JP2001011522A - スクラップの溶解方法 - Google Patents

スクラップの溶解方法

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JP2001011522A
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクラップの最小厚み等の条件に制約されな
い高速スクラップの溶解方法を提供する。 【解決手段】 (1)攪拌ガスを単管羽口から吹き込ん
で溶鉄中のスクラップを溶解する方法において、前記攪
拌ガスとして炭化水素ガスを使用する。(2)攪拌ガス
を吹き込む羽口が内管と外管とで構成される二重管であ
って、内管に炭化水素ガスを、外管に不活性ガスをそれ
ぞれ流す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、攪拌ガスを吹き込
んで行うスクラップの溶解方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高炉から出銑された溶銑をトピードカー
あるいは溶銑鍋等に収容し、脱Pや脱S、脱Siなどの
溶銑予備処理が従来から行われている。この溶銑予備処
理では、各種精錬剤の添加とガス攪拌あるいは機械攪拌
が行われ、必要に応じてスクラップが装入され、スクラ
ップの溶解も行われている。
【0003】転炉では脱炭精錬が行われ、必要に応じて
スクラップが装入され、スクラップの溶解が同様に行わ
れている。
【0004】上記の溶銑予備処理および転炉におけるス
クラップの溶解速度は、いずれの場合も、スクラップの
溶解速度が小さく、それぞれの処理時間が長くなるとい
う問題がある。
【0005】処理時間が長くなるため、溶銑予備処理で
スクラップを少量にしか使用できないため溶銑生産量の
増産が困難となる。同様に、転炉でのスクラップの溶解
量も少量に限定され溶鋼生産量を増産することが困難と
なる。以下、溶銑と溶鋼とを溶鉄ともいう。
【0006】特開平8−120315号公報には、底吹
き羽口から吹き込む底吹きガスにより溶銑のガス攪拌を
行うことによって、溶銑予備処理時にスクラップを溶解
する方法が開示されている。この方法は、スクラップの
最小厚みに応じて攪拌動力を設定することを特徴として
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、スクラップ
は、廃品回収から得られた鉄屑、自動車の一部あるいは
すべてをプレスされたスクラップ塊、製鉄所内で発生す
る鋳片塊、圧延板の切断片等から構成され、一つ一つの
形や大きさは千差万別であり、スクラップの最小厚みに
応じて攪拌動力を設定することは、実質的に困難であ
る。
【0008】本発明の目的は、スクラップの最小厚み等
の条件に制約されないスクラップの溶解方法を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者は、下記の知見
を得た。 (A)精錬容器に入れられた各種スクラップは、溶鉄よ
りも比重が大きいため容器底部に沈み、互いに重なり合
った状態で存在する。そのため、各種スクラップの重な
り合った内側部分では溶鉄の流動は小さくスクラップの
溶解速度は小さい。
【0010】(B)従来の溶銑予備処理あるいは転炉脱
炭精錬で使用する攪拌ガスは、通常、ArまたはN2
どの不活性ガスが用いられている。
【0011】しかし、これらの不活性ガスは、溶鉄中で
大きな気泡を形成し易く、溶鉄中での上昇速度が大き
く、スクラップとの接触時間が短くなり、スクラップの
溶解速度が低下しやすい。
【0012】大径の気泡は、各種スクラップの重なり合
った内側部分に入り込みにくく、各種スクラップの大部
分を占める内側部分の溶解速度が非常に小さくなる。従
って、スクラップ全体の溶解速度が低下する。
【0013】(C)攪拌ガスとして、O2 またはCO2
のように溶鉄中の炭素と反応して下記反応式に示すよう
に、攪拌ガスの2倍のガス量が発生する攪拌ガスもあ
る。
【0014】2C+O2 =2CO C+CO2 =2CO この場合、攪拌ガスの2倍のガスが発生してスクラップ
回りの気泡による攪拌促進が可能となる。また、上記反
応にともなう生成熱により気泡周囲の温度が上昇し、ス
クラップの溶解に有利である。
【0015】しかし、気泡径は、前記不活性ガスとほと
んど同じである。しかも、気泡の近傍の溶鉄中の炭素濃
度が上記の反応により低下し、溶鉄の融点が上昇し、粘
度が上昇する。この結果、攪拌ガス量が2倍に増加する
効果が、溶鉄中の炭素濃度の低下および溶鉄の粘度上昇
効果で相殺され、スクラップの溶解速度は、攪拌ガスと
して不活性ガスを使用した場合と、ほとんど同じにな
る。従って、O2 またはCO2 は、スクラップの攪拌ガ
スには適さない。
【0016】(D)気泡径を小さくし、かつ、攪拌ガス
量の増量が期待できるガス種を検討した結果、炭化水素
ガスが有効であることが判明した。
【0017】例えば、炭化水素ガス:メタン(CH4
を攪拌ガスとして使用すると、下記反応式に示すよう
に、Cと2分子のH2 ガスに熱分解する。
【0018】CH4 =C+2H2 前記反応式のCO生成の場合と異なって、炭化水素が溶
鋼中で熱分解して生成するH2 ガスは気泡径が小さくな
る。微細化された気泡は、各種スクラップの重なり合っ
た内側部分へも回り込んでスクラップ全体の溶解速度が
増大する。
【0019】(E)しかし、炭化水素ガスを溶鉄中に吹
き込んだ場合、炭化水素の熱分解時の吸熱反応で冷却さ
れ、炭化水素ガスの吹き込み羽口近傍で溶鉄が凝固し、
吹き込み羽口が閉塞しやすくなる。
【0020】(F)従来から、炭化水素ガスは、二重管
羽口の内管に流す酸素の発熱をキャンセルするために、
吸熱材として二重管羽口の外管に用いられている。
【0021】しかし、例えば、溶銑予備処理で使用する
炭化水素ガスに見合った酸素を使用すると、炭化水素ガ
スの約10〜30倍の酸素を使用することが必要にな
り、ほとんどの構成を酸素が占めることになり、前記の
とおり、スクラップの攪拌ガスには適さない。
【0022】(G)攪拌ガス吹き込み用羽口の金属製パ
イプは、溶鉄に接した耐火物内を貫通しており、常温の
攪拌ガスをパイプに供給しても、攪拌ガスは、パイプ内
を通過する間に、溶鉄の熱で加熱され温度が上昇しやす
くなる。
【0023】従って、攪拌ガスとして炭化水素ガスを使
用すると、前記パイプ内で熱分解し吸熱反応ため攪拌ガ
ス吹き込み用羽口が冷却され、閉塞し易くなる。この溶
鉄の熱を遮断するためには、炭化水素ガスが流れるパイ
プの外側に断熱領域を確保すればよい。この着想に基づ
き、羽口を二重管構造とし、内管に炭化水素ガスを、外
管に不活性ガスを流す方式が最も良いことが判明した。
【0024】(H)上底吹き形式の2ton 試験転炉に収
容した溶銑を使用して溶銑脱Si脱P処理中でのスクラ
ップの溶解を行い、溶解速度の試験を行った。
【0025】Cu含有スクラップ200kgを転炉内に
予め装入し、温度1300℃の溶銑中の[P]濃度が
0.1重量%(以下、単に%で重量%を表す)の溶銑1
800kgを注銑した。上吹き酸素は溶銑温度を約13
00℃に保てる程度の流量である1Nm3 /minを流し、
脱Si脱Pフラックスを添加してスクラップの溶解を行
った。
【0026】攪拌ガスは、底吹きで吹き込み下記のA〜
Cの方法で溶銑脱Si脱P処理を行ない比較した。
【0027】A:二重管羽口を用いて内管に炭化水素ガ
スとしてプロパン(以下、C38で表す):0.2N
3/min、外管にAr:0.02Nm3/minを流した。
【0028】B1:単管羽口を用いて、Ar流量:0.
22Nm3/min(炭化水素ガスの熱分解前の総ガス流量
と同じ)の流量を流した。
【0029】B2:単管羽口を用いて、Ar流量:0.
82Nm3/min(炭化水素ガスの熱分解後の総ガス流量
と同じ)の2を流量を流した。
【0030】C:単管羽口を用いて、炭化水素ガスとし
てC38 :0.2Nm3/minを流した。
【0031】なお、スクラップ中のCu含有量は、5%
であり、注銑前の溶銑中Cu濃度は0%であった。スク
ラップの溶解中の溶銑のサンプルを30秒間隔で連続採
取して溶銑中のCu濃度変化を測定し、Cu濃度が一定
になるまでの時間をスクラップの溶解時間とした。
【0032】その結果、AおよびCの方法では溶解時間
は240秒であり、B1の方法では、1040秒、B2
方法では、600秒必要であった。
【0033】以上から、炭化水素ガスを使用したスクラ
ップの溶解速度が大きいことが確認できた。なお、溶銑
脱Si脱Pの実際の操業での想定処理時間は540秒で
ある。
【0034】また、上記のCの方法の240秒は、所定
の流量が流れたチャージの平均値である。Cの方法で
は、20チャージ同一条件で実験した場合に、所定の炭
化水素ガス流量が流れたのは18チャージであり、残り
の2チャージでは羽口閉塞傾向となりが0.15Nm3/
minしか流れなかったが、Aの方法では、全チャージで
安定的に所定の炭化水素流量が流れた。
【0035】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は、下記のとおりである。 (1)攪拌ガスを単管羽口から吹き込んで溶鉄中のスク
ラップを溶解する方法において、前記攪拌ガスとして炭
化水素ガスを使用することを特徴とするスクラップの溶
解方法。
【0036】(2)攪拌ガスを吹き込んで溶鉄中のスク
ラップを溶解する方法において、前記攪拌ガスを吹き込
む羽口が内管と外管とで構成される二重管であって、内
管に炭化水素ガスを、外管に不活性ガスをそれぞれ流す
ことを特徴とするスクラップの溶解方法。
【0037】
【発明の実施の形態】本発明の実施は、脱Si、脱P、
脱Sなどの溶銑予備処理におけるスクラップ溶解、転炉
または電気炉等におけるスクラップ溶解に適用できる。
【0038】以下は、転炉における実施形態について説
明する。転炉では、溶銑装入前にスクラップを装入す
る。溶銑装入後、転炉炉口上部から転炉吹錬用ランスを
転炉内に降下させ、酸素吹酸を行う。酸素吹酸の際に、
炉底部に設けた単管羽口から炭化水素ガス、あるいは、
内管と外管とで構成される二重管羽口の内管から炭化水
素ガス、外管から不活性ガスを吹き込む。
【0039】二重管羽口の場合、内管、外管の2つのパ
イプ(ステンレス製)から構成されている。この二本の
パイプの中間部(スリット部)には、クリアランスを一
定にするためにスペーサーを設置、あるいは、いずれか
のパイプに切り込みを入れて使用することが望ましい。
【0040】炭化水素ガスはメタン(CH4 )、エタン
(C26 )、プロパン(C38)、ブタン(C4
10)などのガスを単独あるいは混合して用い、不活性ガ
スとしてはArまたはN2 ガス等の他に、COまたはC
2 などのガスを単独あるいは混合して用いる。
【0041】二重管羽口の場合、炭化水素ガスと不活性
ガスとの使用体積比率(炭化水素ガス/不活性ガス)
は、1〜100である。好ましくは、2〜50である。
【0042】
【実施例】(実施例1) 本発明例1:250ton 転炉にスクラップを約25ton
事前添加した後、溶銑を転炉に注銑し脱P処理を行っ
た。
【0043】転炉底部の二重管羽口を使用し、攪拌ガス
として、内管にC38 を20Nm3/min、外管にAr
を2Nm3 /min流し、転炉底吹き方式で行った。酸素上
吹き流量は、125Nm3/minとした。
【0044】試験は、500チャージ実施した。処理前
の溶銑中の[P]濃度は、約0.1重量%であったが、
溶銑中の[P]濃度が0.02重量%以下にするため9
分間の脱P処理を行った。スクラップの解け残りチャー
ジ比は、0/500であった。
【0045】本発明例2:本発明例1と同条件下で、二
重管羽口を単管羽口に変えて、C38 を20Nm3/min
流した。スクラップの解け残りチャージ比は、2/50
0であった。また、所定の流量の80%以下しか流れな
かったチャージの発生率は8%であった。
【0046】比較例1:本発明例1と同条件下で、二重
管羽口を単管羽口に変えて、Arを22Nm3/min流し
た。スクラップの解け残りチャージ比は、273/50
0であった。
【0047】比較例2:本発明例1と同条件下で、二重
管羽口を単管羽口に変えて、C38 の熱分解(C3
8 →3C+4H2 )後のガス流量に相当するN2 ガスを
加えたAr82Nm3/min流した。スクラップの解け残
りチャージ比は、140/500であった。
【0048】(実施例2) 本発明例1:250ton 転炉にスクラップを約25ton
事前添加した後、溶銑を転炉に注銑し脱炭吹錬を行っ
た。
【0049】二重管羽口を使用し、攪拌ガスは、内管に
38 を20Nm3/min、外管にArを2Nm3/min流
し、転炉底吹き方式で行った。酸素上吹き流量は、12
5Nm3/minとした。試験は、500チャージ実施し
た。
【0050】約10分間の脱炭吹錬で溶鋼中の[C]濃
度が約0.05%まで脱炭を行った。スクラップの解け
残りチャージ比は、0/500であった。
【0051】本発明例2:本発明例1と同条件下で、二
重管羽口を単管羽口に変えて、C38 を20Nm3/mi
n流した。スクラップの解け残りチャージ比は、1/5
00であった。
【0052】比較例1:本発明例1と同条件下で、二重
管羽口を単管羽口に変えて、Arを22Nm3/min流し
た。スクラップの解け残りチャージ比は、334/50
0であった。
【0053】比較例2:本発明例1と同条件下で、二重
管羽口を単管羽口に変えて、C38 の熱分解(C3
8 →3C+4H2 )後のガス流量に相当するN2 ガスを
加えたAr82Nm3/min流した。スクラップの解け残
りチャージ比は、180/500であった。
【0054】また、溶鉄粒がスピッティングとなり転炉
の炉口地金付着が著しくなり、連続操業ができなかった
ためデータは採取できなかった。
【0055】以上の実施例1および2から、本発明例が
比較例より溶銑予備処理や転炉脱炭精錬においてスクラ
ップの溶解を高速で行えることが確認できた。
【0056】
【発明の効果】本発明により、スクラップの最小厚み等
の条件に制約されないでスクラップの溶解を高速で行う
ことが可能である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 攪拌ガスを単管羽口から吹き込んで溶鉄
    中のスクラップを溶解する方法において、前記攪拌ガス
    として炭化水素ガスを使用することを特徴とするスクラ
    ップの溶解方法。
  2. 【請求項2】 攪拌ガスを吹き込んで溶鉄中のスクラッ
    プを溶解する方法において、前記攪拌ガスを吹き込む羽
    口が内管と外管とで構成される二重管であって、内管に
    炭化水素ガスを、外管に不活性ガスをそれぞれ流すこと
    を特徴とするスクラップの溶解方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103361464A (zh) * 2012-03-29 2013-10-23 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种转炉炉底吹氧的方法

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