CN103930574B - 炼钢炉渣还原处理装置和炼钢炉渣还原处理系统 - Google Patents

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Abstract

该炼钢炉渣还原处理装置，是使用电炉对热态炼钢炉渣进行连续还原处理的炼钢炉渣还原处理装置，具备：炉渣供给容器，该炉渣供给容器向上述电炉内流入热炼钢炉渣；电极，该电极被设置于上述电炉，并且将通过上述热态炼钢炉渣的还原而生成了的铁液上的熔渣层加热；辅助原料供给部，该辅助原料供给部向上述熔渣层供给包含还原材料的辅助原料；和倾动装置，该倾动装置使上述炉渣供给容器倾动而对上述热态炼钢炉渣向上述电炉的流入量进行调整。

Description

炼钢炉渣还原处理装置和炼钢炉渣还原处理系统
技术领域
本发明涉及将在炼钢工序中产生的炉渣(炼钢炉渣)以工业规模进行还原、回收有价值成分，并且对炼钢炉渣的性状进行改质以使其适合于各种用途的炼钢炉渣还原处理装置和炼钢炉渣还原处理系统。本申请基于2012年6月27日在日本提出的专利申请2012-144473号、2012年6月27日在日本提出的专利申请2012-144557号、和2012年10月25日在日本提出的专利申请2012-235692号要求优先权，将其内容援引于本申请中。
背景技术
在炼钢工序中，产生大量的炼钢炉渣。炼钢炉渣包含Fe、Mn等金属成分、和P等，由于包含大量CaO所引起的膨胀、崩坏性，向路基材料、骨材等的利用被限制。但是，近年来，资源的再循环在积极地推进，到目前为止公开了许多从炼钢炉渣回收有价值物质的方法。
专利文献1中公开了一种钢渣的处理方法，该方法对收纳于熔炉的钢铁熔液，添加在钢铁熔炼时产生的钢渣，并且添加热和还原材料，一边对钢渣进行改性，一边使Fe、Mn和P向熔液移动来取得改性炉渣，然后使熔液中的Mn和P向炉渣移动。但是，该处理方法直到得到所需的成分组成的炉渣为止，需要连续进行多次批量处理，因此工作效率差。
专利文献2中公开了一种方法，该方法向碳含有率低于1.5重量％的钢水，供给氧化铁含有率超过5重量％的钢渣，然后导入碳或碳载体，将钢水碳化，得到碳含有率超过2.0重量％的钢水后，进行还原处理。
但是，专利文献2的方法通过在装入熔渣时将铁液中的C浓度(碳浓度)设为低于1.5重量％，抑制大量的气体产生，在实施熔融还原时使C浓度上升至超过2.0重量％来进行所期望的还原。因此，由于反复进行脱碳升温和渗碳还原，成为批量处理，工作效率差。再者，在实施还原处理时，由于使C浓度上升至超过2.0重量％，因此可认为专利文献2的方法主要通过炉渣-金属间的反应来促进还原反应。
另外，在专利文献2的方法中，除了将碳材料作为还原材料使用以外，也作为热源使用，因此排气量增加。其结果，可设想热效率降低、粉尘产生量增加。
非专利文献1中公开了将钢渣粉末、碳材料粉末和炉渣改质材料粉末从中空电极装入电炉内，进行了还原试验的结果。但是，非专利文献1的还原试验是在电炉中对固化并粉碎了的冷态的炼钢炉渣进行处理的试验，因此能源消耗率(单位消耗能源)大。
另外，专利文献3中公开了在开放型直流电炉中，将在有色金属精炼中产生了的熔渣通过碳质还原材料进行还原，分离为金属相和炉渣相，从而回收有价金属的技术。但是，专利文献3的方法同样是将冷态炉渣作为处理对象的电炉的批量处理，因此能源消耗率大。
这样地，从炉渣回收有价值成分的方法都存在工作效率差、或能源消耗率大的难点。
在先技术文献
专利文献1：日本国特开昭52-033897号公报
专利文献2：日本国特表2003-520899号公报
专利文献3：澳大利亚专利AU-B-20553/95号说明书
非专利文献1：Scandinavian Journal of Metallurgy2003；32：p.7-14
发明内容
如上所述，将热态炼钢炉渣通过批量处理进行回收的现有方法，存在工作效率差，另外，将冷态炼钢炉渣熔融并作为资源进行回收的现有方法，存在能源消耗率高的难点。
因此，本发明的目的是作为工作效率良好、并且能源消耗率低的方法，提供可以进行炼钢炉渣的还原处理，回收有价值成分，并且对炼钢炉渣的性状进行改质以使其适合于各种用途的炼钢炉渣还原处理装置和炼钢炉渣还原处理系统。
本发明的主旨如下。
(1)本发明的第一方式是一种炼钢炉渣还原处理装置，是使用电炉对热炼钢炉渣进行连续还原处理的炼钢炉渣还原处理装置，具备：炉渣供给容器，其向上述电炉内流入上述热态炼钢炉渣；电极，其被设置于上述电炉，并且将通过上述热态炼钢炉渣的还原而生成了的铁液上的熔渣层与上述铁液一起加热；辅助原料供给部，其向上述熔渣层供给包含还原材料的辅助原料；和倾动装置，其使上述炉渣供给容器倾动而对上述热态炼钢炉渣向上述电炉的流入量进行调整。
(2)上述(1)所述的炼钢炉渣还原处理装置中，上述电炉可以为固定式的密闭型电炉。
(3)上述(2)所述的炼钢炉渣还原处理装置中，上述密闭型电炉可以为直流电炉。
(4)上述(1)～(3)的任一项所述的炼钢炉渣还原处理装置中，上述辅助原料供给部可以为设置于上述电极的内部的辅助原料供给管。
(5)上述(1)～(4)的任一项所述的炼钢炉渣还原处理装置中，在上述炉渣供给容器可以设置有将来自上述电炉的排气排出的排气部。
(6)本发明的第二方式是一种炼钢炉渣还原处理系统，是使用了上述(1)所述的还原处理装置的炼钢炉渣还原系统，具备：测定部，其对供给到上述电极的电能进行测定；运算部，其基于所测定出的上述电能算出能够还原的热态炼钢炉渣量，并且基于所算出的上述能够还原的热态炼钢炉渣量算出规定的还原材料量；和控制部，其驱动上述倾动装置，调整上述炉渣供给容器的倾斜角，以使得上述热态炼钢炉渣向上述电炉的流入量对上述能够还原的热态炼钢炉渣量追随，并且调整来自上述辅助原料供给部的上述辅助原料的供给量以使得上述规定的还原材料量被供给。
根据上述方式，可以将炼钢炉渣以低能源消耗率改质为能够使用于水泥原料、土方工程材料、陶瓷制品等各种用途的材料，并且可以将Fe、Mn和P等有价元素回收至铁液中。并且，Fe和Mn可以向炼钢工艺中再循环，P可以通过实施氧化处理作为磷酸肥料、磷酸原料进行利用。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理装置100的模式图。
图2是将电炉1有开口部的情况与没有开口部的情况中的熔渣的全铁(Total Fe)的推移进行比较来表示的图。
图3是表示本发明的第二实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理装置200的模式图。
图4是表示本发明的第三实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理装置300的模式图。
图5是表示本发明的第四实施方式涉及的用于说明炼钢炉渣还原处理系统的炼钢炉渣还原处理装置400的模式图。
具体实施方式
如果考虑本发明的目的即工作效率良好、并且能源消耗率低的方法，使用热态炼钢炉渣(以下有时简称为炼钢炉渣)，从降低能源消耗率的观点来看是有效的。但是，使热态炼钢炉渣向收容于电炉内的铁液上流入时，热态炼钢炉渣与铁液迅速反应发生暴沸现象(炉渣起泡)，如果该现象变得激烈则有时炉渣从电炉溢出(overflow)。
如上所述，在专利文献2的方法中，寻求防止暴沸现象的策略为“通过降低铁液的C浓度来缓和反应速度”，但采用该方法时工作效率差。
即，即使在本发明中，作为需要解决的课题，也具有同样的课题，在通过炉渣-金属间的反应来促进还原反应的还原炉(转炉等)中，铁液中的C将炉渣中的FeO还原。因此，为了使还原能力提高，需要反复进行脱碳、渗碳，其结果，工作效率变差。因此，只靠降低C浓度的对策，不能称为充分的对策。
因此，本发明者们进行了认真研讨后，通过实验新发现了在电炉中，还原反应中与炉渣-金属间的反应相比，炉渣中的FeO与C的反应是主导的。因此，明确了虽然存在一些还原能力的降低，但即使是1.5质量％左右的低的C浓度，也能够不渗碳地进行炉渣的还原处理，使工作效率良好。
因此，通过使用电炉，能够抑制在热态炼钢炉渣的流入时突然发生的炉渣起泡，可成为防止炉渣的溢出的对策之一。
但是，也可能存在铁液中的C浓度高的情况，因此对即使铁液中的C浓度高，工作效率也良好、并且能源消耗率也低的方法进行了研讨。因此，本发明者们尝试了使用电炉构建解决上述课题的炼钢炉渣还原处理装置和炼钢炉渣还原处理系统。
其结果，作为使热态下具有流动性的热态炼钢炉渣直接流入电炉时，防止发生溢出的具体方法，实验发现了以下两点在抑制熔渣的暴沸现象、避免溢出方面优选：
(a)将热态下具有流动性的热态炼钢炉渣暂时收容于可调整向电炉的流入量的装置中，然后调整向电炉的流入量使其流入，以使得热态炼钢炉渣在炉内不溢出；和
(b)预先在铁液上将熔渣层、优选为惰性的熔渣层(还原炉渣层)作为缓冲带形成，在其上使热态炼钢炉渣流入。
另外，发现了如果与上述的(a)、(b)的方法并用以下两点，则在抑制溢出方面更优选：
(c)向熔渣预先供给碳材料使其过剩悬浮；和
(d)将铁液的C浓度减低至3质量％以下(但是，是不需要强还原的情况)。
本发明立足于下述技术思想：对炼钢炉渣在热态且具有流动性的期间进行还原处理，则可以将能源消耗率抑制为较低。
具体地，本发明者们想到了使在炼钢工序中产生的炼钢炉渣在热态且具有流动性的期间流入电炉进行还原，回收有价值成分，并且将炉渣改质，可以将炼钢炉渣以低能源消耗率资源化。
以下，对本发明的第1实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理装置100进行说明。
本实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理装置100的还原处理对象的炼钢炉渣(热态炼钢炉渣6’)，只要是炼钢工序中产生了的炉渣即可，不限定于特定的炼钢炉渣。
另外，热态炼钢炉渣6’只要具有足以连续或间歇地流入电炉1内的流动性即可，不需要完全处于熔融状态。热态炼钢炉渣6’的固相率没有特别限定，例如，在约1400℃下为30％以下左右，则炉渣具备可流入电炉1的流动性。再者，固相率可以使用市售的软件算出。
以下，基于附图进行说明。图1表示具备电炉1、和设置有倾动装置3a的炉渣供给容器9的本发明的第1实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理装置100。
电炉1，例如是固定式的密闭型直流电炉，具备上部电极2a和炉底电极2b在铅垂方向上成对的电极2。在电炉1的底部收容有铁液5，在铁液5的上面形成有包含从炉渣供给容器9供给了的热态炼钢炉渣6’的熔渣6的层(熔渣层)。熔渣层与铁液5一起通过电极2被加热。
本实施方式中，向熔渣层供给包含还原材料的辅助原料的辅助原料供给部14，作为辅助原料供给管14a设置于上部电极2a的内部。
在电炉1的炉顶1c的左部，设置有从炉渣供给容器9供给热态下具有流动性的热炼钢炉渣6’的炉渣供给部4。如果外部气体(氧或含氧气体)侵入电炉1，则在熔渣层的表面发生氧化反应，熔渣层的全铁(Total Fe)上升，还原能力下降。
在此，图2将在电炉1的炉壁上有开口部的情况与没有开口部的情况中的熔渣6的全铁(Total Fe，T.Fe)(质量％)的随时间的推移进行比较来表示。
通过将还原材料(碳材料)吹入电炉1内，对熔渣6进行还原处理，熔渣6的全铁(Total Fe)减少(参照图中碳材料吹入期间)，但如果在电炉1的炉壁上有开口部，则空气被吸引，电炉1内成为氧化性气氛，在熔渣6的表面发生再氧化。因此，还原材料(碳材料)的吹入结束后，通过再氧化的影响，熔渣6的全铁(Total Fe)增加。
另一方面，如果在电炉1的炉壁上没有开口部，则电炉1内维持为还原气氛，因此在熔渣6的表面不发生再氧化，进行由熔渣6和铁液5中的C引起的FeO的还原反应，熔渣6的全铁(Total Fe)减少，维持在规定的低水准。因此，电炉1优选设为外部气体不侵入的密闭型。
另外，在炉渣供给容器9设置有排气部13，以使得炉渣供给容器9形成电炉排气的排气路径。
电炉1内变为以通过还原反应产生的CO气体、和从被供给的还原材料(碳材料)产生的H2为主成分的还原气氛。但是，在将炉渣供给容器9作为电炉排气的排气路径的情况下，由于维持为还原性气氛，因此能够防止在熔渣层表面的氧化反应。
在电炉1的炉侧壁1a，设置有将熔渣6向渣桶(slag ladle)(没有图示)出渣的出渣孔7。在电炉1的与炉侧壁1a相反侧的炉侧壁1b，在比出渣孔7的水平(高度)靠下方设置有将铁液5向出铁槽(没有图示)流出的出铁孔(tap hole)8。再者，为了防止炉侧壁1a和炉侧壁1b的熔损，优选出渣孔7和出铁孔8不设置于同一炉侧壁附近，只要间隔能够防止炉侧壁1a和炉侧壁1b的熔损的距离即可。
再者，炉侧壁1a、炉侧壁1b、和炉顶1c，通过夹套冷却或喷水冷却(没有图示)被冷却。
电炉1也可以具备向电炉1内供给小块铁屑、DRI(Direct ReducedIron)等铁原料的原料供给装置(没有图示)。可以在电炉1内，将小块铁屑、还原铁、粉末粉剂等进行熔化、还原，制造铁液5。
在电炉1设置有将还原所需的还原材料、和对熔渣6的特性进行改质的改质粉末等辅助原料进行供给的辅助原料供给部14。该辅助原料供给部14也可以是如图3所示的本发明的第2实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理装置200那样地，在电炉1的炉顶1c上以贯通炉顶1c那样被设置的辅助原料供给管14a。如果从辅助原料供给管14a向电炉1内供给辅助原料(还原材料、改质粉末等)，则在电炉1内产生的气体量少，因此辅助原料通过重力落下到熔渣6的表面，与熔渣6进行混合。
另外，如图1所示，也可以将电极2的上部电极2a作为中空电极，将中空部作为辅助原料供给管14a进行使用。如果使用中空电极，则可以将辅助原料(还原材料、改质粉末等)直接吹入电弧点。
另外，如图4所示的本发明的第3实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理装置300那样地，也可以在电炉1中设置辅助原料吹入枪14b，不使用中空电极的中空部、辅助原料供给管14a，将容易飞散的粉末(辅助原料)向电炉1内供给。在图4所示的方式中，在电炉1的炉顶1c以贯通炉顶1c那样地设置有辅助原料吹入枪14b。
在图3所示的炼钢炉渣还原处理装置200中，将辅助原料供给管14a配置于电极2的附近，但辅助原料供给管14a也可以配置于远离电极2的位置。
另外，在电炉1的炉顶1c也可以并设辅助原料吹入枪14b和辅助原料供给管14a。
<炉渣供给容器>
熔渣供给容器9(参照图1、3和4)，由上壁11和下壁10构成，具备用于从渣锅(没有图示)接受热态炼钢炉渣6’的供给的开口部13a、和将开口部13a关闭的盖13b。在炉渣供给容器9的上部可以设置排气部13。优选：炉渣供给容器9的下壁10由耐火材料内衬壁构成，上壁11由水冷耐火材料内衬壁构成。
炉渣供给容器9能够以倾动轴z为中心向任意角度倾动。因此，可以对从与电炉1连结的炉渣供给部4向电炉1的热态炼钢炉渣6’的流入量进行调整。
在炉渣供给容器9具备排气部13，并且排气部13连接到集尘器(没有图示)的情况下，炉渣供给容器9的气氛始终变为负压状态因此优选。通过这样地形成负压状态，包含在电炉1中产生了的CO和H2的高温排气，从炉渣供给部4浸入炉渣供给容器9内，将炉渣供给容器9的内部作为排出路径，从排气部13经由排气通道(没有图示)向集尘器(没有图示)流出。
该情况下，即使外部气体从炉渣供给容器9与电炉1的连接部的间隙侵入，侵入了的外部气体也向炉渣供给容器9的内部流动，因此电炉1内的气氛总维持在高温的还原性气氛。另一方面，炉渣供给容器9的内部，与电炉1的内部相同地维持在高温的还原性气氛，热态炼钢炉渣6’被保温、并且不被氧化。
也可以在炉渣供给容器9设置将氧或含氧气体向包含CO和H2的电炉排气吹入的喷嘴12。在炉渣供给容器9内，使电炉排气燃烧的情况下，能够将炉渣供给容器9内维持在高温因此优选。据此，可以防止热态炼钢炉渣6’的凝固、向炉渣供给容器9的炉壁的附着。另外，可以赋予热态炼钢炉渣6’向电炉1流入所需的流动性。
即使利用排气的显热和燃烧热，有时炉渣供给容器9内的温度也没有上升至热态炼钢炉渣不附着于炉渣供给容器9的炉壁的温度。防备该情况，可以在炉渣供给容器9中设置燃烧器12a，将火焰向炉渣供给容器9内照射。
另外，在熔渣供给容器9可以配置用于将在熔渣供给容器9内对热态炼钢炉渣6’进行改质的炉渣改质材料向热态炼钢炉渣6’进行添加的改质剂添加装置(没有图示)。并且，也可以将炉渣改质材料通过燃烧器12a向炉渣供给容器9内熔融照射。
在炉渣供给容器9配备有倾动装置3a，所述倾动装置3a将炉渣供给容器9以倾动轴z为中心倾动，对热态炼钢炉渣向电炉1的流入量进行控制。
下面，对通过炉渣供给容器9的热态炼钢炉渣6’向电炉1的流入进行说明。
<热态炼钢炉渣的流入>
首先，关于手段(a)，将在下面详细描述。
(a)将热态下具有流动性的热态炼钢炉渣，暂时收容于可以调整向电炉1的流入量的装置后，调整向电炉1的流入量使其流入，以使得热态下具有流动性的热态炼钢炉渣在电炉1内不溢出。
预先将适当量(例如，100～150吨左右)的铁液5作为熔融金属收容于电炉1内。然后相对于向电炉1的电力供给速度将能够还原的量的热态炼钢炉渣6’从炉渣供给容器9向铁液5上的熔渣6供给，持续维持熔渣层。
在炼钢炉渣还原处理装置100、200、300中，热态炼钢炉渣6’向电炉1的流入方式，可以通过倾动装置3a的驱动，以倾动轴z为中心调整炉渣供给容器9的倾动角，自由地进行选择。
即，通过倾动装置3a，使炉渣供给容器9以倾动轴z为中心倾动，将从渣锅(没有图示)供给的热态炼钢炉渣6’进行储存、保持，并且对储存了的热态炼钢炉渣6’向电炉1内的铁液5上的熔渣6的层，一边调整流入量，一边连续或间歇地使其流入，以使得熔渣6不通过起泡从电炉1溢出。
再者，热态炼钢炉渣6’在炉渣供给容器9中暂时储存、保持，但在来自渣锅的供给量少，不需要在炉渣供给容器9中暂时储存、保持的情况下，可以将熔渣供给容器9以一定的角度进行固定，作为渣桶使用。
通过使炉渣供给容器9倾动，使热态炼钢炉渣6’流入电炉1内，由此炉渣供给容器9内的热态炼钢炉渣6’的高温表面层被更新，向残留于炉渣供给容器9内的热态炼钢炉渣6’的着热效率提高。
使热态炼钢炉渣6’间歇地流入电炉1内的情况下，可采用：
(i)一边适当反复进行热态炼钢炉渣6’的流入和中断一边使其流入的方式；或
(ii)使所需量的热态炼钢炉渣6’以规定的时间间隔统一流入的方式。
使热态炼钢炉渣6’向电炉1流入时，如果流入速度过快，则有时产生气体量暂时增加，成为炉渣起泡状态，将会导致炉渣从电炉1溢出(overflow)等异常事态。该情况下，优选将炉渣供给容器9的倾动角变小，暂时停止热态炼钢炉渣6’向电炉1内的流入，或使还原材料供给速度增加。
再者，使热态炼钢炉渣6’向电炉1内流入时，是否熔渣层的起泡状态(slag foaming)变得过激导致溢出等异常事态，优选始终通过：
(1)采用监控摄像机监控炉内状况和炉外状况；
(2)采用声级计(sound meter)监控热态炼钢炉渣的行为；
(3)采用微波辐射监控熔渣表面水平等进行检测，在将要超过阈值的情况下，调整热态炼钢炉渣向电炉1的流入量。
作为预防熔渣6变为起泡状态，从电炉1溢出(overflow)的手段，除了调整来自炉渣供给容器9的热态炼钢炉渣6’的流入量(参照上述手段(a))以外，有以下的手段(b)，因此可以并用(a)和(b)。
(b)作为铁液5上的炉渣，通过使被还原了的炉渣存在而具有作为缓冲带的功能，据此将流入的热态炼钢炉渣6’的FeO浓度稀释降低，并且降低热态炼钢炉渣6’与铁液5的接触机会。
即，通过在铁液5的上面作为缓冲带使还原处理后的熔渣6存在，可以降低该熔渣6的(FeO)浓度，并且也降低熔渣6与铁液5的接触机会。因此，抑制熔渣6的起泡，结果可以防止熔渣6从电炉1的溢出。
热态炼钢炉渣6’向电炉1的流入量，基本上由向电极2的供给电能决定。即，基于炼钢炉渣的还原处理所需的单位耗电率、和供给实际电能，计算连续或间歇地流入的热态炼钢炉渣6’的流入量。
热态炼钢炉渣6’的流入速度，从长期来看需要与向电极2的电力供给速度一致，但从短期来看不需要与向电极2的电力供给速度一致。这是因为使规定量的热态炼钢炉渣6’间歇地流入电炉1的情况下，流入量从短期来看不与向电极2的电力供给速度一致。该情况下，通过从长期来看使其与电力供给速度一致从而没有问题。
再者，热态炼钢炉渣的还原处理所需的单位耗电率，可以通过考虑了反应热和放热的热平衡计算来求得。但是，上述的单位耗电率是通过热平衡计算得到的估计值，因此其误差成为电炉1内的熔渣6的温度变化而体现。
熔渣温度的变动可以通过调整供给电力、热态炼钢炉渣6’的流入量、还原材料供给量来控制。通常，电炉1内的温度可例示控制成铁液温度：1400～1550℃、熔渣温度：1500～1650℃。
只要热态炼钢炉渣6’的流入以熔渣6不溢出那样地进行，热态炼钢炉渣6’向电炉1的流入可以是连续的，也可以是间歇的。再者，使热态炼钢炉渣6’间歇地流入的情况下，一次流入的热态炼钢炉渣6’的量，在预先通过实验等确认了不因炉渣发泡而发生溢出的量之后进行设定是重要的。
<熔渣的处理>
为了对热态炼钢炉渣6’流入了的铁液5上的熔渣6进行还原处理，需要使与流入了电炉1的热态炼钢炉渣量对应的量的还原材料流入电炉1内。
还原材料(辅助原料)如图3所示，可以从设置于炉盖的辅助原料供给管14a连续或间歇地供给，但也可以从中空电极的中空部或辅助原料吹入枪14b连续或间歇地供给(参照图1和图4)。此时，还原材料可以混合炉渣改质材料和含铁原料的至少一种。
作为还原材料，通常使用碳材料。作为碳材料，可以使用焦灰、无烟煤粉、石墨粉、含碳粉尘、飞灰(fly ash)等。
炉渣改质材料主要用于(SiO2)、(Al2O3)的调整，因此需要选择适当的材料。炉渣改质材料优选包含SiO2、CaO、Al2O3、和MgO的1种或2种以上。另外，作为炉渣改质剂，可以利用煤灰、含有大量SiO2、Al2O3的渣粉、砖屑、铝渣等。含铁原料优选铁屑、还原铁、和粉状粉尘的1种或2种以上。
另外，作为预防熔渣6变为起泡状态、从电炉1溢出的手段，可以并用：
(c)使碳材料相对于还原处理所需的量过剩地悬浮于熔渣层中的方法。
为了炼钢炉渣的还原，向熔渣层供给的还原材料(辅助原料)的量，需要在炼钢炉渣与还原材料的还原反应中化学计量的当量。但是，为了预防熔渣6变为起泡状态、从电炉1溢出，优选将与熔渣6的还原反应所需的化学计量量的1.1～1.6倍设为规定的还原材料量，使其悬浮于熔渣层，抑制起泡。
如果还原材料(粉末碳)低于化学计量量的1.1倍，则难以体现通过还原材料的添加得到的起泡抑制效果，如果超过化学计量量的1.6倍，则起泡抑制效果饱和。
另外，作为预防熔渣6变为起泡状态、从电炉1溢出的手段，可以并用：
(d)将铁液5的C浓度降低至3质量％以下的方法。
这是基于实验的发现，通过将铁液5的C浓度降低至3质量％以下，从而容易抑制熔渣6变为起泡状态、从电炉1溢出。
在炼钢炉渣还原处理装置100、200、300中，将热态炼钢炉渣6’从炉渣供给容器9向电炉1内的熔渣层连续或间歇地流入，另一方面，将熔渣层的炉渣从设置于炉底侧壁的出渣孔7间歇地出渣。因此，在电炉1内，可以连续地进行热态炼钢炉渣6’的还原处理，因此炼钢炉渣的处理效率极高。
电炉1内的熔渣层的厚度上升至规定的水平时，将出渣孔7开孔，向炉外排出熔渣6。另外，熔渣6的层与铁液5的界面接近出渣孔7的附近时，将位于比出渣孔7靠下方的出铁孔8开孔，排出铁液5。如果熔渣6的层与铁液5的界面接近出渣孔7，则熔渣6与铁液5的分离性能下降。
<排出后的熔渣和铁液的处理>
从出渣孔7排出了的熔渣6，立即进行粒化急冷处理、或收纳于容器中进行缓冷处理，形成制品。从出铁孔8排出了的铁液5，收纳于铁液锅中，将氧或氧化铁与脱磷材料混合向该铁液5供给，实施脱磷处理。脱磷后的目标磷浓度设为与高炉的出铁磷浓度大致相等，使在炼钢过程内能够利用。
脱磷后的铁液5形成为模具铸铁，或转移到铸铁车或铁液锅中，移送到炼钢过程中。另一方面，通过脱磷处理生成了的炉渣，以高浓度含有P2O5，因此原样作为磷酸肥料使用，或作为工业用磷酸原料利用。
2)下面，对本发明的第4实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理系统进行说明。
图5表示本实施方式涉及的炼钢炉渣还原处理系统中使用的炼钢炉渣还原处理装置400。
首先，设定向电炉1的电极2供给的电力，基于设定电力，算出能够还原的热态炼钢炉渣的供给速度。并且，基于所算出的热态炼钢炉渣供给速度算出规定的还原材料供给速度。但是，在「实际电力」从「设定电力」偏离了的情况下，基于实际累计供给电能修正热态炼钢炉渣的累计投入量。
再者，规定的还原材料量，如上所述，为了预防熔渣6变为起泡状态、从电炉1溢出，优选在与熔渣6的还原反应所需的化学计量量的1.1～1.6倍的范围内进行设定。
然后，热态炼钢炉渣向电炉1的流入量Y被控制为追随作为目标值的所算出的能够还原的热态炼钢炉渣量X。
具体地，热态炼钢炉渣向电炉1的流入量Y，是炉渣供给容器9内的热态炼钢炉渣的量的变化通过称量器3b被测定，测定值输入运算部15b进行算出的。
将算出了的热态炼钢炉渣的流入量Y、与基于实际供给电能算出了的能够还原的热态炼钢炉渣量X通过运算部15c进行对比。并且，通过控制装置，将上述能够还原的热态炼钢炉渣量X作为目标值，以上述热态炼钢炉渣的流入量Y追随该值的方式，驱动倾动装置3a，以倾动轴Z为中心，调整炉渣供给容器9的倾斜角。顺便说一下，上述热态炼钢炉渣的流入可以连续或间歇地进行。
首先，使热态炼钢炉渣连续地流入的情况下，将上述能够还原的热态炼钢炉渣量X作为目标值，以热态炼钢炉渣的流入量Y追随该目标值那样地控制即可。关于控制方法没有特别限定，例如，可以使用广为人知的PID控制等。
另一方面，使热态炼钢炉渣间歇地流入的情况下，将上述能够还原的热态炼钢炉渣量X作为目标值，以热态炼钢炉渣的流入量Y追随该目标值那样地进行控制，与使其连续地流入的情况相同。但是，作为热态炼钢炉渣的流入量Y，例如，将所需量的热态炼钢炉渣以规定的时间间隔统一供给的情况下，可以采用换算为每小时的流入速度的值。
该情况下，可以通过将统一供给的热态炼钢炉渣的量、和规定的时间间隔预先设定，进行顺序控制来实施。此时，即使将热态炼钢炉渣统一供给，在预先确认不溢出的热态炼钢炉渣量也很重要。
并且，将基于上述的可还原的热态炼钢炉渣的流入量X通过运算部算出了的规定的还原材料量作为目标值，调整来自辅助原料供给管14a的供给量。在此，通过对辅助原料供给管14a的供给量进行控制的装置(没有图示)控制供给量。
下面，对本发明的实施例进行说明，但实施例中的条件是为了确认本发明的实施可能性和效果而采用的一个条件例，本发明并不限定于这一个条件例。只要不脱离本发明的主旨而达成本发明的目的，本发明可采用各种条件。
(实施例1)
在图5所示的炼钢炉渣还原处理装置400中，使从转炉排出了的热态炼钢炉渣6’以熔融状态(固相率25％以下)流入炉渣供给容器9，暂时储存，然后将炉渣供给容器9以每10分钟1次的频度倾动，使1次约8吨的热态炼钢炉渣流入了直流电炉1。
该电炉1中，在铸铁约为130吨、和其上面以约200mm厚度存在进行了还原处理的熔渣层的条件下，使热态炼钢炉渣6’流入了电炉1。再者，将热态炼钢炉渣6’的流入量设定为1次：约8吨，是为了通过预先的实机试验，确认这次的条件下不激烈地发生起泡。
另外，热态炼钢炉渣6’的流入速度平均设定为800kg/分钟。这是根据如下所述，为了连续供给约30MW的电力，通过上述的方法求得了的热态炼钢炉渣的还原处理所需的单位耗电率进行算出的。
一边供给电力，一边从辅助原料供给管14a向电炉1内供给了焦灰。其供给速度设为了相当于化学计量的供给速度的1.5倍的85kg/分钟。另外，炉渣改质剂为了达成目标碱度：1.2、目标(Al2O3)：12质量％，将飞灰：378kg/t-slag、铝矾土粉：47kg/t-slag从辅助原料供给管14a向熔渣层进行了连续地供给。
电炉1内的温度以铁液温度：1450±5℃、炉渣温度：1550±5℃那样地进行了控制。在电炉1没有连通大气的开口部，因此电炉1内维持在还原气氛。熔渣6的组成和温度在表1中表示。
[表1](质量％)
(T.Fe) (M.Fe) (CaO) (SiO2) (MnO) (MgO) (P2O5) 温度
熔渣 18.6 2.0 49.0 12.2 6.1 8.2 1.5 1450℃
在电炉1内，使表2所示的成分组成的铁液5(C；3.0质量％)始终存在100～150吨，使熔渣层以约100～300mm的厚度存在。在电炉1中，从电极2连续供给约30MW的电力，不发生起泡地进行了向熔渣层流入的热态炼钢炉渣的还原处理。
[表2](质量％)
[C] [Si] [Mn] [P] [S] 温度
铁液组成 3.0 0.01 0.32 0.12 0.024 1450℃
熔渣层的炉渣以1小时1次从出渣孔7排出了约46吨，铁液5以5小时1次从出铁孔8排出了约44吨。将排出了的熔渣6的组成和铁液5的组成如表3和表4所示，明确了炉渣被还原，铁液5中P、Mn被浓化。
[表3](质量％)
(T.Fe) (M.Fe) (CaO) (SiO2) (Al2O3) (MnO) (MgO) (P2O5)
排出炉渣 1.1 0 40.5 32.7 12 4.7 9.7 0.28
[表4](质量％)
[C] [Si] [Mn] [P] [S]
排出铁液 3.0 0.01 0.80 1.40 0.038
熔渣6的还原处理所需的单位耗电率在1450℃的脱碳渣的情况下为607kWh/t-slag。另一方面，为了比较，使相同的脱碳渣以冷态下为粉状地流入，单位耗电率为1314kWh/t-slag。
(实施例2)
将电极2(上部电极2a)作为中空电极，将其中空部作为辅助原料供给管14a使用，供给了改质材料和还原材料，除此以外在与实施例1同样的条件下进行了还原改质处理。
电炉1内的温度，控制为铁液温度：1450±5℃、炉渣温度：1450±5℃。热态炼钢炉渣的还原处理，中途不发生熔渣6的溢出地连续地进行了。
还原处理中，熔渣层的炉渣，以1小时1次从出渣孔7排出了约46吨，铁液5，以5小时1次从出铁孔8排出了约44吨。排出了的熔渣6的组成和铁液5的组成，与表3和表4所示的组成大致相同。
在实施例1～2中，即使在以10分钟间隔使每次约8吨的热态炼钢炉渣统一流入的流入条件下，也可以不发生熔渣6的溢出，持续进行了熔渣6的还原处理。并且，热态炼钢炉渣的流入速度平均为800kg/分钟。
这意味着，在本发明装置中，使热态炼钢炉渣以流入速度：800kg/分钟、或流入速度：800kg/分钟以下连续地流入的情况下，变为难以发生起泡的条件，因此可以不发生熔渣6的溢出，持续进行熔渣6的还原处理。即，间歇流入的实施例1～2也是证实本发明装置中的热炼钢炉渣的连续流入的实施可能性的实施例。
(比较例)
为了将表1所示的成分组成的炼钢炉渣还原，向收容有表2所示的成分组成和温度的铁液5的电炉1内，以热状态统一供给了20吨上述炼钢炉渣。铁液5刚向电炉1内供给了热态炼钢炉渣后，激烈地发生炉渣起泡，不得不中止了操作。
产业可利用性
根据本发明，可以将热态炼钢炉渣的还原处理一边间歇地出渣、一边没有中断地连续地进行，因此可以在以低能源消耗率、高效地将炼钢炉渣改质为能够使用于水泥原料、土方工程材料、陶瓷制品等各种用途的材料的同时，将Fe、Mn、和P等有价值元素回收至铁液中。Fe和Mn可以再循环到炼钢过程，P可以作为磷肥、磷酸原料进行利用。并且，根据本发明，可以在同一电炉内，将小块铁屑、还原铁、粉末粉剂等进行熔化、还原，制造铁液。据此，本发明在钢铁工业中可利用性极高。
附图标记说明
100，200，300，400  炼钢炉渣还原处理装置
1  电炉
1a，1b  炉侧壁
1c  炉顶
2  电极
2a  上部电极
2b  炉底电极
3a  倾动装置
3b  称量器
4  炉渣供给部
5  铁液
6  熔渣
6’  热态炼钢炉渣
7  出渣孔
8  出铁孔
9  炉渣供给容器
10  下壁
11  上壁
12  喷嘴
12a  燃烧器
13  排气部
13a  开口部
13b  盖
14  辅助原料供给部
14a  辅助原料供给管
14b  辅助原料吹入枪
15a，15b，15c  运算部
X  通过设定电能可还原的热态炼钢炉渣量
Y  热态炼钢炉渣向电炉的流入量
Z  倾动轴

Claims (5)

1.一种炼钢炉渣还原处理装置，是使用电炉对热态炼钢炉渣进行连续还原处理的炼钢炉渣还原处理装置，其特征在于，具备：
炉渣供给容器，其向所述电炉内流入所述热态炼钢炉渣；
电极，其被设置于所述电炉，并且将通过所述热态炼钢炉渣的还原而生成了的铁液上的熔渣层与所述铁液一起加热；
辅助原料供给部，其向所述熔渣层供给包含还原材料的辅助原料；和
倾动装置，其使所述炉渣供给容器倾动而对所述热态炼钢炉渣向所述电炉的流入量进行调整，
并且所述电炉为固定式的密闭型电炉。
2.根据权利要求1所述的炼钢炉渣还原处理装置，其特征在于，
所述密闭型电炉为直流电炉。
3.根据权利要求1所述的炼钢炉渣还原处理装置，其特征在于，
所述辅助原料供给部为设置于所述电极的内部的辅助原料供给管。
4.根据权利要求1所述的炼钢炉渣还原处理装置，其特征在于，
在所述炉渣供给容器设置有将来自所述电炉的排气排出的排气部。
5.一种炼钢炉渣还原处理系统，是使用了权利要求1所述的还原处理装置的炼钢炉渣还原系统，其特征在于，具备：
测定部，其对供给到所述电极的电能进行测定；
运算部，其基于所测定出的所述电能算出能够还原的热态炼钢炉渣量，并且基于所算出的所述能够还原的热态炼钢炉渣量算出规定的还原材料量；和
控制部，其驱动所述倾动装置，调整所述炉渣供给容器的倾斜角，以使得所述热态炼钢炉渣向所述电炉的流入量对所述能够还原的热态炼钢炉渣量追随，并且调整来自所述辅助原料供给部的所述辅助原料的供给量以使得所述规定的还原材料量被供给。
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