JP3516854B2

JP3516854B2 - 製鋼炉ダストの処理方法及びダストペレット

Info

Publication number: JP3516854B2
Application number: JP33477697A
Authority: JP
Inventors: 進市磯崎; 隆弘細川; 秀樹瀧本
Original assignee: JP Steel Plantech Co
Current assignee: JP Steel Plantech Co
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2004-04-05
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH11152511A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製鋼炉から発生す
るダスト（製鋼炉ダストという）の減量化に関するもの
であり、特に電気炉から発生するダスト（電気炉ダスト
という）中の酸化亜鉛および酸化鉄を効率よく還元する
ことにより、ダスト量を減量化し、結果として減容化す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】わが国において、製鋼炉ダスト、特に電
気炉ダストは、年間５０万トン程度に達する。このう
ち、約６０％は、ダスト処理専門会社に引き取られ、ロ
ータリーキルンや溶融炉等の専用処理設備により、亜鉛
原料として処理されている。

【０００３】電気炉ダストを亜鉛原料とする場合、処理
コストの面から、ダスト中の亜鉛含有量が高いほどよ
く、少なくとも、５０ｗｔ％以上あることが望ましいと
されている。亜鉛含有量が５０ｗｔ％未満の場合には亜
鉛の含有量の不足量に応じてダスト排出側が処理費用を
負担しており、その意味でも亜鉛含有量は可及的に高い
ことが望まれている。

【０００４】しかし、通常の電気炉ダストの亜鉛含有量
はせいぜい２５ｗｔ％程度であり、ダスト処理専門会社
に引き取られる際の評価は低いのが実状である。そのた
め、発生ダストの全量が亜鉛原料として処理されるに至
らず、約４０％のダストは、そのまま埋め立て処理され
ている。

【０００５】また、近年、埋立用地が減少しているため
埋め立てが困難となっているだけでなく、ダスト中に含
まれる鉛、カドミウム等の重金属や、猛毒性のダイオキ
シン等の有害成分が原因となって公害を引き起こす危険
も指摘されており、今後ますます埋め立て処理が難しく
なると予想される。

【０００６】さらに、ダストの埋め立て処理に要する費
用も、スラグの処理費の約１０倍の費用が必要である。
今後、この費用も増加すると予想される。従って、製鋼
炉、特に電気炉ダストの減量化と、ダスト中の亜鉛含有
量を可及的に高めることが、極めて重要な課題となって
いる。

【０００７】ところで、従来から行われている電気炉ダ
ストの処理方法は、主にダスト中の有価金属の回収を目
的としたもので、例えば、特開昭５２−５３７１４号公
報に記載された方法（従来技術１）がある。この処理方
法は、転炉、電気炉等の製鋼炉から発生する集塵ダスト
に炭素粉を、ダスト９〜７に対し炭素粉１〜３の割合で
混入してペレット化した後、他の原料とともに製鋼炉に
装入し、ダスト中に含まれる金属酸化物（主として酸化
鉄）のみを溶鋼中に回収するリサイクル方式の集塵ダス
トの処理方法である。

【０００８】また、特開昭５３ー１２２６０４号公報に
は、図５に示すような製鉄ダスト中の亜鉛等の揮発成分
の回収方法（従来技術２）が示されている。以下、図５
を参照しながらこの技術を説明する。

【０００９】電気炉から排出された還元性のスラグ１
を、反応容器２に受け、電極３をこのスラグに挿入し、
スラグが流動性を失わない（１４５０〜１５００℃）程
度に通電して加熱する。予めコークス粉とダストを製団
機によってブリケットに成型し、このブリケットを上記
反応容器に投入し、亜鉛等の揮発成分を還元する。この
際、上記反応を促進するため、電極からの投入電力を調
整し、スラグの流動を確保する。

【００１０】反応終了後はスラグを反応容器から排出さ
せ、その後の利用が容易なように破砕し、磁選し、鉄鋼
等の磁性物は再利用する。上記反応によって発生した亜
鉛等の揮発成分は反応容器上部に設けられた集塵フード
４により捕集し、バグフィルター５により回収する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】発明者らの検討によれ
ば、電気炉ダストは、酸化鉄２０〜３０ｗｔ％、酸化亜
鉛１５〜２５ｗｔ％、及び残部としてシリカ、アルミ
ナ、酸化カルシウム等からなるスラグを含んでいる。こ
の内酸化鉄と酸化亜鉛等を有価金属として回収すれば理
論的には約５０ｗｔ％の減量化が可能と考えられる。

【００１２】同時に、ダスト中のスラグ成分を溶融し、
スラグに改質すれば一層の減量化が期待できる。この方
法は、また、有価金属のリサイクルの面からも有効であ
ると同時に、埋め立て処理コストも大幅に低減し得るも
のと考えられる。

【００１３】しかし、上述した先行技術は、ダストの減
量化およびスラグへの改質と言う観点からすれば、次の
ような問題を有している。即ち、従来技術１において
は、酸化鉄からの鉄の回収は可能であるが、酸化亜鉛の
還元およびその他の成分のスラグ化が不十分であるた
め、ダストの減量化の面では期待するほどの効果がな
い。また、ダスト中の亜鉛を回収していない。

【００１４】従来技術２では、酸化鉄を回収するため
に、所定量のダストを処理した後、スラグを反応容器か
ら排出して、冷却→破砕→磁選という工程が必要であ
る。このため、熱エネルギーの損失と、鉄分回収のため
の設備費が必要となること、処理時間が長いといった問
題点がある。

【００１５】そこで、本発明は、上記のような問題点を
解決するためになされたもので、ダスト中の酸化亜鉛お
よび酸化鉄を容易に還元・回収し、製鋼炉ダスト、特に
電気炉ダストのスラグ化を促進し、大幅にダストを減量
化することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、製鋼炉ダス
ト、特に電気炉ダストに還元用炭素材を混合して塊成化
し、再び電気炉に戻し、溶鉄中で還元することにより電
気炉ダストを減量化する方法において、（１）還元用炭
素材の量、（２）還元用炭素材の粒径、（３）ダストペ
レットの粒径、（４）ダストペレットの電気炉への投入
タイミング等を適正にすることにより酸化亜鉛、酸化鉄
の還元をより効率的に行なう。また、酸化亜鉛、酸化鉄
以外の成分のスラグ化も促進することにより、電気炉ダ
ストの大幅な減量化を達成し、同時に減量化したダスト
中の亜鉛含有率を大幅に上昇させることができるとの知
見を得て、下記の発明に至った。

【００１７】第１の発明は、製鋼炉ダストに、還元材と
して炭素材を炭素含有量が６〜４０ｗｔ％となるように
混合し、塊成化してダストペレットを得て、このダスト
ペレットを電気炉に装入して、前記ダスト中の酸化鉄を
還元して溶銑中に回収し、且つ、前記ダスト中の酸化亜
鉛を還元蒸気化し、酸化亜鉛として集塵ダスト中に捕集
回収し、前記ダスト中のその他の成分をスラグ化して前
記ダストの減量化を図ることを特徴とする製鋼炉ダスト
の処理方法である。

【００１８】第２の発明は、前記製鋼炉ダストが電気炉
ダストであることを特徴とする製鋼炉ダストの処理方法
である。

【００１９】第３の発明は、前記ダストペレットを、電
気炉操業の屑鉄溶解期末期から精錬期前期の間に、電気
炉へ装入することを特徴とする製鋼炉ダストの処理方法
である。

【００２０】第４の発明は、製鋼炉ダストに、炭素材と
して、粒径が５ｍｍ以下のコークス、石炭のいずれか1
種、もしくは、それらの混合物を添加して炭素含有量が
６〜４０ｗｔ％になるように調整し、これを塊成化した
ことを特徴とするダストペレットである。

【００２１】第５の発明は、前記製鋼炉ダストが電気炉
ダストであり、前記ダストペレットの粒径は２〜１５ｍ
ｍであることを特徴とするダストペレットである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の基本構成は、製鋼炉ダス
トに、還元材として炭素材を炭素含有量が６〜４０ｗｔ
％となるように混合し、塊成化してダストペレットを得
て、このダストペレットを電気炉に装入して、前記ダス
ト中の酸化鉄を還元して溶銑中に回収し、且つ、前記ダ
スト中の酸化亜鉛を還元蒸気化し、酸化亜鉛として集塵
ダストとして捕集回収し、前記ダスト中のその他の成分
をスラグ化してダストの減量化と減容化を図る製鋼炉ダ
ストの処理方法である。

【００２３】製鋼炉としては現在転炉と電気炉が主流で
あり、これらのダストを処理する必要があるが、転炉か
らのダストは亜鉛の含有量は低いので主に酸化鉄の回収
が主たる目的となる。電気炉からのダストは後述するよ
うに亜鉛含有量が高いので亜鉛と酸化鉄中の鉄分の回
収、及び減量化が主たる目的となる。

【００２４】通常の電気炉操業では、例えば、1 チャー
ジ当たり１００ｔのスクラップを溶解する際に発生する
ダストの量は約１．４ｔである。本発明では、このダス
トを約０．５ｔ程度減量化する。また、新たに発生する
スラグ量は、０．２ｔ程度としたい。

【００２５】本発明の実施の態様を図１により説明す
る。図１は、この発明の電気炉ダストの処理装置の概要
図である。この装置は転炉ダストにも適用できるもので
ある。アーク式電気炉５０からの排ガスは排風機５７に
よって誘引され、排ガス中の未燃成分は、燃焼塔５５内
で空気吹き込み口５４から供給された空気によって燃焼
し、高温の排ガスとなる。この排ガスをガスクーラ５６
で冷却し、次に排ガス中のダストを集塵装置５８によっ
て捕集する。

【００２６】この集塵装置捕集ダスト４２はダストホッ
パー４１に貯えられ、炭素材ホッパー４３に貯えられた
炭素材である還元用コークス粉４４と共に、混合機４５
で十分に混合される。その混合物は、塊成化装置４６
で、直径２〜１５ｍｍ程度の大きさにダストペレットに
塊成化される。

【００２７】このダストペレットは、乾燥、予熱装置４
７において、乾燥、予熱された後、中間ホッパー４８を
経て、定量供給機４９によって、電気炉５０に定量投入
される。電気炉５０には、その中央に電極装置６３が設
置されており、ここからアークを発生させ、その熱はス
クラップを溶解し、鋼を製造すると共に、ダストの還元
にも使用される。

【００２８】ダストペレットの電気炉に投入する時期
は、電気炉５０に溶鉄５１が存在する、スクラップの溶
解期末期から精錬期前期とする。なお、スクラップを複
数回に分けて電気炉に装入する場合には、スクラップを
追装して、通電を開始した３分経過後からでも可能であ
る。

【００２９】電気炉５０には、その内部にスクラップが
溶解した溶鉄５１が入っており、投入されたダストペレ
ット５２は、その比重が１．２〜２．５であり、溶鉄５
１に比べて小さいため、溶鉄表面に浮遊する。ダスト中
の酸化鉄は、主として、ダストペレット中の炭素材によ
って還元されて、鉄として溶鉄中に回収される。

【００３０】また、酸化亜鉛は、ダストペレット中の炭
素材によって還元され、蒸発し、排ガスダクト５３に設
置された空気導入口５４から導入される空気中酸素によ
って酸化され、１０μｍ未満の微細な酸化亜鉛粒子とな
る。

【００３１】一方、ダストペレットの一部分は溶鉄５１
からの熱衝撃によって、粉化し、未反応のままで系外へ
排出される。また、電気炉５０におけるスクラップの溶
解期には、スクラップから酸化亜鉛を含有するダストが
発生する。

【００３２】電気炉５０からの排ガスは、排風機５７に
よって誘引され、燃焼塔５５で排ガス中の未燃成分を燃
焼させた後、集塵装置５８で、前記の酸化亜鉛粒子と、
未反応ダスト及びスクラップ溶解時発生ダストを捕集す
る。捕集したダストは、一部、製品ホッパー５９に貯え
られ、亜鉛材の原料として、精錬メーカに引き渡され
る。

【００３３】残りの捕集ダストは、ダストリサイクルラ
イン６０を経て、ダストホッパー４１に戻される。この
再循環ダストは、原料ダストと共に、再度塊成化装置４
８によって塊成化されて、電気炉内に再度装入されて、
還元処理される。

【００３４】製鋼炉である転炉、電気炉は集塵機として
電気集塵機、またはバグフィルターを備えており、この
集塵機でダストが補集される。このダストは粉状体であ
り、その後の処理に不便であるため、塊成化してペレッ
トする。ペレットの製造に際して、酸化鉄と酸化亜鉛を
還元する還元材としてコークス粉等の炭素材を含ませ
る。

【００３５】還元材として必要な炭素含有量について検
討した結果によれば、ダスト中の酸化亜鉛は１５〜２５
ｗｔ％程度含有されている。従って、ＺｎＯ＋Ｃ＝Ｚｎ
＋ＣＯの反応式をもとに計算される、ダスト中の酸化亜
鉛の還元に必要な炭素の化学量論的必要量はダスト１ｔ
当たり２２〜３７ｋｇである。しかし、ダストの減量化
を図るためには、酸化亜鉛のみならずダスト中に２０〜
３０ｗｔ％存在する酸化鉄の還元を促進させることも必
要である。

【００３６】酸化鉄の還元まで考慮すると、酸化亜鉛の
還元に関与する炭素の化学量論的必要量の３倍となる。
しかし、実際にダストペレット中の炭素が還元反応に寄
与する効率を考慮すると、酸化亜鉛の還元に関与する炭
素の化学量論的必要量の１０倍の炭素量が必要である。

【００３７】図２に、電気炉へのダストペレット投入量
に対し、還元処理後のダストペレットの亜鉛含有量をパ
ラメータとして、回収ダストの平均亜鉛含有量の計算値
を示す。図２の回収ダストの亜鉛含有量は、電気炉に投
入したダストペレットの還元処理後の亜鉛含有量と、屑
鉄溶解時に新たに発生するダスト中の亜鉛含有量（２５
ｗｔ％にした）の加重平均として求めたものである。

【００３８】図２からダストペレット中の還元処理後の
亜鉛含有量を５０％ｗｔにすると、１チャージ、屑鉄１
００ｔに対してこのダストペレットを１ｔ電気炉に投入
した場合、回収ダスト中の亜鉛含有量は約３１ｗｔ％に
なると計算される。このように本発明により亜鉛含有量
が濃化される。また、この濃化された回収ダストを更に
ダストペレットとしてリサイクルすると回収されたダス
トの亜鉛含有量は徐々に濃化して行く。

【００３９】次に、塊成化する際に加える炭材について
述べる。炭素材はダスト中の酸化亜鉛および酸化鉄の還
元剤として効果のあるコークス、石炭のいずれか、もし
くはそれらの混合物でも良いが、粒径が５ｍｍ以下であ
ることが望ましい。粒径が５ｍｍ以上では、塊成化が困
難となるためである。

【００４０】さらに、炭素含有量を調整した後、ダスト
を外径２〜１５ｍｍ、平均粒径４〜１０ｍｍの大きさに
塊成化し、この塊成化したダストペレットを、再度、電
気炉内に保持された溶鉄中に装入する。

【００４１】外径２ｍｍは排ガスと共に搬送されない粒
径の下限値であり、また、ダストペレットの粒径が１５
ｍｍ超える場合は、系外にはガスと共に搬出されない
が、逆に粒径が大きすぎて、完全に還元反応が終了する
のに要する時間が過大にかかってしまうためである。

【００４２】また、塊成化されたダストペレットを電気
炉へ投入する際の最適投入時期は、還元反応が十分進行
するための十分な反応時間と高温を確保する観点から、
電気炉内に溶鉄が存在することが必要であり、屑鉄の溶
解期末期から精錬前期までとする。

【００４３】図３に、電気炉に投入したダストペレット
量に対する回収ダストの減量化の計算結果を、ダストペ
レットの還元処理後の亜鉛含有量をパラメタとして示
す。計算に際しては新たに装入するスクラップから発生
するダストからの亜鉛含有量を２５ｗｔ％とし、装入す
るダストペレットの亜鉛含有量に対する減量化を示す。
例えばダストペレットの還元処理後の亜鉛含有量が３０
ｗｔ％になれば、このダストペレットの減量化率は約２
５／３０（＝０．８３）となる。

【００４４】従って、電気炉に装入するダストペレット
が１ｔの場合には０．１７ｔ減量化されることになる。
また、図３からダストペレットの還元処理後の亜鉛含有
量が高いほどダストの減量化が大きい。また、ダストペ
レットの装入量が一定の場合、装入されるダストペレッ
ト中の酸化鉄割合が大きいほど、ダスト中の酸化鉄が還
元されるので、回収ダスト中の亜鉛含有量が増大する。

【００４５】本発明では、亜鉛の還元が安定して行われ
る結果、ダストペレットの還元処理後の亜鉛含有量は後
述する実験からも５０ｗｔ％以上確保可能であり、図３
からこの場合にはたとえばダストペレットを１００ｔ電
気炉に１ｔ／ｃｈ装入した場合、約０．５ｔの減量化が
可能になると計算される。また、このダストペレットの
電気炉への装入量を増大させれば、減量化の量も増加す
る。

【００４６】また、本発明によれば、近年その毒性が問
題視されているダストに付着したダイオキシンも、高温
で処理されるので、９９％以上の高効率で除去できる。
なお、本発明は電気炉から直接排出される排ガス中のダ
ストのみを対象とするものではなく、電気炉の排ガス処
理系に挿入された屑鉄予熱装置からの排ガス中のダスト
にも何ら支障なく適用できる。また、この方法は転炉ダ
ストに適用できることは言うまでもない。

【００４７】

【実施例】高周波誘導炉に保持された溶鉄２００ｋｇ中
に、炭素含有量を２５ｗｔ％に調整したダストペレット
１５ｋｇ（ダスト量は１１．２５ｋｇ）を投入し、溶鉄
温度を１５００℃とし、５分間維持し、発生したダスト
およびスラグの重量と鉄分の分析を行った。その結果を
図４に示した。

【００４８】この場合、投入ダスト１５ｋｇ当たり、新
たに発生したダストが４．７ｋｇであり、また、新たに
発生したスラグは２．５ｋｇであった。ダストは約４２
ｗｔ％に減量され、新たに発生した回収ダスト中の亜鉛
含有量は約５９ｗｔ％であった。

【００４９】鉄分のバランスを計算すると、投入ダスト
中の鉄分３．５ｋｇの７６％に相当する２．６ｋｇが鉄
浴中に回収され、回収されなかった割合は、新たに発生
したダスト中には１９％、新たに発生したスラグ中には
５％程度であることが判明した。

【００５０】実操業における実施例では、１チャージ１
００ｔの電気炉から発生ダストは、亜鉛含有量が２５ｗ
ｔ％であり、発生量は１．４ｔであった。この内１ｔを
ダストペレット（炭素材を２５ｗｔ％含有させた）とし
て電気炉に再度装入した結果、減量化量は０．５ｔであ
った。装入したダストペレットのみに注目すると回収ダ
スト中の亜鉛含有量は約５０ｗｔ％であるが、新たなス
クラップから発生するダスト中の亜鉛含有量は２５ｗｔ
％であるため、回収されたダストの平均の亜鉛含有量は
３１ｗｔ％に達した。

【００５１】このようにして、必要最小限のダストを再
循環し、効率よく処理した結果、ダストの減量化が図る
ことができ、かつ亜鉛含有量の高いダストを回収するこ
とができた。このような操業を順次繰り返すことにより
回収ダストの亜鉛含有量は徐々に高めることができるも
期待される。

【００５２】

【発明の効果】本発明の方法によれば、電気炉から発生
するダストに、還元用炭素材を適量混合し、塊成化して
ダストペレットとして、このダストペレットを再度電気
炉内に投入又は装入する方法により、電気炉ダストを減
量化することができる。また、本発明の方法では、酸化
鉄は還元されて溶融鉄中に回収されるので、新たに、回
収鉄分を分離する必要がない。さらに、減量化されたダ
スト中の亜鉛含有量は３０ｗｔ％以上に高められるた
め、亜鉛原料としての評価を高めるとができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施する装置の概要図である。

【図２】１００ｔ電気炉におけるダストペレットの投入
量に対する回収ダストの亜鉛含有量の計算値を示す図で
ある。

【図３】１００ｔ電気炉におけるダストペレットの投入
量に対するダスト減量化を示す図である。

【図４】本発明の実施例におけるマスバランスを示す図
である。

【図５】従来のダストから亜鉛を回収する装置の概要を
示す図である。

【符号の説明】

４１：ダストホッパー４２：集塵装置捕集ダスト４３：炭素材ホッパー４４：炭素材４５：混合機４６：塊成化装置（ペレッタイザ）４７：乾燥予熱装置４８：中間ホッパー４９：定量供給機５０：電気炉５１：溶鋼５２：ペレット５３：排ガスダクト５４：空気導入口５５：ガス燃焼塔５６：ガスクーラ５７：排風機５８：集塵装置５９：製品ホッパー６０：ダストリサイクルライン６３：電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−185733（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21B 11/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】製鋼炉ダストに、還元材として粒径が５
ｍｍ以下のコークス、石炭のいずれか１種、もしくは、
それらの混合物を添加して炭素含有量が６〜４０ｗｔ％
になるように調整し、これを塊成化して粒径が２〜１５
ｍｍのダストペレットを得て、このダストペレットを電
気炉操業の屑鉄溶解期末期から精錬期前期の間に電気炉
に装入して、前記製鋼炉ダスト中の酸化鉄を還元して溶
銑中に回収し、且つ、前記製鋼炉ダスト中の酸化亜鉛を
還元蒸気化し、酸化亜鉛として集塵ダスト中に捕集回収
し、前記捕集回収した酸化亜鉛を含む前記集塵ダストを
前記製鋼炉ダストに繰り返し、前記製鋼炉ダスト中のそ
の他の成分をスラグ化して前記製鋼炉ダストの減量化を
図ることを特徴とする製鋼炉ダストの処理方法。
【請求項２】前記製鋼炉ダストが電気炉ダストである
ことを特徴とする請求項１記載の製鋼炉ダストの処理方
法。