JP5433994B2 - 竪型溶解炉を用いた溶銑製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、竪型溶解炉を用い、コークスの燃焼熱により鉄系スクラップを溶解して溶銑を製造する方法に関する。

従来、竪型溶解炉を用いて鉄系スクラップを溶解するプロセスが知られており（例えば、特許文献１）、このプロセスでは、竪型溶解炉の炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口（送風羽口）から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップを溶解することにより溶銑が得られる。

また、一般に鉄系スクラップには亜鉛めっき材などに由来する亜鉛が相当量含まれており、竪型溶解炉から排出・回収されるダスト中には、亜鉛が３０mass％前後含まれているが、亜鉛を資源として再利用するためには、製錬用の亜鉛原料として４０mass％程度以上の亜鉛濃度が必要である。
そのため、製鉄所内で発生する亜鉛含有ダストを塊成化し、このダスト塊成化物を竪型溶解炉にリサイクル装入して、再び発生するダスト中に亜鉛を濃化させ、亜鉛濃度が高められたダストを回収する方法が知られている（例えば、特許文献２）。
特開昭５６−１５６７０９号公報 特開昭５５−１２５２１１号公報

上記のようなプロセスで溶銑を製造する場合、特許文献２の方法で発生ダスト中の亜鉛濃度を高めるには、ダストを塊成化するための設備が必要となるだけでなく、鉄系スクラップに付着している土砂、プラスティック等のゴミの一部がダスト中に混入するため、これらのゴミの低減が必要となるケースもあり、製造コストの増加が問題となる。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、竪型溶解炉を用いて鉄系スクラップを溶解し、溶銑を製造する方法において、安定した操業を行いつつ、製造コストを増大させることなく発生ダスト中の亜鉛濃度を高めることができる溶銑製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、鉄系スクラップに付着するゴミを低減するためには、鉄系スクラップをシュレッダー処理することが有効であることが判った。しかし、一方において、シュレッダーされた鉄系スクラップは形状が小さくなるため、これを竪型溶解炉で多量に使用すると炉内通気性を確保できず、操業が困難になることが判った。そこで、シュレッダー処理した鉄系スクラップの配合割合を変化させて、ダスト中の亜鉛濃度と操業安定性の指標となる通気性指数を測定する試験を実施し、検討を進めた結果、使用する全鉄系スクラップ中でのシュレッダー処理された鉄系スクラップの割合を最適化することにより、ダスト中の亜鉛濃度を高めつつ、通気性を確保して安定した操業が可能となることが判った。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、羽口位置での炉内径が２〜４ｍ、炉高が６〜１０ｍの竪型溶解炉において、炉頂部からシュレッダー処理をした鉄系スクラップとシュレッダー処理をしない鉄系スクラップ（但し、シュレッダー処理をした鉄系スクラップはシュレッダー処理をしない鉄系スクラップに較べてサイズが小さい）とからなる鉄系スクラップからなる鉄源とコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップからなる鉄源を溶解することにより溶銑を製造する方法であって、シュレッダー処理をした鉄系スクラップとシュレッダー処理をしない鉄系スクラップを交互に炉内装入し、シュレッダー処理をした鉄系スクラップからなる鉄源を下記（1）式を満足する割合で使用することにより、４０mass％以上の亜鉛濃度の発生ダストを精錬用の亜鉛原料として回収することを特徴とする竪型溶解炉を用いた溶銑製造方法である。
０．１≦Ａ／Ｂ≦０．６ …（1）
但し、Ａ：シュレッダー処理をした鉄系スクラップ量（ton）
Ｂ：全鉄系スクラップからなる鉄源量（ton）

なお、本発明においてシュレッダー処理した鉄系スクラップとは、市場で売買されている鉄屑の場合は、日本鉄リサイクル工業会が定めるところの等級でＡＳ、Ａ、Ｂ、Ｃのものを指し、また、シュレッダー鉄屑として購入しない場合においては、シュレッダーマシンを用いてヘビー屑等を破砕し、磁選、風選した後の鉄系スクラップを指す。また、シュレッダー後の鉄系スクラップの大きさとしては、最大長さで４００ｍｍ以下のものが主体となる。

本発明によれば、炉内装入する全鉄系スクラップ中でのシュレッダー処理した鉄系スクラップの割合を最適化することにより、ダスト中の亜鉛濃度を高めつつ、通気性を確保した安定的な操業が可能となる。このため、竪型溶解炉の発生ダストからの亜鉛回収が容易になるとともに、溶銑を高い生産性で安定的に製造することができる。

図１は、本発明で用いる竪型溶解炉（この実施形態では竪型スクラップ溶解炉。以下、単に「溶解炉」という）とその基本的な操業形態を模式的に示している。図において、１は炉体、２は炉頂に設けられる原料装入部、３は炉下部の周方向において適当な間隔で設けられる複数の羽口（送風羽口）、４はこの羽口３に熱風を供給する熱風管、５は炉体上部に接続される排気ダクト、６はこの排気ダクト５の途中に設けられる集塵装置である。
この溶解炉の大きさ等に本質的な制限はないが、実質的に操業可能若しくは操業上有利なサイズとして、通常は、羽口位置での炉内径が２〜４ｍ程度、炉高が６〜１０ｍ程度である。羽口数に制限はないが、通常、４〜１２本程度である。

このような溶解炉では、炉頂の原料装入部２から鉄系スクラップとコークスを装入するとともに、複数の羽口３から熱風を吹き込み、コークスの燃焼ガスの熱で鉄系スクラップを溶解し、溶銑とする。生成した溶銑は炉底部の出銑口から炉外に取り出される。また、炉内では上昇する熱風に伴いダストが生成し、このダストは排気ダクト５を経由して集塵装置６で捕集される。
原料である鉄系スクラップとコークスは、炉内に同時に装入してもよいし、交互に装入してもよい。

本発明では、ダスト中の亜鉛濃度を高めつつ、通気性を確保して安定した操業を行うために、シュレッダー処理をした鉄系スクラップを下記（1）式を満足する割合で使用する。
０．１≦Ａ／Ｂ≦０．６ …（1）
但し、Ａ：シュレッダー処理をした鉄系スクラップ量（ton）
Ｂ：全鉄系スクラップ量（ton）

図１に示す構造を有する炉床径２ｍ、羽口数６本、羽口からの有効高さ７ｍの堅型溶解炉を用いて、以下のような試験を行った。
鉄源としては、シュレッダーマシンでシュレッダー処理した鉄屑の装入割合と、プレス屑等の市中スクラップ、所内で発生するスクラップ屑の装入割合を変化させた。熱源であるコークスは、鋳物コークスと篩目４０ｍｍで篩った篩上の高炉コークスを用い、鋳物コークスの質量比率は５０質量％で一定とした。溶銑の出銑温度が１５１０〜１５３０℃となるように送風量およびコークス原単位を調整し、送風量：１２０００〜１４０００Ｎｍ^３／ｈ、コークス原単位１２５〜１９０ｋｇ／ｔ・pigと変化させた。また、送風温度は５５０℃とし、炉頂ガス温度は２００〜２５０℃となった。

図２に、炉内装入する全鉄系スクラップ量（Ｂ）中のシュレッダー処理した鉄系スクラップ量（Ａ）の比率（Ａ／Ｂ）と、ダスト中の亜鉛濃度および操業中の送風圧力指数との関係を調べた結果を示す。送風圧力指数は、シュレッダー処理した鉄系スクラップを装入しない場合の送風圧力を“１”とした指数である。また、ダスト中の亜鉛濃度は、スクラップ原料の変動による影響も考えられるため、１日毎にサンプリングを行い、１週間の平均を分析値とした。図中には、その最大値と最小値も併記している。

図２によれば、比率（Ａ／Ｂ）が大きくなると、鉄系スクラップに付着するゴミ等が低減することでダスト中の亜鉛濃度が増加することが判る。また、比率（Ａ／Ｂ）が大きくなると、亜鉛濃度の最大値と最小値のバラツキが小さくなり、安定して高亜鉛濃度のダストが得られるようになる。特に、比率（Ａ／Ｂ）が０．１以上において、目標の亜鉛濃度４０mass％以上が達成できることが判る。

一方、比率（Ａ／Ｂ）が大きくなるにつれて送風圧力指数も大きくなり、比率（Ａ／Ｂ）が０．６を超えると送風圧力指数が２．５超となり、スラグの噴き出しやガスの不均一流れ等が生じて安定操業域から外れてしまう。
以上の結果から、発生ダスト中の亜鉛濃度を高め且つ安定操業を行うためには、炉内装入すべき全鉄系スクラップ量中のシュレッダー処理した鉄系スクラップ量の比率（Ａ／Ｂ）を０．１〜０．６に制御することが重要であることが判った。

なお、シュレッダー処理をした鉄系スクラップとシュレッダー処理をしない鉄系スクラップを炉内装入する方法は任意であるが、シュレッダー処理をした鉄系スクラップはシュレッダー処理をしない鉄系スクラップに較べてサイズが小さいため、両者が適度に混じった状態で炉内に装入される方が、通気性を確保する上で好ましい。特にＡ／Ｂが０．２以上の範囲においては、シュレッダー処理をした鉄系スクラップとシュレッダー処理をしない鉄系スクラップを、リフマグ等で交互に装入することが望ましい。
本発明では、発生ダストの亜鉛濃度を４０mass％以上にできるため、その発生ダストを精錬用の亜鉛原料として回収することができる。

本発明で使用する竪型溶解炉とその基本的な操業形態を模式的に示す説明図 炉内装入する全鉄系スクラップ量（Ｂ）中のシュレッダー処理した鉄系スクラップ量（Ａ）の比率（Ａ／Ｂ）と、ダスト中の亜鉛濃度および操業中の送風圧力指数との関係を示すグラフ

符号の説明

１ 炉体
２ 原料装入部
３ 羽口
４ 熱風管
５ 排気ダクト
６ 集塵装置

Claims (1)

1. 羽口位置での炉内径が２〜４ｍ、炉高が６〜１０ｍの竪型溶解炉において、炉頂部からシュレッダー処理をした鉄系スクラップとシュレッダー処理をしない鉄系スクラップ（但し、シュレッダー処理をした鉄系スクラップはシュレッダー処理をしない鉄系スクラップに較べてサイズが小さい）とからなる鉄系スクラップからなる鉄源とコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップからなる鉄源を溶解することにより溶銑を製造する方法であって、
   シュレッダー処理をした鉄系スクラップとシュレッダー処理をしない鉄系スクラップを交互に炉内装入し、
   シュレッダー処理をした鉄系スクラップからなる鉄源を下記（1）式を満足する割合で使用することにより、４０mass％以上の亜鉛濃度の発生ダストを精錬用の亜鉛原料として回収することを特徴とする竪型溶解炉を用いた溶銑製造方法。
   ０．１≦Ａ／Ｂ≦０．６ …（1）
   但し、Ａ：シュレッダー処理をした鉄系スクラップ量（ton）
   Ｂ：全鉄系スクラップからなる鉄源量（ton）

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