转底炉及其使用方法、以及还原铁含有物和含锌物的制造方法

摘要

本发明提供转底炉及其使用方法、以及还原铁含有物和含锌物的制造方法。转底炉具备：具有燃烧器的环状的炉膛(11)、在炉膛(11)的内部旋转的旋转炉床(12)、以及与炉膛(11)的顶壁(11a)连接的排气管(30)。将由旋转炉床(12)和炉膛(11)构成的炉内空间(10)的宽度和高度分别设为W和H时，H/W为0.4以上。

说明书

技术领域

本申请涉及转底炉及其使用方法、以及还原铁含有物和含锌物的制造方法。

背景技术

为了回收利用制铁废弃物中所含的铁氧化物，已知有将制铁废弃物与还原剂和粘结剂捏合造粒得到的粒料装入转底炉，通过进行加热还原，从而制造还原铁的工艺。另外，已知还有处理含锌的制铁废弃物时，将锌以氧化物的形式回收的工艺。这是一种将经还原而气化的锌通过炉内或排气管路内的氧气进行氧化而形成固体的氧化锌，再通过排气体系后段的集尘装置进行回收的工艺。

这种工艺中，有时排气中所含的固体成分会固着于排气管路内。为此，专利文献1(日本特开2009-281617号公报)中提出将排气管路内的排气流速控制在规定的范围，以抑制转底炉内产生的微细的氧化锌附着于排气管内。

发明内容

另一方面，由于转底炉中处理的原料来自于废弃物，因此其组成容易变动。一旦组成变动，团块的强度也会发生变化。例如，挥发成分增加时，团块的强度呈下降趋势。强度降低时，容易在转底炉内加热的过程中发生粉化，从而原料中所含的铁成分发生飞散。飞散量增多时，存在还原铁的收率下降、氧化锌的纯度下降、生产率下降的担忧。

为此，本申请的一个方面中，提供一种可提高制品的生产率的转底炉及其使用方法。本申请的一个方面中，提供一种可提高还原铁的收率的还原铁含有物的制造方法。本申请的一个方面中，提供一种可降低含锌物中所含的杂质的含锌物的制造方法。

本申请的一个方面涉及的转底炉具备：具有燃烧器的环状的炉膛、在炉膛的内部旋转的旋转炉床、以及与炉膛的顶壁连接的排气管；其中，将由旋转炉床和炉膛构成的炉内空间的宽度和高度分别设为W和H时，H/W为0.4以上。

上述转底炉由于H/W在规定范围内，因此可降低伴随着排气从炉内空间流入排气管的铁成分。由此，伴随着排气从排气管导出的铁成分降低，可提高还原铁含有物等制品的生产率。另外，在对排气中所含的含锌物进行回收的情况下，可抑制含锌物中混入铁成分，从而可制造杂质降低的含锌物。

上述转底炉在一些实施方式中，将排气管的上升部的长度设为L、并且将该上升部的内径设为D时，L/D优选为6.5以上。由此，对包含炼铁粉尘和炭料的团块进行加热处理的情况下，可进一步降低从排气管导出的铁成分。另外，在对排气中所含的含锌物进行回收的情况下，可进一步抑制含锌物中混入铁成分，从而可进一步降低含锌物的杂质。因此，可进一步提高制品的生产率。

上述转底炉在一些实施方式中，排气管的上升部中的排气的流速优选为4.5m/秒以上。由此，在对排气中所含的含锌物进行回收的情况下，可提高含锌物的回收率，从而可进一步提高制品的生产率。

上述转底炉在一些实施方式中，优选具备：导入部，其将包含电炉粉尘和炭料的团块导入至炉膛的内部；导出部，其从旋转炉床上导出还原铁含有物；以及回收部，其在排气管的下游侧回收排气中所含的含锌物。电炉粉尘含有大量源于镀覆的氧化锌。因此，包含电炉粉尘的团块在加热时容易发生粉化。根据上述转底炉，即使团块发生粉化也可抑制铁成分的飞散，可高收率地生产还原铁，同时可生产杂质降低的含锌物。

本申请的一个方面涉及的还原铁含有物的制造方法采用上述任意一项所述的转底炉，所述还原铁含有物的制造方法具有如下工序：对包含铁氧化物和炭料的团块进行加热，使铁氧化物还原，从而得到含有还原铁的还原铁含有物。该制造方法中，由于采用了上述任意一项所述的转底炉，因此从炉内空间导出至排气管的铁成分降低，可提高还原铁的收率。

上述还原铁含有物的制造方法在一些实施方式中，团块中所含的铁成分的飞散率优选为5％以下。由此，可进一步提高还原铁的收率。

本申请的一个方面涉及的含锌物的制造方法采用上述任意一项所述的转底炉，所述含锌物的制造方法具有如下工序：将对包含铁氧化物、氧化锌和炭料的团块进行加热而得到的排气中所含的含锌物回收。该制造方法中，由于采用了上述任意一项所述的转底炉，因此可抑制含锌物中混入铁成分，可降低含锌物的杂质。

上述含锌物的制造方法在一些实施方式中，锌回收率优选为70％以上。由此，可提高含锌物的生产率。另外，含锌物中的铁的含量优选为8质量％以下。由此，可进一步降低含锌物的杂质。

本申请的一个方面涉及的转底炉的使用方法使用具备如下部件的转底炉：具有燃烧器的环状的炉膛、在炉膛的内部旋转的旋转炉床、以及与炉膛的顶壁连接的排气管。该使用方法具有如下工序：导入工序，将包含铁氧化物和炭料的团块导入至旋转炉床上；加热工序，一边使旋转炉床旋转，一边在由旋转炉床和炉膛构成的炉内空间内加热团块，使铁氧化物还原；排出工序，通过排气管将加热工序中产生的排气从炉内空间排出；以及导出工序，从旋转炉床上导出还原铁含有物。并且，将转底炉的炉内空间的宽度和高度分别设为W和H时，H/W为0.4以上。

上述使用方法中，由于H/W在规定范围内，因此可抑制铁成分伴随排出工序中流入排气管的排气。由此，伴随着排气从排气管导出的铁成分降低，可提高还原铁含有物的生产率。另外，在对排气中所含的含锌物进行回收的情况下，可抑制含锌物中混入铁成分，可制造杂质降低的含锌物。

上述转底炉的使用方法中，具有从流通排气管的排气中回收含锌物的回收工序，在排出工序中，优选将排气管的向上方延伸的部分中的排气的流速维持在4.5m/秒以上。由此，可提高回收工序中的含锌物的回收率，可进一步提高制品的生产率。

本申请的一个方面中，可提供一种可提高制品的生产率的转底炉及其使用方法。本申请的一个方面中，提供一种可提高还原铁的收率的还原铁含有物的制造方法。本申请的一个方面中，提供一种可降低含锌物中所含的杂质的含锌物的制造方法。

附图说明

图1是示意性示出转底炉的一个实施方式的图。

图2是转底炉的炉膛与排气管的连接部附近的截面图。

图3是示出炉内空间的高度H相对于宽度W的比与含锌物中铁的含量的关系例子的图表。

图4是示出排气的流速与锌回收率的关系例子的图表。

图5是示出V

具体实施方式

以下根据情况参照附图对本申请的实施方式进行说明。其中，以下实施方式是用于说明本申请的示例，本申请并不限于以下内容。各附图中，相同特征或具有相同功能的特征采用相同符号，根据情况对重复的说明进行省略。

图1是示意性示出转底炉的一个实施方式的图。转底炉100具备：由顶壁11a和侧壁11b构成的炉膛11；在炉膛11的内部沿炉膛11的圆周方向旋转的旋转炉床12；与炉膛11的顶壁11a连接的排气管30；与排气管30的下游侧连接的气体冷却部35；以及，与气体冷却部35的下游侧连接的回收部40。对于图1的炉膛11，为了显示其内部结构，以一部分欠缺的方式示出。

环状的炉膛11在外侧面和内侧面均具有多个燃烧器14，以加热炉膛11的内部。需要说明的是，燃烧器14也可以仅在外侧面和内侧面的其中一者上设置。旋转炉床12在炉膛11的内部沿炉膛11的圆周方向旋转。

转底炉100具备：输送部24，其输送团块22；导入部21，其将输送部24输送的团块22导入至旋转炉床12上；以及导出部60，其从旋转炉床12导出还原铁含有物。导入部21由例如具有缝隙的振动筛构成。团块22穿过振动筛的缝隙被导入至旋转炉床12上。团块22可以包含例如炼钢粉尘、炭料和粘结剂。团块22包含电炉粉尘的情况下，在转底炉100中，作为制品，可以制造含有还原铁作为主要成分的还原铁含有物和含有氧化锌作为主要成分的含锌物。其中，制品并不限定，也可以制造上述以外的制品，也可以仅制造还原铁含有物，或仅制造含锌物。

转底炉100可以在输送部24的上流侧具有用于形成团块22的成形部。成形部中，将例如包含铁氧化物的粉尘、炭料和粘结剂进行捏合，将得到的捏合物用双辊成形机进行成形，从而制成团块22(成形体)。

作为包含铁氧化物的粉尘，可以是炼铁粉尘，也可以包含电炉粉尘、高炉粉尘、转炉粉尘和烧结粉尘中的至少一种。粉尘可以包含铁氧化物、氧化锌及其它成分。粉尘的总铁量(T.Fe)可以是例如10～60质量％，ZnO的含量可以是2～40质量％。炭料可以是例如粉煤。

导入至旋转炉床12上的团块22随着旋转炉床12的旋转，在炉膛11的内部一边移动一边被加热。团块22含有铁氧化物和氧化锌的情况下，随着加热，发生以下反应式所示的氧化还原反应。需要说明的是，n可以是任意的数值，例如可以是1、2或3。m可以是任意的数值，例如可以是1、3或4。

Fe

Fe

ZnO+C→Zn+CO

ZnO+CO→Zn+CO

C+O

C+CO

团块中所含的铁氧化物被还原变成还原铁。从导出部60导出含有还原铁的还原铁含有物。还原铁含有物经冷却部62冷却之后，可用作例如电炉等的原料。从排气管30排出的排气可能带有锌、铁以及它们的氧化物。从排气管30排出的排气在气体冷却部35中被冷却。

在回收部40中，排气中所含的氧化锌等固体成分被捕捉并回收。回收部40可以具有例如袋式过滤器。回收的固体成分是含有氧化锌作为主要成分的含锌物。该含锌物可以包含氧化锌等锌化合物，也可以包含铁氧化物等铁成分。经回收部40去除固体成分而得到的气体用鼓风机45抽吸，经烟囱50排放至例如大气中。

以导入部21作为参照，排气管30可以连接于相对于导出部60而言的旋转炉床12的旋转方向的上流侧，也可以连接于相比导出部60更靠近导入部21的位置。炉膛11内的气体可以向与旋转炉床12的旋转方向相反的方向流通。在这种情况下，与旋转炉床12一起在炉膛11内旋转的团块22与炉膛11内的气体在炉内空间10中逆流接触。通过逆流接触，可高效率地进行团块22的加热和反应。

图2是将图1的转底炉100用与竖直方向平行并穿过排气管30与炉膛11的连接部的竖直面切断时的截面图。炉膛11的内部存在由炉膛11和旋转炉床12构成的炉内空间10。旋转炉床12上配置有从导入部21导入的团块22。旋转炉床12被设于其下表面侧的滚轮16支承而可沿炉膛11的圆周方向旋转。团块22一边与旋转炉床12一起旋转，一边在炉内空间10中被加热。炉内空间10被加热至例如1000～1300℃。在炉内空间10的上部发生例如以下的氧化反应。

2Zn+O

2Co+O

团块22的至少一部分经上述氧化还原反应而发生粉化。尤其是在团块22含有氧化锌的情况下，随着锌的气化而粉化加剧。

炉内空间10的高度H与炉内空间10的宽度W的比(H/W)为0.4以上。宽度W是炉膛11内侧的侧壁之间的距离。高度H是旋转炉床12的上表面与炉膛11的顶面11c之间的距离。通过H/W为上述值，可抑制加热团块22而发生粉化时的粉状物流入排气管30。从进一步抑制粉状物流入的角度考虑，H/W优选为0.5以上，也可以是0.6以上。从谋求炉内空间10的有效利用的角度考虑，H/W的上限优选为2以下，也可以是1.5以下。

排气管30的一端与炉膛11的顶壁11a连接。排气管30具有从与炉膛11的连接部向上方延伸的上升部31和从上升部31的最高到达点水平延伸的水平部32。将排气管30中从排气管30的下端向上方延伸的部分、即上升部31的长度设为L，并将排气管30的上升部31的内径设为D。

长度L是从炉膛11的顶面11c的高度至上升部31的最高到达点为止的沿着排气管30中心线CL的长度。该长度L变长时，从炉内空间10流入排气管30内的粉状物在上升部31中由于与管内壁的摩擦和重力等的影响而减速，容易下落而回归至炉内空间10中。内径D变小时，排气管30内的管摩擦变大，从炉内空间10流入排气管30内的粉状物容易回归至炉内空间10中。排气管30的上升部31不为圆管的情况下，或上升部31的内径D发生变化的情况下，将计算压力损失时的等价直径作为上升部31的内径D，可计算以下的L/D。

如果增大长度L与内径D的比(L/D)，则可抑制由处于旋转炉床12上的团块22产生的粉化物排出至相对于排气管30的上升部31而言的下游侧。其结果，从转底炉100的导出部60导出的还原铁的量增加，可高收率地制造还原铁。另外，从通过排气管30排出的排气回收含锌物时，可降低混入含锌物中的铁成分等杂质。

从充分提高还原铁的收率并充分降低含锌物的杂质的角度考虑，L/D优选为6.5以上。从保证设备的设置场地的角度和提高锌回收率的角度考虑，L/D的上限优选为30以下，也可以是20以下。

典型的锌矿石的铁的含量为约8质量％(ZnS浓度为约84质量％)。因此，从提高由转底炉100的排气中回收的含锌物作为制品的附加价值的角度考虑，含锌物中的铁的含量优选为8质量％以下，也可以是3质量％以下。需要说明的是，此处所述的铁的含量是总铁量(T.Fe)，不仅包括金属铁，也包括铁氧化物等中所含的铁。

由于电炉粉尘的锌含量高，因此团块22中所含的粉尘为电炉粉尘的情况下，团块22容易在旋转炉床12上发生粉化。为此，如下估算为了将含锌物中的铁的含量控制在8质量％以下而需要将团块22中所含的铁的飞散率φ抑制到何种程度。

将团块中所含的电炉粉尘的质量设为B，将电炉粉尘的铁的含量设为x(质量％)，将电炉粉尘的氧化锌含量设为z(质量％)，将经转底炉100回收的氧化锌中的铁的含量设为y(质量％)，将团块22中所含的铁(＝电炉粉尘中所含的铁)的飞散率设为φ，假设电炉粉尘中所含的氧化锌经回收部40全部回收时，以下关系成立。其中，铁的飞散率φ指的是，电炉粉尘中所含的铁(T.Fe)中，混入含锌物中的铁(T.Fe)的比例。

y＝B·x·φ/(B·z+B·x·φ)

＝x·φ/(z+x·φ)

含锌物的铁的含量与锌矿石的铁的含量相同时，即y＝8质量％时的铁的飞散率φ使用上式如下计算。其中，x和z作为电炉粉尘中的铁的含量和氧化锌含量，分别采用40质量％和25质量％。

8质量％＝[40质量％×φ/(25质量％+40质量％×φ)]×100

φ＝2/36.8×100≈0.05＝5％

由上述关系式可知，从排气中回收含锌物的情况下，电炉粉尘(团块22)中所含的铁的飞散率φ控制在5％以下时，可回收到铁浓度等同或低于锌矿石的含锌物。团块22中所含的铁的飞散率优选为4％以下，也可以是3％以下。

排气管30的上升部31中的排气的流速优选维持在例如4.5m/秒以上，也可以维持在6m/秒以上。这样将排气的流速维持在高水平时，从排气中回收含锌物的情况下，可提高含锌物的回收率。另一方面，排气的流速过大时，含锌物中混入铁成分呈增加的趋势，并且还原铁的收率呈下降趋势。因此，排气管30的上升部31中的排气的流速可以是小于9m/秒。

接着，以使用转底炉100的情况为例，对转底炉的使用方法的一个实施方式进行如下说明。需要说明的是，上述转底炉100的说明内容也可适用于以下的使用方法。另外，以下使用方法的说明内容也可适用于上述转底炉100。

本例的使用方法具有如下工序：导入工序，将包含铁氧化物和炭料的团块22导入至旋转炉床12上；加热工序，一边使旋转炉床12旋转一边在炉内空间10中加热团块22，使铁氧化物还原；排出工序，通过排气管30使加热工序中产生的排气从炉内空间10中排出；导出工序，从旋转炉床12上导出还原铁含有物；以及回收工序，通过排气管30从排出的排气中回收含锌物。

导入工序可通过图1的导入部21进行。团块22可包含：含铁氧化物的粉尘、煤等炭料、以及粘结剂。导入工序中，将团块22连续地导入至旋转炉床12上。在导入工序之前可以具有成形工序，其将含铁氧化物和氧化锌的粉尘、炭料以及粘结剂进行捏合，将得到的捏合物用双辊成形机进行成形，从而得到团块22。

加热工序中，用来自燃烧器14的辐射热加热团块22。由此，发生上述反应式所示的氧化还原反应。随着这些反应的进行，团块22中产生空隙，至少一部分发生粉化。粉化物的一部分可在排出工序中伴随着排气从炉内空间10流入排气管30中。其中，由于本例中使用的转底炉100的炉内空间10的H/W为0.4以上，因此可充分降低从炉内空间10流入排气管30中的铁成分。因此，可降低还原铁的浪费，可提高还原铁的收率。另外，可抑制铁成分混入在回收工序中回收的含锌物，可制造杂质降低的含锌物。

排出工序中，通过与炉膛11的顶壁11a连接的排气管30，将加热工序中产生的排气排出至排气管30的下游侧。排气管30的上升部31中的排气的流速优选维持在上述范围。此时，L/D优选为6.5以上。由此，可提高回收工序中回收的含锌物的回收率，可降低含锌物中混入铁成分。

导出工序中，从旋转炉床12上导出还原铁含有物。还原铁含有物中的铁的金属化率优选为例如70％以上。导出的还原铁含有物经冷却部62冷却后，可作为电炉等的原料使用。

回收工序中，使用例如具有袋式过滤器的回收部40对含锌物进行回收。通过增大排出工序中上升部31中的排气的流速，可提高含锌物的回收率。锌回收率优选为70％以上，也可以是80％以上。锌回收率是指，回收工序中回收的含锌物中所含的锌的量(换算为金属锌)相对于团块22中所含的锌的量(换算为金属锌)的比率。

根据上述使用方法，可抑制铁成分飞散至炉内空间10的外部，可使铁成分充分进入到由导出工序得到的还原铁含有物中进行回收。因此，可高产量地制造还原铁含有物。另外，可使团块中所含的锌成分充分进入到由回收工序回收的含锌物中进行回收。此外，可降低混入含锌物中的铁成分，可充分提高含锌物中的锌纯度。需要说明的是，本使用方法中，作为制品制造出的是还原铁含有物和含锌物这两种，在其它例子中，也可以在回收工序中不回收含锌物，作为制品仅制造还原铁含有物。在这种情况下，用于制备团块的粉尘可以不含氧化锌。进而在其它例子中，作为制品可以仅制造含锌物。

还原铁含有物的制造方法的一个实施方式具有如下工序：使用转底炉100对包含铁氧化物和炭料的团块22进行加热，使铁氧化物还原，从而得到含有还原铁的还原铁含有物。该制造方法中，由于使用了转底炉100，因此可抑制铁成分从炉内空间10中飞散出来。因此，可高产量地制造还原铁含有物。团块22中所含的铁的飞散率优选为例如5％以下，也可以是4％以下。还原铁含有物还可以含有铁氧化物。还原铁含有物中的铁的金属化率优选为例如70％以上。上述转底炉100及其使用方法的说明内容可适用于本实施方式的还原铁含有物的制造方法。

含锌物的制造方法的一个实施方式具有如下工序：使用转底炉100，对包含铁氧化物、氧化锌和炭料的团块22进行加热，对于由此得到的排气中所含的含锌物，通过排气管30的下游侧的回收部40进行回收。该制造方法中，由于使用了转底炉100，因此可抑制铁成分从炉内空间10中飞散出来。因此，可制造出抑制了铁成分混入的含锌物。

在炉内空间10中飞散时已被还原的金属锌，会被排气中的氧再次氧化，通过设置于回收部40和排气管30之间的气体冷却部35被冷却。含锌物中的铁和铁化合物的含量换算成铁，优选为8质量％以下，更优选为3质量％以下，更优选为1质量％以下。上述转底炉100及其使用方法的说明内容可适用于本实施方式的含锌物的制造方法。

以上说明了本申请的一些实施方式，本申请不限于上述实施方式。例如，虽然在上述转底炉100中，排气管30的上升部31与水平部32相连，但并不限于此。例如，在变形例中，上升部31可以与从最高到达点开始下降的下降部相连，呈倒U字形，而不是与水平部32相连。需要说明的是，在相对于水平部32(或下降部)而言的下游侧即使存在沿着排气的流向上升的第二个甚至更多的上升部，该部分的长度也不包含在上述L中。这是由于，在第二个甚至更多的上升部中铁成分等即使回落，也不能保证回归到炉内空间10中。

另外，团块中所含的锌成分少的情况下，在转底炉及其使用方法中，也可以不回收含锌物。在这种情况下，可以采用转底炉仅制造还原铁含有物作为制品。另外，燃烧器14也可以不在炉膛11的内侧和外侧这两侧均设置，而是仅设置在其中任意一侧。

[实施例]参照以下实施例和比较例对本申请的内容进行更详细的说明，但本申请不受以下实施例的任何限制。

(实施例1、比较例1)

如表1所示，准备宽度W和高度H不同的多种转底炉。任一转底炉均具有如图1和图2所示的结构。用电炉粉尘、粉煤和粘结剂制作团块。将该团块导入转底炉，进行还原铁含有物和含锌物的制造。使用各转底炉的情况下，对设于排气管30下游侧的袋式过滤器(回收部40)中回收的含锌物中所含的铁的含量进行分析。需要说明的是，铁的含量是总铁量(T.Fe)，不仅包括金属铁，也包括铁氧化物等中所含的铁。该含量通过化学分析得到。结果如表1和图3所示。

[表1]

如表1和图3所示，确认了通过使H/W为规定值以上，用袋式过滤器回收的含锌物中的铁的含量充分降低。

(实施例2)如表2所示，准备具有圆筒形状的排气管30的内部截面积不同的多种转底炉。任一转底炉均具有如图1和图2所示的结构。用电炉粉尘、粉煤和粘结剂制作团块。将该团块导入转底炉，进行还原铁含有物和含锌物的制造。求出使用各转底炉时的锌回收率。作为团块，使用用电炉粉尘、粉煤和粘结剂制作的物料。锌回收率是指，用袋式过滤器(回收部40)回收的含锌物中所含的锌的量(换算为金属锌)相对于团块中所含的锌的量(换算为金属锌)的比率。结果如表2和图4所示。

[表2]

如表2和图4所示，确认了通过加大排气的流速，可增大锌回收率。由图4可知，将排气的流速维持在4.5m/秒以上时，可使锌回收率达到80％以上。

(实施例3)如表3所示，准备排气管30的内径D和排气管30的上升部31的长度L不同的多种转底炉。任一转底炉均具有如图1和图2所示的结构。用电炉粉尘、粉煤和粘结剂制作团块。将该团块导入转底炉，进行还原铁含有物和含锌物的制造。求出使用各转底炉时的铁的飞散率φ。铁的飞散率φ是指，用袋式过滤器(回收部40)回收的含锌物中所含的总铁量(T.Fe)相对于团块中所含的总铁量(T.Fe)的比率。结果如表3和图5所示。表3中示出了排气管30中的排气的流速V、以及构成管摩擦系数的因子V

[表3]

如表3和图5所示，确认了构成管摩擦系数的因子V

由实施例2的表2和图4的结果可知，为了提高锌回收率，排气的流速V需要维持在4.5m/秒以上。为了充分降低回收的含锌物中混入的铁成分，在由表3和图5导出的V