JP7264130B2 - クロム含有ダストの回収方法、製鉄原料の製造方法およびクロム含有ダストの回収設備 - Google Patents

Description

本発明は、含クロム溶鉄の精錬工程で発生したクロム含有ダストを高効率で回収する方法に関し、その方法を用いた製鉄原料の製造方法およびその方法に用いる回収設備に関する。

含クロム溶鉄の精錬処理においては、クロムを含有したダストが大量に発生する。このクロム含有ダストの大部分は、空気や水との反応によりすみやかに酸化される。一部は金属状態で存在するが、ハンドリング時にその酸化反応により発熱や発火の危険性があるため、保管時に前もってエージング処理により意図的に酸化反応を進めるのが一般的である。このため、クロム含有ダストは、酸化鉄および酸化クロムがほぼ大部分を占めるダストとなる。また、エージング中にダストの一部が塊成化し、粒度が増大する。

ダスト中の酸化鉄および酸化クロムのうち、特に高価な酸化クロム分をステンレス鋼などクロム含有鋼溶製のための原料として有効にリサイクルすることは、近年の省資源化の流れでも重要な課題である。たとえば、特許文献１には、コークスを充てんした縦型炉などに、クロム含有ダストを吹き込み、溶融還元する技術が開示されている。また、特許文献２には、クロム含有ダストを還元焼結したのちに、転炉または溶銑搬送容器内に装入する方法等が開示されている。

特許文献３には、別途溶銑搬送容器にてクロム含有ダストのうち酸化鉄のみを選択的に還元抽出することで、該ダスト中に含有される酸化クロムを溶銑搬送容器内のスラグ中に濃縮し、クロム源として再利用する方法が開示されている。

特許文献４には、マンガン酸化物含有物質を粉砕し、水中磁選によって該マンガン酸化物を分離する方法が開示されている。

特開平４－２５９３１７号公報 特開２０１７－１７９５５９号公報 特開２０１３－２０４１４２号公報 特開２０１９－１７３１４３号公報

しかしながら、上記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１や２に記載の方法では、酸化クロムの還元に際し、酸化鉄の還元分の熱補償も行う必要があるため、炭材やフェロシリコンなどの熱源を過剰に添加する必要があった。また、特許文献３に記載の技術では、連続操業時においては、溶銑鍋待機時間の長さによりクロム含有ダストのリサイクル可能量が制限される懸念があった。

特に、クロム含有ダストのクロム濃度は、精錬処理中のクロム濃度に依存するが、概ね１５％以下であり、クロム含有ダスト中の鉄濃度はそのクロム濃度の２倍程度もしくはそれ以上存在する。そのため、クロムが３０％程度含まれるクロム鉱石を還元添加する方法と比較すると、クロム酸化物の還元熱だけではなく、鉄酸化物の還元熱分の熱補償を行う必要があり、高コストでの処理にならざるを得なかった。加えて、クロム源を回収する際に、必ず鉄の回収が伴うため、クロム濃度が希釈されてしまう。その結果、追加でクロム源を投入しなければならない場合があった。

一方で、鉄濃度が高いことに着目し、鉄源としてダストをリサイクルする方法も考えられる。ところが、同時に溶鉄中のクロム濃度が増加してしまうため、製品のクロム規格上限を超えてしまう懸念や、脱りん効率の低下を招くおそれがある。したがって、リサイクル可能量がダスト中のクロム濃度によって制限されてしまうといった課題がある。

また、特許文献４に記載の技術では、粉砕工程と磁選工程の２工程が必要となるため、設備規模および運転費用が増大するという課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、クロム含有ダストを、事前にクロム濃度が高いダストと鉄濃度が高いダストに分離することで、クロム源としても鉄源としても高効率に回収する方法を提案し、その回収方法を用いた製鉄原料の製造方法を提案するとともに、クロム含有ダストの回収方法に用いて好適な回収設備を提供することを目的としている。

前記課題を解決し上記の目的を実現するため開発した本発明は、下記の要旨構成に示すとおりである。即ち、本発明は、含クロム溶鉄の精錬工程で発生する排気中のクロム含有ダストの回収方法であって、前記排気中のクロム含有ダストを湿式で回収する湿式集塵工程と、該湿式集塵工程で発生した集塵水中のクロム含有ダストを水中で磁力により回収磁着物と回収非磁着物とに選別する水中磁選工程と、該水中磁選工程で選別された前記回収磁着物を含水ダストとして回収する磁着物回収工程と、前記水中磁選工程で選別された前記回収非磁着物を含水ケーキとして回収する非磁着物回収工程と、を有することを特徴とするクロム含有ダストの回収方法を提案する。

また、本発明は、上記クロム含有ダストの回収方法で回収されたクロム含有ダストをクロム濃度によって選別することを特徴とする製鉄原料の製造方法を提案する。

なお、本発明にかかる製鉄原料の製造方法においては、相対的にクロム濃度の高い一方をクロム含有鋼の精錬工程用のクロム源として、相対的にクロム濃度の低い他方を製精錬工程用の鉄源として、決定することがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

また、本発明は、含クロム溶鉄の精錬工程で発生する排気中のクロム含有ダストの回収設備であって、前記排気中のクロム含有ダストを湿式で回収する湿式集塵装置と、前記湿式集塵装置で発生した集塵水中のクロム含有ダストを水中で磁力により回収磁着物と回収非磁着物に選別する水中磁選装置と、前記水中磁選装置で選別された前記回収磁着物を含水ダストとして回収する磁着物回収装置と、前記水中磁選装置で選別された前記回収非磁着物を含水ケーキとして回収する非磁着物回収装置と、を備えることを特徴とするクロム含有ダストの回収設備を提供する。

以上説明したように、本発明によれば、クロム含有ダストを事前にクロム濃度が高いダストと鉄濃度が高いダストに分離することができるので、製鉄原料として製造でき、クロム源としても鉄源としても高効率にリサイクルすることが可能となる。

クロム含有ダストの鉱物相は主として、Ｆｅ_２Ｏ_３やＦｅ_３Ｏ_４、ＦｅＯなどの鉄酸化物ならびに鉄およびクロムを含有する金属分で構成されており、クロム酸化物は鉄酸化物に固溶する形で存在している。このうち金属分およびＦｅ_３Ｏ_４は強磁性を持ち、Ｆｅ_２Ｏ_３やＦｅＯは非磁性（常磁性）を示し、鉄－クロム酸化物の固溶体であるＦｅＯ・Ｃｒ_２Ｏ_３は弱磁性を持つなど、各鉱物相で磁性の違いがあるため、磁選分離を行うことで鉄分およびクロム分の分離が可能であると考えられる。特にクロム含有鋼を転炉で精錬した際に発生するダスト中にはＦｅ_３Ｏ_４の含有率が高いため、磁選分離を行うことでＦｅ_３Ｏ_４が磁着相に濃縮され、非磁着相にクロムが濃縮すると考えられる。

しかしながら、これらの鉱物相はダスト粒子内に共存しているため、磁選による分離効率を向上させるためには、ダスト粒径が小さいことが望ましい。集塵水処理設備にて処理されるダストは粒径５０μｍ以下の小粒径ダストであるが、そのまま乾燥させると、発熱や発火の危険性があるため、エージングを行っている。そのため、エージング工程で塊成化が進み、ダスト粒径が増大する。したがって、エージング後のダストを磁選処理するためには塊成化したダストを粉砕する必要がある。

一方、湿式集塵処理において、精錬工程で発生するダストを集塵水に捕捉し、脱水処理が行われている。本発明にかかるクロム含有ダストの回収方法は、排気中のクロム含有ダストを湿式で回収する湿式集塵工程と、その湿式集塵工程で発生した集塵水中のクロム含有ダストを水中で磁力により回収磁着物と回収非磁着物とに選別する水中磁選工程と、その水中磁選工程で選別された回収磁着物を含水ダストとして回収する磁着物回収工程と、一方、回収非磁着物を含水ケーキとして回収する非磁着物回収工程と、を有するものである。本発明にかかるクロム含有ダストの回収方法では、脱水処理前の集塵水の状態のまま磁選処理を行うことで、発熱や発火の懸念がなく、かつ粉砕工程の必要なく十分に粒径の小さい粒度の条件で磁選をもちいて、鉄分とクロム分との分離が可能となる。

本発明を実施するための好適なクロム含有ダストの回収設備としては、排気中のクロム含有ダストを湿式で回収する湿式集塵装置と、その湿式集塵装置で発生した集塵水中のクロム含有ダストを水中で磁力により回収磁着物と回収非磁着物に選別する水中磁選装置と、その水中磁選装置で選別された回収磁着物を含水ダストとして回収する磁着物回収装置と、回収非磁着物を含水ケーキとして回収する非磁着物回収装置と、を備えるものである。ダストの集塵処理においては、大量のダストならびに集塵水が連続的に流入してくるため、ドラム型の磁選機を使用して連続的に磁選処理を行い、磁着物と非磁着物を別々に回収することが望ましい。

上述したように、磁着物中にはＦｅ_３Ｏ_４を多く含み、つまり、鉄分の多いものが回収され、非磁着物中には、相対的にクロム分の濃化したものが回収される。このように回収されたダストは、それぞれ鉄源およびクロム源として製鉄原料となる。たとえば、磁選分離によって得られた、高クロム含有ダスト（回収非磁着物）は、クロム含有鋼の溶製時にクロム源として使用することで、効率よく有価金属であるクロムを有効利用することができ、製鋼用副原料として有用である。また、鉄濃度が高いダスト（回収磁着物）は、逆にクロム濃度が低いため、鉄源として、クロムを含有させる必要のない溶鋼の溶製時やクロムの希釈を必要とする場合、高炉原料として使用することで、効率よくリサイクルが可能である。

（実施例１）
処理Ｎｏ．１では、クロム含有鋼の溶製を行っている転炉から発生するダストのための湿式集塵装置の後にドラム型磁選機を設置した。そして、ダストを含有する集塵水をドラム型磁選機に通水して磁選処理を行い、磁着物と非磁着物に分けて回収した。
処理Ｎｏ．２では、比較例として、クロム含有鋼の溶製を行っている転炉から発生するダストの集塵水をそのまま脱水し、エージングした後のダストを乾式磁選処理した。処理Ｎｏ．３では、処理Ｎｏ．２と同様に、エージングした後のダストを粉砕処理し、乾式磁選を行った。磁選時のダスト平均粒度は、ふるい法を用い、質量基準で５０％通過粒径とした。
磁選処理実施前のダスト中の成分組成を質量％で表１に示す。また、処理Ｎｏ．１～３にかかる磁選条件および磁選処理後の組成を表２に示す。表１および２中の「Ｔ．Ｆｅ」は、全鉄濃度を表し、「Ｔ．Ｃｒ」は、全クロム濃度を表す。

本発明を適用した処理Ｎｏ．１では、クロム含有鋼の溶製時に発生したダストの鉄分およびクロム分を効率的に分離することが可能となった。一方、処理Ｎｏ．２では、湿式集塵装置にて回収した集塵水を脱水処理後にエージング処理を行ったダストを用いて乾式磁選を行ったため、磁選処理時のダスト粒度が粗大化しており、磁選処理による鉄およびクロムの分離が十分でなかった。また、処理Ｎｏ．３のようにエージング後のダストを粉砕して磁選処理を行った場合は、鉄およびクロムの分離挙動は良好であったが、粉砕処理を行ったことによって、処理コストが増大した。

（実施例２）
２００ｔ転炉に溶銑を１５０ｔ装入し、底吹き攪拌とともに上吹きランスからＯ_２ガスを供給して溶融還元吹錬を実施した。処理Ｎｏ．４では、その際にクロム源として、処理Ｎｏ．１にて非磁着物として回収し、Ｃｒが濃縮したダストを１００ｔ添加した。また、比較のために、処理Ｎｏ．５では、同様の溶融還元吹錬にて、磁選処理前のダストを１００ｔ添加した。その結果を表３に示す。

処理Ｎｏ．４は、処理Ｎｏ．１によって、クロム濃度を高めたダストを使用したことで、処理Ｎｏ．５と比較して、同じ量のダストを使用しても、溶鉄中Ｃｒ濃度を高めることができた。結果として、クロム含有鋼の合金コストを低減できた。

（実施例３）
処理Ｎｏ．６では、焼結原料として、処理Ｎｏ．１にて磁着物として回収した、鉄分の多いダストを鉄分として０．５～２％の配合割合で使用した。処理Ｎｏ．７では、比較のため、焼結原料として、磁選処理前のダストを鉄分として０．５～２％の配合割合で用いた。これらのダストを原料にして製造した焼結鉱を高炉に投入して、一定期間操業し、溶銑を製造した。その結果を表４に示す。

処理Ｎｏ．６と７とを比較し、クロム含有ダストのうち、本発明を適用し、鉄分濃度を増加させたダストを焼結鉱の原料として用いることで、磁選処理前のクロム含有ダストをそのまま焼結鉱の原料として用いるより、出銑時のＣｒ濃度を低位に維持することが可能となった。

本発明によれば、集塵水中のクロム含有ダストをそのまま磁選して、分離したので簡便にクロム源と鉄源に分離でき、製鉄原料としてリサイクル活用することが可能となる。

Claims (4)

1. 含クロム溶鉄の精錬工程で発生する排気中のクロム含有ダストの回収方法であって、
   前記排気中のクロム含有ダストを湿式で回収する湿式集塵工程と、
   該湿式集塵工程で発生した集塵水中のクロム含有ダストを水中で磁力により回収磁着物と回収非磁着物とに選別する水中磁選工程と、
   該水中磁選工程で選別された前記回収磁着物を含水ダストとして回収する磁着物回収工程と、
   前記水中磁選工程で選別された前記回収非磁着物を含水ケーキとして回収する非磁着物回収工程と、を有することを特徴とするクロム含有ダストの回収方法。
2. 請求項１に記載の方法で回収されたクロム含有ダストをクロム濃度によって選別することを特徴とする製鉄原料の製造方法。
3. 相対的にクロム濃度の高い一方をクロム含有鋼の精錬工程用のクロム源として、
   相対的にクロム濃度の低い他方を製精錬工程用の鉄源として、
   決定することを特徴とする請求項２に記載の製鉄原料の製造方法。
4. 含クロム溶鉄の精錬工程で発生する排気中のクロム含有ダストの回収設備であって、
   前記排気中のクロム含有ダストを湿式で回収する湿式集塵装置と、
   前記湿式集塵装置で発生した集塵水中のクロム含有ダストを水中で磁力により回収磁着物と回収非磁着物に選別する水中磁選装置と、
   前記水中磁選装置で選別された前記回収磁着物を含水ダストとして回収する磁着物回収装置と、
   前記水中磁選装置で選別された前記回収非磁着物を含水ケーキとして回収する非磁着物回収装置と、を備えることを特徴とするクロム含有ダストの回収設備。