JPH01283312A - 含鉄冷材の溶解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は含鉄冷材の溶解方法に関するものである。

（従来の技術） 特開昭６０−１７４８１２号公報で、種湯の存在する転
炉内に含鉄冷材、炭材、酸素を供給し、含鉄冷材を溶解
し高炭素溶融鉄を得る第１工程と、上記高炭素溶融鉄を
原料として別の転炉で酸素吹錬し所要の温度、成分の溶
鋼を得る第２工程よりなる転炉製鋼方法は知られている
。

上記第１工程の上記溶融鉄の温度は、溶解過程の耐火物
溶損を抑制する上で１４５０℃以下が好ましく、含鉄冷
利溶解完了時の溶融鉄の温度が１４５０℃以下の場合、
第２工程での熱源確保の点から（Ｃ）は３．０％以上、
好ましくは３．５％以上を必要とする。

上記転炉製鋼方法における第１工程として採用できる含
鉄冷材の溶解方法が、特公昭５６−８０８５号公報で知
られている。同公報に開示されている含鉄冷材の溶解方
法は、第１図に示すように上吹酸素ランス１４を有する
と共に炉底に第２図、第３図に示す如き構造の三重管ノ
ズル上を有する転炉１５を用い、溶銑等の溶融鉄１６の
存在する上記転炉１５内にスクラップ、海綿鉄、ペレッ
ト固形銑鉄、鉄鉱石等の含鉄冷材１７を供給し、第２図
、第３図の三重管ノズル上の内管２より窒素ガス等の非
酸化性ガスで石炭粉、コークス粉等の炭材を、中管３よ
り酸素を、外管４よりＬＰＧ等の冷却用非酸化性ガスを
吹き込み、炭材を浴中に溶解させ浴中炭素を１次燃焼（
Ｃ＋　（１／２）Ｏ□→Ｃｏ）させると共に上記上吹酸
素ランス１４より酸素を供給し、上記−酸化炭素を２次
燃焼（Ｃｏ　＋（１／２）　０□→Ｃ０２）させて浴に
熱を供給し含鉄冷材を溶解して溶融鉄を得るものである
。

なお、第２図、第３図において、７は内管２の外周に等
間隔で内管軸方向に延設した突起部で、その外面は中管
３内面と接触して間隙５を形成している。８は中管３の
外周に等間隔で中管軸方向に延設した突起部で、その外
面は外管４内面と接触して間隙６を形成している。９は
炉体鉄皮、１０は炉体内張耐火物である。

上記含鉄冷材の溶解方法において、２次燃焼は重要であ
り、含鉄冷材例えばスチールスクラップの溶解方法にお
ける炭材原単位、酸素原単位は、第４図に示す如く２次
燃焼率で決り、２次燃焼率が高ければ高い程少ない炭材
、炭素原単位で含鉄冷材を溶解することができる。

上記特公昭５６−８０８５号公報によると、上記酸素上
吹ランス１４の高さを湯面上２ｍ以上とし、上吹酸素を
湯面上２ｍ以上の高さからフリージェットで供給すると
共に底吹酸素比率を２０〜８０％（上吹酸素比率を８０
〜２０％）とすることにより、高い２次燃焼率を得ると
され、底吹酸素比率２０％未満ではスラグがホーミング
し、湯面上のフリージェットを形成する空間が減少して
高い２次燃焼率を得ることができないとされている。

上記底吹酸素比率は、設備的にも操業コスト的にも重要
であり、底吹酸素比率が低い程、底吹設備も簡単（ノズ
ル本数の減少）となり底吹設備費も安く、底吹酸素量に
応じたＬＰＧ等の冷却用非酸化性ガス、非溶解時の酸素
ノズル閉塞防止のために供給するＮ２やＡｒ等の保護ガ
スも底吹酸素比率が小さくなる程少なくなり操業コスト
も低下する。

また−船釣に炉底耐火物は浴の攪拌力が大きい程、溶損
しやすくなるので炉底耐火物溶損防止のためにも底吹酸
素比率は低い方が望ましい。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、前記従来法よりも低い底吹酸素比率で従来法
と同等の２次燃焼率を確保し、従来法と同等の炭材、酸
素原単位で含鉄冷材を溶解し、かつ従来法に比べて底吹
設備費、冷却用非酸化性ガス、保護ガス使用量、炉底耐
火物損耗速度を低減することができる含鉄冷材の溶解方
法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、次の通りである。

上吹酸素ランスを存すると共に炉底に三重管ノズルを有
する転炉を用い、溶融鉄の存在する上記転炉内に含鉄冷
材を供給し、上記三重管ノズルの内管より非酸化性ガス
と共に炭材、中管より酸素を、外管より冷却用非酸化性
ガスを吹き込むと共に上記上吹酸素ランスより酸素を供
給し含鉄冷材を溶解し溶融鉄を得る含鉄冷材の溶解方法
において、上記溶解過程における上記溶融鉄の温度を１
４５０℃以下、［Ｃ）を３％以上に維持し、上記底吹酸
素比率を上底吹全酸素量の１０％以上。

２０％未満とすると共に上記底吹酸素が捩じれを付与さ
れて三重管ノズルを離れ、そして溶融鉄浴中に入るよう
にすることを特徴とする含鉄冷材の溶解方法。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明者等は、第２図、第３図に示す三重管ノズル上を
炉底に有し、第１図に示す如く上吹酸素ランス１４を有
する転炉１５内の、１３８０〜１４００”Ｃ（Ｃ）３．
０〜３．５％の溶融鉄７０を中に３０ｔのスクラップ、
造滓材として生石灰１．５ｔを装入して、（Ｃ）３．７
％以上、温度１４００〜１４５０℃の溶融鉄約１００ｔ
を製造するに当たり、底吹酸素比率を１５〜３０％（上
吹酸素比率７０〜８５％）に変更（ノズル１本当たりの
酸素供給速度を底吹酸素比率５％に固定して、ノズルの
炉底設置本数を変更）して溶解期間の２次燃焼率を排ガ
ス分析により測定した。

なお送酸速度は１３０００〜２０００　ＯＮｍ”／ｈｒ
であり、炭材としては微粉の無煙炭を酸素単位容積当た
り１．４　Ｋｇ／Ｎｍ３の設定速度で吹き込んだ。この
時の目標２次燃焼率は３０％であり、上吹酸素ランス１
４のランス高さを調節して目標値に制御した。２次燃焼
率が目標値に達しない場合には浴中〔Ｃ〕が低下するの
で、その補償のため設定値より炭材吹込速度を高めて溶
融鉄中の（Ｃ’ｌを３．０〜３．５％に維持した。また
溶融鉄の温度はスクラップ装入と同時に低下し、溶解が
進むにつれて上昇し、最終的に１４００〜１４５０℃に
昇温しで溶解を終えた。２次燃焼率の変化の例を第５図
に示す。酸素底吹比率３０％のケースでは、全期間にわ
たって２次燃焼率は３０％前後を安定して維持するが、
２０％になるとその変動が大きく、１５％では特に溶解
期間の前半において２次燃焼率は目標値まで上昇しなか
った。酸素底吹比率３０％のような高２次燃焼率が安定
して得られた場合を○印、やや不安定な場合をΔ印、高
２次燃焼率が得られなかった場合を×印として上記試験
結果を図示すると、第７図の破線のようになった。

底吹酸素比率２０％未満では高２次燃焼率が得られない
原因を調査した結果、炭材が底吹きされて鉄浴中を浮上
する間に鉄浴中に溶解しきれず浴面上に浮上し、これが
排ガスと共に炉内に上昇し、例えば第（１）弐の反応に
従って燃焼したＣＯｚがＣＯに還元され吸熱反応を起こ
し、２次燃焼率（ＣＯ□／（ＣＯ＋Ｃ０２））が低下す
ることがわかった。

Ｃ０２＋〈Ｃ〉炭材−２ＣＯ（１） このように底吹酸素比率２０％未満では炭材を鉄浴中で
完全溶解させることができず２次燃焼率が低下すること
がわかったので、本発明者等は底吹酸素比率２０％未満
で炭材を完全に溶解させる方法について鋭意検討し、底
吹酸素が捩じれを付与されて三重管ノズルを離れ、そし
て温度１４５０℃以下、〔Ｃａ２．０％以上の溶融鉄浴
中に入るようにしたものである。

第９図、第１０図は、底吹酸素が捩じれを付与されて三
重管ノズルを離れ、そして溶融鉄浴中に入るようにした
三重管ノズルの一実施例を示したものであり、この三重
管ノスル■は、第２図。

第３図に示した従来の三重管ノズル１の内管２の外周に
等間隔で内管軸方向に設けられ、その外面が中管３の内
面に接触する突起部７を内管軸方向に螺旋状にすること
により、ノズルの内管２と中管３の間隙５に螺旋状案内
要素１２を設けて、内管２と中管３の隙間５から溶融鉄
浴中に吹き込む酸素に捩じれを与えるようにしたもので
ある。

上記螺旋状案内要素１２の捩れ角度α（垂直方向の傾き
角度）は、角度αが大きくなりすぎると圧損が大きくな
り角度αが小さくなりすぎると酸素の分散領域が小さく
なるので、１０〜４０°とするのが望ましい。

第９図、第１０図に示す三重管ノズル■を炉底に有し、
第１図に示す如く上吹酸素ランス１４を有する転炉１５
内の、１３９０〜１４２０℃１〔Ｃａ２．２〜３．６％
の溶融鉄７０を中にスクラップ３０ｔ、造滓材として生
石灰１．５ｔを挿入し、１４００〜１４５０℃１ＣＣ）
３．７％以上の溶融鉄約１００ｔを製造するに当たり、
底吹酸素比率を５〜２０％（上吹酸素比率９５〜８０％
）に変更（ノズル１本当たりの酸素供給速度を底吹酸素
比率５％に固定して、ノズルの炉底設置本数を変更）し
て、溶解期間の２次燃焼率の挙動を調査した。なお送酸
速度は１３０００〜２０００ＯＮｍ３／　ｈｒであり、
炭材としては微粉の無煙炭を酸素単位容積当たり１．４
ｋｇ／Ｎｍ”の設定速度で吹き込んだ。この時の目標２
次燃焼率は３０％であり、上吹酸素ランス１４のランス
高さを調節して目標値に制御した。２次燃焼率が目標値
に達しない場合には浴中〔Ｃ〕が低下するので、その補
償のため設定値より炭材吹込速度を高めて溶融鉄中の（
Ｃ）を３．０〜３．５％に維持した。

また溶融鉄の温度はスクラップ装入と同時に低下し、溶
解が進むにつれて上昇し、最終的に１４００〜１４５０
’Ｃに昇温しで溶解を終えた。２次燃焼率の変化の例を
第６図に、また第７図に実線で２次燃焼率の安定性評価
と底吹酸素比率の関係を示す。

第６図と第５図を比較すれば明らかなように第９図、第
１０図の三重管ノズル且（以下、スパイラル三重管ノズ
ルという）を使用する底吹酸素比率１５％（１０％）の
２次燃焼率は第２図、第３図の三重管ノズル上（以下、
ストレート三重管ノズルという）を使用する底吹酸素比
率３０％（２０％）の２次燃焼率と路間等のパターンと
なっている。

第６図に溶解中に溶融鉄の〔Ｃ〕を３．０％未満にした
場合の２次燃焼率の推移を破線で併記したが、〔Ｃ〕が
３．０％未満になった時点（溶解時間１０分の時点）で
溶融スラグのホーミング現象が炉口より認められ２次燃
焼率が急激に低下し、数分後（５分後）スロッピングに
より操業を中止した。その時の溶融鉄の（Ｃ）は２．７
％に低下していた。

第８図は前記底吹酸素比率５〜３０％における溶融鉄の
（Ｃ）濃度とスロッピング発生頻度との関係を示したも
のであり、溶融鉄（Ｃ）が３．０％未満でスロッピング
が発生し、その発生頻度が溶融鉄の（Ｃ）の低下に従っ
て増加する。溶解過程において溶融鉄の〔Ｃ〕が３．０
％を切るとスラグホーミングを起こすのは、〔Ｃ〕が３
．０％を切るとスラグ中のＰｅＯが増加し、これがスラ
グ−メタル界面での（Ｆｅｄ）　＋　（Ｃ）　＝ＦｅＰ
ｅＯの反応によりＣＯ気胞を多数発生させると共にホー
ミングを起こし易い性状となるためと考えられる。また
スラグがホーミングすると２次燃焼率が低下するのは、
酸素上吹きランスから供給された酸素によってフリージ
ェットが形成されるが、特公昭５６−８０８５号公報で
いわれているようにホーミングによって溶融鉄浴面上の
フリージェットを形成する空間が減少するためと考えら
れる。

第５図〜第８図から明らかなように底吹酸素比率２０％
未満、１０％以上では、底吹酸素が捩じれを付与されて
三重管ノズル１３を離れ、そして溶融鉄浴中に入るよう
にすること、溶融鉄中の〔Ｃ〕を３．０％以上に維持す
ることによって、スラグホーミングもなく溶解期間に亙
って従来法と同程度の高位でかつ安定した２次燃焼率が
得られこのように本発明では酸素底吹比率２０％未満、
１０％以上の低底吹酸素比率であっても、溶解初期の２
次燃焼率の低下及び不安定挙動が解消され、従来法と同
程度の高位でかつ安定した２次燃焼率が得られるメカニ
ズムは、次のように考えられる。

底吹酸素が捩じれを付与されて三重管ノズル１３を離れ
、そして溶融鉄浴中に入るようにしたので、第１１図の
模式図に示す如〈従来の底吹酸素が捩じれを付与される
ことなく離れる三重管ノズル上に比べ底吹酸素ガスの浴
中への分散領域１８が広くなる。炭材が浴中に迅速溶解
する条件は、温度が高く、まわりの〔Ｃ〕が低い方が望
ましい。

酸素の分散領域が広がることによって炭材の浮上中の溶
解領域が広がる上にこの領域は酸素により脱炭され、温
度が上がり、まわりの溶融鉄に比べより低炭素高温領域
を形成するので炭材が速やかに溶解する条件を与える。

更に内管２より溶融鉄浴中に入る炭材も上記捩じれ流に
同伴され、溶融鉄浴中に均一に幅広く分散され炭材の溶
解が促進され、炭材の浴面上への浮上が防止されるため
であると考えられる。

一方従来の三重管ノズル上の場合には分散領域１９が狭
いので酸素の量を増やす必要があり底吹酸素比率２０％
以上必要となると考えられる。

また溶解過程において溶融鉄の〔Ｃ〕を３．０％以上に
維持するようにしたので、溶解過程においてスラグ２０
のホーミングが防止され、特公昭５６−８０８５号公報
でいわれているように溶融鉄浴面上のフリージェット２
１を形成する空間が十分確保されるためであると考えら
れる。

例えばスパイラル三重管ノズルを使用する底吹酸素比率
１５％（１０％）の本発明法によれば、ストレート三重
管ノズルを使用する底吹酸素比率３０％（２０％）の従
来法と同等の２次燃焼率パターンを得ることができるの
で、上記本発明法は低底吹酸素比率であっても上記従来
法と同等の酸素、炭材原単位で含鉄冷材を溶解すること
ができ、前記の如く例えば底吹酸素比率５％を確保する
三重管ノズルを使用する場合、従来法では６本（４木）
のノズルが必要とされるが、本発明法では、必要なノズ
ル本数は３本（２本）となり、底吹設備費を半減できる
。

このように必要ノズル本数が半減するので、冷却用非酸
化性ガス、保護ガスの使用量も半減することができる。

本発明法は従来法よりも底吹酸素比率が低いので、本発
明法によれば更に炉底耐火物の溶損速度も従来法よりも
低減することができる。

（実施例） 前ヒートの種湯（〔ｃ）＝３．５％、温度１３５０’Ｃ
）７０ｔが存在する転炉（上吹酸素ランス及び３個のス
パイラル三重管ノズル〔螺旋状案内要素の捩れ角度３０
−を装備〕に鋼スクラツプ３０ｔ、造滓剤として生石灰
１．５ｔを装入して鋼スクラツプ溶解を実施した。

その際、３個の３重管ノズルの内管より微粉の無煙炭を
Ｎ２ガスをキャリヤーガスとして酸素単位容積当り平均
１．４　ｋｇ／　Ｎｍ３（設定値）で吹き込み、又内管
と中管の間より全酸素量の１５％の酸素を捩れを与えて
吹込み、更に中管と外管との間よりＬＰＧを底吹酸素量
の約１０ｖｏ１％吹込んだ。尚、全通酸速度は１．６．
ＯＯＱＮｍ３／ｈｒである。

このときの目標２次燃焼率は３０％であり、」二吹酸素
ランスのランス高さを調節して目標値に制御した。

２次燃焼率が目標値に達しない場合には浴中〔Ｃ］が低
下するのでその補償のため設定値より無煙炭吹込速度を
高めて溶融鉄中の［Ｃ’ｌを３．０〜３５％に維持した
。溶解の後半は炭材吹込速度を高めて３．８％に加炭し
た。

また溶融鉄の温度は鋼スクラツプ装入と同時に低下し、
溶解が進むにつれて上昇し、最終的に］４００℃に昇温
しで溶解を終えた。

第１２図に溶解過程の２次燃焼率、炭材吹込速度、ラン
ス高さの推移を示す。

（比較例） 前ヒートの種？ＪＡ（（Ｃ）＝３．４％、温度１３８０
℃）７０ｔが存在する転炉（上吹酸素ランス及び３個の
ス１−レー１〜三重管ノズルを装備）に鋼スクラップ３
０ｔ、造滓剤として生石灰１．５Ｌを装入して溶解を実
施した。

その際、３個のストレート より微粉の無煙炭をＮ２ガスをキャリヤーガスとして酸
素単位容積当り平均１．　４　ｋｇ／Ｎｍ３で吹き込め
、又内管と中管の間より全酸素量の１５％の酸素をスト
レートに吹き込み、更に中管と外管との間よりＬＰＧを
底吹酸素量の約１０ν０１％吹き込んだ。尚、全通酸速
度は１６，　００ＯＮｍ３／ｈｒである。

このときの目標２次燃焼率は３０％であり、上吹酸素ラ
ンスのランス高さを調節して目標値に制御した。

２次燃焼率が目標値に達しない場合には浴中［Ｃ］が低
下するので、その補償のため設定値より炭材吹込速度を
高めて溶融鉄中の［Ｃ）を３．０〜３．５％に維持した
。

溶解の後半は炭材吹込速度を高めて３．８％に加炭した
。また溶融鉄の温度は鋼スクラツプ装入と同時に低下し
、溶解が進むにつれて」二昇し、最終的に１４１０℃に
昇温しで溶解を終えた。

第１３図に溶解過程の２次燃焼率、炭材吹込速度、ラン
ス高さの推移を示す。

（従来例） 前ヒートの種湯（（Ｃ〕−３．５％、温度１３７０℃）
７０ｔが存在する転炉（上吹酸素ランス及び６個のス１
〜レート三重管ノズルを装備）に鋼スクランプ３０ｔ、
造滓剤として生石灰１．５ｔを装入して鋼スクラップを
ン容解した。

その際、６個のストレート３重管ノズルの内管より微粉
の無煙炭をＮ２ガスをキャリヤーガスとして酸素単位容
積当り平均１．　４．ｋｇ　／　Ｎｍ３で吹き込み、又
内管と中管の間より全酸素量の３０％の酸素をストレー
ト りＬＰＧを底吹酸素量の約１０ｖｏ１％吹込んだ。尚、
全通酸速度は１６，　００ＯＮｍ３／ｈｒである。

このときの１１標２次燃焼率は３０％であり、上吹酸素
ランスのランス高さを調節して「１標値に制御した。

２次燃焼率が目標値に達しない場合には浴中（Ｃ）が低
下するので、その補償のため設定埴土り炭材吹込速度を
高めて溶融鉄中の（Ｃ）を３．０〜３．５％に維持した
。溶解の後半は炭材吹込速度を高めて３．９％に加炭し
た。

また溶融鉄の温度は、綱スクラップ装入と同時に低下し
、溶解が進むにつれて上昇し、最終的に１４００℃に昇
温しで溶解を終えた。

第１４図に溶解過程の２次燃焼率、炭材吹込速度、上吹
ランス高さの推移を示す。

前記実施例、比較例、従来例における平均２次燃焼率、
炭材原単位、酸素原単位、ＬＰＧ原単位、炉底耐火物損
耗速度を下表に示す。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明法によれば従来法よりも低
い底吹酸素比率で従来法と同等の２次燃焼率を確保し、
従来法と同等の炭材、酸素原単位で含鉄合材を溶解し、
かつ従来法に比べて底吹設備費、冷却用非酸化性ガス、
保護ガス使用量、炉底耐火物損耗速度を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は含鉄合材の溶解方法の説明図、第２図。 第３図は従来法で使用する三重管ノズル（ストレート三
重管ノズル）の構造の説明図、第４図は含鉄合材の溶解
方法における２次燃焼率と炭材、酸素原単位の関係の説
明図、第５図は従来法の２次燃焼率の推移例の説明図、
第６図は本発明法の２次燃焼率の推移例の説明図、第７
図は本発明法及び従来法における底吹酸素比率と２次燃
焼率の安定性との関係の説明図、第８図は溶融鉄の（Ｃ
）濃度とスロッピング発生頻度との関係の説明図、第９
図、第１０図は本発明法で使用する三重管ノズルの一実
施例の説明図、第１１図は底吹酸素比率が２０％未満、
１０％以上の低底吹酸素比率であっても従来法と同程度
の高位でかつ安定した２次燃焼率が得られる推定メカニ
ズムの説明図である。第１２図、第１３図、第１４図は
実施例、比較例、従来例における溶解過程の２次燃焼率
、炭材吹込速度、上吹ランス高さの推移図である。 土・・・三重管ノズル（ストレート三重管ノズル）、２
・・・内管、３・・・中管、４・・・外管、５・・・間
隙、６・・・間隙、７・・・突起部、８・・・突起部、
９・・・炉体鉄皮、１０・・・炉体内張耐火物、１２・
・・螺旋状案内要素、１３　・・・三重管ノズル（スパ
イラル三重管ノズル）、１４・・・酸素上吹ランス、１
５・・・転炉、１６・・・溶融鉄、１７・・・含鉄合材
、１８・・・分散領域、１９・・・分散領域、２０・・
・スラグ、２１・・・フリージェット。 第１図 第２図 佑 第３図− 第４図 ？次燃競辛（％） 口　　Ｍ ンｌＪ ％Ｊ　　ｋ＼ 第７図 ０　　　　５　　　１０　　　　／Ｓ　　　　　２０　
　２ｊ；　　　　３０底咲比平（′／ａ） 第８図 心、’ＳＭ２ぐＳ！（−−）　ド Ｍ債實噛■ぺ 心ｒＸ訃くへ轄をＪ）ごξミ Ｎ奪＠釈蘇哀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 上吹酸素ランスを有すると共に炉底に三重管ノズルを有
   する転炉を用い、溶融鉄の存在する上記転炉内に含鉄冷
   材を供給し、上記三重管ノズルの内管より非酸化性ガス
   と共に炭材を、中管より酸素を、外管より冷却用非酸化
   性ガスを吹き込むと共に上記上吹酸素ランスより酸素を
   供給し含鉄冷材を溶解し溶融鉄を得る含鉄冷材の溶解方
   法において、上記溶解過程における上記溶融鉄の温度を
   １４５０℃以下、〔Ｃ〕を３％以上に維持し、上記底吹
   酸素比率を上底吹全酸素量の１０％以上、２０％未満と
   すると共に上記底吹酸素が捩じれを付与されて三重管ノ
   ズルを離れ、そして溶融鉄浴中に入るようにすることを
   特徴する含鉄冷材の溶解方法。