CN114651074A - 钢水的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一个方面涉及的钢水的制造方法中，固态还原铁含有：合计为3.0质量％以上的SiO2和Al2O3；以及1.0质量％以上的碳，在固态还原铁所含的总铁量中，金属铁所占的比例为90质量％以上，在固态还原铁所含的所述碳中，多余碳量Cx为0.2质量％以上，所述制造方法包括以下工序：在第一炉中，使固态还原铁中的40～100质量％熔化，并分离为碳含量为2.0～5.0质量％且温度为1350～1550℃的铁水和碱度为1.0～1.4的炉渣的工序；以及在第二炉中，使固态还原铁的剩余部分和在所述第一炉中被分离的所述铁水一并熔化，并向该熔化物吹氧进行脱碳，从而使其成为钢水的工序。

Description

钢水的制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢水的制造方法。
背景技术
使用碳质材料或还原性气体将铁矿石等氧化铁源在固体状态下进行还原从而得到还原铁(Direct Reduced Iron)的直接制铁法已被实施。非专利文献1中公开了使用天然气体将铁矿石还原，将所得到的还原铁在电炉中进行熔化，从而得到钢水的方法。
近年来，由于脉石等杂质含量少的所谓高品位铁矿石的生产量减少，因此低品位铁矿石的重要性日益提高。
但是，由于以低品位铁矿石为原料而获得的还原铁含有较多的脉石，因此在电炉中熔化时，与钢水一起产生大量的炉渣。
由于与钢水一起产生的炉渣的铁含量高达约25质量％，因此炉渣量越多，则炉渣所含的铁也越增加，钢水的收得率大幅度降低。因此，虽然低品位铁矿石的单位重量价格低于高品位铁矿石，但就制造单位重量的钢水所需的铁矿石重量而言，低品位铁矿石与高品位铁矿石相比大幅度多，从而单位重量的钢水的制造成本与高品位铁矿石相差不大。
如上所述，目前，将低品位铁矿石作为还原铁的原料，由于收得率低而在成本方面没有较大优势，因此其利用有限。
本发明鉴于该问题而做出，其目的在于提供一种钢水的制造方法，即使将低品位铁矿石作为固态还原铁的原料而利用，也能够以高收得率获得钢水。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：厚雅章、上村宏、坂口尚志，“MIDREX(注册商标)工艺”，R&D神户制钢技报，第60卷，第1号，2010年4月，第5～11页
发明内容
本发明人们进行了各种研究，结果发现通过以下发明可以实现上述目的。
本发明一个方面涉及的钢水的制造方法是以固态还原铁作为原料的钢水的制造方法，所述固态还原铁含有：合计为3.0质量％以上的SiO2和Al2O3；以及1.0质量％以上的碳，在所述固态还原铁所含的总铁量中，金属铁所占的比例为90质量％以上，在所述固态还原铁所含的所述碳中，用下述式(1)规定的多余碳量Cx为0.2质量％以上，所述制造方法包括以下工序：在第一炉中，使所述固态还原铁中的40～100质量％熔化，并分离为碳含量为2.0～5.0质量％且温度为1350～1550℃的铁水和碱度为1.0～1.4的炉渣的工序；以及在第二炉中，使所述固态还原铁的剩余部分和在所述第一炉中被分离的所述铁水一并熔化，并向该熔化物吹氧进行脱碳，从而使其成为钢水的工序。
Cx＝[C]-[FeO]×12÷(55.85+16)÷0.947 (1)
式中，Cx：多余碳量(质量％)，[C]：固态还原铁的碳含量(质量％)，[FeO]：固态还原铁的FeO含量(质量％)。
上述的本发明的目的、特征以及优点通过以下的详细记载和附图将更加明了。
附图说明
图1是本发明的一实施方式涉及的钢水的制造方法的流程图。
图2是表示熔化铁所含的碳量和与熔化铁共存的炉渣可以含有的总铁量的关系的一个例子的曲线图。
图3是可以在本发明的一实施方式涉及的钢水的制造方法中使用的炼铁电炉的纵剖视图。
具体实施方式
以下对于本发明的一实施方式涉及的钢水的制造方法进行具体的说明，但本发明并不限于这些实施方式。
[钢水的制造方法]
本实施方式涉及的钢水的制造方法是以固态还原铁作为原料制造钢水的方法，固态还原铁含有：合计为3.0质量％以上的SiO2和Al2O3；以及1.0质量％以上的碳，在固态还原铁所含的总铁量中，金属铁所占的比例为90质量％以上，固态还原铁所含的所述碳中，用下述式(1)规定的多余碳量Cx为0.2质量％以上。
Cx＝[C]-[FeO]×12÷(55.85+16)÷0.947 (1)
式中，Cx：多余碳量(质量％)，[C]：固态还原铁的碳含量(质量％)，[FeO]：固态还原铁的FeO含量(质量％)。
根据上述构成，可以提供一种钢水的制造方法，即使将低品位铁矿石作为固态还原铁的原料而利用，也能够以高收得率获得钢水。
此外，本实施方式涉及的钢水的制造方法如图1的流程图所示，包含：在第一炉中，将作为原料的固态还原铁中的40～100质量％熔化，并分离为碳含量为2.0～5.0质量％且温度为1350～1550℃的铁水和碱度为1.0～1.4的炉渣的工序(以下，也称为“第一炉中的工序”)；以及在第二炉中，使固态还原铁的剩余部分与在第一炉被分离的铁水一并熔化，并向该熔化物吹氧进行脱碳，从而使其成为钢水的工序(以下，也称为“第二炉中的工序”)。
以下，说明本实施方式涉及的钢水的制造方法的上述各要件。
(固态还原铁)
在本实施方式涉及的钢水的制造方法中，使用SiO2以及A12Os的合计含量为3.0质量％以上的固态还原铁。固态还原铁可以使用例如用碳质材料或还原性气体将铁矿石等氧化铁源在固体状态下进行还原而得到的还原铁。固态还原铁的制造方法没有特别限定，可以采用使用了公知的还原铁制造设备的制造方法，该还原铁制造设备有：转底炉、如带式焙烧机等移动炉床式还原炉、如竖炉等立式炉、如回转窑等回转炉等。
在固态还原铁的SiO2和Al2O3的合计含量少于3.0质量％的情况下，该固态还原铁的制造中使用的铁矿石等氧化铁源的品位高。即使在第二炉中直接熔化该固态还原铁，副产生的炉渣之量也少，因此能够以高收得率获得钢水。由此，在固态还原铁的SiO2和Al2O3的合计含量少于3.0质量％的情况下，无需采用：先予第二炉，在第一炉中将固态还原铁制成铁水的本实施方式涉及的钢水的制造方法。因此，在本实施方式涉及的钢水的制造方法中，使用SiO2和Al2O3的合计含量为3.0质量％以上的固态还原铁。
设固态还原铁的碳含量为1.0质量％以上。在第一炉中熔化固态还原铁时，固态还原铁中的FeO被固态还原铁所含的碳还原，伴随于此产生CO气体。通过将固态还原铁的碳含量设为1.0质量％以上，可以生成足够量的CO气体，并且可以利用生成的CO气体充分形成炉渣。通过在该形成的炉渣中进行电弧加热，可以实现高效加热。从该观点出发，固态还原铁的碳含量优选为1.5质量％以上。
此外，如果固态还原铁的碳含量过多，则铁水的碳浓度有时超过饱和碳浓度。在铁水的碳浓度超过饱和碳浓度的情况下，对FeO的还原反应没有贡献的碳与炉渣或废气一起被排出到炉外，被浪费掉。因此，固态还原铁的碳含量优选为7.0质量％以下，更优选为6.0质量％以下。
设金属铁在固态还原铁所含的总铁量中所占的比例(以下，也称为“固态还原铁的金属化率”或简称为“金属化率”)为90质量％以上。通过将固态还原铁的金属化率设为90质量％以上，利用本实施方式涉及的钢水的制造方法，能够以高收得率制造钢水。
在固态还原铁的金属化率低于90质量％的情况下，固态还原铁中的FeO含量变多。在制造固态还原铁时进行的增碳工艺(carburizing process)中，可以使固态还原铁的碳含量增多。然而，固态还原铁的碳含量存在工业上可行的上限。因此，在固态还原铁中的FeO含量多的情况下，在第一炉中产生没有被固态还原铁所含的碳还原的FeO。没有被还原的FeO直接进入到炉渣中，并与炉渣一起从第一炉排出。如上所述，在固态还原铁的金属化率低于90质量％的情况下，即使适用本实施方式涉及的第一炉中的工序和第二炉中的工序，也难以以高收得率制造钢水。因此，在本实施方式涉及的钢水的制造方法中，固态还原铁的金属化率设为90质量％以上。此外，如果固态还原铁中的FeO含量多，则在第一炉中的工序和第二炉中的工序中还原FeO所需的能量也增多。因此，固态还原铁的金属化率更优选为92质量％以上。金属化率越高越优选，因此没有特别的上限。但是，过高的金属化率使固态还原铁的制造工艺中的固态还原铁的生产率大幅度降低，因此优选为98质量％以下，更优选为97质量％以下。
在固态还原铁所含的所述碳中，用上述式(1)规定的多余碳量Cx设为0.2质量％以上。多余碳量Cx是在用固态还原铁所含的碳还原了固态还原铁所含的全部FeO的情况下，指所残留的碳(以下，也称为“多余碳”)量。通过将多余碳量Cx设为0.2质量％以上，在第一炉中熔化固态还原铁时，固态还原铁所含的FeO全部被固态还原铁所含的碳还原，可以抑制固态还原铁所含的FeO进入到炉渣中。
此外，由于可以用多余碳来使熔化铁中的碳含量增加，因此可以减少获得碳含量为2.0～5.0质量％的铁水所需的外部增碳的比例。在此，“外部增碳”是指：将碳与固态还原铁均投入到炉中的方式。相对于此，“内部增碳”是指：将碳包含于固态还原铁的方式，例如在制造固态还原铁时进行。由于外部增碳的增碳效率不如内部增碳，因此通过将多余碳量Cx设为0.2质量％以上，可以整体上提高增碳效率。在此，“增碳效率”是指：通过外部增碳或内部增碳而投入到炉内的碳中，溶解于铁水的碳的比例。
多余碳量Cx优选为0.2质量％以上，更优选为0.5质量％以上。此外，如果多余碳量Cx过多，则存在铁水的碳浓度超过饱和碳浓度之虞。在铁水的碳浓度超过饱和碳浓度的情况下，如上所述，对FeO的还原反应没有贡献的碳与炉渣或废气一起被排出到炉外，被浪费掉。因此，多余碳量Cx优选为6.0质量％以下，更优选为5.0质量％以下。
下面，说明本实施方式涉及的钢水的制造方法的各工序。
(第一炉中的工序)
在第一炉中，使作为钢水的原料的固态还原铁中的40～100质量％熔化。在第一炉中熔化的固态还原铁的比例可以根据例如固态还原铁所含的SiO2和Al2O3的合计含量、以及在第二炉中由固态还原铁的剩余部分生成的目标炉渣量等而决定。对于固态还原铁而言，优选：SiO2和Al2Oa的合计含量越高，就将在第一炉中熔化的比例设为越高。其理由在于：在第一炉中熔化的固态还原铁的比例越高，在第二炉中产生的炉渣量就越少，可以提高钢水的收得率。另一方面，如果将在第一炉中熔化的固态还原铁的比例提高至所需以上，则在第一炉中的工序和第二炉中的工序中合计使用的每1吨钢水的电量就变多。因此，在第一炉中熔化的固态还原铁的比例优选为45质量％以上，更优选为50质量％以上。此外，在第一炉中熔化的固态还原铁的比例优选为95质量％以下，更优选为90质量％以下。
第一炉例如可以使用后述的炼铁电炉。
通过将上述的固态还原铁投入到第一炉中而进行加热，并且根据固态还原铁的SiO2和Al2O3的合计含量适当加入生石灰、白云石等造渣材料，此外根据固态还原铁的碳含量适当进行外部增碳并使其熔化，从而分离为碳含量为2.0～5.0质量％且温度为1350～1550℃的铁水和碱度为1.0～1.4的炉渣。为了减少加热所需的能量，投入到第一炉的固态还原铁优选处于制造后温度下降之前的状态。
图2是表示熔化铁所含的碳量和与熔化铁共存的炉渣可以含有的总铁量之间的关系的一例的曲线图。如该图所示，一般来说，熔化铁所含的碳量越多，炉渣可以含有的总铁量就越少。即，碳含量较多的铁水与碳含量较少的钢水相比，炉渣所含的量少。需要说明的是，在本实施方式中，铁水是指碳含量为2.0质量％以上的熔化铁，钢水是指碳含量少于2.0质量％的熔化铁。
在本实施方式涉及的第一炉中的工序中，铁水的碳含量设为2.0～5.0质量％。据此，可以减少炉渣中可以含有的总铁量，可以减少转移到炉渣中的铁量。因此，可以减少与炉渣一起被排出的总铁量，可以抑制铁水收得率降低。此外，其结果，还可以抑制在第二炉中获得的钢水的收得率降低。铁水的碳含量优选为3.0质量％以上。
在第一炉中，将铁水的温度设为1350～1550℃。据此，能够使熔化铁所含的碳溶解，将铁水的碳含量成为2.0～5.0质量％。通过将铁水的温度设为1350℃以上，从而炉渣的粘度降低，因此，可以使得铁水和炉渣容易分离、并且容易从第一炉分别排出铁水和炉渣。另一方面，通过将铁水的温度设为1550℃以下，能够抑制第一炉的内衬耐火材料的熔损。铁水的温度优选为1400℃以上。此外，铁水的温度优选为1530℃以下。
将炉渣的碱度设为1.0～1.4。通过将炉渣的碱度设为1.4以下，可以确保炉渣的流动性，可以容易地将炉渣从第一炉排出去。此外，通过将炉渣的碱度设为1.0以上，在使用碱性耐火材料作为第一炉的内衬耐火材料的情况下，能够抑制由炉渣引起的耐火材料的熔损。在此，炉渣的碱度是指：在炉渣所包含的CaO和SiO2之间的、CaO相对于SiO2的质量比(CaO/Si02)。炉渣的碱度可以通过调整与固态还原铁一起投入到第一炉中的造渣材料的量来调整。
(第二炉中的工序)
在第二炉中，使上述的固态还原铁的剩余部分与在第一炉中被分离的铁水一并熔化，并向该熔化物吹氧进行脱碳，从而使其成为钢水。由于在第一炉中熔化固态还原铁中的40～100质量％，因此在第二炉中熔化的固态还原铁的剩余部分为0～60质量％。即，在将固态还原铁的全量(100质量％)熔化在第一炉中的情况下，则不存在在第二炉中需要熔化的固态还原铁(0质量％)。
第二炉可以采用如产生电弧等离子体来进行加热的一般的炼钢电炉(ElectricArc Furnace；EAF)。向第二炉中注入在第一炉中得到的铁水并投入固态还原铁的剩余部分，并且加热铁水和固态还原铁而使其熔化。此时，可以基于固态还原铁的组成等，根据需要在熔化物中适当添加生石灰、白云石等造渣材料。
收容在第二炉中的熔化物包含：通过固态还原铁熔化而增加的铁水、和由固态还原铁所含的SiO2及Al2O3等生成的炉渣。从该熔化物的上面或炉的下方进行吹氧，使铁水所含的碳氧化，将其变为一氧化碳而除去。由此，可以得到钢水。此外，也可以根据需要，通过使用造渣材料来调整炉渣的组成，由此，使铁水所含的杂质转移到炉渣中，将钢水的杂质含量调整为所希望的值。
第二炉中的炉渣的碱度没有特别限定，但在第二炉中与炉渣接触的部分使用碱性耐火材料的情况下，为了抑制该碱性耐火材料的熔损，优选炉渣的碱度高，例如为1.8。
此外，脱碳后的钢水所含的碳量可以根据使钢水凝固所得到的钢的用途而调整为所希望的值。
需要说明的是，向第二炉中投入在第一炉中获得的铁水和固态还原铁的剩余部分之外，还可以投入废铁。此外，也可以将在第一炉中获得的铁水全量直接注入到第二炉中。也可以将在第一炉中获得的铁水的一部分冷却并铸造成生铁，并且向第二炉中投入在第一炉中获得的铁水和固态还原铁的剩余部分之外，还投入该生铁。此外，也可以将该生铁作为炼钢炉用的原料而对外销售。
根据本实施方式涉及的铁水的制造方法，如上所述，能够抑制第一炉的铁水的收得率降低，并且能够在第二炉中由铁水得到钢水，因此，即使利用低品位铁矿石作为固态还原铁的原料，也能够以高收得率获得钢水。
(在第一炉中使固态还原铁全量熔化的情况)
如上所述，在第一炉中使固态还原铁全量(100质量％)熔化的情况下，则不存在不经过第一炉而直接在第二炉中需要熔化的固态还原铁(0质量％)。因此，在第二炉中，仅针对在第一炉中被分离的铁水进行脱碳。在该情况下，由于铁水不被固态还原铁冷却而不需要加热铁水，因此可以将转炉作为第二炉而使用。据此，可以减少在第二炉中制造钢水所需的能量。在使用转炉的情况下，根据需要将造渣材料与铁水一起投入到转炉中，从上方和下方的至少一方向铁水吹氧使其脱碳。
[炼铁电炉]
接着，说明在本实施方式的钢水的制造方法中可以作为第一炉而使用的炼铁电炉(Electric Ironmaking Furnace；EIF)。
图3是炼铁电炉的纵剖视图。炼铁电炉10是通过以辐射热为主的电弧加热来熔化固态还原铁的固定式非倾斜熔化炉(stationary non-tilting type melting furnace)。以下，附图中记载的附图标记表示1：固态还原铁、2：铁水、3：炉渣、5a：电弧。
炼铁电炉10具备：收容固态还原铁1、铁水2和炉渣3的主体11；设置在主体11的上部，并通过电弧5a来加热收容在主体11的固态还原铁1、铁水2和炉渣3的电极5；将固态还原铁1投入到主体11中的投入部6；排出因加热固态还原铁1、铁水2和炉渣3而产生的气体和粉尘的排气部7；从上方覆盖主体11的盖部8；以及冷却主体11的冷却部9。在盖部8设置有供电极5、投入部6和排气部7贯穿的贯穿孔。此外，在主体11以分别贯穿壁面的方式设置有：排出炉渣3的出渣孔11a；和设置在比出渣孔11a更位于下方的位置，排出铁水2的出铁水孔11b。出渣孔11a及出铁水孔11b可以用泥浆枪封闭并且可以用钻头打开。
冷却部9具有：以包围主体11的外周的方式设置的第一冷却部件9a；和设置在盖部8的上方的第二冷却部件9b。第一冷却部件9a和第二冷却部件9b分别具有水冷结构，分别对主体11和盖部8进行冷却。第一冷却部件9a和第二冷却部件9b也可以具有空冷结构。通过设置冷却部9，可以冷却主体11，并且可以抑制构成主体11的耐火材料的熔损。
炼铁电炉10具有能够将炉内维持在指定气氛的密闭结构。因此，如盖部8与主体11的上端的连接部分、盖部8中与电极5及排气部7接触的部分等可能会降低炉内的密闭性的部分，通过如氮气密封、陶瓷密封环等公知的技术而被密封。此外，在投入部6与盖部8之间设置有由料斗中的材料进行密封且结合有从料斗排出固态还原铁1的进料器的密封部6a。需要说明的是，密封部6a的结构并不限定于此。
下面，说明使用炼铁电炉10的铁水2的制造方法。将固态还原铁1和根据需要添加的生石灰、白云石等造渣材料及外部增碳材料通过投入部6投入到主体11中。然后，对电极5通电，通过从电极5的远端部产生的电弧5a来加热固态还原铁1。隧着固态还原铁1的温度升高，首先固态还原铁1所含的氧化铁(FeO)被固态还原铁1所含的碳还原。此时，产生一氧化碳，主体11内的气氛成为以一氧化碳为主的还原性气氛。接着，固态还原铁所含的金属铁熔化，固态还原铁1所含的碳溶解于熔化的金属铁中从而金属铁中的碳含量增加，生成铁水2。此外，固态还原铁所含的SiO2和AlsO3熔化而副产生炉渣3，并漂浮在铁水2上。炉渣3生成后，将电极5的远端部配置在炉渣3的内部，并且在炉渣3的内部产生电弧5a。
在对电极5进行通电的期间，向主体11继续投入固态还原铁1、造渣材料以及外部增碳材料，铁水2和炉渣3的量逐渐增加而液面上升。当铁水2的液面达到出渣孔11a下方的指定高度时，或者当炉渣3的液面达到出渣孔11a上方的指定高度时，打开出渣孔11a，开始排出炉渣3，调整炉渣3的液面高度。炉渣3的液面维持在比出渣孔11a的上端更位于上方的高度，以维持主体11内的气氛。此外，将炉渣3的厚度维持在指定的厚度以上，以便能够在炉渣3内产生电弧5a。据此，可以一边将固态还原铁1连续地投入到主体11中一边从主体11排出炉渣3。
在炉渣3的液面下降到出渣孔11a的上端或炉渣3的厚度达到上述指定厚度的情况下，封闭出渣孔11a，当铁水2的液面达到比出渣孔11a更位于下方的指定高度或炉渣3的液面达到比出渣孔11a更位于上方的指定高度时，再次打开。需要说明的是，铁水2的液面高度和炉渣3的厚度根据投入到主体11中的固态还原铁1的量来推定。
此外，当铁水2的液面达到比出铁水孔11b更位于上方的指定高度时，开始排出铁水2，来调整铁水2的液面高度。铁水2的液面维持在比出铁水孔11b更位于上方的高度，不让炉渣3与铁水2一起被排出。据此，可以一边将固态还原铁1连续地投入到主体11中一边从主体11排出铁水2。
需要说明的是，在铁水2的液面下降至出铁水孔11b的上端的情况下，封闭出铁水孔11b，当铁水2的液面达到指定高度时，或炉渣3的液面达到比出渣孔11a更位于上方的指定高度时，再次打开。
如上所述，在本实施方式涉及的铁水的制造方法中，通过使用上述的炼铁电炉作为第一炉，从而连续地由固态还原铁制造生铁，能够高效地制造生铁，因此，可以整体上高效地制造钢水。
本说明书如上所述地公开了各种方式的技术，将其中的主要的技术概括如下。
如上所述，本发明一个方面涉及的钢水的制造方法是以固态还原铁作为原料的钢水的制造方法，所述固态还原铁含有：合计为3.0质量％以上的SiO2和Al2Oa；以及1.0质量％以上的碳，在所述固态还原铁所含的总铁量中，金属铁所占的比例为90质量％以上，在所述固态还原铁所含的所述碳中，用下述式(1)规定的多余碳量Cx为0.2质量％以上，所述制造方法包括以下工序：在第一炉中，使所述固态还原铁中的40～100质量％熔化，并分离为碳含量为2.0～5.0质量％且温度为1350～1550℃的铁水和碱度为1.0～1.4的炉渣的工序；以及在第二炉中，使所述固态还原铁的剩余部分和在所述第一炉中被分离的所述铁水一并熔化，并向该熔化物吹氧进行脱碳，从而使其成为钢水的工序。
Cx＝[C]-[FeO]×12÷(55.85+16)÷0.947 (1)
式中，Cx；多余碳量(质量％)，[C]：固态还原铁的碳含量(质量％)，[FeO]：固态还原铁的FeO含量(质量％)。
根据该构成，在第一炉中，能够减少被分离的炉渣中可以含有的总铁量，能够减少与炉渣一起被排出的总铁量。由此，能够抑制第一炉的铁水的收得率降低，并且能够在第二炉中由铁水得到钢水，因此，即使使用低品位铁矿石作为固态还原铁的原料，也能够以高收得率获得钢水。
在上述构成的第一炉中，也可以利用电弧使所述固态还原铁熔化，使所述铁水和炉渣分别连续地从所述第一炉排出。
据此，能够在第一炉中高效地制造铁水，因此作为钢水的制造方法，能够整体上高效地制造钢水。
以下，列举实施例更具体地说明本发明，但本发明并不限定于下述实施例，可以在符合上述及后述的宗旨的范围内进行变更而实施，这些变更均包含在本发明的技术范围内。
实施例
(试验条件)
使用上述的炼铁电炉(第一炉)和炼钢电炉(第二炉)，以表1所示的成分组成的固态还原铁作为原料，对下述试验编号1～3的钢水制造进行了计算机模拟。固态还原铁A1是以低品位铁矿石为原料制造的，SiO2和Al2O3的合计含量为7.63质量％。固态还原铁A2是以高品位铁矿石为原料制造的，SiO2和Al2O3的合计含量为2.47质量％。金属化率均为94.0％。表1所示的“T.Fe”表示固态还原铁所含的总铁量。
表1
Figure BDA0003631283480000101
(试验1)
试验1是本发明例。在试验1中，使用固态还原铁A1进行了试验。在第一炉中，作为铁水使用了固态还原铁中的70质量％。在第二炉中，将固态还原铁的剩余部分与在第一炉中获得的铁水一并熔化并脱碳，得到了钢水。
在第一炉中，将500℃的固态还原铁投入到炼铁电炉中，并将铁水的碳含量设为3.0质量％。在第二炉中，将25℃的固态还原铁投入到炼钢电炉中，并将钢水的碳含量设为0.05质量％。
此外，在第一炉和第二炉中均使用了生石灰和自云石作为造渣材料，如表2和表3所示，将在第一炉中炉渣的碱度设为1.3，并将第二炉中炉渣的碱度设为1.8。第一炉的铁水温度低于第二炉的钢水温度，此外，炉渣FeO含量也低，从而对碱性耐火材料的负荷降低，因此，可以将第一炉的炉渣碱度设定得较低。
(试验2及试验3)
试验2及试验3是比较例。在试验2中使用固态还原铁A1、在试验3中使用固态还原铁A2进行了试验。试验2及试验3均在第二炉中使固态还原铁的全量(100质量％)熔化并进行脱碳，得到了钢水。因此，试验2及试验3中没有使用第一炉。
在试验2和试验3中，均将500℃的固态还原铁投入到炼钢电炉中，并将钢水的碳含量设为0.05质量％。此外，使用了生石灰和白云石作为造渣材料，如表3所示，将炉渣的碱度设为1.8。
表2
第一炉 试验1
炉渣碱度 1.3
炉渣MgO含量(质量％) 15
炉渣FeO含量(质量％) 1.0
铁水的碳含量(质量％) 3.0
铁水的温度(℃) 1530
还原铁(500℃)使用量(kg/t) 1098
生石灰使用量(kg/t) 88.3
白云石使用量(kg/t) 55.4
碳使用量(kg/t)(外部增碳) 28.50
氧使用量(Nm<sup>3</sup>/t) 0
电使用量(kWh/t) 591.1
炉渣生成量(kg/t) 237
铁水收得率(％) 99.8
表3
第二炉 试验1 试验2 试验3
炉渣碱度 1.8 1.8 1.8
炉渣MgO含量(质量％) 12 12 12
炉渣FeO含量(质量％) 25.0 25.0 25.0
钢水的碳含量(质量％) 0.05 0.05 0.05
钢水的温度(℃) 1630 1630 1630
铁水(1300℃)使用量 744.23 0 0
还原铁(25℃)使用量(kg/t) 355.1 0 0
还原铁(500℃)使用量(kg/t) 0 1231 1095
生石灰使用量(kg/t) 54.9 149.4 19.3
白云石使用量(kg/t) 34 87.0 18.4
电使用量(kWh/t) 203.9 542.5 461.5
碳使用量(kg/t)(外部增碳) 0 0 0
氧使用量(Nm<sup>3</sup>/t) 31.7 23.2 7.6
炉渣生成量(kg/t) 169 456 104
钢水收得率(％) 96.8 91.9 98.0
(试验结果)
表2示出了制造每1吨铁水所用的原料和电量、生成的炉渣量以及铁水的收得率。表3示出了制造每1吨钢水所用的原料和电量、生成的炉渣量以及钢水的收得率。此外，表4示出了将第一炉中的工序和第二炉中的工序组合而制造每1吨钢水所用的原料和电量、以及钢水的收得率。在此，铁水的收得率是指：作为固态还原铁而投入到第一炉中的铁量之中，以铁水而回收的铁量所占的比例(质量％)。此外，钢水的收得率是指：对于试验1而言，作为固态还原铁和铁水而投入到第二炉中的铁量之中，以钢水而回收的铁量所占的比例(质量％)；对于试验2和试验3而言，作为固态还原铁投入到第二炉中的铁量之中，以钢水而回收的铁量所占的比例(质量％)。对于试验1而言，表4中的“整体上的钢水收得率”是以如下方式进行了计算。即：在作为固态还原铁投入到第一炉和第二炉的总铁量之中，在第二炉中以钢水而回收的铁量所占的比例(质量％)。
(试验1)
在试验1中，由于在第一炉中将铁水的碳含量设为3.0质量％的高值，因此，炉渣的FeO含量为1.0质量％的低值。据此，可以抑制与炉渣一起被排出的铁量，并且可以以99.8％的高收得率制造铁水。此外，在第一炉中产生的炉渣量为237kg/t，是操作上没有问题的量。
此外，由于在第二炉中将钢水的碳含量降低到0.05质量％，因此，炉渣的FeO含量高达25.0质量％。但是，炉渣的生成量为169kg/t，与在第二炉中熔化同一固态还原铁A1全量的试验2的炉渣生成量456kg/t相比大幅度减少，能够抑制与炉渣一起被排出的铁量。此外，炉渣量是操作上没有问题的量。
第一炉中的工序和第二炉中的工序整体上的钢水收得率为96.7％的高值，即使利用低品位铁矿石作为固态还原铁的原料，也能够以高收得率获得了钢水。
(试验2)
在试验2中，由于在第二炉中将钢水的碳含量降低至0.05质量％，因此，炉渣的FeO含量高达25.0质量％。此外，由于没有使用第一炉，因此炉渣的全量在第二炉中产生。据此，与炉渣一起被排出的铁量多，钢水的收得率为91.9％的低值。
此外，炉渣生成量多，为456kg/t。如此大量生成的炉渣不仅当熔化造渣材料时需要时间，而且当从第二炉排出熔化炉渣时需要长时间等，使钢水的生产率显著下降。此外，由于在炉内保持大量炉渣并使其熔化，导致如提高炉壳高度等需要改造设备，因此是操作上难以应对的量。
(试验3)
在试验3中，由于利用高品位铁矿石作为固态还原铁的原料，因此炉渣的生成量少至104kg/t。因此，与炉渣一起被排出的铁量少，钢水的收得率为98.0％，高于试验1。此外，炉渣的生成量是操作上没有问题的量。
表4
Figure BDA0003631283480000131
(总结)
如上所述，确认到：根据本发明的钢水的制造方法，即使利用低品位铁矿石，也能够以与使用高品位铁矿石时同等的高收得率获得钢水。
本申请以2019年11月21日提交的日本国专利申请特愿2019-210829为基础，其内容包含在本申请中。
为了表述本发明，在上文中参照具体例等并通过实施方式适当且充分地说明了本发明，但是应该认识到只要是本领域技术人员就能够容易地对上述的实施方式进行变更和/或改良。因此，本领域技术人员实施的变形实施方式或改良实施方式，只要是没有脱离权利要求书记载的权利要求的保护范围的水平，则该变形实施方式或该改良实施方式可解释为被包含在该权利要求的保护范围内。
产业上的可利用性
本发明在有关钢水的制造方法的技术领域中具有广泛的产业上的可利用性。

Claims (2)

1.一种钢水的制造方法，其特征在于，以固态还原铁作为原料，
所述固态还原铁含有：合计为3.0质量％以上的SiO2和Al2O3；以及1.0质量％以上的碳，
在所述固态还原铁所含的总铁量中，金属铁所占的比例为90质量％以上，
在所述固态还原铁所含的所述碳中，用下述式(1)规定的多余碳量Cx为0.2质量％以上，
所述制造方法包括以下工序：
在第一炉中，使所述固态还原铁中的40～100质量％熔化，并分离为碳含量为2.0～5.0质量％且温度为1350～1550℃的铁水和碱度为1.0～1.4的炉渣的工序；以及
在第二炉中，使所述固态还原铁的剩余部分和在所述第一炉中被分离的所述铁水一并熔化，并向该熔化物吹氧进行脱碳，从而使其成为钢水的工序，其中，
Cx＝[C]-[FeO]×12÷(55.854-16)÷0.947 (1)
式中，Cx：多余碳量(质量％)，[C]：固态还原铁的碳含量(质量％)，[FeO]：固态还原铁的FeO含量(质量％)。
2.根据权利要求1所述的钢水的制造方法，其特征在于，
在所述第一炉中，利用电弧使所述固态还原铁熔化，
使所述铁水和炉渣分别连续地从所述第一炉排出。
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