JP2003041310A - 溶融金属の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直接還元炉から排出された高温の還元金属を
近接する溶解炉で溶解して溶融金属を製造する方法にお
いて、還元金属を直接還元炉から溶融炉へ搬送するため
の高価な設備を必要とせず、かつ溶解歩留りの悪化や労
働環境の悪化を引き起こすことなく、低コストで溶融金
属を製造しうる方法を提供する。 【解決手段】 直接還元炉１から排出される還元金属を
高温のまま廃ドラム缶などの金属製の容器５に収容しつ
つ、必要により容器５の表面を水冷等してその表面温度
を５００℃以下とし、還元金属を充填した容器５を溶解
炉へ搬送し、容器ごと溶解炉に装入して溶解する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直接還元炉で製造
された還元金属を直接還元炉に近接する溶解炉で溶解し
て溶融金属を製造する方法に関するものである。ここ
に、還元金属とは、例えば酸化鉄、酸化ニッケル、酸化
クロム、もしくは酸化コバルト、またはこれらの混合物
を含む塊状、粉状等の原料を直接還元して金属鉄、金属
ニッケル、金属クロム、もしくは金属コバルト、または
これらの混合物を含む塊状、粉状等のものをいう。ま
た、溶融金属とは、溶銑、溶鋼、溶融合金鉄等をいう。

【０００２】

【従来の技術】従来の高炉−転炉法による溶鋼製造方法
に対抗して、近年、ミニミルにおいて直接還元炉と電気
炉とを併設し、直接還元炉で製造した還元鉄を直ちに電
気炉で溶解・精錬して溶鋼を製造する方法が広く採用さ
れている。

【０００３】直接還元炉で製造した還元鉄を電気炉へ移
送する際の最大の課題は再酸化をいかに回避するかであ
る。移送中の再酸化を回避するため、従来は（１）直接
還元炉に冷却ゾーンを設け、高温の還元鉄を不活性ガス
により常温近くまで十分に冷却したのち大気中に排出す
る方法、または（２）直接還元炉で製造された高温の還
元鉄をブリケットマシン設備で高温プレス成形して団鉱
化したのち水で急冷する方法が主として用いられてい
る。すなわち、還元鉄を大気中でも再酸化しない常温近
くまで冷却することにより安全な輸送を実現している。

【０００４】しかしながら、これらの方法はいずれも多
額の設備費を要することに加え、多量の顕熱を有する高
温の還元鉄を一旦冷却したのち電気炉で再度加熱して鋼
に変換することはエネルギーの無駄が非常に大きく、電
気炉での電力消費量が多いなど溶鋼コストが高い問題が
あった。

【０００５】そこで、高温還元鉄の顕熱を有効に活用す
ることを目的に、直接還元炉から排出した高温還元鉄を
冷却せずそのまま気流輸送で密閉パイプ中を下流の溶解
炉まで輸送する提案がなされている（特開平４−３６１
９２１号）。

【０００６】また、直接還元炉から排出した高温ブリケ
ット（高温還元鉄）を移動格子上に載置して移動させつ
つ不活性ガスを接触流通させて冷却するとともにその顕
熱を回収し、その回収エネルギーを熱交換器で燃焼空気
の予熱、プロセスガスの予熱等に利用した後、不活性ガ
スを循環使用することにより熱回収を行う提案がなされ
ている（特開昭５６−１６３２０９号）。

【０００７】しかし、これらの提案は設備が複雑となる
ため設備費が高く、また気流輸送用のガスや不活性ガス
を循環するための昇圧機の電力など操業費も高くなるこ
とから、十分に高温還元鉄の顕熱利用の効果を享受でき
ず、還元鉄コストが依然として高い問題がある。

【０００８】一方、近年、製鉄所ダスト等の有効利用を
目的として、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化クロム、もし
くは酸化コバルト、またはこれらの混合物を含有する製
鉄所ダスト等に必要により炭材を添加して塊成化し、こ
れを回転炉床式直接還元炉で加熱し還元して還元金属を
製造し、この還元金属を電気炉や転炉などの溶解炉で溶
解して金属分を回収する試みが実用化され、多くの製鉄
所で採用されるようになってきた。このプロセスにより
製造される還元金属の生産量は、上記従来の直接還元炉
で製造される還元鉄の生産量に比べ、比較的少量である
場合が多い。そのため、上記気流輸送や不活性ガス循環
による還元金属顕熱の有効利用方法は、顕熱回収による
コスト低減効果に比して還元金属単位生産量当たりの設
備費が過大となるため採用できない。そこで現状は、耐
熱製の容器を複数個準備し、これに高温還元金属を一定
量ずつ収容して順次溶解炉まで移送して還元金属を投入
したのち、空の容器を直接還元炉に戻して再使用する方
法が用いられている。さらに設備費節約のため、容器の
移送はフォークリフトやクレーンを用いて人手で行われ
ることが多い。

【０００９】上記耐熱性の容器としては、長期にわたり
重量物である高温還元金属を内部に保持しつつ移送時の
ハンドリングに耐える必要があることから、耐火物を内
張りした鉄製容器、もしくは冷却フィンや補強用のリブ
を付けた厚肉鋼板などが用いられている。そのため容器
のコストが高く、また容器の重量も大きくなるためハン
ドリングが容易でなく、耐火物や鋼板の摩耗等に対する
メンテナンスの負担も大きい。

【００１０】さらに、溶解炉で還元金属を投入するため
容器を反転させるなどの複雑な操作、もしくは容器の底
が開閉するなどの複雑な構造が要求される。

【００１１】さらに、採用する直接還元プロセスにより
異なるが、直接還元炉への原料装入時や還元炉内での粉
化等により還元金属中には少なくとも２〜３質量％程度
の粉が含まれている。この粉が溶解炉への還元金属投入
時に飛散して溶解歩留りの悪化や労働環境の悪化を引き
起こす問題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に基づいてなされたものであって、その目的は、高価な
設備を必要とせず、溶解歩留りの悪化や労働環境の悪化
を引き起こすことなく、低コストで溶融金属を製造しう
る方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、直接
還元炉で製造された還元金属を、この直接還元炉に近接
して設けられた溶解炉で溶解して溶融金属を得る溶融金
属の製造方法において、前記還元金属を金属製の容器に
収容し、この容器ごと前記溶解炉に装入して溶解するこ
とを特徴とする溶融金属の製造方法である。

【００１４】請求項２の発明は、前記容器が、ドラム缶
であることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の製
造方法である。

【００１５】請求項３の発明は、前記容器ごと前記溶解
炉に装入する前に、この容器の表面を冷却して、その表
面温度を５００℃以下にすることを特徴とする請求項１
又は２に記載の溶融金属の製造方法である。

【００１６】請求項４の発明は、前記容器に前記還元金
属を収容する前に、この還元金属を５００℃以下に冷却
することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属
の製造方法である。 〔作用〕本発明によれば、直接還元炉で製造された還元
金属を高温のまま金属製の容器に収容し、容器ごと溶解
炉に装入するので、容器に長期間の使用に耐えうる耐熱
性や強度が要求されず、簡易な構造で比較的薄肉の金属
製のものが使用できる。したがって、容器が軽くなるこ
とに加え、溶解炉での容器の反転などの複雑な操作が不
要となるのでハンドリングの負荷が格段に軽減されると
ともに、内張り耐火物や鋼板の摩耗等に対するメンテナ
ンスも不要となる。また、還元金属を容器ごと溶解炉に
装入することにより粉の飛散が防止され溶解歩留りの向
上や労働環境を良好に保持することが可能となる。ま
た、容器自身も溶解原料として用いられるのでさらに溶
解歩留りが向上する。

【００１７】さらに、金属製容器としてドラム缶（鋼製
ドラム）を用いれば、容器コストが節約できる。特に、
廃ドラム缶を使用すれば容器コストがほとんど不要とな
ることに加え、現状そのまま廃棄処分されている廃ドラ
ム缶を再資源化できメリットが大きい。

【００１８】すなわち、廃ドラム缶は、そのままの形状
で溶解炉に装入すると内部が空洞のため大部分が溶湯上
に浮かんでしまい通常のスクラップに比べ溶解効率が著
しく劣る問題がある。また、ドラム缶は運搬時のハンド
リングや長期保管による腐食に耐えるべく、比較的厚肉
の鋼板で製造される場合が多く、通常の加圧プレスで押
し潰して減容化することも困難である。

【００１９】そこで、再資源化のためには、例えば、ド
ラム缶を４軸シュレッダーで細かく破砕した後、ロータ
リーキルンで加熱して塗料等を燃焼・除去し、加熱後の
破砕断片を造粒機で粒状のペレットとするドラム缶の再
資源化システム（特開平１０−５７９２８号）の採用が
必要となる。しかし、この方法は多くの工程を必要とす
るため設備コストが高く、実用化に至っていない。

【００２０】これに対して、本発明においては、廃ドラ
ム缶に還元金属を収容した状態で溶解炉に装入するの
で、重量物である還元金属が内部に充填されているため
廃ドラム缶はその相当部分が溶湯中に沈み込んだ状態で
溶解が進行することにより高い溶解効率が達成される。

【００２１】さらに、容器の表面を冷却して５００℃以
下とすることにより、金属製容器の強度の著しい低下が
なく溶解炉までの搬送に際し容器が変形する等の不都合
がなく、また容器表面が塗装されている場合でも塗料が
揮発・燃焼することがないので、作業性・労働環境がさ
らに改善される。

【００２２】あるいは、容器の表面を冷却するかわり
に、容器に収容する前に還元金属を５００℃以下に冷却
しておくことにより同様の作用効果が奏されることが明
らかである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態について説明する。

【００２４】図１は、本発明の実施に係る還元金属を金
属製容器に収容する機構の一形態を説明する概要図であ
る。図１に示すように、直接還元炉として例えば回転炉
床炉１を用い、回転炉床炉１で還元された還元金属は、
排出装置２により回転炉床炉１から８００〜１０００℃
程度で排出され、シュート３を介して金属製容器である
例えばドラム缶５に収容される。なお、直接還元炉は回
転炉床炉に限られるものではなく、シャフト炉、ロータ
リーキルン、流動層炉などであってもよい。

【００２５】シュート３は、例えばその下部を二股に分
岐しその分岐点に還元金属の流路を切り替えるためのダ
イバータ４を設けておき、二股のシュート３下端それぞ
れにドラム缶５ａ、５ｂを接続する。そして一方のドラ
ム缶５ａにのみ還元金属が収容されるようにダイバータ
４をセットし、一方のドラム缶５ａが還元金属で一定重
量以上充填されたときダイバータ４を反対側に切り替
え、他方のドラム缶５ｂに還元金属を充填しつつ、一方
のドラム缶５ａを別の空のドラム缶に交換する。このよ
うにしてドラム缶５交換時にも連続して回転炉床炉１か
ら還元金属を排出できる。

【００２６】シュート３下端には例えば昇降可能な可動
シール装置６を設けておき、還元金属収容時には可動シ
ール装置６を下降させてドラム缶５の上部と密閉接続し
て外気を遮断する構造としておくのが好ましい。また、
ダイバータ４とシュート３との間に還元金属の粉などが
挟まってガスシールが完全でない場合が多いので、ドラ
ム缶５交換時に外気がシュート３下端から還元炉１内へ
漏れこまないよう、シュート３の各分岐にダンパー７を
設けておくことも好ましい。さらに、シュート３に不活
性ガスや還元性ガスを少量吹き込んでシュート３内およ
びドラム缶５内を正圧にしておき、外気の漏れ込みを防
止することも好ましい。

【００２７】シュート３から取り外した後のドラム缶５
のハンドリングを容易にし、塗料の揮発・燃焼を防止す
るため、ドラム缶５の表面を５００℃以下に冷却するこ
とが好ましい。ドラム缶５の表面を５００℃以下に冷却
する方法としては、例えば図１に示すように、冷却水を
流通させた冷却槽８にドラム缶５の少なくとも下部が浸
かるようにするとよい。冷却水の流通量や水位（ドラム
缶５の表面が水に浸かる面積）を変化させることにより
ドラム缶５の表面温度を調節することができる。あるい
は、ドラム缶５の表面に直接散水したり空気を吹き付け
たりしてもよく、これらと上記浸漬法とを組み合わせて
もよい。

【００２８】シュート３下端から取り外したドラム缶５
は、還元金属が再酸化しないよう、すぐに蓋をしてフォ
ークリフト、クレーン、リフティングマグネット、装入
バケットなどの搬送装置（図示せず）を適宜用いて次工
程の電気炉、転炉などの溶解炉（図示せず）に移送す
る。ドラム缶５に蓋をする際、ドラム缶が熱膨張して蓋
が完全に閉まり切らない場合や、あるいはドラム缶５が
元々老朽化しており本体や蓋に変形や錆などが存在する
ため蓋が完全に閉まり切らない場合等が想定されるが、
このような場合には、例えば鋼帯（締付バンド）で本体
と蓋とを一体に縛って蓋が外れないようにしてから移送
すればよい。

【００２９】そしてドラム缶５を蓋をしたまま溶解炉に
投入する。前述したように、ドラム缶５の相当部分が溶
湯中に沈み込んだ状態で溶解が進行し、やがてドラム缶
５の一部が完全に溶解して穴が開くと内部の還元金属が
溶湯に接触し溶解し始める。そうすると、採用する直接
還元プロセスや操業条件により異なるが、通常、還元金
属はＣを少なくとも１〜２質量％含有し、かつ未還元の
ＦｅＯを少量含有しているので、還元金属溶解時にＦｅ
Ｏ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯの反応によりＣＯガスが発生し、そ
のバブリング効果で溶解がさらに促進される。なお、必
要により炭材を溶湯に添加することも同様の溶解促進効
果があるので好ましい。

【００３０】ドラム缶５が塗装されている場合でも、ド
ラム缶５は溶解炉に投入されるとすぐに５００〜６００
℃以上に加熱され、塗料が揮発・燃焼して排ガス中に除
去されるので溶融金属の成分には悪影響を及ぼさない。

【００３１】また、ドラム缶５は元々の使用目的の相違
により種々の異なる合金成分を含有するものが存在する
が、溶解炉に投入する還元金属の総重量に対してドラム
缶の総重量は小さいので溶融金属の成分にはほとんど影
響を及ぼさない。

【００３２】図２は、本発明の実施に係る還元金属を金
属製容器に収容する機構の別の形態を説明する概要図で
ある。図２に示すように、直接還元炉である例えば回転
炉床炉１で還元された還元金属は、排出装置２により回
転炉床炉１から８００〜１０００℃程度で排出され、シ
ュート３ａを経由してエンドレスに回転する鉄製のコン
ベア（クエンチコンベア）９上で５００℃以下まで散水
冷却された後、金属製容器である例えばドラム缶５に収
容される。散水冷却時に還元金属の表面は再酸化するも
ののその酸化被膜により内部まで再酸化が進行せずわず
かな再酸化率に留まる。なお、散水冷却後の還元金属の
温度は、還元金属の表面や開気孔内に水分が付着するこ
とを防止するため１００℃以上とすることが好ましい。
溶解炉に付着水分が持ち込まれるとその蒸発熱によりエ
ネルギー損失となるからである。

【００３３】クエンチコンベア９の出口に近接して図１
のシュート３と同様の二股分岐の構造をもつシュート３
ｂを配して、ドラム缶５交換時にも連続して還元金属を
排出できる構造としておくことがよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、簡易な設備により、還元金属の顕熱を保持した
まま溶解炉で溶解できるのでエネルギーコストが低減で
きる。また、金属製容器ごと溶解炉に装入するので溶解
歩留りや労働環境も改善できる。

【００３５】請求項２の発明によれば、金属製容器とし
て安価なドラム缶を使用するので、上記の効果に加え、
さらに容器コストが低減でき、溶融金属の製造コストが
低減できる。また、金属製容器として廃ドラム缶を用い
る場合には、溶融金属の製造コストが一層低減できると
ともに、資源の有効活用が図れる。

【００３６】請求項３、４の発明によれば、金属製容器
の表面温度を低くできるので、さらに作業性や労働環境
が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に係る還元金属を金属製容器に収
容する機構の一形態を説明する概要図である。

【図２】本発明の実施に係る還元金属を金属製容器に収
容する機構の別の形態を説明する概要図である。

【符号の説明】

１…直接還元炉（回転炉床炉）、 ２…排出装置、
３、３ａ、３ｂ…シュート、 ４…ダイバータ、 ５、
５ａ、５ｂ…金属製容器（ドラム缶）、 ６…可動シー
ル装置、 ７…ダンパー、 ８…冷却槽、 ９…クエン
チコンベア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 敏之 東京都品川区北品川５丁目９番12号 株式 会社神戸製鋼所東京本社内 Ｆターム(参考） 4K001 AA07 AA08 AA10 AA19 CA16 GA19 4K012 DE02 DE03 DE08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直接還元炉で製造された還元金属を、こ
   の直接還元炉に近接して設けられた溶解炉で溶解して溶
   融金属を得る溶融金属の製造方法において、前記還元金
   属を金属製の容器に収容し、この容器ごと前記溶解炉に
   装入して溶解することを特徴とする溶融金属の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記容器が、ドラム缶であることを特徴
   とする請求項１に記載の溶融金属の製造方法。
3. 【請求項３】 前記容器ごと前記溶解炉に装入する前
   に、この容器の表面を冷却して、その表面温度を５００
   ℃以下にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   溶融金属の製造方法。
4. 【請求項４】 前記容器に前記還元金属を収容する前
   に、この還元金属を５００℃以下に冷却することを特徴
   とする請求項１又は２に記載の溶融金属の製造方法。