JPH09268331A

JPH09268331A - 製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置

Info

Publication number: JPH09268331A
Application number: JP10461996A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Isozaki; 進市磯崎; Masayuki Watabe; 雅之渡部; Noboru Sato; 登佐藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-10-14
Anticipated expiration: 2016-04-01
Also published as: JP3399224B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、低濃度の亜鉛を含む製鉄ダストか
ら酸化亜鉛を連続的に効率よく回収する回収装置を課題
とする。【解決手段】塊成化された製鉄ダストを投入し、該塊
成化ダストを加熱し、還元し、その鉄分を溶鉄に回収
し、還元された亜鉛を蒸気化して酸化亜鉛とする溶鉄を
保持する反応炉と、前記酸化亜鉛を回収する回収手段と
からなる製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置におい
て、前記反応炉が塊成化ダストと前記溶鉄を加熱する手
段と前記溶鉄を攪拌する手段とを備えたことを特徴とす
る製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置。前記溶鉄を加
熱する手段と前記溶鉄を攪拌する手段として、前記反応
炉上部に設けられた２以上の加熱バーナを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化鉄を主成分と
し、低濃度の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む製鉄所で発生す
るダスト（以下製鉄ダストという）から酸化亜鉛を回収
する回収装置に関する。以下、亜鉛というときは金属亜
鉛も含むが主として酸化亜鉛を意味する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鉱石やスクラップ等を原料として鉄を
生産している製鉄所からは、多量の酸化鉄を含む製鉄ダ
ストが発生する。その代表的なものとして、高炉ダスト
及び転炉ダストがある。製鉄所から発生する全ダスト量
に占める高炉ダストおよび転炉ダストの割合は６０％以
上に達する。高炉ダストの主成分は、炭素と酸化鉄であ
り、転炉ダストの主成分は、酸化鉄である。また、いず
れも亜鉛濃度は、０．１〜３ｗｔ％であり、その形態は
金属亜鉛も少量含むが主に酸化亜鉛である。

【０００３】製鉄所では、製鉄ダストから鉄分、及び炭
素分を回収するため、高炉用原料としてリサイクルす
る。しかし、亜鉛は高炉炉内で壁付きの原因となるの
で、高炉の安定操業を確保しながら高炉用原料としてリ
サイクルするためには、高炉に蓄積される亜鉛量を厳密
に管理することが必要である。現在では、高炉に装入さ
れる亜鉛量を、銑鉄１トン当たり、０．１ｋｇ以下に制
限している。

【０００４】そこで、製鉄所においては、湿式サイクロ
ン等の脱亜鉛設備により高濃度亜鉛ダストと低濃度亜鉛
ダストに分離し、低濃度亜鉛ダストのみを高炉原料とし
てリサイクルしている。他方、高濃度亜鉛ダストは埋め
立て処理をしているが、この種のダスト量が増えて、ダ
ストの処理が困難となっている。

【０００５】一方、近年わが国においても相当量のスク
ラップが蓄積されており、資源の有効活用の観点から一
貫製鉄所においても鉄源としてスクラップの比率が高ま
る傾向にある。しかも、スクラップ中の亜鉛メッキ鋼板
の割合が増加しており、製鉄所における原料中の亜鉛量
が増加する傾向にある。

【０００６】最近上記のように製鉄所における原料中の
亜鉛量が増加する傾向にあることから、高濃度の亜鉛ダ
ストからも積極的に亜鉛の回収を図り、精錬用の亜鉛原
料として回収する技術が検討されている。精錬用の亜鉛
原料として利用するためには亜鉛の濃度をできるかぎり
高くする必要があり、現在目標とされている亜鉛の濃度
は５０ｗｔ％である。

【０００７】上記のような高炉メーカーの他に、いわゆ
る電気炉メーカーがあるが、ここで発生する電気炉ダス
トの主成分は酸化鉄と酸化亜鉛であり、各々酸化鉄２０
〜３０％、酸化亜鉛１５〜２５％含有している。電気炉
ダストの発生量の約６０％は製錬用亜鉛原料としてリサ
イクルされているが、残り４０％は埋め立て処理されて
おり、電気炉ダストについても高炉ダストや転炉ダスト
と同様に製錬用亜鉛原料としての用途拡大が望まれてい
る。

【０００８】従って、上記製鉄所ダスト等から亜鉛を回
収し、精錬用の亜鉛原料とするためには、いかに効率良
く亜鉛の濃度を５０ｗｔ％以上に濃縮するかが重要な課
題である。

【０００９】特開平６−１４５８３０号公報には、以下
の様な製鉄ダスト中の亜鉛の回収方法が開示されてい
る。以下に、図面を参照しながらこの技術を説明する。
図４は、この技術の工程図を示す。

【００１０】ホッパー１Ａ内に貯えられた製鉄ダスト２
は、バインダーホッパー３内のバインダーと共に混合機
４に送られて混合され、ペレッタイザ５によりペレット
に造粒された後、急速養生機６で養生され、乾燥機７に
よって乾燥される。このペレット１０は、溶鉄鍋９内に
溶鉄１１と同時に投入されて、ペレット中の酸化鉄は、
溶鉄中の炭素や珪素と反応して、還元され鉄として溶鉄
中に回収される。

【００１１】また、ダスト中の酸化亜鉛は、溶鉄中の炭
素によって還元・蒸発し、空気中で酸化され、１０μｍ
以下の微細な酸化亜鉛粒子となる。この酸化亜鉛粒子は
集塵機１３に捕集される。更にダスト中の亜鉛濃度を高
めるために、集塵機１３によって捕集されたダストを分
配機１５を介して、再上述と同様な操作を行う。これに
よってダスト中の亜鉛濃度を５０ｗｔ％以上となるまで
濃縮する。

【００１２】また、特開昭５３−１２２６０４号公報は
各種の金属精錬炉から排出される溶滓とコークス粉とを
共に電気炉等に装入し、スラグ中に酸化物として存在し
ている亜鉛等の金属を回収している。また、特開昭５８
−１８５７３３号公報は、製鋼ダストから亜鉛を回収す
るため、製鋼ダストと還元材を誘導反応炉に装入し、亜
鉛等の金属を揮発させて回収する方法を開示している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した技術は、次の
ような問題を有している。前記特開平６−１４５８３０
号公報では溶銑鍋において亜鉛を還元するが、溶銑鍋内
の溶銑は特に攪拌されていないため還元反応の速度が遅
いという問題がある。また、溶銑鍋は特に加熱装置を備
えていないため、上記製鉄ダスト中の亜鉛の還元を連続
的に行うことができないという問題がある。

【００１４】また、上記方法では、ダスト中の亜鉛濃度
が目標値に達するまで、２〜３回繰り返して還元反応を
行う必要がある。従って、処理する製鉄ダストに対して
大がかりな設備が必要であるという問題もある。

【００１５】また、特開昭５３−１２２６０４号公報と
特開昭５８−１８５７３３号公報に開示された亜鉛の還
元方法では、コストが高い電力を使用しているので、こ
れらのプロセスはあまり経済的ではないという問題があ
る。

【００１６】そこで、本発明は、回収したダストから所
定の濃度に達した部分を選択的に回収し、所定の濃度に
達しない部分のみを再度処理し、且つ、操業を連続的に
行い、より効率的に、且つ、より経済的に製鉄ダストか
ら亜鉛を回収する方法及びそのための装置を課題とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、加熱装置
と攪拌手段を備えた反応炉に、酸化亜鉛を含む製鉄ダス
トを装入し、酸化鉄と酸化亜鉛を溶鉄中において還元
し、還元された亜鉛を蒸気化して酸化亜鉛として回収す
ることができることを知見した。そこで、より効率的
に、且つ、より経済的に製鉄ダストから亜鉛を回収する
装置を発明するに至った。

【００１８】第１の発明は、塊成化された製鉄ダストを
投入し、該塊成化ダストを加熱し、還元し、その鉄分を
溶鉄に回収し、還元された亜鉛を蒸気化して酸化亜鉛と
する溶鉄を保持する反応炉と、前記酸化亜鉛を回収する
回収手段とからなる製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装
置において、前記反応炉が塊成化ダストと前記溶鉄とを
加熱する手段と、前記溶鉄を攪拌する手段とを備えたこ
とを特徴とする製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置を
提供する。反応炉に塊成化ダストと前記溶鉄とを加熱す
る手段と、前記溶鉄を攪拌する手段とを備えることによ
り、酸化鉄と酸化亜鉛を還元する際に必要な熱を供給
し、連続的に還元反応を継続できる。また、溶鉄を攪拌
することにより上記還元反応をより速やかに促進でき
る。

【００１９】第２の発明は、前記溶鉄を加熱する手段と
前記溶鉄を攪拌する手段が、前記反応炉上部に設けられ
た２以上の加熱バーナであることを特徴とする製鉄ダス
トからの酸化亜鉛の回収装置を提供する。溶鉄を加熱す
る手段と前記溶鉄を攪拌する手段として、反応炉上部に
燃料を使用する２以上の加熱バーナを設けているので、
より経済的に製鉄ダストを処理できる。

【００２０】第３の発明は、前記２以上の加熱バーナを
前記反応炉の略円形の断面に対して、水平面上では半径
方向に対して５０〜８０度に傾け、垂直断面においては
水平面に対して２０〜４５度傾斜して配置したことを特
徴とする製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置を提供す
る。上記バーナの配置は燃焼ガスを溶鉄面上で旋回させ
て装入された製鉄ダストに回転運動を与えて還元反応を
より促進することができる。

【００２１】第４の発明は、前記酸化亜鉛を回収する回
収手段として２基以上の集塵機を設け、第１段目には１
０μｍ以上のダストを集塵する集塵機とし、第２段目の
集塵機は０．１μｍ以上のダストを集塵する集塵機とす
ることを特徴とする製鉄ダストからの酸化亜鉛回収装置
を提供する。酸化亜鉛を回収する回収手段を２基以上の
集塵機から構成し、第１段目は１０μｍ以上のダストを
集塵する集塵機とし、第２段目の集塵機は０．１μｍ以
上のダストを集塵する集塵機とすることにより、前者は
主に酸化鉄を主成分とするダストを回収し、後者は主に
酸化亜鉛の濃度の高いダストを回収するので、効率的な
酸化亜鉛の回収が可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明では、製鉄ダストを、還元
用カーボンと混合して、塊成化し、この塊成化ダストを
反応炉内の溶鉄中に投入する。投入した塊成化ダスト
は、反応炉内の層状に堆積し、反応炉内に溶銑から熱を
受けて、最下層の塊成化ダストから順次、塊成化ダスト
内のカーボンによって酸化亜鉛が還元される。

【００２３】この還元反応は、雰囲気温度１０００℃以
上の高温還元雰囲気で生じ、かつその反応速度は、高温
雰囲気ほど大きいため、亜鉛回収においては、高温度の
確保が不可欠である。しかし、製鉄ダストを溶銑中に投
入すると、ダストの顕熱や酸化亜鉛、酸化鉄の還元反応
によって、溶鉄温度が低下する。また、排ガス顕熱、反
応炉の放散熱がこれに付加され、溶銑の温度は著しく低
下するため、反応炉に何らかの加熱装置が具備されてい
なければ、亜鉛回収のための高温度の確保が困難にな
る。

【００２４】本発明では、反応炉上部にバーナ燃焼装置
を設置して、ここで重油又は微粉炭等の燃料を燃焼させ
ることによって形成する燃焼ガスを上記製鉄ダストのブ
リケットに照射することによって、製鉄ダスト処理に必
要な熱を供給する。これによって、溶銑の温度が低下す
る事態は回避されるため、製鉄ダストの連続的大量処理
が可能になる。

【００２５】バーナ燃焼装置としては従来から知られて
いる重油バーナ、プロパンバーナ、微粉炭バーナ等が使
用できる。反応炉に投入される燃料量は、その燃焼によ
る発熱量が、上記のダストの顕熱、酸化亜鉛、酸化鉄の
還元反応熱、排ガス顕熱及び反応炉の放散熱等のダスト
処理に必要な熱量と等しければ良く、熱収支から求めら
れる。

【００２６】例えば、製鉄ダストを１ｔｏｎ処理する場
合の必要な熱量は、熱収支計算から、約９００Ｍｃａｌ
である。そこで、燃料が重油（発熱量１０７００ｋｃａ
ｌ／ｋｇ）である場合には、反応のために有効な着熱効
率を５０％と仮定すると、必要な燃料量は１７０ｋｇと
なる。したがって、この場合、バーナ燃焼装置から、１
７０ｋｇ／ｈの重油を噴射し、反応炉内で燃焼させれ
ば、炉内の温度低下を招くことなく、例えば電気炉ダス
ト１ｔｏｎ／ｈを連続的に処理して亜鉛を回収できる。

【００２７】なお、溶鉄を装入する反応炉として、通常
製鉄所で用いられる溶銑鍋、出鋼用取鍋あるいは、ダス
ト処理のための専用鍋のいずれの炉でも可能である。

【００２８】このような、ダスト中の酸化亜鉛の還元反
応は、主として、溶鉄上面と、溶鉄上に堆積したブリケ
ット、ペレット等の塊成化ダストの界面で生じる。この
ため、何らかの手段によって、溶鉄あるいは溶鉄上面に
堆積した製鉄ダストの塊成化ダストを攪拌して、両者の
界面間の混合を向上させれば、塊成化ダスト−溶鉄界面
で生じる還元反応速度を上昇させ、ダスト処理量の増大
を実現できる。

【００２９】本発明では、溶鉄を攪拌する手段として、
更にポーラスレンガ又はランスを用いたガス吹き装置を
反応炉に設置することができる。このガス吹き装置は、
反応炉内の溶鉄を下方向から攪拌するために、反応炉の
底部に設置したり、あるいは溶鉄上部を攪拌するため
に、反応炉の上部に設けることもできる。攪拌用ガス
は、主として、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを用い
る。

【００３０】また、その量は、例えば、溶鉄底部から攪
拌する底吹きガス装置の場合、溶鉄量によって異なる
が、攪拌試験の結果、溶鉄１ｔ当たり、２〜１０Ｎｍ³
／ｈが適正であるとの知見を得た。上記底吹きガス装置
として用いられる底吹きガスの吹き込みノズルは、多孔
質のポーラスレンガあるいは小径の管を複数束ねた構造
とすることができる。

【００３１】更に、塊成化ダストを攪拌する装置とし
て、上記のバーナ燃焼装置がある。即ち、バーナ燃焼装
置を複数配置して、形成される燃焼ガスの火炎を、上記
塊成化ダストに照射し、溶鉄上面に堆積した塊成化ダス
トを周方向に回転させることによって、溶鉄と塊成化ダ
ストの界面で生じる還元反応を向上することができる。

【００３２】塊成化ダストを回転させるのに必要な、バ
ーナ火炎を形成させるバーナ燃焼装置の個数及び取付け
角度は、基礎試験の結果では、バーナ個数は２〜４個、
半径方向に対して取付け角度θは５０〜８０度が妥当で
あることが判った。図２にバーナ取付け角度を示す。ま
た、バーナ構造は、反応炉内の溶鉄の粘性、塊成化ダス
トの重量、反応炉断面積によって決定できる。

【００３３】その他の溶鉄攪拌装置として、複数の翼を
有した機械式攪拌装置があり、攪拌機を溶鉄中で回転さ
せることによって、溶鉄に周方向運動を生じさせ、反応
速度の向上が実現できる。

【００３４】また、上記還元反応によって生じたダスト
を捕集すると、捕集されたダストは、原料である塊成化
ダストに比べ、亜鉛濃度が格段に濃縮されている。しか
し、捕集されたダストには原料のダストが一部含まれて
おり、その粒径は１０μｍ以上であり、この部分は亜鉛
濃度が低い。還元され酸化亜鉛となった部分は亜鉛濃度
が高く、この部分の粒径は１０μｍ未満である。

【００３５】そこで、少くとも２基以上の集塵装置を配
設し、第１段目の集塵機では粒径が１０μｍ以上のダス
トを捕集し、第２段目では粒径が１０μｍ未満のダスト
を捕集し、亜鉛濃度に応じて分割捕集する。そして、亜
鉛濃度が低い捕集ダストは、前記処理ダスト中に戻し、
再循環してダスト中の亜鉛濃度を高めることが望まし
い。

【００３６】また、本発明では、製鉄ダストに水硬性の
添加材を加えて塊成化しているが、この塊成化ダストは
水分を１〜５％程度含んでおり、このまま反応炉に投入
すると、その蒸発熱や昇温のために、熱が消費される。
このため、処理装置全体の熱効率を改善するために、反
応炉から排出されるガスの顕熱を有効利用する。

【００３７】即ち、反応炉から排出されるガスは約３０
０℃以上であり、その量は、ダスト処理量に比例し、ダ
スト処理量１ｔ当たり、１０，０００Ｎｍ³のガスが発
生する。このガスを塊成化ダストの乾燥、予熱装置に送
り、間接あるいは直接的に、乾燥、予熱させることが熱
効率の面から望ましい。

【００３８】

【実施例】次に、この発明の、ダスト中の亜鉛の回収方
法を、実施例により、図面を参照しながら説明する。

【００３９】ダストホッパー２１に貯えられた亜鉛を含
有する製鉄ダスト２２は、コークスホッパー２３に貯え
られた還元用コークス２４とバインダーホッパー２５に
貯えられたバインダー２６と共に、混合機２７で十分に
混合された後、塊成化装置２８で、直径１５〜３０ｍ
ｍ、厚さ１０〜２０ｍｍ程度の大きさのブリケットに塊
成化される。

【００４０】このブリケットは、乾燥、予熱装置２９に
おいて、排ガス３８によって、乾燥・予熱された後、中
間ホッパー３０を経て、定量供給機３１によって、反応
炉３２に定量投入される。反応炉３２には、その内部に
温度が１４００〜１６００℃の溶鉄３３が入っており、
投入されたブリケット３４は、その比重が１．２〜２．
５であり、溶鉄に比べて小さいため、溶鉄表面に層状に
堆積する。

【００４１】溶鉄の温度低下を防ぐために、反応炉３２
上部に、半径方向の対して傾斜して４基のバーナ燃焼装
置３５が設置されており、ここから重油を噴射して燃焼
させる。また、このバーナからの火炎の運動力によっ
て、溶鉄上面に堆積したブリケットを運動させ、反応速
度の向上を図っている。また、反応炉底部には、底吹き
ガス装置３６があり、ここから窒素ガス３４を吹き込
み、溶鉄を攪拌し、更に反応速度を向上させる。

【００４２】ダスト中の酸化鉄は、主として、ブリケッ
ト中のカーボンによって還元されて鉄として溶鉄中に回
収される。また、酸化亜鉛は、ダスト中のカーボンによ
って、還元、蒸発し、反応炉３２の上部蓋に設けられた
空気導入口等から炉内へ流入する空気中の酸素によって
酸化され、１０μｍ以下の微細は酸化亜鉛粒子となる。
一方、塊成化した原料である亜鉛含有ダストは、その一
部分が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。

【００４３】これらの、酸化亜鉛粒子と、未反応ダスト
及び鉄分は粒径１０μｍ以上を捕集する第１集塵装置で
あるサイクロン３９と、粒径１０μｍ以下を捕集する第
２集塵装置であるサイクロン４０によって捕集される。
各々の集塵装置で回収されたダストの成分は表１に示す
通りである。本実施例では、目標亜鉛濃度を５０ｗｔ％
以上に設定しているため、第２集塵装置４０で捕集した
ダストは、製品ホッパー４１に貯えられる。

【００４４】また、第１集塵装置３９で捕集されたダス
トは、目標亜鉛濃度に比べ低いので、リサイクルライン
４４を経て、ダストホッパー２１に戻される。この再循
環ダスト４５は、原料ダスト２２とともに、再度塊成化
装置２８によって、塊成化されて、反応炉３２内に再度
投入されて、溶鉄３３上で、還元処理される。

【００４５】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、高濃度亜鉛のダストを回収すること
ができる。回収したダストは、塊成化装置３８によっ
て、塊成化処理して、精錬メーカに引き渡され、精錬メ
ーカでは、この酸化亜鉛を原料として、処理して、亜鉛
材を生産する。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、酸化鉄
を主成分とする亜鉛含有ダストを塊成化し、反応炉内の
溶鉄中に投入し、前記ダスト中の酸化鉄を溶鉄中におい
て還元して、溶鉄中に回収し、且つ、前記ダスト中の酸
化亜鉛を還元、蒸気化し、蒸気化した亜鉛を酸化亜鉛と
して回収する装置である。

【００４８】この装置においては、ダストと溶鉄を加
熱、攪拌し、溶鉄の温度低下を防ぐバーナ燃焼装置と、
溶鉄を攪拌する攪拌装置と、更に粒径大きなダストから
順に捕集する２基以上の集塵基が備えられているので高
濃度の亜鉛を高効率で、かつ高生産性で回収することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るダスト中の亜鉛の回収装置の概要
を示す図である。

【図２】本発明の係る亜鉛の回収装置のバーナ取付け角
度を示す図である。

【図３】先行技術の、ダスト中の亜鉛の回収装置の概要
を示す図である。

【符号の説明】

２１：ダストホッパー２２：原料ダスト２３：コークスホッパー２４：コークス２５：バインダーホッパー２６：バインダー２７：混合機２８：塊成化装置２９：予熱、乾燥装置３０：中間ホッパー３１：定量供給機３２：反応炉３３：溶鉄３４：ブリケット３５：バーナ燃焼装置３６：底吹きガス装置３７：攪拌ガス３８：排ガスライン３９：第１集塵機４０：第２集塵機４１：製品ホッパー４２：塊成化装置４３：製品ダスト４４：リサイクルライン４５：再循環ダスト４６：排気ファン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｃ２１Ｃ 5/40 Ｃ２１Ｃ 5/40 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】塊成化された製鉄ダストを投入し、該塊
成化ダストを加熱し、還元し、その鉄分を溶鉄に回収
し、還元された亜鉛を蒸気化して酸化亜鉛とする溶鉄を
保持する反応炉と、前記酸化亜鉛を回収する回収手段と
からなる製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置におい
て、前記反応炉が塊成化ダストと前記溶鉄を加熱する手段と
前記溶鉄を攪拌する手段とを備えたことを特徴とする製
鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置。
【請求項２】前記溶鉄を加熱する手段と前記溶鉄を攪
拌する手段が、前記反応炉上部に設けられた２以上の加
熱バーナであることを特徴とする請求項１に記載した製
鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置。
【請求項３】前記２以上の加熱バーナを前記反応炉の
略円形の断面に対して、水平面上では半径方向に対して
５０〜８０度に傾け、垂直断面においては水平面に対し
て２０〜４５度傾斜して配置したことを特徴とする請求
項２に記載した製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置。
【請求項４】前記酸化亜鉛を回収する回収手段として
２基以上の集塵機を設け、第１段目には１０μｍ以上の
ダストを集塵する集塵機とし、第２段目の集塵機は０．
１μｍ以上のダストを集塵する集塵機とすることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載した製鉄ダストか
らの酸化亜鉛回収装置。