JPS61195909A - 転炉内での屑鉄溶解方法 - 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） 屑鉄を溶解することによって製鋼用熔銑を得ることに関
してこの明細書には、熱源として単に炭素含有物質を用
いその酸化発熱反応の活用によって電力を用いずに屑鉄
から該熔銑を有利に得ることについての開発研究の成果
を以下に述べる。

一般に製鉄方法の主流は、鉄鉱石をコークスにより高炉
で還元し熔銑（炭素を４％以上含む溶鉄）を製造し、こ
れを必要に応じて不純物の除去をしたのち、転炉内で脱
炭（同時にシリコン、りんも除去）を行い、用途に応じ
た炭素を含む溶鋼まで精錬するプロセスである。

一方、大量生産に適した他の製鉄法には電気炉があり、
これは屑鉄（スクラップ）を電気エネルギーにより加熱
−溶解して溶鋼を得る方法である。

この２方法とも周知技術であり、かつ広く工業的に実施
されている。

かようなスクラップの溶解に際して、高価な電気エネル
ギーの使用を廃することが必要とされる。

（従来の技術） 特開昭５６−５８９１６号、同第５６−３３４１５号公
報などには、微粉炭を転炉の炉底羽口の一部から吹込み
、他の羽口からは酸素ガスを供給して、スクラップを溶
解する方法が開示されている。この方法は電力を安価な
石炭エネルギーに置換できる点で優れた技術であるが、
炉底羽口から微粉炭を吹き込むには溶鉄が一定量存在せ
ねばならない。したがって「種湯」と通称される、第１
回目操業の開始時に必要な溶鉄、あるいは「残し湯」と
呼ばれる前回溶解時の溶鉄を、スクラップと併用する変
則的方法を採らざるを得ない。またこの場合微粉炭を吹
込む前に炉底羽口から天然ガス、プロパンガス等を酸素
と同時に供給し、得られる高温ガスにより予めスクラッ
プを予熱し一部を溶解させる必要もあった。

また他の例として、鉄浴中に炭素含有物質と酸素を同時
に供給、発生するＣＯガスを鉄浴上で更に酸素ガスによ
りＣ島ガスにまで燃焼させ、得られた高温ガスを鉄浴上
方に積まれたスクラップ中を通すことで予熱をし、この
予熱スクラップを上記鉄浴中へ添加することでスクラッ
プ溶解をする方法も公表されている（鉄と鋼、　７０　
（１９８４）、５８８５゜この方法でも、操業開始には
上述の種湯が必要であり、やはり実際的ではない。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、従来の技術では転炉状の容器内で炭素含
有物を燃焼させスクラップを加熱・溶解するには、初期
に一定量の溶鉄が必要であった。

したがって電気炉や高炉のない場合には、実質上前述の
方法は実施できない。また電気炉や高炉があっても種湯
を確保しつつ溶鉄を製造する操業を行わざるを得ず、こ
れは生産能率の低下、余分な熱損失、余分な鉄損失を招
くので経済的なプロセスではない。更に、残し湯は比較
的短時間内に使用しないと凝固するので、操業スケジュ
ール管理を過度に行わなければならない。また工程が複
雑となり安定操業には不利である。

以上の問題点を解決して種湯または残し湯なしに全量ス
クラップから開始して短時間で簡便に溶鉄を得る方法を
与えることがこの発明の目的である。

（問題点を解決するための手段） この発明は、屑鉄を装入し、炭素含有物質と酸素ガスを
同時に屑鉄の上方から燃焼下に吹付けることにより、該
屑鉄を加熱・溶解し、炭素含有溶鉄を得ることを特徴と
する屑鉄の溶解方法ならびに反応容器内に屑鉄を装入し
、炭素含有物質と酸素ガスを同時に屑鉄の上方から燃焼
下に吹付けることにより該屑鉄を加熱・溶解し、”実質
的に熔銑を用いずに炭素含有溶鉄を得ることを特徴とす
る屑鉄の溶解方法である。なお、実施態様は、反応容器
として、底壁と側壁との少なくとも一方に羽目を有する
ものを用いること、反応容器が上底吹き転炉であること
がのぞましい。

発明者らは、反応容器内に装入したスクラップへの熱の
供給方法を種々検討した結果、後述するバーナー状のラ
ンスを用いて炭素含有物質、特に微粉炭あるいは微粉コ
ークス（以下、炭材という）を酸素ガスと同時にかつ、
燃焼させながらスクラップの上方から供給し、加熱・溶
解するのが最適であることを見出した。

この方法によれば、種湯あるいは残し湯は不要であり、
どのような工場でも時間的制約なしにスクラップから溶
鉄を製造することができる。

また、添加する炭材の供給速度や酸素ガスとの供給比を
制御することにより、溶は落ちた熔銑中に炭材を浸入さ
せて溶鉄中炭素濃度を高めることができる。溶鉄中炭素
濃度が高くなることにより、溶鉄の融点が低くなるので
周囲のスクラップの溶解を促進する。このような操業方
法により、電気炉で電気エネルギーの加熱によってスク
ラップを溶解するより早く炭素含有溶鉄を得ることがで
きる。

この発明を実施する反応容器として、その容器の底壁又
は溶鉄浴面下の側壁部の少なくとも一方に羽口を有する
容器が有利である。

工業的に実施する場合、既存の反応容器で本発明に最適
なのは上底吹き転炉であり、転炉本体に何ら改造を加え
なくともこの発明の実施は可能である。

この発明を実施するのに必要なバーナー状ランスの１例
を第１図に示す。図中１は炭材の流路であり、配管内で
の燃焼や爆発を回避するために通常は非酸化性気体で炭
材を搬送する。ただし空気を一部あるいは全部用いても
問題はない。

２は酸素ガスの流路であり、先端部のノズル３で吹出し
方向を炭材の噴出流に衝突するように向け、炭材の燃焼
性を高める。

酸素気流と炭材噴出流各々の中心線の交角（同図中θ）
は、微粉炭中の揮発分割合や噴出速度によって最適値が
異なるが、３０°〜７５°の範囲で適合する。

また酸素流路と炭材流路との配置は（ａ）図に限らず、
例えば（ｂ）図のように酸素ガスを内側に配して、外側
の炭材噴出流に向けて衝突する構造としてもよい。また
（ｃ）図のように、酸素ガスの噴出孔をスリット状にせ
ず、通常転炉用ランスのようにラバールノズル（末広ノ
ズル）にしてもよい。

（作　用） 第２図は、上述のランス５を反応容器６内のスクラップ
７に対して設置する際の位置関係を示し、同図のように
スクラップの上方から下向きに火炎８が噴出することが
必要である。

なおランス５の向きが傾斜していると火炎が炉壁耐火物
に当たり、耐火物の溶損や穴あきを起こす。したがって
ランスは実質的に垂直に下降させる必要があり、たとえ
傾斜したとしても火炎はスクラップにのみ当たるように
位置することが必要となる。

同図中９は底吹き羽口である。スクラップが溶解し炉底
に鉄浴１０が出来ると、この鉄浴に攪拌を与え、周囲の
未溶解スクラップを溶かし落とすと同時に、鉄浴の温度
・成分を均一に保つために羽口から気体あるいは気体と
生石灰などの精錬剤の混合流体を吹込む。

底吹きガスの種類と量は次のようにしてきめられる。ま
ず酸素ガスを用いれば羽口冷却用の炭化水素ガスあるい
は灯油を燃焼して高温ガスを発生させ、スクラップの下
方からも溶解が開始するので溶解時間を短くすることが
できる。反面、炉底耐火物や羽口の溶損が比較的大きい
欠点がある。

少量の不活性ガスを用いれば、溶解時間は多少長くなる
が、炉底や羽口の寿命は長くなり総合的には経済的であ
る。

酸素ガスを炉底羽口から供給するのは高生産性が目的で
あるので、供給速度は最終的に製造される溶鉄１　’ｔ
ｏｎ当たり０．２　Ｎｍ’／ｓｉｎ特にＩ　Ｎ＋ｓ３／
ｗｉｎ以上が望ましい。

一方、不活性ガスの場合には攪拌力を得るために必要最
少限で十分であり、１　ｔｏｎ当たりＩ　Ｎｍ’／ａ＋
ｉｎ以下特に０．２　Ｎｍ″／ｗｉｎ以下が望ましい。

以上の羽口は必ずしも炉底にある必要はなく、例えばＡ
ＯＤ炉のように側壁の下部に設置されてもよい。このよ
うな底吹きガスと量を選択するかは、反応容器の既存設
備や目的とする生産性によって異なる。

一般的に言えば、不活性ガスの流量範囲を大きくとれる
羽口を設け、溶は落ちた溶鉄量の増加にあわせて底吹き
量を最低量から約０．２　Ｎｍ！／５ｉｎ−ｔまで漸次
増加させることが望ましい。

以上述べたようにこの発明を実施する上で周知の技術で
ある上底吹き転炉は有利な反応容器であり、以下の実施
例に示すように高効率にスクラップ溶解ができる。

なお、上述のバーナー機能を有する上吹きランスを用い
ると炭材の燃焼による加熱と同時に、炭材を溶は落ちた
溶鉄へ浸入させ加炭することも可能であり、通常は炭素
含有溶鉄が得られる。

以上、この発明について、実質的に熔銑を用いなくても
炭素含を溶鉄を得ることができることを示したが、当然
のことながら、熔銑を併用して屑鉄を加熱・溶解を行う
場合にも適合するのは明白である。

（実施例） 実施■１ 反応容器として、酸素ガスを底吹きできる転炉と炭材燃
焼バーナーの機能をもっランスを組合せた５トン規模の
設備を用いたこの発明の実施例を以下に示す。

第３図は設備の骨組みを示し、図中５は上述の上吹きラ
ンス、１１は上底吹き転炉、９は底吹き羽口、７は装入
されたスクラップ、１２は炭材（微粉炭）を貯蔵し気体
搬送するためのディスペンサーである。９の底吹き羽目
からは、酸素と冷却用のプロパンを供給できるようにし
た。

操業手順を以下に示す。まず、炉内を十分に予熱し、炉
内温度を約９００℃としたのち、スクラップを約４トン
装入した。

このスクラップは製鉄所内で発生した熱延鋼板のトリミ
ング屑、スラブの切断片などを用いたが、特にスクラッ
プの銘柄・種類は限定されない。

次に炉を垂直にし、炉底羽口から酸素を５Ｎ■’／ｗｉ
ｎおよび羽口冷却用のプロパンガスを０．２　Ｎｍ！／
ｓｉｎ供給した。同時に、炉の上方から前述のバーナー
機能を有するランスを下降し、微粉炭を３５　ｋｇ／ｓ
ｉｎ酸素を１７Ｎｍ’／ｗｉｎ供給し、ランスのノズル
出口で燃焼させ、火炎をスクラップに当たる位置で固定
した。

この状態で３０分間保持後、炉上からスクラップを１．
５トン追加し、さらに１５分保持した後炉を傾動して炉
内のスクラップが全量溶解していることを確認した。表
１に以上の操業で使用した主副原料の重量を１２ヒート
の平均値で示す。

表１ 表中の生石灰は、微粉炭中の灰分がＡｌ２Ｏ２，Ｓ１０
□を主成分としたスクラップ中のシリコンが酸化されて
Ｓｉｎｇとなるので、塩基性耐火物の保護の目的で添加
した。操業後の溶鉄成分と温度を表２に示す。

Ｓｉ、ＭｎやＰは主としてスクラップに起薗する。

一方、Ｓはスクラップからと微粉炭がら大量に溶鉄中に
入る。添加する生石灰の量を調整し、スラグ塩基度を２
以上にした場合に低いＳｓ度が得られた。しかし物質収
支をとると、不明の３分がかなり多く、気相中へ逸散し
たものと考えられる。

使用した転炉が小さかったことや、バッチ操業のために
炉体耐火物全体に蓄熱されていなかったのでスクラップ
溶解に必要な熱量に対し相当以上の微粉炭、酸素を必要
とした。

叉■■１ 前例と全く同様にしてスクラップ溶解を行ったが、相違
点は底吹き羽口を変更した。すなわち実施例１では酸素
と羽口冷却用ガスを吹き込む２重管構造の羽目であった
が、これを単管羽口とし、Ｎ２またはＡｒガスを溶鉄１
　ｔｏｎ当たり０．００８〜０．１５　Ｎｎ＋”／ｓｉ
ｎ供給できるようにした。

このために、羽口本数３本羽口の単管内径３ＩＩＩｗφ
とし、ガス元圧を８〜５０ｋｇ／ｃｍ”−Ｇまで変更で
きるようにした。

操作手順を以下に記す。予熱した炉内にスクラップ約４
トンを装入し、底吹きガスを全羽口で０．０５　Ｎ＋ｓ
！／ｗｉｎ流しながら炉を直立させ、微粉炭燃焼バーナ
ーの機能を有する上吹きランスを下降して燃焼炎を発生
させ、スクラップ上方から加熱溶解を開始した。底吹き
ガス量は２０分後に０．１０　Ｎ＋＋＋、３／ｌｌｌ１
ｎに増量した。３５分後に０．２５Ｎｍ”／ｓｉｎに増
量すると同時に、炉上から約１．５トンのスクラップを
追加投入した。

そのままさらに２０分間溶解を続けたが、この間に底吹
きガスは０．２５から０．７５　Ｎ＋ｓ’／ｍｉｎまで
漸次増加させた。炉を倒してスクラップ全量が溶解して
いることを確認し、測温とサンプリングを行った。なお
溶解中には前例と同様に生石灰を炉上より所定量添加し
た。表３はこの操業６ヒートの平均の主副原料使用量で
ある。

表３ ］−・ 底吹きガスに酸素を用いないこの例の場合には、底吹き
羽目や炉底の溶損が少なく、また羽目冷却用の炭化水素
が不要であるなどの利点があり、多少溶解時間は長くな
るが、通常の転炉の小改造で実施できることからこの発
明を実施する最適の方法である。

（発明の効果） この発明によって、従来はスクラップ溶解時に一定量の
溶鉄が必要であったのに対し、全量スクラップがら溶鉄
まで溶解することができるようになった。これは、微粉
炭燃焼バーナーの機能を有する上吹きランスにより熱源
をスクラップの上方から供給するというこの発明の技術
によって初めて達成できるようになった。

この発明により、安価で゛かつ豊富な１次エネルギーの
石炭と産業構造上必ず発生する屑鉄とから溶鉄を経済的
にかつ容易に得られるようになった。石油に大きく依存
する電気エネルギー削減および老廃物の再利用が工業的
に可能となったことは、この発明が社会的にも意義が太
きいことを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施に適合する微粉炭燃焼バーナー
の機能を有する上吹きランスの端面図と断面図、 第２図は、上吹きランスとスクラップの位置関係を示す
転炉の断面図、 第３図は、上底吹き転炉で本発明を実施した操業事例の
説明図である。 １・・・炭材の流路　　　　２・・・酸素の流路３・・
・ランス先端の吹出しノズル ４・・・冷却水流路 ５・・・微粉炭燃焼機能を有するランス６・・・反応容
器　　　　　７・・・スクラップ（屑鉄）８・・・燃焼
炎　　　　　　９・・・底吹き羽口１０・・・溶は落ち
た溶鉄　　１１上底吹き転炉１２・・・微粉炭貯蔵供給
用ディスペンサー１３・・・羽口冷却用プロパンガス流
路しく

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応容器内に屑鉄を装入し、炭素含有物質と酸素ガ
   スを同時に屑鉄の上方から燃焼下に吹付けることにより
   該屑鉄を加熱・溶解し、炭素含有溶鉄を得ることを特徴
   とする屑鉄の溶解方法。 ２、反応容器として、底壁と側壁との少なくとも一方に
   羽口を有するものを用いる１記載の方法。 ３、反応容器が上底吹き転炉である１記載の方法。 ４、反応容器内に屑鉄を装入し、炭素含有物質と酸素ガ
   スを同時に屑鉄の上方から燃焼下に吹付けることにより
   該屑鉄を加熱・溶解し、実質的に熔銑を用いずに炭素含
   有溶鉄を得ることを特徴とする屑鉄の溶解方法。