特許 7456762 回転炉床炉及びその使用方法、並びに、還元鉄含有物及び亜鉛含有物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】回転炉床炉及びその使用方法、並びに、還元鉄含有物及び亜鉛含有物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F27B 9/16 20060101AFI20240319BHJP

   F27B 3/06 20060101ALI20240319BHJP

   C21B 13/10 20060101ALI20240319BHJP

   F27D 17/00 20060101ALI20240319BHJP

   C22B 19/38 20060101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

F27B9/16

F27B3/06

C21B13/10

F27D17/00 105K

C22B19/38

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019222715

(22)【出願日】2019-12-10

(65)【公開番号】P2021092342

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-08-19

(73)【特許権者】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】日鉄エンジニアリング株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(72)【発明者】

【氏名】中山 俊孝

(72)【発明者】

【氏名】嶋 真司

(72)【発明者】

【氏名】野田 悦郎

(72)【発明者】

【氏名】福田 良

【審査官】國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１７８２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０９０６８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｂ ９／００－ ９／４０

Ｆ２７Ｂ １／００－ ３／２８

Ｆ２７Ｄ １７／００－９９／００

Ｃ２１Ｂ １１／００－１５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナを有する環状の炉体と、前記炉体の内部を回転する回転炉床と、前記炉体の天井壁に接続された排ガス管と、を備える回転炉床炉であって、
前記回転炉床と前記炉体で構成される炉内空間の幅及び高さをそれぞれＷ及びＨとしたときに、Ｈ／Ｗが０．４以上であり、
前記排ガス管の上昇部の長さをＬ、及び、当該上昇部の内径をＤとしたときに、Ｌ／Ｄが６．５以上である、回転炉床炉。

【請求項2】

前記排ガス管の上昇部における排ガスの流速が４．５ｍ／秒以上である、請求項１に記載の回転炉床炉。

【請求項3】

電気炉ダスト及び炭材を含むブリケットを前記回転炉床の上に導入する導入部と、
前記回転炉床の上から還元鉄含有物を導出する導出部と、
前記排ガス管の下流側に排ガスに含まれる亜鉛含有物を回収する回収部と、を備える、請求項１又は２に記載の回転炉床炉。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の回転炉床炉を用いる還元鉄含有物の製造方法であって、
酸化鉄及び炭材を含むブリケットを加熱し、前記酸化鉄を還元することによって還元鉄を含む還元鉄含有物を得る工程を有する、還元鉄含有物の製造方法。

【請求項5】

前記ブリケットに含まれる鉄の飛散率が５％以下である、請求項４に記載の還元鉄含有物の製造方法。

【請求項6】

請求項１～３のいずれか一項に記載の回転炉床炉を用いる亜鉛含有物の製造方法であって、
酸化鉄、酸化亜鉛及び炭材を含むブリケットを加熱して得られる排ガスに含まれる亜鉛含有物を回収する工程を有する、亜鉛含有物の製造方法。

【請求項7】

亜鉛回収率が７０％以上である、請求項６に記載の亜鉛含有物の製造方法。

【請求項8】

前記亜鉛含有物における鉄の含有量が８質量％以下である、請求項６又は７に記載の亜鉛含有物の製造方法。

【請求項9】

バーナを有する環状の炉体と、前記炉体の内部を回転する回転炉床と、前記炉体の天井壁に接続された排ガス管と、を備える回転炉床炉の使用方法であって、
前記回転炉床の上に酸化鉄及び炭材を含むブリケットを導入する導入工程と、
前記回転炉床を回転させながら前記ブリケットを回転炉床と炉体で構成される炉内空間で加熱して前記酸化鉄を還元する加熱工程と、
前記加熱工程で生じた排ガスを前記炉内空間から前記排ガス管を介して排出する排出工程と、
還元鉄含有物を前記回転炉床の上から導出する導出工程と、を有し、
前記炉内空間の幅及び高さをそれぞれＷ及びＨとしたときに、Ｈ／Ｗが０．４以上であり、前記排ガス管の上昇部の長さをＬ、及び、当該上昇部の内径をＤとしたときに、Ｌ／Ｄが６．５以上である、回転炉床炉の使用方法。

【請求項10】

前記排ガス管を流通した前記排ガスから亜鉛含有物を回収する回収工程を有する、請求項９に記載の回転炉床炉の使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転炉床炉及びその使用方法、並びに、還元鉄含有物及び亜鉛含有物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄廃棄物に含まれる酸化鉄を再利用するため、製鉄廃棄物を還元剤及びバインダと混練し造粒したペレットを回転炉床炉に装入し、加熱還元することにより還元鉄を製造するプロセスが知られている。また、亜鉛を含む製鉄廃棄物を処理する場合には、亜鉛を酸化物として回収するプロセスも知られている。これは還元によって気化した亜鉛を炉内又は排ガスダクト内の酸素により酸化して固体の酸化亜鉛とし、排ガス系の後段の集塵装置によって回収するプロセスである。

【0003】

このようなプロセスでは排ガス中に含まれる固形分が排ガスダクト内に固着する場合がある。そこで、特許文献１では、回転炉床炉内で発生する微細な酸化亜鉛が排ガスダクト内で付着することを抑制するため、排ガスダクト内の排ガス流速を所定の範囲とすることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－２８１６１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、回転炉床炉で処理される原料は、廃棄物に由来することから、組成が変動しやすい。組成が変動すると、ブリケットの強度も変化する。例えば、揮発分が増加するとブリケットの強度は低下する傾向にある。強度が低くなると、回転炉床炉内で加熱している最中に粉化して原料に含まれる鉄分が飛散し易くなる。飛散量が多くなると、還元鉄の収率が低下したり、酸化亜鉛の純度が低下したりして、生産性が低下することが懸念される。

【0006】

そこで、本開示は、一つの側面において、製造品の生産性を向上することが可能な回転炉床炉及びその使用方法を提供する。本開示は、一つの側面において、還元鉄の収率を向上することが可能な還元鉄含有物の製造方法を提供する。本開示は、一つの側面において、亜鉛含有物に含まれる不純物を低減することが可能な亜鉛含有物の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一側面に係る回転炉床炉は、バーナを有する環状の炉体と、炉体の内部を回転する回転炉床と、炉体の天井壁に接続された排ガス管と、を備える回転炉床炉であって、回転炉床と炉体で構成される炉内空間の幅及び高さをそれぞれＷ及びＨとしたときに、Ｈ／Ｗが０．４以上である。

【0008】

上述の回転炉床炉は、Ｈ／Ｗが所定範囲にあるため、排ガスに同伴して炉内空間から排ガス管に流入する鉄分を低減することができる。これによって、排ガスに同伴して排ガス管から導出される鉄分が低減され、還元鉄含有物等の製造品の生産性を向上することができる。また、排ガス中に含まれる亜鉛含有物を回収する場合に、亜鉛含有物への鉄分の混入を抑制し、不純物が低減された亜鉛含有物を製造することができる。

【0009】

上述の回転炉床炉は、幾つかの実施形態において、排ガス管の上昇部の長さをＬ、及び、当該上昇部の内径をＤとしたときに、Ｌ／Ｄが６．５以上であってよい。これによって、製鉄ダストと炭材を含むブリケットを加熱処理する場合に、排ガス管から導出される鉄分を一層低減することができる。また、排ガス中に含まれる亜鉛含有物を回収する場合に、亜鉛含有物への鉄分の混入を一層抑制し、亜鉛含有物の不純物を一層低減することができる。したがって、製造品の生産性を一層向上することできる。

【0010】

上述の回転炉床炉は、幾つかの実施形態において、排ガス管の上昇部における排ガスの流速が４．５ｍ／秒以上であってよい。これによって、排ガス中に含まれる亜鉛含有物を回収する場合に、亜鉛含有物の回収率を高くして、製造品の生産性を一層向上することができる。

【0011】

上述の回転炉床炉は、幾つかの実施形態において、電気炉ダスト及び炭材を含むブリケットを炉体の内部に導入する導入部と、回転炉床の上から還元鉄含有物を導出する導出部と、排ガス管の下流側に排ガスに含まれる亜鉛含有物を回収する回収部と、を備えてよい。電気炉ダストは、めっきに由来する酸化亜鉛を多く含有する。このため、電気炉ダストを含むブリケットは加熱すると粉化しやすい。上記回転炉床炉であれば、ブリケットが粉化しても鉄分の飛散が抑制され、還元鉄を高収率で生産しつつ、不純物が低減された亜鉛含有物を生産することができる。

【0012】

本開示の一側面に係る還元鉄含有物の製造方法は、上述のいずれかに記載の回転炉床炉を用いる還元鉄含有物の製造方法であって、酸化鉄及び炭材を含むブリケットを加熱し、酸化鉄を還元することによって還元鉄を含む還元鉄含有物を得る工程を有する。この製造方法では、上述のいずれかに記載の回転炉床炉を用いていることから、炉内空間から排ガス管に導出される鉄分が低減され、還元鉄の収率を向上することができる。

【0013】

上述の還元鉄含有物の製造方法は、幾つかの実施形態において、ブリケットに含まれる鉄分の飛散率が５％以下であってよい。これによって、還元鉄の収率を一層向上することができる。

【0014】

本開示の一側面に係る亜鉛含有物の製造方法は、上述のいずれかに記載の回転炉床炉を用いる亜鉛含有物の製造方法であって、酸化鉄、酸化亜鉛及び炭材を含むブリケットを加熱して得られる排ガスに含まれる亜鉛含有物を回収する工程を有する。この製造方法では、上述のいずれかに記載の回転炉床炉を用いていることから、亜鉛含有物への鉄分の混入を抑制し、亜鉛含有物の不純物を低減することができる。

【0015】

上述の亜鉛含有物の製造方法では、幾つかの実施形態において、亜鉛回収率が７０％以上であってよい。これによって、亜鉛含有物の生産性を向上することができる。また、亜鉛含有物における鉄の含有量が８質量％以下であってよい。これによって、亜鉛含有物の不純物を一層低減することができる。

【0016】

本開示の一側面に係る回転炉床炉の使用方法は、バーナを有する環状の炉体と、炉体の内部を回転する回転炉床と、炉体の天井壁に接続された排ガス管と、を備える回転炉床炉を使用する。この使用方法は、回転炉床の上に酸化鉄及び炭材を含むブリケットを導入する導入工程と、回転炉床を回転させながら回転炉床と炉体で構成される炉内空間でブリケットを加熱して酸化鉄を還元する加熱工程と、加熱工程で生じた排ガスを炉内空間から排ガス管を介して排出する排出工程と、回転炉床の上から還元鉄含有物を導出する導出工程と、を有する。そして、回転炉床炉の炉内空間の幅及び高さをそれぞれＷ及びＨとしたときに、Ｈ／Ｗが０．４以上である。

【0017】

上記使用方法では、Ｈ／Ｗが所定範囲にあるため、排出工程で排ガス管に流入する排ガスに同伴される鉄分を抑制することができる。これによって、排ガスに同伴して排ガス管から導出される鉄分が低減され、還元鉄含有物の生産性を向上することができる。また、排ガス中に含まれる亜鉛含有物を回収する場合に、亜鉛含有物への鉄分の混入を抑制し、不純物が低減された亜鉛含有物を製造することができる。

【0018】

上述の回転炉床炉の使用方法では、排ガス管を流通した排ガスから亜鉛含有物を回収する回収工程を有し、排出工程において、排ガス管の上方に延びる部分における排ガスの流速を４．５ｍ／秒以上に維持してよい。これによって、回収工程による亜鉛含有物の回収率を高くして、製造品の生産性を一層向上することができる。

【発明の効果】

【0019】

本開示は、一つの側面において、製造品の生産性を向上することが可能な回転炉床炉及びその使用方法を提供することができる。本開示は、一つの側面において、還元鉄の収率を向上することが可能な還元鉄含有物の製造方法を提供する。本開示は、一つの側面において、亜鉛含有物に含まれる不純物を低減することが可能な亜鉛含有物の製造方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、回転炉床炉の一実施形態を模式的に示す図である。

【図2】図２は、回転炉床炉の炉体と排ガス管との接続部付近の断面図である。

【図3】図３は、炉内空間の幅Ｗに対する同高さＨの比と、亜鉛含有物における鉄の含有量との関係の一例を示すグラフである。

【図4】図４は、排ガスの流速と亜鉛回収率との関係の一例を示すグラフである。

【図5】図５は、Ｖ^２×（Ｌ／Ｄ）の値と鉄の飛散率との関係の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、場合により図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。各図面において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。

【0022】

図１は、回転炉床炉の一実施形態を模式的に示す図である。回転炉床炉１００は、天井壁１１ａと側壁１１ｂで構成される炉体１１と、炉体１１の内部を炉体１１の円周方向に沿って回転する回転炉床１２と、炉体１１の天井壁１１ａに接続された排ガス管３０と、排ガス管３０の下流側に接続されるガス冷却部３５と、ガス冷却部３５の下流側に接続される回収部４０と、を備える。図１の炉体１１は、その内部構造を示すために、一部が切り欠いて示されている。

【0023】

環状の炉体１１は、炉体１１の内部を加熱するために、外側面及び内側面の両方に複数のバーナ１４を有する。なお、バーナ１４は、外側面及び内側面の一方のみに設けられてもよい。回転炉床１２は、炉体１１の内部において、炉体１１の円周方向に沿って回転する。

【0024】

回転炉床炉１００は、ブリケット２２を搬送する搬送部２４と、搬送部２４によって搬送されたブリケット２２を回転炉床１２の上に導入する導入部２１と、回転炉床１２から還元鉄含有物を導出する導出部６０と備える。導入部２１は、例えば、スリットを有する振動篩機で構成される。ブリケット２２は、振動篩機のスリットを通過して回転炉床１２の上に導入される。ブリケット２２は、例えば、製鋼ダスト、炭材及びバインダを含んでいてよい。ブリケット２２が電気炉ダストを含む場合、回転炉床炉１００では、製造品として、主成分として還元鉄を含む還元鉄含有物、及び、酸化亜鉛を主成分として含有する亜鉛含有物を製造してもよい。ただし、製造品は限定されず、これら以外のものを製造してもよいし、還元鉄含有物のみ、又は亜鉛含有物のみを製造してもよい。

【0025】

回転炉床炉１００は、搬送部２４の上流側に、ブリケット２２を成形する成形部を有していてもよい。成形部では、例えば、酸化鉄を含むダスト、炭材及びバインダを混錬して得られる混錬物をダブルロール成形機で成形してブリケット２２（成形体）が作製される。

【0026】

酸化鉄を含むダストとしては、製鉄ダストであってよく、電気炉ダスト、高炉ダスト、転炉ダスト及び焼結ダストの少なくとも一つを含んでいてよい。ダストは、酸化鉄、酸化亜鉛及びその他の成分を含んでよい。ダストの全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）は、例えば１０～６０質量％であってよく、ＺｎＯの含有量は２～４０質量％であってよい。炭材は、例えば微粉炭であってよい。

【0027】

回転炉床１２の上に導入されたブリケット２２は、回転炉床１２の回転に伴って炉体１１の内部を移動しながら加熱される。ブリケット２２が酸化鉄及び酸化亜鉛を含む場合、加熱に伴って以下の反応式で表される酸化還元反応が進行する。なお、ｎは、任意の数値であってよく、例えば１，２又は３であってよい。ｍは、任意の数値であってよく、例えば１、３又は４であってよい。

【0028】

Ｆｅ_ｎＯ_ｍ＋ｍＣ → ｎＦｅ＋ｍＣＯ
Ｆｅ_ｎＯ_ｍ＋ｍＣＯ → ｎＦｅ＋ｍＣＯ_２
ＺｎＯ＋Ｃ → Ｚｎ＋ＣＯ
ＺｎＯ＋ＣＯ → Ｚｎ＋ＣＯ_２
Ｃ＋Ｏ_２ → ＣＯ_２
Ｃ＋ＣＯ_２→ ２ＣＯ

【0029】

ブリケットに含まれる酸化鉄は還元されて還元鉄となる。導出部６０からは還元鉄を含む還元鉄含有物が導出される。還元鉄含有物は、冷却部６２で冷却された後、例えば電気炉等の原料として用いられてよい。排ガス管３０から排出される排ガスには、亜鉛、鉄及びこれらの酸化物が同伴し得る。排ガス管３０から排出された排ガスは、ガス冷却部３５において冷却される。

【0030】

回収部４０では、排ガスに含まれる酸化亜鉛等の固形分が捕捉され回収される。回収部４０は例えばバグフィルタを有していてよい。回収される固体分は、酸化亜鉛を主成分として含む亜鉛含有物である。この亜鉛含有物は、酸化亜鉛等の亜鉛化合物を含んでいてよいし、酸化鉄等の鉄分を含んでいてもよい。回収部４０で固体分を除去して得られるガスは、ブロア４５で吸引され、煙突５０によって例えば大気放出される。

【0031】

排ガス管３０は、導入部２１を基準として、導出部６０よりも回転炉床１２の回転方向の上流側に接続されてよく、導出部６０よりも導入部２１寄りに接続されてよい。炉体１１内のガスは、回転炉床１２の回転方向とは逆方向に流通してよい。この場合、回転炉床１２とともに炉体１１内を回転するブリケット２２と炉体１１内のガスは、炉内空間１０で向流接触する。向流接触することによって、ブリケット２２の加熱及び反応を効率よく進行させることができる。

【0032】

図２は、図１の回転炉床炉１００を、鉛直方向に平行で、排ガス管３０と炉体１１との接続部を通る鉛直面で切断したときの断面図である。炉体１１の内部には、炉体１１と回転炉床１２とで構成される炉内空間１０がある。回転炉床１２上には導入部２１から導入されたブリケット２２が配置される。回転炉床１２は、その下面側に設けられる走行車輪１６によって、炉体１１の円周方向に沿って回転可能に支持されている。ブリケット２２は、回転炉床１２とともに回転しながら炉内空間１０において加熱される。炉内空間１０は例えば１０００～１３００℃に加熱されている。炉内空間１０の上部では、例えば以下の酸化反応が進行する。
２Ｚｎ＋Ｏ_２ → ２ＺｎＯ
２Ｃｏ＋Ｏ_２ → ２ＣＯ_２

【0033】

上述の酸化還元反応によってブリケット２２の少なくとも一部は粉化する。特に、ブリケット２２が酸化亜鉛を含む場合、亜鉛の気化に伴って粉化が促進される。

【0034】

炉内空間１０の幅Ｗに対する炉内空間１０の高さＨの比（Ｈ／Ｗ）は０．４以上である。幅Ｗは炉体１１の内側の側壁間の距離である。高さＨは、回転炉床１２の上面と炉体１１の天井面１１ｃとの距離である。Ｈ／Ｗが上述の値であることから、ブリケット２２を加熱して粉化したときの粉状物が、排ガス管３０に流入することが抑制される。粉状物の流入を一層抑制する観点から、Ｈ／Ｗは、０．５以上であってよく、０．６以上であってもよい。Ｈ／Ｗの上限は、炉内空間１０の有効利用を図る観点から、２以下であってよく、１．５以下であってもよい。

【0035】

排ガス管３０の一端は炉体１１の天井壁１１ａに接続されている。排ガス管３０は、炉体１１との接続部から上方に延びる上昇部３１と、上昇部３１の最高到達点から水平に延びる水平部３２とを有する。排ガス管３０のうち、排ガス管３０の下端から上方に延びる部分、すなわち上昇部３１の長さをＬ、及び、排ガス管３０の上昇部３１における内径をＤとする。

【0036】

長さＬは、炉体１１の天井面１１ｃの高さから上昇部３１の最高到達点までの排ガス管３０の中心線ＣＬに沿う長さである。この長さＬが長くなると、炉内空間１０から排ガス管３０内に流入した粉状物が上昇部３１の中で管内壁との摩擦及び重力等の影響によって減速し、落下して炉内空間１０に回帰し易くなる。内径Ｄは小さくなると、排ガス管３０内における管摩擦が大きくなり、炉内空間１０から排ガス管３０内に流入した粉状物が炉内空間１０に回帰し易くなる。排ガス管３０の上昇部３１が円管ではない場合、又は、上昇部３１において内径Ｄが変化している場合は、圧力損失を計算する場合の等価直径を上昇部３１の内径Ｄとして、以下のＬ／Ｄを計算することができる。

【0037】

内径Ｄに対する長さＬの比（Ｌ／Ｄ）を大きくすれば、回転炉床１２の上にあるブリケット２２から生じた粉化物が排ガス管３０の上昇部３１よりも下流側に排出されることが抑制される。その結果、回転炉床炉１００の導出部６０から導出される還元鉄の量が増加し、還元鉄を高い収率で製造することができる。また、排ガス管３０を介して排出される排ガスから亜鉛含有物を回収する際に、亜鉛含有物に混入する鉄分等の不純物を低減することができる。

【0038】

還元鉄の収率を十分に高くしつつ、亜鉛含有物の不純物を十分に低減する観点から、Ｌ／Ｄは６．５以上であってよい。Ｌ／Ｄの上限は、設備の設置場所確保の観点、及び、亜鉛回収率を高くする観点から、３０以下であってよく、２０以下であってもよい。

【0039】

典型的な亜鉛鉱石の鉄の含有量は約８質量％である（ＺｎＳ濃度は約８４質量％）。このため、回転炉床炉１００の排ガスから回収される亜鉛含有物の製造品としての付加価値を高くする観点から、亜鉛含有物における鉄の含有量は８質量％以下であってよく、３質量％以下であってもよい。なお、ここでいう鉄の含有量は、金属鉄のみならず、酸化鉄等に含まれる鉄も含む、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）である。

【0040】

電気炉ダストは亜鉛の含有量が高いため、ブリケット２２に含まれるダストが電気炉ダストである場合、回転炉床１２上でブリケット２２が粉化し易い。そこで、亜鉛含有物における鉄の含有量を８質量％以下にするために、ブリケット２２に含まれる鉄の飛散率φをどの程度に抑制する必要があるかを以下に推定する。

【0041】

ブリケットに含まれる電気炉ダストの量をＢ、電気炉ダストの鉄の含有量をｘ（質量％）、電気炉ダストの酸化亜鉛の含有量をｚ（質量％）、回転炉床炉１００で回収される酸化亜鉛における鉄の含有量をｙ（質量％）、ブリケット２２に含まれる鉄（＝電気炉ダストに含まれる鉄）の飛散率をφとし、電気炉ダストに含まれる酸化亜鉛が回収部４０で全量回収されるとすると、以下の関係が成立する。ここで、鉄の飛散率φとは、電気炉ダストに含まれる鉄（Ｔ．Ｆｅ）のうち亜鉛含有物に混入する鉄（Ｔ．Ｆｅ）の割合である。

【0042】

ｙ＝Ｂ・ｘ・φ／（Ｂ・ｚ＋Ｂ・ｘ・φ）
＝ｘ・φ／（ｚ＋ｘ・φ）

【0043】

亜鉛含有物の鉄の含有量が亜鉛鉱石の鉄の含有量と同じになるとき、すなわち、ｙ＝８質量％となるときの鉄の飛散率φは、上式を用いて以下のとおり算出される。ここで、ｘ及びｚは、電気炉ダストにおける鉄の含有量及び酸化亜鉛の含有量として、４０質量％及び２５質量％をそれぞれ用いる。

【0044】

８質量％＝［４０質量％×φ／（２５質量％＋４０質量％×φ）］×１００
φ＝２／３６．８×１００≒０．０５＝５％

【0045】

上述の関係式から、排ガスから亜鉛含有物を回収する場合に、電気炉ダスト（ブリケット２２）に含まれる鉄の飛散率φを５％以下にすれば、鉄濃度が亜鉛鉱石と同等以下の亜鉛含有物を回収することができる。ブリケット２２に含まれる鉄の飛散率は、４％以下であってよく、３％以下であってもよい。

【0046】

排ガス管３０の上昇部３１における排ガスの流速は、例えば４．５ｍ／秒以上に維持してよく、６ｍ／秒以上に維持してもよい。このように排ガスの流速を高いレベルで維持すれば、排ガスから亜鉛含有物を回収する場合に、亜鉛含有物の回収率を向上することができる。一方、排ガスの流速が過大になると、亜鉛含有物への鉄分の混入が増加する傾向、及び、還元鉄の収率が低下する傾向にある。このため、排ガス管３０の上昇部３１における排ガスの流速は、９ｍ／秒未満であってもよい。

【0047】

次に、回転炉床炉の使用方法の一実施形態を、回転炉床炉１００を用いた場合を例として以下に説明する。なお、上述の回転炉床炉１００の説明内容は以下の使用方法にも適用可能である。また、以下の使用方法の説明内容は、上述の回転炉床炉１００にも適用可能である。

【0048】

本例の使用方法は、回転炉床１２の上に酸化鉄及び炭材を含むブリケット２２を導入する導入工程と、回転炉床１２を回転させながらブリケット２２を炉内空間１０で加熱して酸化鉄を還元する加熱工程と、加熱工程で生じた排ガスを炉内空間１０から排ガス管３０を介して排出する排出工程と、回転炉床１２の上から還元鉄含有物を導出する導出工程と、排ガス管３０を介して排出された排ガスから亜鉛含有物を回収する回収工程を有する。

【0049】

導入工程は図１の導入部２１によって行ってよい。ブリケット２２は、酸化鉄を含むダストと、石炭等の炭材と、バインダとを含んでよい。導入工程ではブリケット２２を回転炉床１２の上に連続的に導入する。導入工程の前に、酸化鉄及び酸化亜鉛を含むダスト、炭材及びバインダを混錬して得られる混錬物をダブルロール成形機で成形してブリケット２２を得る成形工程を有していてもよい。

【0050】

加熱工程では、ブリケット２２をバーナ１４からの輻射熱で加熱する。これによって、上述の反応式で表される酸化還元反応が進行する。これらの反応の進行に伴ってブリケット２２に空隙が生じ、少なくとも一部が粉化する。粉化物の一部は、排出工程において、排ガスに同伴して炉内空間１０から排ガス管３０に流入してよい。ただし、本例で用いる回転炉床炉１００の炉内空間１０はＨ／Ｗが０．４以上であることから、炉内空間１０から排ガス管３０に流入する鉄分を十分に低減することができる。このため、還元鉄のロスが低減され、還元鉄の収率を高くすることができる。また、回収工程において回収される亜鉛含有物への鉄分の混入を抑制し、不純物が低減された亜鉛含有物を製造することができる。

【0051】

排出工程では、加熱工程で生じた排ガスを、炉体１１の天井壁１１ａに接続された排ガス管３０を介して、排ガス管３０の下流側に排出する。排ガス管３０の上昇部３１における排ガスの流速は上述の範囲に維持してよい。このとき、Ｌ／Ｄは６．５以上であってよい。これによって、回収工程で回収される亜鉛含有物の回収率を向上したり、亜鉛含有物への鉄分の混入を低減したりすることができる。

【0052】

導出工程では、還元鉄含有物を回転炉床１２の上から導出する。還元鉄含有物における鉄の金属化率は例えば７０％以上であってよい。導出された還元鉄含有物は冷却部６２で冷却された後、電気炉等の原料として用いてよい。

【0053】

回収工程では、例えばバグフィルタを有する回収部４０を用いて亜鉛含有物を回収する。排出工程における上昇部３１における排ガスの流速を大きくすることによって、亜鉛含有物の回収率を高くすることができる。亜鉛回収率は７０％以上であってよく、８０％以上であってもよい。亜鉛回収率は、ブリケット２２に含まれる亜鉛の量（金属亜鉛換算）に対する、回収工程で回収される亜鉛含有物に含まれる亜鉛の量（金属亜鉛換算）の比率である。

【0054】

上述の使用方法によれば、炉内空間１０の外部への鉄分の飛散を抑制し、鉄分を導出工程で得られる還元鉄含有物中に十分に取り込んで回収することができる。したがって、還元鉄含有物を高い歩留まりで製造することができる。また、ブリケットに含まれる亜鉛分を、回収工程で回収される亜鉛含有物中に十分に取り込んで回収することができる。さらに、亜鉛含有物に混入する鉄分を低減して、亜鉛含有物における亜鉛純度を十分に高くすることができる。なお、本使用方法では、製造品として還元鉄含有物と亜鉛含有物の２つを製造したが、別の例では、回収工程で亜鉛含有物を回収せずに、製造品として還元鉄含有物のみを製造してもよい。この場合、ブリケットの調製に用いられるダストは酸化亜鉛を含まなくてもよい。さらに別の例では、製造品として亜鉛含有物のみを製造してもよい。

【0055】

還元鉄含有物の製造方法の一実施形態は、回転炉床炉１００を用いて、酸化鉄及び炭材を含むブリケット２２を加熱し、酸化鉄を還元することによって還元鉄を含む還元鉄含有物を得る工程を有する。この製造方法では、回転炉床炉１００を用いていることから、炉内空間１０から鉄分が飛散することを抑制することができる。したがって、還元鉄含有物を高い歩留まりで製造することができる。ブリケット２２に含まれる鉄の飛散率は、例えば、５％以下であってよく、４％以下であってもよい。還元鉄含有物は酸化鉄を含んでいてもよい。還元鉄含有物における鉄の金属化率は例えば７０％以上であってよい。本実施形態の還元鉄含有物の製造方法には、上述の回転炉床炉１００及びその使用方法の説明内容を適用可能である。

【0056】

亜鉛含有物の製造方法の一実施形態は、回転炉床炉１００を用いて、酸化鉄、酸化亜鉛及び炭材を含むブリケット２２を加熱して得られる排ガスに含まれる亜鉛含有物を、排ガス管３０の下流側の回収部４０で回収する工程を有する。この製造方法では、回転炉床炉１００を用いていることから、炉内空間１０から鉄分が飛散することを抑制することができる。したがって、鉄分の混入が抑制された亜鉛含有物を製造することができる。

【0057】

炉内空間１０で飛散する際には還元されていた金属亜鉛は、排ガス中の酸素によって酸化され、回収部４０及び排ガス管３０の間に設けられるガス冷却部３５で冷却される。亜鉛含有物における鉄及び鉄化合物の含有量は、鉄に換算して、８質量％以下であってよく、３質量％以下であってよく、１質量％以下であってよい。本実施形態の亜鉛含有物の製造方法には、上述の回転炉床炉１００及びその使用方法の説明内容を適用可能である。

【0058】

以上、本開示の幾つかの実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されない。例えば、上述の回転炉床炉１００では、排ガス管３０の上昇部３１は水平部３２と連なっているが、これに限定されない。例えば、変形例では、上昇部３１は、水平部３２ではなく、最高到達点から下降する下降部と連なって、逆Ｕ字状となっていてもよい。なお、水平部３２（又は下降部）よりも下流側に排ガスの流れに沿って上昇する２つ目以降の上昇部があったとしても、この部分の長さは上述のＬには含めない。これは、２つ目以降の上昇部で鉄分等が落ちてきても、炉内空間１０まで回帰できるとは限らないためである。

【0059】

また、ブリケットに含まれる亜鉛分が少ない場合、回転炉床炉及びその使用方法において、亜鉛含有物を回収しなくてもよい。この場合、回転炉床炉では、製造品として還元鉄含有物のみを製造してもよい。また、バーナ１４は、炉体１１の内側と外側の両側面ではなく、どちらか一方の側面のみに設けられてもよい。

【実施例】

【0060】

以下の実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

【0061】

（実施例１、比較例１）
表１に示すとおり、幅Ｗ及び高さＨが異なる複数種類の回転炉床炉を準備した。いずれの回転炉床炉も図１及び図２に示すような構造を有していた。電気炉ダストと微粉炭とバインダを用いてブリケットを作製した。このブリケットを回転炉床炉に導入して還元鉄含有物及び亜鉛含有物の製造を行った。各回転炉床炉を用いた場合に、排ガス管３０の下流側に設けられたバグフィルタ（回収部４０）に回収された亜鉛含有物に含まれる鉄の含有量を分析した。なお、鉄の含有量は、金属鉄のみならず、酸化鉄等に含まれる鉄も含む、全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）である。この含有量は、化学分析によって求めた。結果は表１及び図３に示すとおりであった。

【0062】

【表1】

【0063】

表１及び図３に示すとおり、Ｈ／Ｗを所定値以上にすることによって、バグフィルタで回収される亜鉛含有物における鉄の含有量が十分に低くなることが確認された。

【0064】

（実施例２）
表２に示すとおり、円筒形状を有する排ガス管３０の内部の断面積が異なる複数種類の回転炉床炉を準備した。いずれの回転炉床炉も図１及び図２に示すような構造を有していた。電気炉ダストと微粉炭とバインダを用いてブリケットを作製した。このブリケットを回転炉床炉に導入して還元鉄含有物及び亜鉛含有物の製造を行った。各回転炉床炉を用いた場合の亜鉛回収率を求めた。ブリケットとしては、電気炉ダストと微粉炭とバインダとを用いて作製したものを用いた。亜鉛回収率は、ブリケットに含まれる亜鉛の量（金属亜鉛換算）に対する、バグフィルタ（回収部４０）で回収された亜鉛含有物に含まれる亜鉛の量（金属亜鉛換算）の比率である。結果は表２及び図４に示すとおりであった。

【0065】

【表2】

【0066】

表２及び図４に示すとおり、排ガスの流速を大きくすることによって、亜鉛回収率を大きくできることが確認された。図４によれば、排ガスの流速を４．５ｍ／秒以上に維持すれば、亜鉛回収率を８０％以上にすることができる。

【0067】

（実施例３）
表３に示すとおり、排ガス管３０の内径Ｄと排ガス管３０の上昇部３１の長さＬが異なる複数種類の回転炉床炉を準備した。いずれの回転炉床炉も図１及び図２に示すような構造を有していた。電気炉ダストと微粉炭とバインダを用いてブリケットを作製した。このブリケットを回転炉床炉に導入して還元鉄含有物及び亜鉛含有物の製造を行った。各回転炉床炉を用いた場合の鉄の飛散率φを求めた。鉄の飛散率φは、ブリケットに含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）に対する、バグフィルタ（回収部４０）で回収された亜鉛含有物に含まれる全鉄量（Ｔ．Ｆｅ）の比率である。結果は表３及び図５に示すとおりであった。表３には、排ガス管３０における排ガスの流速Ｖと、管摩擦係数を構成する要素であるＶ^２×（Ｌ／Ｄ）の計算値を示した。図５は、横軸をＶ^２×（Ｌ／Ｄ）、縦軸を鉄の飛散率とする、両対数グラフである。

【0068】

【表3】

【0069】

表３及び図５に示すとおり、管摩擦係数を構成する要素であるＶ^２×（Ｌ／Ｄ）が大きくなると鉄の飛散率φが小さくなることが確認された。これは、炉内空間１０から排ガス管３０の上昇部３１内に一旦流入した鉄分が、上昇部３１の内壁との摩擦の影響によって炉内空間１０内に戻り、還元鉄含有物として回収されること示している。図５に示すとおり、鉄の飛散率φ＝５％のときのＶ^２×（Ｌ／Ｄ）の値は１３２であった。すなわち、電気炉ダストを含むブリケットを用いた場合に、Ｖ^２×（Ｌ／Ｄ）の値が１３２（ｍ^２／秒^２）以上となるような運転条件を設定すれば、回収される亜鉛含有物に混入する鉄分を十分に低減することができると推定される。

【0070】

実施例２の表２及び図４の結果から、亜鉛回収率を高くするためには、排ガスの流速Ｖを４．５ｍ／秒以上に維持する必要がある。回収される亜鉛含有物に混入する鉄分を十分に低減するために、表３及び図５から導出されるＶ^２×（Ｌ／Ｄ）≧１３２（ｍ^２／秒^２）の関係式において、Ｖ＝４．５ｍ／秒を代入すると、Ｌ／Ｄ≧６．５となる。したがって、Ｌ／Ｄは６．５以上にすることが好ましいといえる。

【符号の説明】

【0071】

１０…炉内空間、１１…炉体、１１ａ…天井壁、１１ｂ…側壁、１１ｃ…天井面、１２…回転炉床、１４…バーナ、１６…走行車輪、２１…導入部、２２…ブリケット、２４…搬送部、３０…排ガス管、３１…上昇部、３２…水平部、３５…ガス冷却部、４０…回収部、５０…煙突、６０…導出部、６２…冷却部、１００…回転炉床炉、Ｈ…高さ、Ｗ…幅、Ｌ…長さ、Ｄ…内径。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】