JP4757829B2 - 鉄鋼副生物から効率的に有価金属を回収する電気製錬方法 - Google Patents
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Description
8.5X−280≦Y1≦8.5X−94
1.70X+12≦Y2≦1.70X+42
ただし、20≦X≦80かつY1≧40である。
8.5X−280≦Y1≦8.5X−94
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7.5X−266≦Y3≦7.5X−126
ただし、20≦X≦80かつY1≧40かつY3≧0である。
本発明は原料中の各成分バランスを適正なものとし、電気炉にて得られるスラグを、操業に適した特性とすることが重要である。下記に、各成分の限定理由を説明する。
本発明において、これらは還元されて有価金属となるため、必要不可欠な成分である。Fe、Mn、Ni、及びCrのうちの少なくとも1種類の含有率が合計で20質量%未満では、製錬にかかるコストに見合わないこともあるため、Fe、Mn、Ni、及びCrのうちの少なくとも1種類の含有率は合計20質量%以上が望ましい。コストを考慮して、好ましくは30質量%以上である。
Al2O3はスラグの融点を適正値に制御するのに必要な元素である。Al2O3の含有率が0.3質量%未満又は3.5質量%超では、融点が高くなり、流動性が悪化し、その結果有価金属回収率を低下させる。そのため、Al2O3の含有率は0.3〜3.5質量%の範囲で含むとより効果的である。Al2O3は製鋼ダストに含まれる成分であり、製鋼ダストの配合率を10〜50質量%とすると、より制御性の向上が期待できる。
MgOはスラグの融点を適正値に制御するのに必要な元素である。MgOの含有率が2質量%未満又は7質量%超では、融点が高くなり、流動性が悪化し、その結果、有価金属回収率を低下させる。そのため、MgOは、2〜7質量%の範囲で含むことが望ましい。MgOは製鋼ダストに含まれる成分であり、製鋼ダストの配合率を10〜50質量%とすると、より制御性の向上が期待できる。また、必要に応じて仕上げスラグ、フェロニッケルスラグで添加してもよい。
CaO及びSiO2はスラグの主成分であり、流動性や融点を調整するために必要である。これらの成分は、電気炉に投入する前に、石灰石および/または珪砂で調節することが可能である。しかしながら、もとの原料における含有率が35質量%を超えて高いと、石灰石および/または珪砂を添加せずとも、スラグ量が増加し、逆にメタル量が少なくなり、コスト高となる可能性が高い。そのため、CaO及びSiO2の含有率を35質量%以下とするのが望ましい。好ましくは、CaOとSiO2の含有率が合計で7.5〜35質量%である。7.5質量%は含有した方が望ましいのは、石灰石、珪砂の副原料費を抑えるためである。より好ましくは、CaOの含有率が3〜15質量%であり、SiO2の含有率が4.5〜20質量%の範囲である。CaOは主に廃酸スラッジに含まれる成分であり、廃酸スラッジの配合比率を5〜30質量%にすると上記の成分範囲を得ることができる。SiO2は主に製鋼ダストに含有されており、製鋼ダストの配合比率を10〜50質量%とすることで、より制御性の向上が期待できる。また、必要に応じて、フェロニッケルスラグを添加して調整してもよい。
Fはスラグの流動性を適正範囲に制御するために必要な成分である。Fの含有率が1質量%未満では、流動性が悪く、その結果、有価金属回収率を低下させる。逆に6質量%を超えて高いと、流動性が良すぎる他にも、HF、SiF4などの腐食性ガスを発生させ、設備を腐食、損傷させる。そのため、Fの含有率は、1〜6質量%の範囲がより好ましい実施形態と言える。Fは廃酸スラッジに含まれる成分であり、上記の成分範囲を得るためには、廃酸スラッジの配合比率を5〜30質量%にすることが望ましい。
Sは電気炉において、溶鋼の表面張力を低下させて、流動性を確保するために必要な成分である。回収メタル中のSは、本願にては特に限定しないものの、0.2%を超えて高すぎると、回収メタルを原料にして生産される金属製品に有害となるが、0.01%未満と低くなると、還元炉操業に支障をきたす。その理由は、高すぎる場合は、回収メタルを製鋼工場の電気炉にて溶解し、ステンレス鋼などの原料にリサイクルする際に、脱硫する負荷が高くなってしまい、製錬時間の延長や石灰石投入量が増え、コスト高を引き起こすからである。また、低すぎる場合は、還元炉操業において、充分な溶鋼流動性が得られず、還元炉内にて形成されるコークベッドをうまく通過できない。このような観点からSの好ましい範囲は、0.01〜0.2%であり、さらに好ましくは0.01〜0.15%であり、最も好ましくは0.01〜0.1%である。
(CaO)+S=(CaS)+O
Sを0.01〜0.2%に調整するためには、系の酸素ポテンシャルとスラグ中のCaOの活量を適正な値に制御すればよい。そのためには、石灰石を適正量としておき、CとSiCを適正量に制御すればよいことが分かった。なお、ここで、石灰石はスラグ中のCaO源の一つであり、その他のCaO源としては、廃酸スラッジもある。これらを調節して適正量を得ている。
ZnOがCで還元されると、亜鉛のガスが発生し、これが原料内の気圧を上昇せしめ突沸現象を起こすため、抑制せねばならない成分である。ZnOの含有率が2質量%を超えて高いと、その傾向が強く現れるようになり、電気炉内で吹上げ現象を引き起こす。そのために、特に限定はしないが、ZnOの含有率を2質量%以下と規定した。ZnOは製鋼ダストに含有する成分であり、製鋼ダストの配合率を50質量%以下にすることが、より好ましい実施形態と言える。
本発明の還元用リサイクル原料は、製鉄所で発生する製鋼ダスト、廃酸スラッジ、及び、スケール材からなる鉄鋼副生物であり、上記の化学成分範囲は、製鋼ダスト、廃酸スラッジ及びスケール材を、各構成成分を詳細に考慮して適切な比率で配合することにより実現できる。その適正配合量の目安になる数値について、また、その数値を推奨する理由を説明する。
製鋼ダストはステンレス鋼の製錬工程で発生するものであり、SiO2、Al2O3、MgO濃度を上記の化学成分範囲に制御するためには、配合率を10〜50質量%にすることが望ましい。また、ZnOを2質量%以下に抑えるために、製鋼ダストの配合率を50質量%以下にすることが好ましい。
廃酸スラッジは焼鈍酸洗ラインで生じるものであり、CaO、F、S濃度を上記の化学成分範囲に制御するために、配合率を5〜30質量%にすることが好ましい。
スケール材は熱延、連続鋳造などで生成するものであり、スケール材には、Fe、Mn、Ni、Crといった有価金属を含む。スケール材の配合率が30質量%未満では、Fe、Mn、Ni、Crの少なくとも1種類の含有率を合計で20質量%以上確保できない可能性がある。そのためには、スケール材の配合率を30質量%以上と定める方が好適である。なお、この4成分の合計値の好ましい上限範囲80質量%以下を満足するには、特に限定しないが、スケール材の配合率は60質量%以下に抑えることが望ましい。当然、製鋼ダスト、廃酸スラッジ、スケール材を、上記の通り配合することにより、有価金属となるFe、Mn、Ni、Crの少なくとも1種類の含有率を合計で20質量%以上確保することも可能であるし、好ましい上限範囲80質量%以下に抑えることも可能である。
本発明における鉄鋼副生物は、電気炉におけるスラグ組成を制御するために、上記材料組成に加えて、SiC、フェロニッケルスラグ、及び、仕上げスラグのうち少なくとも1種類を合計で10質量%以下混合したものであってもよい。具体的には、SiCはスラグ中のSiO2源として、また、燃焼時の熱源として混合できる。フェロニッケルスラグは、主として MgO、SiO2から構成されるものであり、MgOあるいはSiO2源として混合してもよい。さらに、仕上げスラグは、ステンレス鋼、特殊鋼のAODやVODの製錬で発生するスラグであり、CaO、SiO2、MgOを主体とするものであるため、CaO、SiO2源として混合してもよい。
次に、上述した組成を有する酸化物原料の製団工程、焙焼工程および還元工程について説明する。製団工程では、上記化学成分を有する酸化物原料に、水分、油脂分及び内装炭材を混合し、酸化物原料を製団機によりブリケットに製団し、数日間の予備乾燥を行う。焙焼工程では、ブリケットを焙焼ボックスに入れて焙焼し、水分を揮発除去するとともに酸化物原料を焼結させる。還元工程では、石灰石及び/又は珪砂等の他、外装炭材並びにSiCをさらに混合し、この混合物を電気炉に装入して加熱し、有価金属を還元し、メタル分とスラグ分に分離する。
上述のように、酸化物原料のブリケットには、焙焼の熱源として10〜20質量%の内装炭材が混合されているが、焙焼工程にて一部の内装炭材が反応せずに残存する場合があり、通常、添加量に対して0〜50%の内装炭材が残存している。すなわち、酸化物原料に対しては0〜10質量%の内装炭材が残存している。これは、ブリケット中の水分含有量や他の反応条件によって変動していると考えられる。還元工程では、残存する内装炭材はそのまま利用し、さらに外装炭材としてコークスや石炭等の炭材を加えて還元に寄与する。
8.5X−280≦Y1≦8.5X−94(ただしY1≧40)
に規定する。ただしXは原料中のメタル中のMn、Cr、Ni、Fe含有量(質量%)である。この下限未満では還元が不足し、メタルの回収が充分に行われない。すなわち、メタル回収率が低下してしまい、コスト高となってしまう。
次に、還元工程における1チャージあたりの電力投入量Y2(×100kWh)の適正範囲は、下記式、
1.70X+12≦Y2≦1.70X+42
に規定する。この下限未満では、溶解に充分な熱量が得られず、溶解量が減少しメタル回収率は増加しなかった。この上限を超えて高い電力を投入すると、エネルギー過剰となり、コスト高となるばかりではなく、炉の内壁や天井を損傷することとなった。
第三に、本発明では、外装炭材に加えてSiCを投入する態様が好ましい。SiCの添加によれば、SiC自体が還元剤として反応するばかりでなくSiが燃焼することから熱源として寄与させることができる。原料1m3あたりのSiCの投入量Y3(kg)の適正範囲は、下記式、
7.5X−266≦Y3≦7.5X−126(ただしY3≧0)
に規定する。この下限未満では、熱エネルギー、還元、脱硫効果として充分に能力を発揮しない。その結果、メタル回収率の低下を引き起こす。SiCの投入量Y3は、好ましくは20kg/m3以上(Y3≧20)とする。
Claims (3)
- 鉄鋼副生物である製鋼ダスト10〜50質量%、廃酸スラッジ5〜30質量%、およびスケール材30質量%以上を合計で90質量%を超えて含有する酸化物原料を溶融還元してNi、Cr、Fe、Mnの有価金属を回収する電気製錬方法において、上記酸化物原料中の上記Ni、Cr、Fe、Mnの有価金属の含有量をX質量%とした場合に、上記酸化物の粉体原料1m3当たりの炭材投入量Y1(単位:kg/m3)および1チャージあたりの電力投入量Y2(単位:100kwh/ch)が以下の範囲で規定されることを特徴とする電気製錬方法。
8.5X−280≦Y1≦8.5X−94
1.70X+12≦Y2≦1.70X+42
ただし、20≦X≦80かつY1≧40である。 - 鉄鋼副生物である製鋼ダスト10〜50質量%、廃酸スラッジ5〜30質量%、およびスケール材30質量%以上を合計で90質量%を超えて含有する酸化物原料を溶融還元してNi、Cr、Fe、Mnの有価金属を回収する電気製錬方法において、上記酸化物原料中の上記Ni、Cr、Fe、Mnの有価金属の含有量をX質量%とした場合に、上記酸化物の粉体原料1m3当たりの炭材投入量Y1(単位:kg/m3)、SiC投入量Y3(単位:kg/m3)、および1チャージあたりの電力投入量(Y2(単位:100kwh/ch)が以下の範囲で規定されることを特徴とする電気製錬方法。
8.5X−280≦Y1≦8.5X−94
1.70X+12≦Y2≦1.70X+42
7.5X−266≦Y3≦7.5X−126
ただし、20≦X≦80かつY1≧40かつY3≧0である。 - 請求項1または2に記載の電気製錬方法において、前記炭材はコークス、石炭の1種類もしくは2種類の組み合わせからなることを特徴とする電気製錬方法。
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