JPH06287621A - エネルギ−使用量の少ない鉄スクラップの溶解プロセ ス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） ［目的］ 竪型炉と転炉あるいは電気炉とを組み合わせ
て利用することにより、鉄源の大部分を鉄スクラップか
ら賄うエネルギ−使用量の少ない鉄スクラップの溶解プ
ロセスを提供する。 ［構成］ キュポラなどの竪型炉に鉄スクラップとコ−
クス等の炭材を装入して空気等を送風して鉄スクラップ
を溶解して溶銑とした後、この溶銑と別途鉄源として鉄
スクラップ等を転炉あるいは電気炉に装入して脱炭精錬
する際に、製品中の不純物元素、なかでも、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｓｎの濃度の許容値の合計と溶銑中に含まれ
る不純物元素、なかでも、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎの濃
度の合計に応じて別途鉄源として転炉あるいは電気炉内
に装入する鉄スクラップ等の配合比率および鉄源中に含
まれる不純物元素の濃度の合計を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエネルギ−使用量の少な
い鉄スクラップの溶解プロセスに係り、詳しくは、堅型
炉と製鋼用転炉あるいは電気炉の組み合わせにより、鉄
源の大部分を鉄スクラップから賄うとともに製品中の不
純物元素濃度が許容範囲に入るように鉄源を配合調整す
る経済的な溶解、精錬プロセスに係る。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄スクラップの発生量の増加に伴
い、鉄スクラップのリサイクルが環境保全や製鋼コスト
低減の観点から注目されつつある。従来、製鋼用の鉄源
としては鉄鉱石を高炉で溶融還元して得た溶銑あるいは
これを冷却、凝固させた冷銑に加えて鉄鋼材料の加工や
建築物や機械製品等の老朽化に伴い発生する鉄スクラッ
プ等がある。これらの鉄源を製鋼段階で使用するに際し
て、溶銑や冷銑の場合は鉄鉱石をベ−スとしているため
に含まれる不純物元素濃度が低く製品品質を高品位にで
きる利点を有する反面、鉄鉱石を溶融、還元するのに多
大のエネルギ−を必要とするため製銑、製鋼の各工程合
計のエネルギ−使用量が増加し経済的でないといった問
題もあった。これに対し、一般に鉄スクラップの使用は
鉄鉱石と比較して還元熱分だけエネルギ−使用量を少く
できる利点を有する反面、含まれる不純物元素濃度が高
炉銑と比較して高いため、高品質の製品の製造には適し
ていないといった問題もあった。

【０００３】従来、鉄スクラップのリサイクルに関して
は電気炉を主体とした溶解、精錬プロセスを経由して構
造用材料として再利用する方法が一般的である。また、
別の方法として転炉に鉄スクラップと高炉から得られた
溶銑を装入して鉄スクラップの溶解と精錬を行ない主に
薄鋼板の形で再利用する場合もある。

【０００４】これらの２つの方法の違いは、鉄スクラッ
プの溶解エネルギ−として電気炉法の場合は電気を使用
するのに対して転炉法においては溶銑の顕熱とコ−クス
等の炭材の酸化発熱を利用する点である。また、製造す
る製品の違いから、鉄スクラップの銘柄として電気炉法
の場合には主に老廃屑を使用するのに対して転炉法の場
合には主に不純物元素の少ない自家発生屑を使用する。

【０００５】以上の違いから、エネルギ−コストの観点
からは、電力が主に化石燃料を燃焼し蒸気を経由して電
力に変換しており、この変換効率が高々４０％と低いた
め、化石燃料を直接利用する転炉法の方が経済的であ
る。一方、鉄スクラップの使用量拡大の観点からは、発
生する鉄スクラップの大部分が老廃屑であることと製品
品質の制約上転炉法において老廃屑の使用量の増加が難
しいこともあり電気炉法が有利である。

【０００６】この点、本発明者らの知見によれば、製
銑、製鋼の各工程における鉄スクラップ中の不純物元素
濃度に応じた鉄スクラップの選択使用や高炉溶銑の配合
を適当にすることにより、工程合計のエネルギ−使用量
を要求される製品品質に応じて必要最小限とすることが
可能となることが明らかとなった。

【０００７】すなわち、製銑、製鋼の各工程において竪
型炉と転炉あるいは電気炉とを組み合わせ使用する方法
であり、具体的には、鉄スクラップをキュポラなどの竪
型炉で溶解し溶銑を得ると共に、このキュポラ銑とは別
に鉄スクラップあるいは高炉溶銑のいずれか一方若しく
は両方を転炉あるいは電気炉の冶金炉に装入し、鉄スク
ラップの溶解と精錬を行なうものである。

【０００８】なお、以下において、竪型炉としてキュポ
ラを用いる例を示すが、これ以外のものであっても、酸
化性ガスを吹込んで鉄スクラップなどを溶解できるもの
であれば、いずれの型式のものも用いることができる。

【０００９】この場合、竪型炉と転気炉との組み合わせ
使用は、電気炉へ溶銑が配合されることにより電気炉の
みを使用した場合と比較して大幅にエネルギ−コストの
低減が可能となるため、前述の電気炉の使用による不利
益を回避できることが本発明者らの検討により明らかと
なった。

【００１０】ここで、特に重要となる事項は、転炉ある
いは電気炉に装入する鉄スクラップの配合比とＣｕ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ｓｎといった不純物元素濃度の合計を製品許
容不純物元素濃度とキュポラ銑に含まれる不純物元素濃
度に応じて調節することにより、要求される製品品質を
満足しつつ、製銑、製鋼の各工程合計のエネルギ−使用
量を必要最小限にできる点である。

【００１１】一方、キュポラの如き竪型炉と転炉等の組
み合わせ使用する方法は、特公昭５７−６１０８９号公
報および特開昭５６−１２３３１０号公報において、シ
ャフト炉、キュポラ、転炉等を組み合わせる方法が開示
されている。この方法は、キュポラに装入される鉄源と
してシャフト炉から鉄鉱石を還元して得られる還元鉄を
用いるものであって積極的に鉄スクラップを使用するも
のではない。むしろ、鉄スクラップ不足に対応する技術
であり、本発明の方法と異なるばかりか前述のように鉄
スクラップの発生量が増加している近年の状況に対応で
きるものではなく、鉄源として鉄鉱石の還元による還元
鉄をベ−スとしているために、エネルギ−的に不利な方
法である。

【００１２】また、特開昭６１−８４３０９号公報には
キュポラと転炉を工程的かつ物理的に直結してくず鉄か
ら鋼を製造する方法が開示されている。この方法におい
ては、キュポラと転炉の直結により転炉排ガスをキュポ
ラ内に導入し該排ガスの顕熱や燃焼熱によりキュポラ内
のくず鉄の溶解を助長するのみならず、キュポラから得
られた溶銑と別に転炉内にくず鉄を装入して溶解、精錬
するものである。

【００１３】従って、この方法は鉄源として全てくず鉄
を使用すると共に転炉排ガスをキュポラにて熱源として
有効利用するためにエネルギ−的に非常に有利である。

【００１４】しかしながら、この方法の問題点として
は、キュポラと転炉が物理的に直結されていることに起
因してキュポラから得られる溶銑が連続的に転炉内に供
給されるために、転炉での温度成分適中が困難となるば
かりか、温度成分変動のある溶鋼が連続的に転炉内から
排出口を通じて排出されるため、転炉以降での温度、成
分適中にも影響を及ぼすと共に温度降下が大きくなり安
定した操業が実現できない。

【００１５】さらに、この方法では鉄源として全てくず
鉄を使用するために、要求される製品品質を得るには、
原料として不純物元素濃度の少ない高価なくず鉄を使用
するか、製品品質に応じてキュポラと転炉内に装入する
くず鉄の不純物元素濃度を連続的に調整する必要が生
じ、主原料コストの増加や主原料装入設備を多数設置す
ることによる設備コストの増加といった問題が発生し、
経済的な操業の実現が難しい。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を解
決することを目的とし、具体的には、竪型炉を用いて鉄
スクラップを溶解して得た溶銑を転炉あるいは電気炉に
装入して脱炭精錬する際に、前記溶銑とは別に転炉内に
スクラップあるいは高炉溶銑のいずれか一方若しくは両
方を製品品質に応じて装入することにより、合計のエネ
ルギ−コストを低減せしめ、なおかつ製品品質の低下を
許容最大限とするエネルギ−使用量の少ない経済的な鉄
スクラップの溶解プロセスを提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、堅型炉に鉄ス
クラップと炭材を装入し、炉体下方より空気等の酸化性
ガスを送風して炭材の酸化発熱により鉄スクラップを加
熱溶解して得られた溶銑とスラグを分離した後、この溶
銑と別途鉄源として鉄スクラップあるいは高炉溶銑のい
ずれか一方若しくは両方を製鋼用転炉あるいは電気炉に
装入し、酸化性ガスを用いて前記鉄スクラップの溶解な
らびに脱炭精錬をする際に、要求される製品中の不純物
元素、なかでも、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎの濃度の許容
値の合計と溶銑中に含まれる不純物元素濃度の合計に応
じて、別途鉄源として転炉内に装入する鉄スクラップあ
るいは高炉溶銑のいずれか一方若しくは両方合計の配合
比率および前記鉄源中に含まれる不純物元素濃度の合計
を調節することを特徴とするものである。

【００１８】なお、竪型炉から得られた溶銑を製鋼用転
炉あるいは電気炉に装入する以前にＣａＯ、ＣａＦ₂を
主成分とするフラックスを溶銑中に吹き込んで脱硫処理
を行なうこともできる。

【００１９】以下本発明の手段たる構成ならびにその作
用について詳しく説明する。

【００２０】製銑工程における鉄源としての鉄スクラッ
プの使用は、高炉法等のように鉄鉱石を使用する方法と
比較して還元する必要がないために溶解熱のみ供給すれ
ば良く、エネルギ−使用量が少なくて済むという意味で
有効である。加えて、製銑工程における竪型炉の使用
は、熱源（エネルギ−源）としてコ−クス等の安価な炭
材が使用できることに加え炉の特性上排ガス温度を低位
にすることが可能となるために、熱効率を向上できるの
でエネルギ−使用量、コストの両面で有利に作用する。

【００２１】また、溶銑を脱炭精錬し溶鋼を得るに際し
て、上底吹き転炉の使用は底吹きガスにより鉄浴の撹拌
を十分にできるため、鉄浴の過酸化防止による脱炭効率
の向上が可能となるのみならず、上吹きランスからの送
酸において、転炉への鉄スクラップの配合比率に応じた
ランス高さ、送酸速度の調整により排ガスの燃焼率を調
節できるので、コ−クス等の熱源を多量に添加せずとも
比較的多量の鉄スクラップの配合を可能にできるという
意味で有効である。

【００２２】加えて、電気炉の使用は少量の溶銑の配合
により大幅なエネルギ−コストの低減が可能となるのみ
ならず、前記の転炉を使用する場合と比較して比較的重
量の大きい鉄スクラップを配合した場合でも効率良く溶
解できるという意味で有効である。

【００２３】本発明の骨子となる技術は、単に竪型炉と
転炉あるいは電気炉との組み合わせにより上記の利点を
享受するのみならず、製銑、製鋼の各工程における鉄源
の大部分を鉄スクラップから供給できるとした上で、キ
ュポラから得られた溶銑、すなわち、キュポラ銑と別途
鉄源として鉄スクラップあるいは高炉溶銑のいずれか一
方若しくは両方を転炉あるいは電気炉に装入するに際し
て、別途鉄源として転炉あるいは電気炉内に装入する鉄
スクラップあるいは高炉溶銑のいずれか一方若しくは両
方合計の配合比率と鉄源中に含まれる不純物元素濃度、
すなわち、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎの濃度の合計を製品
許容不純物元素濃度以下となるように調節する。

【００２４】さらに詳細に述べると、キュポラ銑に含ま
れる不純物元素濃度を転炉あるいは電気炉装入毎に調節
することは前述の先願と同様の理由から困難を伴うた
め、キュポラ銑に含まれる不純物元素濃度を考慮して鉄
源の配合比率および鉄源中に含まれる不純物元素濃度を
製品許容不純物元素濃度以下になるように調節すること
により要求される製品品質を満足できることのみなら
ず、製品品質に応じて製銑、製鋼の各工程での鉄源選択
範囲を拡大でき、工程合計の主原料コストおよびエネル
ギ−使用量を必要最小限にできる意味で有効である。さ
らに付け加えると、鉄源選択範囲の拡大により、同一プ
ロセスにおいて許容不純物元素濃度の比較的高い一般鉄
鋼材料から許容不純物元素濃度の低い高付加価値のある
材料まで製造できるという意味で重要である。

【００２５】また、キュポラから得られた溶銑を脱硫処
理した後、転炉あるいは電気炉に装入することにより転
炉あるいは電気炉での脱硫負荷が大幅に低減できるた
め、副原料原単位を削減できるという意味で有効であ
る。

【００２６】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００２７】図１は本発明の実施例における鉄スクラッ
プの溶解、精錬プロセスのフロ−を示す模式図である。
図１の模式図に示される各装置は（ａ）溶解、（ｂ）脱
硫、（ｃ）装入、（ｄ）溶解および精錬ならびに（ｅ）
出鋼の各工程から構成されている。

【００２８】図１において装入原料の鉄スクラップ１ａ
と炭材１ｂとしてのコ−クス、更に、石灰石（図示せ
ず）をキュポラなどの竪型炉１に装入し、炉体下方に設
けた羽口２から酸化性ガスとして酸素富化空気（図示せ
ず）を送風すると共に、装入原料を溶解して連続的に溶
銑３ａを製造する。得られた溶銑３ａは出銑孔３から出
銑され、これを鍋、混銑車等の搬送容器４に収納し、必
要に応じて、脱硫工程（ｂ）で浸漬ランス５を用いて脱
硫処理を行ない脱硫後除滓する。

【００２９】次に、予め鉄スクラップ６ａを装入した製
鋼用転炉、例えば、上底吹き転炉６内に脱硫した溶銑３
ａを装入し、転炉６では底吹き羽口７ならびにランス８
によって酸素で吹錬しつつ、溶解および精錬を行なう。
脱炭が終了した時点で転炉６から取鍋９を経て、溶解６
ｂを出鋼し、次工程である２次精錬や、連続鋳造に移行
するものである。

【００３０】図１に示したプロセスフロ−の模式図に従
い、竪型炉として５ｔ／ｈの能力を有するキュポラと５
ｔ／ｃｈの上底吹き転炉を用いて鉄スクラップの溶解と
脱炭精錬を行なった。なお、この場合、溶銑Ｓ濃度が低
かったため脱Ｓ処理は行なわなかった。

【００３１】キュポラで使用した鉄スクラップはサイズ
が２５〜２００ｍｍのシュレッダ−屑であり、不純物濃
度、すなわち、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎの合計が０．４
５ｗｔ％のものである。また、熱源としてはサイズが２
５〜７５ｍｍの高炉用コ−クスを使用した。

【００３２】転炉に装入するスクラップとしては熱延鋼
板のトリミング屑とスラブの切断片を用い、この場合の
スクラップ中の不純物濃度すなわちＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、
Ｓｎの合計が０．０６ｗｔ％であった。

【００３３】操業条件としては、キュポラ銑と転炉装入
スクラップの配合比率を種々変更し、転炉装入スクラッ
プ比率を０％から８０％の範囲内とした。

【００３４】また、図２に示したように、転炉６の代り
に５ｔ／ｃｈの電気炉１０を使用し、電気炉１０におい
ては電極１１でア−ク加熱し、ランス１２で酸素吹込み
を行なった。この方法は、前記の操業と同様の手順と操
業条件に従って鉄スクラップ１ａの溶解と脱炭精錬を行
なった。

【００３５】以上の実施例における操業結果を図３に示
す。図３において、横軸は総エネルギ−原単位、縦軸は
製品中の不純物元素濃度、なかでも、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｓｎの合計の濃度であり、各々高炉、転炉法あるい
は電気炉法において鉄源として高炉溶銑を１００％使用
した場合を１として基準化した相対値である。

【００３６】図３から明らかなように、キュポラ銑の配
合比の増加、すなわち、転炉あるいは電気炉装入鉄スク
ラップの配合比の低下に従い、総エネルギ−原単位が低
下する。反面、不純物元素濃度が上昇する。従って、要
求される製品品質に応じてキュポラ銑の配合比と転炉あ
るいは電気炉装入スクラップの不純物元素濃度を調節す
ることで製品品質を確保しつつ必要最小限のエネルギ−
使用量で鋼を製造できることが明らかとなった。

【００３７】また、図３において電気炉を使用した場
合、転炉を使用した場合と比較して同一原料配合条件下
では得られる製品の不純物元素濃度はほぼ等しくエネル
ギ−原単位に関してもほぼ同じであるという結果が得ら
れた。

【００３８】更に、上底吹き転炉のほかに、これに代え
て上吹き又は底吹きの転炉を用いても同等の結果が得ら
れた。

【００３９】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明は堅
型炉に鉄スクラップとコ−クス等の炭材を装入し、炉体
下方の羽口より空気等の酸化性ガスを送風してコ−クス
等の炭材の酸化発熱により鉄スクラップを加熱溶解して
得られた溶銑とスラグを分離した後、この溶銑と別途鉄
源として鉄スクラップあるいは高炉溶銑のいずれか一方
若しくは両方を製鋼用転炉あるいは電気炉に装入し酸化
性ガスを用いて脱炭精錬する際に、要求される製品中の
不純物元素濃度の許容値Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎの濃度
の合計と溶銑中に含まれる不純物元素濃度の合計に応じ
て、別途鉄源として転炉あるいは電気炉内に装入する鉄
スクラップあるいは高炉溶銑のいずれか一方若しくは両
方合計の配合比率および鉄源中に含まれる不純物元素濃
度の合計を調節することにより、鉄スクラップの溶解、
精錬に要する総エネルギ−を低下することが可能になる
のみならず、製品中の不純物元素の濃度を許容値以下に
することができることが明らかとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施例における鉄スクラップの
溶解、精錬プロセスのフロ−を示す模式図である。

【図２】本発明の他の実施例における鉄スクラップの溶
解、精錬プロセスのフロ−を示す模式図である。

【図３】図１および図２に示すフロ−にもとづいて、鉄
スクラップの溶解、精錬プロセスを実施した結果を比較
して示すグラフである。

【符号の説明】

１ 竪型炉 ２ 送風用羽口 ３ 出銑孔 ４ 搬送容器 ５ 浸漬ランス ６ 上底吹き転炉 ７ 底吹き羽口 ８ 上吹きランス ９ 取鍋 １０ 電気炉 １１ 電極 １２ ランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 反町 健一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内 (72)発明者 藤井 徹也 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 竪型炉に鉄スクラップと炭材を装入し、
   炉体下方の羽口より酸化性ガスを送風して、この炭材の
   酸化発熱により前記鉄スクラップを加熱溶解し、この溶
   銑を、スラグ分離後、別途鉄源として用意した鉄スクラ
   ップあるいは高炉溶銑のいずれか一方若しくは両方とと
   もに、転炉あるいは電気炉の製鋼炉に装入し、この製鋼
   炉において、酸化性ガスを用いて前記鉄スクラップの溶
   解とともに、前記溶銑を脱炭精錬をする際に、 要求される製品中の不純物元素濃度の許容値と前記竪型
   炉から得られた溶銑中に含まれる不純物元素濃度との合
   量に応じて、別途鉄源としての鉄スクラップあるいは高
   炉溶銑のいずれか一方若しくは両方の配合比率および前
   記鉄源中に含まれる前記不純物元素濃度の合量を調節す
   ることを特徴とするエネルギ−使用量の少ない鉄スクラ
   ップの溶解プロセス。
2. 【請求項２】 前記の要求される製品中の不純物元素濃
   度の許容量を、Ｃｕ、Ｎｉ、ＣｒならびにＳｎの濃度の
   合量とすることを特徴とする請求項１記載のエネルギ−
   使用量の少ない鉄スクラップの溶解プロセス。
3. 【請求項３】 前記竪型炉をキュポラにすることを特徴
   とする請求項１又は２記載のエネルギ−使用量の少ない
   鉄スクラップの溶解プロセス。
4. 【請求項４】 前記製鋼炉を上底吹き転炉とすることを
   特徴とする請求項１、２又は３記載のエネルギ−使用量
   の少ない鉄スクラップの溶解プロセス。
5. 【請求項５】 前記竪型炉で溶解した溶銑を前記製鋼炉
   に装入するのに先立って、脱硫処理をすることを特徴と
   する請求項１、２、３又は４記載のエネルギ−使用量の
   少ない鉄スクラップの溶解プロセス。