JP4757844B2 - 鉄鋼副生物の焙焼還元方法 - Google Patents
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Description
1.製鋼ダスト
製鋼ダストはステンレス鋼の精錬工程で発生するものであり、有価金属Fe、Ni、Cr及びMnの含有量を確保するため、また、鉄鋼副生物におけるSiO2、Al2O3、MgO濃度を好適な範囲に制御するために、配合率を10〜50重量%に規定した。また、製鋼ダストには、揮発性のZnOが多く含まれるため、吹上げの発生を抑えるために、製鋼ダストの配合率を50重量%以下に制限する必要がある。
酸洗スラッジは焼鈍酸洗ラインで生じるものであり、有価金属Fe、Ni、Cr及びMnの含有量を確保するため、また、鉄鋼副生物におけるCaO、F、S濃度を好適な範囲に制御するために、配合率を5〜30重量%に規定した。また、酸洗スラッジには、Sが多く含まれるため、Sの含有率が多すぎると、脱硫が困難になるため、酸洗スラッジの配合率を30重量%以下に制限する必要がある。
スケール材は熱延、連続鋳造などで生成するものであり、有価金属Fe、Ni、Cr及びMnを含む原料である。また、スケール材は、最大粒径20mmという比較的大型の粒子を含む原料であるため、本発明において規定される2.8mm以上20mm以下の粒度を有するものとは、ほとんどがこのスケール材であり、スケール材に含まれるこの粒度の割合は限定されるものではないが、10〜40重量%であることが望ましい。この粒度は、ブリケットに形成したときの全体の3〜40重量%を占めるように配合する必要がある。そのため、有価金属Fe、Ni、Cr及びMnの含有量を確保するため、また、骨材としての効果を発揮するために、スケール材の配合率を30重量%以上に規定した。一方、スケール材の配合率が60重量%を超えると、粒度が粗すぎて逆に強度が確保できない。したがって、スケール材の配合率を30〜60重量%と定めた。
本発明における鉄鋼副生物は、電気炉におけるスラグ組成を制御するために、上記材料組成に加えて、SiC、フェロニッケルスラグ、及び、仕上げスラグのうち少なくとも1種類を合計で10重量%以下混合したものであってもよい。具体的には、SiCはスラグ中のSiO2源として、また、燃焼時の熱源として混合できる。フェロニッケルスラグは、有価金属であるFeが含まれているため有効な材料であり、さらに、主としてMgO、SiO2から構成されるものであり、MgOあるいはSiO2源として混合できる。また、仕上げスラグは、ステンレス鋼、特殊鋼のAODやVODの精錬で発生するスラグであり、CaO、SiO2、MgOを主体とするものであるため、電気炉におけるスラグの塩基度調整のために有効な材料である。
水分は、成型後で焙焼前の初期のブリケット強度を20kgf/個以上確保するために必要である。水分の含有率は、低すぎても、高すぎてもブリケット強度が得られないために、15〜26重量%とした。なお、この含有率は上記の固形原料の総重量に対する割合である。例えば、原料1tに対しては、150〜260kgである。
油脂分は、成型後で焙焼前の初期のブリケット強度を20kgf/個以上確保するために、必要である。油脂分の含有量は、低すぎても、高すぎてもブリケット強度が得られないために、0.2〜3重量%とした。なお、この含有率は上記の固形原料の総重量に対する割合である。例えば、原料1tに対しては、2〜30kgである。
本発明における炭材は、還元反応に必要な分と、焙焼工程での熱源として、10〜20重量%、すなわち、配合した原料1tに対して100〜200kgの重量で配合することが好ましい。
本発明においては、上記材料組成を上記比率で配合することにより、原料中の化学成分を、FeO、MnO、NiO、Cr2O3のうちの少なくとも1種類:合計で27質量%以上、Al2O3:0.3〜3.5質量%、MgO:2〜7質量%、CaO及びSiO2:合計で35質量%以下、F:1〜6質量%、S:0.1〜2質量%、ZnO:2質量%以下とすることができ、これにより、電気炉にて得られるスラグを、操業に適した特性とすることができる。以下に、各成分の限定理由を説明する。
本発明において、これらは還元されて有価金属となるため、必要不可欠な成分である。FeO、 MnO、NiO、Cr2O3のうちの少なくとも1種類の含有率が合計で27質量%未満では、製錬にかかるコストに見合わないため、FeO、MnO、NiO、Cr2O3のうちの少なくとも1種類の含有率を合計27質量%以上と定めた。コストを考慮して、好ましくは29質量%以上である。
Al2O3はスラグの融点を適正値に制御するのに必要な元素である。Al2O3の含有率が0.3質量%未満又は3.5質量%超では、融点が高くなり、流動性が悪化し、その結果有価金属回収率を低下させる。そのため、Al2O3の含有率を0.3〜3.5質量%とした。Al2O3は製鋼ダストに含まれる成分であり、製鋼ダストの配合率を10〜50重量%とすることで、この範囲に制御できる。
MgOはスラグの融点を適正値に制御するのに必要な元素である。MgOの含有率が2質量%未満又は7質量%超では、融点が高くなり、流動性が悪化し、その結果有価金属回収率を低下させる。そのため、MgOの含有率を2〜7質量%とした。MgOは製鋼ダストに含まれる成分であり、製鋼ダストの配合率を10〜50重量%とすることで、この範囲に制御できる。また、必要に応じて仕上げスラグ、フェロニッケルスラグで添加してもよい。
CaO及びSiO2はスラグの主成分であり、流動性や融点を調整するために必要である。これらの成分は、電気炉に投入する前に、石灰石および/または珪砂で調節することが可能である。しかしながら、もとの原料における含有率が35質量%を超えて高いと、石灰石および/または珪砂を添加せずとも、スラグ量が増加し、逆にメタル量が少なくなり、コスト高となってしまう。そのため、CaO及びSiO2の含有率を35質量%以下とした。好ましくは、CaOとSiO2の含有率が合計で7.5〜35質量%である。7.5質量%は含有した方が望ましいのは、石灰石、珪砂の副原料費を抑えるためである。より好ましくは、CaOの含有率が3〜15質量%であり、SiO2の含有率が4.5〜20質量%の範囲である。CaOは主に酸洗スラッジに含まれる成分であり、酸洗スラッジの配合比率を5〜30重量%にすると上記の成分範囲を得ることができる。SiO2は主に製鋼ダストに含有されており、製鋼ダストの配合比率を10〜50重量%とすることで、この範囲に制御できる。また、必要に応じて、フェロニッケルスラグを添加して調整してもよい。
Fはスラグの流動性を適正範囲に制御するために必要な成分である。Fの含有率が1質量%未満では、流動性が悪く、その結果、有価金属回収率を低下させる。逆に6質量%を超えて高いと、流動性が良すぎる他にも、HF、SiF4などの腐食性ガスを発生させ、設備を腐食、損傷させる。そのため、Fの含有率を1〜6質量%と規定した。Fは酸洗スラッジに含まれる成分であり、酸洗スラッジの配合比率を5〜30重量%にすると、上記の成分範囲を得ることができる。
Sは電気炉において、溶鋼の表面張力を低下させて、流動性を確保するために必要な成分である。流動性が十分でないと、コークベッドをうまく通過しない。電気炉において、Sの一部は脱硫されてスラグ中に分配される。そのような脱硫反応を経て、最終的に、溶鋼中に0.01〜0.05質量%の範囲に制御することが好ましい。S濃度が高すぎると脱硫負荷が高くなり、コスト高を引き起こしてしまう。そのため、脱硫反応も考慮して、電気炉の溶鋼中でこの範囲を確保するために、還元リサイクル原料中では、Sの含有率を0.1〜2質量%に制御する必要があり、そのように定めた。Sは酸洗スラッジに含まれる成分であり、酸洗スラッジの配合比率を5〜30重量%にすると、上記の成分範囲を得ることができる。
ZnOがCで還元されると、亜鉛のガスが発生し、これが原料内の気圧を上昇せしめ突沸現象を起こすため、抑制せねばならない成分である。ZnOの含有率が2質量%を超えて高いと、その傾向が強く現れるようになり、電気炉内で吹上げ現象を引き起こす。そのため、ZnOの含有率を2質量%以下と規定した。ZnOは製鋼ダストに含有する成分であり、製鋼ダストの配合率を50重量%以下に制限することで、この範囲に抑制できる。
表1に示した材料組成の比率で、製鋼ダスト、酸洗スラッジ、スケール材、及び、SiCを配合し、炭材、水分及び油脂分を混合した。Aは最も好ましい配合パターンであり、Bはダストが少なくスケールが多い、Cはダストが多く、スラッジが少ない。なお、水分と油分は外配合であり配合した原料の重量を100とした時の配合割合としている。続けて双ロール式の製団機を用いブリケットに成型した。なお、炭材は、還元反応に必要な分と、焙焼工程での熱源として、配合した原料1tに対して100〜200kgの重量で配合した。
(1)温度分布:ボックス上部中心位置と下部中心位置において、熱電対により測定した。
(2)焙焼されたブリケットの水分含有量:焙焼後にボックスからブリケットを無作為に10個採取し、各試料について900℃で3時間以上加熱して、重量が一定値となったことを確認した後、重量減少量から求めた。
(3)吹上げ:○は工場内外にて吹上げ発生なし、△は工場の外に煙が出ない程度の吹上げがあったことを示す。
(4)生産性:電気炉による電気製錬に要した時間で評価した。○は4.5時間/チャージ以下、△は4.5時間を超えて5時間/チャージ以下、×は5時間/チャージ超である。
(5)総合評価:吹上げと生産性で総合的に評価した。◎は両方○、○は○と△、△は両方△、×は片方に×があるものとした。
4…スラグ分、5…還元メタル分、6…空孔、7…棚つり、11…未焙焼ブリケット、
12…焙焼ボックス、13…バーナー、14…排風、15…ボックス内の通気、
16…焙焼ブリケット、17…クリンカー、21…ブリケット、22…製団機、23…ベルトコンベアー、 24…ブリケット移送用ボックス、25…篩、26…可動式ベルトコンベアー、31…ブリケット、32…ベルトコンベアー、33…ブリケット移送用ボックス、34…可動式ベルトコンベアー
Claims (3)
- 製鋼ダスト:10〜50重量%、酸洗スラッジ:5〜30重量%、スケール材:30〜60重量%からなる鉄鋼副生物に、水分、油脂分及び炭材を混合する工程と、
上記の混合した鉄鋼副生物を製団機によりブリケットに製団する工程と、
上記ブリケットをベルトコンベアーにて輸送する際に、上記ブリケットが上記ベルトコンベアーに落下した際に発生した粉体を上記ベルトコンベアーの途中に設置された篩目が5〜30mmである篩で粉体を篩う工程と、
可動式の上記ベルトコンベアーで、上記ブリケットをベルト速度が30〜60m/分で輸送し、ブリケット移送用ボックス直上1000〜2000mmの設置高さで上記ベルトコンベアーを運搬方向に可動範囲が300〜1000mm、速度が1〜10m/分の一定速度で前後に周期運動させながら、上記ブリケットの繰り返し落下の衝撃による粉体発生を緩和させつつ上記ブリケットを上記ブリケット移送用ボックスに装入する工程と、
上記ブリケットを上記ブリケット移送用ボックスから焙焼ボックスに装入して上記焙焼ボックス内で焙焼する工程と、
スラグ量および塩基度調整のために上記の焙焼後のブリケットに対して炭材並びに石灰石及び/又は珪砂をさらに混合する工程と、
上記ブリケットと、上記炭材並びに石灰石及び/または珪砂とからなる混合物をサブマージドアーク式電気炉に装入して加熱し、Fe、Ni、Cr、Mnの有価金属を還元し、メタル分とスラグ分に分離する工程とを備え、
上記鉄鋼副生物は、全体の3〜40重量%が2.8mm以上20mm以下の粒度を有し、ブリケットは、形状が各辺40〜60mm×40〜60mm×25〜40mmであることを特徴とする鉄鋼副生物の焙焼還元方法。 - 前記ブリケット移送用ボックスの長さが1100〜1300mm、幅が1100〜1300mm、高さ700〜900mmのサイズの鉄鋼製であることを特徴とする請求項1に記載の鉄鋼副生物の焙焼還元方法。
- 前記焙焼ボックス内の1mm以下の粉体の形成量が20重量%以下であり、焙焼後のブリケットの含水率が平均6重量%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の鉄鋼副生物の焙焼還元方法。
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