JP5271477B2

JP5271477B2 - 転炉ダストの再利用方法

Info

Publication number: JP5271477B2
Application number: JP2005188288A
Authority: JP
Inventors: 泰一上山; 正信中村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: JP2007009240A

Description

本発明は、転炉で発生するダストを有効に再利用する方法に関するものであり、殊に転炉ダストをその粒径によって分別することによって、夫々の用途に応じて有効に再利用する為の方法に関するものである。

製鋼工程で発生するダストは、工場内に設置された集塵機により回収され、この回収されたダストは、鉄源として溶銑処理や転炉等でリサイクル使用されている。特に、転炉による精錬工程では、転炉内へのスクラップ装入から溶銑の装入、吹錬、そして出鋼までの間に、酸化鉄を主体とする多量のダストが発生する。こうしたダストは、排ガス中のＣＯガスを分離する方式（ＯＧ方式）の排ガス回収系統を利用する、湿式集塵法（後記図１参照）によって回収されているのが一般的である。

転炉で発生するダストは、鉄分が高いことから、鉄源として有効に利用できることが期待される。こうした観点から、例えば特許文献１には、製鋼ダストから分別して回収した粗粒ダストを鉄源として電気炉に装入する技術について提案されている。また、特許文献２には、上記方式で回収したダストが水分を含むことから、このダストを一旦乾燥してから、スクラップシュートにて他の冷却材と共に転炉に装入し、引き続き溶銑を装入して吹錬するダストリサイクル方法が提案されている。

しかしながら、転炉ダスト中には亜鉛分が多く含まれており、そのまま高炉原料として用いると、溶銑中のＺｎ含有量が過剰になることから、高炉原料としては適用しにくいという問題がある。また、転炉ダストの粒度は数μｍ〜５００μｍの範囲と非常に広くなっており、集塵ロス等を考慮すると、あまり細かいものはインジェクション或いは上置き投入といったリサイクルが難しいという問題があるので、そのままの状態では効果的にリサイクルできないという問題もある。

ダスト中に含まれる亜鉛による弊害を考慮した技術についても古くから検討されている。こうした技術として、例えば特許文献３には、ダスト中に含まれる亜鉛分は転炉精錬時によって変化するので、転炉時間の違いによって回収するダスト中の亜鉛含有量を選別し、亜鉛含有量が低いダストをそのまま高炉原料として使用すると共に、高Ｚｎ含有物質については炭素分が５〜１６質量％となるように粉状の可燃性炭材を配合して平均粒径が２〜８ｍｍのペレットに造粒し、還元焙焼しながら焼結する技術について開示されている。

一方、特許文献４には、ダストの粒径によってソーダ灰濃度に違いがあることに着目し、分級機によって識別された粗粒ダストおよび細粒ダストを、ソーダ灰濃度に応じたダストの再利用方法とすることが提案されている。
特開２００４−１４９８８６号公報「特許請求の範囲」など特開平９−７８１１５号公報「特許請求の範囲」など特開昭５９−１６１１号公報「特許請求の範囲」など特開平２−３４７１２号公報「特許請求の範囲」など

これまで提案されているダストの再利用方法では、ダストを有効に利用するという観点からすれば夫々有用な技術といえるのであるが、転炉から発生するダストの全てを有効に再利用しているとはいえず、更なる改善の余地がある。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、転炉から発生するダスト全体を無駄なく有効に再利用できる方法を提供することにある。

本発明に係る転炉ダストの再利用方法とは、転炉で発生するダストを回収して再利用する方法であって、吹錬時に発生する排ガス集塵系回収ダストは粗粒と細粒に分別し、このうち粗粒ダストは転炉原料または溶銑予備処理原料とし、細粒ダストは焼結鉱またはペレットの原料とし、他方溶銑装入時および出鋼時に排ガス集塵系統とは別に設けた集塵系列で回収したダストは、溶銑の脱珪剤若しくは脱燐剤として使用する点に要旨を有するものである。

本発明で対象とする転炉ダストは、粒径:５０μｍ以上が８０体積％以上のものを粗粒ダストとすると共に、粒径:５０μｍ未満が８０体積％以上のものを細粒ダストとしたものである。

本発明においては、転炉ダストの発生する時期や粒径に応じて利用する用途を厳密に区別するようにしたので、転炉ダスト全体を無駄なく有効に利用できるようになった。

本発明者らは、前記課題を解決するために、転炉で発生するダストに関して、その発生時期、組成、粒度の関係について詳細に検討した。その結果、転炉で発生するダストは、主に吹錬時に発生するものと、溶銑装入若しくは出鋼等の非吹錬時に発生するものでは、両者の成分に大きな違いがあることが判明した。即ち、溶銑装入時に発生するダストでは、酸化鉄が非常に多くなっており、スクラップに含まれる亜鉛成分（めっき中の亜鉛成分）がほぼ全量このタイミングで蒸発していることから、ダスト中に含まれる亜鉛の濃度が１質量％以上と非常に高い状態となっている。これに対して、吹錬中に発生するダストでは、亜鉛濃度は１質量％未満と低い状態となっている。

また、同じ吹錬中に発生するダストであっても、その大きさ（粒径）によってダストの組成が異なり、比較的細かい粒径が主体となるダスト（以下、「細粒ダスト」と呼ぶ）では、酸化鉄分が多い（例えば、５０質量％以上）のに対して、粗粒ダストにおいては金属鉄分（以下、「Ｍ．Ｆｅ分」と記する）が非常に多い（例えば、８０質量％以上）が、酸化鉄分は２０質量％未満と非常に少なくなっている。

上記の知見に基づき、本発明者らが更に検討したところ、吹錬中とそれ以外で集塵系列を別にしてダストを分けて回収すること、および吹錬中のダストについては、回収後に粒度によって分別することが有用であることが判明した。そして、回収した各種ダストについて、その粒度、組成に応じた最適な再利用方法があることを見出し、本発明を完成した。

以下、図面を参照しつつ本発明の構成について説明する。図１は、本発明の転炉ダストの回収システムを説明するための概略説明図であり、図中１は転炉、２ａ，２ｂ，２ｃは集塵フード、３は散水機、４は分級器、５はシックナー、６は換気集塵機の夫々を示す。

吹錬中には、転炉からの排ガス（ダストを含む）が集塵フード２ａを介して散水機３に送られ、散水機３内でダストと水とが接触することによって排ガスとダストが分離され、水分を含むダストが分級器４に送られる（排ガス集塵系列）。分級機４では、質量が大きい粗粒ダストが先に回収されると共に、上澄みから取り出される細粒のダストは、その後シックナー５に送られて、沈降回収される。

一方、溶銑装入時および出鋼時には、前記排ガス集塵系列とは別の換気集塵機６によってダストが回収されることになる。即ち、溶銑装入時および出鋼時（非吹錬時）には、転炉を傾斜して操業が行われることから、前記集塵フード２ａの周囲に配置される集塵フード２ｂ，２ｃから換気集塵機６によってダストが回収される。

上記のようにして、吹錬中に発生するダストは、粗粒と細粒に分けられつつ（粗粒ダストおよび細粒ダスト）回収されると共に、溶銑装入時および出鋼時に発生するダストは、別の換気集塵機６によって回収されることになる（換気集塵ダスト）。

尚、吹錬中に発生するダストは、粗粒と細粒に分けられるのであるが、本発明では分級器４の原理によって、粒径:５０μｍ以上が８０体積％以上のものを粗粒ダストとすると共に、粒径:５０μｍ未満が８０体積％以上のものを細粒ダストとする（後記図２参照）。

上記のようにして回収した各ダストについて、その代表成分を下記表１に示す。尚、表１において、「Ｔ．Ｆｅ」は全鉄量、「Ｍ．Ｆｅ」は金属鉄量、「ＬＯＩ」はイグニションロス量（灼熱減量）を夫々示す。

上記各種ダストにおける粒径分布ついて、図２に示す。尚、図中◆印および■印は、換気集塵ダスト、△印は細粒ダスト、×印は粗粒ダストの夫々の粒径分布例を示したものである。また、この結果から、「粗粒ダスト」と「細粒ダスト」を上記のように区別した。

これらの結果から明らかなように、回収されるダストの種類によって、成分組成が異なり、特に吹錬中に回収されたダストを分級して得られたダストは、その粒径によって成分組成が全く違う傾向を示すことになる。こうした各種ダストでは、その成分組成に応じて、最適な用途があるという観点から検討した。その結果、下記のような知見が得られた。

（ａ）粗粒ダストでは、約８０質量％がＭ．Ｆｅ分であり、そのまま鉄源（スクラップ代替）として転炉若しくは溶銑予備処理炉での使用が有効であると考えられる。また、成分組成からすれば高炉原料としても使用できると考えられるが、ハンドリング性や熱ロス等を考慮すれば、高炉原料としては採用しがたい。更に、粗粒ダストは、酸化鉄の含有量が２０質量％未満であるので、脱燐剤としての使用には不向きである。

（ｂ）細粒ダストでは、成分的には脱燐剤としての使用可能性が予想されるが、粒度が細か過ぎることから、送給ホッパー内で固まりやすいので、輸送性が悪く、また集塵ロスが多い等の問題がある。そのため、インジェクションや上置き添加による使用ができない。こうしたことから、高炉原料である焼結鉱やペレットの原料としての適用が最適と考えられる。

（ｃ）換気集塵ダストについては、ダスト中のＺｎ濃度が１質量％以上と高いことから、排ガス集塵系列（系統）で一緒に回収すると、細粒ダストの高炉原料へのリサイクルができなくなる。また酸化鉄分（ＦｅＯ＋Ｆｅ₂Ｏ₃）が５０質量％以上と高く、粒度も適当な大きさ（粒径：５００μｍ以下、平均粒径で数１０μｍ）であるので、脱燐剤や脱珪剤として有用であると考えられる。

以下、実施例を挙げて本発明の作用効果をより具体的に示すが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１
上記のようにして得られる各種転炉ダストについて、高炉へのリサイクル可能性について検討した。リサイクル可能性は、高炉へ装入したときに形成される付着物の大きさによって判断した。即ち、付着物のサイズは、高炉原料に含まれるＺｎ濃度が高い程大きくなり、ダスト中のＺｎ濃度が０．７質量％を超えると、高炉内付着物の最大サイズ（ｍａｘサイズ）が１０ｍｍを超えるので、高炉原料へのリサイクルが不可能となるのである。各種転炉ダストと高炉に装入したときの付着物最大サイズを比較して下記表２に示す。また、高炉内付着物サイズとダスト中Ｚｎ濃度と、高炉リサイクルへの適否との関係について、図３に示す。尚、図３中、◆印は細粒ダスト、■印は粗粒ダスト、△印は換気集塵ダストを夫々示す。

これらの結果から、明らかなように、換気集塵ダストでは高炉内付着物が大きくなり、高炉原料としての適用が困難であることが分かる。また、高炉内付着物の大きさだけから判断すれば、粗粒ダストは高炉原料としての適用可能性を示しているが、Ｍ．Ｆｅ分が７０質量％以上となるような、還元の必要のないものを高炉に入れることは不適切となる。こうしたことから、高炉原料として有用であるのは、細粒ダストであることが分かる。

実施例２
温度：１５００℃、Ｓｉ含有量：０．３７〜０．４５質量％の溶銑に対して、各種転炉ダストを上置き添加し、脱珪処理を実施した。添加位置は、高炉傾注樋とした。このときの脱珪処理前・後のＳｉ量および脱珪率を、各種ダストの成分（Ｔ．Ｆｅ，ＭＦｅ，ＦｅＯ＋Ｆｅ₂Ｏ₃）および添加量（原単位）と共に下記表３に示す。また、各種ダストの原単位と脱珪率の関係を図４に示す。尚、図４中、◆印は細粒ダスト、■印は粗粒ダスト、△印は換気集塵ダストを夫々示す。

これらの結果から、次のように考察できる。まず細粒ダストを使用した場合には、粒径:５０μｍ以下が８０体積％以上と小さいものであるので、集塵ロスが多く（集塵機に吸い込まれてしまうことになる）、脱珪率がばらつき、また効率的な脱珪が行われなかった。

一方、粗粒ダストを用いた場合には、該ダスト中には酸化鉄分が２０質量％以下と、酸素分が殆ど含まれていないので、効果的な脱珪反応が進行しなかった。

これらに対して、換気集塵ダストを使用した場合には、酸化鉄分が５０質量％以上含まれていることから、酸化鉄中の酸素と溶銑中Ｓｉの反応が効果的に進行し、効率良く脱珪処理を行うことができた。

実施例３
脱珪処理後の溶銑で、温度：１３４０〜１３８０℃、Ｓｉ含有量：０．１７〜０．２５質量％、Ｐ含有量：０．１０１〜０．１１８質量％のトーピード内の溶銑２９０ｔに対して、各種転炉ダストをインジェクションし、脱燐処理を実施した。このとき、ダストに加えて、生石灰１８ｋｇ／ｔおよび上吹き酸素４．５Ｎｍ³／ｔ使用した。またインジェクションに使用したランスのノズル径は３２ｍｍφであった。このときの脱燐処理前・後のＰ量および脱燐率を下記表４に示す。但し、細粒ダストについては、ホッパーからインジェクションランスへの圧送ができず、吹き込みができなかったので、その結果については示していない。

また、各種ダストの原単位と脱燐率の関係を図５に示す。尚、図５中、■印は粗粒ダスト、△印は換気集塵ダストを夫々示す。また、吹き込みができなかった細粒ダストについて、ホッパー内部について調査したところによれば、粒度が細かいので内圧で固まった状態になっていることが確認できた。

これらの結果から、次のように考察できた。粗粒ダストを使用した場合には、ダスト中に酸化鉄分が殆ど含まれていないため（２０質量％未満）、脱燐反応が殆ど進行しなかった。

これに対して、換気集塵機からのダストを使用した場合には、ダスト中に５０質量％以上含まれる酸化鉄と、溶銑中の燐とが反応し、ダスト原単位に応じて、効率よく（脱燐率：６０％以上）脱燐を行うことができた。

実施例４
スクラップ代替のために、トーピード或いは転炉で使用できる条件としては、溶融分解熱が小さいことが必要である。例えば、この溶融分解熱が１７００ＭＪ／ｔ以上となると、１０℃以上の温度低下が発生するため転炉で熱不足の状態となり、昇熱コストが大きくなるので好ましくない。

各種ダストについて、溶融分解熱を比較した。このときの、各種ダストの成分組成については下記表５に示すとおりであり、この成分組成から溶融分解熱Ｑを計算する式は下記（１）式のように示される。溶融分解熱の計算結果を、表５に併記する。また、これらの溶融分解熱を比較して図６に示す。
Ｑ(MJ/t)=[（［T.Fe］×66Mcal/t）+（[FeO］×56/72×1150Mcal/t）+（[Fe₂O₃]×112/160×1755Mcal/t）+([SiO₂]×60Mcal)+（[CaO]×339Mcal/t）｝÷100×4.2J/cal…(1)
但し、［T.Fe］，[FeO］，[Fe₂O₃]，[SiO₂]および[CaO]は、夫々T.Fe，FeO，Fe₂O₃，SiO₂およびCaOの含有量（質量％）を示す。

これらの結果から明らかなように、細粒ダスト、換気集塵ダストのいずれも溶融分解熱が大きいのでスクラップ代替として使用できないことが分かる。これに対して、粗粒ダストについては、Ｍ．Ｆｅ分が８０質量％以上と高いことから、溶融分解熱が小さくなっており、スクラップの代替として適していることが分かる。

本発明の転炉ダストの回収システムを説明するための概略説明図である。各種ダストにおける粒径分布ついて示したグラフである。高炉内付着物サイズおよびダスト中Ｚｎ濃度が高炉リサイクルへの適否に与える影響について示すグラフである。各種ダストの原単位と脱珪率の関係を示したグラフである。各種ダストの原単位と脱燐率の関係を示すグラフである。各種ダストの溶融分解熱を比較して示した棒グラフである。

符号の説明

１転炉
２ａ，２ｂ，２ｃ集塵フード
３散水機
４分級器
５シックナー
６換気集塵機

Claims

転炉で発生するダストを回収して再利用する方法であって、
吹錬時に発生するＺｎ濃度が１質量％未満の排ガス集塵系列回収ダストは、
粒径：５０μｍ以上が８０体積％以上で酸化鉄分（ＦｅＯ＋Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ ）が２０質量％未満の粗粒と、
粒径：５０μｍ未満が８０体積％以上で酸化鉄分（ＦｅＯ＋Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ ）が５０質量％以上の細粒に分別し、
このうち粗粒ダストは転炉原料または溶銑予備処理原料とし、
細粒ダストは焼結鉱またはペレットの原料とし、
他方溶銑装入時および出鋼時に、前記排ガス集塵系統とは別に設けた集塵系列で回収した酸化鉄分（ＦｅＯ＋Ｆｅ₂Ｏ₃）が５０質量％以上で、Ｚｎ濃度が１質量％以上で、且つ粒径が５００μｍ以下のダストは、溶銑の脱珪剤若しくは脱燐剤として使用することを特徴とする転炉ダストの再利用方法。