(57)【要約】【課題】熱処理炉や金属溶解炉等の加熱炉から排出される排気ガスを減圧下で処理するために有価金属を酸化させることがなく、以て、二次的処理を要することなく直接有価金属を回収することができる、有価物を含む加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法及び回収装置を提供することを課題とする。【解決手段】処理品を加熱溶解する密閉可能な加熱炉１と、加熱炉１に連結されていて、処理品を加熱炉１に供給する前に導入し、処理品を加熱炉１に供給する際に室内の空気置換を行う空気置換室２と、空気置換室２と加熱炉１とを気密に連結する通路３と、通路３を開閉して処理品の通過を許容する導入手段４と、加熱炉１に接続されていて加熱炉１内において発生する排気ガスを吸引排出する手段５と、吸引排出された排気ガスから有価物を回収する回収手段６〜８とから成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理炉、金属溶解炉等の加熱炉で、密閉可能にすると共に減圧手段及び回収手段を設置した前記加熱炉において、加熱中に排出される種々の有価物を含んだ粉塵を含む排気ガスを、減圧還元雰囲気中で処理することにより、多量の酸化防止剤やフラックスを用いることなく、直接無酸化状態にて前記有価物を回収することを特徴とする加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法。
【請求項２】
熱処理炉、金属溶解炉等の加熱炉で、密閉可能にすると共に減圧手段及び回収手段を設置した前記加熱炉において加熱中に排出される種々の有価物を含んだ粉塵を含む排気ガスから有価物を分離して回収するための方法であって、
必要に応じ前記加熱炉において加熱処理する処理品を、減圧手段を備えていて前記加熱炉に連結されている空気置換室に供給する工程、
必要に応じ前記空気置換室内の空気置換をする工程、
前記空気置換室と前記加熱炉とを連結する通路を通し、又は直接前記処理品を前記加熱炉内に導入する工程、
前記処理品を前記加熱炉内において減圧下で加熱処理する工程、
前記加熱処理工程において発生する排気ガスを減圧手段で吸引排出する工程、及び、
前記吸引排出された排気ガスから有価物を回収する工程
から成ることを特徴とする加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法。
【請求項３】
前記排気ガス中に含まれる有害物を、前記加熱炉内において減圧下で、単一条件下で、あるいは、真空度別に及び／又は温度別に、加熱分解処理及び／又は還元分解処理して除去する工程を更に含む、請求項１又は２に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法。
【請求項４】
前記有価物の回収は、減圧下において、単一条件下で、あるいは、真空度別及び／又は温度別に、数段に分けて行う、請求項１又は２に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法。
【請求項５】
前記排気ガスの吸引排出工程及び排気ガスからの有価物回収工程は、前記加熱炉からの複数経路においてそれぞれ行う、請求項２に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法。
【請求項６】
前記排気ガス中の有価物の回収工程及び有害物の還元分解による除去工程において、前記加熱炉内に、炉内の減圧状態を保持しながら還元ガスを供給する、請求項２又は３に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法。
【請求項７】
前記回収工程において回収された有価物で混合物が多い場合、前記加熱炉内に戻し又は他の真空加熱装置において再度、真空度及び／又は加熱温度を変化させて再分離処理する工程を含む、請求項２に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法。
【請求項８】
熱処理炉、金属溶解炉等の加熱炉において加熱中に排出される種々の有価物を含んだ粉塵を含む排気ガスから有価物を直接分離して回収するための装置であって、
処理品を加熱溶解する密閉可能な前記加熱炉と、前記加熱炉に連結されていて、必要に応じて前記処理品を前記加熱炉に供給する前に導入し、前記処理品を前記加熱炉に供給する際に室内の空気置換を行う空気置換室と、前記空気置換室と前記加熱炉とを気密に連結する通路と、前記通路を開閉して前記処理品の通過を許容する手段と、前記加熱炉に接続されていて前記加熱炉内において発生する排気ガスを吸引排出する手段と、前記吸引排出された排気ガスから有価物を回収する回収手段
とから成ることを特徴とする加熱炉の排気ガスからの有価物回収装置。
【請求項９】
前記加熱炉は、前記排気ガス中に含まれる有害物を加熱分解及び／又は還元分解により除去する機能を備える、請求項８に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収装置。
【請求項１０】
前記加熱炉は、炉内の減圧状態を保持しながら還元ガスを供給する手段を備える、請求項８又は９に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収装置。
【請求項１１】
前記有価物の回収手段は、回収温度の異なる複数の回収装置を含む、請求項８に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収装置。
【請求項１２】
前記加熱炉に、前記排気ガスの吸引排出手段と前記有価物の回収手段とを含む系統が複数設置される、請求項８に記載の加熱炉の排気ガスからの有価物回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法及び回収装置、より詳細には、熱処理炉や金属溶解炉等の加熱炉から排出される種々の有価金属を多量に含んだ粉塵を含む排気ガスを、減圧手段により無酸化状態で処理することにより、排気ガス中の有価金属を二次的処理を要することなく直接無酸化金属として回収することができる、加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法及び回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉を持つ大型製鉄所では、亜鉛を含む鉄系集塵ダストが大量に発生する。ある製鉄会社の報告によると、その会社の粗鋼生産量は７９１２８（ｔ／月）であって、それに対するダスト発生量は１３５８（ｔ／月）であり、ダスト原単位は１７．１６（ｋｇ／ｔ）となるとされている。また、電気炉集塵ダストの代表成分例を挙げれば下記表のとおりであり（単位：重量％）、多量の鉄成分及び亜鉛成分が含まれていることが分かる。
【表１】
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【０００３】
このような有価金属を含む集塵ダストを処理し、かつ、有効利用するために、多くの取り組みがなされてきている。例えば、集塵ダストとミルスケールと還元剤を混合してロータリーキルン内で還元焙焼し、有害物を除去した後、再酸化させて亜鉛精鉱を生産すると共に、集塵ダスト中の酸化鉄を還元して還元鉄を生産する方法（特公昭５９−２０７３４号公報）、ダクト内を移送される集塵ダストに空気を供給することで排ガス中の一酸化炭素を燃焼させて集塵ダストを高温に保持し、還元雰囲気を維持することで、亜鉛を効率よく回収する方法（特開２００５−３４５００５号公報）、外気を導入して排ガスを希釈化して温度を下げた後に集塵機で集塵し、その一部を迂回させて燃焼させた後、脱硝処理して排出する方法（特開２００３−１４８７１９号公報、類似技術として特開２００８−６４４３４号公報）等が提案されている。
【０００４】
また、製鋼ダストを脱塩素化処理してセメント原料として再資源化したり、ペレット化して外部の亜鉛精錬業者に処理を委託する方法も採られている。
【０００５】
しかるに、上記従来の処理技術中、排気ガスを単に無害化して排出する方法の場合は、有価物の有効利用、再利用を図れず、省資源化に寄与しないという問題があり、排気ダスト中の有価金属を回収する方法の場合には、溶解炉から排出される排ガス中の排気ダストは外気に晒されて酸化されるため、その酸化状態で常温にて一旦回収された後に再加熱して還元する必要があるが、その再加熱還元工程が煩雑でランニングコストも高いという問題があり、これらに代わる方法の提案が強く望まれている。
【０００６】
そこで、溶解炉から排出される排気ガスを、外気に晒すことなく有価金属を回収する回収設備に直接的に引き込むことが考えられる。しかし、溶解炉操業中における排気ガスの組成は大きく変化しやすく、二酸化炭素や酸素が過剰になることがあり、その場合有価金属は、そのガス組成のために酸化される等して酸化鉄や酸化亜鉛として回収されることになり、鉄や亜鉛の品位が低下することになる。
【０００７】
【特許文献１】特公昭５９−２０７３４号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５００５号公報
【特許文献３】特開２００３−１４８７１９号公報
【特許文献４】特開２００８−６４４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、熱処理炉や金属溶解炉等の加熱炉から排出される種々の有価金属を含む排気ガスを、減圧下で処理することで、有価金属が酸化されることを防止し、以て、二次的処理を要することなく直接有価金属を回収することができる、加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法及び回収装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、熱処理炉、金属溶解炉等の加熱炉で、密閉可能にすると共に減圧手段及び回収手段を設置した前記加熱炉において、加熱中に排出される種々の有価物を含んだ粉塵を含む排気ガスを、減圧還元雰囲気中で処理することにより、多量の酸化防止剤やフラックスを用いることなく、直接無酸化状態にて前記有価物を回収することを特徴とする加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法である。
【００１０】
上記課題を解決するための請求項２に記載の発明は、熱処理炉、金属溶解炉等の加熱炉で、密閉可能にすると共に減圧手段及び回収手段を設置した前記加熱炉において加熱中に排出される種々の有価物を含んだ粉塵を含む排気ガスから有価物を分離して回収するための方法であって、必要に応じ前記加熱炉において加熱処理する処理品を、減圧手段を備えていて前記加熱炉に連結されている空気置換室に供給する工程、必要に応じ前記空気置換室内の空気置換をする工程、前記空気置換室と前記加熱炉とを連結する通路を通し、又は直接前記処理品を前記加熱炉内に導入する工程、前記処理品を前記加熱炉内において減圧下で加熱処理する工程、前記加熱処理工程において発生する排気ガスを減圧手段で吸引排出する工程、及び、前記吸引排出された排気ガスから有価物を回収する工程から成ることを特徴とする加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法である。
【００１１】
好ましくは、前記排気ガス中に含まれる有害物を、前記加熱炉内において減圧下で、単一条件下で、あるいは、真空度別に及び／又は温度別に、加熱分解処理及び／又は還元分解処理して除去する工程を更に含み、前記有価物の回収は、減圧下で、単一条件下で、あるいは、真空度別に及び／又は温度別に複数段に行い、前記排気ガスの吸引排出工程及び排気ガスからの有価物回収工程は、前記加熱炉からの複数経路においてそれぞれ行い、また、前記排気ガス中の有価物の回収工程及び有害物の還元分解による除去工程において、前記加熱炉内に、炉内の減圧状態を保持しながら還元ガスを供給する工程を含む。更に、前記回収工程において回収された有価物で混合物が多い場合、前記加熱炉内に戻し又は他の真空加熱装置において再度、真空度及び／又は加熱温度を変化させて再分離処理する工程を含むこともある。
【００１２】
上記課題を解決するための請求項８に記載の発明は、熱処理炉、金属溶解炉等の加熱炉において加熱中に排出される種々の有価物を含んだ粉塵を含む排気ガスから前記有価物を直接分離して回収するための装置であって、処理品を加熱溶解する密閉可能な前記加熱炉と、前記加熱炉に連結されていて、必要に応じて前記処理品を前記加熱炉に供給する前に導入し、前記処理品を前記加熱炉に供給する際に室内の空気置換を行う空気置換室と、前記空気置換室と前記加熱炉とを気密に連結する通路と、前記通路を開閉して前記処理品の通過を許容する手段と、前記加熱炉に接続されていて前記加熱炉内において発生する排気ガスを吸引排出する手段と、前記吸引排出された排気ガスから有価物を回収する回収手段とから成ることを特徴とする加熱炉の排気ガスからの有価物回収装置である。
【００１３】
好ましくは、前記加熱炉は、前記排気ガス中に含まれる有害物を加熱分解及び／又は還元分解により除去する機能を備え、また、前記加熱炉は、炉内の減圧状態を保持しながら還元ガスを供給する手段を備える。
【００１４】
通例、前記有価物の回収手段は、回収温度の異なる複数の回収装置を含む。また、多種の有価物が含まれる場合や回収効率を上げる場合には、前記加熱炉に、前記排気ガスの吸引排出手段と前記有価物の回収手段とを含む系統が複数設置されることがある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上述したとおりであって、本発明に係る方法及び装置においては、加熱炉内への処理品の供給、並びに、加熱炉内における処理品の加熱を減圧下で行うため、処理品の酸化を抑えることができる。そのため、従来のように一旦冷却して回収した酸化性有価物を再加熱し、更に酸化性有価物を還元して金属有価物を得るといった手間のかかる作業を要することなく、加熱炉からの排気ガスより直接有価物を回収することができ、その回収効率は格段に向上し、省エネルギー的、省資源的であり、しかも設備コストも低く抑えることができる効果がある。
【００１６】
また、特に請求項３、６及び９に係る発明においては、処理品中にダイオキシンやＰＣＢ等の酸化性有害物が含有されている場合、これらを熱分解、還元分解して無公害化し得る効果があり、請求項５及び１２に係る発明においては、排気ガス中に多種の有価物が含まれる場合に対応でき、回収効率を向上させ得る効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態につき、添付図面に依拠して説明する。本発明に係る加熱炉の排気ガスからの有価物回収方法は、密閉可能にすると共に減圧手段及び回収手段を設置した熱処理炉、金属溶解炉等の加熱炉において、加熱中に排出される種々の有価物を含む排気ガスから前記有価物を分離して直接回収するための方法である。該方法は、前記加熱炉において加熱処理する処理品を、必要に応じ、減圧手段を備えていて前記加熱炉に連結されている空気置換室に供給して該空気置換室内の空気置換をする工程、前記空気置換室と前記加熱炉とを連結する通路を通し、あるいは、直接前記処理品を前記加熱炉内に導入する工程、前記処理品を前記加熱炉内において加熱処理する工程、前記加熱処理工程において発生する排気ガスを減圧手段で吸引排出する工程、及び、前記吸引排出された排気ガスから有価物を回収する工程から成ることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明に係る加熱炉の排気ガスからの有価物回収装置は、上記方法を実施するための装置であり、該装置は、密閉可能な加熱炉１と、加熱炉１に気密に連結される空気置換室２と、加熱炉１と空気置換室２とを気密に連結する通路３と、加熱炉１内において発生する排気ガスを吸引排出する手段（減圧ポンプ５）と、減圧ポンプ５によって吸引排出された排気ガスから有価物を回収する回収手段（回収装置６〜８）とを備えて成る。また、必要に応じ、通路３の中途部分、並びに、加熱炉１と回収装置６との間の排気路１１を開閉するために真空ドア４、１２が配置され、また、各回収装置６〜８間及び回収装置８と減圧ポンプ５間に、真空バルブ１５が配置される。
【００１９】
加熱炉１は、各種熱処理炉、抵抗式電気炉、あるいは、アーク炉、キューポラ、反射炉、るつぼ炉等の金属溶解炉であり得る。これらの炉であり得る加熱炉１の真空度は、９００℃以下の温度においては１０−５〜１０−３Ｔｏｒｒであることが好ましく、それ以上の温度においては１０−４〜１００Ｔｏｒｒであることが好ましい。この１００Ｔｏｒｒは、Ｈ２、ＣＯ等の還元ガスを流入させたときの真空度である。また、時には、炭粉を投入することもある。
【００２０】
加熱炉１は、密閉可能にされて減圧ポンプ５が接続されることにより、炉内を真空にすることが可能に構成される。例えば加熱炉１は、水冷式の真空パッキン９を介して被着される水冷式炉蓋１０を備えたものとされる。加熱炉１の本体部には、処理品を導入するための通路３と、処理品の加熱処理に伴って発生する排気ガスの排気路１１とが接続される。排気路１１には、真空ドア１２を介して回収装置６〜８が設置され、その先に減圧ポンプ５が配置される。真空ドア１２には、炉蓋１０と同様に、水冷された真空パッキンが装備される。加熱炉１には更に、炉内に還元ガスを供給するための還元ガス供給装置１３を付設することが好ましい。
【００２１】
空気置換室２は、連続加熱処理に必要な装置であって、空気置換用減圧ポンプ１４を備えていて、通路３を介して加熱炉１に気密に連結される。処理品は、加熱炉１に供給される前に空気置換室２に導入され、その状態で空気置換用減圧ポンプ１４の作用で、空気置換室２内が減圧されて空気置換が行われる。その後処理品は、真空ドア４が開かれて空気置換室２と同じ真空状態に維持された通路３を通し、加熱炉１内に導入され、その後真空ドア４が閉じられる。
【００２２】
なお、加熱炉１が、連続的ではなく１回ごとに冷却するタイプのものである場合は、空気置換室は不要となる。
【００２３】
加熱炉１内に導入された処理品は、加熱炉１の用途に従って加熱されるが、この加熱処理は、減圧ポンプ５の作用による減圧下で行われる。この加熱処理に伴って発生する排気ガスは、逐次排気路１１から吸引排出され、回収装置６〜８に送られる。回収装置６〜８は、それぞれ回収温度を異にするものを複数用意し、金属の種類ごとに回収できるようにすることが好ましい。例えば、加熱炉１が鉄の溶解炉であって多量の鉄、亜鉛等が出る場合、最も加熱炉１に近い回収装置６では、ガス温度１０００〜１２００℃にて鉄、及び、微量のクローム、ニッケルを回収し、次段の回収装置７では、ガス温度５００〜８００℃にて亜鉛を回収し、最終段の回収装置８では、常温で酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化カルシウム等の一般粉塵を回収することとする。
【００２４】
なお、排気ガス中に多種の有価物が含まれる場合や回収効率を高めるために、加熱炉１に、上記減圧ポンプ５、回収装置６〜８、及び、真空ドア１２から成る処理系統を複数設置し、それぞれ個別に回収処理を行わせることとしてもよい。
【００２５】
次いで、本発明に係る装置の実施例及びそれによる実験結果について説明する。
（実施例）
処理条件：  加熱炉    ４００Ｗ×３００Ｈ×４００Ｌ（有効寸法、単位ｃｍ）
材  料    亜鉛メッキ鋼板（メッキ量：重量比０．３〜０．１％）
処理量    １９．５ｋｇ
脱酸剤    ０．５ｋｇ（コークス：０．４ｋｇ、Ａｌ：０．１ｋｇ）
真空度    ３×１０−３Ｔｏｒｒ
温  度    １６００℃×４ｈｒ（昇温時間３．５ｈｒを含む）
回収装置  １００φ×１２００Ｌ（単位ｍｍ）のタングステン製パイプ状の
もの１本
減圧ポンプ５の前にフィルター付き粉塵回収装置を配し、回収装置としては、端部を加熱炉１内に臨ませて配した、長さ１．２ｍのパイプ状回収装置６を１本用い、排気ガスからの有価物の回収を行った。なお、パイプ状回収装置６は、蒸着金属の回収を容易にするために、縦に二分割可能なものとした。
【００２６】
処理結果：粉塵回収量              １９１．６ｇ／２０ｋｇ（１．６％）
（内  訳）  鉄回収量    １１２．２ｇ／２０ｋｇ  
亜鉛回収量    ７１．４ｇ／２０ｋｇ
粉塵（酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化カルシウム等）
８ｇ／２０ｋｇ
【００２７】
一般的な溶解炉からの蒸発排気ガス粉塵の量は、平均１７．１６ｋｇ／ｔ（１．７％）であるところ、今回の実験値は脱酸剤やフラックス（融剤）等の不純物が少なかったため、０．９５％と少なかった。また、粉塵中の鉄の回収率は５８．８％、亜鉛の回収率は３７．２％という結果であった。一般的な鉄溶解炉からの粉塵中の鉄含有率は２５〜４５％であり、亜鉛含有率は１１〜２８％であるが、今回の実験結果（回収率）は、この範囲を大きく越えるものであった。これは脱酸剤（還元剤）やフラックスが少ないためである。更に、常温回収の粉塵中には、鉄酸化物が２ｇ、亜鉛酸化物が０．７ｇがそれぞれ含まれていた。従って、鉄の回収率は９８．３％で、亜鉛の回収率は９９％という高結果が得られたことになる。
【００２８】
なお、分析の結果、製鋼中の粉塵中におけるＣｒ、Ｎｉ等の重金属が回収した鉄に含有されていることが判明した。これは、Ｃｒ、Ｎｉの析出温度が鉄のそれに近いために、今回の小型炉での回収実験において鉄回収物中に含有されたものと推定されるが、それらの含有量は、それぞれＣｒが０．０８ｇ、Ｎｉが０．０２ｇと微量であった。
【００２９】
以上の結果からも明らかなように、本発明に係る方法及び装置によれば、製鋼用電気炉において、真空中で鋼を溶解処理することにより、脱酸剤（還元剤）やフラックスの投入量を少なくすることができ、例えば、鉄や亜鉛のような、排気ガス中に含まれる種々の有価金属を、酸化させることなく直接溶解炉排気ガスから回収することができるので、非常に省資源的、省エネルギー的ということができる。
【００３０】
この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施形態について説明してきたが、この発明の精神と範囲に反することなしに広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は添付請求の範囲において限定した以外はその特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る有価物回収装置の一構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    加熱炉
２    空気置換室
３    通路
４    真空ドア
５    減圧ポンプ
６    回収装置
７    回収装置
８    回収装置
９    真空パッキン
１０    水冷式炉蓋
１１    排気路
１２    真空ドア
１３    還元ガス供給装置
１４    空気置換用減圧ポンプ
１５    真空バルブ
【図１】
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