JPS59143012A - 底吹きあるいは上底吹き転炉による製鋼法 - 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】 本発明は、炉）氏に精錬ガスを供給する羽口をＩｊｉｉ
ｉえた匠吹きあるいは上１氏吹き転炉による製Ｊｌ法に
係り、特【こスクラップ等の固形含鉄材料のみを１史用
して鋼を溶製する製鋼法に関する。

転炉１製鋼において＆は、主に溶融した鉄源を装入して
鋼を精錬している。この溶融鉄源としては・一般には高
炉からの溶銑、電気炉からの溶融鉄が使用され、スクラ
ップなどの固形の鉄源は精錬の過程で転炉内に投入して
吹錬が行なわれている。

しかしながら、通常の吹錬ではある限界以上のスクラッ
プ比率での吹錬は困鑞であった。それは第１図に示すよ
うに、上吹き転炉１では、高いスクラップ比率で吹錬す
ると、ランス２から供給される酸素ではスクラップに邪
魔すれて溶融鉄との反応が鍵しくなる。また熱源の補償
として炉上よりコークス・石炭などを投入しても、スク
ラップの上で燃焼するだけで溶融鉄には熱が伝わり鈍く
、極めて熱効率の悪いものとなる。しかしながら、底吹
き羽口を有する転炉では特公昭５６−８０８５号で知ら
れるように、羽口から微粉炭または粉コークスを投入し
、溶融鉄の温度を上げてスクラップを溶解させる方法が
ある。この方法を適用すれば、高いスクラップ比率にお
いても吹錬が可能となる。しかしながら、この方法にお
いても最明のスタートには溶融鉄源を必要とし、この鉄
源としては前記のように面戸・電気炉等からの溶融鉄源
、または一旦溶融した溶鉄を残しておいて、再び次の吹
錬に使用する方法があるが、高炉・電気炉等では、この
ような設備をしていない場合があったり、またはこれら
の設備の稼動に制約されることがある。また後者の、溶
融鉄を残湯して保持する場合は、次の吹錬までの時間の
制限もあり、両者ともに融通性がない欠点があった。

また特公昭５６−５１２０７号のように、底吹き転炉で
炉を直立にして羽目から熱源としての液状またはガス状
の燃料と、酸素などの支燃性ガスを供給して、スクラッ
プを予熱溶層する方法もあるが、装入スクラップにより
羽目が塞がれた状態となり、溶解に長時間ｆ：要するこ
とおよび戚吹きガスの吹込みぶ不均一となり、羽（−］
の溶損が著しくなる。また羽目にスクラップが髄突して
羽口が変形したり、炉底れんかにスクラップが衝突し、
炉底れんがが割れて炉底の損傷を促進し、炉底寿命を著
しく低下させる入点があった。また、転炉とは、ｅｌｊ
　Ｌこ、池の炉でスクラップを溶解して転炉に装入する
と云う方法は、そのための溶解設備を必要とすること、
および転炉に搬送し装入する間の溶湯温度の降下が大き
いと云う不利がある。

不発明は底吹き羽目を有する転炉を使用し、溶融鉄源を
使用することなく、スクラップのような固形含鉄材料の
みを使用し、しかも前記従来の問題点を解決した転炉製
鋼法を提供するものであって、その要旨は底吹き羽目を
有する転炉を水平位置にまで転倒し、炉腹部に装入され
た固形含鉄材料をバーナでハロ熱し、羽口を渫獲した状
態で溶解して溶融鉄源浴を溶ｍした後、転炉？直立して
通常のスクラップ溶解吹錬を行なう製鋼法である。

次に不発明の製鋼方法を詳細に説明する。

底吹き羽目を・備えた底吹きあるいは上底吹き転炉を用
いて、鉄源材料の全緻１固形状の材料より出発して吹錬
する方法であって、上記転炉を水平状態に転倒し、炉口
より炉内炉腹部にスクラップのような固形の含鉄材料を
所定量装入し、ついで溶解用バーナを炉内に挿入し、固
形含鉄材料を加熱溶解して所定量の溶融浴を形成する。

このようにして、炉内炉腹部に溶融浴？形成した後、必
要に応じて１回ないし蝮敗回に分けて、固形含鉄材料ま
たは固形含鉄材料と固形含炭素物質とを装入しながら、
転炉を直立状態で、底吹き羽目より精製ガスまたは精製
ガスと共に粉状遣滓材を吹き込み、通常の底吹きまたは
と底吹き転炉吹錬と同しにして鋼を溶製する方法である
。

以下に、本発明方法の構成を兵庫的な冥施態鎌に基づい
て詳細に説明する。

本発明は；永吹き羽１」を有する転炉において、転炉を
水平状態に転倒し、炉腹部にスクラップ・冷銑・海綿鉄
・ペレット等の固形の苫鉄材料号装入した状態で、燃料
と酸素比率の晶い支燃性ガスを供給して溶解させるバー
ナを炉内に挿入して燃焼させ、この大きな熟慮によって
、装入された固形含鉄材料を溶解し、つづいて必要Ｇこ
応じてスクラップ・コークス等を装入し炉を直立状態で
ｊ、Ｊ’　ＩｒＥ、羽口より精錬ガスを吹き込んで通常
の吹錬号行なって１ｉ１１１を溶製するものである。

尚、炉腹部に装入したスクラップ琺のみでｔＪ　鋼を得
るのであればそのまま炉を直立し吹錬を行ない鋼を溶製
する。また、ざらにそれ以北の溶鋼盪とするには直立前
にスクラップを追加装入し、このスクラップ敏を溶解す
るに必要な熱＃ｔを確保するため、コークス、石炭等の
１ｄ形含炭素物質を同時に、または炉上より投入して必
要溶！ａ量となるよう溶製する。１はし、母溶融鉄が限
られているので一度に多機のスクラップを装入すると、
母溶融鉄が冷えすぎ凝固する恐れがあるので、数回に分
けて吹錬と追加装入とを繰返すのが有効で、ｂる。

第２図は実施態様２示す概略図で、ｊ戎吹き羽目を仔す
る転炉における固形含鉄材料溶解の模式図である。水平
状態にＩ＃置した転炉５の炉底には、底吹き羽口６が設
けられており、この転炉の炉腹部にスクラップ３ご装入
した状態で、溶解用バーす７を通して大［４の熱を供柑
してスクラップを溶解させる。溶解用バーナとしては、
第２図に示すよう（こスクラップに均一に高温火炎が当
たるように榎数個の噴出ノズル８を備え、また炉内高温
となるために溶解バーナは水冷されている。高温火炎を
得るための燃料としては、重油・軽油・灯油等の液体燃
料でもよく、またプロパン・ＬＰＧ・ＬＮｏ等の気体燃
料、あるいは粉コークス・微粉炭の固形燃料を用いるこ
ともできる。一般には気体燃料は単位時間の投入熱温が
小さく溶解に時間がかかり、大きな熱量を得るためには
大きな搬送設備が必要となる。液体・固体燃料は大きな
熱量搬送能力を有するが、液体燃料は搬送圧力損失が大
きく、また高価であるため、粉コークス・微粉炭等の安
価な固形燃料を用いる方が経済的に有利である。燃料と
酸素を含んだ支燃性ガスを使ってスクラップを溶解する
とき、熱効率はほぼ次のようにして推定できる。すなわ
ち、スクラップが溶解している時点では、スクラップの
温■ははぼ１５００’ＣＮ度であり、そのとき、発生す
る排ガス温度は２００Ｄ℃前後となる。これは、スクラ
ップが１５００°Ｃ程度で溶解するため、スクラップが
完全に溶解するまでは、溶融鉄はほぼこの温度でいるた
めであり、そのためこの溶融鉄に熱を与えるべき排ガス
もほぼ一定温度に保たれる。これらのことを考慮すると
、熱効率は次のように推定できる。

η′ｉ転炉からの放熱等を考慮した効率〔−〕ｑ；燃料
が完全断熱状態で燃焼したときノｘ　ンタ＃　ヒー（ｋ
ｃａｔ７ｋｇ　）Ｏｐ　＋排ガス比熱（ｋｃａ（／に９
°Ｃ〕ＴＧｔ排ガス温度〔°Ｃ〕 このときのｑは次のような式で求められ名。

（１＝　Ｑ　／　Ｇｏ　　　　　　　　　　　　　・・
・（２）Ｑ＋燃料の発熱ｆｉｋ　ＣｋｏａｌＡＣ９）Ｇ
ｏ＋燃料１ｋｇからのガスの発生量 〔今ガスｆｉｇ燃料〕 このＧ。は支燃性ガス中の酸素比率で当然変わってくる
。

第８図に粉コークスを熱源とした場合のスクラップ溶１
’Ｆ１時の熱効率を支燃性ガス中の酸素比率をパラメー
タにして示す。ただし、このときはη’＝０．９として
いる。

第８図よりわかるように、支燃性ガス中の酸素比率が上
がると熱効率は上昇してくる。比率が低いと、熱効率が
低下し、燃料的にかなりむだなものとなる。

電気等により加熱した場合を考えると、心気は８６０　
ｋｃａ７／ｋＷ−Ｈで発電所効率が４０％前後であり、
電気からスクラップ等への熱効率を８０％とすると、１
０００ｋＣａｔＤ熱を与えるためにはもとの熱量として
は １ １０００　ｘ−「スｘ　アコ中３１２５　〔ｋｃａ１７
１０００ｋｏａ、ｌ〕が必要である。一方、第３図の熱
効率を考慮すると４５％前後で、電気とほぼ同じ効率と
なる。このときのＭＷ比率は５０％前後であり、５０％
以上の酸素を含む支燃性ガスで燃焼させることにより、
電気で溶解するよりも低い熱風の投入で溶解が可能にな
る。

また一方、転炉炉体からの放散熱やれんがからの放熱は
ほぼ一定であるため、単位時間あたりの投入熱屋は、あ
る程度以上大きい必要がある。これは転炉の大きさに依
存する面が大きく、−概に数字を規定することはできな
い。

以上述べてきたように、５０％以上の酸素を含む支燃性
ガスを使ｊ打して、粉コークス等の燃料？転炉内【こ投
入し、燃焼させることによって、イ気を使用した場合よ
りも低い熱量でスクラップを溶解することが可能である
。また、第２図に示したようにスクラップを底吹転炉の
炉腹に装入することにより、スクラップを溶解すること
ができる。

またスクラップは炉；Ｎに装入されているため、スクラ
ップ装入による羽（」、炉底の損傷やスクラップの溶解
時の羽目の溶損がない。またバーナがらの熱に対しても
、羽Ｌ」に小量のガスを流すことによってｊ］）」の冷
却も口Ｊ能となる。

以上の技術を使用すること（こより、スクラップを底吹
転炉内で溶解させることを１１■能にすることができる
。

一方、溶解バーナで燃焼３行う場合、完全燃焼（０＋０
２−）　００２＋　８０８０　ｋｃａ、ｌ　）　ｋａセ
る事が、エネルギーの有効利用の而から望ましいが、そ
の場合、理論的に必要な酸素量の１゜０１〜１．０５倍
を送酸せねば、完全燃焼せしめる事は困難である。

また、燃料としての粉コークス・微粉炭等ご供給する速
度が変動し、これに対し酸素の供給速度が完全に追従し
きれない状態も生じ易い。このような状態のもとでは、
酸素の過剰供給状態がＪぼ成され、転炉の耐火物の損傷
や、鉄の順化を生じやすい。そこで、溶解する対象であ
るスクラップと、炭素源である石炭・コークスを、炉内
しこあらかじめ装入しておけばたとえ酸素が過剰供給さ
れようとも、すでに炉内Ｏこ存在している炭素？燃焼さ
せる事に消費され、過剰酸素による息影響がなく、しか
も、有効な熱漬を得る事ができる。

また、あらかじめ石炭あるいはコークスを炉内に存在さ
せておけば、たとえ鉄の酸化が生じようとも、 Ｆｅ○＋Ｃ→Ｆｅ＋ＯＯ なる反応が生じ、酸化鉄の還元が可能となる。

この様シこ、あらかじめ炭素源を炉内に存在させておけ
ば、燃料と酸素比率の高いガスを用いてのスクラップ溶
解が、非常に効率よく実ＩＡｕする事カできる。

しかも、７人タラップ３と炭素源９（石炭あるいはコー
クス）とを第４図に示Ｔ様に層状に装入すれば、授面に
おいて溶融した鉄は、コークス・石炭の層を通過して炉
内に蓄積され湯溜りを形成するが、この石炭層を通過す
る際に、溶銑は徐々に川原され、その結果として融点を
低下させるので液相状Ｆポでの溶、鉄の保持も容易とな
る。

以下実施例に゛ついて説明する。

実施例１ 底吹き羽口を有する８５を転炉において、第２図に示す
ような形でスクラップを８０ｔとｃａｏ　Ｂ４Ｏ０に９
装入し、炉内の耐火物溶損個所に耐火物粉を溶融または
半溶融状態で熱間吹は補修に使用するフレームガンニン
グ装置を用いて、粉コークス７ｏｋｇ／ｍ１ｎ（ｆ？素
１１５　Ｎｍ８／ｍｉｎを供給してスクラップの溶解を
試みた。このときの粉コークス搬送用Ｎ２は７　Ｈｍ　
／ｍｉｎ程度である。また羽口冷却用ガスとしては８Ｎ
ｍ３／／ｍｉｎを流した。羽目の外管温度を測定したと
ころ、ａｏｏ’″Ｃ−４００°Ｃであり、十分冷却され
ていた。このときの転炉内から発生する排ガスの湿度及
び鋼浴中の湿度の変化を第５図に示す。時間の＠過とと
もに排ガス温度、スクラップ温度は上昇するが、スクラ
ップ温度は２０分頃には１５００°Ｃに達した。これは
スクラップの一部が溶解し始めたためと考えられる。そ
のため、排ガス温度の上昇は小さくなり、８５分程匣ま
で２０００’Ｃ前後の湿度であった。３５分をすぎてか
ら、排ガス湿度、スクラップ湿度ともに上昇し、スクラ
ップが全量溶）祥したと考えられたので、３８分で加熱
を停止したが、そのときの温度は１５８０°Ｃであった
。常温のスクラップを１５８０’ＣまでＩｊＯ熱するに
Ｃまほは１０　Ｘ　１．　Ｏｋｃａｌ必要であり、この
ことから効率を算定すると仄のようになる。

（ｋｃａ４Ａｐ）　　（分〕 以上の実験により５５．８％の熱効率で溶解することが
わかった。

また羽目の温ヴもスクラップ溶解中に４１００’Ｃを越
すことがなく、十分羽口を保護することが可能であった
。

この溶解したスクラップに約１ｔのコークスと３Ｕｔの
スクラップをすぐに装入し、炉を立ててスクラップ溶解
吹錬を開始した。このとき送酸速度は底吹羽口から８０
　Ｎｍ８／ｍｉｎ、上吹ランスから１４０　Ｎｍ８７ｍ
１ｎであった。この状態で炉上から１０〜２０　ｍｍ径
の小塊コークスを１ｔずつ６回投入し、２５分間（送１
裳量５３０ＯＮｍ）吹錬した時点で炉内の溶鋼の分析及
び湿度測定を行なったところＣ８，８％ｊｆＷ　１度は
１５００″Ｃであった。ここで再びスクラップ４０を企
装入し、溶解吹錬を実施した。送酸速度は同様の値とし
、コークスは１、Ｌｌ　ｔずつ１０回炉王から投入した
。約４５分１団（送酸量１０（ＩＵＯＮｍ）吹錬した時
点で溶鋼の分析および７ｆｌｌ温を行なったところ、温
度１６００”Ｃ。

Ｇ　Ｏ，５％であった。この状態でさらに２分間吹錬す
ることにより、１．７００’ＣＤ、０５％の溶鋼を得る
ことかできた。この方法によるメタル歩留りは８５％で
あった。尚吹錬中は炉ｊ氏羽口から吹錬ガスと共にＣａ
Ｏ扮を塩基度８になるよう吹込んだ。

実施例２ ８５を上底吹き転炉を用い、炉を水平状態に転倒して炉
ｊ復部へ原料を装入するに当り、スクラップおよびコー
クスを層状に装入した。その際、まず初回装入はコーク
ス１ｔを炉腹ｉ男−へ均一になるようにする。次にスク
ラップ１０ｔを４）１ｊに分割して炉腹部に均一に装入
する。その俊再度コーク７．５００に９を均一に装入す
るが、層状にコークスとスクラップを重ねるためには、
コークス粒度が２０〜３９　ｍｍの比較的大粒径のもの
が望ましい。

再びスクラップ、コークスと交互に装入全行ない、訃計
して８ｕｔのスクラップと２ｔのコークスを装入シ、ス
クラップ溶融を［用始する。スクラップとコークスの交
互装入状、弗は第４図の模式図しこ示すようになる。尚
コークス中に５ｉｎ２が含まれるため耐火物情イ員防止
のためＣａＯ粉１を装入した。

火炎溶射型バーナを用いスクラップ企溶解する際、の条
件として、粉コークスの供給Ｍ　Ｗ　ｆ：　７　ｕ　ｌ
ｃｇ／ｍｉｎ、コークスの搬送用ガスとしては７　Ｎｍ
　／ｍｉｎの流量でＮ２ガスを用い、また燃焼用０２と
しては１１５Ｈｍ”７ｍ１ｎを供給した。上記条件下で
３８分間の溶用イ作業を実施し、合δ１−２゜７ｔのコ
ークス、４３７ＯＮｍ　Ｂの酸素（酸素過剰比］。０）
を使用した。この時の溶鉄は１５８０°Ｃ，０−４１゜
３％、ｓｉ、　−０，０５％の炭素飽和状態となってお
り、この炭素は連続して行なう吹錬における熱源として
有効に作用すの　Ｏ コークスを交互に装入した場きの溶解後のスラグ分析値
と、スクラップのみを装入して溶解した場合のスラグ分
析値を第１表に示した。

第　１　表　　　　スクラップ溶解後のスラグ組成（％
）スクラップ溶解に当りコークスとスクラップを交互に
装入した場ばには、スラグ中のＴ、ｒｅ濃２は８．０％
と低く、炭素によるＦｅＯの還元を実間はている。この
ため耐火物壁の損傷も少ない。

このようにして溶製した母溶銑を用い、次にスクラップ
を３０を装入し、炉を直立にして炉底羽口と上吹ランス
により、スクラップ溶解吹錬を開始する。その時の諸条
件としては、底吹き羽目よりの送ボ瀘度は９０　Ｎｍ　
／ｍｉｎ　、上吹きランスからの送酸速度は１７０　Ｎ
ｍ　／ｍｉｎで送酸し、吹錬の間には炉上より１０〜２
０關径の小塊コークスを５００Ｍずつ全鼠で５を投入し
た。このような条件Ｆで３２分間の吹錬号実施し、送酸
量総計８６５ＯＮｍ１３　Ｅ使用した時点での炉内溶鋼
の分析値はＣ−〇。０６％の溶鋼となっており、温間は
１．６５０　’Ｃであった。ここで再びスクラップ４０
ｔを最終的に装入し、溶解吹錬を実施した。この時の諸
条件としては、送酸速度は同様の値とし、コークスは前
同様に炉上より５００　ｋｇ７回ずつ投入し、この時に
は投入間隔として、２〜３分を厳守し、コークスの燃焼
と送酸速度とのバランスを医持することによって、極端
な鉄の酸化を伴なわず溶解吹錬を実施した。最終的な溶
解吹錬においては、コークスの総投入量は１２ｔ１吹練
時間４７分で、総酸素使用量として１００００　Ｎｍ　
　を使用した。

これまでに述べた吹錬過程では、鉄源として全スクラッ
プを使用しているため、コークス中に１２％程度含有し
ている５ｉ０２分に対しては、塩基度３を保つために必
要な量の生石灰の使用に止め、各工程での使用量を総合
計して生石灰を８を使用した。最終的に得た溶Ｍは１６
５０’Ｃ，Ｏ−０，０６％であり、総Ｂ的なメタル歩留
りとしては８９％であった。

炉内−ｃのスクラップ、溶解実施比率が同一であるが、
スクラップとコークスとを交互に装入した転炉では炉腹
耐火物の溶損速度は２．２　ｍｒ５／ｃｈであったが、
スクラップのみ装入２した転炉体では２．８　ｒｒｕｎ
　／　ａｈであった。転炉操業の停止時における炉内耐
火物の損耗状況を比較して第６図に示した。第６図（Ａ
）はコークスとスクラップとの交互装入を適用した場ａ
の炉内プロフィールであり、（Ｂ）は適用しなかった場
合の炉内プロフィールであるが、（Ｂ）の場合には湯溜
り部分の周囲がスクラップ溶解時に生成されるＦｅ○の
ため非常に損耗しており、これが直接炉を停止させる要
因となっていたが、（Ａ）に示すようにコークス・スク
ラップの交互装入を適用すると均一な損耗状態で操炉す
ることが可能であって、耐火物原単位も低減させること
が出来た。

以上説明したように、本発明の方法によれば、従来のス
クラップ溶解のような、炉底および羽目を損傷すること
なく、また炉ｊ復部の耐火物の損傷も抑制することが出
来、特にコークスとスクラップとを交互に装入する時は
、その効果は一層顕著であって、スクラップ等の固形含
鉄材料のみから極めて有利に鋼を溶製することが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は上吹き転炉での高スクラップ比率時（υ溶錬の
模式図、 第２図は底吹き羽目を有する転炉でのスクラップ溶解の
実施例の模式図、 第３図は粉コークス燃焼時の支燃ガス中酸素比率に対す
る熱効率の変化な示す之゛ラフ、第４文はスクラップと
コークスの交互装入状態を示す模式図、 第５図は実験時の排ガス温度とスクラップ湿度の変化を
示したグラフ、 第６図は炉停止時の炉内れんが残高を示した説明図であ
る。 Ｊ・・・上吹き転炉　　　　２・・・ランス３・・・ス
クラップ　　　　４・・・溶融鉄５・・・炉底羽口分有
する転炉 ６・・・羽目　　　　　　　７・・・溶解用バーナ８・
・・ノズル　　　　　　　９・・・コークス］０・・・
耐火物れんが　　ｌ】・・・局部損傷部。 第５図 ｆｏ　　　　２０　　３０　　１１０　　　５０時間〔
分〕 第６図 （Ａ　）　　　　　　ＣＢ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】、　底吹き羽ｌ」を備えた底吹きあるいは上底吹へき
   転炉を用い、固形含鉄材料を装入して鋼を得る製鋼工程
   において、北記転炉を水平状態に転倒し、炉１１す部に
   前記固形含鉄材料の所定量を装入し、前記羽口を冷却保
   護しなから溶ｉ１）イＩＩｊバーナを炉内に挿入して上
   記固形含鉄材料を溶解し、所定量の告、鉄材料の溶融浴
   を形成した後、転炉を直立にして、前記羽口より’Ｆｉ
   ′を練ガスまたは精練ガスと共に粉状造滓材を吹き込ん
   で函を重線することを″待機とする戚吹きあるいけ上底
   吹き転炉による製鋼法。 ２　底吹き羽目２有する底吹きあるいは上底吹き転炉を
   １７７いて固形含鉄材料を装入して面を得る製鋼上（呈
   において、上記転炉を水平状態に転倒し、炉腹部に前記
   固形含鉄材料を所定量装入し、前記羽口を冷却保護しな
   がら溶解用バーナを炉内に挿入して上記固形含鉄材料１
   を溶解し、所定量の含鉄材料の溶融浴を形成した後、１
   回ないしり数回に１ｉｆｆｌ形含鉄材料および固形含炭
   素物質を装入しながら転炉を直立状態で前記羽目よＶ）
   精錬ガスまたは精練ガスと共に粉状造滓材を吹き込んで
   、鋼を４冴錬することを特徴とする底吹きあるいＱま上
   １氏吹き転炉による製鋼法。 氏　水平状態に転倒された転炉の炉１復部に固形含峡素
   ９Ｊ質と固形含鉄材料とを交互Ｇこ装入することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の１氏吹
   きあるいはＬ底吹き転炉による製汁７法。