JP2002097512A - 溶鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力を全く用いることなく、電気炉を用いて
スクラップから溶鋼を製造する方法を提供する。 【解決手段】 電気炉１ａに装入されているスクラップ
３と炭材２との混合系に酸素吹精を行って炭材２の燃焼
熱でスクラップ３を熔解し、更に昇熱したのち出鋼する
溶鋼の製造方法であって、混合系への酸素吹精と同時
に、還元材を投入し、また、昇熱時に、溶鋼に昇熱材を
投入する溶鋼の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶鋼の製造方法に関
し、更に詳しくは、電力操業を全く行うことなく電気炉
内でスクラップから溶鋼を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃棄自動車に代表されるスクラップを新
たな鉄資源として再生し、溶鋼を製造するために、キュ
ーポラ炉やアーク電気炉を用いた当該スクラップの熔解
操業が行われている。これら操業のうち、前者の操業の
場合は熔解対象のスクラップの形状が制限される。具体
的には、形状が複雑でしかも大きな塊のスクラップを熔
解することは不可能である。これに反し、電気炉操業の
場合は、スクラップの形状や大きさとは無関係に当該ス
クラップを熔解することができるという利点を備えてい
る。

【０００３】この電気炉操業において、電気炉に装入さ
れたスクラップ塊は、まず、熔解されて温度１５００〜
１５５０℃程度の溶鋼となり、ついで温度１６００℃以
上に昇熱されたのち電気炉を傾動して出鋼される。この
電気炉操業では、熔解−昇熱の過程における大半のエネ
ルギー供給が電極からの電力供給で進められる。そし
て、昇熱の過程では、通常、例えば炭粉やＡｌ灰のよう
な還元材兼昇熱材の所定量を投入して、溶鋼の酸化防止
と生成したＦｅＯスラグの還元の処置が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電気炉操業
で製造された溶鋼の場合、その製造コストに占める電力
コストは非常に高く、そのため、上記した電気炉操業
は、電力単価の高い昼間は避けて電力単価の安い夜間に
行われるのが通例であり、電力供給の点から大きな制約
を受けながらの操業を余儀なくされている。そのため、
昼間には、電気炉が有休設備になることが多く、その稼
働率は低下傾向を示すことになる。

【０００５】このような問題を解決するために、省電力
操業を目的として従来から様々な方策が提案されてお
り、また実施もされている。しかしながら、従来からの
方策は、いずれも、何らかの形で電力を熱源として必要
とするものであり、そのため、スクラップからの溶鋼製
造時における電力コストの低減また電力制約からの脱却
を抜本的に実現するものであるとはいいがたい。

【０００６】本発明は、従来の方策と全く異なり、電気
炉は使用するものの、電力を全く用いることなくスクラ
ップから溶鋼を製造する方法の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、電気炉に装入されているス
クラップと炭材との混合系に酸素吹精を行って前記炭材
の燃焼熱で前記スクラップを熔解し、更に昇熱したのち
出鋼することを特徴とする溶鋼の製造方法が提供され、
とくに、前記酸素吹精と同時に、還元材を投入し、ま
た、前記昇熱時に、溶鋼に昇熱材を投入する溶鋼の製造
方法が提供される。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明方法は、熱源として電力以
外の熱源のみを用い、その熱源を酸素吹精によって燃焼
させ、そのときの燃焼熱でスクラップを溶解して温度１
５００〜１５５０℃程度の溶鋼にし、ついで、この溶鋼
に昇熱材を投入して温度１６３０℃程度に昇熱してから
出鋼する方法であって、電力を全く使用しないで溶鋼を
製造するところに特徴を有している。このような熱源と
しては後述する炭材が使用される。

【０００９】そして一般に、酸素吹精を実施すると、ス
クラップの溶鋼に伴う酸化が不可避的に起こり、そのこ
とにより、酸化鉄（ＦｅＯ）濃度が高い酸化スラグが大
量に生成するようになって溶鋼の歩留まりが低くなる
が、本発明の場合、そのような問題に対しては、酸素吹
精の早期の段階で還元材を投入することにより酸素吹精
の過程で生成してくるＦｅＯスラグを還元し続け、最終
的には、ＦｅＯスラグの生成量を低減し、もって溶鋼の
歩留まりを高める処置が採られている。

【００１０】また、同時に、生成したＦｅＯスラグを還
元して溶鋼の歩留まりを高めるために、溶解に続く昇熱
時に、溶鋼と生成しているＦｅＯスラグに後述するよう
な昇熱剤を投入したのち出鋼するという態様が採用され
ている。以下に、図面に基づいて本発明方法と諸操作に
おける問題を説明する。図１は、本発明方法による操業
を行っている状態を説明するための概略図である。

【００１１】まず、電気炉本体１ａに炭材２とスクラッ
プ３を投入し、炉蓋１ｂをかぶせて炉内に炭材２とスク
ラップ３の混合系を形成する。このとき、炭材２とスク
ラップ３は無秩序に炉内に投入されてもよいが、キュー
ポラ炉の場合のように、両者を交互に層状に積み重ねる
クラムシェルサンドウィッチ状態にして投入されてもよ
い。その場合、炭材２とスクラップ３の投入割合は、炭
材２の燃焼に基づいて発生する熱量が、投入されたスク
ラップ３の全量を熔解することができる熱量となるよう
に、最低限、両者の割合が設定される。勿論、その割合
よりも更に多く炭材２が投入されていてもよい。

【００１２】この過程で装入する炭材２としては、燃焼
して発熱するものであれば何であってもよいが、操業コ
ストの低廉化のためには、例えばブリーズ，無煙炭，更
には廃プラスチック材，廃タイヤなどをあげることがで
きる。その場合、これら炭材に含有されている各種の成
分が溶鋼中にピックアップされることもあるので、製造
する溶鋼の成分組成との関係で使用する炭材を選択す
る。

【００１３】ついで、炉前からこの混合系の炉底部分に
酸素ランス４を導入し、当該酸素ランスから酸素吹精を
行ってスクラップ３の溶解操業を行う。このときの着火
源としては、例えば前チャージの電気炉操業時における
残湯を利用してもよい。酸素吹精により、炭材２は着火
し、ついでその燃焼が進行する。そして、そのときの燃
焼熱でスクラップ３の溶解が進行する。この酸素吹精
は、混合系におけるスクラップ３の全量が溶解するまで
続けられる。

【００１４】この酸素吹精の過程で、スクラップ３の溶
解は炉底近傍の酸素ランス４の付近から順次進行して溶
鋼が炉底に貯留していくが、例えば図２で示したよう
に、炉壁の側部や上部には非溶解状態で混合系の一部が
残ることがある。このような状態は、この混合系が溶鋼
に崩落して不均一溶解によるボイリングトラブルを発生
させる虞があるので、本発明方法では、炉壁に取り付け
られたバーナからのＯ₂吹精や、出滓口から炉内の溶解
状態をチェックしながら、サブ酸素ランス５で非溶解状
態の混合系に酸素吹精を行ってそれを少しずつ溶鋼内に
溶解する作業（酸素カッティング）を行うことが好適と
なる。

【００１５】また、この酸素吹精の過程では、Ｆｅ成分
は不可避的に酸化されるので、このままの状態で操業を
続行してスクラップを溶解し、更にそれを昇熱する一連
の過程を進めると、大量のＦｅＯスラグが発生して溶鋼
の歩留まりが低下する。通常の電気炉操業でもこのＦｅ
Ｏスラグは発生するが、それに対しては、スクラップ溶
落後に炭粉などの還元材を投入して当該溶鋼を更に昇熱
すると同時に、溶鋼上に浮遊しているＦｅＯスラグの還
元を行うという処置が採られている。

【００１６】本発明方法の場合は、スクラップの溶解を
意識的に酸素吹精で行うので、酸素吹精の早期の段階か
ら昇熱を行う一連の過程では、上記した電気炉操業の場
合に比べると、ＦｅＯスラグが大量に発生し続けること
になる。このような問題に対して、本発明においては次
のような操業が行われる。すなわち、まず、スクラップ
の溶解過程では、酸素吹精の早期の段階で、図１に示し
たように、還元材ランス６を溶鋼内に挿入し、そこから
還元材を投入しながら酸素吹精を行うという操業態様で
ある。このような操業を行うことにより、スクラップの
溶解過程では、Ｆｅの酸化とＦｅＯの還元との競争反応
が起こることになり、その結果、ＦｅＯスラグの生成量
の増大が抑制されることになる。

【００１７】また、スクラップの溶解に続いて行われる
溶鋼の昇熱過程では、酸素吹精は継続しながら、この溶
鋼に昇熱材を投入して溶鋼温度を１６３０℃程度にまで
昇熱し、同時に、生成しているＦｅＯスラグを昇熱材で
還元する。したがって、スクラップの溶解過程で投入さ
れる還元材と溶鋼の昇熱過程で投入される昇熱材は、い
ずれも、ＦｅＯスラグに対する還元能力を備えているも
のである。しかしながら、昇熱材の場合、ＦｅＯスラグ
との還元反応が吸熱反応になるものは、溶鋼温度の低下
を招いて溶鋼の昇熱という目的の達成にとって不都合で
あるため、この昇熱過程で用いる昇熱材としてはＦｅＯ
スラグとの間で発熱反応を起こすようなものが用いられ
る。具体的には、ＦｅＳｉやＡｌ灰などが好適である。

【００１８】一方、スクラップの溶解過程で投入される
還元材は、酸素吹精の過程におけるＦｅＯスラグの生成
量を抑制し、昇熱時における上記昇熱材の還元能力に関
する負荷を軽減する働きも併有している。したがって、
スクラップの溶解過程で用いる還元材は、ＦｅＯに対す
る還元反応が発熱反応になるものであることを好適とす
るが、吸熱反応のものであっても、酸素吹精の条件、例
えば送酸速度を大きくし、また混合系における炭材の割
合を多くするなどの条件を適宜に選定して、燃焼熱を大
きくすることによって、充分、有効に使用することがで
きる。

【００１９】このような還元材としては、前記したＦｅ
ＳｉやＡｌ灰を使用することもできるが、ＦｅＯスラグ
との還元反応が吸熱反応であるとはいえ、安価でかつ還
元能力が大きい炭素材が好適である。本発明において
は、上記したようにして、まず、スクラップが炭材の燃
焼熱で溶解されて、１５００〜１５５０℃程度の溶鋼に
なる。ついで、ここに昇熱材が投入されて溶鋼は１６３
０℃程度に昇熱され、同時にＦｅＯスラグが還元された
のち出鋼される。

【００２０】

【実施例】本発明方法と通常の電力供給による方法（比
較例方法）で、９０トンのスクラップを溶解した。この
ときの両方法における使用原材料の投入量と、各使用原
材料の溶鋼トン当たりの原単位を表１に示した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１で示した条件下で製造したそれぞれの
溶鋼に占める使用原材料の溶解エネルギーコストを求
め、比較例方法の場合の値を１.００と指数化した。な
お、溶解エネルギーコストは、スクラップ材の全量を溶
解するために使用した各原材料のトータル費用をスクラ
ップ材の全量（９０トン）で除算した値のことをいう。
図３から明らかなように、実施例方法では、従来の電力
供給によるスクラップ材の溶解に比べて３割程度低コス
トで溶鋼を製造することが可能になっている。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明方
法は次のような効果を奏する。 （１）まず、本発明によれば、電力を全く用いることな
く、炭材の燃焼だけでスクラップから高い歩留まりで溶
鋼を製造することができる。したがって、従来の電気炉
操業による溶鋼の製造に対比して、電力の供給事情とは
無関係にスクラップの鉄資源としての再生を可能にす
る。

【００２４】（２）また、熱源として炭材などの安価な
ものを大量に活用することが可能であるため、電気炉操
業に比べて安価に溶鋼を製造することができ、また、酸
素吹精と同時に還元材を投入することにより、ＦｅＯス
ラグの生成を抑制し、もって高い歩留まりが実現され
る。 （３）また、本発明においては大容量の大きい電気炉を
用いているので、スクラップの大きさや形状に関係なく
それを溶鋼にすることができ、しかも、電気炉へのスク
ラップの装入はアットランダムであってもよいので、キ
ューポラ炉の場合のような煩雑さはない。

【００２５】（４）したがって、本発明方法は、電気炉
の有効利用を兼ねたスクラップからの新規な溶鋼の製造
方法としてその工業的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施状況を示す説明図である。

【図２】非溶解状態のスクラップの処理を説明するため
の説明図である。

【図３】実施例方法と比較例方法の溶解エネルギーコス
ト指数を示すグラフである。

【符号の説明】

１ａ 電気炉本体 １ｂ 炉蓋 ２ 炭材 ３ スクラップ ４ 酸素ランス ５ サブ酸素ランス ６ 還元材ランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K001 AA10 BA22 DA05 EA03 HA01 JA01 4K014 CA01 CB01 CB05 CC01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気炉に装入されているスクラップと炭
   材との混合系に酸素吹精を行って前記炭材の燃焼熱で前
   記スクラップを熔解し、更に昇熱したのち出鋼すること
   を特徴とする溶鋼の製造方法。
2. 【請求項２】 前記混合系への酸素吹精と同時に、還元
   材を投入する請求項１の溶鋼の製造方法。
3. 【請求項３】 前記昇熱時に、溶鋼に昇熱材を投入する
   請求項１または２の溶鋼の製造方法。