JPH03107430A - ステンレス鋼製造過程副産物の処理炉および処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ステンレス鋼の製造過程で発生する転炉スラ
グ、スラッジ、ダスト類の如き副産物中に随伴するＣｒ
、Ｎｉ、Ｆｅ等の有価金属を一括して回収する竪型溶解
炉に関する。

〔発明の背景〕

ステンレス鋼製造の諸工程で発生ずる転炉スラグ、スラ
ッジ、ダスト等にはＣｒ、Ｎｉ、Ｆｅ等の有価金属が酸
化物形態で含有されているが、それを還元して有価金属
を回収することは、省資源の観点から重要である。この
ために５従来より、転炉スラグに対しては、溶融状態に
あるスラグにフェロシリコンを添加して、同スラグ中の
Ｃｒ、Ｆｅ等を還元回収する方法が一般的に実施されて
きた。

また、スラッジやダスト類からの有価金属の還元回収法
には電気炉で還元する方法が提案された。

しかしこれらは、高価なフェロシリコンを使用するとか
、あるいは製錬用エネルギーが電力であるなどのため、
還元回収コストが高くなるといった問題があり、また、
製錬所で発生する有価金属含有物質を一括処理するよう
なものではないので発生源毎の処理を必要とした。

同一出願人に係る特開昭６０−１６２７１８号公報、特
開昭６２−５４００７号公報、特開昭６２−１６７８０
８号公報。

特開昭６２−１６７８０９号公報、特開昭６３−１０３
０１２号公報、特開昭６３−１０３０１３号公報等にお
いて、上下二段羽口を下方にもつ竪型炉でステンレス網
ベースメタルとなるＣｒ溶銑を製造する方法を提案し。

また、同一出願人に係る特願昭６３−６３５１４号およ
び特願昭６３−１２１８７２号には同様の竪型炉で上記
の転炉スラグやダスト類を処理することを、また特願昭
６３−３２３８４号では同処理法に好適な設備を提案し
た。

例えば特願昭６３−３２３８４号では上下２段に羽口を
有する竪型炉でダスト類や転炉スラグを処理して有価金
属を得ることを意図するものであるが、その後の実施に
より次のようなことを経験した。すなわち、この炉の場
合には、炉から排出されるガスの潜熱は高いためエネル
ギー効率が良好ではなく、ダスト類等の処理に要するコ
ークス比を高くせざるをえなかった。特に、同処理によ
って得られるフェロメタル溶湯の温度を１５００°Ｃ以
上にするには、コークス比をかなり高くしなければなら
ずダスト類の処理コストの上昇、生産性の低下を招くこ
とが判った。

一方、特公昭５９−４５７２５号公報には、製錬所で副
生ずる副産物ではなく、粉粒状の鉱石を原料としてこれ
を溶融還元する竪型の炉が開示されている。

この炉においても廃ガスの潜熱は高く、その廃ガスを粉
粒状の鉱石の予備還元に有効利用しない限りコークス比
を高くしなければならない。

また、炉下部に設ける羽口は、先行技術では二段にする
ことを基本としている。炉下部に上下２段の羽口を設け
る場合には、上下段羽口間隔には上限値があり、それぞ
れの羽口が近接して配列されるため、炉体への羽口の取
付は状態が複雑となり、その分設備コストが高くなると
ともに炉周辺での作業性も悪い。

〔発明の目的〕

したがって９本発明の目的は、前記のような実状に鑑み
、ダスト類を処理する竪型炉の廃ガス潜熱を同炉内で存
効利用することによって処理コストを一層低減するとと
もに、炉下部の羽口を上下２段から１段にして設備コス
トの低減することにある。

〔発明の構成〕

本発明は、ステンレス鋼の製造過程で発生する転炉スラ
グ、スラッジ、ダスｌ−１１１の如き有価金属含有副産
物を一括処理するための竪型溶解炉であって、該副産物
のうち塊状の物質はコークスおよび他の原料（例えばス
クラップおよび／または合金鉄）と共に炉頂より装入し
、粉状の物質は高温酸素富化空気と共に炉下部の羽口よ
り炉内に送入するようにした竪型溶解炉において、前記
の粉状物質送入用羽口よりも上方位置の炉腹に空気また
は高温酸素富化空気送風用羽口を設けたことを特徴とす
るステンレス鋼製造過程副産物の処理炉を提供するもの
である。

すなわち８本発明は既述の諸公報に記載の従来の竪型炉
とは異なり、粉状物質送入用羽口よりも下方位置に高温
酸素富化空気送風用羽口を設ける代わりに上方位置の炉
腹に空気または高温酸素富化空気送風用羽口を設けた点
に基本的な特徴がある。この上方の羽口は好ましくは上
下方向に多段に設けられる。

また、先に同一発明者による特願平１−１４４１８２号
において、炉底部の粉状物質送入用羽口の下方位置に高
温酸素富化空気送風用羽口を設ける同様の処理炉を提案
したが、その後の研究により、この下方の羽口を設けな
くても、操業を適切にすれば良結果が得られることを新
たに知見し１本発明を完成したものである。

〔発明の具体的開示〕

第１図は本発明に従う処理炉の設備全体を示したもので
ある。１は竪型か本体であり、そのｆｆ１部に炉頂装入
口２を有し、下部に粉状原料送入口を兼ねる土羽に３を
存したシャフト炉である。炉頂装入口２からやや下方の
炉腹にはガス排出口４が複数個設けられ、これらは炉を
取り巻く排気ヘッダー５に接続されている。主羽口３は
５図示の例では同じ高さレベルに等間隔で４本配置され
、これらは炉を取り巻く主羽口ヘッダー６に接続されて
いる。この主羽口ヘッダー６には送気管７を経て高温酸
素富化空気が供給される。すなわち、空気を送風機８に
よって熱風炉９に送り込む過程で酸素１０を富化し、こ
の酸素富化空気を熱風炉９で昇温して前記の送気管７に
供給する。一方、主羽口ヘッダ−６から各主羽口３への
送気過程で、ホッパー１１内の粉状原料を所定量切り出
し該高温酸素富化空気流に連続的に同伴さ−Ｕる。

本発明は、かような竪型炉において、主羽口３より上方
位置の炉１復に空気または高温酸素富化空気送気用羽口
（以下、上部羽口と呼ぶ）１２を設けたうえ、ステンレ
ス鋼の製造過程で発生する転炉スラグ、スラッジ、ダス
ト類の如き有価金属含有副産物のうち塊状の物質はコー
クスおよび他の原料（例えばスクラップや合金鉄等）と
共に炉頂装入口２より炉内に装入し２該副産物のうち粉
状の物質は主羽口３より炉内に送入するようにしたもの
である。そして、この主羽口３の下方には特願平１−１
４４１８２号で提案したような高温酸素富化空気送気用
下部羽口は設けない。

図示の例では上部羽口１２は上下方向に１２ａ、　１２
ｂ１２ｃと３段に設けられており、いずれの段のものも
円周方向に等間隔で４本づつ設置されている。

そして、各段とも共通した羽口ヘッダ−１４に接続され
、この羽口ヘンダー１４に送風機１５から流量調整弁１
３を通して空気が供給される。また、この羽口ヘッダ−
１４には、熱風炉９から主羽口ヘッダー６に通ずる送気
管から分岐した分岐送気管１６を経て、高温酸素富化空
気も供給できるようにしである。酸素流量と空気流量は
それぞれ流量調整弁１７および１８で制御し、酸素富化
率を調整できる。この上部羽口１２ａ、　１２ｂ、　１
２ｃの位置は１本発明者らが実施した内径Ａが３ｍのモ
デル炉では、主羽口３からの高さａ、ｂ、ｃが５それぞ
れ４　ｍ、　３．５ｍおよび３ｍのところに設置した。

また、主羽口３から排気口４までの高さＨは６ｍとした
。

なお、炉の稼働中は排風機２０を駆動して排気口４から
炉内の排ガスを強制排気するが、この排ガス径路２１に
は除塵装置２２と熱風炉９が介装されており、該排ガス
は除塵装置２２で除塵されたあと熱風炉９に導入される
。なお、第１図において２３は炉底に溜まる溶融スラグ
並びにメタル溶湯を出湯する出湯口を、また、２４は炉
頂装入口２に装入原料を搬送投入する装入パケットを示
している。

〔作用］ 本発明の処理炉によれば、ステンレス鋼製造過程で発生
する各種の有価金属含有副産物のうち。

スラグの如き塊状物は炉頂装入口２より、またダクトや
スランジ（これは乾燥処理した粉状体とする）あるいは
スラグ粉等の如き粉状物質は主羽口３より炉内に装入す
ることによって一括処理することができ、炉頂装入口よ
り装入されたコークスの燃焼熱並びにその還元作用によ
ってこれら副産物中に酸化物形態で存在する有価物質は
一括して溶融メタルに還元される。第２図は竪型炉で副
産物を処理する場合の炉内状況を模式的に示したもので
ある。

炉頂部より装入した塊状の転炉スラグ３０．鋼屑や合金
鉄３１は、コークス３２とともに、炉上部においては下
方から上昇するコークスの燃焼ガス３３によって昇温さ
れ１転炉スラグ３０．鋼屑や合金鉄３１は降下途中で溶
融状態となり溶菌する。その過程で、該スラグ中の酸化
物は還元される。これによって生成した熔融状態のフェ
ロメタル３４は下部に滴下する。一方９羽口レベルに到
達したコークス３２゛は、粉状物質（ダスト類）ととも
に炉内に吹き込まれる高温酸素富化空気によって、（２
）式のようにコークス中のＣが燃焼し、また、該Ｃによ
ってダスト類中のＣｒ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属酸化物は（
３）〜（５）式の反応で還元される。

２Ｃ＋０□＝２ＣＯ・・・（１） Ｃｒ２０３＋３Ｏ−２Ｃｒ＋３ＣＯ・　・　・（２）Ｎ
　ｉ　Ｏ＋　Ｃ＝　Ｎ　ｉ　＋　ＣＯ・・・（３）Ｆｅ
Ｏ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＧＯ・　・　（４）ただし、高温酸素富
化空気の送風量に対してダスｆｌｆｔの吹き込み量が多
い場合、すなわち固気比が高い場合には９羽口にダスト
類の半溶融物が付着するため、固気比には上限値がある
。第３図に示すように、高温酸素富化空気の酸素富化率
を増大させることによりその上限値を高（することはで
きるが１羽口への半溶融物の付着を防止するためには、
（５）式を満足させるように固気比、酸素富化率を調整
する必要がある。

γ≦０．０７　Ｅ　ｏ　ｚ　＋　０．３　　　　　　　
　　　　　・・・（５）ここで、γ；固固気比比　ｋｇ
／Ｎｍ″）ＥＯｚ：酸素富化率（％） （５）弐を満足するようにダスト類を主羽口から吹き込
んだ場合には第４図に示すようにダスト類の還元は概ね
終了する。この様に、ダスト類を吹き込む主羽口よりも
さらに下部に高温酸素富化空気の吹き込み羽口を設けず
とも、（５）式を満足させる様にダスト類を吹き込めば
、そのダス）１１は十分還元できることが判明し、この
還元されて生成したフェロメタルは炉下部に滴下する。

したがって本発明法によれば、先の特願平１−１４４１
８２号に提案したように炉下部に上下２段に羽口を設け
る必要がなく、設備が簡略化できる。

また炉頂装入物としてスクラップや合金鉄も併せて装入
することができ、これらも同時に溶解することができる
。これにより、製錬所副産物からステンレス鋼ベースメ
タルとして再び使用することができるフェロメタル溶湯
が回収される。

そのさい、上部羽口１２からの送風によって、炉内排ガ
スの潜熱は炉内で有効利用され、経済的且つ高効率で操
業ができる。すなわち１本発明でははダスト類の還元や
コークスの燃焼によって生成するＣＯガスの一部を、上
部羽口１２から吹き込む空気あるいは高温酸素富化空気
によって（６）式のように燃焼させることによって、炉
内での溶解を促進させる。

２　ｃｏ＋ｏｚ＝２ＣＯ２・・・（６）この上部羽口１
２の作用効果を、これを持たない特願昭６３−３２３８
４号炉で提案した炉と比較して説明する。

上記コークスの燃焼ゾーンで生成する燃焼ガスの顕熱の
一部はダスト類の還元に消費されるので。

その分、ダスト類を吹き込まない場合に比べて燃焼ガス
の温度は低くなり、これに対応して、燃焼ガスによるフ
ェロメタルの過熱度が小さくなる。

このために、コークス比を」二げてフェロメタルの温度
上昇を図らざるを得ない。ただし、（１）式で示すよう
に、コークスは、言わば不完全燃焼しているに過ぎず、
その燃焼によって生じた高カロリーのＣＯガスはそのま
ま炉外に排出されるので、熱効率は悪い。したがって、
フェロメタルの温度を上げようとすれば、特願昭６３−
３２３８４号提案の炉ではコークス比をかなり増大させ
る必要がある。もちろん、コークスを完全燃焼に近い状
態で燃焼できれば、熱効率は向上し、コークス比の低減
は見込めるが、その反面、（２）〜（４）式の還元反応
は阻害されるため、ダスト類処理炉本来の目的は達成出
来ない、したがって、ダスト類の還元とフェロメタルの
昇温という両要件のいずれも満足させようとすると、コ
ークス比を上げざるを得ない。

本発明の処理炉は、この両要件を同時に満足させながら
、しかもコークス比を低減できるものである。第５図は
１本発明の処理炉内での反応と高さ方向における温度分
布を図解的に示したものである。処理炉下部の還元反応
（（２）〜（４）式）が進行している領域では、コーク
スを（１）式の反応のように高温酸素富化空気で燃焼せ
しめ、該還元反応を阻害しないようにする。そして、還
元反応が起こらない炉上部で、該コークスの燃焼反応に
より生成したＣＯガスの一部を（６）式で示すように空
気あるいは高温酸素富化空気にによって燃焼（２次燃焼
）させて、ガスの有する潜熱を炉内で有効利用し、炉全
体での熱効率を向上させる。図示のごとく、２次燃焼に
よって炉内を流れているガスの温度は顕著に上昇し、そ
れにより装入物は過熱されて炉下部へ降下してゆくため
、フェロメタルやコークスの温度も高くできる。この結
果１本発明の処理炉では、コークス比一定の条件では、
高温のフェロメタルを得ることができ、逆に一定温度の
フェロメタルを得ようとする場合には熱源であるコーク
スの消費量を低減できる。

ただし、（６）で示す反応を進行させるための空気ある
いは高温酸素富化空気を吹き込む上部羽口１２の位置は
どこでもよいわけではない。すなわち。

コークスの温度が高くなると２（１）式の反応によって
生成したＣＯ２ガスが再度（７）式のようにＣと反応し
て、見掛り上、（２）式と同様な反応が進行してしまい
、２次燃焼の効果がなくなるが、コークスの温度が９０
０°Ｃ以下になれば、（力式で示す反応は見掛け」二は
とんど進行しない。

ＣＯ□＋Ｃ＝２　Ｇｏ　　　　　　　　・・・（７）こ
のため、実際には、上部羽口１２は主羽口３よ５ り上方位置であってコークスの温度が９００°Ｃ以下と
なる位置に設ければよい。ただし、その位置をガス排出
口４に近ずぎると、（１）式の反応によって生成した熱
量を十分装入物に付与できず熱効率は悪化することがあ
る。したがって」二部羽口１２は。

主羽口３とガス排出口４の間の適切な範囲に設ける必要
がある。

銑鉄や鋼屑等を溶解するキュポラには、その炉上部に（
１）式の反応を進行させるための空気の吹き込み羽口を
設けた例はあるものの、キュポラ内ではダスト類の還元
は実施していない。したがってキュポラでの条件をその
まま本発明炉に適用して上部羽口１２の位置を決定する
ことは出来ない。またこれに送気する空気の流量、処理
炉のプロフィルならびに炉体の耐火物の厚さや種類によ
っても上部羽口１２の適切な位置は異なることになり、
その位置に対して一定の規則性を見出すことは困難であ
る。

このために３本発明者らは前記第１図のプロフィルをも
つ炉による実験によって上部羽口１２の適切な位置を種
々検討した。その結果、ダスト類を吹き込む主羽口３を
基準にして、その羽口３からガス排出口４までの距離を
Ｈとすれば、」二部羽口１２の位置は０．３Ｈ〜０．７
Ｈの範囲に設ければ良いことが判った。さらに、この上
部羽口１２は高さ方向に１段配置するよりも複数段配列
した方が２次燃焼の熱効率は良好であることが明らかと
なった。

この羽口は非水冷式のものも使用できるが、長期間使用
するためには水冷残銅羽口が好ましい。

［実施例］ 上述した炉内径３ｍのモデルを用いて、副産物の処理を
行った。炉頂からは１粒度が１０ｍ以上の転炉スラグと
コークスならびに鋼屑を装入し、主羽口からは転炉スラ
グ粉、転炉ダスト、酸洗スラッジを重量比で２二〇：２
の割合で混合した乾燥粉体を吹き込んだ。第１表に処理
条件とその結果を示したものである。

第１表に示す比較例１では上部羽口からの送風をＯとし
、２次燃焼を行わなかった。この場合には廃ガス中のＣ
Ｏ濃度が高く、炉内でガスの潜熱が有効に利用されなか
った。このため、溶銑温度は１４６３°Ｃと低いレベル
になった。これに対して本発明法を適用した実施例１で
は、比較例１と同じコークス比にもかかわらず、溶銑温
度は１５０５°Ｃと向上できた。

またコークスを３８０ｋｇ／Ｔ−１１Ｍに低下させた実
施例２でも、実施例１より溶銑温度を高くすることがで
きた。

さらに実施例３に示す様に、ダスト類の吹き込み量が低
い場合には、酸素富化率を低減さ・Ｕ°ζも副産物の処
理は可能であった。

ただし、上記（５）式の条件よりもダスト類の吹き込み
量を増大して固気化を上昇させた比較例２では、吹き込
み開始後４時間経過した時点で羽口の付着物が成長し９
羽口閉塞の危険が出たためダスト吹き込みは停止せざる
を得なかった。このことから前述の（５）弐を満足させ
る様にダスト類を吹き込む必要がある。その条件を満た
した実施例１゜２．３ではダスト中に含まれるもののう
ち最も還元され難いＣｒの還元回収率は９８％以上と良
好な結果を得た。

〔効果〕

以上の構成ならびに作用により１本発明の処理炉および
処理方法は、ステンレス鋼製造工程で発生する転炉スラ
グ、スラッジ、ダスト類をエネルギー効率良くかつ低コ
ークス比のもとて処理できるとともに炉下部の羽口が１
段となったため設備の簡略化も図れ、その結果として、
該副産物中のＮｉ、Ｃｒ、Ｆｅ等の有価金属を低コスト
で回収できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う副産物処理炉の全体設備を示す略
断面図、第２図は竪型炉の炉内状況を図解的に示した説
明図、第３図は羽口付着物の生成しない固気比と酸素富
化率の条件を示した図、第４図は主羽口周辺でのダスト
類の還元率分布図。 第５図は本発明の処理炉での反応と、炉内高さ方９ 向でのガス、コークス、フェロメタルの温度分布を図解
的に示した図である。 １・・炉理炉本体、　　２・・炉頂製人口３・・主羽口
、　　４・・ガス排出口。 ８．１５・・送風機、　　９・・熱風炉。 １１・・粉状物質用ポツパー、１２　　・・−Ｌ部羽口
２０・・排風機、２２・・除塵装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステンレス鋼の製造過程で発生する転炉スラグ、
   スラッジ、ダスト類の如き有価金属含有副産物を一括処
   理するための竪型溶解炉であって、該副産物のうち塊状
   の物質はコークスおよび他の原料と共に炉頂より装入し
   、粉状の物質は高温酸素富化空気と共に炉下部の羽口よ
   り炉内に吹き込むようにした竪型溶解炉において、前記
   の粉状物質送入用羽口よりも上方位置の炉腹に空気また
   は高温酸素富化空気送風用羽口を設けたことを特徴とす
   るステンレス鋼製造過程副産物の処理炉。
2. （２）粉状物質送入用羽口より上方位置に設けられる羽
   口は炉の上下方向に多段に設けられる請求項１に記載の
   処理炉。
3. （３）炉頂より送入する他の原料はスクラップおよび／
   または合金鉄である請求項１または２に記載の処理炉。
4. （４）請求項１に記載の処理炉を用いてステンレス鋼製
   造過程副産物を処理するにあたり、粉状物質を次式の条
   件を満足させるように炉下部の羽口より炉内に送入する
   するステンレス鋼製造過程副産物の処理方法、 γ≦０．０７Ｅ＿Ｏ＿＿２＋０．３ ここで、γは高温酸素富化空気の流量に対する粉状物質
   送入量の比、すなわち固気比（ｋｇ／Ｎｍ＾３）、Ｅ＿
   Ｏ＿＿２は高温酸素富化空気の酸素富化率（％）である
   。