JP5821800B2 - ステンレスダストからの有価金属回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鋼プロセスで発生するステンレスダストから有価金属を回収する方法に関するものである。

ステンレス鋼は一般的に電気炉での溶解工程、AODでの脱炭工程、VODでの脱ガス工程などを経て製造される。このような工程を経て製造されるステンレス鋼に限らず、普通鋼においても、その製造過程において、製鋼ダストと呼ばれる酸化鉄などを含んだ微粉が発生する。

製鋼ダストは、一般的に製鋼工程で使用される生石灰に代表される媒溶材などに加えて、酸化鉄やその他の合金酸化物を含んでいるので、付帯設備である集塵機などで回収され、鉄源としてリサイクルもしくは処分されている。

本発明においては、溶製される溶鋼中のCr含有量が５質量％以上となる鋼を製造する時に発生するダストをステンレスダストと定義する。ステンレス鋼は溶鋼成分として普通鋼に比べて、CrやNiを多く含んでいるため、その製造過程で発生するダスト中にもそれらの酸化物であるCr₂O₃，NiOさらにFe₂O₃などの有価金属の酸化物を含んでいる。

一般的な普通鋼ダストは、その含有成分に有害物質がないことから、埋め立て処分などに使用することができるが、ステンレスダストはCr₂O₃を多く含んでおり、それに起因するCr₆ ⁺が溶出する可能性があるため、埋め立て処分や利材化することも難しい。

このようなステンレスダストから有価金属を回収する技術として、例えば特許文献１に記載の発明が提案されている。

特許文献１では、粉状鉄含有物を還元して還元金属を製造する際に、粉状鉄含有物と粉状還元材を混合して用いる方法が提案されており、その実施例の一部としてステンレスダストを原料とし、還元剤として石炭粉、コークス粉などを用いる方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１で提案された方法の場合、ダストを還元して有価金属を回収するために、例えば還元キルンなどが必要になるだけでなく、その時の還元反応により還元金属中のPが上昇し、還元金属使用時の当該溶鋼のPピックアップを招くという問題も発生する。

一方、特許文献２では、電気炉ダストを電気炉内のアーク放電領域及び／又は該アーク放電領域下に位置する鋼浴中に導入して再利用する方法が提案されている。この特許文献２の発明では、電気炉ダストを７５kg／min以下の導入速度で導入した後にアーク加熱を行うことで、揮発性成分を回収した残部を再利用して溶鋼あるいはスラグとするとしている。

しかしながら、その段落０００８には、ダストを導入する場所は溶融スラグ中が特に好ましいと記載し、段落０００９には、溶融スラグ中に電気炉ダストを吹き込む関係から、溶融スラグの突沸あるいは白煙の大量発生を防止するために吹き込み速度を７５kg／min以下とする旨、記載している。

また、粒子径が３０μm以下の粉体である電気炉ダストを電気炉内のアーク放電領域に導入した場合、電気炉での溶製時に発生するダストと共に集塵機へ吸引されるので、鋼浴中に至るのは難しいと考えられる。

以上より、特許文献２に記載の発明は、電気炉スラグを溶融スラグ中に導入することを対象としたもので、電気炉内のアーク放電領域や溶鋼中に導入させるものではない。

特開２０００‐４５００８号公報 特開２００４‐１２４１７７号公報

本発明が解決しようとする問題点は、ステンレスダストから有価金属を回収する技術として特許文献１で提案された技術を採用すると、還元キルンなどが必要になるだけでなく、還元金属使用時の溶鋼のPピックアップを招くという点である。

本発明は、処分が困難であるステンレスダスト中の有価金属を、還元キルンなどを必要とせずに回収し、更に処分を行う必要もないようにリサイクルすることを目的としている。

本発明のステンレスダストからの有価金属回収方法は、上記目的を達成するために、
溶鋼成分に５質量％以上のCrを含有する鋼種を電気炉で溶製する時に発生するダストを、電気炉内の溶湯上に設置した吹込みノズルから、スクラップ及び合金溶解後の溶湯内に導入する際、吹込みノズルと溶湯面がなす角度を３０°以上、５０°以下、吹込み速度を１００kg／min以上で吹き込み、Si、Alを含む還元剤を利用することで前記ダスト中の有価金属を回収することを最も主要な特徴としている。

本発明では、溶湯中にステンレスダストを導入するので、ステンレスダストが再び集塵機に吸引されることがなく、ステンレスダストを溶解、還元してステンレスダスト中の有価金属を回収して廃棄物を削減することができる。

本発明は、製鋼工程で発生するステンレスダスト中の有価金属を、還元キルンなどを必要とせずに回収してリサイクルできるので、製造コストに大きな影響を与える合金鉄削減に寄与でき、また、埋め立て処分が困難であったステンレスダストを廃棄する必要がなくなる。

電気炉での製造工程の処理フローを示した模式図である。 ステンレスダストの吹込み位置を示した模式図である。 ステンレスダスト吹き込み設備の模式図である。 ステンレスダスト吹き込み量と鋼中の成分変化の関係を示した図で、（ａ）はNiの変化量、（ｂ）はMoの変化量を示した図である。

本発明は、ステンレスダスト中の有価金属を、還元キルンなどを必要とせずに回収し、更に処分を行う必要もないようにリサイクルするという目的を、溶湯中にステンレスダストを吹き込むことで実現した。

以下、本発明について図１〜図３を参照して詳細に説明する。
本発明方法を適用するステンレス製鋼工程は電気炉である。その電気炉での製造工程の処理フローを図１に示す。

製鋼原料となるスクラップに代表される原材料、合金鉄、媒溶材（以下、スクラップという。）は、バケット１により電気炉２に運ばれ、電気炉２に装入される。電気炉２に装入されたスクラップ３は、電極４からのアーク放電により溶解されて溶湯５となされ、次工程に送られる。

本発明では、電気炉の上記操業中において、スクラップの溶解が進行して溶湯ができてからステンレスダストの供給を行うものとし、溶湯ができる通電処理末期に行うものとする。ステンレスダストは微粉であるため、溶湯内に供給しないと舞い上がり、再び集塵機に吸引されてステンレスダストから有価金属を回収できないためである。

溶湯へのステンレスダストの供給方法は、溶湯上方に設置した吹込みノズルからの上方吹込み、もしくは耐火物を施工したノズルを溶湯に浸漬させて行うが、何れの場合もステンレスダストが溶湯内に到達することが必要である。

電気炉内の溶湯内へ上方吹込みによって、ステンレスダストを供給する際は、図２に示すような位置に吹込みノズル６を昇降可能に配置してステンレスダストの吹き込みを行う。

この吹込みノズルによりステンレスダストを供給する場合の設備構成の模式図を図３に示す。

図３中の７は、電気炉２で発生したステンレスダストを吸引する集塵設備であり、この集塵設備で吸引されたステンレスダストはリフトタンク８で一時貯蔵される。リフトタンク８で貯蔵されたステンレスダストは、必要に応じてインジェクションタンク９に搬送され、電気炉２の溶湯５内にステンレスダストを吹き込む際に、吹込みノズル６に所要量のステンレスダストを送る。

電気炉２の内部に挿入された吹込みノズル６から単位時間当たり吹込むステンレスダストの量を吹込み速度として定義する。また、電気炉２内の溶湯５と吹込みノズル６がなす角度を吹込み角度θとして定義する。

前記したように、一般的に製鋼工程に使用される設備には、粉塵を撒き散らさないために集塵設備も設置されている。従って、本発明が対象とするステンレスダストのような粉状物を供給する際にも、集塵設備に吸引されないということが重要な使用条件である。

すなわち、上方吹込みで電気炉内にステンレスダストを吹込む際にも、ステンレスダストを溶湯内に侵入させなければ集塵設備に吸引されるため、溶湯内に確実にステンレスダストを導入してやることが必要である。

そこで、発明者らが、上方吹込みの場合における吹込み速度、吹込み角度θを各種組み合わせて吹込み試験を行った結果、吹込み速度を１００kg／min以上とし、吹込み角度θを３０°以上、５０°以下とすればよいことを見出した。

ステンレスダスト中の有価金属は酸化物形態で存在している物がほとんどである。従って、酸化している有価金属よりも酸化力が強い元素を用いることで還元反応により有価金属を回収することができる。

本発明では、原料となるスクラップを溶解した後にステンレスダストの供給を行うため、スクラップ中に含まれているSiやAlなどによりCr、Ni、Mo、Feを還元回収することができる。

スクラップ中にSi、Alが少ない場合には追装することも可能であり、その還元を行うための還元剤としては純粋な金属元素である必要はなく、Alドロスのような金属と酸化物の複合物でもよい。

すなわち、本発明は、発明者らの上記知見及び検討結果に基づいてなされたものであり、
ステンレスダストを、電気炉内の溶湯上に設置した吹込みノズルから、スクラップ及び合金溶解後の溶湯内に導入し、Si、Alを含む還元剤を利用することでステンレスダスト中の有価金属を回収することを特徴とするものである。

上記本発明において、吹込みノズルからステンレスダストを導入する際に、溶湯内に確実にステンレスダストを導入するためには、吹込み角度θを３０°以上、５０°以下、吹込み速度を１００kg／min以上で吹き込むことが望ましい。

また、上記本発明において、スクラップ中にSi、Alが少ない場合に使用する還元剤としては、Alドロスを挙げることができる。

以下、本発明の実施結果について説明する。
本発明方法によりステンレスダストを吹き込む対象となる溶湯の成分を下記表１に、実施例として本発明を実施した際の代表的な溶湯の成分値を下記表２に示す。

電気炉内の表２で示した成分の溶湯に、下記表３に示した代表成分のステンレスダストを、吹込みノズルを使用した上方吹込みにより吹き込んだ。吹込みを行った際の電気炉内の溶湯量は６０〜７５トンであり、装入されたスクラップの溶解が確認された後に吹込みを実施した。

ここでは、吹込み速度を２００kg／min、吹込み角度θを３０°として２０００kgのステンレスダストを吹込んだ。その際の成分変化を下記表４に示す。

表４より明らかなように、本発明方法によりステンレスダストを吹き込んだ後は、溶湯中のCr、Ni、Moの成分値の上昇が認められる。また、溶湯中のSi濃度が低下していることから、ステンレスダスト中の有価金属が溶湯中のSiで還元されていると判断でき、ステンレスダスト中の有価金属を回収できたことが明らかとなった。

図４はステンレスダストの吹込み角度θを３０°とし、吹込み速度を１００kg／minと２００kg／minとしたときの溶湯中の成分変化の一例として、NiとMoの変化を示す。図４より、吹き込むステンレスダスト量の増加に伴い、対象とした溶湯中の成分が増加していることが分かる。

吹込み条件を変更して吹込みノズルを使用した上方吹込みを行った際の評価の一覧を下記表５に示す。吹込み速度は５０kg／minから３００kg／minまで５０kg／min刻みで行い、吹込み角度θは２０°から６０°まで１０°刻みで行った。

表５より明らかなように、吹き込み速度が１００kg／minより遅い場合はステンレスダストが溶湯に到達せずに成分変化が見られず、ステンレスダスト中の有価金属の回収が不可能であった。また、吹き込み角度を３０°より小さい角度で行った場合は、ステンレスダストは溶湯表面のスラグに邪魔されて溶湯まで到達せず、ステンレスダスト中の有価金属の回収に至らなかった。

一方、吹き込み角度が５０°より大きくなった場合は、溶湯に吹き付ける角度が急であることに起因すると考えられるスプラッシュの発生により地金飛散が増加するものの、ステンレスダスト中の有価金属の回収は可能であった。

以上の結果から、電気炉内の溶湯中にステンレスダストを吹き込み、有価金属を回収する際の適切な条件は、吹き込み速度が１００kg／min以上、吹き込み角度θが３０°以上、５０°以下であることが分かる。

次に、Al含有量が４０質量％のAlドロスを用いた際の溶湯の成分変化の一例を下記表６に示す。下記表６は、ステンレスダストを２０００kg、吹き込み角度θを３０°として２００kg／minで吹き込んだ際の結果を示したものである。

表６より、本発明の適用前後で溶湯中におけるCr、Ni、Moなどの成分値の上昇が認められ、十分に還元反応が進行していると判断できる。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

２ 電気炉
５ 溶湯
６ 吹込みノズル

Claims (2)

1. 溶鋼成分に５質量％以上のCrを含有する鋼種を電気炉で溶製する時に発生するダストを、電気炉内の溶湯の上方に設置した吹込みノズルから、スクラップ及び合金溶解後の溶湯内に導入する際、吹込みノズルと溶湯面がなす角度を３０°以上、５０°以下、吹込み速度を１００kg／min以上で吹き込み、Si、Alを含む還元剤を利用することで前記ダスト中の有価金属を回収することを特徴とするステンレスダストからの有価金属回収方法。
2. 前記還元剤がAlドロスであることを特徴とする請求項１に記載のステンレスダストからの有価金属回収方法。

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