鉄鋼副生物の焙焼還元方法
【課題】大型原料を積極的に利用してブリケットから発生する粉体を低減させ、なおかつ水分等の揮発性物質を充分に除去することにより、吹上げを防止しつつ、高い有価金属回収率を確保し得る鉄鋼副生物の焙焼還元方法を提供する。
【解決手段】製鋼ダスト：１０〜５０重量％、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し、鉄鋼副生物を製団機によりブリケットに製団し、このブリケットを焙焼ボックス内で焙焼し、次いで、炭材並びに石灰石及び／又は珪砂をさらに混合し、この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、有価金属を還元し、メタル分とスラグ分に分離する焙焼還元方法において、全体の３〜４０重量％が２．８ｍｍ以上２０ｍｍ以下の粒度を有する鉄鋼副生物を用い、ブリケットの形状を、各辺４０〜６０ｍｍ×４０〜６０ｍｍ×２５〜４０ｍｍとする。
【解決手段】製鋼ダスト：１０〜５０重量％、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し、鉄鋼副生物を製団機によりブリケットに製団し、このブリケットを焙焼ボックス内で焙焼し、次いで、炭材並びに石灰石及び／又は珪砂をさらに混合し、この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、有価金属を還元し、メタル分とスラグ分に分離する焙焼還元方法において、全体の３〜４０重量％が２．８ｍｍ以上２０ｍｍ以下の粒度を有する鉄鋼副生物を用い、ブリケットの形状を、各辺４０〜６０ｍｍ×４０〜６０ｍｍ×２５〜４０ｍｍとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼副生物から有価金属を回収する焙焼還元方法に係り、特に、鉄、ニッケル、クロム、マンガンなどの有価金属を含む製鋼ダスト、酸洗スラッジ、焼鈍時のスケールなどの鉄鋼副生物を効率良く還元して、有価金属を回収する焙焼還元方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所で発生する製鋼ダスト、酸洗スラッジ、焼鈍時のスケールなどの鉄鋼副生物は、鉄、ニッケル、クロム、マンガンなどの有価金属を含有しており、従来から多くの回収方法が提案されてきた。具体的には、これらの副生物を石炭やコークスなどの炭素源と混合してブリケット状に成型し、図１（ａ）に示すように、電気精練炉１内にブリケット２を装入し、このブリケット２を電極３により加熱溶融し、スラグ分４と還元メタル分５とに分離して有価金属を回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
しかしながら、上記の方法においては、電気精練炉１内へのブリケット２の装入の際に、一部のブリケットが衝撃によって崩壊し、粉体が発生することがある。このような粉体が多くなると、図１（ｂ）に示すように、この粉体のためにブリケット２の層に空孔６が発生し、棚つり７が形成されてしまう。そして、図１（ｃ）に示すように、この棚つり７が崩落すると、ブリケット内の水分等の揮発性物質が一気に加熱されて爆発が生じ、いわゆる、吹上げが発生するという問題がある。
【０００４】
この問題に対しては、副生物を石炭やコークスなどの炭素源と混合してブリケット状に成型し、一旦焙焼して水分などの揮発成分を除去した後に、アーク式電気炉にて加熱して還元処理する方法が提案されている（例えば、特許文献３〜６参照。）。これらの方法では、図２（ａ）に示すように、未焙焼のブリケット１１を焙焼ボックス１２内に装入する。この焙焼ボックス１２の底部には、バーナー１３が備えられている。そして、矢印１４の方向に排気を吸引することにより、矢印１５のように、焙焼ボックス１２底部から上部に向けて未焙焼ブリケット１１間に排気の流路が形成される。この状態において、バーナー１３により未焙焼ブリケット１１が着火されると、矢印１５の示す方向に未焙焼ブリケット１１が焙焼ブリケット１６へと焙焼される。
【０００５】
ところが、ブリケットの強度が十分でない場合には、未焙焼ブリケット１１を焙焼ボックス１２内に装入する際、一部のブリケット１１が衝撃によって崩壊し、粉体が発生してしまう。この粉体が焙焼ボックス１２底部に多く堆積すると、図２（ｂ）に示すように、この堆積した粉体が焙焼時に異常過熱されてクリンカー１７を形成する。そして、焙焼ボックス１２底部にクリンカー１７が形成されると、矢印１５が示すように、上部に向けての排気の流路が塞がれ、焙焼の進行が妨げられてしまう。そのため、クリンカー１７上部の焙焼ボックス１２中心部において、未焙焼ブリケット１１が焙焼されず、ブリケットの生焼け部分が生じてしまう。その結果、ブリケット内の揮発性物質が除去できず、上記の吹上げの問題が改善されないことがあった。
【０００６】
また、有価金属を効果的に回収するために、上記の焙焼した後、サブマージドアーク電気炉で加熱して還元する方法において、アルミニウム残灰を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献７参照。）。しかしながら、この方法では、電気炉での反応が激しすぎるため、炉のコントロールが困難であり、爆発等の危険が伴う場合もあった。
【０００７】
さらに、従来技術における鉄鋼副生物としては、製鋼ダスト及び酸洗スラッジが用いられている。しかしながら、鉄鋼副生物の１つであるスケール材は、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、これを従来技術に適用するためには、例えば、粒径３ｍｍ以上の大型のものを選別除去したり、粉砕する必要が生じ、非常にコスト高となってしまうといった問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２６００１４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７０２６号公報
【特許文献３】特開昭６１−１５９２９号公報
【特許文献４】特開昭６１−１７７３３１号公報
【特許文献５】特開昭６１−１７７３３２号公報
【特許文献６】特開昭６１−１７７３３７号公報
【特許文献７】特開平１０−３３０８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
よって、本発明は、上記のような大型原料を積極的に利用してブリケットから発生する粉体を低減させ、なおかつ水分等の揮発性物質を充分に除去することにより、吹上げを防止しつつ、高い有価金属回収率を確保し得る鉄鋼副生物の焙焼還元方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、上記課題を解決するために、粉体発生を低減しブリケット強度について鋭意検討を重ねた結果、粒径が比較的大きなスケール材を鉄鋼副生物に特定の比率混合することにより、この比較的大型の粒子が骨材として効果的に作用し、成型されるブリケットの強度を高くすることができ、これにより、粉体発生が低減されることを見出した。
【００１１】
したがって、本発明の焙焼還元方法は、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、上記ブリケットを焙焼ボックス内で焙焼する工程と、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、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以下の粒度を有するものであり、上記ブリケットは、形状が各辺４０〜６０ｍｍ×４０〜６０ｍｍ×２５〜４０ｍｍであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、粒径の比較的大きなスケール材を用いることにより、成型されるブリケットの強度を十分高くすることができ、粉体の発生を低減することができ、その結果、ブリケットを良好に焙焼することができ、吹上げを生じない安定した電気炉操業が可能となった。
【００１３】
さらに、本発明によれば、製鋼ダスト、酸洗スラッジ及びスケール材を特定の比率で配合することにより、良好なスラグの溶融性及び流動性が得られる化学組成に原料を制御することでき、高い有価金属回収率が得られ、従来、産廃として廃棄されていた製鋼ダスト、酸洗スラッジ、スケール材などから、安定してＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎなどの有価金属を確保できるため、これらの原料の一部を補填できることとなり、製造原価低減、さらには、地球環境保全にも貢献することができた。
【００１４】
このような効果は、以下の原理によるものと推測された。スラグ、メタルともに適正な流動性を保有していないと、原料がコークベッドを通過する際に、うまく通過せず、その結果、有価金属回収率が低下することとなる。特に、スラグの融点と流動性が、適正範囲にないとスラグの落下が遅れたり、あるいは、速すぎてしてしまう。その結果、炉内での反応が制御できなくなるために、有価金属回収率が低下してしまう。また、場合によっては、吹上げ現象も引き起こされる。同時に、原料中のＺｎＯが２質量％を超えて高いと、吹上げが顕著に発生する。これは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させて突沸現象を起こすためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の焙焼還元方法は、鉄鋼副生物から有価金属Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｎを回収する方法であり、後述するような特定の配合の鉄鋼副生物に水分、油脂分及び炭材を混合し、これを製団機によりブリケットに製団し、このブリケットを焙焼ボックス内で焙焼し、次いで、炭材並びに石灰石及び／又は珪砂をさらに混合した後に、この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、有価金属を還元し、メタル分とスラグ分に分離する方法であるが、本発明においては、鉄鋼副生物として、製鋼ダスト及び酸洗スラッジに、比較的大きな粒径を有するスケール材を特定の比率で配合すること、及びこの鉄鋼副生物を特定の形状のブリケットに成型することが最大の特徴である。したがって、以下、本発明において特徴的な材料組成及び工程について説明する。なお、その他の工程においては、一般公知の従来技術を用いることができる。
【００１６】
本発明に用いる鉄鋼副生物は、製鋼ダスト及び酸洗スラッジに、スケール材を特定の比率で配合したものであり、全体の３〜４０重量％が２．８ｍｍ以上２０ｍｍ以下の粒度を有するものである。本発明においては、このような比較的大型の粒子が骨材として作用することによって、成型されるブリケットの強度を向上することができ、具体的には、ブリケット成型後で焙焼前の初期のブリケット強度を２０ｋｇｆ／個以上とすることができる。このように焙焼前のブリケット強度が向上されたことにより、焙焼ボックス内へのブリケット装入時等の粉体発生を防ぐことができ、焙焼時の生焼けの問題を解消することができる。この比率は、好ましくは５〜３０重量％であり、より好ましくは５〜２４重量％である。
【００１７】
また、本発明においては、鉄鋼副生物全体の他の３〜４０重量％が１．２ｍｍ以上〜２．８ｍｍ未満の粒度を有するものであると、より骨材としての効果を高くするために好都合で、この比率は、好ましくは５〜３０重量％であり、より好ましくは５〜２４重量％である。なお、スケール材は比較的大きな粒径を有するため、上記範囲の粒度（２．８ｍｍ以上２０ｍｍ以下及び１．２ｍｍ以上２．８ｍｍ未満の粒度）を有するものはほとんどがスケール材であると考えられるが、他の材料がこの粒度を有していてもよい。
【００１８】
これに対して、従来技術における鉄鋼副生物は製鋼ダストと酸洗スラッジとからなり、これらは、主に１５０μｍ以下程度の比較的細かい粉体状のものであるため、いくら水分と油脂分を加えても十分なブリケット強度が得られず、発生する粉体量が３０重量％を超えてしまっていた。
【００１９】
また、本発明においては、上記のような比較的大型の粒子が鉄鋼副生物に含まれるため、成型されるブリケットはこれを許容せねばならない。そのため、ブリケットの形状を各辺４０〜６０ｍｍ×４０〜６０ｍｍ×２５〜４０ｍｍと規定した。製団ロールが、大型の粒子で停止しないためには、最低で４０×４０×２５ｍｍのサイズが必要であり、一方、大きすぎると、ブリケット中心部に製団時の圧力がかかりにくくなり、強度が確保できなくなるために、６０×６０×４０ｍｍを上限サイズとした。また、ブリケットの製団には、例えば双ロール式の製団機を用いることができる。
【００２０】
具体的なブリケットの焙焼工程としては、上記のようにして成型されたブリケットを焙焼ボックスに装入し、焙焼ボックス上部をダクトで密閉し、排風機を用いて吸引しながら、下部をバーナーで着火し、いわゆる焙焼処理を行い、水分を揮発させることができる。その結果、焙焼ボックス内のブリケットの平均含水率が８重量％以下、好ましくは焙焼ボックス内の７０重量％以上のブリケットの平均含水率が６重量％以下とすることができる。焙焼後のブリケット強度は、具体的には、５０ｋｇｆ／個以上とすることができた。
【００２１】
このように焙焼後のブリケットは、粉体発生を抑制するとともに、含水率も低減できているため、サブマージドアーク電気炉による還元工程においても、吹上げを良好に防ぐことができる。
【００２２】
具体的な有価金属の回収工程としては、焙焼されたブリケットをサブマージドアーク電気炉に装入して加熱することで、メタル分とスラグ分に分離させ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎなどの有価金属を回収する。また、電気炉への装入時、スラグ量と塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）調整の目的で、石灰石及び／又は珪砂を、また、原料の組成によっては、炭材を適宜追加することもできる。特に、スラグ側については、上記の化学成分を持つ還元リサイクル原料を用いることで、十分なスラグ量を確保できて、なおかつ、溶融性および流動性が好ましい領域に制御できる。最も望ましいスラグ組成は、特に限定はしないが、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯを８０質量％以上含み、ＣａＯ／ＳｉＯ２の比率が０．８〜１．４、好ましくは１．０〜１．２、Ａｌ２Ｏ３の含有率が０．６〜７質量％の範囲である。
【００２３】
以下、本発明の焙焼還元方法に好適に用いられる材料組成について説明する。
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。
【００２４】
２．酸洗スラッジ
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。
【００２５】
３．スケール材
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。
【００２６】
４．ＳｉＣ、フェロニッケルスラグ及び仕上げスラグ
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。
【００２７】
５．水分
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。
【００２８】
６．油脂分
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。
【００２９】
７．炭材
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。
【００３０】
８．化学成分
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。
【００３１】
なお、上記の各構成成分はＳ、Ｆ以外は酸化物として表記されているが、実際は水酸化物、フッ化物、硫化物、硫酸化物など複雑であるため、簡便のために酸化物表記としている。また、本発明おける有価金属とは、特に限定されるものではないが、少なくとも鉄、ニッケル、クロム、マンガンが含まれる。
【００３２】
（１）ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ及びＣｒ２Ｏ３
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。
【００３３】
また、上限は特に限定はしないが、８５質量％以下程度に抑えることが望ましい。その理由は、次のとおりである。すなわち、８５質量％を超えると、スラグ量が著しく少なくなってしまう。スラグをある程度確保せねば、電気炉操業時に温度コントロールが困難になったり、スラグと溶鋼間で起こる脱硫反応が不充分になってしまい、溶鋼中のＳ濃度が０．２質量％を超えて高くなるためである。得られた鋼塊は、ステンレス鋼の製鋼工程で原料としてリサイクルされるものであるから、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。このような理由から、電気炉における脱硫反応に必要なスラグ量を確保するために、上限は８５質量％以下程度に抑えることが望ましい。
【００３４】
（２）Ａｌ２Ｏ３
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。
【００３５】
（３）ＭｇＯ
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。
【００３６】
（４）ＣａＯ及びＳｉＯ２
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。
【００３７】
（５）Ｆ
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。
【００３８】
（６）Ｓ
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０．０１〜０．２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。
【００３９】
（７）ＺｎＯ
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。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の実施例を用いて、本発明の効果を説明する。
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、ＳｉＣ、フェロニッケルスラグ、及び、仕上げスラグを配合し、炭材、水分及び油脂分を混合し、双ロール式の製団機を用いて、これを表１に示した形状の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。
【００４１】
次に、上記のようにして成型したブリケットを焙焼ボックスに装入し、その後、焙焼ボックス上部をダクトで密閉し、排風機を用いて吸引しながら、下部をバーナーで２０〜３０分間加熱して着火し、焙焼処理を１２０〜１８０分間行った。これにより、水分を揮発させるとともに、各ブリケット内部の原料粒子を焼結させた。
【００４２】
その後、スラグ量と塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）調整のために、表１に示した配合で石灰石及び／又は珪砂を、上記のブリケットに混合し、これらをサブマージドアーク電気炉に装入した。そして、これを加熱して、還元したメタル分とスラグ分に分離し、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎの有価金属を回収した。回収されたメタルはおよそ５〜６ｔであり、残部がスラグであった。なお、電気炉のサイズは１３ｔであり、電力原単位はおよそ１８００ｋＷＨ／メタルｔであった。
【００４３】
【表１】
【００４４】
上記のようにして鉄鋼副生物の焙焼還元方法を行った際の原料の粒度分布、成型されたブリケットの強度、焙焼ボックス内の粉体量、焙焼ボックス内部の温度分布及び焙焼されたブリケットの水分含有量を以下のように測定した。これらの結果は表２に示した。
【００４５】
原料の粒度分布は、配合後の原料約２０ｋｇをサンプリングし、篩で篩うことで各粒度に分別し重量を測った。成型されたブリケットの強度は、２日間養生後、圧壊強度を測定した。焙焼ボックス内の粉体量は、焙焼ボックスを無作為に抽出し、ブリケットと１ｍｍ以下の粉体部に分離して粉体の重量を測った。焙焼ボックス内部の温度分布は、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。焙焼されたブリケットの水分含有量は、焙焼後にボックスからブリケットを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。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表１及び２から明らかなように、実施例１及び２では、材料組成、ブリケット形状及び鉄鋼副生物の粒度のいずれもが本発明の配合範囲にあるため、ブリケット強度が２０ｋｇｆ／個以上あり、その結果、粉体発生量も少なく、均一に焙焼できた。一方、水分と油脂分が本発明の好ましい範囲からはずれた実施例３では、実施例１及び２よりも粉体発生量が僅かに多かった。また、吹上げには至らなかったが、異音が発生したなど操業の安定性がやや劣っていた。
【００４８】
これに対し、ブリケット形状が本発明の範囲を超えて大きい比較例１では、高いブリケット強度を確保できず、粉体の発生量が多かった。そのため、焙焼ボックス内の温度ムラが大きく、ブリケット中の水分も抜けきらなかった。その結果、吹上げが生じてしまった。また、ブリケット形状が１５×１５×１０ｍｍと小型であった比較例２では、２０ｍｍ程度の大型の鉄鋼副生物が双ロールに噛み込んでしまい、ブリケットを成型できなかった。さらに、スケール材を配合しなかった比較例３では、高いブリケット強度が得られず、粉体の発生量が多かった。そのため、焙焼ボックス内の温度ムラが大きく、ブリケット中の水分も抜けきらなかった。その結果、吹上げが生じてしまった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】吹上げを模式的に説明した図である。
【図２】焙焼ボックス内におけるブリケットの焙焼状態を示した図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…サブマージドアーク電気炉、２…還元リサイクル用原料ブリケット、３…電極、
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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼副生物から有価金属を回収する焙焼還元方法に係り、特に、鉄、ニッケル、クロム、マンガンなどの有価金属を含む製鋼ダスト、酸洗スラッジ、焼鈍時のスケールなどの鉄鋼副生物を効率良く還元して、有価金属を回収する焙焼還元方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所で発生する製鋼ダスト、酸洗スラッジ、焼鈍時のスケールなどの鉄鋼副生物は、鉄、ニッケル、クロム、マンガンなどの有価金属を含有しており、従来から多くの回収方法が提案されてきた。具体的には、これらの副生物を石炭やコークスなどの炭素源と混合してブリケット状に成型し、図１（ａ）に示すように、電気精練炉１内にブリケット２を装入し、このブリケット２を電極３により加熱溶融し、スラグ分４と還元メタル分５とに分離して有価金属を回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
しかしながら、上記の方法においては、電気精練炉１内へのブリケット２の装入の際に、一部のブリケットが衝撃によって崩壊し、粉体が発生することがある。このような粉体が多くなると、図１（ｂ）に示すように、この粉体のためにブリケット２の層に空孔６が発生し、棚つり７が形成されてしまう。そして、図１（ｃ）に示すように、この棚つり７が崩落すると、ブリケット内の水分等の揮発性物質が一気に加熱されて爆発が生じ、いわゆる、吹上げが発生するという問題がある。
【０００４】
この問題に対しては、副生物を石炭やコークスなどの炭素源と混合してブリケット状に成型し、一旦焙焼して水分などの揮発成分を除去した後に、アーク式電気炉にて加熱して還元処理する方法が提案されている（例えば、特許文献３〜６参照。）。これらの方法では、図２（ａ）に示すように、未焙焼のブリケット１１を焙焼ボックス１２内に装入する。この焙焼ボックス１２の底部には、バーナー１３が備えられている。そして、矢印１４の方向に排気を吸引することにより、矢印１５のように、焙焼ボックス１２底部から上部に向けて未焙焼ブリケット１１間に排気の流路が形成される。この状態において、バーナー１３により未焙焼ブリケット１１が着火されると、矢印１５の示す方向に未焙焼ブリケット１１が焙焼ブリケット１６へと焙焼される。
【０００５】
ところが、ブリケットの強度が十分でない場合には、未焙焼ブリケット１１を焙焼ボックス１２内に装入する際、一部のブリケット１１が衝撃によって崩壊し、粉体が発生してしまう。この粉体が焙焼ボックス１２底部に多く堆積すると、図２（ｂ）に示すように、この堆積した粉体が焙焼時に異常過熱されてクリンカー１７を形成する。そして、焙焼ボックス１２底部にクリンカー１７が形成されると、矢印１５が示すように、上部に向けての排気の流路が塞がれ、焙焼の進行が妨げられてしまう。そのため、クリンカー１７上部の焙焼ボックス１２中心部において、未焙焼ブリケット１１が焙焼されず、ブリケットの生焼け部分が生じてしまう。その結果、ブリケット内の揮発性物質が除去できず、上記の吹上げの問題が改善されないことがあった。
【０００６】
また、有価金属を効果的に回収するために、上記の焙焼した後、サブマージドアーク電気炉で加熱して還元する方法において、アルミニウム残灰を添加する方法が提案されている（例えば、特許文献７参照。）。しかしながら、この方法では、電気炉での反応が激しすぎるため、炉のコントロールが困難であり、爆発等の危険が伴う場合もあった。
【０００７】
さらに、従来技術における鉄鋼副生物としては、製鋼ダスト及び酸洗スラッジが用いられている。しかしながら、鉄鋼副生物の１つであるスケール材は、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、これを従来技術に適用するためには、例えば、粒径３ｍｍ以上の大型のものを選別除去したり、粉砕する必要が生じ、非常にコスト高となってしまうといった問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−２６００１４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７０２６号公報
【特許文献３】特開昭６１−１５９２９号公報
【特許文献４】特開昭６１−１７７３３１号公報
【特許文献５】特開昭６１−１７７３３２号公報
【特許文献６】特開昭６１−１７７３３７号公報
【特許文献７】特開平１０−３３０８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
よって、本発明は、上記のような大型原料を積極的に利用してブリケットから発生する粉体を低減させ、なおかつ水分等の揮発性物質を充分に除去することにより、吹上げを防止しつつ、高い有価金属回収率を確保し得る鉄鋼副生物の焙焼還元方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、上記課題を解決するために、粉体発生を低減しブリケット強度について鋭意検討を重ねた結果、粒径が比較的大きなスケール材を鉄鋼副生物に特定の比率混合することにより、この比較的大型の粒子が骨材として効果的に作用し、成型されるブリケットの強度を高くすることができ、これにより、粉体発生が低減されることを見出した。
【００１１】
したがって、本発明の焙焼還元方法は、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、上記ブリケットを焙焼ボックス内で焙焼する工程と、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、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以下の粒度を有するものであり、上記ブリケットは、形状が各辺４０〜６０ｍｍ×４０〜６０ｍｍ×２５〜４０ｍｍであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、粒径の比較的大きなスケール材を用いることにより、成型されるブリケットの強度を十分高くすることができ、粉体の発生を低減することができ、その結果、ブリケットを良好に焙焼することができ、吹上げを生じない安定した電気炉操業が可能となった。
【００１３】
さらに、本発明によれば、製鋼ダスト、酸洗スラッジ及びスケール材を特定の比率で配合することにより、良好なスラグの溶融性及び流動性が得られる化学組成に原料を制御することでき、高い有価金属回収率が得られ、従来、産廃として廃棄されていた製鋼ダスト、酸洗スラッジ、スケール材などから、安定してＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎなどの有価金属を確保できるため、これらの原料の一部を補填できることとなり、製造原価低減、さらには、地球環境保全にも貢献することができた。
【００１４】
このような効果は、以下の原理によるものと推測された。スラグ、メタルともに適正な流動性を保有していないと、原料がコークベッドを通過する際に、うまく通過せず、その結果、有価金属回収率が低下することとなる。特に、スラグの融点と流動性が、適正範囲にないとスラグの落下が遅れたり、あるいは、速すぎてしてしまう。その結果、炉内での反応が制御できなくなるために、有価金属回収率が低下してしまう。また、場合によっては、吹上げ現象も引き起こされる。同時に、原料中のＺｎＯが２質量％を超えて高いと、吹上げが顕著に発生する。これは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させて突沸現象を起こすためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の焙焼還元方法は、鉄鋼副生物から有価金属Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｎを回収する方法であり、後述するような特定の配合の鉄鋼副生物に水分、油脂分及び炭材を混合し、これを製団機によりブリケットに製団し、このブリケットを焙焼ボックス内で焙焼し、次いで、炭材並びに石灰石及び／又は珪砂をさらに混合した後に、この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、有価金属を還元し、メタル分とスラグ分に分離する方法であるが、本発明においては、鉄鋼副生物として、製鋼ダスト及び酸洗スラッジに、比較的大きな粒径を有するスケール材を特定の比率で配合すること、及びこの鉄鋼副生物を特定の形状のブリケットに成型することが最大の特徴である。したがって、以下、本発明において特徴的な材料組成及び工程について説明する。なお、その他の工程においては、一般公知の従来技術を用いることができる。
【００１６】
本発明に用いる鉄鋼副生物は、製鋼ダスト及び酸洗スラッジに、スケール材を特定の比率で配合したものであり、全体の３〜４０重量％が２．８ｍｍ以上２０ｍｍ以下の粒度を有するものである。本発明においては、このような比較的大型の粒子が骨材として作用することによって、成型されるブリケットの強度を向上することができ、具体的には、ブリケット成型後で焙焼前の初期のブリケット強度を２０ｋｇｆ／個以上とすることができる。このように焙焼前のブリケット強度が向上されたことにより、焙焼ボックス内へのブリケット装入時等の粉体発生を防ぐことができ、焙焼時の生焼けの問題を解消することができる。この比率は、好ましくは５〜３０重量％であり、より好ましくは５〜２４重量％である。
【００１７】
また、本発明においては、鉄鋼副生物全体の他の３〜４０重量％が１．２ｍｍ以上〜２．８ｍｍ未満の粒度を有するものであると、より骨材としての効果を高くするために好都合で、この比率は、好ましくは５〜３０重量％であり、より好ましくは５〜２４重量％である。なお、スケール材は比較的大きな粒径を有するため、上記範囲の粒度（２．８ｍｍ以上２０ｍｍ以下及び１．２ｍｍ以上２．８ｍｍ未満の粒度）を有するものはほとんどがスケール材であると考えられるが、他の材料がこの粒度を有していてもよい。
【００１８】
これに対して、従来技術における鉄鋼副生物は製鋼ダストと酸洗スラッジとからなり、これらは、主に１５０μｍ以下程度の比較的細かい粉体状のものであるため、いくら水分と油脂分を加えても十分なブリケット強度が得られず、発生する粉体量が３０重量％を超えてしまっていた。
【００１９】
また、本発明においては、上記のような比較的大型の粒子が鉄鋼副生物に含まれるため、成型されるブリケットはこれを許容せねばならない。そのため、ブリケットの形状を各辺４０〜６０ｍｍ×４０〜６０ｍｍ×２５〜４０ｍｍと規定した。製団ロールが、大型の粒子で停止しないためには、最低で４０×４０×２５ｍｍのサイズが必要であり、一方、大きすぎると、ブリケット中心部に製団時の圧力がかかりにくくなり、強度が確保できなくなるために、６０×６０×４０ｍｍを上限サイズとした。また、ブリケットの製団には、例えば双ロール式の製団機を用いることができる。
【００２０】
具体的なブリケットの焙焼工程としては、上記のようにして成型されたブリケットを焙焼ボックスに装入し、焙焼ボックス上部をダクトで密閉し、排風機を用いて吸引しながら、下部をバーナーで着火し、いわゆる焙焼処理を行い、水分を揮発させることができる。その結果、焙焼ボックス内のブリケットの平均含水率が８重量％以下、好ましくは焙焼ボックス内の７０重量％以上のブリケットの平均含水率が６重量％以下とすることができる。焙焼後のブリケット強度は、具体的には、５０ｋｇｆ／個以上とすることができた。
【００２１】
このように焙焼後のブリケットは、粉体発生を抑制するとともに、含水率も低減できているため、サブマージドアーク電気炉による還元工程においても、吹上げを良好に防ぐことができる。
【００２２】
具体的な有価金属の回収工程としては、焙焼されたブリケットをサブマージドアーク電気炉に装入して加熱することで、メタル分とスラグ分に分離させ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎなどの有価金属を回収する。また、電気炉への装入時、スラグ量と塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）調整の目的で、石灰石及び／又は珪砂を、また、原料の組成によっては、炭材を適宜追加することもできる。特に、スラグ側については、上記の化学成分を持つ還元リサイクル原料を用いることで、十分なスラグ量を確保できて、なおかつ、溶融性および流動性が好ましい領域に制御できる。最も望ましいスラグ組成は、特に限定はしないが、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯを８０質量％以上含み、ＣａＯ／ＳｉＯ２の比率が０．８〜１．４、好ましくは１．０〜１．２、Ａｌ２Ｏ３の含有率が０．６〜７質量％の範囲である。
【００２３】
以下、本発明の焙焼還元方法に好適に用いられる材料組成について説明する。
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。
【００２４】
２．酸洗スラッジ
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。
【００２５】
３．スケール材
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。
【００２６】
４．ＳｉＣ、フェロニッケルスラグ及び仕上げスラグ
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。
【００２７】
５．水分
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。
【００２８】
６．油脂分
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。
【００２９】
７．炭材
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。
【００３０】
８．化学成分
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。
【００３１】
なお、上記の各構成成分はＳ、Ｆ以外は酸化物として表記されているが、実際は水酸化物、フッ化物、硫化物、硫酸化物など複雑であるため、簡便のために酸化物表記としている。また、本発明おける有価金属とは、特に限定されるものではないが、少なくとも鉄、ニッケル、クロム、マンガンが含まれる。
【００３２】
（１）ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ及びＣｒ２Ｏ３
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。
【００３３】
また、上限は特に限定はしないが、８５質量％以下程度に抑えることが望ましい。その理由は、次のとおりである。すなわち、８５質量％を超えると、スラグ量が著しく少なくなってしまう。スラグをある程度確保せねば、電気炉操業時に温度コントロールが困難になったり、スラグと溶鋼間で起こる脱硫反応が不充分になってしまい、溶鋼中のＳ濃度が０．２質量％を超えて高くなるためである。得られた鋼塊は、ステンレス鋼の製鋼工程で原料としてリサイクルされるものであるから、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。このような理由から、電気炉における脱硫反応に必要なスラグ量を確保するために、上限は８５質量％以下程度に抑えることが望ましい。
【００３４】
（２）Ａｌ２Ｏ３
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。
【００３５】
（３）ＭｇＯ
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。
【００３６】
（４）ＣａＯ及びＳｉＯ２
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。
【００３７】
（５）Ｆ
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。
【００３８】
（６）Ｓ
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０．０１〜０．２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。
【００３９】
（７）ＺｎＯ
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。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の実施例を用いて、本発明の効果を説明する。
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、ＳｉＣ、フェロニッケルスラグ、及び、仕上げスラグを配合し、炭材、水分及び油脂分を混合し、双ロール式の製団機を用いて、これを表１に示した形状の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。
【００４１】
次に、上記のようにして成型したブリケットを焙焼ボックスに装入し、その後、焙焼ボックス上部をダクトで密閉し、排風機を用いて吸引しながら、下部をバーナーで２０〜３０分間加熱して着火し、焙焼処理を１２０〜１８０分間行った。これにより、水分を揮発させるとともに、各ブリケット内部の原料粒子を焼結させた。
【００４２】
その後、スラグ量と塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）調整のために、表１に示した配合で石灰石及び／又は珪砂を、上記のブリケットに混合し、これらをサブマージドアーク電気炉に装入した。そして、これを加熱して、還元したメタル分とスラグ分に分離し、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎの有価金属を回収した。回収されたメタルはおよそ５〜６ｔであり、残部がスラグであった。なお、電気炉のサイズは１３ｔであり、電力原単位はおよそ１８００ｋＷＨ／メタルｔであった。
【００４３】
【表１】
【００４４】
上記のようにして鉄鋼副生物の焙焼還元方法を行った際の原料の粒度分布、成型されたブリケットの強度、焙焼ボックス内の粉体量、焙焼ボックス内部の温度分布及び焙焼されたブリケットの水分含有量を以下のように測定した。これらの結果は表２に示した。
【００４５】
原料の粒度分布は、配合後の原料約２０ｋｇをサンプリングし、篩で篩うことで各粒度に分別し重量を測った。成型されたブリケットの強度は、２日間養生後、圧壊強度を測定した。焙焼ボックス内の粉体量は、焙焼ボックスを無作為に抽出し、ブリケットと１ｍｍ以下の粉体部に分離して粉体の重量を測った。焙焼ボックス内部の温度分布は、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。焙焼されたブリケットの水分含有量は、焙焼後にボックスからブリケットを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。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表１及び２から明らかなように、実施例１及び２では、材料組成、ブリケット形状及び鉄鋼副生物の粒度のいずれもが本発明の配合範囲にあるため、ブリケット強度が２０ｋｇｆ／個以上あり、その結果、粉体発生量も少なく、均一に焙焼できた。一方、水分と油脂分が本発明の好ましい範囲からはずれた実施例３では、実施例１及び２よりも粉体発生量が僅かに多かった。また、吹上げには至らなかったが、異音が発生したなど操業の安定性がやや劣っていた。
【００４８】
これに対し、ブリケット形状が本発明の範囲を超えて大きい比較例１では、高いブリケット強度を確保できず、粉体の発生量が多かった。そのため、焙焼ボックス内の温度ムラが大きく、ブリケット中の水分も抜けきらなかった。その結果、吹上げが生じてしまった。また、ブリケット形状が１５×１５×１０ｍｍと小型であった比較例２では、２０ｍｍ程度の大型の鉄鋼副生物が双ロールに噛み込んでしまい、ブリケットを成型できなかった。さらに、スケール材を配合しなかった比較例３では、高いブリケット強度が得られず、粉体の発生量が多かった。そのため、焙焼ボックス内の温度ムラが大きく、ブリケット中の水分も抜けきらなかった。その結果、吹上げが生じてしまった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】吹上げを模式的に説明した図である。
【図２】焙焼ボックス内におけるブリケットの焙焼状態を示した図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…サブマージドアーク電気炉、２…還元リサイクル用原料ブリケット、３…電極、
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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
上記ブリケットを焙焼ボックス内で焙焼する工程と、
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、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以下の粒度を有するものであり、
上記ブリケットは、形状が各辺４０〜６０ｍｍ×４０〜６０ｍｍ×２５〜４０ｍｍであることを特徴とする焙焼還元方法。
【請求項２】
前記鉄鋼副生物は、さらに、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ることを特徴とする請求項１に記載の焙焼還元方法。
【請求項３】
前記水分は、配合量が１５〜２６重量％であり、かつ、前記油脂分は、配合量が０．２〜３重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の焙焼還元方法。
【請求項４】
前記焙焼ボックス内の１ｍｍ以下の粉体の形成量が３０重量％以下であり、焙焼後のブリケットの含水率が平均８重量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焙焼還元方法。
【請求項１】
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、
上記ブリケットを焙焼ボックス内で焙焼する工程と、
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、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以下の粒度を有するものであり、
上記ブリケットは、形状が各辺４０〜６０ｍｍ×４０〜６０ｍｍ×２５〜４０ｍｍであることを特徴とする焙焼還元方法。
【請求項２】
前記鉄鋼副生物は、さらに、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ることを特徴とする請求項１に記載の焙焼還元方法。
【請求項３】
前記水分は、配合量が１５〜２６重量％であり、かつ、前記油脂分は、配合量が０．２〜３重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の焙焼還元方法。
【請求項４】
前記焙焼ボックス内の１ｍｍ以下の粉体の形成量が３０重量％以下であり、焙焼後のブリケットの含水率が平均８重量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の焙焼還元方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−３１５４９（Ｐ２００８−３１５４９Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４１００２（Ｐ２００７−４１００２）
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００２３２７９３）日本冶金工業株式会社 (84)
【出願人】（５９２１１６１１０）ナスエンジニアリング株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００２３２７９３）日本冶金工業株式会社 (84)
【出願人】（５９２１１６１１０）ナスエンジニアリング株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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