JPH0826418B2

JPH0826418B2 - 電気炉における酸化亜鉛回収方法および酸化亜鉛回収設備

Info

Publication number: JPH0826418B2
Application number: JP21190390A
Authority: JP
Inventors: 敏夫平井
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1996-03-13
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPH0499231A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、製鋼用電気炉からの排ガス中に含まれる酸
化亜鉛の回収方法および酸化亜鉛の回収設備に関する。

従来の技術従来、製鋼用電気アークにおいて、その炉操業中に発
生したダストは、排ガスとともに吸引されて集塵装置で
捕集され、そのまま埋立て地に廃棄されているか、ある
いは団鉱化の後還元して鉄分を回収するか、または亜鉛
精練所において亜鉛精鉱とともに還元して亜鉛を回収し
ていた。

発明が解決しようとする課題ところで、電気アーク炉で発生したダストには比較的
多くの酸化亜鉛が含まれており、このように酸化亜鉛を
多く含むダストをそのまま廃棄するということは非常に
不経済であるという問題があり、また亜鉛精鉱とともに
還元するにしても、ダスト中の亜鉛含有率は精鉱中の亜
鉛含有率に比べて非常に低いので、ダストを混入するこ
とはその経済性を低下せしめるという問題があった。

そこで、本発明は上記課題を解消し得る電気炉におけ
る酸化亜鉛回収方法および酸化亜鉛回収設備を提供する
ことを目的とする。

課題を解決するための手段上記課題を解決するため、本発明の電気炉における酸
化亜鉛回収方法は、電気アーク炉からの出鋼時に溶鋼の
一部およびスラグを炉内に残すとともに、この炉内に残
された溶鋼またはスラグ内に、通常操業時における排ガ
ス中から捕集されたダストを炭素材とともに吹き込み、
かつこの吹き込み時に発生した排ガス中からダストを捕
集して酸化亜鉛を回収する方法である。

また、上記課題を解決するため、本発明の電気アーク
炉における酸化亜鉛回収設備は、電気アーク炉からの排
ガスライン途中に、切換手段を介して第１および第２集
塵器を並列に配置し、上記第１集塵器で捕集されたダス
トを上記電気アーク炉内に吹き込む輸送ラインを設ける
とともに、この輸送ライン中に炭素材を供給する炭素材
供給装置を設け、かつ上記第２集塵器にて、第１集塵器
で捕集されたダスト吹込中に発生したダストを捕集する
ように構成したものである。

作用上記の酸化亜鉛回収方法および酸化亜鉛回収設備によ
ると、電気アーク炉内に残された溶鋼またはスラグ内
に、通常の操業時に捕集したダストを炭素材とともに吹
き込んでダスト中に含まれている酸化亜鉛の濃度を高め
ているので、亜鉛回収装置でダスト中の酸化亜鉛を回収
する際の回収率が向上する。

実施例以下、本発明の一実施例を第１図に基づき説明する。

まず、設備の構成について説明する。

第１図において、１は製鋼用電気アーク炉で、その炉
本体1aには、炉内で発生した排ガスを処理して大気に放
出する煙突２まで薄く第１排ガスライン３が接続されて
いる。この第１排ガスライン３の途中には排ガスバイパ
スライン４が設けられるとともに、第１排ガスライン３
の途中には第１集塵器５が、また排ガスバイパスライン
４の途中には第２集塵器６がそれぞれ配置されている。
すなわち、両集塵器5,6は互いに並列に配置されるとと
もに、排ガスバイパスライン４は第１集塵器５をバイパ
スしていることになる。なお、各ライン3,4の集塵器5,6
の上流側位置には、排ガスの流れをどちらかに切り換え
る切換手段としての第１ダンパー７、第２ダンパー８が
配置され、また上記第１、第２集塵器5,6の下方にはダ
スト搬出用の第１、第２コンベヤ装置（例えば、スクリ
ュウコンベヤ）9,10が設けられている。

そして、上記第１集塵器５で捕集されたダストは、空
気輸送により、炭素材とともに炉本体1a内に再供給され
るようにしている。

すなわち、炉本体1a内に設けられた吹込管（具体的に
は鋼製パイプからなる消耗ランス）11に空気輸送ライン
12が接続されるとともに、この空気輸送ライン12の途中
には第１ダスト供給装置13および第１炭素材供給装置14
が上流側から順に配置されている。

上記第１ダスト供給装置13はホッパー部15と、空気輸
送ライン12途中に直接介装されるロータリフィーダ部16
とから構成されるとともに、上記ホッパー部15には、上
記第１コンベヤ装置９から搬出されるダストを導くダス
ト投入ライン17が接続されている。

上記第１炭素材供給装置14は炭素材貯留用のホッパー
部18と、このホッパー部18から炭素材を所定量づつ空気
輸送ライン12中に供給する第３コンベヤ装置（例えば、
スクリュウコンベヤ）19とから構成されている。

また、上記第２集塵器６で捕集されたダストは、第２
コンベヤ装置10からダスト搬送ライン20を介して亜鉛回
収装置21に送られるようにしている。

この亜鉛回収装置21は、第２コンベヤ装置10から送ら
れてきたダストを貯留するとともに定量供給を行う第２
ダスト供給装置22と、第２炭素材供給装置23と、プラズ
マ炉（還元炉）24と、上記第２ダスト供給装置22および
第２炭素材供給装置23からそれぞれのロータリフィーダ
部22a,23aにより切り出されたダストおよび炭素材を上
記プラズマ炉部24に搬送する第４コンベヤ装置（例え
ば、スクリュウコンベヤ）25と、上記プラズマ炉部24内
で発生した亜鉛蒸気を導いて凝縮させる亜鉛凝縮器26
と、途中に集塵器27が配置されて上記亜鉛凝縮器26内の
排ガスを煙突28に導く第２排ガスライン29とから構成さ
れている。なお、30は第２排ガスライン29途中に冷却用
空気を導入するための冷却空気導入ラインである。

次に、動作について説明する。

まず、電気アーク炉１の通常操業時においては、炉本
体1aから第１排ガスライン３を介して酸化亜鉛およびそ
の他の金属酸化物を含む排ガスが吸引され、第１集塵器
５に導かれている。このため、排ガス中のダストは第１
集塵器５で捕集された後、第１コンベヤ装置９を介して
第１ダスト供給装置13のホッパー部15に送られて貯留さ
れる。

そして、電気アーク炉１からの出鋼が終了した時点
で、炉本体1a内に溶鋼の一部とスラグの全部とが残るよ
うにしておく。この場合、残留するスラグは溶解中に生
成したスラグを全て残すということはなく、出鋼時点で
残っているスラグを全部残すということである。

この状態で、空気輸送ライン12に圧縮空気を流すとと
もに、第１ダスト供給装置13および第１炭素材供給装置
14から酸化亜鉛を含むダストおよび炭素材（例えば、コ
ークス粉、無鉛炭粉、石炭など）を供給して、炉本体1a
内に挿入配置された吹込管11に空気輸送して、残存され
た溶鋼またはスラグ内に吹き込む。

ところで、電気アーク炉１内に吹き込まれたダスト中
の酸化亜鉛は、溶鋼またはスラグ内で炭素材により還元
されて金属亜鉛になると同時に、高温のために揮発して
亜鉛蒸気となり、この亜鉛蒸気は炉内雰囲気中で酸化さ
れて再び酸化亜鉛ヒュームとなる。そして、この時発生
するダスト量は通常の操業時の場合に比べて非常に少な
く、したがってダスト中の酸化亜鉛濃度が高くなってい
る。

このように酸化亜鉛濃度がより高いダストを含む排ガ
スは、排ガスバイパスライン４に導かれ、第２集塵器６
でダストが捕集される。

第２集塵器６で捕集されたダストは、第２コンベヤ装
置10を介して第２ダスト供給装置22に送られた後、第２
炭素材供給装置23からの炭素材（例えば、コークス粉、
無鉛炭粉、石炭など）とともに第４コンベヤ装置25によ
り、プラズマ炉24内に供給される。このプラズマ炉24内
においては、ダストは炭素材とともに約1500℃に加熱さ
れることにより、ダスト中の酸化亜鉛は還元揮発させら
れる。揮発させられた亜鉛蒸気は亜鉛凝縮器26内に導か
れて金属亜鉛として回収される。ところで、上述したよ
うに、電気アーク炉１内への再供給によりダスト中の酸
化亜鉛の濃度が高くされているため、この亜鉛回収装置
21での亜鉛の回収率が非常に高くなっている。

ところで、ダスト中の亜鉛を回収するに際し、プラズ
マ炉で溶融還元揮発製錬を行う場合、亜鉛の回収率は亜
鉛含有率が高い程向上する。

すなわち、凝縮器における亜鉛の理論回収率は次式に
依って表わされる。

y:凝縮器に入るガス中に含まれる亜鉛１モルに対する他
のガスのモル数 P_ZN：凝縮器温度における亜鉛の蒸気圧 p:凝縮器出口における全圧したがって、回収率Ｒは、凝縮器温度が一定ならばｙ
が小さい程向上することになる。

なお、ダスト中に含まれる他の金属酸化物、クロム酸
化物などはやはりプラズマ炉24内で還元されて炭素飽和
鉄合金として炉床部に溜められ、断続的にプラズマ炉24
から取り出される。

したがって、電気アーク炉１内で発生する有害な重金
属は、ここで無害化されることになる。

ここで具体的に説明すると、炉本体1a内に残留させた
溶鋼またはスラグ内に吹き込むことができるダストおよ
び炭素材の量は、炉本体1aの容量によっても異なるが、
径が１インチないし3/2インチの吹込管を使用した場
合、毎分100kg程度となる。

したがって、電気アーク炉１の容量が50トンである場
合、操業中に発生するダスト量は、トン当たり17kgとす
ると、［50トン＋15トン（炉本体内に残す溶鋼量）］×
17＝1105kgとなり、ダストを毎分100kgで吹き込むと、
その所要時間は約11分となる。

溶鋼に吹き込まれたダスト中の酸化亜鉛は、溶鋼中ま
たはスラグ中で100％還元されて揮発し再酸化される
が、ダストの吹き込み中に発生する酸化鉄に由来するダ
ストの量は、その投入電力が温度低下の補償分だけであ
るため、通常の操業時における還元精練期におけるダス
トの発生量よりも少なく、例えば5kg程度である。

したがって、ダストの吹き込み時に発生するダスト
は、吹き込まれたダスト中の酸化亜鉛が還元揮発し、再
度酸化された酸化亜鉛ヒュームと、ダスト吹き込み中に
発生した酸化鉄ヒュームとで主として構成されているこ
とになる。

ところで、この酸化亜鉛ヒュームの量は吹き込まれた
ダストに含有されている酸化亜鉛の量とほぼ等しく、吹
込むダスト中の酸化亜鉛の含有率を20％とすると、1105
kg×0.2＝221kgとなる。

一方、酸化鉄ダストの発生量は、最大5kg/溶鋼トンで
あるから、15トン×5kg＝75kgとなり、発生ダスト中の
酸化亜鉛含有率は（221kg/221kg＋75kg）×100％≒74.7
％となる。

すなわち、ダスト中の酸化亜鉛含有率は、吹き込む前
の20％から吹き込みにより約75％に濃縮される。

ところで、外気を遮断したプラズマ炉に、ダストを炭
素材とともに装入して溶融還元する際の反応は、スラグ
相または鋼浴において下記の反応式で表される。

（MO）＋Ｃ＝〔Ｍ〕＋CO （MO）＋CO＝〔Ｍ〕＋CO₂ CO₂＋Ｃ＝2CO ここで、MOは金属酸化物を表わす。

外気を遮断したプラズマ炉内で約1500℃で還元された
亜鉛は蒸気となり、炉本体内で発生したCOガス（微量部
分のCO₂ガスを含む）とともに凝縮器に導かれて凝縮
し、液体亜鉛として回収されるのであるが、プラズマ炉
内では酸化亜鉛とともにダスト中の酸化鉄も同時に還元
されるので、酸化鉄の還元反応によって生成されたCOガ
スも凝縮器に導かれ、したがって亜鉛単位重量当りのCO
ガス量はダスト中の酸化亜鉛含有率が高い程、換言する
とダスト中の酸化鉄含有率が低い程少くなる。すなわ
ち、（１）式のｙの値が小さくなるので、亜鉛の回収率
が向上する。

出鋼に際し、ダストを炉本体内に残留させた溶鋼また
はスラグ中に吹き込んで、その際に発生するダストを分
別捕集する利点は、上述したように、ダスト中の亜鉛分
を高度に濃縮するだけに止まらない。

なお、ダストを通常の操業時に吹き込んで、その期間
だけ発生ダストを分別捕集することも考えられるが、通
常の操業時においては、発生ダスト量が多いので、亜鉛
部分の濃縮度が低く、また炉本体から吸引するガス温度
よりも高いので、集塵器の耐熱温度にまでガス温度を下
げるために、吸引される排ガスに導入される冷却空気
（うすめ空気）の量が多くなって、分別捕集用の集塵器
の容量が大きくなってしまう。また、通常の操業時にダ
ストを吹き込むことは、操業時における他の諸作業を妨
害するため、好ましくない。

これに対し、出鋼後炉内に残留させた溶鋼またはスラ
グ中に、次のスクラップを装入する前にダストを吹き込
む場合には、その期間に吹込作業と併行して次の溶解の
ための準備作業が行うことができ、またダストの発生量
が少ないとともに吸引されるガスの温度も低いので、分
別捕集するための集塵器容量も小さくて済む。

さらに、プラズマ炉にて還元処理するダストの量も、
上述したように、1105kgのダストの吹き込みで発生する
296kgのダストを処理すれば良く、処理容量も296kg/110
5kg≒0.27と、そのまま還元処理する場合に比べて約1/4
となる。したがって、当然にプラズマ炉で溶融還元に要
するエネルギも低減される。

次に、具体的数値例について説明する。

容量50トンの電気アーク炉から発生するダストを捕集
して、これを炉内に残留させた溶鋼約15トンおよびスラ
グ約１トンからなる溶体中に吹き込んだ。通常の操業時
に捕集したダストの成分重量（％）（以下、％は重量％
を示している）、捕集量および他の諸条件を下記に示
す。

Fe₂O₃;48,FeO;1,SiO₂;5,Al₂O₃;1,CaO;10,MgO;10,MnO;5,
ZnO;20 捕集量:980kg 吹込ダストに対するコークス粉（炭素材）の混合率:20
％（外分比）吹込速度:80kg/min（ダスト基準）吹込圧力:4kg/cm²（空気圧力）吹込時間:13分吹込前鋼浴成分（％） C;0.30,Si;0.25,Mn;0.37,P;0.010,S;0.020,Zn;0.003 鋼浴温度:1580℃ 鋼滓成分（％）CaO;43,SiO₂;19,FeO;18,ZnO;0.01 吹込前後の鋼浴成分スラグ成分、鋼浴温度の変化鋼浴成分（増減ポイント） C;−0.03,Mn;−0.01,P;−0.003,S;＋0.005,Zn;＋0.004 鋼滓成分（増減ポイント） FeO;＋12,CaC;−4,SiO₂；−2,MgO;−1.5,ZnO;＋0.05 吹込中の発生ダスト量:230kg 吹込中における発生ダスト中のZnO含有率:68.2％（Zn;5
4.8％） ZnOの濃縮度:68.2/20＝3.4倍吹込中に炉本体から発生し捕集したダスト（ダストＡ）
の成分（％）は ZnO;68.2,Fe₂O₃;25.3,CaO;2.3,SiO₂;2.0,MnO;3.2であ
る。

ダストの吹込期間でない通常の操業時における炉本体
から発生し捕集したダスト（ダストＢ）を外気を遮断し
たプラズマ炉にて、1500℃の温度でカーボンにて還元し
た際の亜鉛１モル当りの生成ガス（CO）のモル数は、ダストA:1.38モルダストB:3.45モル凝縮器温度が600℃であるときの理論収率は式（１）
によって計算するとダストA:97.9％ダストB:94.8％となる。

発明の効果以上のように本発明の酸化亜鉛回収方法および酸化亜
鉛回収設備によると、電気アーク炉内に残された溶鋼ま
たはスラグに、通常の操業時に捕集したダストを炭素材
とともに吹き込むようにしているので、ダスト中に含ま
れている酸化亜鉛の濃度を高くすることができ、しかも
この効果によりダスト中に含まれている酸化亜鉛を亜鉛
回収装置で回収する際に、その回収率を良くすることが
できる。また、亜鉛精練所において亜鉛精鉱とともに精
練する場合に、その混合原料の亜鉛濃度を低下せしめな
いので経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す亜鉛回収設備の構成を
示すブロック図である。１……電気アーク炉、1a……炉本体、２……煙突、３…
…第１排ガスライン、４……排ガスバイパスライン、５
……第１集塵器、６……第２集塵器、11……吹込管、12
……空気輸送ライン、13……第１ダスト供給装置、14…
…第１炭素材供給装置、19……第３コンベヤ装置、20…
…ダスト搬送ライン、21……亜鉛回収装置、23……第２
炭素材供給装置、24……プラズマ炉、25……第４コンベ
ヤ装置、26……亜鉛凝縮器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気アーク炉からの出鋼時に溶鋼の一部お
よびスラグを炉内に残すとともに、この炉内に残された
溶鋼またはスラグ内に、通常操業時における排ガス中か
ら捕集されたダストを炭素材とともに吹き込み、かつこ
の吹き込み時に発生した排ガス中からダストを捕集して
酸化亜鉛を回収することを特徴とする電気炉における酸
化亜鉛回収方法。
【請求項２】電気アーク炉からの排ガスライン途中に、
切換手段を介して第１および第２集塵器を並列に配置
し、上記第１集塵器で捕集されたダストを上記電気アー
ク炉内に吹き込む輸送ラインを設けるとともに、この輸
送ライン中に炭素材を供給する炭素材供給装置を設け、
かつ上記第２集塵器にて、第１集塵器で捕集されたダス
ト吹込中に発生したダストを捕集するように構成したこ
とを特徴とする電気炉における酸化亜鉛回収設備。