JP4295557B2 - ステンレス鋼製造工程廃棄物を再利用したステンレス鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼製造工程で発生するダストやスケール等の廃棄物を再利用してステンレス鋼を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、一般に、スクラップやＦｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ、金属Ｎｉなどの原料を電気炉で溶解したのち、この溶鋼を精錬炉で精錬を行うことにより製造される（ステンレス鋼製造工程）。通常、電気炉は原料を単に溶解する溶解期を担当するが、場合により酸素吹き込みにより溶鋼からに脱炭を行う酸化期（「予備脱炭期」ともいう。）を設けることもある。精錬炉では酸素吹き込みにより溶鋼の脱炭を行う酸化期と、酸化期において酸化されてスラグ中に移行したＣｒを再度還元して金属に戻し溶鋼中へ回収する還元期と、溶鋼の脱酸・成分調整・温度調整を行う仕上精錬期を担当する。電気炉や精錬炉（ＶＯＤ、ＲＨ，ＡＯＤ、ＭＲＰなど）からは排ガスに随伴してダストが発生する。このダストはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒなどの成分を含んでいるため原料として再利用することが好ましい。また、ダストはＣｒ6+を含むため外部処理をするには多大なコストを要することから、経済的な観点からもリサイクルすることが望まれている。しかし、ダスト中には主にスクラップ由来のＺｎが含まれる。そのためダストをそのまま電気炉や精錬炉に戻すとＺｎが還元揮発してふたたび排ガス中に飛散するためダスト中にＺｎが濃縮される。ダスト中にＺｎが濃縮すると炉口や排ガス配管内にダストが付着してコーティングなどの問題が発生するうえ、ダストをリサイクルするたびごとにＺｎの酸化・還元を繰り返すことになるためエネルギー効率が悪い問題がある（ダスト中のＺｎの還元は吸熱反応であり炉内で行われるため熱エネルギーが消費される。一方、Ｚｎの酸化は発熱反応であるが排ガス系で行われるためその熱エネルギーのほとんどは無駄に放出される）。
【０００３】
そこで、ダストをステンレス鋼製造工程とは別の工程で還元処理したのちステンレス鋼製造工程に戻して再利用する方法の提案がなされている。
【０００４】
（従来技術１）
特許文献１には、ミルスケール、ダスト、スラッジなどに炭素質還元剤を添加してペレットに造粒し、このペレットを回転炉床炉などで加熱・還元して金属含有ペレットとなし、この金属含有ペレットを銑鉄製造用の電気アーク炉などで溶融して金属有価物（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなど）を分離・回収する方法が開示されている。回収された金属有価物は溶融金属中に含まれ、この溶融金属は電気アーク炉から連続鋳銑機の成形型に注がれ金属塊とされる。そして実施例（例III）には、２．９５質量％の炭素を含有する金属塊をステンレス鋼製造用の電気アーク炉に追加的に添加することが示されている。
【０００５】
（従来技術２）
特許文献２には、ステンレス鋼製造工程で生じた含クロム廃棄物に適当量のクロム鉱石を配合した含クロム配合物とコークスとを造粒してペレットを製造する造粒工程と、そのペレットをロータリハース炉の炉床に静置して、燃焼ガスにより加熱し、ペレットの崩壊・粉化を最小限にして、含クロム鉄ペレットを製造する還元工程と、その還元工程の排ガスの持つ顕熱を水蒸気として回収する廃熱回収工程と、還元工程で発生し、廃熱回収工程の排ガスに同伴された含亜鉛ダストを分離捕集し、回収する含亜鉛ダスト回収工程とからなるステンレス鋼製造工程廃棄物の再利用方法が開示されている。そして、実施例には、この含クロム鉄ペレットは電気炉で主原料の一部として溶解され含クロム銑鉄を製造することが示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５６−９３８３４号公報
【特許文献２】
特開平９−２０９０４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１および２によれば、ペレットが回転炉床炉（ロータリハース炉）内で加熱されると、ペレット中のＺｎは炭素質還元剤により還元されて揮発しペレットから除去される。したがって、この還元後のペレットを電気炉に供給してもダスト中にＺｎが濃縮されることがなく、排ガス系でのコーティングの問題等は回避される。
【０００８】
ところが、上記従来技術１および２においては、還元後のペレットを溶解用電気炉に装入し、炭素濃度の高い含クロム銑鉄を製造するのに用いている。そのため、還元後のペレット（金属塊、含クロム鉄ペレット）中に残存させる炭素含有量は比較的高い。すなわち、上述したように、従来技術１の実施例では金属塊中の炭素含有量は２．９５質量％である。また、従来技術２の実施例２では、含クロム鉄ペレット中の炭素含有量は明示されていないが、含クロム銑鉄１２５質量部中に炭素分が４．７質量％存在し、これが含クロム鉄ペレット２１１質量部から製造されていることから、電気炉内でのクロムの還元に消費された炭素分を考慮して推算すると含クロム鉄ペレット中には２．８質量％以上の炭素分が含まれていることになる。そして、この含クロム銑鉄を次の酸化期で目標の炭素レベルまで脱炭し、ついで還元、仕上精錬を行ってステンレス鋼としている。脱炭は溶鋼中への酸素の吹き込みにより行うため、脱炭進行とともにＣｒが酸化しスラグ中へ移行する。脱炭完了後、還元期において還元剤としてＦｅ−Ｓｉなどを添加してこのＣｒ酸化物を還元することにより金属Ｃｒに戻して溶鋼中へ回収する。
【０００９】
ここで、含クロム鉄ペレット中のＣｒは回転炉床炉内での加熱によっては十分に還元されず（通常、金属化率は４０％程度以下）、大部分は酸化物の形態で残存する。この未還元のＣｒ酸化物は電気炉での溶解期において、ペレット中の残留炭素分や溶鋼中の炭素分により還元されて金属化され溶鋼中に回収されるが、その一部はスラグ中に残存してスラグ（電気炉スラグ）とともに廃棄される。そして溶鋼中に回収されたＣｒは、その後の酸化期（または予備脱炭期）においてその一部が酸化されてスラグ中に移行する。このスラグ中のＣｒはその後の還元期で再度還元され溶鋼中に回収されるが、一部はスラグ中に残存してスラグ（精錬炉スラグ）とともに廃棄される。このように、含クロム鉄ペレット中の未還元のＣｒ酸化物は、溶解期で還元後、酸化期（または予備脱炭期）で酸化され、さらに還元期で還元されるため吸熱反応である還元エネルギーが余分に必要となりエネルギーロスとなる。また、電気炉スラグと精錬炉スラグの両方にＣｒが残存するため、溶鋼へのＣｒ歩留（収率）が低い問題がある。
【００１０】
そこで本発明の目的は、ステンレス鋼製造工程で発生するダスト等の廃棄物を再利用するに際し、Ｃｒの還元エネルギーの減少とＣｒの溶鋼への収率の上昇を可能とするステンレス鋼の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、この脱亜鉛混合物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、この脱亜鉛混合物を塊成化して脱亜鉛塊成物とする脱亜鉛塊成物塊成化工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
【００１３】
請求項３の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を塊成化して炭材内装塊成物を形成する炭材内装塊成物塊成化工程と、この炭材内装塊成物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛塊成物となす熱処理工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
請求項４の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、この脱亜鉛混合物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
請求項５の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、この脱亜鉛混合物を塊成化して脱亜鉛塊成物とする脱亜鉛塊成物塊成化工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
請求項６の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を塊成化して炭材内装塊成物を形成する炭材内装塊成物塊成化工程と、この炭材内装塊成物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛塊成物となす熱処理工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
【００１４】
請求項７の発明は、前記炭素質還元剤の添加量により前記混合物中の余剰炭素量を調整することによって前記冷却材中の残留炭素量を２質量％以下とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のステンレス鋼の製造方法である。ここに、余剰炭素量（質量％）＝〔前記混合物中の炭素量（質量％）〕−〔前記混合物中に含まれるＦｅ、ＮｉおよびＺｎと結合している酸素量（質量％）〕×１２／１６である。
【００１５】
請求項８の発明は、前記冷却材を装入した後に溶鋼を強撹拌することにより有価金属の収率を高める請求項１〜７のいずれか１項に記載のステンレス鋼の製造方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細について図を参照しつつさらに詳細に説明する。
【００２１】
実施形態の一例として、図１に示すように、原料（主原料Ｅ、造滓剤Ｆ）を溶解して溶鋼Ｇとする電気炉１１と、この溶鋼Ｇを精錬してステンレス鋼Ｈとする精錬炉であるＡＯＤ１２とからなるステンレス鋼製造工程１についての適用例を説明する。
【００２２】
ステンレス鋼製造工程１で発生する電気炉ダストなどの亜鉛含有廃棄物Ａを石炭などの炭素質還元剤Ｂと混合して図示しない混合物とする（還元剤添加工程）。この混合物をブリケットプレスなどの成形機２で塊成化し、炭材内装塊成物Ｃとする（炭材内装塊成物塊成化工程）。亜鉛含有廃棄物Ａとしては、電気炉ダストのほかにミルスケール、ミルスラッジ、ＡＯＤダストその他の精錬炉ダストを用いてもよく、これらを適宜混合して用いてもよい。炭素質還元剤Ｂとしては石炭のほかにコークス粉、木炭、廃トナーその他の炭化物が使用でき、これらを適宜混合して用いてもよい。また、必要により副原料やバインダーを添加してもよい。成形機２としてはブリケットプレスなどによる圧縮成形機のほかに転動造粒機や押出成形機などを用いてもよい。炭素質還元剤Ｂの添加と塊成化は同一の機械で行ってもよく、例えば皿型の造粒機や混合機などで混合しつつ塊成化してもよい。
【００２３】
得られた炭材内装塊成化物Ｃを還元炉である回転炉床炉３に装入する。還元炉３としては回転炉床炉のほか多段炉、ロータリキルンなどを用いることもできる。炭材内装塊成化物Ｃの水分含有量が高い場合には還元炉３への装入前に図示しないドライヤなどを用いて乾燥を行ってもよい。
【００２４】
還元炉３内で１１００〜１４００℃に加熱された炭材内装塊成物ＣからはＺｎのほかＰｂなどの重金属が還元揮発により除去され、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの金属化合物が固体のまま還元され金属化された、脱亜鉛塊成物Ｄが得られる（熱処理工程）。ただし、Ｃｒの金属化率はそれほど高くなく、炭材内装塊成化物Ｃ中の炭素質還元剤Ｂ量や還元炉３内の加熱温度を調整しても４０％程度である。一方、ＦｅやＮｉの金属化率は炭材内装塊成化物Ｃ中の炭素質還元剤Ｂ量と還元炉３内の加熱温度を調整することにより９０％以上とすることができる。
【００２５】
ここで、ステンレス鋼製造工程１においては、電気炉１１にスクラップ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ、金属Ｎｉなどからなる主原料Ｅと生石灰などの造滓剤Ｆを装入しアーク加熱等により溶解して溶鋼Ｇを製造する。後工程にＡＯＤ１２を用いる場合には、電気炉１１は原料を単に溶解する溶解期のみを担当する。ついで、この溶鋼ＧをＡＯＤ１２に移しかえて精錬を行う。ＡＯＤ１２においては、溶鋼中にＡｒとともに酸素を吹き込んで溶鋼の脱炭を行う酸化期と、この酸化期において酸化されスラグ中に移行したＣｒをＡｒのみ吹き込んで溶鋼を攪拌することにより溶鋼中のＣで還元して金属に戻し溶鋼中に回収する還元期と、Ｆｅ−Ｓｉなどの脱酸剤（還元剤）や合金元素などを添加してＡｒのみを吹き込んで溶鋼を撹拌し、溶鋼の脱酸・成分調整・温度調整を行う仕上精錬期を担当する。ＡＯＤ１２で精錬された溶鋼はステンレス鋼Ｈとなり次工程の鋳造工程４へ送られる。
【００２６】
回転炉床炉３で加熱して得られた脱亜鉛塊成物Ｄは、ＡＯＤ１２の酸化期および／または還元期に冷却材として装入される。脱亜鉛塊成物ＤはＡＯＤ１２に装入する前に亜鉛が十分除去されているため、前述の従来技術１および２と同様、ダスト中にＺｎが濃縮されることがなく、排ガス系でのコーティングの問題等は発生しない。
【００２７】
さらに、脱亜鉛塊成物Ｄを電気炉１１の溶解期でなく直接ＡＯＤ１２の酸化期および／または還元期に装入するため、電気炉スラグ中に脱亜鉛塊成物Ｄ由来のＣｒが残存することがなく、従来技術１および２に比べＣｒ歩留が上昇する効果がある。また、脱亜鉛塊成物Ｄ中のＣｒ酸化物に関し、一旦還元されたのち再度酸化されるという無駄な経路が省略されるため、余分な還元エネルギーを必要とせずエネルギー効率が改善される効果もある。なお、酸化期の末期（脱炭のための酸素吹き込み終了のころ）および／または還元期の初期（脱酸剤の添加のころ）に装入すれば、Ｃｒを再度酸化させることをいっそう確実に防げるため、より好ましい。
【００２８】
なお、回転炉床炉３における加熱後の塊成化物（脱亜鉛塊成物）Ｄの脱亜鉛率が過度に低下しない程度に炭材内装塊成物Ｃ中（すなわち前記混合物中）の炭素質還元剤Ｂ量（すなわち、余剰炭素量）は少なくしておくことが好ましい。炭材内装塊成物Ｃ中の炭素質還元剤Ｂ量を多くすると脱亜鉛塊成化物Ｄ中の残留炭素量が多くなることにより、これをＡＯＤ１２の酸化期に冷却材として使用すると脱炭のための酸素使用量が多くなることに加え、酸化期が延長され生産性が低下するためである。酸化期が延長される理由としては、溶鋼中の炭素濃度が低い領域（例えば０．４質量％以下）では脱炭反応の律速過程は溶鋼中Ｃの拡散過程と考えられるが、脱亜鉛塊成物Ｄからの炭素はもともと溶鋼中に存在したＣに比べて溶鋼への溶け落ちに時間がかかること、溶け落ち時点でまわりの溶鋼に比べて炭素分が高い領域になっていることにより拡散が遅いためと考えられる。
【００２９】
このように炭材内装塊成物Ｃ中の炭素質還元剤Ｂ量を制限すると脱亜鉛塊成物Ｄ中の鉄の金属化率は低下するものの、脱亜鉛塊成物Ｄ中の酸化鉄の増加により冷却材としての効果は却って増大し、その冷却効果は通常のスクラップによる冷却効果の２倍程度となる。
【００３０】
ＡＯＤ１２で酸化期の冷却材として装入された脱亜鉛塊成物Ｄは溶鋼中に溶け落ちるが、脱亜鉛塊成物Ｄ中に含まれていた未還元のＣｒは、後工程である還元期にＦｅ−Ｓｉなどの還元剤を装入しＡｒガスで強力に撹拌することにより収率良く回収できる。
【００３１】
また、残留炭素量が少ないほど脱亜鉛塊成物Ｄの強度は高くなり、輸送時や保管時あるいは精錬炉１２への装入時における粉化が少なくなり歩留が向上する利点もある。
【００３２】
精錬炉１２としてはＡＯＤのほかＶＯＤ、ＭＲＰなどを用いることができる。精錬炉１２としてＶＯＤを用いる場合には、電気炉１１では溶解期のあとに酸化期（予備脱炭期）と還元期を設け、ＶＯＤでは仕上精錬期のみを担当する。したがって、電気炉１１での酸化期（予備脱炭期）および／または還元期に脱亜鉛塊成物Ｄを冷却材として装入する。電気炉１１の次工程の還元期で脱亜鉛塊成物中の未還元Ｃｒが還元されて溶鋼中に回収されたのち、溶鋼はＶＯＤに移しかえられる。ＶＯＤの仕上精錬期ではＣｒの酸化を抑制するため冷却材の使用量が少ないことと、ＡＯＤに比べてＣｒの収率が低めであるため、本発明の効果はＡＯＤを用いる場合に比べて小さい。
【００３３】
なお、上記実施形態では、亜鉛含有廃棄物Ａに炭素質還元剤Ｂを加えて塊成化したのち還元炉３で加熱処理して脱亜鉛塊成物Ｄを得る方法について例示したが、亜鉛含有廃棄物Ａに炭素質還元剤Ｂを混合したまま塊成化せず混合物として還元炉３に装入して加熱処理してもよい。そして、この加熱処理によって得られる脱亜鉛混合物をそのまま冷却材として装入してもよい。また、加熱処理後の脱亜鉛混合物を塊成化して脱亜鉛塊成物Ｄとしてもよい（脱亜鉛塊成物塊成化工程）。
【００３４】
なお、脱亜鉛塊成物Ｄ（または脱亜鉛混合物）は酸化期（または予備脱炭期）および／または還元期において冷却材として使用するほか、電気炉１１や精錬炉１２の主原料および／または追加原料として使用することも可能である。
【００３５】
【実施例】
〔実施例１〕
ステンレス鋼製造工程から発生した電気炉ダストとミルスケールの混合物に石炭を添加して混合物とし、この混合物をブリケットプレスにより２１ｍｍ×３７ｍｍ×９ｍｍの枕形に塊成化し、表１に示す組成の炭材内装塊成物を作製した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
ここに、余剰炭素量の定義は、余剰炭素量（質量％）＝〔混合物中の炭素量（質量％）〕−〔混合物中に含まれるＦｅ、ＮｉおよびＺｎと結合している酸素量（質量％）〕×１２／１６である。
【００３８】
この炭材内装塊成物を小型加熱炉内で加熱温度を１１５０〜１３５０℃の範囲内で種々変化させて加熱し、加熱後の炭材内装塊成物（脱亜鉛塊成物）の組成を化学分析により測定し、各種金属の金属化率および脱亜鉛率を求めた。なお、加熱時の雰囲気は窒素雰囲気、加熱時間は５〜８ｍｉｎとした。加熱後の炭材内装塊成物（脱亜鉛塊成物）の組成を表２に、金属化率および脱亜鉛率を表３に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【００４１】
表２および表３より、加熱温度により脱亜鉛塊成物中の残留炭素量および脱亜鉛率、ならびに脱亜鉛塊成物の圧潰強度が変化することがわかる。１２００℃以上の加熱温度とすると脱亜鉛率が８０％以上になり好ましい。また、加熱温度が高いほど残留炭素量が少なくなり圧潰強度が上昇することがわかる。残留炭素量の評価としては、脱亜鉛塊成物中に残留する酸化鉄、酸化ニッケル、酸化クロムの還元に必要な量以下とすることが好ましい。これを超える量の炭素はステンレス鋼製造工程において溶鋼中から除去（脱炭）するために余分の酸素が必要になることに加え、脱亜鉛塊成物の圧潰強度を低下させるからである。
【００４２】
ここで、上記実施例のＳＭ−４の脱亜鉛塊成物を用いて電気炉とＡＯＤとからなる製造工程でステンレス鋼を製造する場合を想定し、実機におけるＣｒ歩留などの操業データを参考にして脱亜鉛塊成物中のＣｒの挙動を検討した。その検討結果によると、脱亜鉛塊成物を主原料の一部として電気炉に使用した場合の脱亜鉛塊成化物中のＣｒ歩留（脱亜鉛塊成物中のＣｒのうちステンレス鋼中に残るＣｒの割合）を１００とすると、ＡＯＤで酸化期に冷却材として使用した場合の塊成化物中のＣｒ歩留は１０５となりＣｒ収率が上昇することがわかった。また脱亜鉛塊成化物中のＣｒのうちステンレス鋼中に残るＣｒを還元するのに必要なエネルギーは、主原料の一部として電気炉に使用した場合を１００とすると、ＡＯＤで酸化期に冷却材として使用した場合は９５となり、エネルギー消費量が低減できることがわかった。これは、主原料の一部として脱亜鉛塊成物を電気炉に装入した場合、一旦電気炉で還元されたクロムの一部がＡＯＤの酸化期で再酸化され、酸化期の後に再度還元が必要になるためであるのに対し、ＡＯＤの酸化期（および／または還元期）に冷却材として使用した場合には電気炉での還元が不要となるためである。
【００４３】
〔実施例２〕
次に、炭材内装塊成物中の余剰炭素量と加熱処理後の炭材内装塊成物（脱亜鉛塊成物）中の残留炭素量の関係を調査した。炭材内装塊成物への石炭の添加量を変化させて表４に示すように、余剰炭素量の異なる３種類のサンプルを作製した。
【００４４】
【表４】
【００４５】
上記各サンプルを実施例１と同じ小型加熱炉内で実施例１と同じ雰囲気・加熱時間で加熱温度を１３００℃（一定）の条件下で加熱処理した。加熱後の各サンプル（脱亜鉛塊成物）の組成を表５に、各金属元素の金属化率および脱亜鉛率を表６に示す。
【００４６】
【表５】
【００４７】
【表６】
【００４８】
炭材内装塊成物中の残留炭素量は、前述したように未還元の酸化金属を還元するのに必要な量以下にすることが望ましいが、表５の分析結果より適正なものを選択できる。また、表４および表５より明らかなように、炭材内装塊成物中の余剰炭素量を調整することにより加熱後の炭材内装塊成物（脱亜鉛塊成物）中の残留炭素量を調整することができる。ただし、炭材内装塊成物の原料となる亜鉛含有廃棄物の発生源が異なる場合や添加する炭素質還元剤の種類が異なる場合には、酸化金属の被還元性や炭素分の存在形態が異なるため、適正な余剰炭素量の数値範囲は亜鉛含有廃棄物および炭素質還元剤の種類や組み合わせにより変化する。また、上記実施例１で明らかにしたように、加熱温度によっても脱亜鉛塊成物中の残留炭素量が変化する。したがってこれらの点を考慮し、用いようとする亜鉛含有廃棄物および炭素質還元剤の種類や組み合わせごとに、例えば事前に本実施例１および２と同様の試験を行って適正な余剰炭素量の数値範囲を求めておくことが必要である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、ステンレス鋼製造工程で発生するダスト等の廃棄物を再利用するに際し、Ｃｒの還元エネルギーの減少とＣｒの溶鋼への収率の上昇を可能とするステンレス鋼の製造方法を提供できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に係るステンレス鋼の製造プロセスの一例を説明する設備フロー図である。
【符号の説明】
１…ステンレス鋼製造工程
１１…電気炉
１２…精錬炉（ＡＯＤ）
２…成形機（ブリケットプレス）
３…還元炉（回転炉床炉）
Ａ…亜鉛含有廃棄物（電気炉ダスト）
Ｂ…炭素質還元剤（石炭）
Ｃ…炭材内装塊成化物
Ｄ…脱亜鉛塊成物
Ｅ…主原料
Ｆ…造滓剤
Ｇ…溶鋼
Ｈ…ステンレス鋼
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼製造工程で発生するダストやスケール等の廃棄物を再利用してステンレス鋼を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、一般に、スクラップやＦｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ、金属Ｎｉなどの原料を電気炉で溶解したのち、この溶鋼を精錬炉で精錬を行うことにより製造される（ステンレス鋼製造工程）。通常、電気炉は原料を単に溶解する溶解期を担当するが、場合により酸素吹き込みにより溶鋼からに脱炭を行う酸化期（「予備脱炭期」ともいう。）を設けることもある。精錬炉では酸素吹き込みにより溶鋼の脱炭を行う酸化期と、酸化期において酸化されてスラグ中に移行したＣｒを再度還元して金属に戻し溶鋼中へ回収する還元期と、溶鋼の脱酸・成分調整・温度調整を行う仕上精錬期を担当する。電気炉や精錬炉（ＶＯＤ、ＲＨ，ＡＯＤ、ＭＲＰなど）からは排ガスに随伴してダストが発生する。このダストはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒなどの成分を含んでいるため原料として再利用することが好ましい。また、ダストはＣｒ6+を含むため外部処理をするには多大なコストを要することから、経済的な観点からもリサイクルすることが望まれている。しかし、ダスト中には主にスクラップ由来のＺｎが含まれる。そのためダストをそのまま電気炉や精錬炉に戻すとＺｎが還元揮発してふたたび排ガス中に飛散するためダスト中にＺｎが濃縮される。ダスト中にＺｎが濃縮すると炉口や排ガス配管内にダストが付着してコーティングなどの問題が発生するうえ、ダストをリサイクルするたびごとにＺｎの酸化・還元を繰り返すことになるためエネルギー効率が悪い問題がある（ダスト中のＺｎの還元は吸熱反応であり炉内で行われるため熱エネルギーが消費される。一方、Ｚｎの酸化は発熱反応であるが排ガス系で行われるためその熱エネルギーのほとんどは無駄に放出される）。
【０００３】
そこで、ダストをステンレス鋼製造工程とは別の工程で還元処理したのちステンレス鋼製造工程に戻して再利用する方法の提案がなされている。
【０００４】
（従来技術１）
特許文献１には、ミルスケール、ダスト、スラッジなどに炭素質還元剤を添加してペレットに造粒し、このペレットを回転炉床炉などで加熱・還元して金属含有ペレットとなし、この金属含有ペレットを銑鉄製造用の電気アーク炉などで溶融して金属有価物（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなど）を分離・回収する方法が開示されている。回収された金属有価物は溶融金属中に含まれ、この溶融金属は電気アーク炉から連続鋳銑機の成形型に注がれ金属塊とされる。そして実施例（例III）には、２．９５質量％の炭素を含有する金属塊をステンレス鋼製造用の電気アーク炉に追加的に添加することが示されている。
【０００５】
（従来技術２）
特許文献２には、ステンレス鋼製造工程で生じた含クロム廃棄物に適当量のクロム鉱石を配合した含クロム配合物とコークスとを造粒してペレットを製造する造粒工程と、そのペレットをロータリハース炉の炉床に静置して、燃焼ガスにより加熱し、ペレットの崩壊・粉化を最小限にして、含クロム鉄ペレットを製造する還元工程と、その還元工程の排ガスの持つ顕熱を水蒸気として回収する廃熱回収工程と、還元工程で発生し、廃熱回収工程の排ガスに同伴された含亜鉛ダストを分離捕集し、回収する含亜鉛ダスト回収工程とからなるステンレス鋼製造工程廃棄物の再利用方法が開示されている。そして、実施例には、この含クロム鉄ペレットは電気炉で主原料の一部として溶解され含クロム銑鉄を製造することが示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５６−９３８３４号公報
【特許文献２】
特開平９−２０９０４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１および２によれば、ペレットが回転炉床炉（ロータリハース炉）内で加熱されると、ペレット中のＺｎは炭素質還元剤により還元されて揮発しペレットから除去される。したがって、この還元後のペレットを電気炉に供給してもダスト中にＺｎが濃縮されることがなく、排ガス系でのコーティングの問題等は回避される。
【０００８】
ところが、上記従来技術１および２においては、還元後のペレットを溶解用電気炉に装入し、炭素濃度の高い含クロム銑鉄を製造するのに用いている。そのため、還元後のペレット（金属塊、含クロム鉄ペレット）中に残存させる炭素含有量は比較的高い。すなわち、上述したように、従来技術１の実施例では金属塊中の炭素含有量は２．９５質量％である。また、従来技術２の実施例２では、含クロム鉄ペレット中の炭素含有量は明示されていないが、含クロム銑鉄１２５質量部中に炭素分が４．７質量％存在し、これが含クロム鉄ペレット２１１質量部から製造されていることから、電気炉内でのクロムの還元に消費された炭素分を考慮して推算すると含クロム鉄ペレット中には２．８質量％以上の炭素分が含まれていることになる。そして、この含クロム銑鉄を次の酸化期で目標の炭素レベルまで脱炭し、ついで還元、仕上精錬を行ってステンレス鋼としている。脱炭は溶鋼中への酸素の吹き込みにより行うため、脱炭進行とともにＣｒが酸化しスラグ中へ移行する。脱炭完了後、還元期において還元剤としてＦｅ−Ｓｉなどを添加してこのＣｒ酸化物を還元することにより金属Ｃｒに戻して溶鋼中へ回収する。
【０００９】
ここで、含クロム鉄ペレット中のＣｒは回転炉床炉内での加熱によっては十分に還元されず（通常、金属化率は４０％程度以下）、大部分は酸化物の形態で残存する。この未還元のＣｒ酸化物は電気炉での溶解期において、ペレット中の残留炭素分や溶鋼中の炭素分により還元されて金属化され溶鋼中に回収されるが、その一部はスラグ中に残存してスラグ（電気炉スラグ）とともに廃棄される。そして溶鋼中に回収されたＣｒは、その後の酸化期（または予備脱炭期）においてその一部が酸化されてスラグ中に移行する。このスラグ中のＣｒはその後の還元期で再度還元され溶鋼中に回収されるが、一部はスラグ中に残存してスラグ（精錬炉スラグ）とともに廃棄される。このように、含クロム鉄ペレット中の未還元のＣｒ酸化物は、溶解期で還元後、酸化期（または予備脱炭期）で酸化され、さらに還元期で還元されるため吸熱反応である還元エネルギーが余分に必要となりエネルギーロスとなる。また、電気炉スラグと精錬炉スラグの両方にＣｒが残存するため、溶鋼へのＣｒ歩留（収率）が低い問題がある。
【００１０】
そこで本発明の目的は、ステンレス鋼製造工程で発生するダスト等の廃棄物を再利用するに際し、Ｃｒの還元エネルギーの減少とＣｒの溶鋼への収率の上昇を可能とするステンレス鋼の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、この脱亜鉛混合物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、この脱亜鉛混合物を塊成化して脱亜鉛塊成物とする脱亜鉛塊成物塊成化工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
【００１３】
請求項３の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を塊成化して炭材内装塊成物を形成する炭材内装塊成物塊成化工程と、この炭材内装塊成物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛塊成物となす熱処理工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
請求項４の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、この脱亜鉛混合物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
請求項５の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、この脱亜鉛混合物を塊成化して脱亜鉛塊成物とする脱亜鉛塊成物塊成化工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
請求項６の発明は、原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、この混合物を塊成化して炭材内装塊成物を形成する炭材内装塊成物塊成化工程と、この炭材内装塊成物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛塊成物となす熱処理工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程とを設けたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
【００１４】
請求項７の発明は、前記炭素質還元剤の添加量により前記混合物中の余剰炭素量を調整することによって前記冷却材中の残留炭素量を２質量％以下とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のステンレス鋼の製造方法である。ここに、余剰炭素量（質量％）＝〔前記混合物中の炭素量（質量％）〕−〔前記混合物中に含まれるＦｅ、ＮｉおよびＺｎと結合している酸素量（質量％）〕×１２／１６である。
【００１５】
請求項８の発明は、前記冷却材を装入した後に溶鋼を強撹拌することにより有価金属の収率を高める請求項１〜７のいずれか１項に記載のステンレス鋼の製造方法である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細について図を参照しつつさらに詳細に説明する。
【００２１】
実施形態の一例として、図１に示すように、原料（主原料Ｅ、造滓剤Ｆ）を溶解して溶鋼Ｇとする電気炉１１と、この溶鋼Ｇを精錬してステンレス鋼Ｈとする精錬炉であるＡＯＤ１２とからなるステンレス鋼製造工程１についての適用例を説明する。
【００２２】
ステンレス鋼製造工程１で発生する電気炉ダストなどの亜鉛含有廃棄物Ａを石炭などの炭素質還元剤Ｂと混合して図示しない混合物とする（還元剤添加工程）。この混合物をブリケットプレスなどの成形機２で塊成化し、炭材内装塊成物Ｃとする（炭材内装塊成物塊成化工程）。亜鉛含有廃棄物Ａとしては、電気炉ダストのほかにミルスケール、ミルスラッジ、ＡＯＤダストその他の精錬炉ダストを用いてもよく、これらを適宜混合して用いてもよい。炭素質還元剤Ｂとしては石炭のほかにコークス粉、木炭、廃トナーその他の炭化物が使用でき、これらを適宜混合して用いてもよい。また、必要により副原料やバインダーを添加してもよい。成形機２としてはブリケットプレスなどによる圧縮成形機のほかに転動造粒機や押出成形機などを用いてもよい。炭素質還元剤Ｂの添加と塊成化は同一の機械で行ってもよく、例えば皿型の造粒機や混合機などで混合しつつ塊成化してもよい。
【００２３】
得られた炭材内装塊成化物Ｃを還元炉である回転炉床炉３に装入する。還元炉３としては回転炉床炉のほか多段炉、ロータリキルンなどを用いることもできる。炭材内装塊成化物Ｃの水分含有量が高い場合には還元炉３への装入前に図示しないドライヤなどを用いて乾燥を行ってもよい。
【００２４】
還元炉３内で１１００〜１４００℃に加熱された炭材内装塊成物ＣからはＺｎのほかＰｂなどの重金属が還元揮発により除去され、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの金属化合物が固体のまま還元され金属化された、脱亜鉛塊成物Ｄが得られる（熱処理工程）。ただし、Ｃｒの金属化率はそれほど高くなく、炭材内装塊成化物Ｃ中の炭素質還元剤Ｂ量や還元炉３内の加熱温度を調整しても４０％程度である。一方、ＦｅやＮｉの金属化率は炭材内装塊成化物Ｃ中の炭素質還元剤Ｂ量と還元炉３内の加熱温度を調整することにより９０％以上とすることができる。
【００２５】
ここで、ステンレス鋼製造工程１においては、電気炉１１にスクラップ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ、金属Ｎｉなどからなる主原料Ｅと生石灰などの造滓剤Ｆを装入しアーク加熱等により溶解して溶鋼Ｇを製造する。後工程にＡＯＤ１２を用いる場合には、電気炉１１は原料を単に溶解する溶解期のみを担当する。ついで、この溶鋼ＧをＡＯＤ１２に移しかえて精錬を行う。ＡＯＤ１２においては、溶鋼中にＡｒとともに酸素を吹き込んで溶鋼の脱炭を行う酸化期と、この酸化期において酸化されスラグ中に移行したＣｒをＡｒのみ吹き込んで溶鋼を攪拌することにより溶鋼中のＣで還元して金属に戻し溶鋼中に回収する還元期と、Ｆｅ−Ｓｉなどの脱酸剤（還元剤）や合金元素などを添加してＡｒのみを吹き込んで溶鋼を撹拌し、溶鋼の脱酸・成分調整・温度調整を行う仕上精錬期を担当する。ＡＯＤ１２で精錬された溶鋼はステンレス鋼Ｈとなり次工程の鋳造工程４へ送られる。
【００２６】
回転炉床炉３で加熱して得られた脱亜鉛塊成物Ｄは、ＡＯＤ１２の酸化期および／または還元期に冷却材として装入される。脱亜鉛塊成物ＤはＡＯＤ１２に装入する前に亜鉛が十分除去されているため、前述の従来技術１および２と同様、ダスト中にＺｎが濃縮されることがなく、排ガス系でのコーティングの問題等は発生しない。
【００２７】
さらに、脱亜鉛塊成物Ｄを電気炉１１の溶解期でなく直接ＡＯＤ１２の酸化期および／または還元期に装入するため、電気炉スラグ中に脱亜鉛塊成物Ｄ由来のＣｒが残存することがなく、従来技術１および２に比べＣｒ歩留が上昇する効果がある。また、脱亜鉛塊成物Ｄ中のＣｒ酸化物に関し、一旦還元されたのち再度酸化されるという無駄な経路が省略されるため、余分な還元エネルギーを必要とせずエネルギー効率が改善される効果もある。なお、酸化期の末期（脱炭のための酸素吹き込み終了のころ）および／または還元期の初期（脱酸剤の添加のころ）に装入すれば、Ｃｒを再度酸化させることをいっそう確実に防げるため、より好ましい。
【００２８】
なお、回転炉床炉３における加熱後の塊成化物（脱亜鉛塊成物）Ｄの脱亜鉛率が過度に低下しない程度に炭材内装塊成物Ｃ中（すなわち前記混合物中）の炭素質還元剤Ｂ量（すなわち、余剰炭素量）は少なくしておくことが好ましい。炭材内装塊成物Ｃ中の炭素質還元剤Ｂ量を多くすると脱亜鉛塊成化物Ｄ中の残留炭素量が多くなることにより、これをＡＯＤ１２の酸化期に冷却材として使用すると脱炭のための酸素使用量が多くなることに加え、酸化期が延長され生産性が低下するためである。酸化期が延長される理由としては、溶鋼中の炭素濃度が低い領域（例えば０．４質量％以下）では脱炭反応の律速過程は溶鋼中Ｃの拡散過程と考えられるが、脱亜鉛塊成物Ｄからの炭素はもともと溶鋼中に存在したＣに比べて溶鋼への溶け落ちに時間がかかること、溶け落ち時点でまわりの溶鋼に比べて炭素分が高い領域になっていることにより拡散が遅いためと考えられる。
【００２９】
このように炭材内装塊成物Ｃ中の炭素質還元剤Ｂ量を制限すると脱亜鉛塊成物Ｄ中の鉄の金属化率は低下するものの、脱亜鉛塊成物Ｄ中の酸化鉄の増加により冷却材としての効果は却って増大し、その冷却効果は通常のスクラップによる冷却効果の２倍程度となる。
【００３０】
ＡＯＤ１２で酸化期の冷却材として装入された脱亜鉛塊成物Ｄは溶鋼中に溶け落ちるが、脱亜鉛塊成物Ｄ中に含まれていた未還元のＣｒは、後工程である還元期にＦｅ−Ｓｉなどの還元剤を装入しＡｒガスで強力に撹拌することにより収率良く回収できる。
【００３１】
また、残留炭素量が少ないほど脱亜鉛塊成物Ｄの強度は高くなり、輸送時や保管時あるいは精錬炉１２への装入時における粉化が少なくなり歩留が向上する利点もある。
【００３２】
精錬炉１２としてはＡＯＤのほかＶＯＤ、ＭＲＰなどを用いることができる。精錬炉１２としてＶＯＤを用いる場合には、電気炉１１では溶解期のあとに酸化期（予備脱炭期）と還元期を設け、ＶＯＤでは仕上精錬期のみを担当する。したがって、電気炉１１での酸化期（予備脱炭期）および／または還元期に脱亜鉛塊成物Ｄを冷却材として装入する。電気炉１１の次工程の還元期で脱亜鉛塊成物中の未還元Ｃｒが還元されて溶鋼中に回収されたのち、溶鋼はＶＯＤに移しかえられる。ＶＯＤの仕上精錬期ではＣｒの酸化を抑制するため冷却材の使用量が少ないことと、ＡＯＤに比べてＣｒの収率が低めであるため、本発明の効果はＡＯＤを用いる場合に比べて小さい。
【００３３】
なお、上記実施形態では、亜鉛含有廃棄物Ａに炭素質還元剤Ｂを加えて塊成化したのち還元炉３で加熱処理して脱亜鉛塊成物Ｄを得る方法について例示したが、亜鉛含有廃棄物Ａに炭素質還元剤Ｂを混合したまま塊成化せず混合物として還元炉３に装入して加熱処理してもよい。そして、この加熱処理によって得られる脱亜鉛混合物をそのまま冷却材として装入してもよい。また、加熱処理後の脱亜鉛混合物を塊成化して脱亜鉛塊成物Ｄとしてもよい（脱亜鉛塊成物塊成化工程）。
【００３４】
なお、脱亜鉛塊成物Ｄ（または脱亜鉛混合物）は酸化期（または予備脱炭期）および／または還元期において冷却材として使用するほか、電気炉１１や精錬炉１２の主原料および／または追加原料として使用することも可能である。
【００３５】
【実施例】
〔実施例１〕
ステンレス鋼製造工程から発生した電気炉ダストとミルスケールの混合物に石炭を添加して混合物とし、この混合物をブリケットプレスにより２１ｍｍ×３７ｍｍ×９ｍｍの枕形に塊成化し、表１に示す組成の炭材内装塊成物を作製した。
【００３６】
【表１】
ここに、余剰炭素量の定義は、余剰炭素量（質量％）＝〔混合物中の炭素量（質量％）〕−〔混合物中に含まれるＦｅ、ＮｉおよびＺｎと結合している酸素量（質量％）〕×１２／１６である。
【００３８】
この炭材内装塊成物を小型加熱炉内で加熱温度を１１５０〜１３５０℃の範囲内で種々変化させて加熱し、加熱後の炭材内装塊成物（脱亜鉛塊成物）の組成を化学分析により測定し、各種金属の金属化率および脱亜鉛率を求めた。なお、加熱時の雰囲気は窒素雰囲気、加熱時間は５〜８ｍｉｎとした。加熱後の炭材内装塊成物（脱亜鉛塊成物）の組成を表２に、金属化率および脱亜鉛率を表３に示す。
【００３９】
【表２】
【表３】
表２および表３より、加熱温度により脱亜鉛塊成物中の残留炭素量および脱亜鉛率、ならびに脱亜鉛塊成物の圧潰強度が変化することがわかる。１２００℃以上の加熱温度とすると脱亜鉛率が８０％以上になり好ましい。また、加熱温度が高いほど残留炭素量が少なくなり圧潰強度が上昇することがわかる。残留炭素量の評価としては、脱亜鉛塊成物中に残留する酸化鉄、酸化ニッケル、酸化クロムの還元に必要な量以下とすることが好ましい。これを超える量の炭素はステンレス鋼製造工程において溶鋼中から除去（脱炭）するために余分の酸素が必要になることに加え、脱亜鉛塊成物の圧潰強度を低下させるからである。
【００４２】
ここで、上記実施例のＳＭ−４の脱亜鉛塊成物を用いて電気炉とＡＯＤとからなる製造工程でステンレス鋼を製造する場合を想定し、実機におけるＣｒ歩留などの操業データを参考にして脱亜鉛塊成物中のＣｒの挙動を検討した。その検討結果によると、脱亜鉛塊成物を主原料の一部として電気炉に使用した場合の脱亜鉛塊成化物中のＣｒ歩留（脱亜鉛塊成物中のＣｒのうちステンレス鋼中に残るＣｒの割合）を１００とすると、ＡＯＤで酸化期に冷却材として使用した場合の塊成化物中のＣｒ歩留は１０５となりＣｒ収率が上昇することがわかった。また脱亜鉛塊成化物中のＣｒのうちステンレス鋼中に残るＣｒを還元するのに必要なエネルギーは、主原料の一部として電気炉に使用した場合を１００とすると、ＡＯＤで酸化期に冷却材として使用した場合は９５となり、エネルギー消費量が低減できることがわかった。これは、主原料の一部として脱亜鉛塊成物を電気炉に装入した場合、一旦電気炉で還元されたクロムの一部がＡＯＤの酸化期で再酸化され、酸化期の後に再度還元が必要になるためであるのに対し、ＡＯＤの酸化期（および／または還元期）に冷却材として使用した場合には電気炉での還元が不要となるためである。
【００４３】
〔実施例２〕
次に、炭材内装塊成物中の余剰炭素量と加熱処理後の炭材内装塊成物（脱亜鉛塊成物）中の残留炭素量の関係を調査した。炭材内装塊成物への石炭の添加量を変化させて表４に示すように、余剰炭素量の異なる３種類のサンプルを作製した。
【００４４】
【表４】
上記各サンプルを実施例１と同じ小型加熱炉内で実施例１と同じ雰囲気・加熱時間で加熱温度を１３００℃（一定）の条件下で加熱処理した。加熱後の各サンプル（脱亜鉛塊成物）の組成を表５に、各金属元素の金属化率および脱亜鉛率を表６に示す。
【００４６】
【表５】
【表６】
炭材内装塊成物中の残留炭素量は、前述したように未還元の酸化金属を還元するのに必要な量以下にすることが望ましいが、表５の分析結果より適正なものを選択できる。また、表４および表５より明らかなように、炭材内装塊成物中の余剰炭素量を調整することにより加熱後の炭材内装塊成物（脱亜鉛塊成物）中の残留炭素量を調整することができる。ただし、炭材内装塊成物の原料となる亜鉛含有廃棄物の発生源が異なる場合や添加する炭素質還元剤の種類が異なる場合には、酸化金属の被還元性や炭素分の存在形態が異なるため、適正な余剰炭素量の数値範囲は亜鉛含有廃棄物および炭素質還元剤の種類や組み合わせにより変化する。また、上記実施例１で明らかにしたように、加熱温度によっても脱亜鉛塊成物中の残留炭素量が変化する。したがってこれらの点を考慮し、用いようとする亜鉛含有廃棄物および炭素質還元剤の種類や組み合わせごとに、例えば事前に本実施例１および２と同様の試験を行って適正な余剰炭素量の数値範囲を求めておくことが必要である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、ステンレス鋼製造工程で発生するダスト等の廃棄物を再利用するに際し、Ｃｒの還元エネルギーの減少とＣｒの溶鋼への収率の上昇を可能とするステンレス鋼の製造方法を提供できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に係るステンレス鋼の製造プロセスの一例を説明する設備フロー図である。
【符号の説明】
１…ステンレス鋼製造工程
１１…電気炉
１２…精錬炉（ＡＯＤ）
２…成形機（ブリケットプレス）
３…還元炉（回転炉床炉）
Ａ…亜鉛含有廃棄物（電気炉ダスト）
Ｂ…炭素質還元剤（石炭）
Ｃ…炭材内装塊成化物
Ｄ…脱亜鉛塊成物
Ｅ…主原料
Ｆ…造滓剤
Ｇ…溶鋼
Ｈ…ステンレス鋼
Claims (8)
- 原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、
前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、
この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、
この脱亜鉛混合物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程；
とを備えたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法。 - 原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、
前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、
この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、
この脱亜鉛混合物を塊成化して脱亜鉛塊成物とする脱亜鉛塊成物塊成化工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程；
とを備えたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法。 - 原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、
前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、
この混合物を塊成化して炭材内装塊成物を形成する炭材内装塊成物塊成化工程と、
この炭材内装塊成物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛塊成物となす熱処理工程と、
この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期および／または還元期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程；
とを備えたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法。 - 原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、
前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、
この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、
この脱亜鉛混合物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程；
とを備えたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法。 - 原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、
前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、
この混合物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛混合物となす熱処理工程と、
この脱亜鉛混合物を塊成化して脱亜鉛塊成物とする脱亜鉛塊成物塊成化工程と、この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程；
とを備えたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法。 - 原料を電気炉にて溶解して溶鋼としたのち、この溶鋼を精錬炉にて精錬してステンレス鋼とするステンレス鋼製造工程と、
前記ステンレス鋼製造工程で発生する亜鉛含有廃棄物に炭素質還元剤を添加して混合物とする還元剤添加工程と、
この混合物を塊成化して炭材内装塊成物を形成する炭材内装塊成物塊成化工程と、
この炭材内装塊成物を加熱することにより亜鉛を揮発除去して脱亜鉛塊成物となす熱処理工程と、
この脱亜鉛塊成物を、前記ステンレス鋼製造工程における酸化期の末期および／または還元期の初期において冷却材として前記電気炉または前記精錬炉に装入する装入工程；
とを備えたことを特徴とするステンレス鋼の製造方法。 - 前記炭素質還元剤の添加量により前記混合物中の余剰炭素量を調整することによって前記冷却材中の残留炭素量を２質量％以下とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のステンレス鋼の製造方法。
ここに、余剰炭素量（質量％）＝〔前記混合物中の炭素量（質量％）〕−〔前記混合物中に含まれるＦｅ、ＮｉおよびＺｎと結合している酸素量（質量％）〕×１２／１６である。 - 前記冷却材を装入した後に溶鋼を強撹拌することにより有価金属の収率を高める請求項１〜７のいずれか１項に記載のステンレス鋼の製造方法。
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