(57)【要約】  本発明は、含鉄副産物の再利用方法及びそのための装置に係り、より詳しくは、含鉄副産物及び含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部の炭素を混合してブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を形成する段階と、ブリケットを８００〜１３００℃の温度で予備還元する段階と、予備還元したブリケットを電気炉に投入する段階とを含む含鉄副産物の再利用方法、及び含鉄副産物及び含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部の炭素を混合して形成したブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を８００〜１３００℃の温度で予備還元する還元炉と、予備還元したブリケットが投入される電気炉とを含む含鉄副産物の再利用装置に関する。  本発明は、電気炉から排出される環境規制物質である電気炉ダストなどを含む含鉄副産物を再利用することで、産業廃棄物の処理費用を低減させることができるとともに、含鉄副産物を電気炉の原料に再利用して、溶鋼の製造原価を下げることに寄与することができる。また、電気炉の排ガス内のダイオキシン又は一酸化炭素を除去するための燃焼設備の機能を代替できるため、更なる費用低減の効果も期待できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含鉄副産物及び含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部の炭素を混合してブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を形成する段階と、
前記ブリケットを８００〜１３００℃の温度で予備還元する段階と、
予備還元したブリケットを電気炉に投入する段階と、
を含むことを特徴とする含鉄副産物の再利用方法。
【請求項２】
前記含鉄副産物はダスト、スケール及びスラッジからなる群より選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項３】
前記含鉄副産物は、ダスト４０〜６０重量％、スケール３０〜５０重量％及びスラッジ５〜１０重量％を含むことを特徴とする請求項２に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項４】
前記ブリケットは、平均直径が１０〜５０ｍｍで、見掛け密度が３０００〜６０００ｋｇ／ｃｍ３であり、圧縮強度２０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ３の炭材が内蔵されたものであることを特徴とする請求項１に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項５】
前記予備還元する段階の温度は、電気炉の排ガスの顕熱及びバーナーの燃焼熱を利用して維持されることを特徴とする請求項１に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項６】
電気炉の排ガスを前記予備還元する段階に流入させて燃焼させる段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項７】
前記ブリケットの搬送のための流体は不活性ガスであることを特徴とする請求項１に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項８】
前記不活性ガスは窒素及びアルゴンからなる群よりから選択されることを特徴とする請求項７に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項９】
前記予備還元したブリケットの還元率は１０％〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項１０】
電気炉に炭素粉末を注入して直接還元する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の含鉄副産物の再利用方法。
【請求項１１】
含鉄副産物と含鉄副産物１００重量部当たり５〜５０重量部の炭素を混合して形成したブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を８００〜１３００℃の温度で予備還元する還元炉と、
予備還元したブリケットが投入される電気炉と、
を含むことを特徴とする含鉄副産物の再利用装置。
【請求項１２】
前記還元炉はバーナー（ｂｕｒｎｅｒ）をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の含鉄副産物の再利用装置。
【請求項１３】
前記装置はスクラップ予熱炉をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の含鉄副産物の再利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含鉄副産物の再利用方法及びそのための装置に係り、より詳しくは、含鉄副産物と炭素を混合してブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を形成し、これを予備還元して電気炉に再利用する段階を含む含鉄副産物の再利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鉱石を還元させて電気炉の原料に用いる技術は、従来にもあった。鉄鉱石を還元させる方法には、ミドレックス（Ｍｉｄｒｅｘ）、ロータリーキルン（Ｒｏｔａｒｙ  Ｋｉｌｎ）などの様々な方法があるが、これらは粉鉱石と還元ガスを注入して鉱石を還元させる間接還元方式を用いている。
ミドレックス（Ｍｉｄｒｅｘ）、ロータリーキルン（Ｒｏｔａｒｙ  Ｋｉｌｎ）などの方式を用いた鉄鉱石の還元は、当該技術分野で一般的に用いられる方法であり、反応炉内に鉱石を装入してから還元ガスを注入して間接還元させて電気炉の原料に使用する還元鉄（ＤＲＩ）を生成する。
【０００３】
しかし、上述した含鉄副産物をミドレックス（Ｍｉｄｒｅｘ）、ロータリーキルン（Ｒｏｔａｒｙ  Ｋｉｌｎ）などの方式を用いて還元すると、適切な目標還元率を達成するのに長時間がかかる。また、還元炉から排出された６００℃以上の還元鉄がエネルギー損失なく直ちに電気炉に投入するためには、還元炉が電気炉の周辺に位置しなければならない。しかし、レイアウト（Ｌａｙｏｕｔ）上、電気炉のすぐ側面に配置することが容易でない上、当該方法は設備が巨大な規模になり、電気炉より設備投資額がさらに発生する可能性がある。
最近では、粉鉱石に炭素を内蔵して一定温度以上にすることで還元雰囲気を作り出し、鉱石と炭素が反応することで、還元が行われるようにする直接還元方式を用いる場合もある。
【０００４】
一方、電気炉で発生するダスト（Ｄｕｓｔ）は、Ｔ．Ｆｅを約４０％含有しているが、環境汚染物質が多く含まれているため、産業廃棄物に分類されて廃棄されている。また、製鉄所で発生する副産物であるスケール（Ｓｃａｌｅ）とスラッジ（Ｓｌｕｄｇｅ）も鉄（Ｆｅ）を含有しているが、その中に含まれているＴ．Ｆｅは殆ど酸化鉄（ＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３）からなっているため、そのまま電気炉に投入しても、鉄（Ｆｅ）は還元されない。
上記の「Ｔ．Ｆｅ」は「Ｔｏｔａｌ  Ｆｅ（全ての鉄）」の略で、特定物質内に含まれている全ての鉄（Ｆｅ）の含量が４０％とは、当該物質内に含まれた鉄が全体１００重量部当たり４０重量部含まれていることを意味する。
さらに、ハロゲン成分を含むプラスチック、ビニールのような物質が異物としてスクラップ中に少量含まれているが、これらはダイオキシンを生成する。
このように発生したダイオキシンは９００℃以上で加熱すると消滅するが、その後６５０〜２５０℃付近で再合成される。このため、電気炉の排ガス工程の温度を９００℃以上に上昇させてから、６５０〜２５０℃付近で水をかけて急冷し、当該区間に留まる時間を最短にしてダイオキシンの再合成を防止する。しかし、このような過程には別途の設備が必要である。
【０００５】
従って、産業廃棄物である電気炉で発生するダスト、連続鋳造や熱延などの電気炉以外の施設で発生するスケール及びスラッジを含む含鉄副産物を電気炉の原料として再活用できると、環境保護及び設備投資の側面で有利であり、関連技術分野で有用に使用できることが期待される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのため、本発明の目的は、含鉄副産物を再利用する方法を提供することである。
本発明の他の目的は、含鉄副産物を再利用するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、含鉄副産物及び含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部の炭素を混合してブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を形成する段階と、ブリケットを８００〜１３００℃の温度で予備還元する段階と、予備還元したブリケットを電気炉に投入する段階と、を含む含鉄副産物の再利用方法が提供される。
【０００８】
含鉄副産物はダスト、スケール及びスラッジからなる群より選択された少なくとも一つを含むことが好ましい。
含鉄副産物は、ダスト４０〜６０重量％、スケール３０〜５０重量％及びスラッジ５〜１０重量％を含むことが好ましい。
ブリケットは、平均直径が１０〜５０ｍｍで、見掛け密度が３０００〜６０００ｋｇ／ｃｍ３であり、圧縮強度２０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ３の炭材が内蔵されたものであることが好ましい。
【０００９】
予備還元する段階の温度は、電気炉の排ガスの顕熱及びバーナーの燃焼熱を利用して維持されることが好ましい。
電気炉の排ガスを予備還元する段階に流入させて燃焼させる段階をさらに含むことが好ましい。
ブリケットの搬送のための流体は不活性ガスであることが好ましい。
【００１０】
不活性ガスは窒素及びアルゴンからなる群よりから選択されることが好ましい。
予備還元したブリケットの還元率は１０％〜８０％であることが好ましい。
電気炉に炭素粉末を注入して直接還元する段階をさらに含むことが好ましい。
【００１１】
本発明の他の見地によると、電気炉で発生する含鉄副産物及び含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部の炭素を混合して形成したブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を８００〜１３００℃の温度で予備還元する還元炉と、予備還元したブリケットが投入される電気炉と、を含む含鉄副産物の再利用装置が提供される。
還元炉はバーナー（ｂｕｒｎｅｒ）をさらに含むことが好ましい。
装置はスクラップ予熱炉をさらに含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、環境規制物質である電気炉ダストなどを含む含鉄副産物を再利用することで、産業廃棄物の処理費用を低減させることができるとともに、含鉄副産物を電気炉の原料として再利用し、溶鋼の製造原価を下げることにも寄与することができる。また、電気炉の排ガス内のダイオキシン又は一酸化炭素を除去するための燃焼設備の機能を代替することができるため、更なる費用削減の効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の含鉄副産物の再利用に使用できる還元炉及び電気炉を含む装置を例示したものである。
【図２】本発明の含鉄副産物の再利用に使用できる還元炉、電気炉及び予熱炉を含む他の装置を例示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面に基づいて、本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。
本発明によると、含鉄副産物の再利用方法が提供される。より詳細には、本発明は、含鉄副産物及び含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部の炭素を混合してブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を形成する段階と、ブリケットを８００〜１３００℃の温度で予備還元する段階と、予備還元したブリケットを電気炉に投入する段階と、を含む。
【００１５】
本発明において、含鉄副産物は、電気炉で発生する産業廃棄物であるダスト、連続鋳造または熱延設備で発生するスケール及びスラッジからなる群より選択された少なくとも一つを含むもので、ＦｅがＯ２と結合してＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４が含まれた形態で存在する。
より具体的には、含鉄副産物はダスト０〜１００重量％、スケール０〜１００重量％及びスラッジ０〜１００重量％を含んでもよく、ダスト４０〜６０重量％、スケール３０〜５０重量％及びスラッジ５〜１０重量％を含むことがより好ましい。
【００１６】
ダスト（Ｄｕｓｔ）はＴ．Ｆｅを約４０％含有しているが、環境汚染物質が多く含まれているため、産業廃棄物に分類されて廃棄されており、スケール（Ｓｃａｌｅ）及びスラッジ（Ｓｌｕｄｇｅ）に含まれているＴ．Ｆｅは殆ど酸化鉄（ＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３）からなっており、そのまま電気炉に投入しても、鉄（Ｆｅ）は還元されないため、本発明では、これを予備還元して電気炉の原料として使用する。
一方、含鉄副産物とともに添加される炭素は、含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部混合されることが好ましく、含鉄副産物１００重量部当たり８〜１５重量部混合されることがより好ましい。炭素が５重量部未満混合されると、鉄酸化物と反応する炭素の量が足りず還元が円滑に行われないという問題があり、２０重量部を超えて混合されると、炭素が還元剤として使用された後にも残存して、電気炉において脱炭のための時間及び電力量が増加するという問題がある。
【００１７】
このとき、炭素は粉末状で使用されることが好ましく、炭素粉末の平均粒径は５ｍｍ以下であることが好ましい。５ｍｍを超えると、ブリケットに製作する際に炭素が含鉄副産物と円滑に結合しない。
ブリケットは、平均直径が１０〜５０ｍｍで、見掛け密度が３０００〜６０００ｋｇ／ｃｍ３であり、圧縮強度２０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ３の炭材を内蔵させたものであることが好ましく、ブリケットに圧縮強度２０ｋｇｆ／ｃｍ３未満の炭材が内蔵されると、ブリケットの作製後、搬送及びハンドリングする過程で破損されて損失が発生する可能性があり、１００ｋｇｆ／ｃｍ３を超える炭材が内蔵されると、不要な設備投資費がかかるという問題がある。
【００１８】
一方、炭材が内蔵されたブリケットの平均直径が１０ｍｍ未満ではブリケットが設備に融着したり、排ガスによって吹き飛ぶ恐れがあり、ブリケットの平均直径が５０ｍｍを超えると、外部の温度がブリケットの内部まで均一に伝達されず、還元能力が低下するという問題がある。
ブリケットは、含鉄副産物と炭素粉末を型枠のような装置に入れて製造するもので、その形態は類似するが、完全には一致しない。従って、これらの直径は均一でないため、平均粒径を基準とする。
【００１９】
一方、ブリケットの見掛け密度が３０００〜６０００ｋｇ／ｃｍ３である場合には、ブリケットを電気炉に投入するとき、溶鋼（７０００ｋｇ／ｃｍ３）とスラッジ（２５００ｋｇ／ｃｍ３）との間に位置させることができるため、ブリケットは本発明の範囲内の見掛け密度を有することが好ましい。
炭材が内蔵されたブリケットに加工された含鉄副産物は、炭素を内部に含有しているため、外部から注入される還元ガスの成分より還元雰囲気の温度によって還元率が変わる。
本発明において、ブリケットは８００〜１３００℃の温度で予備還元が行われ、このとき、予備還元する段階の温度は電気炉の排ガスの顕熱及びバーナーの燃焼熱を利用して維持されることが好ましい。
【００２０】
図１は、本発明の含鉄副産物の再利用に使用できる還元炉及び電気炉を含む装置の一例を示すものであり、図１に示したとおり、還元が行われる還元炉はバーナーをさらに備えてもよく、電気炉の排ガスが還元炉に導入されて還元炉で排ガスの熱を利用することができる。
一方、電気炉の排ガスを予備還元する段階に導入させて燃焼させる場合には、本発明の還元炉によって電気炉から発生する排ガスを処理するための燃焼塔の設備がなくてもよい。
【００２１】
一方、還元鉄が再酸化されることがあるため、ブリケットの搬送のための流体は不活性ガスであることが好ましく、より詳細には、不活性ガスは窒素及びアルゴンからなる群より選択されることが好ましい。
予備還元する段階が完了した後に得られる予備還元されたブリケットの還元率は１０％〜８０％であることが好ましく、このような還元率は、温度を８００〜１３００℃に維持しながら、還元反応時間を１０〜６０分の間で調整することで達成することができる。予備還元された含鉄副産物は、Ｔ．Ｆｅ（Ｔｏｔａｌ  Ｆｅ）５０〜８０％、金属鉄（Ｍｅｔａｌ  Ｆｅ）０〜５０％、及び酸化鉄（ＦｅＯ）２０〜６０％の形態で存在する。
【００２２】
Ｔ．Ｆｅ（Ｔｏｔａｌ  Ｆｅ）とは物質内に含まれている全ての鉄を意味し、Ｆｅ、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４などを含み、金属鉄とは物質中に鉄（Ｆｅ）原子の状態で入っていることを意味する。
さらに、電気炉で還元されない成分を還元させて金属鉄（Ｍｅｔａｌ  Ｆｅ）の形態にするために、電気炉に炭素粉末を注入して直接還元する段階をさらに行ってもよい。
このとき、注入される炭素粉末の量は還元鉄内に含まれた酸素量の５０〜１５０重量％であることが好ましく、炭素粉末の平均粒径は５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
炭素粉末の量が還元鉄内に含まれた酸素量の５０重量％未満では還元鉄の還元反応に必要な炭素量が足りず還元効率が低くなり、１５０重量％を超えると、炭素が炉内で浮遊して脱炭が困難で、製鋼時間が長くなるという問題がある。
一方、炭素粉末の平均粒径が５ｍｍを超えると、炭素反応の表面積が増加して反応速度が低下する。
本発明によると、上記のような含鉄副産物の再利用に使用できる装置が提供される。より詳細には、含鉄副産物及び含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部の炭素を混合して形成したブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を８００〜１３００℃の温度で予備還元する還元炉と、予備還元したブリケットが投入される電気炉と、を含む含鉄副産物の再利用装置が提供される。
【００２４】
本発明において、還元炉は、バーナー（ｂｕｒｎｅｒ）をさらに含むことが好ましく、ブリケットの予備還元が行われる８００〜１３００℃の温度は、電気炉の排ガスの顕熱及びバーナの燃焼熱を利用して維持されることができる。
本発明の装置において、還元炉は、構造的に膜応力を適用することができるようにシェル型（Ｓｈｅｌｌ  Ｔｙｐｅ）に設計することが好ましく、外側は鉄皮で包み、内部は約８００〜１３００℃に耐えられるように耐火物を築造し水冷装置を製作して設けることが好ましい。
【００２５】
一方、上述したように、追加熱源で還元温度を維持するために還元炉の壁体にバーナーを設けることができ、このとき、還元炉は、電気炉の排ガスのうち燃焼されない一酸化炭素が完全に燃焼できるように構成することが好ましく、原料が搬送中に引っかからないように内部を設計する。
一方、本発明の装置は、図２に示したとおり、スクラップ予熱炉をさらに含んでもよい。電気炉の原料として用いられるスクラップは、電気炉に投入されるときは、ほぼ大気の温度と類似するが、予熱を行って電気炉に投入すると、予熱された温度分だけ電気炉に電力を投入しなくてもよいため、スクラップを予熱する予熱炉を設けると、電力を節約することができる。予熱炉を電気炉の側面に位置させて、予熱炉の上部からスクラップの供給を受けてプッシャー（Ｐｕｓｈｅｒ）というスクラップ供給装置を介して予熱炉から電気炉に投入することができる。このとき、電気炉で発生する排ガスを予熱炉に導入すると、熱い排ガスと冷たいスクラップが熱交換してスクラップを予熱することができる。
還元炉を使用する場合、消費電力が多くなるため、さらに使用されるスクラップは予熱炉を用いて電力を節減することが全体的なエネルギー投入の面で有利である。
【００２６】
本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは、当技術分野の通常の知識を有する者には自明である。
【図１】
2016505718.tif 000003
【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月19日(2015.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
炭素粉末の量が還元鉄内に含まれた酸素量の５０重量％未満では還元鉄の還元反応に必要な炭素量が足りず還元効率が低くなり、１５０重量％を超えると、炭素が炉内で浮遊して脱炭が困難で、製鋼時間が長くなるという問題がある。
一方、炭素粉末の平均粒径が５ｍｍを超えると、炭素反応の表面積が減少して反応速度が低下する。
本発明によると、上記のような含鉄副産物の再利用に使用できる装置が提供される。より詳細には、含鉄副産物及び含鉄副産物１００重量部当たり５〜２０重量部の炭素を混合して形成したブリケット（ｂｒｉｑｕｅｔｔｅ）を８００〜１３００℃の温度で予備還元する還元炉と、予備還元したブリケットが投入される電気炉と、を含む含鉄副産物の再利用装置が提供される。
【国際調査報告】
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2016505718.tif 000006
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