(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素系固体還元材の充填層を有し、上下２段の羽口を備えた竪型溶融還元炉を用いて、前記羽口から吹き込まれる粉粒状の金属酸化物含有原料を溶融還元する方法であって、
前記羽口から空気を吹き込む際に、下段羽口からのみ酸素を富化した空気を吹き込むことを特徴とする溶融還元炉の操業方法。
【請求項２】
上段羽口の羽口径を小さくすることで、前記上段羽口からの送風速度を増加させることを特徴とする請求項１に記載の溶融還元炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストや鋼の圧延後の酸洗工程から回収される酸洗スケール等の金属酸化物を含有する粉粒状原料を溶融還元して溶融金属を製造する溶融還元炉の操業方法に関し、特に、Ｃｒ、Ｎｉを含有するステンレス系ダストの溶融還元に適するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉粒状の金属酸化物含有原料を溶融還元して金属を回収する手段として、炭素系固体還元材の充填層に高温の酸素富化空気を吹き込む羽口を少なくとも上下二段に設けた竪型炉タイプの溶融還元炉を用い、羽口の少なくとも上段から粉粒状の金属酸化物含有原料を吹き込み、溶融金属を製造する溶融還元炉の操業方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方で、転炉の排ガス中から回収される製鋼ダストや、鋼の圧延後の酸洗工程から回収される酸洗スケール等は、非常に微細粒度を有し不整形な粒子であり、またスラリー状態で回収されるので、このような原料を溶融還元する場合は、適切な前処理が必要となる。特に、ステンレス鋼等を転炉で精練するときに生じるガス中の微細粉末は、非常に微細な粒子であるため、スラリー状態で湿式回収せざるを得ない。このような転炉の廃ガス中から回収される製鋼ダストや、鋼の圧延後の酸洗工程から生じる酸洗スケール等を効率よく溶融還元する方法として、ダストスラリーを濃縮し、噴霧乾燥し、物理凝集球状微粉を製造して、コークス充填層を有し、２段羽口を備えた竪型溶融還元炉の上段羽口から、成粒した製鋼ダスト等を吹き込み、これを溶融還元する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４７０３２号公報
【特許文献２】特開平５−３３１５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
竪型溶融還元炉でＣｒ、Ｎｉを含有するステンレス系ダストを溶融還元し、再度ステンレスの材料としてリサイクルする場合、例えば、まずスラリー状のダストを粗細粒分離して、粒径を０．５ｍｍ以下とした後、スラリー濃度５０ｍａｓｓ％程度まで濃縮してから乾燥成粒工程を経て、炉内吹き込み用高圧容器にて加圧し、炉体との圧力差により上、下段ある羽口の上段から炉内に吹き込む。上下２段の羽口からは、高温空気又は酸素富化空気が炉内に吹き込まれ、炉内にコークス燃焼によるレースウエイを形成する。
上段羽口では、７００℃程度に加熱された空気（エアー）を吹き込む。炉内でのステンレス系ダストはコークスの燃焼熱により溶融し、炉内を滴下する。一方、下段羽口でも上段羽口と同様にしてコークスを燃焼させるが、上段と異なるのは炉内を滴下してくる酸化鉄や酸化Ｃｒを還元する役割があることである。すなわち、上段羽口ではステンレスダストの溶融、下段羽口では滴下物の還元が主な役割となっている。
【０００６】
特に上段羽口では、下段羽口部分の還元熱よりも多量の溶融熱が必要であるとの知見と、ダスト吹き込みランス先端や羽口先端のダスト粉付着を防止するために送風流速を上げる必要があるとの観点から、酸素富化空気の吹き込みを上段羽口のみとし、下段羽口からは酸素富化を行なわない操業なども行われている。
【０００７】
上記のような上下２段の羽口を有する溶融還元炉において、羽口から酸素富化空気を吹き込む操業を行なう際に、仮に余剰に酸素を富化していた場合、コークスを余分に燃焼させて、炉頂に抜けるガスのカロリーを上げていることになる。溶銑１ｔあたりの製造に使用されるコークスの使用量であるコークス比を下げることは、コストの削減となり、ＣＯ2排出量削減の観点からも、推進すべき重要な課題である。したがって、羽口からの吹き込み空気への酸素富化量は必要最低限として、コークス比を下げることが望ましい。
【０００８】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、炭素系固体還元材の充填層を有し、羽口を上下二段に設けた竪型溶融還元炉を用い、金属粉を羽口から吹き込み、溶融還元処理する際に、従来以上にコークス比を低減できる、溶融還元炉の操業方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）炭素系固体還元材の充填層を有し、上下２段の羽口を備えた竪型溶融還元炉を用いて粉粒状の金属酸化物含有原料を溶融還元する方法であって、前記羽口から空気を吹き込む際に、下段羽口からのみ酸素を富化した空気を吹き込むことを特徴とする溶融還元炉の操業方法。
（２）上段羽口の羽口径を小さくすることで、前記上段羽口からの送風速度を増加させることを特徴とする（１）に記載の溶融還元炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、溶融還元炉の生産性を下げることなく、羽口からの吹き込み空気への酸素富化量を低減して、コークス比の低減が可能となる。また、金属粉吹き込みランスの先端や羽口へのダスト付着も防止できる。
【００１１】
これによりＣＯ2排出量も削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明で用いる竪型溶融還元炉の一実施形態を示す概略図。
【図２】竪型溶融還元炉の羽口部分の断面の説明図。
【図３】スラリーを溶融還元する設備の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、図１に示すような炭素系固体還元材の充填層を有する竪型溶融還元炉を用い、粉粒状の金属酸化物含有原料を羽口から吹き込み溶融還元処理する際に、コークス比低減のため、羽口への吹き込み空気の酸素富化方法について検討した。そして、上段羽口においては酸素富化を行なわず、下段羽口からのみ酸素を富化した空気を吹き込むことで、発熱反応である間接還元反応を促進して、コークス比を低減可能であることを見出し、本発明を完成した。
【００１４】
図１は本発明で用いる竪型溶融還元炉１の一実施形態を示す概略図であり、竪型溶融還元炉内の炭素系固体還元材の充填層に高温の空気を吹き込む羽口２が上下２段に設けられている。３は出銑口である。金属粉は上段羽口２ａから熱風により吹き込まれる。下段羽口２ｂからは、酸素を富化した熱風が吹き込まれる。
【００１５】
図２を用いて、コークス比が低減できる原理について説明する。図２は竪型溶融還元炉の羽口部分の断面図であり、金属粉はランス１１を介して上段羽口２ａから炉内に吹き込まれる。上段羽口２ａから吹き込まれた酸素は、下記（ａ）式に示すようにコークスを燃焼し、
Ｃ＋Ｏ2  →  ＣＯ2  ・・・（ａ）
その燃焼熱により金属粉を溶融させるが、下記（ｂ）式に示すように、その際に発生したＣＯガスは、
Ｃ＋ＣＯ2  →  ２ＣＯ・・・（ｂ）
高還元性かつ高カロリーのガスであるにもかかわらず炉内で金属粉との熱交換や酸化物である金属粉の還元をほとんど行なうことなく炉頂ガスとして炉外に排出される。
【００１６】
一方、下段羽口２ｂから吹き込まれた酸素も、コークスとの燃焼によりＣＯガスとなるが、上段羽口２ａ部分から滴下してくる未還元溶銑は大きな吸熱反応である下記（ｃ）式に示すコークスとの直接還元反応、
Ｃｒ2Ｏ5＋５Ｃ  →  ２Ｃｒ＋５ＣＯ  ・・・（ｃ）
により温度が下がっているため、ＣＯガスのカロリーは温度補填のために有効に使われる。また、下段羽口２ｂから吹き込まれる酸素量が多ければ、増加するＣＯガスにより下記（ｄ）式に示す発熱反応である未還元溶銑の間接還元、
Ｃｒ2Ｏ5＋５ＣＯ  →  ２Ｃｒ＋５ＣＯ2  ・・・（ｄ）
が実質可能となり、直接還元割合を減少させることができ、かつ間接還元により増加した熱によって上段羽口２ａにて減少した熱の補償が可能となるためコークス比の低減が可能となる。したがって、上段羽口２ａ部分から吹き込まれる酸素量を減らし、発生するＣＯを減らして、直接還元反応の割合を減らすために、上段羽口２ａから吹き込む熱風には酸素を富化することなく熱風（空気）に含まれる酸素だけを利用することとし、下段羽口２ｂから吹き込む熱風には酸素富化を行ない酸素量を増やすことで、下段羽口２ｂ部分で発生するＣＯガス量を増やして上下羽口間でＣＯガスによる溶銑の間接還元を促進し、これにより吸熱反応である直接還元を減らして、その分の炉に供給する熱量を削減することができるので、最も効率的な操業を行うことができることになる。
【００１７】
一方で、上段羽口２ａ部分では、ランス１１の先端や上段羽口２ａ部分の先端に金属粉（ダスト）が付着しやすいという問題があり、従来上段羽口から酸素吹き込みを行っていたものを下段羽口からの吹き込みに変更した場合などは、従来よりもトータルの送風量が減少するため、吹き飛ばし効果が減少し、ダストの付着が発生する場合がある。これについては上段羽口から吹き込まれる熱風の送風速度を増加させることで、ダストの付着を防止することが可能である。同一設備を用いる場合は、送風量を増加させることで送風速度を増加させることができる。しかし、設備的な制約等により、送風量を所定以上に増加させることが困難である場合もある。そのような場合であっても、上段羽口の羽口径を縮小することで、送風速度を増加させることが可能となり、これによりダストの付着を防止することができる。また、送風量が一定量以上となると炉内ガスの上昇流速増加によりダストやコークス粉が炉内を降下しないといったフラッディング現象が発生する恐れがある。羽口径を縮小する方法であれば送風量の増加を必要としないため上記のような懸念は解消される。尚、羽口径の変更は、溶鉱炉の分野では周知の技術であるが、その目的は炉半径方向のガス分配変更であり、本発明とは全く異なる目的で行なわれているものである。
【００１８】
以下、金属粉を含有する固形物と、液体との混合物であるスラリーを原料として、成粒した原料を溶融還元炉に吹き込むことで溶融還元処理を行なう場合について、図３を用いて説明する。
【００１９】
工場２１等で発生したスラリー状態のダスト２２は、高速回転し、その遠心力による脱水機構をもつ脱水設備２４で脱水した後、スラリー貯槽２５で適切な濃度のスラリーに調整され、スプレードライヤ２７に送られ、遠心噴霧乾燥により、乾燥成粒され、コークス充填層を有し、２段羽口を備えた竪型溶融還元炉１の上段羽口から吹き込まれ、溶融還元処理される。熱風（空気）が竪型溶融還元炉１の羽口から吹き込まれるが、酸素富化は下段羽口２ｂにおいてのみ実施する。
【００２０】
下段羽口における酸素富化量は、ダスト吹き込み量に応じて設定することが好ましい。
【実施例１】
【００２１】
３００ｍ3／日程度発生する、ステンレス鋼の精錬を行なう転炉の排ガス中から湿式回収される製鋼ダストのスラリーを、図３と同様の設備を用いて濃縮し、スプレードライヤで遠心噴霧乾燥により処理したところ、平均粒径約６０μｍに成粒できた。この成粒物を２段羽口を有する竪型溶融還元炉の上段羽口からランスを介して８ｔ／ｈ（乾燥状態）で吹き込み、Ｃｒ、Ｎｉを含有する酸化物の溶融還元を行なう操業試験を行った。竪型溶融還元炉は、炉頂から供給されたコークスにより炉内にコークス充填層が形成されており、熱風発生装置から送られた高温空気が上下２段の羽口から炉内に吹き込まれる。
【００２２】
まず、上段羽口から吹き込む熱風に酸素富化を行なう、従来と同様の操業を行なった。酸素ガス富化量は熱風量１１０Ｎｍ3／分に対して４０Ｎｍ3／分とした。下段羽口からは熱風のみを１１０Ｎｍ3／分で吹き込んだ。成粒物は炉内で溶融還元されて、炉内を下降し、炉底の排出口から排出された。この時の炉頂回収ガスの温度は７００℃、ＣＯガスの割合は５０体積％、出銑量は１５５ｔ／日、溶銑温度は１４７５℃であり、コークス比は１３８３ｋｇ／ｔ−ｐであった。
【００２３】
次に、上段羽口からの酸素吹き込みを中止し、下段羽口から３７Ｎｍ3／分の酸素を吹き込む操業を行った。この際に、上段羽口からの総吹込みガス量が減少するので、ランス先端部分の羽口におけるダストの付着を防止するため、羽口径を１００ｍｍから８５ｍｍに縮小した。これにより上段羽口からの吹き込みガス量は１１０Ｎｍ3／分であるが吹き込み速度は維持された（１８０ｍ／ｓ）。この場合の炉頂回収ガスの温度は６４０℃、ＣＯの割合は４８．５体積％、出銑量は１５５ｔ／日、溶銑温度は１４７５℃であり、コークス比は１３５３ｋｇ／ｔ−ｐであった。
【００２４】
本発明の操業方法を用いることで、生産性を下げることなく、コークス比を３０ｋｇ／ｔ−ｐ低減することができた。
【符号の説明】
【００２５】
１    竪型溶融還元炉
２    羽口
２ａ    上段羽口
２ｂ    下段羽口
３    出銑口
８    ろ液槽
１１    ランス
１２    滴下溶銑
１３    レースウェイ
２１    工場
２２    スラリー状のダスト
２３    スラリー受け入れ槽
２４    脱水設備
２５    スラリー貯槽
２６    スラリー貯槽
２７    スプレードライヤ
【図１】
0005540923.tif 000002
【図２】
0005540923.tif 000003
【図３】
0005540923.tif 000004