JP4370664B2

JP4370664B2 - 亜鉛回収装置

Info

Publication number: JP4370664B2
Application number: JP2000081954A
Authority: JP
Inventors: 懇望月; 正一渡邉; 和弘大塚; 宏幸中島; 敏明天笠
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2001262301A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき浴において生成されるトップドロス中に存在する、有用な金属亜鉛を回収する亜鉛回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、溶融亜鉛めっき浴には、通過する鋼帯から鉄が溶出し、一部めっき浴中の亜鉛と反応しFeZn₇を形成しめっき浴底部に堆積する。また、鋼帯によって引き上げられた亜鉛はめっき浴に還流する際に空気酸化され、金属亜鉛と混合した泥状の物資ができ、さらに亜鉛めっき浴中のAlやFeZn₇と反応した鉄はFe₂Al₅となって亜鉛めっき浴上に浮上しトップドロスを生成する。このため、溶融亜鉛めっき鋼板製造時には、溶融亜鉛めっき浴中のトップドロスを定期的に浴外に排出して、トップドロスが鋼板に付着するのを防止している。しかし、溶融亜鉛がドロスと共に排出され、めっき鋼板製造における亜鉛原単位を著しく悪化させている。
【０００３】
亜鉛の回収方法としては、例えば、特開昭63-58224号公報には、回収助剤を添加し化学的にドロスから亜鉛を回収する方法が、また、特開平4-32544 号公報には、ドロス中の亜鉛金属を高温加熱し融解させる方法が、が提案されている。しかしながら、特開昭63-58224号公報に記載された技術では、高価な回収助剤を添加するため、亜鉛の回収費が非常に高価なものとなり、また装置も大規模なものとなる。また、特開平4-32544 号公報に記載された技術では、固体あるいは半溶融状態の亜鉛を750 ℃という高温で再融解させ、かつ底部を網目で構成した容器を用いるため、網目開口部からドロスが流出し、ドロスからの金属亜鉛分離回収の効率が低いという問題があった。
【０００４】
さらに、特開平7-292451号公報には、ドロスを亜鉛の沸点以上に加熱し亜鉛を気化させ回収する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、めっき浴外の加熱蒸留器でドロスを亜鉛の沸点以上に加熱する必要があり大規模な加熱装置が必要になり、さらに発生した亜鉛蒸気をめっき浴へ導く気化導管には、気密性あるいは亜鉛との反応性を考慮した材料を使用する必要があり、加熱蒸留器と気化導管という非常に高価な設備となる問題があった。
【０００５】
このような問題に対し、特開平10-330859 号公報には、底部あるいはさらに側面部に適正な大きさの複数の開孔を有しトップドロスを収容するドロス収容ケースと収容したトップドロスを保熱する保熱手段を備えた亜鉛回収装置が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平10-330859 号公報に記載された亜鉛回収装置では、ドロス収容ケースの材質についてはとくに限定していないが、鋼製、あるいはセラミックス製、あるいは表面にカーボンおよびセラミック溶射等を施した鋼製とするのが好ましいとされている。しかしながら、鋼製のドロス収容ケースでは、鋼製容器が金属亜鉛と反応し、ドロス収容ケースが短期間で溶損し、交換する必要があるという問題があった。また、表面に一般的なセラミック（耐火物）を溶射した鋼製のドロス収容ケースでは、保熱効率が低く燃料原単位が悪化するうえ、さらに表面に溶射した耐火物に亀裂が発生し、亀裂から浸透した亜鉛が鋼製容器（ドロス収容ケース）と反応し、ドロス収容ケースが溶損するという問題が生じている。さらに、一般的なセラミックス（耐火物）からなるドロス収容ケースでは、保熱効率が低く燃料原単位が悪化するうえ、亀裂の発生頻度が高く、容器寿命が短いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記した問題を解決し、亀裂発生もなく長寿命で、かつ保熱効率の高い、安価な亜鉛回収装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題解決のための手段】
本発明者らは、上記課題を達成するため、保熱効率の改善について鋭意検討した。その結果、例えば、アルミナを主成分とする一般的な耐火物を表面に溶射したドロス収容ケースでは、熱伝導度が低く、外部に配設した保熱手段からの熱がドロス収容ケース内部まで伝わらず、燃料原単位が低下していたことを突き止め、保熱効率の向上のためには、高熱伝導度の耐火物を、とくに施工性の観点からは不定形耐火物を、ドロス収容ケースに内張りすることがよいことに思い至った。さらに、本発明者らは熱伝導度が2.90Ｗ（ｍ・Ｋ）^-1以上の耐火物で、とくに炭化珪素を含む耐火物を用いることにより、燃料原単位が低下するとともに、耐熱衝撃性、耐亜鉛浸食性が向上し、ドロス収容ケースの長寿命化が図れることを知見した。
【０００９】
まず、本発明者らの行った実験について説明する。
表１に示す耐火性物質を主成分とする不定形耐火物を、鋼板（10mm）表面に被覆した試験片を作製した。なお、被覆厚は10mmとした。これら試験片を、溶融亜鉛中に浸漬（浸漬時間：３日間）したのち、被覆材の厚みを測定し耐亜鉛浸食性を評価した。評価は、浸食なしを◎、浸食量が０超２mm以下の場合を○、浸食量が２mm超の場合を×とした。
【００１０】
また、これら試験片を1000℃まで加熱速度：50℃／min で加熱し、表層の割れの有無を観察し、耐熱衝撃性を評価した。評価は、割れなしを無、割れ有りを有とした。
これらの結果を表１に示す。
また、これとは別に、各不定形耐火物の熱伝導度を１次元熱流法により測定し、表１に併記している。
【００１１】
【表１】

【００１２】
表１から、熱伝導度が2.90W(m ・K)^-1以上の不定形耐火物Ａ、Ｂを鋼板に被覆した試験片No. １およびNo. ２が、耐亜鉛浸食性、耐熱衝撃性ともに優れることがわかる。なかでも、炭化珪素を含む不定形耐火物Ａは、熱伝導度も高く、耐亜鉛浸食性、耐熱衝撃性ともに優れていることがわかる。
本発明は上記した知見をもとに構成されたものである。
【００１３】
すなわち、本発明は、鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき浴槽に配設された亜鉛回収装置であって、前記溶融亜鉛めっき浴中に生成されるトップドロスを収容するドロス収容ケースと、収容したトップドロスを保熱する保熱手段とを有し、該ドロス収容ケースには底部あるいはさらに側面部に亜鉛を滴下回収する複数の開孔を設けるとともに、前記ドロス収容ケースの内側に熱伝導度が2.90Ｗ（ｍ・Ｋ）^-1以上の不定形耐火物を被覆してなることを特徴とする亜鉛回収装置であり、また、本発明では、前記不定形耐火物を、前記ドロス収容ケースの内側に加えて、さらに前記開孔内壁、および前記ドロス収容ケース外側で前記開孔近傍、に被覆してなることが好ましく、また、本発明では、前記不定形耐火物が炭化珪素を含むことが好ましく、また、本発明では、前記ドロス収容ケースの内側に、不定形耐火物保持用手段を有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明では、ドロス収容ケース底部あるいはさらに側面部に形成され亜鉛を滴下回収する複数の開孔は、最小径が１〜50mmとするのが好ましい。また、前記ドロス収容ケースおよび前記保熱手段は前記溶融亜鉛めっき浴槽上に進退自在に配設されるのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明装置の１実施例を図１に示す。
図１は連続溶融亜鉛めっきラインにおける溶融亜鉛めっき浴槽を示している。焼鈍炉（図示せず）で処理された鋼帯４はスナウト７で大気に触れることなく溶融亜鉛めっき浴３に導かれ、シンクロール６で進行方向を変えられ、ガイドロール11を介し上方に引き上げられる。溶融亜鉛めっき浴３を出たのち過剰の亜鉛を絞り落とすため、付着量制御用ノズル10により高圧ガスを吹き付け付着量を調整する。
【００１６】
通常、溶融亜鉛めっき浴３に生成されるトップドロス５を定期的に浴外に排出して、トップドロス５が鋼板４に付着するのを防止している。
本発明では、鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき浴３中に生成されるトップドロス５を汲み出し、溶融亜鉛めっき浴槽に配設した亜鉛回収装置２へ収容する。亜鉛回収装置２は、溶融亜鉛めっき浴槽上に、進退自在に配設されるのが好ましい。
【００１７】
図１では、亜鉛回収装置２は、軌条等のうえを図示しない移動手段により走行自在とされ、ドロスから亜鉛を回収するときは、溶融亜鉛めっき浴槽上に移動し、他の場合は溶融亜鉛めっき浴槽から後退する。
亜鉛回収装置２は、ドロス収容ケース１を有している。このドロス収容ケース１には、底部あるいはさらに側面部に複数の開孔12が形成され、回収亜鉛８が滴下可能とされている。開孔12は、円状としても、スリット状としてもよい。開孔の断面は、テーパ状断面あるいは垂直断面いずれでもよく、その最小部の径（幅）ｄを１〜50mmの範囲とするのが好ましい。
【００１８】
最小部の径（幅）は、回収時の保持温度、保持時間と関連する。開孔の最小部の径（幅）が1mm 未満では、開孔の閉塞が著しくなり、回収効率が低下する。一方、開孔の最小部の径（幅）が50mmを超えると、開孔からドロスが流出する。このため、開孔の最小径（幅）を１〜50mmとするのが好ましい。なお、より好ましくは10mm以上50mm以下である。
【００１９】
ドロス収容ケース１は、鋼製の容器15とするのが好ましい。図２に示すように、ドロス収容ケース１の内側、すなわち容器15のドロス収容側に、不定形耐火物14を被覆する。なお、不定形耐火物は、耐火性物質粉体に、結合剤あるいはさらに添加剤を混合したものであり、例えば、キャスタブル、吹きつけ材、耐火モルタル等がある。
【００２０】
この不定形耐火物被覆により、鋼製の容器15が直接溶融亜鉛と接触することがなくなり、ドロス収容ケースの長寿命化が図れる。なお、不定形耐火物の被覆は、耐亜鉛浸食性の観点から、容器15のドロス収容側に限らず、溶融亜鉛と接触する領域、例えば図３に示すように開孔12内壁や、容器15の外側（ドロス収容と反対側）で開孔部近傍にも施すことが肝要となる。なお、不定形耐火物14を被覆するに際し、鋼製の容器15への付着性を向上するために、ドロス収容ケース１には、不定形耐火物保持用手段16を有することが好ましい。不定形耐火物保持用手段16としては、図３に例示する網が好適である。
【００２１】
不定形耐火物の被覆厚さは、本発明ではとくに限定しないが、熱伝導性の観点からは10〜30mm厚程度が好ましい。不定形耐火物の被覆方法は、圧送機による吹付け等が好ましい。
ドロス収容ケース１の内側、すなわち容器15のドロス収容側に被覆する不定形耐火物は、熱伝導度が2.90W （m ・K ）^-1以上の不定形耐火物とする。熱伝導度が2.90W （m ・K ）^-1未満では、外部に配設される保熱手段からの熱伝導が不十分となり、収容されたドロスが凝固し、亜鉛の回収が困難となる。また、ドロスが凝固すると再溶融させるために、さらに加熱する必要があり、燃料原単位が悪化する。なお、好ましくは熱伝導度は10〜20W （m ・K ）^-1 である。
【００２２】
熱伝導度が2.90W （m ・K ）^-1以上の不定形耐火物としては、耐火性物質粉体として、アルミナ（Al₂O₃）単独、SiO₂単独でもよいが、炭化珪素（SiC ）を含有し、さらに複数の耐火性物質を含む複合不定形耐火物とするのが好ましい。また、炭化珪素れんが、黒鉛れんが等の耐火れんがも好適である。炭化珪素（SiC ）を含有する不定形耐火物は、耐火性物質として、炭化珪素（SiC ）を74質量％以上含有し、15質量％以下のアルミナ（Al₂O₃）および７質量％以下のシリカ（SiO₂）を含む、Al₂O₃＋SiO₂＋SiC 系とするのが好ましい。
【００２３】
亜鉛回収装置２には、ドロス収容ケース１の外側近傍に保熱手段13が配設され、ドロスを亜鉛の融点以上の所定の温度に保持可能とされる。図４には、保熱手段13としてリングバーナ９が示されているが、本発明ではこれに限られるものではない。ドロスの温度低下を補償し、亜鉛の融点以上の温度に保持できる程度の熱量が供給できればよく、電熱板等いかなる手段でもよいのは言うまでもない。本発明では、ドロス収容ケースの内側に熱伝導度の高い不定形耐火物を被覆したことにより、保熱効率が格段に向上しており、少ない熱量の保熱手段でも好適である。
【００２４】
収容したトップドロスはめっき浴温度と同等の温度（約460 ℃）、あるいはわずかに低い温度であり、ほぼこのめっき浴温度程度の亜鉛の融点以上に、保熱手段により保持する。これにより、ドロス収容ケース底部の開孔12から、ドロスに付随した溶融亜鉛がドロスの間隙を伝わり開孔部より滴下する。ドロス収容ケース底部の開孔の大きさが最小孔径で1mm 〜50mmの場合にドロスに付随した溶融亜鉛がドロスの間隙を伝わり開孔より滴下する。なお、保熱効率をあげるために、ドロス収容ケースには、断熱された蓋17を配設するのが好ましい。
【００２５】
開孔12から滴下した溶融亜鉛は、直接亜鉛めっき浴に流入させるのがよい。
【００２６】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。
（実施例１）
鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき浴中に浮遊しているトップドロスを汲み出し、図１に示す溶融亜鉛めっき浴３上に配設された亜鉛回収装置２内のドロス収容ケース１に収容した。使用したドロス収容ケース１の内側、すなわち鋼製容器15（肉厚９mm）のドロス収容側には、Al₂O₃：15質量％、Si₂O：7 質量％、SiC ：74質量％を含む不定形耐火物（熱伝導度：16.31W(mK)^-1）を使用し、圧送機により、不定形耐火物保持手段の網を介し容器15のドロス収容側に被覆した。被覆厚さは10mmとした。なお、図３に示すように、開孔内壁、および容器外側の開孔部近傍にも被覆した。また、開孔12の径は、15mmφとし、亜鉛抽出孔として計９個設けた。
【００２７】
なお、不定形耐火物を被覆しない、鋼製の容器のままの例を比較例とした。
トップドロスの収容には従来通り開孔部を有する大型のスプーン状の治具により行ない、収容したトップドロスは100kg であった。
トップドロスを収容した後、保熱手段のリングバーナーでドロスを亜鉛の融点以上の温度、460 〜700 ℃に保持した。開孔12からは、亜鉛が滴下し、80kgの亜鉛が回収された（回収率80％）。
【００２８】
また、回収亜鉛中に含まれるSi、Ｃ量はそれぞれ0.005 質量％未満、0.005 質量％未満であった。めっき浴中のSi、Ｃ量と同等であった。また、回収亜鉛中に含まれるFe、Al量はそれぞれ、0.076 質量％、0.185 質量％であり、トップドロスのFe、Al量、それぞれ1.05質量％、1.46質量％に比較して圧倒的に低く、亜鉛浴成分（Fe量：0.040wt ％、Al量：0.140wt ％）とほぼ同等であった。
【００２９】
また、この回収亜鉛を直接亜鉛浴に流入させたが亜鉛浴を汚染することなく良好な製品が得られた。
さらに、60〜90min ごとに、亜鉛を回収した後のドロスをドロス収容ケースから取り除き、新たに亜鉛浴からドロスを大型スプーンでドロス収容ケースに汲み入れ、亜鉛を回収する作業を、53ｈ行った。
【００３０】
その結果、不定形耐火物を内側に被覆しないドロス収容ケースを使用した比較例の場合には、開孔の径が15mmから40mmに拡大し、鋼製容器の肉厚も9mm から6mm に減肉していた。一方、不定形耐火物を内側に被覆した本発明のドロス収容ケースの場合には、開孔の径の変化は全く認められず、また被覆した耐火物の浸食も認められなかった。
【００３１】
これらのことから、本発明によれば、ドロス収容ケースの寿命が、従来の３〜４日間から、半永久的にまで長寿命化したことになる。ドロス収容ケースの寿命が長寿命化したことにより、ドロス収容ケースの交換を必要とせず、したがって亜鉛回収装置のダウンタイムの削減が可能となる。さらに、高熱伝導度の耐火物を被覆したことにより、保熱効率の低下が認められず、鋼製のドロス収容ケースの場合と同等の燃料原単位で操業できるという効果もある。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ドロス収容ケースの耐久性が顕著に向上し、亜鉛回収装置のダウンタイムが減少して亜鉛回収効率が向上するという、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の１実施例を模式的に示す断面図である。
【図２】ドロス収容ケースの形状を模式的に示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、である。
【図３】ドロス収容ケースの不定形耐火物の被覆状況と、不定形耐火物保持手段の一例を示す説明図である。
【図４】保熱手段とドロス収容ケースとの関係の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ドロス収容ケース
２亜鉛回収装置
３溶融亜鉛めっき浴
４鋼帯
５トップドロス
６シンクロール
７スナウト
８回収亜鉛
９リングバーナ
10 付着量制御用ノズル
11 ガイドロール
12 開孔
13 保熱手段
14 不定形耐火物
15 容器
16 不定形耐火物保持手段（網）
17 蓋

Claims

鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき浴槽に配設された亜鉛回収装置であって、前記溶融亜鉛めっき浴中に生成されるトップドロスを収容するドロス収容ケースと、収容したトップドロスを保熱する保熱手段とを有し、該ドロス収容ケースには底部あるいはさらに側面部に亜鉛を滴下回収する複数の開孔を設けるとともに、前記ドロス収容ケースの内側に熱伝導度が2.90Ｗ（ｍ・Ｋ）^-1以上の不定形耐火物を被覆してなることを特徴とする亜鉛回収装置。
前記不定形耐火物を、さらに前記開孔内壁、および前記ドロス収容ケース外側で前記開孔近傍、に被覆してなることを特徴とする請求項１に記載の亜鉛回収装置。
前記不定形耐火物が炭化珪素を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の亜鉛回収装置。
前記ドロス収容ケースの内側に、不定形耐火物保持用手段を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の亜鉛回収装置。