(57)【要約】  装置の閉塞などの問題が生ずることなく高効率で金属回収を実現することができる電炉ダストからの金属回収方法及び装置を得る。  本発明の電炉ダストからの金属回収装置は、塩素分と亜鉛分の合計質量％が１２％以上の電炉ダストを、主として電気エネルギーで溶融還元して溶鉄と酸化亜鉛を回収する電炉ダストからの金属回収装置１であって、溶融還元炉３と、溶融還元炉３の排ガス上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにした２次燃焼室５と、２次燃焼室５の下部に沈降する粗粒ダストを回収する粗粒ダスト回収装置７と、２次燃焼室５の排ガス出口側に設けられて微粒ダストを回収する微粒ダスト回収装置９とを備えたものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素分と亜鉛分の合計質量％が１２％以上の電炉ダストを、主として電気エネルギーで溶融還元して溶鉄と酸化亜鉛を回収する電炉ダストからの金属回収方法であって、
溶融還元炉の２次燃焼室における溶融還元炉排ガスの上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにして、前記２次燃焼室下部に沈降する粗粒ダストを回収して沈降しない微粒ダストと分離し、微粒ダストを亜鉛製錬の原料として回収することを特徴とする電炉ダストからの金属回収方法。
【請求項２】
塩素分と亜鉛分の合計質量％が１２％以上の電炉ダストを、主として電気エネルギーで溶融還元して溶鉄と酸化亜鉛を回収する電炉ダストからの金属回収装置であって、
溶融還元炉と、該溶融還元炉の排ガス上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにした２次燃焼室と、前記２次燃焼室下部に沈降する粗粒ダストを回収する粗粒ダスト回収装置と、前記２次燃焼室の排ガス出口側に設けられて微粒ダストを回収する微粒ダスト回収装置とを備えたことを特徴とする電炉ダストからの金属回収装置。
【請求項３】
塩素分と亜鉛分の合計質量％が１２％以上の電炉ダストを、主として電気エネルギーで溶融還元して溶鉄と酸化亜鉛を回収する電炉ダストからの金属回収装置であって、
溶融還元炉と、該溶融還元炉の排ガス上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにした２次燃焼室と、前記２次燃焼室の排ガス出口側に設けられて微粒ダストを回収する微粒ダスト回収装置とを備え、
前記２次燃焼室を、該２次燃焼室の平面視面積の50%以上が前記溶融還元炉の炉内と重なるように前記溶融還元炉上部に配置したことを特徴とする電炉ダストからの金属回収装置。
【請求項４】
前記微粒ダスト回収装置は、前記２次燃焼室から排出される排ガスを冷却する下降流構造の多管式ガスクーラを備えてなり、該多管式ガスクーラは導入された排ガスの出口温度が600℃以下になるまで冷却することを特徴とする請求項２又は３記載の電炉ダストからの金属回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクラップや還元鉄、銑鉄などを原料として、これらを溶解製錬して鋼材を製造する電気炉（例えば、製鋼用アーク炉）で発生するダスト（以下、「電炉ダスト」という）からの金属分の回収を行う電炉ダストからの金属回収方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄スクラップを主原料として鋼材を製造する電炉で発生する電炉ダストは、酸化鉄20〜30%、酸化亜鉛10〜30 % に加えて、2〜7%の塩素を含む。
この電炉ダストから亜鉛分を回収するのに、ロータリキルンが広く採用されている。このロータリキルンを用いたプロセスでは、電炉ダストと還元剤を炉内で加熱して金属亜鉛蒸気を生成させ、排ガス中で亜鉛蒸気を酸化させて酸化亜鉛の微粒子として亜鉛を回収する。
しかし、この方法では鉄分の還元は不十分であり、部分的に還元された酸化鉄中に1〜3 % 程度の亜鉛が残留する。鉄分を完全に還元して亜鉛分の分離を高効率で行うには酸化鉄の溶融温度以上に原料の加熱温度を上げる必要があるが、加熱温度を上げた場合には半溶融物を還元設備から排出するのが難しいという問題がある。【０００３】
また別に、電炉ダストを完全に溶融させて鉄分を溶鉄として回収し、亜鉛分は排ガス中の酸化亜鉛微粒子として回収するプロセスも提案されている。特許第3317137号公報に開示された「製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置」はこの一例である（特許文献１参照）。
このプロセスでも供給される原料ダストの一部は溶融還元されずに、酸化亜鉛微粒子とともに排ガスとして炉から飛散する。【０００４】
この特許文献１に開示された「製鉄ダストからの酸化亜鉛の回収装置」では、溶融前の電炉ダストを分離して原料にもどすために第１次集塵装置(40)を設けている。また、第１集塵装置の下流には第２次集塵装置(41)を設けて、微粒である酸化亜鉛を回収するようにしている。
【特許文献１】特許第3317137号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１で説明された排ガス処理設備の集塵装置は、例えば乾式サイクロンと説明されている。
しかし、実設備においては、排ガス中の高濃度塩素分のためにこのような集塵装置の連続操業は困難である。その理由は以下の通りである。
電炉ダスト中の2〜7%の塩素分はZnCl2、NaCl、KClなどの金属塩化物として存在する。電炉ダストが溶融して酸化鉄や酸化亜鉛が還元される温度では、これらの金属塩化物は蒸気となり排ガスとともに溶融炉から排出される。金属塩化物の大気圧における融点温度と沸点温度を表１に示す。【０００６】
【表１】
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【０００７】
上記の表から分かるように、排ガスを冷却して除塵する過程で金属塩化物の凝縮（液化）と凝固が生じ、凝縮（液化）や凝固した金属塩化物が排ガス処理設備に付着することで排ガス処理設備が閉塞する。【０００８】
また、還元炉での金属還元反応により、排ガスには高濃度の一酸化炭素(CO)ガスが含まれ、この一酸化炭素は系外へ排出する前に２次空気によって燃焼させて２酸化炭素(CO2)とする必要がある。２次燃焼により排ガス温度は1300℃を越す高温となり、ガス冷却装置が必要となるが、前記特許文献１では、ガス冷却装置を設けることについては記載がなく、実設備での操業はできない。【０００９】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、装置の閉塞などの問題が生ずることなく高効率で金属回収を実現することができる電炉ダストからの金属回収方法及び装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る電炉ダストからの金属回収方法は、塩素分と亜鉛分の合計質量％が１２％以上の電炉ダストを、主として電気エネルギーで溶融還元して溶鉄と酸化亜鉛を回収する電炉ダストからの金属回収方法であって、
溶融還元炉の２次燃焼室における溶融還元炉排ガスの上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにして、前記２次燃焼室下部に沈降する粗粒ダストと沈降しない微粒ダストに分離し、微粒ダストを亜鉛製錬の原料として回収することを特徴とするものである。【００１１】
（２）本発明に係る電炉ダストからの金属回収装置は、塩素分と亜鉛分の合計質量％が１２％以上の電炉ダストを、主として電気エネルギーで溶融還元して溶鉄と酸化亜鉛を回収する電炉ダストからの金属回収装置であって、
溶融還元炉と、該溶融還元炉の排ガス上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにした２次燃焼室と、前記２次燃焼室下部に沈降する粗粒ダストを回収する粗粒ダスト回収装置と、前記２次燃焼室の排ガス出口側に設けられて微粒ダストを回収する微粒ダスト回収装置とを備えたことを特徴とするものである。【００１２】
（３）また、本発明に係る電炉ダストからの金属回収装置は、塩素分と亜鉛分の合計質量％が１２％以上の電炉ダストを、主として電気エネルギーで溶融還元して溶鉄と酸化亜鉛を回収する電炉ダストからの金属回収装置であって、
溶融還元炉と、該溶融還元炉の排ガス上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにした２次燃焼室と、前記２次燃焼室の排ガス出口側に設けられて微粒ダストを回収する微粒ダスト回収装置とを備え、
前記２次燃焼室を、該２次燃焼室の平面視面積の50 % 以上が前記溶融還元炉の炉内と重なるように前記溶融還元炉上部に配置したことを特徴とするものである。【００１３】
（４）また、上記（２）又は（３）に記載のものにおいて、前記微粒ダスト回収装置は、前記２次燃焼室から排出される排ガスを冷却する下降流構造の多管式ガスクーラを備えてなり、該多管式ガスクーラは導入された排ガスの出口温度が600℃ 以下になるまで冷却することを特徴とするものである。
排ガスの出口温度を600℃以下にすることで、主要塩化物であるNaCl及びKClを凝固させて多管式ガスクーラの管内面に凝固させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、溶融還元炉の２次燃焼室における溶融還元炉排ガスの上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにして、前記２次燃焼室下部に沈降する粗粒ダストを回収して分離し、沈降しない微粒ダストを亜鉛製錬の原料として回収するようにしたので、装置の閉塞などの問題が生ずることなく高効率での金属回収を実現することができ、また溶融還元設備の操業を長時間安定化させる効果がある。２次燃焼室下部に沈降して回収された粗粒ダストは原料系にリサイクルすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電炉ダストからの金属回収装置の説明図である。
【図２】微粒ダストの粒度分布割合及び累積割合を示すグラフである。
【図３】粗粒ダストの粒度分布割合及び累積割合を示すグラフである。
【図４】ガス中での粒子の沈降速度を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電炉ダストからの金属回収装置の説明図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  金属回収装置
３  溶融還元炉
５  ２次燃焼室
７  粗粒ダスト回収装置
９  微粒ダスト回収装置
１１  ホッパ
１３  電極装置
１５  １次空気導入口
１７  溶銑排出口
１９  スラグ排出口
２１  排ガス出口
２３  接続路
２５  第１の２次燃焼空気導入口
２７  排ガス導入口
２８  排出口
２９  第２の２次燃焼空気導入口
３１  スクリューコンベア
３３  粗粒ダスト排出口
３５  多管式ガスクーラ
３７  バグフィルタ
４１  金属回収装置
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る電炉ダストからの金属回収装置を図１に基づいて説明する。
本実施の形態の電炉ダストからの金属回収装置１は、塩素分と亜鉛分の合計質量％が１２％以上の電炉ダストを、主として電気エネルギーで溶融還元して溶鉄と酸化亜鉛を回収する電炉ダストからの金属回収装置１であって、
溶融還元炉３と、該溶融還元炉３の排ガス上昇気流速度が0.5m/s以上で2.0m/s以下の上昇流となるようにした２次燃焼室５と、前記２次燃焼室５下部に沈降する粗粒ダストを回収する粗粒ダスト回収装置７と、前記２次燃焼室５の排出口２８側に設けられて微粒ダストを回収する微粒ダスト回収装置９とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
＜溶融還元炉＞
溶融還元炉３は、原料となる電炉ダストとコークスなどの還元剤を投入するホッパ１１と、溶鉄の温度低下を防ぐための電極装置１３とを備えている。電極装置１３でアークを発生させ、それによって溶融還元炉３に熱を供給する。溶融還元炉３には１次空気を導入するための１次空気導入口１５が設けられている。
溶融還元炉３の底部には溶銑を排出するための溶銑排出口１７と、スラグを排出するためのスラグ排出口１９が設けられている。
溶融還元炉３の上部には、排ガス出口２１が設けられている。排ガス出口２１は、接続路２３を介して２次燃焼室５に連通している。
接続路２３には２次燃焼空気を導入するための第１の２次燃焼空気導入口２５が設けられている。
【００１９】
＜２次燃焼室＞
２次燃焼室５は、下部に溶融還元炉３からの排ガスを導入する排ガス導入口２７を有し、上部に排ガスの排出口２８を有する垂直上昇流構造になっている。２次燃焼室５には、２次燃焼空気を導入するための第２の２次燃焼空気導入口２９が設けられている。
２次燃焼室５の炉壁は水冷（一部耐火物構造も可）とする。
２次燃焼室５は、ガス中のダイオキシン類が熱分解されるための設計指針である、800℃以上で2秒以上の滞留という条件を満たす内容積とする。
２次燃焼室５の下部には、粗粒ダスト回収装置７が設けられている。
【００２０】
２次燃焼室５に導入される排ガス中の粒子は、電炉ダストがそのまま飛散した比較的粗い粗粒ダストと気相析出によって析出した微粒ダスト（酸化亜鉛と金属塩化物）の混合物である。
２次燃焼室５では、２次燃焼室５内の上昇流の流速を所定の流速に設定しているので、比較的粗い粗粒ダストと微粒ダストに分級する機能を有している。２次燃焼室５内の上昇流の流速を所定の流速に設定する方法は、２次燃焼室５に導入される排ガス量が溶融処理する電炉ダストの量、１次燃焼空気量、２次燃焼空気量によって決まるので、これらを基にして２次燃焼室５の断面積を所定値に設定することによって行う。
２次燃焼室５内の排ガスの上昇流の流速を適切に設定することで、主に電炉ダストと還元剤炭粉である粗粒ダストは２次燃焼室５下部に落下し、主として酸化亜鉛と金属塩化物からなる微粒ダストは、気流に乗って２次燃焼室５上部から搬出される。
２次燃焼室５の下部に落下した粗粒ダストは、粗粒ダスト回収装置７によって回収されて分離される。他方、２次燃焼室５上部から搬出される微粒ダストは、下流の多管式ガスクーラ３５下部やバグフィルタ３７で回収される。
【００２１】
２次燃焼室５内の排ガスの上昇流の流速について説明する。
図２は、酸化亜鉛を主成分とする微粒ダストの粒径分布割合と累積割合を示すグラフであり、横軸が粒子径（mm）を示し、左側の縦軸が粒度分布の重量割合（％）を示し、右側の縦軸が累積値の重量割合（％）を示している。
図３は、酸化鉄を主成分とする粗粒ダストの粒径分布を示すグラフであり、横軸が粒子径（mm）を示し、左側の縦軸が粒度分布の重量割合（％）を示し、右側の縦軸が累積値の重量割合（％）を示している。
図４は、２次燃焼室５内の代表的なガス温度である950℃における粒子の沈降速度を示すグラフであり、縦軸が沈降速度（m/s）を示し、横軸が粒子径（mm）を示している。
【００２２】
図２に示すグラフによると、微粒ダストの重量の90%が粒径0.1mm以下である。したがって、微粒ダストの90%以上を沈降させずに気流に乗せて２次燃焼室５上部から搬出するためには、粒子径0.1mmに見合う沈降速度以上に２次燃焼室５の上昇流速度を設定すればよい。この上昇流速度は、図４のグラフから0.5m/s以上である。
また、図３に示すグラフから、粗粒ダスト重量の90%が粒径0.22mm以上である。したがって、粗粒ダストの90%以上を飛散させずに２次燃焼室５下部へ沈降させるためには、粒子径0.22mmに見合う沈降速度以下に上昇流速度を設定すればよい。図４のグラフからこの速度は2.0m/s以下である。
以上を整理すると、２次燃焼室５内で重力沈降によりダストを分級して、微粒ダストの90%以上を２次燃焼室５上部から搬出し、粗粒ダストの90%以上を２次燃焼室５下部に沈降させて回収するには、２次燃焼室５内上昇気流速度を0.5m/s以上で2.0m/s以下に設定すればよい。
【００２３】
＜粗粒ダスト回収装置＞
粗粒ダスト回収装置７は、２次燃焼室５の下部にあって２次燃焼室５の下部に堆積する粗粒ダストを回収する。具体的には、図１に示すように、２次燃焼室５の下部に設置されたスクリューコンベア３１と、スクリューコンベア３１によって搬送された粗粒ダストを排出する粗粒ダスト排出口３３を備えてなるものが挙げられる。粗粒ダスト回収装置は、スクリューコンベアによって連続的に排出する方法の他に、２次燃焼室５の下部に回収容器を置いて、随時容器ごと搬出する方法も考えられる。
【００２４】
＜微粒ダスト回収装置＞
微粒ダスト回収装置９は、２次燃焼室５の下流側に設けられて２次燃焼室５から排出される排ガス中の酸化亜鉛を主成分とする微粒ダストを回収する。
具体的には、２次燃焼室５から導入される排ガスを冷却する垂直下降流構造の多管式ガスクーラ３５と、該多管式ガスクーラ３５の下流側に設けられるバグフィルタ３７を備えてなる。
多管式ガスクーラ３５は、金属チューブを水冷容器内に設置し、チューブ内面にガスを通してガスを冷却する構造である。多管式ガスクーラ３５の温度域は、入口ガス温度800℃程度、出口ガス温度は600℃以下（例えば400℃程度）となるように設計して、塩化物はこの金属チューブの内面に凝固させるようにするのが好ましい。塩素の多くはNaおよびKと優先的に結合してZnCl2となる割合は非常に小さいため、多管式ガスクーラ３５出口温度はZnCl2の凝固温度まで下げる必要は無い。
多管式ガスクーラ３５は、垂直下降流であることと、微粒子中の酸化亜鉛の比率が比較的高いことから塩化物の付着と固化は著しくなく、付着しても清掃は容易である。
微粒子中の酸化亜鉛は、多管式ガスクーラ３５の下部に落下して回収される。
【００２５】
多管式ガスクーラ３５から出てくるガスは大気で希釈して下流側に配置されるバグフィルタ３７が無理なく稼動できる200℃以下まで冷却する。
バグフィルタ３７では、多管式ガスクーラ３５で回収されなかった微粒子中の酸化亜鉛が回収される。
【００２６】
以上のように構成された本実施の形態の金属回収装置１を用いた金属回収方法を説明する。
溶融還元炉３には、ホッパ１１から電炉ダストとコークスなどの還元剤が連続的に供給される。この電炉ダストは、炉内でアーク加熱や抵抗加熱により加熱溶融され、金属酸化物は還元される。電炉ダスト中の酸化鉄は溶鉄として炉内に溜まり、酸化亜鉛は微粒子として２次燃焼室５側に排出される。
溶融還元炉３から排出される高温ガスには、酸化亜鉛微粒子の他、一酸化炭素ガスや還元剤炭素粉、金属蒸気などの未燃分や金属塩化物、および飛散原料ダストなどが含まれる。この高温ガスは、まず２次燃焼室５で２次燃焼空気により未燃分を燃焼させる。前述したように、２次燃焼室５は十分な滞留時間を持つように、垂直上昇流を形成する構造となっており、ガス中のダイオキシン類が熱分解される。
【００２７】
電炉ダスト中の粒子は、比較的粗い飛散原料ダストと気相析出による微粒ダスト（酸化亜鉛と金属塩化物）の混合物であり、このダストは２次燃焼室５内の上昇流の流速によって分級される。
すなわち、電炉ダストと還元剤炭粉である粗粒ダストは２次燃焼室５下部に落下して、粗粒ダスト回収装置７で回収されて分離される。 また、気流に乗って２次燃焼室５上部から搬出される微粒ダストは、主として酸化亜鉛と金属塩化物からなり、２次燃焼室５の下流側の多管式ガスクーラ３５の下部やバグフィルタ３７で回収される。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば、高濃度の塩化物を含む、溶融還元炉３からの高温排ガスから、装置の閉塞などの問題を生ずることなく高効率で金属回収をすることができ、溶融還元設備の操業を長時間安定化させることができる。
【００２９】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を図５に基づいて説明する。図５において、実施の形態１を示した図１と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態に係る電炉ダストからの金属回収装置４１は、２次燃焼室５で落下する粗粒ダストを直接溶融還元炉３に戻すために、２次燃焼室５と溶融還元炉３が平面視で重なるような配置にしたものである。具体的には、２次燃焼室５の平面視面積の50 % 以上が溶融還元炉３の炉内と重なるように、２次燃焼室５を溶融還元炉３上部に配置したものである。
【００３０】
本実施の形態によれば、２次燃焼室５において沈降する粗粒ダストは直接溶融還元炉３に戻されるので、実施の形態１で示したような、２次燃焼室５において落下する粗粒ダストを系外へ排出して搬送して溶融還元炉３に戻すという粗粒ダスト回収装置７を別途設ける必要がなくなり、装置の構成が単純化すると共に、粗粒ダストを確実に回収できるので、効率のよい金属回収が実現できる。
【実施例】
【００３１】
図１の実施の形態１に係る電炉ダストからの金属回収装置の具体的な基本仕様を以下に示す。
・定格電炉ダスト処理量  ：  5ton/h
・炉内径                ：  4mφ
・電源容量              ：  12MVA
・２次燃焼室寸法        ：  内径2.5mφx高さ9m
・多管式ガスクーラ寸法  ：  チューブ径0.3mφx長さ7mx12本
・２次燃焼室出口ガス量と温度        ：6,500Nm3/h x 720 ℃
・多管式ガスクーラ出口ガス量と温度  ：6,500Nm3/h x 390℃
・バグフィルタ入口ガス量と温度      ：15,000Nm3/h x 180℃
・溶鉄回収量            ：  1.25ton/h
・粗酸化亜鉛回収量      ：  2.0ton/h
・粗酸化亜鉛中のZnO    ：  65〜73%
・連続操業時間          ：  3〜5日
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2012035611.tif 000008
【国際調査報告】
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2012035611.tif 000010
2012035611.tif 000011
2012035611.tif 000012
2012035611.tif 000013
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