JPH0243802B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 酸素転炉内で固形金属含鉄装入材料、特に金
属スクラツプから鋼を製造するものであつて、底
部から上方へおよび転炉に装入された前記材料の
層を介して側方から燃料と酸化剤とを供給するこ
とにより固形金属含鉄装入材料を加熱して溶融
し、装入された前記材料に頂部から酸化剤を供給
し、その際、製鋼工程において含炭素および含ケ
イ素熱担体を添加する間に生成溶融物を精錬する
ことから成る製鋼方法において、酸化剤の側部お
よび頂部からの供給を同時に中断し、他方底部か
らのその供給を減少させているときの精錬中に含
ケイ素熱担体を溶融物に添加することを特徴とす
る、製鋼方法。 ２ 装入材料１トンあたり酸素75〜85m³相当量の
酸化剤を用いた後に含ケイ素熱担体を添加する、
請求の範囲第１項記載の製鋼方法。 ３ 装入材料１トンあたり酸素約１〜２m³相当量
に酸化剤の底部供給を低減させる、請求の範囲第
１項または第２項記載の製鋼方法。 ４ 装入材料１トンあたりケイ素３〜10Kgを導入
させる量で含ケイ素熱担体を添加する、請求の範
囲第１項、第２項または第３項記載の製鋼方法。 ５ 鉱石ばい焼装置の廃棄物を含ケイ素熱担体と
して用いる、請求の範囲第１項、第２項、第３
項、または第４項記載の製鋼方法。 ６ 石炭燃焼蒸気発生装置の灰−スラグ廃物から
のフエロシリコンを含ケイ素熱担体として用い
る、請求の範囲第１項、第２項、第３項、または
第４項記載の製鋼方法。 発明の分野 本発明は、治金に関し、より詳細には製鋼方法
に関する。 背景技術 本発明は、酸素製鋼転炉内で含鉄固形装入物か
ら鋼を製造することに応用することができる。含
鉄装入物には、スクラツプ（金属スクラツプ、圧
延切り捨て屑、製鉄業からの金属廃棄物など）、
金属化ペレツト、およびスポンジ鉄がある。 金属装入物を用いて、転炉内で鋼を製造する方
法は既に知られている。 この方法において、転炉には、酸素供給用の内
管と液体または気体の炭化水素の搬送用の外管と
の管内管構造になつている底部羽口および側部羽
口が設けられている。この方法は次のように実施
される。 第一に、転炉にスクラツプ、スポンジ鉄、固形
銑鉄および他の固形含鉄材料を装入する。酸化性
気体中で液体または気体の炭化水素質材料を次の
反応に従つて完全燃焼させて、この固形装入物を
1000〜1200℃の温度に予備加熱する。 CH₄＋20₂CO₂＋H₂O (1) CH₄＋１／２O₂CO＋2H₂＋8530Kcal／Kg (2) CO＋１／２O₂CO₂＋67780Kcal／Kg・mol (3) 2H₂＋O₂2H₂O＋115600Kcal (4) 次の反応が酸化性雰囲気で進行する。 Fe＋１／２O₂FeO＋65120Kcal／Kg・mol (5) Fe＋CO₂FeO＋CO−2380Kcal／Kg・mol (6) Fe＋H₂OFeO＋H₂＋7870Kcal／Kg・mol (7) 燃焼の生成物は、主にCO₂およびH₂O、ならび
に酸化鉄である。 溶融金属が羽口領域で形成されると、粉状炭化
水素質材料（コークスおよび石炭など）を転炉内
に装入して、加熱工程で形成された溶融物を浸炭
させる。これが起るので、炭化水素質材料の消費
は、羽口が損傷から保護される程度、すなわち、
酸素消費の10〜12％まで徐々に低減される。金属
装入物全体は、この期間の最後に溶融される。 次いで、溶融物は、溶融銑鉄の吹き込み中で実
施されるような通常の慣行にしたがつて精錬され
る。 浴の加熱は最後に述べた反応からの反応熱によ
つて行われて、COが煙道ガス中に多くなる。同
時に、石灰粉が酸素と共に浴中に導入されてスラ
グ浴を形成する。要求される温度に到達したと
き、ヒート（heat）を取鍋の中に注いで、その内
で金属を脱酸素および合金化し、必要に応じて、
さらに処理を施す。 転炉への粉状の炭化水素質材料の吹き込みが必
要であること、その準備および輸送が補助設備
（ミル、石炭装入および塵煙用のパイプ）の取り
付を必要とし、したがつて、余分の設備投資を必
要とする。上記の方法の別の欠陥は、転炉に装入
されるスクラツプの予備加熱工程での鉄の酸化に
よる鉄のかなりのむだがあることである。酸化鉄
が第一のスラグの底部を形成し、浴に導入された
粉状のコークスまたは石灰の炭化水素と、次の直
接還元反応にしたがつて、かなり相互に作用しあ
う。 （FeO）＋Ｃ＝〔Fe〕＋｛CO｝ −38400Kcal／Kg・mol (8) この反応は多量の熱消費を要する。この反応が
進行すると、金属スクラツプの完全な溶融を確保
するに必要な熱の不足のために粉状炭化水素質材
料を装入するに要する時間が長くなる。同時に、
鉄の酸化が酸素吹き込み中に主に起るので、酸化
鉄が断えずスラグ中に入り込む。 上記の欠点は、塊状の炭化水素燃料（コークス
または石炭）を使用することにより、部分的に取
り除くことができる。金属スクラツプと共に装入
された固形燃料は、反応(1)〜(4)によつて発生した
熱とともに、次の反応(9)の反応熱によつて装入物
の加熱を確保する。 Ｃ＋｛O₂｝＝CO₂＋94200Kcal／Kg・mol (9) さらに、金属スクラツプと接触する固形炭化水
素質燃料の存在が、浸炭による装入物の融点の低
下のために迅速な溶融を促進する。それにも拘ら
ず、装入物が直接還元反応(8)中で完全に溶融され
る段階の時間は、ヒートを固形燃料に作用させる
けれども、同様に長くなる。これは、装入物１ト
ンあたり40〜50から70〜80m³の酸素を消費しかつ
1520〜1570℃までの温度に上げる際、温度は前の
期間よりもゆつくり上昇する。同時に、スラグの
酸化率は、入り込む酸化鉄の量とともに増大す
る。これは、酸化による鉄の高損失および酸素の
高流量となる。したがつて、ヒートの熱バランス
を改良するために、シリコンおよびアルミニウム
などの追加的熱担体が、直接還元反応(8)を防止
し、したがつて、望ましくない熱損失を防止する
ために用いられるべきである。 固形含鉄材料を用いて運転され、かつ混合吹き
込みを伴う酸素転炉を用いる別の製鋼方法があ
る。この際に、酸素と粉状炭化水素質材料とが金
属水準下方の浴内に同時に装入される。このよう
に製造された鋼の量は、鋼用の取鍋に供給された
ヒートの通常重量を10〜30％も超える。ヒートの
湯出しおよび取鍋への充填に際して、この余分の
金属量（ヒートの10〜30％）を転炉に残して、浸
炭を行い次いで、例えば補助取鍋中に余分の金属
を連続的に湯出しする間に、1.5％以下のケイ素
含有量の金属を得る観点から算出されて添加され
るべきケイ素量で合金化する。ケイ素含有金属を
補助取鍋から転炉内の予備加熱された固形装入物
に注ぎ入れて、新たなヒートを形成する。このよ
うに、ヒートの熱バランスをそのようにして改善
し上記方法における特有の欠点を部分的に取り除
くことが可能になる。 しかしながら、最後に述べた製鋼方法には、ま
た、補助取鍋の使用が必要であり、それにより工
場における労働生産性を低下させ、耐火材の消費
を増大させるという欠点がある。さらに、工場に
おける運転スケジユールが、新たな工程、すなわ
ち、残留金属が転炉に注がれる工場の装入区域へ
の補助取鍋の搬送工程によつて、言うに及ばず、
それにより要求される他の附随的な操作によつ
て、煩雑にされる。 発明の概要 固形金属含鉄材料を用いて、鋼の製造を補助工
程設備の使用なしに直接に酸素転炉内で行い、転
炉の生産率を高めると共に、耐火材および酸化剤
の消費量を低減する、製鋼方法が望まれている。 したがつて、本発明は、固形金属含鉄装入材
料、特に金属スクラツプを酸素転炉内で用いて鋼
を製造する方法であつて、底部から上方へおよび
転炉に装入された前記材料の層を介して側方から
燃料と酸化剤とを供給することにより前記固形金
属含鉄装入材料を加熱して溶融し、装入された前
記材料に頂部から酸化剤を供給し、その際、製鋼
工程において含炭素および含ケイ素熱担体を添加
する間に生成溶融物を精錬することからなり、本
発明に従つて、酸化剤の側部および頂部からの供
給を同時に中断し他方底部からのその供給を低減
しているときの精錬中に含ケイ素熱担体を溶融物
に添加する、製鋼方法である。 含ケイ素熱担体は、好ましくは、固形金属含鉄
装入材料１トンあたり酸素75〜85m³相当量の酸化
剤が消費された後に、添加される。 酸化剤の底部供給は、好ましくは、固形金属含
鉄装入材料１トンあたり酸素約１〜２m³相当量に
低減される。 含ケイ素熱担体は、好ましくは、固形金属含鉄
装入材料１トンあたりケイ素３〜10Kgが装入され
る量で添加される。 標準的なフエロシリコンに加えて、含ケイ素熱
担体として、好ましくは、鉱石ばい焼装置からの
廃棄物や石炭燃焼水蒸気発生装置の灰−スラグ廃
物から分離されたフエロシリコンが用いられる。

【図面の簡単な説明】

単なる例示のために、添附図面を参照しつつ、
本発明を説明する。この図面は金属装入物１トン
あたりの酸素流量の関数として転炉内の金属装入
物温度を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 製鋼方法は、次の操作手順で実施される。 金属スクラツプなどの含鉄装入材料および歴青
炭などの固形炭化水素質燃料を、金属装入物１ト
ンあたり約50.0〜80.0Kg量だけ転炉に供給する。
次いで、底部羽口および側部羽口より、底部から
上方におよび転炉装入材料の層を介して側方か
ら、燃料および酸化剤を供給する。さらに、酸化
剤を頂部羽口から装入する。金属装入物１トンあ
たり酸素約40〜50m³を用いた後に平均して1100〜
1300℃に転炉の浴を加熱する。次いで、装入物が
溶融し始める。 初期に、溶融金属が側部羽口の作用帯域で形成
される。この時点で正確には、最初のフエリフエ
ロスラグが生成しはじめる。次いで、粉炭の固形
炭化水素がその最初のフエリフエロスラグと相互
に作用して鉄の直接還元反応(8)を起す。この反応
はかなりの熱消費を必要とする。浴内の未溶融ス
クラツプの存在下、鉄の直接還元反応が進行し、
浴温度の上昇度が低下する。これは、金属装入物
１トンあたりの酸素の流量ｖの関数としての転炉
内金属装入物温度ｔとして表された図面から理解
される。これは1520〜1570℃の温度に相当する領
域によつて示される。金属の温度ｔは長い時間こ
の水準に留まり、温度ｔの顕著な上昇は装入物全
体の溶融後のみ起る。図面によれば、カーブの上
昇によつて決められる装入物の完全溶融の瞬間
は、酸素流量を表すｖでｖ＝約75〜85m³／ｔの範
囲に相当する。その後、酸化吹き込み中、温度上
昇が促進する（曲線の領域ａを参照）。しかしな
がら、浴の所望温度（1600〜1650℃）に到達する
ように、酸素の追加量約20m³を供給すべきであ
る。換言すれば、酸素吹き込み操作を別に７〜８
分取る。 転炉で処理されるスクラツプの熱的性質に応じ
て、その溶融がより速くまたはより遅く進行す
る。重いスクラツプを用いると、温度上昇はゆる
やかなカーブにより示される。図面によれば、完
全な溶融の瞬間は酸素流量ｖ＝85m³／ｔ（点１）
に相当する。軽いスクラツプでは、より少ない溶
融用消費電力、したがつて、より少量の酸素を必
要とするにすぎない。図面から理解されるよう
に、約75m³／分の酸素がこのケースでは必要とな
る（点２） 生産速度を高めるために、追加の含ケイ素熱担
体を装入する時期を適時に変え、その結果、熱担
体が転炉に装入される時期（すなわち、点１と点
２との間の領域に相当する）に続いて金属スクラ
ツプが完全に溶融する。含ケイ素熱担体のそのよ
うな追加による積極的な効果は次の反応によつて
根拠付けられる。 ２（FeO）＋Si＝2Fe＋（SiO₂） ＋79500Kcal／mol (10) この反応は、直接還元反応(8)による｛CO｝の
生成とその燃焼との全体の燃焼効果と比較すれ
ば、相当に大きな発熱効果を伴つている。発熱効
果（反応(10)）のために、金属の加熱はかなり低減
し、図面から明らかなように、酸素の消費は減少
する。酸素流量ｖ＝75〜85m³／ｔ（点１と点２と
の間）に相当する吹き込み時の含ケイ素熱担体の
添加は、浴温度の上昇によつて図面から示され
る。この依存性は、カーブの水平部分の短縮によ
つて特徴づけられ、所定の温度に到達する時期
は、例えば、領域ａの点３ではなく、領域ｂの点
４に対応する。酸素供給要求量が減少するよう
に、吹き込み時間もそうである。換言すれば、生
産速度が増大する。追加の取鍋を必要としないの
で、耐火材料の好適な節約が得られる。点１と２
との到達する前に追加の熱担体の装入を行うこと
もできるが、浴中の未溶融金属の存在は熱担体の
消費を増大させ、その結果、スラグの塩基度の顕
著な減少となる。装入物１トンあたり酸素約83m³
を超える量で使用した後、熱担体を添加すること
は、金属の過熱を起す。実際上、補助の含ケイ素
熱担体を添加する時期は、カーブの水平部分の通
過を保証するように、すなわち、ｖ＝80〜85m³／
ｔに選択される。 金属装入物１トンあたり３〜10Kgのケイ素、例
えば、フエロシリコンを装入すべきことが実験的
にわかつた。溶融スラグ中の石灰の固形粒子の存
在としてのフアクターを、計算によつて、考慮す
ることはできない。これらの石灰粒子は、加熱の
終りまでスラグ浴中に残留する。反応(8)の強度を
決めること、またはそれについて計算により考慮
することも不可能である。得られたデータによれ
ば、金属装入物１トンあたり３Kg未満量の追加ケ
イ素では、その補助の熱担体の働きは不十分であ
る。なぜならば、図面で示された温度上昇は限界
点を超えて伸びない。ケイ素の消費が10Kg／ｔを
超えると、スラグの塩基度は顕著に低下する。言
うまでもなく、これは、全く望ましくないことで
ある。後述するフアクターを考慮すれば、最良の
結果は、ケイ素として計算して、５〜８Kg／ｔの
補助熱担体の消費量で得られる。 含ケイ素熱担体の添加後にスラグ中を通過する
酸化第二鉄の量を減少させるために、側部および
頂部の羽口からの酸素供給を中断し、底部羽口か
ら装入される酸素流量を、金属の羽口からのオバ
ーフローを防止する程度まで低下させる。換言す
れば、酸素の流量は、毎分金属装入物１トンあた
り１〜２m³に低減させる。 鉱石ばい焼装置からの廃物、例えば、フエロシ
リコン製造から生じてCaO、MgO、Al₂O₃などの
追加的な酸化物、金属混在物（フエロシリコン）
および炭化ケイ素を含むスラグを、含ケイ素熱担
体として用いてもよい。これらの成分の含量は、
18〜25％のSi、15〜25％のFe、５〜15％のSiCの
範囲で変化する。湯垢などのアルミニウム−ケイ
素の電熱的製造の廃棄物を熱担体として使用して
もよい。このタイプの廃棄物は、30〜40％のアル
ミニウム−ケイ素、10〜12％の炭化ケイ素、アル
ミナ、フツ化物、および酸化カルシウムによつて
主に示される酸化物を含有する。鉱石ばい焼装置
の他の廃棄物に関して、灰−スラグ廃物または水
力発電所から出た粒状スラグフエロシリコンも用
いてもよい。これらは、14％以上のSi、1.5％以
下のＣ、0.4％のＳ、1.0％のＰを含有する。別の
場合、ケイ素の含量は、40〜60％程度であつても
よい。イオウおよびリンの高含有の上記の廃棄物
を、転炉スラグの比較的少ない消費、ならびに良
好な脱リンおよび脱イオウの能力の観点から、転
炉工程に使用することが妨げられない。転炉製鋼
方法において100％金属スクラツプからできた全
固形装入物を用いる場合、鉄−ケイ素−アルミニ
ウム合金などの特殊な熱担体をこの目的のために
溶融させてもよい。 本発明を、以下の例示的な例によりさらに説明
する。 例 １ 10トン組み合せ吹き込み転炉（combined−
blown converter）で製鋼に用いる装入物は、
9.8tのスクラツプ、0.5tの石灰、および0.6tの歴青
炭から成つていた。739m³になる酸素消費量、す
なわち金属装入物１トンあたり75.4m³の消費量
で、スクラツプの加熱およびその溶融に29分30秒
を要した。同時に、酸素および天然ガスを側部羽
口および底部羽口より各々20〜30m³／分および５
〜15m³／分の流量で吐出させた。その後のヒート
の温度は1565℃であつた。側部羽口からの酸素お
よび天然ガスの供給を中断し、底部羽口からの供
給を減少させた。酸素は13.5m³／分（1.4m³／
ｔ・分）の割合で供給され、天然ガスは1.5m³／
分の割合であつた。 次いで、75％フエロシリコンを転炉に80Kg量、
すなわち、ケイ素として計算して、金属装入物１
トンあたり6.1Kg量だけ供給した。底部羽口から
の酸素吹き込みをフエロシリコンの添加後２分20
秒して中断した。吹き込み完了後、金属には、
0.05％のＣ、0.04％のMn、0.022％のＳ、および
0.008％のＰが含まれていた。スラグには、20.5
％のFeO、33.0％のCaO、20.8％のSiO₂、および
残部の他の成分が含まれていた。 例 ２ 各々、9.5t、0.550t、および0.480tの金属スクラ
ツプ、石灰、および硬質炭を転炉に装入した。次
いで、酸素を783m³量、すなわち28分30秒間82.4
m³／ｔの割合で底部羽口および側部羽口より供給
し、その後溶融温度は1560℃であつた。側部羽口
からの酸素および天然ガスの供給を中断し、底部
羽口からのそれらを各々13.5m³／分および1.4
m³／分になるように減少させた。その後65Kgの75
％フエロシリコン（金属装入物１トンあたり5.0
Kgのシリコン）および20Kgの電極スクラツプを転
炉内に装入した。（1.4m³／ｔ・分の低減した割合
で供給される）酸素の吹き込みを１分40秒後に中
断した。精錬後、０〜0.04％のＣ、0.03％のMn、
0.026％のＳ、0.007％のＰを含有する金属は、
1600℃の温度であつた。スラグは16.4％のFeO、
35.3％のCaO、22.7％のSiO₂、および残部の他の
成分を含有していた。取鍋中の溶融金属の重量は
8.8tであつた。 例 ３ 転炉内に積まれた装入物は、10.1t金属、0.650t
の石灰、および0.550tの硬質炭からなつていた。
装入物の加熱および溶融には856m³の酸素を要し、
84.7m³／ｔの割合で流れた。次いで、130Kgの75
％フエロシリコン（金属装入物１トンあたりシリ
コン9.6t）および30Kgの電極スクラツプを転炉に
装入した。次いで、側部羽口よりの酸素および天
然ガスの供給を中断し、他方、底部羽口よりの酸
素流量を15m³／分（1.5m³／ｔ・分）に低下させ
た。天然ガスを1.5m³／分の流量で羽口のスリツ
トダクトより供給した。吹き込みは、１分15秒間
行われた。吹き込み期間の終りで、0.04％のＣ、
0.04％のMn、0.028％のＳおよび0.010％のＰを含
有する金属は1620℃の温度であつた。取鍋中の溶
融金属は9.5tであつた。 例 ４ 製鋼法で100％金属スクラツプが用いられた。
9.6tのスクラツプ、0.500tの石灰、および0.580tの
硬質炭粉が転炉に装入された。金属の加熱および
溶融は、83.9m³／ｔの割合（805m³の酸素が30分
30秒間で消費された）の酸素流を使用して実施し
た。約100Kgのフエロシリコンスラグを溶融物に
添加した。スラグ廃棄物には、14.7％のCaO、
18.8％のSiO₂、10.9％のAl₂O₃、45.8％の金属混
在物、および8.2％の炭化ケイ素を含んでいた。
金属混在物中のケイ素含量は約63％であつた。し
たがつて、金属装入物１トンあたり3.6Kgのケイ
素を使用した。フエロシリコン生産のスラグ廃物
を添加する場合、吹き込みは、13.5m³／分（1.4
m³／ｔ・分）の酸素流量および1.5m³／分の天然
ガス流量で実施した。吹き込み操作は１分40秒後
に中断された。その時の金属の温度は1615℃であ
つた。スラグはFeOを24.1％含有した。溶融金属
の重量は8.9tであつた。 例 ５ 100％金属スクラツプを製鋼方法に用いた。
9.7tの金属スクラツプ、0.450tの石灰、および
0.620tの硬質炭粉を転炉に装入した。加熱および
溶融が30分間83.9m³／ｔの割合の酸素流を用いて
実施され、824m³の酸素が消費された。用いられ
た含ケイ素熱担体は、34.7％のアルミニウム−ケ
イ素、12.1％の炭化ケイ素および41.8％の酸化ア
ルミニウムを含有するアルミニウム生産の湯垢で
あつた。次いで、110Kgの湯垢を溶融物に添加し、
これはケイ素に換算して４Kg／ｔの熱担体消費量
に相当した。湯垢を添加した後、側部羽口よりの
酸素および天然ガスの供給を中断し、酸素の流量
を13.5m³／分に、また、天然ガスをスリツトダク
トより1.7m³／分の割合で供給した。吹き込み操
作を１分30秒間続け、その後に転炉を傾けた。金
属（0.06％のＣ）の温度は1610℃であり、スラグ
中のFeO₂含量は20.2％であつた。取鍋中の溶融
金属は9.2tであつた。 例１〜５による工程データを下表に示す。ま
た、本発明の方法が適用されなかつたヒートの平
均特性も表に示す。 本発明による製鋼方法の技術的および経済的な
利点は明らかである。酸素の吹き込み時間は15〜
20％も短縮する。転炉における生産速度は同率で
増加する。酸素の流量は10〜20m³／ｔに低下す
る。従来方法の場合のように、取鍋への「追加」
の金属の取り出しの必要およびその後の転炉での
オバーフローがないので、耐火材の消費は、鋼１
トンあたり５〜７Kgだけ減少する。さらに、裏張
りに直接に用いられる耐火材の量も低下するよう
になる。

【表】