JP3929260B2

JP3929260B2 - 亜鉛濃縮用成形体及び該成形体を使用する製鋼ダスト中の亜鉛の濃縮方法

Info

Publication number: JP3929260B2
Application number: JP2001207809A
Authority: JP
Inventors: 和樹五十嵐; 毅中村; 英雄野口; 誠一木村
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2021-07-09
Also published as: JP2003027155A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、亜鉛含有電気炉製鋼ダスト（製鋼集塵ダスト）中の亜鉛濃縮用成形体及び該成形体を炉内リサイクルして、製鋼ダスト中の亜鉛を高濃度に濃縮する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼工程においては、排ガス中に多量の製鋼ダストが含まれてくるので、これを集塵して製鋼ダストとして回収し、処理している。
【０００３】
従来の製鋼ダストの処理は、
（ａ）製鋼ダストには亜鉛が１５〜２０％程度含有されているので、亜鉛回収業者に委託処理する方法
（ｂ）水硫化処理後構内埋立てする方法
（ｃ）ダストのみを炉内に戻す方法
によって行っている。
【０００４】
上記（ａ）の亜鉛回収処理は、集塵ダストをパンの上で回転させながら水分を７〜１０％添加して、ダストを球状化し、これを有償で亜鉛回収業者に処理委託し、亜鉛回収業者が亜鉛を除去・回収するものである。この方法は、処理費が高くなる難点があった。
【０００５】
なお、亜鉛回収処理業者は、製鋼ダスト中の亜鉛含有量が所定量以上であると処理費を割引する場合が多い。
【０００６】
（ｂ）の構内埋立て法は、ダストに水硫化ソーダ（硫化水素ナトリウム）を添加して金属類を硫化物とした後、専用処分場に埋立てるものである。この方法は、処理費用が（ａ）に比べ安価ではあるが、構内埋立て用地の確保難の問題があった。
【０００７】
また、（ｃ）のダストのみを戻す方法は、ダスト処理費削減分以上に電力原単位が悪化するため、利点が得られなかった。そればかりか、この方法は、粉末ダストをフレコン袋に入れて炉内に装入するものであるが、フレコン袋を吊る作業を要するほか、入置き時間の制約や入置き作業が複雑になる問題があった。
【０００７】
製鋼ダストにはダイオキシンが含まれることが近年明らかになっている。埋め立てについては現時点では管理型埋め立てとする以外に法規制はないが、今後、既に濃度規制のある焼却灰と同様に濃度規制が行われる可能性が高い。平成１１年に公布された「ダイオキシン類対策特別措置法」によって、亜鉛回収処理は特定業種に指定され、亜鉛を回収するプロセス中でダイオキシンを低減させる技術は確立している。
したがって、電炉業界においては亜鉛回収処理コストを低減するため、亜鉛濃度を高める低コストの製鋼ダストリサイクル法の開発は焦眉の課題である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明のうち請求項１〜３に記載の発明は、上記（ｃ）の方法において、電力原単位の悪化が改善され、しかも、煩雑な作業工程が不要で効率よく製鋼ダスト中の亜鉛濃度を高めることができる成形体の提供を目的とする。
【０００９】
請求項４及び５に記載の発明は、本発明の成形体を使用することで上記（ｃ）の方法によって、電力原単位の大きな悪化なしに製鋼ダスト中の亜鉛濃度を効果的に高める方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者等は鋭意研究の結果、製鋼ダストをカルシウム源と共に成形体化することによって、製鋼ダストのみと比較して成形体が低融点化し、余分な熱が奪われないため、電力原単位の悪化が改善されるという有用な事実を見出し、本発明に到達した。
【００１１】
即ち本発明のうち請求項１に記載の発明は、亜鉛含有電気炉製鋼ダストに、カルシウム源をＣａＯ換算で１０〜７０重量％及び脱酸材を、次式：
０．４ [ Ｃａ ] ＋１．１４ [ Ｓｉ ] ＋１．３３ [ Ｃ ]
＋０．８９ [ Ａｌ ] > ５
（式中左辺の [ ] は、成形体中の脱酸成分元素の割合（重量％）を表す）で表される量であり、かつ１５重量％以下の配合比率で含有させるようにして、成形させる電気炉製鋼ダスト中の亜鉛濃縮用成形体である。
【００１２】
本発明に使用するカルシウム源としては、生石灰、炭酸カルシウム、水酸化カルシウムまたはドロマイトが挙げられる（請求項２）。本発明に使用する成形体は、ブリケットであるのが好ましい（請求項３）。
【００１３】
本発明の製鋼ダスト中の亜鉛の濃縮方法は、本発明の成形体を、電気炉内に投入することを特徴とする（請求項４）。
【００１４】
本発明においては、電気炉製鋼ダスト中の回収される亜鉛濃度が所定濃度になるまで、回収ダストを用いた前記成形体を、電気炉内に繰り返し投入する。亜鉛含有電気炉製鋼ダストはリサイクルされ、その結果、亜鉛は濃縮される（請求項５）
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明は、製鋼工程で発生した亜鉛含有ダストに、カルシウム源をＣａＯ換算で１０〜７０重量％配合した混合物を成形し、電気炉内に投入するものである。亜鉛の濃度が所定濃度になるまで、回収した亜鉛含有製鋼ダストとカルシウム源との混合物を成形して、電気炉内に繰り返し投入しダストをリサイクルするものである。
【００１７】
成体形にすることで、投入時期に制限がなくなることやフレコン袋を使用する必要がなくなることから、作業性が向上する。
本発明の成形体を製造するには、製鋼ダストにカルシウム源をＣａＯ換算で１０〜７０重量％、好ましくは３０〜５０重量％配合して、均一に混練した後、ブリケッティングまたは押出し成形などで成形化する。カルシウム源の配合比が少なすぎても多すぎても、成形体の融点降下が不充分となり、電力原単位が悪化する。
【００１８】
本発明の成形体に更に脱酸剤を添加する。酸化亜鉛の還元反応（ＺｎＯ→Ｚｎ＋Ｏ）は、吸熱反応のため、スクラップ熔解操業を阻害するので、予め還元反応に見合った量の脱酸剤を添加するのが望ましいからである。
【００１９】
本発明に使用する脱酸剤としては、例えばアルミ灰、炭化珪素、カルシウム、炭粉、シリコン等が挙げられる。
【００２０】
脱酸剤は、次式：
０．４[Ｃａ]＋１．１４[Ｓｉ]＋１．３３[Ｃ] ＋０．８９[Ａｌ] >５
（式中左辺の[ ]は、成形体中の脱酸成分元素の割合（質量％）を表す）で表される量を含有するのが好ましい。式中、左辺の項の各定数は、「脱酸成分が単位量当り、どれだけの量の酸素と反応するか」を示している。例えば、Ｃａの場合、Ｃａ＋１／２Ｏ_２→ＣａＯから、Ｏ／Ｃａ＝１６／４０＝０．４になる。右辺の「５」は、ダスト中の酸化亜鉛が持っている酸素量の百分率を示している。ダスト中の酸化亜鉛は約２５％であり、酸化亜鉛では、Ｏ／ZnO＝１６／（６５．４＋１６）＝０．２が酸素であるから、全ダスト中に占める酸化亜鉛の酸素量は約５％（２５×０．２）になる。
【００２１】
上記のように配合された混合物は、ブリケッティングまたは押出し成形で成形体にする。後記実施例で使用したブリケットは専用のブリケット機で成形され、長さ：幅：高さ＝３０：２０：１０（ｍｍ）に成形された。
【００２２】
このようにして製造した本発明の成形体は、トラック（コンベヤ）で直接炉頂投入設備に送られる。炉頂に搬送された成形体は、炉頂ホッパーから炉内に投入される。このように成形体化すると、ダストをフレコン袋に入れて投入する必要がないので、フレコン袋を吊る作業が不要となり、ボタン操作だけで成形体を炉内に投入できるため、操作が極めて簡略化される。
【００２３】
成形体の投入は、通電中であればいつでも良いが、カルシウム源（生石灰）の投入時期に合わせて投入すると良い。尚、生石灰は、好ましくは主装及び追装の溶解期後半に投入される。生石灰の投入量は、投入すべき生石灰の量から、成形体中に含まれる生石灰の量を減じた量である。
【００２４】
投入された成形体は、炉内雰囲気温度、通電中のアーク、スラグ及びメタルとの反応により溶解する。
【００２５】
通常のダスト発生量に加えて、投入した一次ダストの何割かは、二次ダストとなって再びダスト中にリターンする。しかしながら、一次ダスト分は完全にリサイクルされるため、二次ダストとしては増量するが、２回分のダスト量としては減少する。更に、ダストは亜鉛濃度を予め定めた濃度以上になるまで（現在は２５％以上）リサイクルさせ、所定濃度以上となったものを亜鉛処理業者に処理委託するので、リサイクルしない場合に比べ、量が大幅に減少し処理費用を大幅に削減できる。
【００２６】
ｎ回リサイクル後の亜鉛濃度Ａｎは、次式で表される。
【００２７】
Ａｎ＝（Ｒ*Ａ_ｎー１＋Ｄ*Ａ_０）／（Ｒ*Ｘ_ｎ＋Ｄ）
式中、Ｒはリサイクル量（ｋｇ／ｃｈ）を表し、Ｄは発生するダストの重量（ｋｇ／ｃｈ）を表わす。ダスト歩留Ｘｎは、次式で表される。
【００２８】
Ｘｎ＝（Ｒ*Ｘ_ｎー１＋Ｄ*Ｘ_０）／（Ｒ*Ｘ_ｎ−１＋Ｄ）
上記式から、ｎ＝１〜３、Ｒ（リサイクル量）＝１０００〜３０００ｋｇ／ｃｈ、Ａ_０＝１９．３％、Ｘ_０＝０．３８（尚、Ａ _０、Ｘ _０の値は後述する実施例１でのデータに符合させたものである）としたダスト中の亜鉛濃度を求めると、次表１に示す通りとなる。
【００２９】
【表１】

この表から、Ｚｎ≧２５％を得るためには、１回のダストのリサイクル量を３．０ｔ／ｃｈにするか、リサイクル量を１．５ｔ／ｃｈとして２回リサイクルする必要があることがわかる。
【００３０】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００３１】
実施例１
集塵機からのダストをフレコン袋に詰めて回収した一次ダストを、生石灰と１：１の重量比率で混練した後、ブリケットマシーンで成形した。このブリケット化されたダストを、専用のホッパーに貯蔵した。
【００３２】
それから、上記ブリケットを下記のようにして投入した。
（１）ブリケット投入量：２０００ｋｇ／ｃｈ（ダストとして１０００ｋｇ／ｃｈ）
（２）二次ダスト採取までのチャージ数（ブリケットを投入したｃｈ数）：
１００ｃｈｓ（６日間連続して投入）
（３）対象鋼種：全鋼種（上記期間に生産した全ての鋼種）
（４）投入方法：既設の「炉頂投入設備」を利用し、貯蔵ホッパーから直接炉内にブリケットを投入した。尚、投入は、主装及び第一回目の追装の溶解期後半に生石灰と一緒に行った。
（５）炉：アーク式電気炉１ｃｈ当りの装入するスクラップ量は、１５５Ｓｔ／ｃｈ（Ｓｔは装入するスクラップのトンを意味する）
【００３３】
このようにして生じた二次ダストの組成を分析した、結果を次表２に示す。尚、比較のため原料一次ダストの組成も併記した。
【００３４】
【表２】

上記表では、一次ダストのＺｎＯ含有量２４．０％となっているが、Ｚｎ含有量とすると、１９．３％になる。また、二次ダストのＺｎ含有量２９．０％は２３．３％に当る。この値は、表１の理論値２２．６％とほぼ一致する。
【００３５】
実施例２
生石灰の配合比を変える以外は、実施例１と同様にして一次ダストでブリケットを製造し、ブリケットの融点を測定した。結果を図１に示す。
図１から明らかなように、最適石灰配合比は、３０〜５０％であるが、１０〜７０％の範囲であれば、融点が１４００℃以下になるので、電力原単位の悪化が改善される。また、製造後のブリケット強度（圧壊強度）を確保するためにも、石灰配合比は、１０〜７０％が適切であることが実験により確認されている。
【００３６】
実施例３
ダスト、生石灰、アルミ灰及びバインダーの配合比率を次表３に示すようにする以外は、実施例１と同様にしてブリケットを製造した。得られたブリケットについて、圧壊強度と溶融温度を測定した。結果を次表３に示す。
【００３７】
【表３】

上記結果から明らかなように、脱酸剤を添加することによって、更にブリケットの低融点化が達せられる。しかしながら、脱酸剤の添加により、圧壊強度が悪化する。炉にブリケットを装入するためには、製造直後のブリケット強度が２０ｋｇｆ以上有するのが好ましいことから、脱酸剤の配合比率は１５質量％以下とするのが好ましい。
【００３８】
実施例４
上記実施例１において試験時に装入スクラップトン当りの試験時集塵ダスト（ｋｇ／Ｓｔ）、全ダスト（ｋｇ／Ｓｔ）及び酸化スラグ（ｋｇ／Ｓｔ）量を測定した。結果を次表４に示す。尚、比較のため、通常時のこれらの実績量を併記した。
【００３９】
【表４】

装入スクラップ１トン当りのリサイクルしたダスト量は、下記となる。
１０００(D-kg／ch)÷１５５(St／ch)＝６．５(D-kg／St)
【００４０】
ダスト削減効果は、下記のとおりとなる。
通常時ダスト発生量＋リサイクルしたダスト量−試験時ダスト発生量
＝１７．４D-kg／St＋６．５D-kg／St− ２２．８−D-kg／St
＝１．１D-kg ／St
即ち、装入したスクラップ1トン当り、１．１ｋｇのダスト発生が削減された。
【００４１】
実施例５
上記実施例１の試験時の１９ｃｈについて、溶解速度（St／min）、電力原単位（kWh／St）及び補正電力（kWh／St）量を測定した。結果を次表５に示す。尚、比較のため、ダストリサイクルしない通常操業での基準値（ベンチマーク；ＢＭ）を併記した。
【００４２】
【表５】

上記結果から、本発明方法は、ベンチマークに比べ溶解速度が、０．０５St／minよくなり、電力原単位が３．３kWh／St悪化していることがわかる。結果がダストをリサイクルしない通常操業と比べてほぼ同等なのは、石灰によるダストの低融点化によるものと推定される。
【００４３】
実施例６
鋼種による影響を調べるためハイテン系（５００MPa高張力鋼主体）とＳＭＮＢ系（中炭素マンガン鋼）の２種類の鋼種について各６ｃｈ、前記実施例１と同様にして実施し、試験時の溶解速度（St／min）と電力原単位（kWh／St）を測定した。結果を次表６に示す。尚、比較のため、従来の基準値（ＢＭ）を併記した。
【００４４】
【表６】

ハイテン系鋼種では、溶解速度、電力原単位とも良くなり、ＳＭＮＢ系鋼種では逆に両者とも悪くなっているように、鋼種による多少のバラツキは認められるが、いずれの鋼種でも、ダストをリサイクルしない通常操業との大きな差は認められなかった。
【００４５】
実施例７
生石灰の投入量を変化させることによって、石灰原単位を変化させる以外は、実施例１と同様に実施し、リン分配比［溶け落ち（スクラップが溶けきった状態）時におけるスラグ中のリン（Ｐ）と溶鋼中のリン［Ｐ］との比］を測定した。結果をＢＭと共に図２に示す。尚、リン分配比の値が大きいほど、リンはスラグ中に移行していること、換言すれば、石灰の脱リン機能が発現されていることを表している。
【００４６】
図２から、同一原単位にもかかわらず、試験チャージのほうが、ＢＭよりもリン分配比が大きくなっている。生石灰をダストと混練することによって滓化性が向上するため、脱リン能が向上したものと推定される。
【００４７】
図２の結果から、本発明の方法によれば、石灰原単位のさらなる低減が可能であり、その結果、原料単価とスラグ発生量のさらなる低減が可能となることがわかる。
【００４８】
本発明によれば、製鋼ダストの発生量を削減でき、かつ亜鉛濃度を濃縮できるので、亜鉛回収業者への処理委託単価の低減を含めた大幅なダスト処理費用の削減を図ることができる。
【００４９】
また、本発明によれば、製鋼ダストと生石灰とを混合した成形体を使用することによって、製鋼ダストの融点が低下するので、電力原単位の悪化を改善することができる。しかも生成するスラグの脱リン能が向上するので、石灰使用量が低減できるから、原料原単位が減少すると共にスラグ発生量も低減させることができる。
また、製鋼ダストを成形化するので、ダストのリサイクルにフレコン袋使用に伴う作業操作上の欠点が解消される。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明によれば、製鋼ダストとカルシウム源と脱酸剤との混合物を成形体にして投入することによって、電力原単位の悪化が改善されるほか、石灰使用量の減少が可能となるので、原料原単位の低減とスラグ発生量の減少が可能になる。また、ダストを炉内リサイクルすることで、ダスト発生量の削減および亜鉛濃縮の効果により、ダスト処理費の大幅な削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】石灰配合比と製鋼ダストの融点との関係を示すグラフである。
【図２】石灰原単位とリン分配比との関係を示すグラフである。

Claims

亜鉛含有電気炉製綱ダストに、カルシウム源をＣａＯ換算で１０〜７０質量％及び脱酸材を、次式：
０．４ [ Ｃａ ] ＋１．１４ [ Ｓｉ ] ＋１．３３ [ Ｃ ]
＋０．８９ [ Ａｌ ] > ５
（式中左辺の [ ] は、成形体中の脱酸成分元素の割合（質量％）を表す）で表される量であり、かつ１５質量％以下の配合比率で含有させるようにして、成形させることを特徴とする電気炉製鋼ダスト中の亜鉛濃縮用成形体。
前記カルシウム源が、生石灰、炭酸カルシウム、水酸化カルシウムまたはドロマイトである請求項１記載の成形体。
前記成形体が、ブリケットである請求項１又は２に記載の成形体。
請求項１〜３のいずれかに記載の成形体を電気炉内に投入して電気炉製鋼ダスト中の亜鉛を濃縮する方法。
前記電気炉製鋼ダスト中の回収される亜鉛濃度が所定濃度になるまで、回収ダストを用いた前記成形体を、電気炉内に繰り返し投入する請求項４記載の濃縮方法。