[go: up one dir, main page]

JP7760942B2 - Electric furnace operation method - Google Patents

Electric furnace operation method

Info

Publication number
JP7760942B2
JP7760942B2 JP2022036272A JP2022036272A JP7760942B2 JP 7760942 B2 JP7760942 B2 JP 7760942B2 JP 2022036272 A JP2022036272 A JP 2022036272A JP 2022036272 A JP2022036272 A JP 2022036272A JP 7760942 B2 JP7760942 B2 JP 7760942B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solidified
electric furnace
slag
metal
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022036272A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023131482A (en
Inventor
和也 前場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority to JP2022036272A priority Critical patent/JP7760942B2/en
Publication of JP2023131482A publication Critical patent/JP2023131482A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7760942B2 publication Critical patent/JP7760942B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

本発明は、例えば廃リチウムイオン電池を含む原料を還元熔融して有価金属を含むメタルを回収する電気炉の操業方法に関する。 The present invention relates to a method for operating an electric furnace that reduces and melts raw materials, including waste lithium-ion batteries, to recover metals, including valuable metals.

例えば三相交流式の電極を備えた電気炉を用いて、廃リチウムイオン電池等の原料から有価金属を回収する操業においては、操業を停止する際、有価金属を含む合金(以下、「メタル」ともいう)をメタルホールからタッピングにより排出した後、スラグホールからのタッピングにより、あるいは電気炉が傾転することにより、スラグを排出する。 For example, in operations to recover valuable metals from raw materials such as waste lithium-ion batteries using an electric furnace equipped with three-phase AC electrodes, when operations are stopped, the alloy containing the valuable metals (hereinafter also referred to as "metal") is discharged from the metal hole by tapping, and then the slag is discharged by tapping from the slag hole or by tilting the electric furnace.

このとき、排出されたメタルにスラグが混じらないようにするため、メタルレベルをメタルホールの上端よりも下げることはできない。また、スラグをタッピングにより排出する場合、スラグレベルをスラグホールの下端の位置よりも下げることはできない。あるいは、スラグを傾転によって排出する場合には、傾転によりスラグ層がメタル層の位置にくるとスラグにメタルが混入する可能性がある。これらの事情により、電気炉内には、排出できなかったメタルやスラグが残存する。 At this time, to prevent slag from mixing with the discharged metal, the metal level cannot be lowered below the top of the metal hole. Furthermore, when the slag is discharged by tapping, the slag level cannot be lowered below the bottom of the slag hole. Alternatively, when the slag is discharged by tilting, there is a possibility that metal will be mixed into the slag if the slag layer reaches the metal layer due to tilting. For these reasons, metal and slag that could not be discharged remain inside the electric furnace.

電気炉内に残存したメタルは、炉底耐火物の上で固化して固化メタル層となる。また、残存したスラグも同様にして固化し、固化メタル層の上に固化スラグ層が付着生成する。炉底に付着した固化スラグ層は、操業を再開しても、容易には解消されない。それは、操業におけるメタル加熱温度はスラグ融点よりも低いことによる。そのため、その固化スラグ層の下に位置する固化メタル層も同様に、容易には解消されない。これにより、メタルホールは、固化メタル層及び固化スラグ層によって埋まったままの状態となり、操業不能となることがあった。 The metal remaining in the electric furnace solidifies on the hearth refractory, forming a solidified metal layer. The remaining slag also solidifies in the same way, forming a solidified slag layer on top of the solidified metal layer. The solidified slag layer adhering to the hearth is not easily removed, even when operation is resumed. This is because the metal heating temperature during operation is lower than the melting point of the slag. Therefore, the solidified metal layer located below the solidified slag layer is also not easily removed. This can result in metal holes remaining filled with the solidified metal and slag layers, making operation impossible.

例えば特許文献1では、加熱用の直接通電電流と磁界とが交叉する部分の熔融ガラスにはフレミングの左手の法則により部分的に電磁力が作用し、その結果、熔融炉内の熔融ガラスに強制的に対流を促進させる力を生じ、その対流によって熔融ガラスから熔融表面上の原料層への伝熱量の増加、熔融能力の向上を図ること、炉底堆積物の沈降堆積を抑制防止することが可能となる、磁場を利用した放射性廃棄物固化用電気熔融炉及び熔融方法について開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an electric melting furnace and melting method for solidifying radioactive waste that utilizes a magnetic field. According to Fleming's left-hand rule, an electromagnetic force acts partially on the molten glass where the direct heating current and the magnetic field intersect. As a result, a force is generated that forcibly promotes convection in the molten glass inside the melting furnace. This convection increases the amount of heat transferred from the molten glass to the raw material layer on the melt surface, improving melting capacity and preventing the settling and accumulation of deposits on the furnace bottom.

しかしながら、三相交流式等の電極を備えた電気炉において、炉底に付着した固化メタル層やその上に付着した固化スラグ層を解消する技術については開示されていない。 However, no technology has been disclosed for removing the solidified metal layer adhering to the furnace bottom or the solidified slag layer adhering thereon in electric furnaces equipped with electrodes, such as three-phase AC type.

特公平07―104436号公報Special Publication No. 07-104436

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、電極を備えた電気炉の操業において、炉底に残存し付着した固化メタル層、及びその上に付着した固化スラグ層を効果的に解消して、効率的な電気炉操業を可能にする方法を提供することを目的とする。 The present invention was proposed in light of these circumstances, and aims to provide a method for effectively removing the solidified metal layer remaining on and adhering to the bottom of an electric furnace equipped with electrodes, and the solidified slag layer adhering thereon, thereby enabling efficient operation of the electric furnace.

本発明者らは、上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた。その結果、形成された固化スラグ層の一部を取り除いて下層の固化メタル層を露出させ、その後、炉内に原料を装入し、その原料が熔融して生成する熔融メタルと、露出した固化メタル層とを接触させるようにすることで、簡易な操作で効果的に固化メタル層及び固化スラグ層を解消できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors conducted extensive research to solve the above-mentioned problems. As a result, they discovered that the solidified metal and slag layers can be effectively eliminated with a simple operation by removing a portion of the solidified slag layer that has formed to expose the solidified metal layer underneath, then charging raw materials into the furnace and melting the raw materials to produce molten metal, bringing the exposed solidified metal layer into contact with the molten metal. This led to the completion of the present invention.

(1)本発明の第1の発明は、電極を備えた電気炉の操業方法であって、前回の操業終了から炉底に付着生成した固化メタル層と、該固化メタル層の上に生成した固化スラグ層とのうち、少なくとも該固化スラグ層の一部を取り除いて下層の固化メタル層を露出させ、その後、電気炉内に原料を装入して、該原料が熔融して生成する熔融メタルと、露出した前記固化メタル層とを接触させる、電気炉の操業方法である。 (1) The first aspect of the present invention is a method for operating an electric furnace equipped with electrodes, which involves removing at least a portion of a solidified slag layer formed on the bottom of the furnace after the previous operation and a solidified metal layer formed on top of the solidified metal layer to expose the underlying solidified metal layer, and then charging raw materials into the electric furnace, melting the raw materials to produce molten metal, which brings the exposed solidified metal layer into contact with the solidified metal layer.

(2)本発明の第2の発明は、第1の発明において、前記固化スラグ層の一部を取り除いた後に残る固化スラグ層に、電気炉内に装入した原料が熔融して生成する熔融スラグが接するように、該原料の装入量を調整する、電気炉の操業方法である。 (2) The second aspect of the present invention is a method for operating an electric furnace according to the first aspect, in which the amount of raw materials charged into the electric furnace is adjusted so that the molten slag produced by melting the raw materials charged into the electric furnace comes into contact with the solidified slag layer remaining after removing a portion of the solidified slag layer.

(3)本発明の第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記固化スラグ層及び前記固化メタル層が熔解し、それぞれ熔融状態になったことを、前記電気炉の炉底構造物に設けられる温度計の測定値に基づいて判断する、電気炉の操業方法である。 (3) A third aspect of the present invention is a method for operating an electric furnace according to the first or second aspect of the present invention, in which it is determined that the solidified slag layer and the solidified metal layer have melted and entered a molten state based on the measurement values of thermometers installed in the hearth structure of the electric furnace.

(4)本発明の第4の発明は、第1乃至第3のいずれかの発明において、前記原料は、廃リチウムイオン電池を含む、電気炉の操業方法である。 (4) A fourth aspect of the present invention is a method for operating an electric furnace according to any one of the first to third aspects, wherein the raw material includes waste lithium-ion batteries.

(5)本発明の第5の発明は、第1乃至第4のいずれかの発明において、前記電気炉は、三相交流式の電気炉である、電気炉の操業方法である。 (5) The fifth aspect of the present invention is a method for operating an electric furnace according to any one of the first to fourth aspects, wherein the electric furnace is a three-phase AC electric furnace.

本発明によれば、電気炉の操業において、炉底に残存し付着生成した固化メタル層、及びその上に付着した固化スラグ層を効果的に解消して、効率的な電気炉操業を可能にする方法を提供することができる。 The present invention provides a method for effectively eliminating the solidified metal layer that remains and adheres to the bottom of an electric furnace, and the solidified slag layer that adheres to it, during electric furnace operation, enabling efficient electric furnace operation.

電気炉内を断面視した模式図であり、固化スラグ層の一部を取り除いて固化メタル層を露出させ、原料を装入して生成した熔融メタルとその固化メタル層とを接触させる様子を説明するための図である。This is a schematic cross-sectional view of the inside of an electric furnace, illustrating how a portion of the solidified slag layer is removed to expose the solidified metal layer, and how the molten metal produced by charging raw materials is brought into contact with the solidified metal layer. 電気炉内を断面視した模式図であり、固化スラグ層の一部を取り除いた後、原料装入量を調整して、生成した熔融スラグが固化スラグ層に接するようにしたときの様子を説明するための図である。This is a schematic cross-sectional view of the inside of an electric furnace, and is used to explain the state when part of the solidified slag layer is removed and the amount of raw material charged is adjusted so that the resulting molten slag comes into contact with the solidified slag layer.

以下、本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施の形態」という)について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。 A specific embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "the present embodiment") will be described below. Note that the present invention is not limited to the following embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention.

本実施の形態に係る方法は、三相交流式の電気炉等の電極を備えた電気炉を用いて、酸化された金属を含む原料を加熱し還元熔融する処理を行う電気炉の操業方法である。 The method according to this embodiment is a method for operating an electric furnace equipped with electrodes, such as a three-phase AC electric furnace, to heat and reduce and melt raw materials containing oxidized metals.

この操業方法では、電気炉において、酸化された金属を含む原料を加熱して還元熔融することで、その原料に含まれる有価金属から構成されるメタルと、不純物成分から構成されるスラグとからなる混合熔体を生成させ、その熔体を保持することで、比重の小さなスラグと比重の大きなメタルを上下の層に分離させる。そして、分離したスラグについては、電気炉を傾転することで、あるいはスラグホールからのタッピングにより排出して回収する。また、下層にある有価金属を含むメタルについては、電気炉の下部に設けられるメタルホールからタッピングにより排出して回収する。 In this operating method, raw materials containing oxidized metals are heated and reduced and melted in an electric furnace to produce a molten mixture consisting of metal made up of valuable metals contained in the raw materials and slag made up of impurity components. The molten mixture is then held, separating the low-density slag and high-density metal into upper and lower layers. The separated slag is then discharged and recovered by tilting the electric furnace or by tapping through a slag hole. The lower layer of metal containing valuable metals is discharged and recovered by tapping through a metal hole located at the bottom of the electric furnace.

電気炉の操業は、原料の装入と、その原料を還元熔融して得られるメタル及びスラグの排出と、を適宜繰り返すことで行われる。このとき、メタル及びスラグの排出量は、原料の装入量から予測できる。すなわち、生成するメタル及びスラグのレベル(高さレベル)に応じて、それぞれ必要なタイミングに、必要な量が排出され回収される。 An electric furnace is operated by repeatedly charging raw materials and discharging the metal and slag produced by reducing and melting the raw materials. The amount of metal and slag discharged can be predicted from the amount of raw materials charged. In other words, the required amount is discharged and recovered at the required time, depending on the level (height) of the metal and slag produced.

原料の装入から、還元熔融処理を経て、メタル及びスラグの排出を必要回数行ったのちに操業を終了させるが、メタル及びスラグの回収に際しては、可能な限り、メタルとスラグとが混じらないように炉外へ排出することが望まれる。ところが、メタルの場合では、メタルレベルをメタルホールの上端の位置まで下げるのが限界であり、またスラグの場合では、スラグホールから排出するのであれば、スラグホールの下端の位置までが限界となる。また、スラグを電気炉の傾転により排出するのであれば、スラグ層がメタル層と重なってしまうところまでが限度となる。したがって、メタルとスラグとはそれぞれ、一定量が電気炉内に残存してしまう。そして、このように残存したメタルの層、スラグの層は、それぞれ固化して、下層の固化メタル層と、上層の固化スラグ層とが形成される。 After the necessary number of cycles of metal and slag discharge, starting with the charging of raw materials and going through the reduction melting process, the operation is terminated. When recovering the metal and slag, it is desirable to discharge them from the furnace without mixing them as much as possible. However, in the case of metal, the metal level can only be lowered to the top of the metal hole, and in the case of slag, if it is discharged through the slag hole, the bottom of the slag hole is the limit. Furthermore, if the slag is discharged by tilting the electric furnace, the limit is the point where the slag layer overlaps the metal layer. Therefore, a certain amount of metal and slag remain in the electric furnace. These remaining metal and slag layers then solidify, forming a lower solidified metal layer and an upper solidified slag layer.

上述のようにして形成された固化メタル層の融点は1300℃以上1400℃以下程度であり、固化スラグ層の融点は1500℃以上1600℃以下程度である。一方で、電気炉内に原料を装入して行われる還元熔融処理は、およそ、メタル加熱温度を1350℃以上1450℃以下程度とし、スラグ加熱温度を1550℃以上1650℃以下程度として行われる。そのため、前回の操業終了から操業を再開するにあたり、電気炉内に固化メタル層及び固化スラグ層がそのまま残った状態であると、生成する熔融層のうち下層に位置する熔融メタルによっては固化スラグ層を熔解することができない。そして、固化スラグ層を熔解できなければ固化メタル層を熔解することもできない。したがって、メタルホールは埋まったままとなり、メタルの排出ができず、操業を中断せざるを得なくなる。 The melting point of the solidified metal layer formed as described above is approximately 1300°C to 1400°C, and the melting point of the solidified slag layer is approximately 1500°C to 1600°C. Meanwhile, the reduction melting process, which involves charging raw materials into an electric furnace, is carried out with a metal heating temperature of approximately 1350°C to 1450°C and a slag heating temperature of approximately 1550°C to 1650°C. Therefore, if the solidified metal and slag layers remain in the electric furnace when restarting operations after the previous operation, the molten metal located in the lower layer of the resulting molten layer cannot melt the solidified slag layer. Furthermore, if the solidified slag layer cannot be melted, the solidified metal layer cannot be melted either. As a result, the metal holes remain filled, the metal cannot be discharged, and operations must be suspended.

そこで、本実施の形態に係る方法においては、前回の操業終了から炉底に付着生成した固化メタル層と、その固化メタル層の上に生成した固化スラグ層とのうち、少なくとも固化スラグ層の一部を取り除いて下層の固化メタル層を露出させる。そしてその後、電気炉内に原料を装入し、その原料に対して還元熔融処理を施して生成する熔融メタルと、その露出した固化スラグ層とを接触させる、ことを特徴としている。 Therefore, in the method according to this embodiment, at least a portion of the solidified slag layer formed on top of the solidified metal layer that has adhered to the furnace bottom since the end of the previous operation is removed to expose the underlying solidified metal layer. Then, raw materials are charged into the electric furnace, and the exposed solidified slag layer is brought into contact with the molten metal produced by subjecting the raw materials to a reducing melting process.

図1(A)の模式図に示すように、少なくとも固化スラグ層の一部を取り除いて下層の固化メタル層を露出させることによって、その後に電気炉内に装入した原料が熔融して生成する熔融メタルと、その露出した固化メタル層とを接触させるようにする。これにより、固化メタル層の融点と、熔融メタルの温度(メタル加熱温度)との関係から、固化メタル層を熔融させることが可能となる。そして、固化メタル層が熔解すると、固化メタル層を含めたメタル層の全体が熔融して、そのメタルをメタルホールから効果的に排出することができるようになる。 As shown in the schematic diagram of Figure 1(A), by removing at least a portion of the solidified slag layer to expose the underlying solidified metal layer, the exposed solidified metal layer is brought into contact with the molten metal produced by melting the raw materials subsequently charged into the electric furnace. This makes it possible to melt the solidified metal layer due to the relationship between the melting point of the solidified metal layer and the temperature of the molten metal (metal heating temperature). Then, when the solidified metal layer melts, the entire metal layer, including the solidified metal layer, melts, allowing the metal to be effectively discharged from the metal hole.

その後、図1(B)の模式図に示すように、メタルの順次の排出によってメタルレベルが下がることで、固化スラグ層に熔融スラグが接触するようになり、固化スラグ層を熔解させることが可能となる。そして、固化スラグ層が熔解すると、固化スラグ層を含めたスラグ層の全体が熔融して、そのスラグを効果的に排出することができるようになる。 As shown in the schematic diagram of Figure 1(B), the metal level is then lowered by the gradual discharge of metal, allowing the molten slag to come into contact with the solidified slag layer, allowing the solidified slag layer to melt. Once the solidified slag layer melts, the entire slag layer, including the solidified slag layer, melts, allowing the slag to be effectively discharged.

このように、前回の操業終了から炉底に付着生成した固化メタル層とその上に生成した固化スラグ層については、少なくとも固化スラグ層の一部を取り除いて固化メタル層を露出させ、原料が熔融して生成する熔融メタルとその露出した固化メタル層とを接触させるようにすることで、容易にかつ効率的に解消することができる。 In this way, the solidified metal layer that has formed on the bottom of the furnace since the previous operation and the solidified slag layer that has formed on top of it can be easily and efficiently resolved by removing at least a portion of the solidified slag layer to expose the solidified metal layer, and allowing the molten metal produced by melting the raw materials to come into contact with the exposed solidified metal layer.

なお、操業終了後に、形成された固化スラグ層及び固化メタル層を作業者によってすべて取り除いて解消させてから、操業を再開するということも考えられる。ところが、固化スラグ層及び固化メタル層は、融点が高く、しかも硬いものであり、あるいは比重が大きいものである等のため、取り除く作業は多大の時間と労力を要する。特に、硬くて粘く、より比重の大きい固化メタル層を取り除く作業には多大の時間と労力を要する。そのため、操業開始から次の操業開始までのサイクルが、例えば1回/週以上、1回/半年以下程度の短い周期である場合には、必要最低限の除去作業で効果的に固化スラグ層及び固化メタル層を解消できることが望ましい。この点において、本実施の形態に係る方法によれば、少なくとも固化スラグ層の一部を取り除く作業だけであるため、簡易な操作で効果的に固化スラグ層及び固化メタル層を解消することができる。 It is also possible to restart operations after the end of operations by having workers remove and eliminate all of the solidified slag and solidified metal layers that have formed. However, because the solidified slag and solidified metal layers have high melting points and are hard or have a high specific gravity, their removal requires a great deal of time and effort. Removing the hard, sticky, and more dense solidified metal layer in particular requires a great deal of time and effort. Therefore, if the cycle between the start of operations is short, such as once a week or more and once every six months or less, it is desirable to effectively eliminate the solidified slag and solidified metal layers with the minimum necessary removal work. In this regard, the method of this embodiment only requires the removal of at least a portion of the solidified slag layer, allowing for simple and effective removal of the solidified slag and solidified metal layers.

ここで、本実施の形態に係る方法では、上述したように、固化スラグ層の一部を取り除いた後に、電気炉内に原料を装入し、その原料を還元熔融して熔融メタルと熔融スラグとを生成させている。このとき、図2の模式図に示すように、固化スラグ層の一部を取り除いた後、電気炉内に装入した原料が還元熔融して生成する熔融メタルがその露出した固化メタル層に接触するとともに、その同じタイミングで、熔融スラグが固化スラグ層に接触すれば、より速やかに、電気炉全体に必要な熱を行き渡らせることができる。それにより、メタルの排出やスラグの排出をより速いタイミングで行うことが可能となる。 In the method according to this embodiment, as described above, after removing a portion of the solidified slag layer, raw materials are charged into the electric furnace and reduced and melted to produce molten metal and molten slag. As shown in the schematic diagram of Figure 2, after removing a portion of the solidified slag layer, the raw materials charged into the electric furnace are reduced and melted to produce molten metal, which comes into contact with the exposed solidified metal layer. At the same time, if the molten slag comes into contact with the solidified slag layer, the necessary heat can be distributed more quickly throughout the electric furnace. This allows for faster metal and slag discharge.

そこで、固化スラグ層の一部を取り除いた後、電気炉内に原料を装入するに際して、残った固化スラグ層に、原料が熔融して生成する熔融スラグが接することができるように、その原料装入量を調整することが好ましい。 Therefore, after removing part of the solidified slag layer, when charging raw materials into the electric furnace, it is preferable to adjust the amount of raw materials charged so that the molten slag produced by melting the raw materials can come into contact with the remaining solidified slag layer.

具体的には、例えば、固化スラグ層の一部を取り除いた後、取り除かれた部分の容積を満たすことができる熔融メタルの生成量を原料の装入量の上限とする。このような装入量で原料を装入し、操業を開始して、熔融メタルの上に生成する熔融スラグが固化スラグ層と接触できるようにする。このように、好ましくは原料装入量を調整することで、熔融メタルによる固化メタル層の熔解と並行して、熔融スラグによって固化スラグ層を効率的にかつ効果的に熔解することができ、固化メタル層及び固化スラグ層をより速やかに解消することができる。 Specifically, for example, after removing a portion of the solidified slag layer, the upper limit of the raw material charge amount is set to the amount of molten metal produced that can fill the volume of the removed portion. Raw materials are charged at this amount, and operation is started so that the molten slag produced on top of the molten metal comes into contact with the solidified slag layer. By preferably adjusting the raw material charge amount in this way, the molten slag can efficiently and effectively dissolve the solidified slag layer in parallel with the molten metal dissolving the solidified metal layer, allowing the solidified metal and slag layers to dissolve more quickly.

本実施の形態に係る方法において、固化スラグ層及び固化メタル層が熔解し、それぞれ熔融状態になったことは、電気炉の炉底構造物に設けられる温度計の測定値に基づいて判断することができる。 In the method according to this embodiment, whether the solidified slag layer and solidified metal layer have melted and become molten can be determined based on the measurements of thermometers installed in the hearth structure of the electric furnace.

固化スラグ層及び固化メタル層が熔解して、それぞれ熔融スラグ及び熔融メタルの熔融状態になると、電気炉内の下層には、メタル加熱温度が1350℃以上1450℃以下程度の熔融メタルの層が形成されるようになる。すると、電気炉の耐火煉瓦又は断熱煉瓦の炉底構造物に温度計を設けて測定したとき、温度測定値が大幅に増加する。このことから、炉底構造物に設けられる温度計の測定値を経時連続的に測定し、その温度測定値が大幅に増加したことをもって、固化メタル層及び固化スラグ層が熔解して解消されたと判断することができる。 When the solidified slag layer and solidified metal layer melt and become molten slag and molten metal, respectively, a layer of molten metal with a metal heating temperature of approximately 1350°C to 1450°C forms in the lower layer of the electric furnace. When this happens, a thermometer installed in the hearth structure, made of refractory bricks or insulating bricks, measures the temperature, and the measured value increases significantly. Therefore, by continuously measuring the temperature of the thermometer installed in the hearth structure over time, it can be determined that the solidified metal layer and solidified slag layer have melted and disappeared when the measured temperature increases significantly.

本実施の形態に係る方法において、その処理対象の原料としては、特に限定されないが、例えば、ニッケルやコバルトを酸化物として含有する廃リチウムイオン電池を含む原料を挙げることができる。電気炉の操業方法では、例えば廃リチウムイオン電池を含む原料を電気炉に装入して加熱し還元熔融することで、その原料に含まれるニッケル(Ni)やコバルト(Co)、銅(Cu)等の有価金属から構成されるメタル(合金)と、不純物成分により構成されるスラグとからなる熔体(熔融物)を生成することができる。 In the method according to this embodiment, the raw materials to be processed are not particularly limited, but examples include raw materials containing waste lithium-ion batteries containing nickel and cobalt as oxides. In the electric furnace operation method, raw materials containing waste lithium-ion batteries, for example, are loaded into an electric furnace and heated for reduction melting, thereby producing a melt (molten material) consisting of a metal (alloy) composed of valuable metals contained in the raw materials, such as nickel (Ni), cobalt (Co), and copper (Cu), and slag composed of impurity components.

また、操業を行う電気炉は、例えば、黒鉛電極を備えた三相交流式の電気炉を例示できる。三相交流式電気炉としては、例えばサブマージドアーク炉がある。サブマージドアーク炉は、複数の電極が被加熱物中に埋没(サブマージ)しており、アーク放電による加熱と共にジュール熱(電気抵抗熱)を利用する。具体的には、サブマージドアーク炉では、電極先端と被加熱物との間にアーク放電が発生し、そのアークにより被加熱物(原料)が加熱される。またそれと同時に、被加熱物を介して電極~電極間(電極~被加熱物~電極間)に電流が流れ、ジュール熱によっても被加熱物(スラグ)が発熱する。サブマージドアーク炉では、スラグへの連続的な加熱が可能になり、スラグ下部に位置するメタルはスラグからの伝熱により加熱される。このように、サブマージドアーク炉では、少ない投入電力で効率的に加熱することができるという利点がある。 The electric furnace used in the process is, for example, a three-phase AC electric furnace equipped with graphite electrodes. An example of a three-phase AC electric furnace is a submerged arc furnace. A submerged arc furnace has multiple electrodes submerged (submerged) in the heated material, and utilizes Joule heat (electrical resistance heat) in addition to heating via arc discharge. Specifically, in a submerged arc furnace, an arc discharge occurs between the electrode tip and the heated material, and the heated material (raw material) is heated by the arc. At the same time, current flows between the electrodes (between the electrode, heated material, and electrode) through the heated material, and the heated material (slag) also heats due to Joule heat. A submerged arc furnace allows for continuous heating of the slag, and the metal located below the slag is heated by heat transfer from the slag. As such, a submerged arc furnace has the advantage of efficient heating with little input power.

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples in any way.

[実施例1]
廃リチウムイオン電池を含む原料に対して粉砕処理を施し、その後、篩分処理を行って、篩下の粉状の処理原料(粉状物)と、篩上の箔状の処理原料(箔状物)とを、混合しない状態で別々に準備した。
[Example 1]
The raw material containing the waste lithium-ion batteries was subjected to a pulverization process, and then a sieving process was carried out to separately prepare the powdery treated raw material (powder material) that fell under the sieve and the foil-like treated raw material (foil material) that fell over the sieve without mixing them.

熔融炉として三相交流式電気炉の一つであるサブマージドアーク炉を用いて、原料に対して還元熔融処理を行った。 The raw materials were subjected to reduction melting treatment using a submerged arc furnace, a type of three-phase AC electric furnace, as the melting furnace.

具体的には、先ず、予熱操業として、電気炉内に1時間あたり合計30kg(粉状の処理原料24kg、箔状の処理原料6kg)の装入速度で3時間に亘って原料を装入し(原料装入計90kg)、還元熔融処理に付した。原料装入においては、初めに、合計30kgの原料のうち6kgの箔状の処理原料と24kgの粉状の処理原料を装入し、この上にカーボン粉1kgを装入したあと、通電を開始した。湯溜まりの生成を確認した後、旋回式の炉蓋を閉じ、次に、箔状の処理原料と粉状の処理原料とを電極側方に設けられている装入口から装入した。これを3時間に亘って繰り返し行いながら還元熔融処理を施した。その後、炉体に熱を付けつつ、得られた還元熔融物をスラグとメタルとに分離するために21時間に亘って保持した。 Specifically, as a preheating operation, raw materials were first charged into the electric furnace at a rate of 30 kg per hour (24 kg of powdered raw materials and 6 kg of foil-like raw materials) for three hours (total raw material charge: 90 kg), and then subjected to reducing melting treatment. For raw material charging, 6 kg of foil-like raw materials and 24 kg of powder-like raw materials were first charged out of the total 30 kg of raw materials, followed by 1 kg of carbon powder, and then electricity was turned on. After confirming the formation of a molten metal pool, the swivel furnace lid was closed, and then the foil-like raw materials and powder-like raw materials were charged through the charging port located on the side of the electrode. This process was repeated for three hours to perform the reducing melting treatment. The furnace body was then heated, and the resulting reduced melt was held for 21 hours to separate the slag and metal.

この後は、定常操業として、1時間あたり30kgの原料装入を3時間、次に9時間の保持時間、さらにその後、1時間あたり30kgの原料装入を3時間、次に9時間の保持時間、を繰り返し、これを計6回行い、原料の装入と還元熔融の処理を行った。このような操業によって生成した熔融メタルを、48時間経過後から、1回/日の頻度、60kg/回の割合でメタルホールからタッピングにより排出した。また、生成した熔融スラグについては、1回/16時間の頻度、60kg/回の割合で電気炉を傾転することにより排出した。 After this, steady-state operation consisted of charging 30 kg of raw materials per hour for three hours, followed by a nine-hour hold period, followed by another three-hour charge of 30 kg of raw materials per hour, followed by a nine-hour hold period. This was repeated six times in total, with the raw materials being charged and the reduction melting process carried out. After 48 hours had passed, the molten metal produced by this operation was tapped out of the metal hole at a rate of 60 kg per tap, once per day. The molten slag produced was also discharged by tilting the electric furnace at a rate of 60 kg per tap, once every 16 hours.

スラグの排出を最後に行った後、計72時間の操業を終了した。 After the final slag discharge, a total of 72 hours of operation was completed.

操業を終了して電気炉を冷却した後、電気炉の炉底に、固化メタル層(層厚40mm)と、その固化メタル層の上に固化スラグ層(層厚70mm)が形成されていることを確認した。次の操業を開始するにあたり、固化メタル層と固化スラグ層のうち、固化スラグ層の一部(約50%)をブレーカーにより取り除いた後、上述の予熱操業を開始した。 After the operation was completed and the electric furnace was cooled, it was confirmed that a solidified metal layer (40 mm thick) had formed at the bottom of the electric furnace, with a solidified slag layer (70 mm thick) on top of that solidified metal layer. Before the next operation could begin, a portion of the solidified slag layer (approximately 50%) was removed using a breaker, and the preheating operation described above was then initiated.

予熱操業では、原料装入量計90kgとして電気炉内に原料を装入し、固化スラグ層に原料が熔融して新しく生成する熔融スラグが接触できるようにした。このような原料装入と還元熔融処理により、原料が熔融して生成した熔融メタルを、固化スラグ層を取り除くことで露出した固化メタル層に接触させ、固化メタル層を熔解させた。また、同じタイミングで、生成した熔融スラグを固化スラグ層に接触させ、固化スラグ層を熔解させた。 During preheating, a total of 90 kg of raw materials were charged into the electric furnace, allowing the raw materials to melt and come into contact with the solidified slag layer, creating new molten slag. Through this raw material charging and reduction melting process, the molten metal created by the raw materials melting was brought into contact with the solidified metal layer exposed by removing the solidified slag layer, melting the solidified metal layer. At the same time, the newly created molten slag was brought into contact with the solidified slag layer, melting it.

なお、上述した予熱操業の後に、炉底に設けた温度計の測定値が220℃から250℃まで上昇するのを確認した。また、電気炉上部から炉底まで検尺棒を挿入し、固化スラグ層及び固化メタル層が熔解できていることを確認した。それに基づき、定常操業に移行した。 Furthermore, after the above-mentioned preheating operation, the temperature reading on the thermometer installed at the bottom of the furnace was confirmed to have risen from 220°C to 250°C. A measuring rod was also inserted from the top of the electric furnace to the bottom of the furnace, and it was confirmed that the solidified slag layer and solidified metal layer had melted. Based on this, the furnace transitioned to regular operation.

[比較例1]
比較例1では、形成された固化スラグ層を取り除かずに、予備操業を再開したことを除き、実施例1と同様にして行った。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out, except that the formed solidified slag layer was not removed and the preliminary operation was resumed.

その結果、予熱操業後に、電気炉上部から検尺棒を挿入したが、炉底からおよそ110mmのところまでしか届かず、固化スラグ層及び固化メタル層がそのまま残存していることが推定された。そのため、原料から新しく得られるメタルを排出することができず、操業を停止した。 As a result, after preheating, a measuring rod was inserted from the top of the electric furnace, but it only reached approximately 110 mm from the bottom of the furnace, and it was estimated that the solidified slag and solidified metal layers remained. As a result, it was not possible to remove the newly obtained metal from the raw materials, and operations were halted.

Claims (5)

電極を備えた電気炉の操業方法であって、
前回の操業終了から炉底に付着生成した固化メタル層と、該固化メタル層の上に生成した固化スラグ層とのうち、少なくとも該固化スラグ層の一部を取り除いて下層の固化メタル層を露出させ、
その後、電気炉内に原料を装入して、該原料が熔融して生成する熔融メタルと、露出した前記固化メタル層とを接触させる、
電気炉の操業方法。
A method for operating an electric furnace equipped with electrodes, comprising:
At least a portion of the solidified slag layer formed on the bottom of the furnace after the end of the previous operation and the solidified metal layer formed on the solidified slag layer is removed to expose the underlying solidified metal layer;
Thereafter, raw materials are charged into an electric furnace, and the raw materials are melted to produce molten metal, which is brought into contact with the exposed solidified metal layer.
How to operate an electric furnace.
前記固化スラグ層の一部を取り除いた後に残る固化スラグ層に、電気炉内に装入した原料が熔融して生成する熔融スラグが接するように、該原料の装入量を調整する、
請求項1に記載の電気炉の操業方法。
The amount of raw materials charged into the electric furnace is adjusted so that the molten slag produced by melting the raw materials is in contact with the solidified slag layer remaining after removing a portion of the solidified slag layer.
The method for operating an electric furnace according to claim 1.
前記固化スラグ層及び前記固化メタル層が熔解し、それぞれ熔融状態になったことを、前記電気炉の炉底構造物に設けられる温度計の測定値に基づいて判断する、
請求項1又は2に記載の電気炉の操業方法。
It is determined that the solidified slag layer and the solidified metal layer have melted and become molten based on the measurement values of thermometers installed in the hearth structure of the electric furnace.
3. The method for operating an electric furnace according to claim 1 or 2.
前記原料は、廃リチウムイオン電池を含む、
請求項1乃至3のいずれかに記載の電気炉の操業方法。
The raw material includes waste lithium-ion batteries.
4. The method for operating an electric furnace according to claim 1.
前記電気炉は、三相交流式の電気炉である、
請求項1乃至4のいずれかに記載の電気炉の操業方法。
The electric furnace is a three-phase AC electric furnace.
5. The method for operating an electric furnace according to claim 1.
JP2022036272A 2022-03-09 2022-03-09 Electric furnace operation method Active JP7760942B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022036272A JP7760942B2 (en) 2022-03-09 2022-03-09 Electric furnace operation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022036272A JP7760942B2 (en) 2022-03-09 2022-03-09 Electric furnace operation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023131482A JP2023131482A (en) 2023-09-22
JP7760942B2 true JP7760942B2 (en) 2025-10-28

Family

ID=88064783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022036272A Active JP7760942B2 (en) 2022-03-09 2022-03-09 Electric furnace operation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7760942B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016199773A (en) 2015-04-07 2016-12-01 株式会社日向製錬所 Electric furnace with adjusted slag solidification layer thickness and metal smelting method using the same
JP2019039045A (en) 2017-08-25 2019-03-14 株式会社日向製錬所 Method of charging auxiliary materials into electric furnace
JP2020193363A (en) 2019-05-28 2020-12-03 株式会社日向製錬所 Method for preventing ferronickel cast piece from blackening, and method for producing ferronickel cast piece
WO2022019172A1 (en) 2020-07-21 2022-01-27 住友金属鉱山株式会社 Method for recovering valuable metal
JP2023028122A (en) 2021-08-18 2023-03-03 住友金属鉱山株式会社 Manufacturing method of valuable metal
JP2023122149A (en) 2022-02-22 2023-09-01 住友金属鉱山株式会社 Method for producing valuable metal

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4916615A (en) * 1972-06-08 1974-02-14

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016199773A (en) 2015-04-07 2016-12-01 株式会社日向製錬所 Electric furnace with adjusted slag solidification layer thickness and metal smelting method using the same
JP2019039045A (en) 2017-08-25 2019-03-14 株式会社日向製錬所 Method of charging auxiliary materials into electric furnace
JP2020193363A (en) 2019-05-28 2020-12-03 株式会社日向製錬所 Method for preventing ferronickel cast piece from blackening, and method for producing ferronickel cast piece
WO2022019172A1 (en) 2020-07-21 2022-01-27 住友金属鉱山株式会社 Method for recovering valuable metal
JP2023028122A (en) 2021-08-18 2023-03-03 住友金属鉱山株式会社 Manufacturing method of valuable metal
JP2023122149A (en) 2022-02-22 2023-09-01 住友金属鉱山株式会社 Method for producing valuable metal

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023131482A (en) 2023-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7322687B2 (en) Valuable metal recovery method from waste batteries
CN109112319B (en) Slag for nuclear-grade stainless steel electroslag remelting and method for electroslag remelting by using slag
JP5857572B2 (en) Valuable metal recovery method
KR20230015444A (en) How to recover valuable metals
CN104120261A (en) Method for manufacturing immiscible alloy ingot casting in aluminothermic reduction-slag refining mode
CN104120262A (en) Method for preparing CuCr alloy ingot through aluminothermic reduction-slag refining
CN107532317A (en) Produce the method for aluminium-scandium alloy and implement the reactor of this method
JP7006739B1 (en) Alloy powder and its manufacturing method, and recovery method of valuable metal
CN101851706B (en) Method for removing inclusions from copper and chrome alloy by vacuum melting
JP7760942B2 (en) Electric furnace operation method
CN102041395A (en) Electroslag remelting arc initiator and arcing method thereof
JP4263366B2 (en) Method and apparatus for melting rare earth magnet scrap
US20240200873A1 (en) Electric furnace and method for producing valuable metal
JP7400333B2 (en) How to recover valuable metals
JP2023092074A (en) Valuable metal manufacturing method
JP2024179684A (en) Methods for producing valuable metals
JP6477349B2 (en) Nickel oxide ore smelting method
JP2023028122A (en) Manufacturing method of valuable metal
JP2023131572A (en) How to operate an electric furnace
JP6428528B2 (en) Nickel oxide ore smelting method
JP2022149713A (en) Production method of valuable metal, and induction furnace
CN116240387A (en) An arc starting method for slab electroslag furnace
JP6455359B2 (en) Nickel oxide ore smelting method
JP2024158388A (en) Methods for producing valuable metals
JP2023108902A (en) Electric furnace operation method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20241119

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250903

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250916

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250929

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7760942

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150