(57)【要約】【課題】鉄を溶解及び固着させることなく、亜鉛を効率良く除去することができる亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法を提供する。【解決手段】亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、脱亜鉛炉１１内で還元剤の存在下に、鉄の磁気変態点を示す温度（７７０℃）よりα鉄からγ鉄への変態点を示す温度（９１０℃）まで加熱し、亜鉛鋼材屑に含まれる酸化亜鉛を還元して金属亜鉛に変換し、該金属亜鉛を揮発分離するものである。前記還元剤はカーボン粉末等の炭素である。この還元剤の添加量は、亜鉛鋼材屑に対して０．１〜１０質量％であることが好ましい。また、脱亜鉛炉１１内の圧力は１０１．１５〜８１．２５ｋＰａの常圧から減圧に設定されることが好ましく、脱亜鉛炉１１内は還元雰囲気又は不活性ガス雰囲気に設定されることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛鋼材屑を加熱して亜鉛を分離する方法において、
脱亜鉛炉内で還元剤の存在下に、鉄の磁気変態点を示す温度よりα鉄からγ鉄への変態点を示す温度まで亜鉛鋼材屑を誘導加熱し、鉄を溶解及び固着させることなく亜鉛鋼材屑に含まれる酸化亜鉛を還元して金属亜鉛に変換し、該金属亜鉛を揮発分離することを特徴とする亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。
【請求項２】
前記還元剤は炭素であることを特徴とする請求項１に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。
【請求項３】
前記還元剤の添加量は、亜鉛鋼材屑に対して０．１〜１０質量％であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。
【請求項４】
前記鉄の磁気変態点を示す温度では脱亜鉛炉内の亜鉛鋼材屑の温度が７７０±５０℃に保持され、α鉄からγ鉄への変態点を示す温度では脱亜鉛炉内の亜鉛鋼材屑の温度が９１０±５０℃に保持されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。
【請求項５】
前記脱亜鉛炉内の圧力が１０１．１５〜８１．２５ｋＰａの常圧から減圧に設定されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。
【請求項６】
前記脱亜鉛炉内が還元雰囲気又は不活性ガス雰囲気に設定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。
【請求項７】
前記亜鉛鋼材屑が鉄の磁気変態点を示す温度に達したとき又はα鉄からγ鉄への変態点を示す温度に達したときには、脱亜鉛炉内の各領域における亜鉛鋼材屑の最高温度と最低温度との温度差が５０℃以内に保持されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄鋼、鋳造分野におけるスクラップ鉄の鋳物原料としての再資源化のための亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法に関するものである。さらに詳しくは、誘導加熱の特性や鉄の物性を応用し、亜鉛鋼材屑に含まれる亜鉛成分を高効率で揮発分離するもので、省エネルギー化、省資源化、低コスト化に資する亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛鋼材屑を電気炉（誘導加熱炉）で溶解させると、亜鉛蒸気が電気炉の炉壁（耐火物）を損傷させるとともに、鋳物製品の品質にも悪影響を及ぼす。このため、電気炉を用いて亜鉛鋼材屑を溶解処理する場合には亜鉛除去が必要になる。そこで、例えば高真空焼成炉にて９００℃、０．０００２気圧程度で亜鉛鋼材屑中の亜鉛を揮発除去する方法が知られている。また、誘導加熱の扁平炉にて亜鉛鋼材屑を溶解し、０．９気圧程度に減圧して亜鉛を揮発除去する方法も知られている。
【０００３】
しかしながら、前者の方法では高真空であり、かつバッチ処理であることから操業効率が悪く、設備費が嵩むとともに、間接加熱であることから亜鉛除去処理に時間を要するという欠点があった。一方、後者の方法では、耐火物炉壁の寿命を少し長くすることはできるが、その効果は十分ではなく耐久性に欠けるという欠点があった。
【０００４】
この種の脱亜鉛処理を含む製鋼ダストのリサイクルシステムに関し、次のような提案がなされている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、鉄鋼生成過程で生じる鉄及びその酸化物を主成分とするダストを、炭素を主成分とする粉体と混合して造粒する造粒過程、該混合造粒体に水を含浸させる水含浸過程、該混合造粒体を加圧成形して固形化する固形化過程及び該固形化過程に到るまでの間にダストの亜鉛を濃縮して脱亜鉛処理を行う脱亜鉛処理工程よりなっている。
【０００５】
また、亜鉛を含むスクラップを非酸化性雰囲気において６５０℃以上に加熱保持し、亜鉛を揮発除去するスクラップの処理方法が提案されている（特許文献２を参照）。さらに、粗亜鉛を蒸発させる工程と、蒸発した亜鉛蒸気から鉄及び鉛を捕集する工程と、亜鉛蒸気から亜鉛を凝縮する工程と、カドミウムを凝縮する工程とからなる粗亜鉛の精製方法が開示されている（特許文献３を参照）。加えて、亜鉛めっき鋼板屑を大気圧にて４００〜４５０℃で予熱した後、０．１６Ｔｏｒｒ（ｍｍＨｇ）以下にて５００〜９００℃で加熱して亜鉛を蒸発分離し、さらに真空度を維持しつつ、蒸発亜鉛を４００℃以下で冷却凝固させ金属亜鉛とする亜鉛除去方法が知られている（特許文献４を参照）。
【０００６】
また、亜鉛めっき鋼板屑が減圧下の真空炉内で加熱することにより亜鉛めっき層を蒸発させ、蒸発した亜鉛を真空処理炉とは別室でしかも真空処理炉よりも高減圧、低温の亜鉛回収室へ導入し、この亜鉛回収室で蒸発亜鉛を固化付着させて回収する亜鉛除去方法が知られている（特許文献５を参照）。さらに、還元ガスで製鉄ダストを還元すると共に、亜鉛を還元揮発する製鉄ダストの処理方法が提案されている（特許文献６を参照）。その上、金属屑を収容した処理容器内を減圧排気した後、処理容器を加熱し、メタノールを導入する脱亜鉛方法が開示されている（特許文献７を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２７０２２９号公報（第２頁、第３頁及び図１）
【特許文献２】特開平７−１３８６６４号公報（第２頁及び第３頁）
【特許文献３】特開平６−１０８１７５号公報（第２頁及び第５頁）
【特許文献４】特開平６−２８７６５７号公報（第２頁及び第３頁）
【特許文献５】特開平６−１８４６５７号公報（第２頁及び第３頁）
【特許文献６】再公表特許ＷＯ９７／３２０４８号公報（第２頁、第３頁、第６頁及び第１１頁）
【特許文献７】特開２００６−３７１４６号公報（第２頁、第３頁、第５頁及び第６頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている脱亜鉛処理工程では、ダストの亜鉛を濃縮して脱亜鉛処理を行うことから脱亜鉛処理の効率を高めることはできるが、脱亜鉛処理方法自体は新たな方法について記載されていないため、脱亜鉛処理方法自体の改善は図られていない。
【０００９】
特許文献２に記載のスクラップ処理方法においては、非酸化性雰囲気で加熱するだけであることから酸化亜鉛の還元反応が遅く、亜鉛の揮発除去効率が低いという問題があった。しかも、亜鉛を含有する鋼材屑から亜鉛を分離する場合には鉄の状態が関係し、その状態を考慮しなければ均一加熱と酸化亜鉛の速やかな還元反応により亜鉛を効率良く分離することはできないが、そのような考慮はなされていない。
【００１０】
特許文献３に記載の粗亜鉛の精製方法では、粗亜鉛の蒸発温度が具体的には５８０〜６２０℃であることから、亜鉛の蒸発が十分ではなく、亜鉛の除去効率が悪い。特許文献４に記載の亜鉛除去方法においては、亜鉛の除去を非常に高い真空度の条件下で行う必要があり、そのような条件設定は困難を伴い、亜鉛の除去効率が悪いという欠点があった。特許文献５に記載の亜鉛除去方法においても、真空処理炉内で減圧下に加熱処理した後、亜鉛回収室でさらに高減圧で亜鉛を回収する必要があり、条件設定が厳しく、亜鉛除去の効率が悪いという欠点があった。
【００１１】
特許文献６に記載の製鉄ダストの処理方法では、製鉄ダストと炭材とを混合した後、水素又は一酸化炭素を含む還元ガスを回転炉に供給して９００℃又は９５０℃で還元処理が行われるが、鉄の状態が考慮されていない。そのため、回転炉内の熱伝導による加熱のため、加熱に時間とエネルギーを要し、非効率スペースが生じて、空間ロスがエネルギーロスに直結し、酸化亜鉛の還元反応の迅速な進行を得ることができず、効率良く亜鉛の分離を行うことができない。特許文献７に記載の脱亜鉛方法においては、具体的には処理容器内を減圧排気した後４６０℃まで加熱し、その後６００℃に達したときメタノールを導入し、続いて９５０℃まで加熱し、その温度で６０〜９０分程度保持する。しかしながら、６００℃では還元速度が遅く、亜鉛の分離効率が悪いという欠点があった。なおかつ、９５０℃ではα鉄からγ鉄への変態点を示す温度より高く、さらにその温度での保持時間が長いため、鉄の溶解や固着の問題を生ずるおそれがあった。
【００１２】
そこで、誘導加熱により不定形の亜鉛鋼材屑を溶解しない温度で加熱制御して効率良く亜鉛除去を図ることが期待されている。
本発明はこのような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、鉄を溶解及び固着させることなく、亜鉛を効率良く除去することができる亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、亜鉛鋼材屑を加熱して亜鉛を分離する方法において、
脱亜鉛炉内で還元剤の存在下に、鉄の磁気変態点を示す温度よりα鉄からγ鉄への変態点を示す温度まで亜鉛鋼材屑を誘導加熱し、鉄を溶解及び固着させることなく亜鉛鋼材屑に含まれる酸化亜鉛を還元して金属亜鉛に変換し、該金属亜鉛を揮発分離することを特徴とする。
【００１４】
請求項２の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、請求項１に係る発明において、前記還元剤は炭素であることを特徴とする。
請求項３の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記還元剤の添加量は、亜鉛鋼材屑に対して０．１〜１０質量％であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、請求項１から請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記鉄の磁気変態点を示す温度では脱亜鉛炉内の亜鉛鋼材屑の温度が７７０±５０℃に保持され、α鉄からγ鉄への変態点を示す温度では脱亜鉛炉内の亜鉛鋼材屑の温度が９１０±５０℃に保持されることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、請求項１から請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記脱亜鉛炉内の圧力が１０１．１５〜８１．２５ｋＰａの常圧から減圧に設定されることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、請求項１から請求項５のいずれか１項に係る発明において、前記脱亜鉛炉内が還元雰囲気又は不活性ガス雰囲気に設定されることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、請求項１から請求項６のいずれか１項に係る発明において、前記亜鉛鋼材屑が鉄の磁気変態点を示す温度に達したとき又はα鉄からγ鉄への変態点を示す温度に達したときには、脱亜鉛炉内の各領域における亜鉛鋼材屑の最高温度と最低温度との温度差が５０℃以内に保持されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法では、脱亜鉛炉内で還元剤の存在下に、鉄の磁気変態点を示す温度よりα鉄からγ鉄への変態点を示す温度まで亜鉛鋼材屑を誘導加熱し、鉄を溶解及び固着させることなく亜鉛鋼材屑に含まれる酸化亜鉛を還元して金属亜鉛に変換し、該金属亜鉛を揮発分離するものである。このため、亜鉛鋼材屑中の鉄は加熱され、磁性が消滅する磁気変態点（Ａ２変態点）より、α鉄からγ鉄への変態点（Ａ３変態点）まで変化し、それらの状態変化の過程で酸化亜鉛が還元剤の還元作用に基づいて揮発しやすい金属亜鉛に変化する。従って、鉄を溶解及び固着させることなく、亜鉛を効率良く除去することができる。
【００２０】
請求項２の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法では、還元剤は炭素であることから、請求項１に係る発明の効果に加えて、酸化亜鉛の還元作用を向上させることができ、亜鉛の除去率を高めることができる。さらに、還元剤が炭素で構成され、該炭素は誘導加熱において亜鉛鋼板屑より早く昇温される性質を有するため、酸化亜鉛の還元や還元雰囲気形成に用いられる以外にも、亜鉛鋼板屑の均熱化に寄与することができる。
【００２１】
請求項３の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法では、還元剤の添加量が亜鉛鋼材屑に対して０．１〜１０質量％である。従って、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、酸化亜鉛の還元作用を十分に発揮させることができ、亜鉛の除去率を一層高めることができる。
【００２２】
請求項４の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法では、鉄の磁気変態点を示す温度では脱亜鉛炉内の亜鉛鋼材屑の温度が７７０±５０℃にて一旦均一に加熱保持することにより、α鉄からγ鉄への変態点を示す温度まで加熱する際に、脱亜鉛炉内の亜鉛鋼材屑の温度を９１０±５０℃に均一に加熱保持する制御が容易に行われる。このため、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果を向上させることができる。
【００２３】
請求項５の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法では、脱亜鉛炉内の圧力が１０１．１５〜８１．２５ｋＰａの常圧から減圧に設定される。そのため、請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果に加えて、亜鉛を減圧除去することができ、亜鉛の除去率をさらに高めることができる。
【００２４】
請求項６の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法では、脱亜鉛炉内が還元雰囲気又は不活性ガス雰囲気に設定される。このため、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、酸素による影響を回避することができ、酸化亜鉛の還元反応を円滑に進行させることができる。還元雰囲気は脱亜鉛炉内の空気流入を防ぎながら加熱することで、還元剤と空気ないしは亜鉛鋼板屑中の酸化亜鉛と反応してＣＯガスが発生することにより形成される。さらに、固体の還元剤を添加しなくても、脱亜鉛炉内にＣＯガスやＣＨ４ガスなどの還元性ガスを吹き込むことにより、還元雰囲気を形成することができ、亜鉛の分離が可能となる。
【００２５】
請求項７の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法では、亜鉛鋼材屑が鉄の磁気変態点を示す温度に達したとき又はα鉄からγ鉄への変態点を示す温度に達したときには、脱亜鉛炉内の各領域における亜鉛鋼材屑の最高温度と最低温度との温度差が５０℃以内に保持される。このため、請求項１から請求項６のいずれかに係る発明の効果に加えて、亜鉛鋼材屑の均熱化を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】亜鉛鋼材屑から金属亜鉛を分離するための脱亜鉛炉を備えた装置を模式的に示す断面図。
【図２】参考例１における加熱時間と脱亜鉛炉内温度との関係を示すグラフ。
【図３】参考例２における脱亜鉛炉内の圧力と全亜鉛揮発温度との関係を示すグラフ。
【図４】亜鉛鋼材屑から金属亜鉛を分離するための脱亜鉛炉を備えた別の装置を模式的に示す断面図。
【図５】実施例１における加熱時間と脱亜鉛炉内温度との関係を示すグラフ。
【図６】実施例２における加熱時間と脱亜鉛炉内温度との関係を示すグラフ。
【図７】実施例３における加熱時間と脱亜鉛炉内温度との関係を示すグラフ。
【図８】実施例４における加熱時間と脱亜鉛炉内温度との関係を示すグラフ。
【図９】実施例５における加熱時間と脱亜鉛炉内温度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の最良と思われる実施形態について詳細に説明する。
本実施形態における亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法は、亜鉛鋼材屑を誘導加熱することにより亜鉛を分離する方法であって、鉄（融点１５３５℃）を溶解及び固着させることなく亜鉛（金属亜鉛、沸点９０７℃）の分離を行うものである。すなわち、脱亜鉛炉内で還元剤の存在下に、鉄の磁気変態点を示す温度よりα鉄からγ鉄への変態点を示す温度まで誘導加熱し、亜鉛鋼材屑に含まれる酸化亜鉛を還元して金属亜鉛に変換し、該金属亜鉛を揮発分離するものである。
【００２８】
亜鉛鋼材屑は、鋼材を利用した後のスクラップ鉄であり、酸化亜鉛を含有する。この亜鉛鋼材屑中に含まれる酸化亜鉛〔ＺｎＯ、沸点（昇華点）１７２５℃〕は、還元剤によって還元剤され、揮発分離が容易な金属亜鉛（Ｚｎ）となる。還元剤はこのような還元作用を発現できればその種類は制限されないが、炭素が好適に使用される。炭素としては、例えば９８％粒状カーボン（加炭材）、コークス等が挙げられる。
【００２９】
係る還元剤の添加量は、亜鉛鋼材屑に対して０．１〜１０質量％であることが好ましく、０．２〜２質量％であることがより好ましい。還元剤の添加量が０．１質量％を下回る場合には、還元剤が不足して酸化亜鉛を十分に還元することができなくなる。その一方、１０質量％を上回る場合には、還元剤が過剰となって酸化亜鉛の還元に用いられない還元剤が残存し、無駄となる。
【００３０】
前記鉄の変態点（transformation point）は、原子配列や物理的性質が変化する温度のことを意味し、磁気変態点（Ａ２変態点）は磁性を帯びていた状態から温度上昇によって磁性が消失する温度で、純鉄では７７０℃（１０４０Ｋ）である。この磁気変態点は、鉄中の炭素含有量にはほとんど影響されず、ほぼ一定である。一方、α鉄からγ鉄への変態点（Ａ３変態点）は、純鉄では９１０℃（１１８３Ｋ）である。このα鉄からγ鉄への変態点は、体心立方晶から面心立方晶への鉄の結晶形態の変換であり、鉄中の炭素の含有量の増加と共にこの変態点は低下する。
【００３１】
加熱温度としては、鉄の磁気変態点であるＡ２変態点を示す温度では脱亜鉛炉内の亜鉛鋼材屑の温度が全体的に７７０±５０℃に均一に加熱保持され、α鉄からγ鉄への変態点であるＡ３変態点を示す温度では脱亜鉛炉１１内の亜鉛鋼材屑の温度が全体的に９１０±５０℃に均一に加熱保持されることが好ましい。このように、鉄の特性が変化する温度まで誘導加熱することにより、酸化亜鉛を還元して金属亜鉛を生成する還元反応を容易に行うことができる。このため、鉄が溶融しない状態で必要以上に熱エネルギーを投入する必要がなく、効率良く金属亜鉛を除去することが可能である。加熱温度が磁気変態点を下回る場合には、酸化亜鉛から金属亜鉛への還元反応を効率良く進行させることができなくなる。その一方、加熱温度がα鉄からγ鉄への変態点を５０℃以上上回る場合には、過剰な熱エネルギーを必要とするほか、隣接する亜鉛鋼材屑間での放電現象等に伴う局所的な溶融や固着の懸念が増大し、ハンドリング性が低下する。
【００３２】
また、鉄の磁気変態点又はα鉄からγ鉄への変態点に達したとき、その温度に一定時間保持することにより、脱亜鉛炉１１内おける均熱化を図ることができる。一定温度に保持する時間は、磁気変態点に達した場合には例えば１０〜６０分、α鉄からγ鉄への変態点に達した場合には例えば５〜３０分である。この時間は、脱亜鉛炉１１内の温度分布等によって適宜設定することができる。このようにして脱亜鉛炉１１内における均熱化を図ることにより、脱亜鉛炉１１での局所的な過熱を抑制することができる。従って、脱亜鉛炉１１内において、部分的な鉄の溶解を防止することができると共に、鉄同士の固着や炉壁への鉄の固着を防止することができる。
【００３３】
亜鉛分離方法を実施する場合には、脱亜鉛炉内の圧力は、金属亜鉛の分離を促進するために１０１．１５〜８１．２５ｋＰａの減圧に設定されることが望ましい。すなわち、大気圧（１０１．２５ｋＰａ）との差圧は−０．１〜−２０ｋＰａであることが望ましい。脱亜鉛炉内の圧力をこのように減圧に設定することにより、金属亜鉛を吸引して除去することができ、金属亜鉛の分離除去を効率良く行うことができる。脱亜鉛炉内の圧力が１０１．５ｋＰａより高い場合、脱亜鉛炉内を減圧にする効果が低減し、金属亜鉛を吸引除去する効率が悪くなる。その一方、８１．２５ｋＰａより低い場合、そのような高い減圧度まで減圧にするために過剰なエネルギーを必要とし、それに見合う金属亜鉛の分離効率は得られない。
【００３４】
また、脱亜鉛炉内は還元雰囲気又は不活性ガス雰囲気に設定されることにより、酸化亜鉛の還元反応を促すことができる。粒状コークス（加炭材）等の固体還元剤と酸化亜鉛から金属亜鉛を生成する反応は下記の反応式（１）に示すように還元反応であることから、酸素が存在しない還元雰囲気又は不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
【００３５】
ＺｎＯ＋Ｃ  →  Ｚｎ＋ＣＯ  ・・・（１）
これらの雰囲気のうち、還元反応を促すことができる点から還元雰囲気であることが最も好ましい。脱亜鉛炉内への空気流入を抑えることにより、加炭材と空気との下記反応式（２）の反応で生じた一酸化炭素（ＣＯ）ガスによって、下記反応式（３）に基づき、さらに酸化亜鉛の還元を促す。また、固体還元剤の代替として、ＣＯガスやメタン（ＣＨ４）ガスなどの還元性ガスを脱亜鉛炉内に混入させて加熱することによっても亜鉛の分離処理を行うことができる。
【００３６】
Ｃ＋１／２Ｏ２  →  ＣＯ        ・・・（２）
ＺｎＯ＋ＣＯ  →  Ｚｎ＋ＣＯ２  ・・・（３）
なお、酸素が多量に存在する大気雰囲気では、大気に含まれる酸素が還元反応を阻害することから好ましくない。
【００３７】
図１に模式的に示すように、亜鉛鋼材屑から亜鉛を分離するための装置は、有底筒状をなす耐火性の脱亜鉛炉（るつぼ）１１の外周面に誘導加熱用のコイル１２が巻回されて誘導加熱されるように構成されている。そして、亜鉛鋼材屑から亜鉛を分離する場合には、脱亜鉛炉１１内に亜鉛鋼材屑及び還元剤を含む原料１３を投入し、図示しない蓋をして機密を保持した状態で所定温度まで加熱することにより行われる。その結果、亜鉛鋼材屑に含まれる酸化亜鉛が還元されて金属亜鉛に変換され、変換された揮発性の高い金属亜鉛が揮発分離される。なお、脱亜鉛炉１１内に亜鉛鋼材屑とともに戻し材１４を投入して加熱してもよい。
【００３８】
また、亜鉛鋼材屑から亜鉛を分離するための装置は例えば図４に示すように構成される。すなわち、脱亜鉛炉１１は保温用の外容器１５内に収容され、その外周には誘導加熱用のコイル１２が巻回されて誘導加熱されるようになっている。脱亜鉛炉１１の上端部には、脱亜鉛炉１１内を密閉するためのフード１６が被せられている。脱亜鉛炉１１内には複数の熱電対１７が挿入され、脱亜鉛炉１１内各部の温度を測定できるようになっている。前記フード１６には、大気圧との差圧を測定するための差圧計１８が取付けられている。さらに、フード１６には排気管１９を通じて、空気流入バルブ２０と集塵機（亜鉛回収器）２１が接続され、脱亜鉛炉１１内で変換された金属亜鉛が排気されるようになっている。空気流入のみでのＣＯガス低減が困難な場合には、空気流入バルブ２０の代わりに小型熱風発生器を設置して、ＣＯガスを確実に燃焼させることもできる。
【００３９】
なお、この形態ではＣＯガスの燃焼と同時にガス状の金属亜鉛は酸化亜鉛の固体粉末に変化するため、集塵機２１にて酸化亜鉛ダストとして回収する。必要に応じ、集塵機２１の前に冷却器を設置する。また、金属亜鉛として回収する場合には、燃焼器を無くして、亜鉛回収器（多層冷却板）にて金属亜鉛を冷却板に凝縮付着させて回収し、亜鉛回収器の下流工程で、触媒を用いてＣＯガスを無害なＣＯ２として放出する。あるいは、このＣＯガスを還元ガスや燃料として再利用する。
【００４０】
以上詳述した実施形態によって発揮される効果を以下にまとめて記載する。
・  本実施形態における亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法では、脱亜鉛炉１１内で還元剤の存在下に、鉄の磁気変態点よりα鉄からγ鉄への変態点まで亜鉛鋼材屑を誘導加熱し、鉄を溶解及び固着させることなく亜鉛鋼材屑に含まれる酸化亜鉛を還元して金属亜鉛に変換し、該金属亜鉛を揮発分離するものである。このため、亜鉛鋼材屑中の鉄は加熱され、磁性が消滅する磁気変態点より、α鉄からγ鉄への変態点まで変化し、その状態で酸化亜鉛が還元剤の還元作用に基づいて揮発しやすい金属亜鉛に変化する。従って、鉄を溶解及び固着させることなく、亜鉛を効率良く除去することができる。例えば、亜鉛除去率７７〜８７％という高い除去率を得ることができる。よって、スクラップ鉄を鋳物等の原料として再資源化を図ることができ、省エネルギー化、省資源化及び省コスト化に資することができる。
【００４１】
・  前記還元剤は炭素であることから、酸化亜鉛の還元作用を向上させることができ、亜鉛の除去率を高めることができる。
・  還元剤の添加量が亜鉛鋼材屑に対して０．１〜１０質量％であることにより、酸化亜鉛の還元作用を十分に発揮させることができ、亜鉛の除去率を一層高めることができる。
【００４２】
・  鉄の磁気変態点を示す温度では脱亜鉛炉１１内の亜鉛鋼材屑の温度が７７０±５０℃に保持され、α鉄からγ鉄への変態点を示す温度では脱亜鉛炉１１内の亜鉛鋼材屑の温度が９１０±５０℃に保持される。この場合、前述の効果に加えて、脱亜鉛炉１１内における均熱化を図ることができる。
【００４３】
・  脱亜鉛炉１１内の圧力が１０１．１５〜８１．２５ｋＰａの常圧から減圧に設定されることにより、亜鉛を減圧除去することができ、亜鉛の除去率をさらに高めることができる。
【００４４】
・  脱亜鉛炉１１内が還元雰囲気又は不活性ガス雰囲気に設定されることにより、酸素による影響を回避することができ、酸化亜鉛の還元反応を円滑に進行させることができる。
【００４５】
・  亜鉛鋼材屑が鉄の磁気変態点を示す温度に達したとき又はα鉄からγ鉄への変態点を示す温度に達したときには、脱亜鉛炉１１内の外周領域、中心領域等の各領域における亜鉛鋼材屑の最高温度と最低温度との温度差を５０℃以内という狭い温度範囲に保持することにより、亜鉛鋼材屑の均熱化を一層向上させることができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はそれら実施例の範囲に限定されるものではない。
（参考例１）
参考例１では、図１に示す脱亜鉛炉１１内に亜鉛鋼材屑を投入し、大気雰囲気において鉄の磁気変態点まで加熱し、亜鉛鋼材屑に含まれる酸化亜鉛の還元を試みた。この場合、脱亜鉛炉１１内の均熱化を図るべく、脱亜鉛炉１１内の各部の温度を測定した。その結果、脱亜鉛炉１１内の底部外周領域Ａでは７８７℃、底部中心領域Ｅでは７６９℃、中間部外周領域Ｂでは８０９℃及び中間部中心領域Ｆでは７７０℃であった。それらの領域における温度差ΔＴは４０℃であった。また、亜鉛除去率は最大で６８％であった。
【００４７】
また、上記の各領域における時間（ｈ）と温度（℃）との関係を測定し、その結果を図２に示した。図２の結果より、底部中心領域Ｅでは若干不規則な温度上昇が見られたが、概ね順調な温度上昇であり、約１時間３０分で磁気変態点（７７０℃）に達した。
（参考例２）
この参考例２では、還元雰囲気、不活性ガス雰囲気又は大気雰囲気において、脱亜鉛炉１１内の圧力（ｋＰａ）と、全亜鉛揮発温度（℃）との関係を、平衡計算によって算出し、その結果を図３に示した。その結果、還元雰囲気及び不活性ガス雰囲気では、大気雰囲気に比べ、同一圧力では全亜鉛揮発温度は低い温度であった。なお、図３中実線は還元雰囲気、一点鎖線は不活性ガス雰囲気及び点線は大気雰囲気を表す。
（実施例１）
前記図４に示す脱亜鉛炉１１内に亜鉛鋼材４０．００ｋｇ、９８％粒状カーボン（加炭材）０．６０ｋｇ（亜鉛鋼材に対して１．５質量％）及び戻し材３０．００ｋｇを投入し、大気雰囲気中にて鉄のＡ３変態点まで加熱し、亜鉛鋼材に含まれる酸化亜鉛の還元を行った。また、脱亜鉛炉内の圧力を−０．１５ｋＰａの減圧とした。昇温方法は、常温から７６０℃まで３０分、７６０℃で４５分間保持して均熱化制御し、７６０〜９１０℃まで３８分、及び９１０〜９２０℃まで７分間保持した。
【００４８】
その結果、脱亜鉛炉１１内の底部外周領域Ａでは９０８．２℃、底部中心領域Ｅでは８９６．５℃、中間部外周領域Ｂでは９０８．２℃及び中間部中心領域Ｆでは９０７．７℃であった。それらの領域における亜鉛鋼材の最高温度と最低温度との温度差ΔＴは１１．７℃であるとともに、各領域における亜鉛鋼材の温度は９１０±５０℃の範囲内であった。また、亜鉛除去率は８９．９％であった。また、上記の各領域における時間（ｍｉｎ）と温度（℃）との関係を測定し、その結果を図５に示した。図５に示した結果より、底部外周領域Ａ及び中間部外周領域Ｂでは、底部中心領域Ｅ及び中間部中心領域Ｆに比べて温度上昇が若干遅れたが、概ね順調な温度上昇を示し、１２０分で試験を終了した。このグラフに見られるように、脱亜鉛炉１１内で均熱化を十分に達成することができた。
（実施例２）
図４に示す脱亜鉛炉１１内に亜鉛鋼材４０．００ｋｇ、９８％粒状カーボン（加炭材）０．３２ｋｇ（亜鉛鋼材に対して０．７８質量％）及び戻し材３０．００ｋｇを投入し、還元雰囲気中にて、炉内の亜鉛鋼材屑の最低温度がＡ３変態点の温度に達するまで加熱し、亜鉛鋼材に含まれる酸化亜鉛の還元を行った。また、脱亜鉛炉１１内の圧力を−０．５１ｋＰａの減圧とした。昇温方法は、常温から７６０℃まで３０分、７６０℃で３３分間保持して均熱化制御し、７６０〜９１０℃まで１７分、及び９１０℃で２３分間保持して均熱化制御し、さらに９１０℃で１７分間保持した。
【００４９】
その結果、脱亜鉛炉１１内の底部外周領域Ａでは９５９．４℃、底部中心領域Ｅでは９５１．８℃、中間部外周領域Ｂでは９１９．３℃及び中間部中心領域Ｆでは９２３．２℃であった。それらの領域における温度差ΔＴは４０．１℃であるとともに、各領域における亜鉛鋼材の温度は９１０±５０℃の範囲内であった。また、亜鉛除去率は９４．０％であった。さらに、上記の各領域における時間（ｍｉｎ）と温度（℃）との関係を測定し、その結果を図６に示した。図６に示した結果より、底部外周領域Ａ及び底部中心領域Ｅが同様の温度変化を示し、中間部外周領域Ｂ及び中間部中心領域Ｆが同様の温度変化を示したが、概ね順調な温度上昇を示し、１２０分で試験を終了した。このグラフに見られるように、脱亜鉛炉１１内で均熱化を図ることができた。
（実施例３）
図４に示す脱亜鉛炉１１内に亜鉛鋼材４０．００ｋｇ、９８％カーボン粉末（加炭材）０．３２ｋｇ（亜鉛鋼材に対して０．７８質量％）及び戻し材３０．００ｋｇを投入し、還元雰囲気中にて亜鉛鋼材屑の最低温度が磁気変態点の温度に達するまで加熱し、亜鉛鋼材に含まれる酸化亜鉛の還元を行った。また、脱亜鉛炉１１内の圧力を−０．４５ｋＰａの減圧とした。昇温方法は、常温から７６０℃まで３０℃／分の昇温速度で２４分、７７０℃で５１分間保持して均熱化制御した。
【００５０】
その結果、脱亜鉛炉１１内の底部外周領域Ａでは７８９．３℃、底部中心領域Ｅでは７８９．６℃、中間部外周領域Ｂでは７６５．３℃及び中間部中心領域Ｆでは７３９．９℃であった。温度差ΔＴは最小値４９．７℃を示すとともに、各領域における亜鉛鋼材の温度は７７０±５０℃の範囲内であった。また、亜鉛除去率は９０．８％であった。さらに、上記の各領域における時間（ｍｉｎ）と温度（℃）との関係を測定し、その結果を図７に示した。図７に示した結果より、底部外周領域Ａの温度が最も高く、中間部中心領域Ｆの温度が最も低く、中間部外周領域Ｂ及び底部中心領域Ｅの温度がそれらの中間の温度を示し、概ね順調な温度上昇を示した。脱亜鉛炉１１内の温度差ΔＴは、２５分後にピークを示し、その後ほぼ５０℃以内で推移した。このグラフに見られるように、脱亜鉛炉１１内で均熱化を図ることができた。
（実施例４）
図４に示す脱亜鉛炉１１内に亜鉛鋼材４０．００ｋｇ、９８％カーボン粉末（加炭材）０．３２ｋｇ（亜鉛鋼材に対して０．７８質量％）及び戻し材３０．００ｋｇを投入し、還元雰囲気中にて亜鉛鋼材屑の最低温度がＡ３変態点の温度に達するまで加熱し、亜鉛鋼材に含まれる酸化亜鉛の還元を行った。また、脱亜鉛炉１１内の圧力を−０．４５ｋＰａの減圧とした。昇温方法は、常温から７６０℃まで４０℃／分の昇温速度で２３分、７６０℃で１２分間保持して均熱化制御し、７６０〜９１０℃まで１５℃／分の昇温速度で６分昇温し、９１０℃で１４分間保持して均熱化制御した。
【００５１】
その結果、脱亜鉛炉１１内の底部外周領域Ａでは９４２．０℃、底部中心領域Ｅでは９１８．４℃、中間部外周領域Ｂでは９１２．５℃及び中間部中心領域Ｆでは９１１．４℃であった。それらの領域における温度差ΔＴは３０．６℃であるとともに、各領域における亜鉛鋼材の温度は９１０±５０℃の範囲内であり、領域間における温度差を抑制することができ、良好な均熱化を図ることができた。さらに、上記の各領域における時間（ｍｉｎ）と温度（℃）との関係を測定し、その結果を図８に示した。図８に示した結果より、各領域で類似する温度上昇を示し、５５分で試験を終了した。脱亜鉛炉１１内の温度差ΔＴは、２０分後にピークを示し、その後ほぼ３０℃前後で推移した。このグラフに見られるように、脱亜鉛炉１１内で短時間のうちにほぼ均熱化を達成することができた。
（実施例５）
図４に示す脱亜鉛炉１１内に亜鉛鋼材４０．００ｋｇ、コークス粉末０．３２ｋｇ（亜鉛鋼材に対して０．７８質量％）及び戻し材３０．００ｋｇを投入し、還元雰囲気中にて鉄のＡ３変態点まで加熱し、亜鉛鋼材に含まれる酸化亜鉛の還元を行った。また、脱亜鉛炉１１内の圧力を−０．４５ｋＰａの減圧とした。昇温方法は、常温から７６０℃まで４０℃／分の昇温速度で２３分、７６０℃で１２分間保持して均熱化制御し、７６０〜９１０℃まで１５℃／分の昇温速度で２５分昇温し、９１０℃で７分間保持して均熱化制御した。
【００５２】
その結果、脱亜鉛炉１１内の底部外周領域Ａでは９５９．４℃、底部中心領域Ｅでは９１３．３℃、中間部外周領域Ｂでは９５４．８℃及び中間部中心領域Ｆでは９２５．２℃であった。それらの領域における温度差ΔＴは４６．１℃であるとともに、各領域における亜鉛鋼材の温度は９１０±５０℃の範囲内であり、領域間における温度差を抑え、均熱化を図ることができた。さらに、上記の各領域における時間（ｍｉｎ）と温度（℃）との関係を測定し、その結果を図９に示した。図９に示した結果より、底部外周領域Ａの温度が最も高く、中間部中心領域Ｆの温度が最も低く、中間部外周領域Ｂ及び底部中心領域Ｅの温度がそれらの中間の温度を示し、概ね順調な温度上昇を示した。脱亜鉛炉１１内の温度差ΔＴは、２０分後にピークを示し、その後ほぼ４０℃前後で推移した。このグラフに見られるように、脱亜鉛炉１１内で短時間のうちにほぼ均熱化を達成することができた。
【００５３】
なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・  亜鉛鋼材屑を予め微細化（粉砕化）し、それに粉末状の還元剤を混合しておくこともできる。
【００５４】
・  脱亜鉛炉１１として、底部や中心部に誘導加熱部を備えた構造のものを使用することも可能である。
・  亜鉛鋼材屑からの金属亜鉛の分離に際し、磁気変態点まで加熱して金属亜鉛の揮発分離を行い、その後α鉄からγ鉄への変態点まで加熱して金属亜鉛の揮発分離を行うことができる。
【００５５】
・  本発明で用いる還元剤を、例えば一酸化炭素やメタンなどの還元ガスに代替し、脱亜鉛炉内に還元ガスを流入させて亜鉛鋼材屑中の酸化亜鉛を還元することにより金属亜鉛の揮発分離を行うこともできる。
【００５６】
・  本発明で用いる脱亜鉛炉１１を、亜鉛鋼材屑を溶融させて処理する従来の溶融炉の前処理炉として使用することも可能である。この場合、脱亜鉛炉１１における熱エネルギーを溶融炉での溶融にも利用することができ、省エネルギーである。
【００５７】
・  金属亜鉛を揮発分離する際に、脱亜鉛炉１１内の減圧度を上昇させて金属亜鉛の分離効率を高めるように構成することもできる。
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
【００５８】
〇  前記鉄の磁気変態点を示す温度又はα鉄からγ鉄への変態点を示す温度に達したとき、その温度に一定時間保持することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。このように構成した場合、請求項１から請求項６のいずれかに係る発明の効果に加えて、脱亜鉛炉内における均熱化を図ることができる。
【００５９】
〇  前記鉄の磁気変態点を示す温度に達したときには脱亜鉛炉内の全体がその温度以上であり、α鉄からγ鉄への変態点を示す温度に達したときには脱亜鉛炉内の少なくとも一部がその温度以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離方法。このように構成した場合、請求項１から請求項６のいずれかに係る発明の効果に加えて、亜鉛鋼材屑からの亜鉛分離をより効率的に行うことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１１…脱亜鉛炉。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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