JPH07207328A

JPH07207328A - スクラップ溶解時に発生する排ガスの処理方法

Info

Publication number: JPH07207328A
Application number: JP541094A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Katayama; 裕之片山; Mitsutaka Matsuo; 充高松尾; Yoji Idemoto; 庸司出本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-01-21
Filing date: 1994-01-21
Publication date: 1995-08-08

Abstract

(57)【要約】【目的】スクラップをコークスなどの炭材の燃焼発生
熱を効率的に用いて安価に溶解し、同時に排ガスを環境
に悪影響を及ぼさないものにする操業条件と排ガス処理
により、溶解時の生産性を向上させたスクラップの溶解
工程での排ガス処理方法を提供する。【構成】スラグをメタルｔ当たり３００ｋｇ以上、コ
ークスなどの固定炭素分８０％以上の炭材をスラグｔ当
たり５０〜４００ｋｇ存在させた状態でスクラップを溶
解し、２次燃焼率８０〜９６％、排ガス温度１４５０〜
１６３０℃になるように燃焼排ガスを吹き込んで温度調
整すると共に、排ガス中の炭素ダストを３０ｇ／Ｎｍ³
以上とし、かつ、排出された排ガスに石灰粉を吹き込ん
で脱硫と塩素有機ガスの吸着を行い、さらに、発生する
ダストを回収して溶解炉内に装入する。【効果】スクラップ及び有機物屑を有効利用しなが
ら、２次燃焼率８０〜９６％を達成することが出来、ま
た、排ガス中のＮＯ_XおよびＳＯ_X等を低下させ、ダス
ト発生量の低減と生産性の向上を図ることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば上底吹き可能な
転炉等の冶金炉を用いてスクラップ溶解する時に発生す
る排ガスの処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、資源、環境問題から、スクラップ
などの固体金属原料をリサイクル使用して、効率的に溶
融金属を製造することが技術課題となって来ている。そ
の金属スクラップの種類は種々のものがあるが、発生量
の多い鉄鋼スクラップを用いて溶融鉄を得る方法とし
て、従来は殆ど電気炉で行われて来た。しかし、電気炉
の場合は、スクラップの溶解・精錬に多くの電力を消費
するため、わが国のように電力価格が著しく高い国では
コストアップとして好ましくない。そこで、電気炉によ
らずに経済的にスクラップを溶解・精錬する方法とし
て、高送酸能力を有する転炉の余剰生産能力を利用して
安価な炭材を用いたスクラップの溶解・精錬方法が検討
されるようになって来た。

【０００３】このような状況の中で、一般スクラップは
切削油やプラスチックスのような塩素含有有機物が付着
している。更には、フラフと呼ばれるシュレッダー工程
で出来た有機物屑が処理し難いものとして存在する。こ
れを通常の転炉で用いるとダクトの損耗が激しいと言わ
れている。しかし、一般的には既存の上底吹きの複合吹
錬転炉を利用することで設備増を控えると共に、スクラ
ップと一緒に炉内に炭材を装入し、酸素を上吹きして溶
解・精錬する方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た上底吹きの複合吹錬においては、吹込みガス流による
炭材の炉外への飛散ロスが大きく、そのためにスクラッ
プの溶解熱源を安価な炭材に求める便益が十分に生かさ
れないという問題がある。この問題は炭材としての石炭
を使用する場合に著しく、また上吹Ｏ₂量の増加に伴っ
てダスト発生量も増加する。また、特に２次燃焼率が高
くなると、ＮＯ_X発生が多くなり、硝酸による腐食及び
ＳＯ_Xによる硫酸腐食が懸念される。これらのＮＯ_Xや
ＳＯ_Xに対する対策が充分でなく、またＮＯ_Xを低減し
た操業方法が確立つれていないという問題が残されてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述したような問題を解
消し、腐食防止等を講じた上で、積極的にフラフも処理
することが可能な、しかもスクラップをコークスなどの
炭材の燃焼発生熱を効率的に用いて安価に溶解し、同時
に排ガスを環境に悪影響を及ぼさないものにする操業条
件と排ガス処理により、溶解の生産性を向上させたスク
ラップの溶解工程での排ガス処理方法を提供することに
ある。その発明の要旨とするところは、（１）ガスを上
底吹きできる冶金炉で、高濃度の酸素含有ガスを用い、
炭材が燃焼した時に発生する熱によりスクラップを溶解
して溶融鉄合金を得る際に、スラグをメタルｔ当たり３
００ｋｇ以上、固定炭素分８０％以上の炭材をスラグｔ
当たり５０〜４００ｋｇ存在させた状態でスクラップを
溶解し、２次燃焼率８０〜９６％、排ガス温度１４５０
〜１６３０℃になるように炭材が燃焼した時に発生する
排ガスを吹き込んで温度調整すると共に、排ガス中の炭
素ダストを３０ｇ／Ｎｍ³以上とし、かつ、排出される
排ガスに石灰粉を吹き込んで脱硫と塩素系有機ガスの吸
着を行うことを特徴とするスクラップ溶解時に発生する
排ガスの処理方法、（２）（１）記載の方法において、
発生する排ガス中のダストを回収して、冶金炉内に装入
することを特徴とするスクラップ溶解時に発生する排ガ
スの処理方法にある。

【０００６】以下、本発明について図面に従って詳細に
説明する。図１は本発明に係るスクラップ溶解吹錬法を
使用する反応容器の概念図である。図１に示すように、
反応容器１は耐火物２で内張りされた、例えば転炉で、
酸素上吹ランス３を備えている。酸素上吹ランス３から
酸素ガスを溶融鉄合金５上の溶融スラグ４に吹き付け
る。石炭やコークスなどの炭材６及びスクラップ７を上
方から投入して炉内の溶融スラグ４上に装入される。こ
れらの炭材の燃焼発生ガスを有効に溶融スラグに伝える
ために、炉底からは底吹きガスによる、例えばＮ ₂、Ｃ
Ｏ、炭酸ガスなどの攪拌ガス８によって溶融鉄合金を攪
拌して良好な伝熱を行うことを目的とする。

【０００７】

【作用】このように転炉の上方から酸素上吹ランスを通
して吹き込まれるのは酸素ガスである。この酸素ガスは
高濃度の酸素含有ガスであり、純酸素ガス、或いは７０
％以上の酸素を含む比較的純度の低い酸素ガス、或いは
純酸素ガスと空気、窒素のような希釈ガスの混合物で、
酸素濃度を７０％以上のものを言う。このような酸素ガ
スを溶融スラグ４の上から供給するものや、斜め上方よ
り吹いても良い。なお、複数の穴から酸素を供給すると
きは１部は微粉炭バーナーを利用することも可能であ
る。炭材及び造滓材並びにスクラップは主として上方よ
り投入される。この場合スクラップ投入は、予熱されな
いもの、予熱されたものを連続的投入ないしは間欠装入
のいずれを組合わせて、適宜分割して装入する。

【０００８】そして、酸素ガスは炭材および発生ＣＯな
どの可燃ガス成分を燃焼させて発熱し、スクラップの溶
解熱を供給する。一方、底吹きガスには溶融物を攪拌す
る効果があり、伝熱進行に必要である。この底吹きガス
としては、前述したように、Ｎ₂，ＣＯ，ＣＯ₂、アル
ゴンなどの１種ないしは２種以上の混合ガスを用いられ
る。この工程において、２次燃焼率を高めてスクラップ
の溶解を高めるものであるが、一方、２次燃焼率が高く
なるとＮＯ_X及びＳＯ_Xが高くなり易い。

【０００９】すなわちこの２次燃焼率とは（ＣＯ₂＋
Ｈ₂Ｏ）／（ＣＯ＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ＋Ｈ₂）×１００％
で定義され、高い程、酸素供給速度当たり、或いは排ガ
ス量当たりの発生熱量が増加するので設備の生産性が増
加するので有利である。一方、２次燃焼率を上げた結
果、排ガス温度が高くなり、かつＮＯ_X及びＳＯ_Xが高
くなり、好ましくない。従って２次燃焼率を８０〜９６
％に抑えることによって、ＮＯ_Xを低下しようとするも
のである。この２次燃焼率が８０％未満であるとスクラ
ップの溶解熱が不足し、スクラップの溶解の生産性が悪
くなる。また、９６％を越えるとＮＯ_Xの発生量が急激
に増加し、ＮＯ_X協定値である一定規制を越えるため、
脱ＮＯ_X処理をしなければならない。

【００１０】また、適正な２次燃焼率は、使用する炭材
の固定炭素分に依存し、２次燃焼率を出来るだけ上げる
ためには固定炭素８０％以上の炭材を用いる必要があ
る。すなわち、図２は使用炭材の固定炭素含有率と炉内
ガス２次燃焼率との関係を示す図である。図２に示すよ
うに固定炭素８０％以上において２次燃焼率の高いこと
を明確に示している。また、２次燃焼率の調整は、酸素
供給条件と炭材量の組合せによって行うことが出来る。

【００１１】而して、本発明においてスラグ量をメタル
ｔ当たり３００ｋｇ以上とするものである。図３はスラ
グ量と酸化鉄系ダスト発生量との関係を示す図である。
この図に示すようにスラグ量がｔ当たり３００ｋｇ未満
であると酸化鉄系ダストの発生量が急激に増加すること
を示している。従って、操業に当たってはスラグ量をｔ
当たり３００ｋｇ以上にすることによって、ダストの発
生を抑えることが出来る。また、本発明での炭材の装入
として塊のコークスや石炭を投入して、スラグ量ｔ当た
り５０〜４００ｋｇ存在させた状態でスクラップを溶解
する。そのためには装入炭材の固定炭素量からガス化及
び粉として飛散したものを除くことで把握することが出
来る。この値は５０ｋｇ未満であるとスラグの泡立ちが
起こり安定操業が出来なくなる。一方、４００ｋｇを越
えると２次燃焼率が低くなってしまう。

【００１２】図４は排ガスＮＯ_X含有量に及ぼす２次燃
焼率の影響を示す図である。図４に示すように２次燃焼
率が高くなると、それに応じてＮＯの含有量が高くなっ
ていることを示している。これより、ＮＯの含有量を１
００ｐｐｍ以下に抑え、かつ、２次燃焼率を前述したよ
うに８０〜９６％の高い燃焼率を維持するためには排ガ
ス温度を１４５０℃〜１６３０℃にする必要があること
を示している。図５はフード内のＣＯ₂／ＣＯと平均Ｓ
Ｏ_X含有量との関係を示す図である。このフード内のＣ
Ｏ₂／ＣＯを２次燃焼率と仮定すれば、図５に示すよう
に２次燃焼率８０〜９６％を維持するためには排ガス中
のＳＯ_Xは３００〜５００ｐｐｍと高く、従って規制値
以下にするためには脱硫処理をする必要がある。そのた
めにＳＯ_Xについては排ガス過程において石灰石によっ
て脱硫処理を行い、ＳＯ_X規制値以下にするものであ
る。

【００１３】図６は排ガス中の炭素ダスト濃度とガス中
の有機塩素化合物濃度の関係を示す図である。図６に示
すように排ガス中の炭素ダスト濃度を３０ｇ／Ｎｍ³以
上にすることにより、ガス中の有機塩素濃度を低減させ
ることが出来る。逆に炭素ダスト濃度を３０ｇ／Ｎｍ³
未満であると急激にガス中に有機塩素濃度が増加するこ
とを示している。すなわち、有機塩素化合物ガスはダス
ト濃度を３０ｇ／Ｎｍ ³以上にすることによって吸着さ
せてガス中濃度を下げることによって環境規制を保つこ
とが出来る。しかも、このダストを炉内に戻すと、吸着
した有機塩素化合物を分解することが出来るものであ
る。また、有機塩素化合物ガスはこれらを含むスクラッ
プを酸素を吹きながら投入することで炉内ガス温度を１
４５０℃以上にすることによっても発生量を抑えること
が出来る。逆に酸素を吹かない時はスクラップを加える
と有機塩素化合物が十分に分解せずにガス中の発生量が
増えることになるので好ましくない。

【００１４】図７は本発明に係る排ガス処理を示す工程
図である。図７に示すように、溶解炉２上部より排出さ
れた排ガスは排出管９より排出されるものであるが、こ
のときの排ガス温度が１６３０℃を越えると溶解炉の耐
火物及びＮＯ_Xが急激に増加することから１６３０℃以
下とする必要がある。そのためには、温度調整をする必
要がある。この温度調整用として窒素濃度の低い燃焼排
ガス１０を吹き込み温度を下げてＮＯ_X発生量を抑え
る。すなわち、排ガスのスーパーシート＝排ガス量×
（ガス温度−溶融物温度）によって定まるもので、この
ガス温度を調整することによって排ガスのスーパーシー
トを防ぐことが出来る。引続いて排ガス管９より排出さ
れたガスはボイラー熱交換器１１によって温度が下げら
れて排ガス管９において粉石灰石１２を投入して脱硫と
塩素系有機ガスの吸着を行った後、ホットサイクロン１
３にかけて分離した石灰はダクトと共に移送コンベア１
４を介して溶解炉１に装入して再利用する。

【００１５】図８は煙道での石灰粉吹込み量と排ガス中
のＳＯ_Xの除去率との関係を示す図である。図８に示す
ように排ガス中のＳＯ_Xを除去率との関係において、効
率的に除去するためにはＣａＯ分として５ｇ／Ｎｍ³以
上吹込むことにより、５０％以上のＳＯ_Xを除去するこ
とが出来ることを示している。また、図９は炉内ガス温
度とガス中有機塩素化合物濃度との関係を示す図であ
る。図９に示すように、１４５０℃以上にすると排ガス
中の有機塩素化合物量が極めて減少する。逆に１４５０
℃を越えると排ガス中の有機塩素化合物量が増大するこ
とを示している。。従って排ガス中の有機塩素化合物量
を下げた状態で操業するためには、１４５０℃以上にす
る必要がある。

【００１６】

【実施例】

実施例１マグネシア−カーボンレンガで内張りした内容積１８０
ｍ³の転炉を用いて、炉底に４本の底吹き羽口を設け、
溶銑中に窒素ガスを１４００Ｎｍ³／ｈ吹き込むような
炉を使用して、先ずスクラップのバーナー溶解により溶
融金属（溶銑）を作るか、或いは他の炉で溶かした溶融
金属５０ｔ転炉に装入する。スラグを作り、操業を開始
した。上吹きランスから２５０００Ｎｍ³／ｈで吹酸し
つつ、鋼スクラップの内油をプラスチックスを含まない
もの（全装入量にうちの５５％）は炉を傾けて装入、一
方、油、プラスチックスを含む残りのものは酸素を吹き
ながら連続装入し、全部で７０ｔの鋼スクラップを装入
した。そして吹酸しつつコークス（固体炭素：８２％、
Ｓ：０．０４％、ＳｉＯ₂：８％）を添加した。同時に
ＣａＯを投入し、スラグのＣａＯ／ＳｉＯ₂＝１．２と
する。出来た溶融鉄の排出は最大存在溶融鉄量の８０％
としスラグの９５％を炉内に残して、スラグ量ｔ当たり
３５０〜４５０ｋｇとし、再度繰り返し使用した。次ヒ
ートはこれらの工程を繰り返し行う。炉内炭材はスラグ
ｔ当たり１００〜２５０ｋｇとし、このときの二次燃焼
率は８５〜９０％の範囲とし、排ガス温度は１４７０〜
１５９０℃に調整することが出来た。溶融鉄合金の成分
はＣ：４．０％、Ｓ：０．０３％であった。また、ダス
ト中の炭素分は４０〜６０ｇ／Ｎｍ³であった。その結
果、ＮＯ_Xは９０ｐｐｍ以下に抑えることが出来、ま
た、ＳＯ_Xについては４００ｐｐｍを排出管より粉石灰
石を１５ｇ／Ｎｍ³吹き込み反応させて脱硫処理するこ
とにより８０ｐｐｍ以下、全有機塩素化合物２ｐｐｍ以
下とし、ＮＯ_X及びＳＯ_X等を低減することが出来た。

【００１７】実施例２マグネシア−カーボンレンガで内張りした内容積１８０
ｍ³の転炉を用いて、炉底に４本の底吹き羽口を設け、
溶銑中に窒素ガスを１４００Ｎｍ³／ｈ吹き込むような
炉を使用して、先ずスクラップのバーナー溶解により溶
融金属（溶銑）を作るか、或いは他の炉で溶かした溶融
金属５０ｔ転炉に装入する。スラグを作り、操業を開始
した。上吹きランスから２５０００Ｎｍ³／ｈで吹酸し
つつ、鋼スクラップの内油をプラスチックスを含まない
もの（全装入量にうちの５５％）は炉を傾けて装入、一
方、油、プラスチックスを含む残りのものは酸素を吹き
ながら連続装入し、全部で７０ｔの鋼スクラップを装入
した。そして吹酸しつつコークス（固体炭素：８２％、
Ｓ：０．０４％、ＳｉＯ₂：８％）を添加した。同時に
ＣａＯを投入し、スラグのＣａＯ／ＳｉＯ₂＝１．２と
する。出来た溶融鉄の排出は最大存在溶融鉄量の８０％
としスラグの９５％を炉内に残して、スラグ量ｔ当たり
３５０〜４５０ｋｇとし、再度繰り返し使用した。次ヒ
ートはこれらの工程を繰り返し行う。炉内炭材はスラグ
ｔ当たり１００〜２５０ｋｇとし、このときの二次燃焼
率は８５〜９０％の範囲とし、排ガス温度は１４７０〜
１５９０℃に調整することが出来た。溶融鉄合金の成分
はＣ：４．０％、Ｓ：０．０３％であった。また、ダス
ト中の炭素分は４０〜６０ｇ／Ｎｍ³であった。その結
果、ＮＯ_Xは９０ｐｐｍ以下に抑えることが出来、ま
た、ＳＯ_Xについては４００ｐｐｍを排出管より粉石灰
石を１５ｇ／Ｎｍ³吹き込み反応させて脱硫処理するこ
とにより８０ｐｐｍ以下、全有機塩素化合物２ｐｐｍ以
下とし、脱硫処理した後のダストは全Ｆｅ：３６％、全
Ｃ：３５％、全Ｚｎ：１５％、全有機塩素分１５ｐｐｍ
であり、このダストを再利用することが出来た。また、
鉄の歩留り向上も図ることが出来た。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明を実施するこ
とによって、スクラップ及び有機物屑を有効利用しなが
ら、二次燃焼率が８０〜９６％を達成することが出来、
また、排ガス中のＮＯ_X及びＳＯ_X等を低下させ、ダス
ト発生量の低減と生産性の向上を図ることが出来る等々
工業上極めて優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスクラップ溶解吹錬法を使用する
反応容器の概念図、

【図２】使用炭材の固定炭素含有率と炉内ガス２次燃焼
率との関係を示す図、

【図３】スラグ量と酸化鉄系ダスト発生量との関係を示
す図、

【図４】排ガスＮＯ_X含有量に及ぼす２次燃焼率の影響
を示す図、

【図５】フード内のＣＯ₂／ＣＯと平均ＳＯ_X含有量と
の関係を示す図、

【図６】排ガス中の炭素ダスト濃度とガス中の有機塩素
化合物濃度の関係を示す図、

【図７】本発明に係る排ガス処理を示す工程図、

【図８】煙道での石灰粉吹込み量と排ガス中のＳＯ_Xの
除去率との関係を示す図、

【図９】炉内ガス温度とガス中有機塩素化合物濃度との
関係を示す図である。

【符号の説明】

１反応容器２耐火物３酸素上吹ランス４溶融スラグ５溶融鉄合金６炭材７スクラップ８攪拌ガス９排出管１０燃焼排ガス１１ボイラー熱交換器１２粉石灰石１３ホットサイクロン１４移送コンベア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスを上底吹きできる冶金炉で、高濃度
の酸素含有ガスを用い、炭材が燃焼した時に発生する熱
によりスクラップを溶解して溶融鉄合金を得る際に、ス
ラグをメタルｔ当たり３００ｋｇ以上、固定炭素分８０
％以上の炭材をスラグｔ当たり５０〜４００ｋｇ存在さ
せた状態でスクラップを溶解し、２次燃焼率８０〜９６
％、排ガス温度１４５０〜１６３０℃になるように炭材
が燃焼した時に発生する排ガスを吹き込んで温度調整す
ると共に、排ガス中の炭素ダストを３０ｇ／Ｎｍ³以上
とし、かつ、排出される排ガスに石灰粉を吹き込んで脱
硫と塩素系有機ガスの吸着を行うことを特徴とするスク
ラップ溶解時に発生する排ガスの処理方法。
【請求項２】請求項１記載の方法において、発生する
排ガス中のダストを回収して、冶金炉内に装入すること
を特徴とするスクラップ溶解時に発生する排ガスの処理
方法。