストを「電気炉ダスト」と呼ぶ。

電気炉に装入する鉄原料には亜鉛めっき鋼板スクラップが含まれる。電気炉で鉄原料を溶解すると、原料中に含まれる亜鉛は蒸発し、含塵ガスとともに集塵され、電気炉ダスト中に回収される。そのため、電気炉ダストは亜鉛を含有することが特徴である。また、電気炉ダストの主成分は酸化鉄である。

電気炉ダストの主成分である酸化鉄を鉄原料として有効利用するためには、酸化鉄を金属鉄に還元する必要がある。しかし、電気炉ダスト中には上述の通り亜鉛を含有するので、亜鉛混入を嫌う高炉に用いることはできない。

回転炉床炉（ＲＨＦ）あるいはキルンを用いて電気炉ダストを還元し、電気炉ダスト中の亜鉛分と鉄分を分離する手段が考えられるが、初期設備投資が膨大となる。

電気炉に装入する鉄原料として溶銑が用いられる場合には、溶銑中に４％前後の炭素を含んでいるので、同時に酸化鉄を装入すると、溶銑中の炭素を還元剤として酸化鉄を還元し、金属鉄として回収することができる。特許文献１には、電気炉で発生したダストを再利用するに際し、電気炉原料として溶銑を使用し、電気炉ダスト中の鉄分を還元回収するリサイクル方法が開示されている。

バグフィルターで回収した電気炉ダストは微粉であり、このままではハンドリング時に粉塵が発生するので好ましくない。そのため、集塵機から回収した電気炉ダストを造粒し、擬似粒子とすることが行われている。造粒に際し、電気炉ダストに水分を添加する。

電気炉への原料装入にはスクラップ投入バケットが用いられる。リフティングマグネットクレーン（以下「リフマグ」ともいう。）に装入原料を吸着し、スクラップ投入バケットに投入する。次いで、スクラップ投入バケット中の装入原料を電気炉に装入する。電気炉ダストは鉄分を多く含むので、リフマグに吸着してスクラップ投入バケットに投入することが可能であった。

特開平１０−１５８７１８号公報

電気炉ダストを電気炉にリサイクルすると、電気炉ダスト中に含まれる亜鉛分が電気炉にリサイクルされ、電気炉での原料溶解時にその亜鉛が蒸発して亜鉛の全量が集塵されて電気炉ダストとして回収される。その結果、電気炉ダスト中には原料としての亜鉛めっき鋼板に付随して新たに装入された亜鉛分と電気炉ダストに含まれてリサイクルされた亜鉛分がともに集積し、電気炉ダストに亜鉛が蓄積することとなる。電気炉ダストリサイクルを行わない場合、電気炉ダスト中の亜鉛分は２０質量％以下程度であるが、電気炉ダストのリサイクルが進むと、電気炉ダスト中の亜鉛分は３０質量％を超える濃度となる。亜鉛の濃化に伴い、電気炉ダスト中の鉄分含有量も低下する。

電気炉ダスト中の鉄分含有量の低下及び亜鉛含有量の増大に伴い、電気炉ダストがリフマグに吸着しづらくなくなるという事態が生じた。電気炉ダスト中の鉄分含有量が５０質量％をきると、リフマグへの吸着量が極端に減少し、スクラップ投入バケットへの運搬能力が低下するので、電気炉ダストリサイクル量を減らさざるを得なくなる。電気炉の原料装入のためのハンドリング機器としては、リフマグを備えるのみであり、リフマグが使えないとなると、電気炉ダストのリサイクル比率を減らしてダスト中の亜鉛含有量を低下させるか、あるいはリフマグ以外のハンドリング機器を増設することが必要となる。電気炉ダストのリサイクル比率を低下させたのでは、電気炉ダストの有効利用が減少することとなり、好ましくない。また、リフマグ以外のハンドリング機器を増設するのでは、大幅な設備費の増加となり、好ましくない。

本発明は、電気炉ダストの電気炉へのリサイクル比率を減らすことなく、従来通りリフマグを用いて電気炉へリサイクルすることのできる電気炉ダストのリサイクル方法を提供することを目的とする。

電気炉精錬あるいは転炉精錬などにおいて、製鋼スラグが発生する。製鋼スラグ中には金属鉄のほか、酸化鉄やＣａＯ、ＳｉＯ₂等の酸化物が含まれている。製鋼スラグを破砕して粒状物とした後、磁力選別すると、磁力により、金属鉄がリッチで、その他、酸化鉄、および少量のＣａＯ、ＳｉＯ₂等の酸化物を含有した粒状物を回収できる。このようにして回収された粒状物をここでは粒鉄といい、以下「スラグ回収粒鉄」と呼ぶ。

電気炉ダスト単独ではリフマグに吸着しない場合であっても、電気炉ダストと上記スラグ回収粒鉄とを混合すると、混合物はリフマグに吸着することがわかった。これにより、電気炉ダストのリサイクル比率を減少することなく、従来通りリフマグを用いて電気炉ダストをハンドリングすることが可能となる。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）電気炉で発生したダスト（以下「電気炉ダスト」という。）と、製鋼スラグを破砕し、磁力選別して回収した粒鉄（以下「スラグ回収粒鉄」という。）とを混合し、その後電気炉に装入することを特徴とする電気炉ダストのリサイクル方法。
（２）電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の合計量に対し、スラグ回収粒鉄が占める比率を質量比で５％以上５０％以下とすることを特徴とする上記（１）に記載の電気炉ダストのリサイクル方法。
（３）電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の混合物を、スクラップ投入バケットの最上部に配置することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の電気炉ダストのリサイクル方法。

本発明は、電気炉ダストとスラグ回収粒鉄を混合することにより、たとえ電気炉ダスト中の酸化鉄含有量が低く亜鉛含有量が多くても、その混合物をリフマグで吸着することができるので、電気炉ダストリサイクル比率を減らすことなく既設のリフマグを用いて電気炉ダストの投入を行うことができる。

電気炉ダストとスラグ回収粒鉄混合物、及びそのうちの電気炉ダストについて、粒鉄配合比率とリフマグ吸着量との関係を示す図である。 スクラップ投入バケットへの投入方法を示す図である。 電気炉での電力投入パターンについて示す図である。

電気炉ダストの電気炉へのリサイクルを行っていない場合、電気炉ダストの発生原単位は２０ｋｇ／ｔｏｎ前後であり、電気炉ダストの成分は、鉄含有量（Ｔ．Ｆｅ）が４０質量％以上、亜鉛含有量が１０〜２０質量％程度である。それに対し、電気炉ダストを同じ電気炉にリサイクルすると、電気炉ダスト中に亜鉛が蓄積するため、ダスト中の亜鉛含有量が増大するとともに電気炉ダスト発生原単位も増大する。リサイクル比率が多い場合には、電気炉ダストの発生原単位が３０ｋｇ／ｔｏｎ前後に増大し、電気炉ダストの亜鉛含有量は２５〜４０質量％程度に増大する。一方で電気炉ダスト中の鉄分は薄められ、鉄含有量は３０質量％以下程度まで低減する。

電気炉ダスト中の鉄含有量が３０質量％以下まで減少すると、ダスト中の亜鉛含有量の増大と相まって、ダストをリフマグで吸着しようとしても吸着しづらくなる。

製鋼工程では、転炉精錬、電気炉精錬、溶銑予備処理、溶鋼二次精錬に伴って製鋼スラグが生成する。この製鋼スラグを破砕して粒状物とした後、磁力選別によって、金属鉄がリッチで、その他、酸化鉄、および少量のＣａＯ、ＳｉＯ₂等の酸化物を含有した粒状物を選別する。選別される粒状物の大部分は粒径が１０ｍｍ以下の粒鉄であり、一部塊状鉄が含まれている。塊状鉄は、転炉装入主原料として再利用することができるが、粒鉄については、そのまま転炉に装入すると転炉排ガスとともに吹き飛ばされてしまい、十分に鉄回収することができない。磁力選別によってスラグから選別した粒鉄には、金属鉄が４０質量％以上含有している。本発明において、スラグから回収した粒鉄をスラグ回収粒鉄と呼ぶ。スラグ回収粒鉄の代表的成分含有量は、後述の表１に示すとおりである。

本発明においては、電気炉ダストとスラグ回収粒鉄とを混合し、電気炉にリサイクルする。電気炉ダスト単独ではリフマグに吸着しない場合でも、電気炉ダストにスラグ回収粒鉄を混合することにより、混合物はリフマグに吸着されるので、既設のリフマグを用いて電気炉ダストをハンドリングすることが可能となり、電気炉ダストの電気炉リサイクル比率を制限する必要がなくなる。

本発明において電気炉ダストに混合するスラグ回収粒鉄の径は、電気炉スラグとの混合が容易な１０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは７ｍｍ以下である。一方、電気炉ダストがリフマグにより吸引されるようにするには、粒鉄径は１ｍｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは２ｍｍ以上である。また、粒鉄径が１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜７ｍｍのものが全粒鉄中の８０％以上として電気炉ダストに混合するのが好ましい。

電気炉ダスト中の鉄含有量（Ｔ．Ｆｅ）が３０質量％以下の場合、電気炉ダスト単独ではリフマグへの吸着量が極端に減少するので、本発明のスラグ回収粒鉄と混合する効果を発揮することができる。

電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の合計量に対し、スラグ回収粒鉄が占める質量比率を、以下「粒鉄配合比率」という。図１は、吸着量上限が３００ｋｇであるリフマグに、スラグ回収粒鉄を配合した電気炉ダストを吸着させたときの吸着量を示した図である。横軸を粒鉄配合比率とし、縦軸に１回当たりに吸着した合計吸着量（■）、及びそのうちの電気炉ダストが占める質量（◇）を示している。電気炉ダストへスラグ回収粒鉄を配合すると、少ない配合量でもリフマグに１回で吸着できる電気炉ダスト量が急速に増大する。粒鉄配合比率５質量％において、リフマグ吸着量上限の７５％程度まで電気炉ダストを吸着することが可能となる。一方、リフマグの吸着量上限は、例えば１回当たり３００ｋｇと決まっているので、電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の合計量は吸着量上限までしか増やすことができない。従って、粒鉄配合比率が多くなるほど、リフマグ１回当たりに運搬できる電気炉ダスト量が減少する。粒鉄配合比率が１０〜２５質量％の範囲で、リフマグ１回当たりに運搬できる電気炉ダスト量が最大であり、粒鉄配合比率が２５質量％を超えると運搬できる電気炉ダスト量が減り始め、粒鉄配合比率が５０質量％では電気炉ダスト吸着量がリフマグ吸着量上限の半分にまで減少する。そこで、本発明において好ましくは、粒鉄配合比率を５〜５０質量％とする。

電気炉ダストは、発塵防止のために３〜１０質量％程度の水分を含有すると好ましい。通常は、バグフィルターから回収した電気炉ダストに水分を添加して造粒機で処理を行い、擬似粒子とした上で運搬する。造粒機としてはパンペレタイザーを用いることができる。造粒に際してバインダーを添加することもできる。バインダーとしてはセメント、タピオカ等を３〜１０質量％程度含有させると好ましい。

電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の混合については、平地に電気炉ダストと所定量のスラグ回収粒鉄を載置し、ショベルカーなどを使用して混合すればよい。電気炉ダストを２０トン処理する場合、ショベルカーによって５〜１０分程度混合することで、電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の混合物をリフマグの吸着量上限の重量まで吸着することができる。

スクラップ投入バケットにおいて、鉄原料の積載順番としては、下からシュレッダー、重量屑、重中量屑、中軽量屑、軽量屑の順番で積載する。従来、電気炉ダストをリサイクルするに際しては、電気炉ダストをスクラップ投入バケットの中間あたり、重中量屑と中軽量屑の間あたりに積載していた。これは、電気炉への鉄原料投入時に、電気炉ダストの飛散ロスを軽減し、かつ電気炉ダストを電気炉内の残溶鋼に早期に浸すことでダスト中鉄分の回収効率を向上させるためである。

本発明においては、電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の混合物を、図２に示すようにスクラップ投入バケットの最上部に配置すると好ましい。リフマグによる主原料スクラップ積み込みは、操業のサイクルタイム時間内で終了する必要があり、ダスト多量積載による積み込み時間遅れは生産性の低下の恐れがある。そのため、操業に必要なスクラップ積み込みを優先することで、リフマグの積み込み余力をすべてダスト積み込みに活用することができる。また実操業ではダストを最上部に積載しても、溶鋼歩留等の悪化は見られなかった。

本発明により、電気炉ダストともにスラグ回収粒鉄を電気炉に装入することとなった。スラグ回収粒鉄を電気炉に装入することにより、電気炉精錬においても新たな効果が生まれた。以下に説明する。

電気炉ダストの主成分は酸化鉄であり、電気炉にリサイクルすると酸化鉄が鉄に還元される反応が吸熱反応である。そのため、電気炉ダストのリサイクル量を増大すると、電気炉精錬に要する電力原単位が増大する。電力原単位の増大を通電時間の増加によって補うとすると、電気炉ダストのリサイクル量を増大するほど、電気炉の生産性が悪化することとなる。

従来、電気炉の通電開始時において、通電開始と同時に最大電力を通電するのではなく、少ない電力から時間をかけて最大電力に増大するパターンを採用していた（図３破線）。通電開始時には、滓化が不十分で硬いスラグと未溶解のスクラップにより、電極折損等の操業トラブルの危険があり、通電開始初期には少ない電力で精錬を行う必要があるからである。また、溶銑を装入して脱炭吹錬を行う溶解最終期の末期において、スラグを滓化させて所定の脱Ｐを行うための時間を確保するという理由により、電力を順次低下しつつ溶解を完了していた（図３破線）。

本発明においては、溶解初期から末期までにかけて、電気炉内で生成する電気炉スラグの滓化が、従来例に比較して良好であるという結果が得られた。滓化が良好になった理由は明確ではないが、電気炉ダスト主成分である酸化鉄添加量が大幅に増加した結果として、スラグ中のＴ．Ｆｅが大幅に増大し、それがために初期滓化が向上し、溶解末期までスラグの溶解安定性が維持されたのではないかと推定される。スラグ回収粒鉄に付随するスラグ成分の効果も考えられる。そのため、溶解初期に早いタイミングで電力を最大まで上昇することが可能となった（図３実線）。また、溶解期間を通して溶解安定性が確保されたため、溶解末期に行っていた電力の順次低下についても、より溶解終了に近い時点から電力低下を開始すれば足りるようになった（図３実線）。そのため、同じ電力原単位であれば合計通電時間を短縮することが可能となり、本発明のように電気炉ダストを大量にリサイクルすることによる電力原単位の増加があっても、通電時間をさほど延長することなく通電を完了することが可能となった。

本発明において、電気炉ダスト及びスラグ回収粒鉄の含有成分測定については、蛍光Ｘ線法を採用することができる。

また、スラグ回収粒鉄の粒度分布については、篩によって調整できる。

溶解量が１００トンの電気炉（直流方式）を用いた電気炉精錬において、本発明を適用した。電気炉精錬では主原料として、スクラップを７５トン、溶銑を３０トン装入する。

従来例として、電気炉ダストにスラグ回収粒鉄を混合せず、電気炉ダストを５ｋｇ／ｔｏｎの原単位でリサイクルしていた。電気炉ダスト発生原単位は１９．５ｋｇ／ｔｏｎであった。電気炉ダストの組成を表１の「電気炉ダスト：従来例」に示す。電気炉ダストをスクラップ投入バケットに投入するに際し、リフマグに十分な量の電気炉ダストを吸着して投入することができた。

電気炉ダストのリサイクル原単位を順次増大したところ、次第に電気炉ダスト中の亜鉛濃度が上昇し、鉄濃度が減少し、リフマグでの吸着量が急減した。そこで本発明を適用し、リサイクルする電気炉ダストにスラグ回収粒鉄を混合することとした。

スラグ回収粒鉄として、転炉で発生した製鋼スラグを用い、製鋼スラグを破砕し磁選して粒鉄を回収し、篩を掛けて、粒径２〜７ｍｍのものの比率を８４質量％とした。また、スラグ回収粒鉄の含有成分は表１に「スラグ回収粒鉄」として示したとおりである。

電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の合計量に対し、スラグ回収粒鉄が占める質量比率（粒鉄配合比率）を１０質量％とした。平地に電気炉ダストと所定量のスラグ回収粒鉄を載置し、ショベルカーを使用して混合した。電気炉ダスト２０トンを５〜１０分かけて混合した。

電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の混合物をリフマグで吸着したところ、リフマグ吸着量上限が３００ｋｇであるのに対し、混合物を２８０ｋｇ吸着することができた。電気炉ダストとしては２５０ｋｇを吸着している。電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の混合物を、スクラップ投入バケットの最上部に載置した（図２）。

電気炉ダストのリサイクル原単位を平均で２６．５ｋｇとして、電気炉にリサイクルした。電気炉ダストのリフマグ吸着量が増大したので、操業時間を遅延することなく装入を行うことができた。

リサイクル実行後の電気炉ダスト発生原単位は２８ｋｇ／ｔｏｎ、電気炉ダストの成分は表１の「電気炉ダスト：本発明例」に示すとおりである。

電気炉ダストのリサイクルが少ない従来例においては、電気炉ダスト中の酸化鉄が系外に排出されるので、その分だけ溶鋼歩留りが悪化する原因となっていた。本発明例においては、発生する電気炉ダストの大部分をリサイクルする結果として、ダスト中の酸化鉄はその大部分が系内に留まって鉄原料として回収されるので、電気炉ダストとともにスラグ回収粒鉄が鉄源として添加されることと相まって、電気炉の溶鋼歩留りの向上をきたすこととなる。従来例に比較して、本発明例は溶鋼歩留りが０．９％向上した。

電気炉溶解における電力投入パターンとして、従来は図３の破線に示すようなパターンを採用していた。電力投入初期は逐次電力を増大しており、電力投入末期においても電力を逐次下降するパターンである。それに対し本発明例においては、図３の実線に示すように、電力投入初期の電力増大スピードを上昇し、電力投入末期においても電力を下降し始めるタイミングをより溶解完了時に近づけることとした。電力投入初期においては、スラグ回収粒鉄に含むスラグ成分及び電気炉ダストリサイクル量の増大に伴って初期滓化が促進したことにより、電力投入パターンの変更が可能となった。電力投入末期については、溶解安定性が確保された結果として、本発明例のような電力パターンが可能となった。

従来例に対し、本発明例は電気炉ダストリサイクル原単位が２２．２ｋｇ／ｔｏｎも増大している。電気炉ダスト中の酸化鉄を還元する反応は吸熱反応であるため、溶解完了時の溶鋼温度を確保するため投入電力原単位が約１割ほど増大する。電力投入パターンが同じであったら、投入電力原単位の増大により溶解所要時間も１割程度増大する結果を招来していた。本発明例においては、図３に示すように電力投入パターンを変更した結果として、電力原単位が増大したにもかかわらず、溶解時間の増加を０．５割程度に抑えることを可能にした。

Claims (3)

1. 電気炉で発生したダスト（以下「電気炉ダスト」という。）と、製鋼スラグを破砕し、磁力選別して回収した粒鉄（以下「スラグ回収粒鉄」という。）とを混合し、その後電気炉に装入することを特徴とする電気炉ダストのリサイクル方法。
2. 前記電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の合計量に対し、スラグ回収粒鉄が占める比率を質量比で５％以上５０％以下とすることを特徴とする請求項１に記載の電気炉ダストのリサイクル方法。
3. 前記電気炉ダストとスラグ回収粒鉄の混合物を、スクラップ投入バケットの最上部に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気炉ダストのリサイクル方法。

Images