(57)【要約】【課題】  含亜鉛鉄スクラップを鉄源として製鉄工程で利用するに際し、含亜鉛鉄スクラップから簡易で且つ安価な方法で亜鉛を除去することができ、その結果、加熱処理などによって含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去しないまま鉄源として利用しても、各製鉄工程で回収されるダストに亜鉛の濃縮が発生せず、回収されるダストをそのまま製鉄原料として使用することのできる含亜鉛鉄スクラップの利用方法を提供する。【解決手段】  耐火物３で施工された容器１の底部耐火物及び／または側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップ５を装入し、前記容器の保有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を酸化して気化させ、亜鉛を気化除去した後に前記容器内に溶銑を注入する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物で施工された容器内の底部耐火物及び／または側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップを装入し、前記容器の保有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を酸化して気化させ、亜鉛を気化除去した後に前記容器内に溶銑を注入することを特徴とする、製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
【請求項２】
前記容器は、溶銑を払い出した後の溶銑鍋またはトーピードカーであることを特徴とする、請求項１に記載の製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
【請求項３】
前記容器の内壁耐火物の表面温度は、８００℃以上であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
【請求項４】
前記含亜鉛鉄スクラップの装入量は、注入された溶銑に対して溶銑トン当たり２０ｋｇ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
【請求項５】
前記含亜鉛鉄スクラップは、亜鉛鍍金鋼板屑であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを製鉄工程において鉄源として利用する方法に関し、詳しくは、加熱処理などによって含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去せずにそのまま容器に入れ置き、容器の有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を気化させ、亜鉛含有量を少なくしてから鉄源として利用する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、亜鉛鍍金鋼板が自動車用鋼板として大量に使用されるようになり、それに伴って亜鉛鍍金鋼板屑の発生量も増加している。亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを溶銑予備処理工程や転炉精錬工程で鉄源として使用すると、亜鉛が酸化・飛散し、集塵設備でダストとして回収される。製鉄プロセスで発生し回収されたダストは、通常、高炉における製鉄原料として使用されるが、亜鉛濃度の高いダストは、高炉内で融着現象を生じるために高炉の操業を阻害し、そのままでは使用できない。
【０００３】
従って、亜鉛を含有するダストを高炉で使用する場合には、例えば特許文献１に開示されるように、ダストから亜鉛を除去した後に製鉄原料とする必要があった。
【０００４】
一方、ダストに亜鉛が濃縮しなければダストの亜鉛除去処理は必要とせず、従って、含亜鉛鉄スクラップから亜鉛を除去した後に、鉄源として溶銑予備処理工程や転炉精錬工程で使用する方法も提案されている。例えば、特許文献２及び特許文献３には、含亜鉛鉄スクラップを加熱炉内で鉄が溶けない温度範囲で加熱して亜鉛を除去・回収し、亜鉛の除去された含亜鉛鉄スクラップを用いて溶鋼を溶製する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平９−７５８９１号公報
【特許文献２】特開平４−１９８４２９号公報
【特許文献３】特開平６−３３１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されるように、湿式電気分解処理によってダストから亜鉛を分離すれば、このダストを使用することで高炉操業は円滑に行われるが、この亜鉛除去処理には大量の電力消費を必要とする。また、特許文献２、３に開示されるように、加熱炉内で含亜鉛鉄スクラップを加熱して亜鉛を除去すれば、亜鉛の問題を考慮することなく含亜鉛鉄スクラップを鉄源として利用できるが、この場合も、亜鉛除去の際に重油などの加熱用エネルギーを必要とする。即ち、ダストから亜鉛を除去する方法も、また含亜鉛鉄スクラップから亜鉛を除去する方法も、何れの方法も多くのエネルギーを必要とし、製造コストの上昇を余儀なくされる。また、両者とも、大規模な設備を必要とし、製造コストを上昇させる原因の１つになっていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを鉄源として製鉄工程で利用するに際し、含亜鉛鉄スクラップから簡易で且つ安価な方法で亜鉛を除去することができ、その結果、加熱処理などによって含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去しないまま鉄源として利用しても、各製鉄工程で回収されるダストに亜鉛の濃縮が発生せず、回収されるダストをそのまま製鉄原料として使用することのできる、製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための第１の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、耐火物で施工された容器内の底部耐火物及び／または側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップを装入し、前記容器の保有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を酸化して気化させ、亜鉛を気化除去した後に前記容器内に溶銑を注入することを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、第１の発明において、前記容器は、溶銑を払い出した後の溶銑鍋またはトーピードカーであることを特徴とするものである。
【０００９】
第３の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、第１または第２の発明において、前記容器の内壁耐火物の表面温度は、８００℃以上であることを特徴とするものである。
【００１０】
第４の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記含亜鉛鉄スクラップの装入量は、注入された溶銑に対して溶銑トン当たり２０ｋｇ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
第５の発明に係る製鉄工程における含亜鉛鉄スクラップの利用方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記含亜鉛鉄スクラップは、亜鉛鍍金鋼板屑であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップを高温状態の容器内の内張り耐火物近傍に装入するので、含亜鉛鉄スクラップは容器の保有熱により加熱され、融点が低く蒸気圧の高い亜鉛は、酸化されて気化し、含亜鉛鉄スクラップから分離して大気中に放散される。そして、亜鉛が気化除去した後に容器内に溶銑を注入するので、受銑時に発生するダストには亜鉛が濃縮されず、従って、回収したダストはそのままの状態で製鉄原料として利用することができる。このように、本発明を適用することにより、大規模な設備を用いて含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を予め除去しなくても、また、多大のエネルギーを消費しなくても、含亜鉛鉄スクラップの亜鉛鍍金層の亜鉛を除去することが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１４】
本発明では、耐火物で施工された高温の容器内の底部耐火物及び／または側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップを装入し、容器の保有する熱で含亜鉛鉄スクラップの亜鉛を酸化して気化させ、亜鉛を気化除去した後に容器内に溶銑を注入して、亜鉛を気化除去した後の含亜鉛鉄スクラップを溶解し、鉄源として利用する。
【００１５】
即ち、前回受銑した溶銑を転炉や保持容器などに払い出した後の空の高温の容器、或いは若干の残留溶銑を収容した高温の容器の底部耐火物及び／または側壁耐火物の近傍に、含亜鉛鉄スクラップを装入する。この場合の高温容器としては、周期的に繰り返して使用されているために、容器の保有熱が安定して高く、しかも外部から熱を加える必要がないことから、高炉から出銑される溶銑を受銑して次工程の転炉精錬工程に搬送するための溶銑鍋やトーピードカー（「混銑車」ともいう）が好適である。本発明では、含亜鉛鉄スクラップを容器の底部耐火物及び／または側壁耐火物の近傍に装入する必要があることから、開口部が小さく、しかも炉体の鉛直断面が円形であるトーピードカーに比較して、含亜鉛鉄スクラップを容器の内張り耐火物の近傍に装入しやすいという点から、特に溶銑鍋が好適である。以下、容器として溶銑鍋を用いた例で説明する。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の実施形態例を示す図であり、溶銑鍋の底部耐火物及び側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップを装入する方法の例を示す図である。図１及び図２において、符号１は溶銑鍋、２は、溶銑鍋１の外殻を構成する鉄皮、３は、鉄皮２の内側に施工された内張り耐火物、４は、溶銑鍋１を積載して搬送する搬送用台車、５は含亜鉛鉄スクラップである。
【００１７】
図１に示す装入方法では、先ず、溶銑鍋１の底部の内張り耐火物３の上に、投入シュート９を介して５００ｍｍ程度以下の厚みの範囲内で含亜鉛鉄スクラップ５を装入し、次いで、脱着式の中子６を溶銑鍋１の内部に設置し、中子６と溶銑鍋１の側壁の内張り耐火物３との間隙に、投入シュート９を介して含亜鉛鉄スクラップ５を装入する。この間隙内に所定の高さまで含亜鉛鉄スクラップ５を装入した後、中子６を引き上げ、かくして、溶銑鍋１の底部耐火物及び側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップ５の層を形成するという方法である。含亜鉛鉄スクラップ５は薄鋼板状であるので、間隙に装入した含亜鉛鉄スクラップ５がそれぞれ絡み合い、中子６を除去した後も溶銑鍋１の側壁の内張り耐火物３の近傍に含亜鉛鉄スクラップ５の層が形成される。中子６と溶銑鍋１の側壁の内張り耐火物３との間隙は５００ｍｍ以下とし、且つ、中子６は抜き出しを容易とするために上広のテーパーを有することが好ましい。
【００１８】
図２に示す装入方法では、先ず、溶銑鍋１の底部の内張り耐火物３の上に、投入シュート９を介して５００ｍｍ程度以下の厚みの範囲内で含亜鉛鉄スクラップ５を装入し、次いで、薄鋼板からなる断面が円形の鉄枠７を溶銑鍋１の内部に設置し、鉄枠７と溶銑鍋１の側壁の内張り耐火物３との間隙に、投入シュート９を介して含亜鉛鉄スクラップ５を所定の高さまで装入する。かくして、溶銑鍋１の底部耐火物及び側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップ５の層を形成するという方法である。鉄枠７と溶銑鍋１の側壁の内張り耐火物３との間隙は５００ｍｍ以下とすることが好ましい。鉄枠７は回収して再使用するものではなく、受銑の際に含亜鉛鉄スクラップ５とともに溶解してしまうものである。図２に示す符号８は陣笠状のシュート、８ａは、シュート８を回転・上昇可能に支持するための支柱であり、シュート８は、含亜鉛鉄スクラップ５を鉄枠７と溶銑鍋１の側壁の内張り耐火物３との間隙に装入しやすくするための冶具であるが、必ずしも必要とはしない。
【００１９】
ここで、内張り耐火物３の近傍に装入する含亜鉛鉄スクラップ５の層厚みを５００ｍｍ以下とする理由は、装入した含亜鉛鉄スクラップ５に満遍無く溶銑鍋１の熱を与えるためである。５００ｍｍを越える厚みになると、内張り耐火物３から離れた位置では熱の供給が少なく、脱亜鉛効果が少なくなる。
【００２０】
含亜鉛鉄スクラップ５としては、製鉄所の亜鉛鍍金鋼板製造工場で発生するトップ及びボトムのクロップ屑やトリミング屑などの亜鉛鍍金鋼板屑、及び、廃自動車屑や廃家電製品屑などが対象となる。通常、亜鉛は鉄鋼材料の合金元素としては使用されず、従って、本発明の含亜鉛鉄スクラップ５とは、亜鉛鍍金層を有する鉄スクラップのことである。
【００２１】
尚、図１及び図２では、投入シュート９を介して含亜鉛鉄スクラップ５を装入しているが、リフティングマグネット、クレーンなどの適宜の装入装置によって装入しても構わない。また、溶銑鍋１の底部耐火物及び側壁耐火物の双方の近傍に含亜鉛鉄スクラップ５を装入しているが、どちらか一方の近傍に装入するだけでも構わない。
【００２２】
このようにして、溶銑鍋１の底部耐火物及び／または側壁耐火物の近傍に装入された含亜鉛鉄スクラップ５は、溶銑鍋１に施工された内張り耐火物３の保有する熱によって加熱される。亜鉛は融点が４２０℃、沸点が９０６℃であり、鉄の融点（１５３６℃）及び沸点（２７４０℃）に比べて極めて低い。また、沸点が低いことから蒸気圧が鉄に比べて高く、更に、酸素との親和力も鉄に比べて高い。従って、含亜鉛鉄スクラップ５の亜鉛鍍金層中の亜鉛は、加熱されて溶融すると同時に大気中の酸素ガスによって酸化され、金属蒸気或いは酸化物蒸気となって含亜鉛鉄スクラップ５から分離し、大気に放散される。大気に放散された亜鉛の金属蒸気及び酸化物蒸気は冷却されて凝集し、製鉄所の地上などに落下する。亜鉛の酸化物は顔料に使用され、亜鉛自体も生体必須元素であり、地上などに落下した亜鉛は回収できないという問題はあるものの、生体には何ら悪影響を与えない。一方、含亜鉛鉄スクラップ中の鉄は加熱されて表面の一部は酸化するが、鉄は蒸気圧が低く、鉄の気化反応は実質的に発生しない。尚、亜鉛は酸素との親和力が大きいことから、亜鉛の金属蒸気は酸化されて亜鉛酸化物蒸気となり、冷却されて凝集し、地上などに落下する。
【００２３】
亜鉛は沸点が９０６℃であり、つまり９０６℃における亜鉛の蒸気圧は１気圧になり、９０６℃以上に加熱されれば、安定相は気体であることから直ちに気化除去されるが、それ以下の温度であっても、融点以上であるならば亜鉛の蒸気圧はそれなりに高く、気化が起こり含亜鉛鉄スクラップ５から除去される。但し、高炉から出銑される溶銑を溶銑鍋１で受銑する際には、発生するガスは発塵防止のために集塵設備で回収される。つまり、受銑する際に含亜鉛鉄スクラップ５に亜鉛が残留していて亜鉛の金属蒸気或いは酸化物蒸気が発生すると、これらの蒸気はダストとして回収されてしまい、回収したダストを製鉄原料として使用するには亜鉛除去処理が必要になってしまう。即ち、本発明においては、含亜鉛鉄スクラップ５を溶銑鍋１に装入した時点から次の受銑時点までの期間に含亜鉛鉄スクラップ５から亜鉛のほぼ全量を除去する必要がある。溶銑鍋１へのスクラップ装入時点から受銑時点までのサイクルタイムは、最短の場合には１時間程度であり、この時間内に含亜鉛鉄スクラップ５から亜鉛のほぼ全量を除去する必要があることになる。
【００２４】
この観点から、検討した結果、溶銑鍋１の内張り耐火物３の表面温度が８００℃以上の時点で含亜鉛鉄スクラップ５を装入することが好ましいことが分かった。内張り耐火物３の表面温度が８００℃以上であれば、装入された含亜鉛鉄スクラップ５は直ちに内張り耐火物３の保有熱によって加熱され、亜鉛のほぼ全量が次の受銑までに気化除去されることが確認された。内張り耐火物３の表面温度の上限は特に規定する必要はないが、溶銑鍋１の場合には、最高でも１３５０℃程度、溶鋼を保持する取鍋でも１５００℃程度である。
【００２５】
また、溶銑を溶銑鍋１から他の保持容器に払い出しする時点の溶銑温度は１３００℃程度であり、溶銑払い出し直後の内張り耐火物３の表面温度も１３００℃程度となる。しかし、溶銑の払い出し後は内張り耐火物３の温度は急激に低下するので、溶銑を払い出した後は、速やかに含亜鉛鉄スクラップ５を装入することが望ましく、遅くとも、払い出し後６０分以内に装入することが好ましいことが分かった。
【００２６】
また更に、余りに多くの含亜鉛鉄スクラップ５を装入すると、加熱が不足して亜鉛の除去が不十分になることから、含亜鉛鉄スクラップ５の装入量は、受銑した溶銑に対して溶銑トン当たり２０ｋｇ以下であることが好ましいことも分かった。この場合、他の鉄スクラップを含めた合計の装入量を溶銑トン当たり２０ｋｇ以下とするという意味であり、含亜鉛鉄スクラップ５を溶銑トン当たり２０ｋｇ装入する場合には、他の鉄スクラップは使用しないという意味である。ここで、溶銑トン当たりとは、含亜鉛鉄スクラップ５を装入する直前に、溶銑鍋１で受銑した溶銑量に対してであり、含亜鉛鉄スクラップ５を装入後に受銑する溶銑量に対してではない。
【００２７】
このようにして含亜鉛鉄スクラップ５から亜鉛を気化除去した後、含亜鉛鉄スクラップ５を積載した溶銑鍋１を高炉炉下に搬送して高炉から出銑される溶銑を受銑する。受銑時、発生する粉塵は集塵設備で回収されるが、含亜鉛鉄スクラップ５にはすでに亜鉛が含まれていないか含まれていても微量であるので、回収されるダストの亜鉛含有量は極めて少なく、亜鉛除去処理を施すことなく、高炉の製鉄原料として利用することができる。また、亜鉛が除去された後の含亜鉛鉄スクラップ５は内張り耐火物３の保有熱により予熱されているので、溶銑中の炭素と反応して融点を低下させつつ、溶銑の熱により迅速に融解する。含亜鉛鉄スクラップ５は、薄鋼板形状が主であるので、容易に融解する。特に、製鉄所の亜鉛鍍金鋼板製造工場で発生する亜鉛鍍金鋼板屑を使用した場合には、亜鉛以外の元素の混入はなく、高品質の溶銑を確保することができる。
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、亜鉛鍍金鋼板屑などの含亜鉛鉄スクラップ５を高温の溶銑鍋１の内張り耐火物３の近傍に装入し、含亜鉛鉄スクラップ５を溶銑鍋１の保有熱により加熱して、含亜鉛鉄スクラップ中の亜鉛を気化除去するので、受銑時に発生するダストには亜鉛が濃化せず、従って、加熱処理などによって含亜鉛鉄スクラップ５の亜鉛を予め除去しなくても、回収したダストはそのままの状態で製鉄原料として利用することができる。
【００２９】
上記説明は、溶銑鍋１にて本発明を適用した例であるが、トーピードカーであっても上記に沿って本発明を適用することができる。但し、トーピードカーの場合には、その形状を活用するためにトーピードカーの底部耐火物の長手方向に含亜鉛鉄スクラップ５を敷きつめるなどの工夫が必要である。また、内張り耐火物３の近傍に含亜鉛鉄スクラップ５を装入する方法として２つの方法を説明したが、上記２つの方法に限るものではなく、内張り耐火物３の近傍に装入することができる限り、どのような方法を用いても構わない。
【実施例１】
【００３０】
２００トン容量の溶銑鍋を用いて行った本発明の実施例を説明する。
【００３１】
溶銑鍋内に収容した溶銑を、転炉へ装入するための装入鍋に払い出した後の空の溶銑鍋の底部耐火物及び側壁耐火物の近傍に、約２トンの亜鉛鍍金鋼板屑を、前述した図１に示す方法を用いて装入した。亜鉛鍍金鋼板屑の装入時期は、溶銑を装入鍋に払い出して約１５分経過した時点であり、その時の溶銑鍋内張り耐火物の表面温度は約９００℃であった。その後、溶銑鍋を搬送用台車に搭載した状態のままで次回の受銑まで待機させた。
【００３２】
溶銑鍋に亜鉛鍍金鋼板屑を装入してから約１時間経過した時点で、溶銑鍋を高炉炉下に搬送して、高炉から出銑される溶銑を受銑した。受銑の直前に溶銑鍋内から亜鉛鍍金鋼板屑の片を採取し、亜鉛鍍金相の有無を調査するための試験片とした。また、受銑時に集塵設備で回収されるダストを分析し、ダストの亜鉛濃度を調査した。尚、亜鉛鍍金鋼板屑中の亜鉛濃度の測定は、塩酸と硝酸液とで溶解後、発光分光分析法（ＩＣＰ法）により測定した。また、ダスト中の亜鉛濃度の測定は、塩酸で溶解後にフッ酸処理、過塩素処理を行った後にろ過し、原子吸光法により測定した。
【００３３】
その結果、採取した亜鉛鍍金鋼板屑の試験片には亜鉛鍍金層は観察されず、亜鉛鍍金層は消失していることが確認された。また、集塵設備で回収されたダストの亜鉛濃度は鉄スクラップを使用しない場合のときと同等であり、回収されたダストに亜鉛の濃縮が発生しないことも確認された。更に、溶銑鍋に装入した亜鉛鍍金鋼板屑は受銑時に融解し、その後に行われた脱燐処理、脱硫処理、及び転炉における脱炭精錬に何ら支障となることはなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】溶銑鍋の底部耐火物及び側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップを装入する方法の例を示す図である。
【図２】溶銑鍋の底部耐火物及び側壁耐火物の近傍に含亜鉛鉄スクラップを装入する方法の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  溶銑鍋
２  鉄皮
３  内張り耐火物
４  搬送用台車
５  含亜鉛鉄スクラップ
６  中子
７  鉄枠
８  シュート
９  投入シュート
【図１】
2009001870.tif 000003
【図２】
2009001870.tif 000004