JP2005330563A

JP2005330563A - 冷鉄源の溶解方法

Info

Publication number: JP2005330563A
Application number: JP2004151783A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kashiwa; 孝幸柏; Yuki Nabeshima; 祐樹鍋島; Yoshihisa Kitano; 嘉久北野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-12-02
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP4654603B2

Abstract

【課題】本発明は、混銑炉のような溶湯保持炉を用い、スクラップ等の製鋼原料である冷鉄源を、従来より効率良く溶解可能な冷鉄源の溶解方法を提供することを目的としている。
【解決手段】円筒の軸を水平にした形状の炉体の上部に溶湯受入口を、下部にインダクション・ヒータを備えた混銑炉形式の溶湯保持炉に保持した溶湯に冷鉄源を投入し、該冷鉄源を溶湯に溶解する技術を改良した。冷鉄源を、前記溶湯受入口を介して投入してから、引き続き、炉内に保持されている溶湯の流動を促進する別の溶湯を追加装入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷鉄源の溶解方法に係わり、特に、スクラップ等の製鋼原料である冷鉄源を、混銑炉等の溶湯保持炉で従来より効率良く溶解する技術に関する。

鉄スクラップ（以下、単にスクラップという）、型銑等は、製鋼において安価な鉄源としてその使用量拡大が望まれており、転炉等の各種精錬炉に投入される主製鋼原料である溶銑に対して、該スクラップ、型銑等の配合量を増加、望ましくは最大化が指向されている。なお、これらスクラップ、型銑等は、通常室温でストックされて、そのまま使用されるので、冷鉄源と称されている。

ところで、製鋼工場には、高炉から混銑車（トピードカーともいう）で運ばれてきた溶銑の一時的な貯蔵及び均一混合化のため、混銑炉と称する溶湯保持炉を配設してある場合がある。この混銑炉は、鋼鉄板で円筒状の外殻を形成し、その内側を耐火物で内張りしたものを、円筒の軸を水平にして配置した形状であり、通常５００〜２５００トンの溶湯保持能力を有している。ここで、溶湯としたのは、溶銑にスクラップを溶解したものが溶銑の定義（炭素含有量で規定）から外れることがあったり、あるいは溶銑が所謂「鉄―炭素系の溶銑」のみならず、Ｃｒを高濃度で含有する所謂「含Ｃｒ溶銑」（高Ｃｒ溶銑ともいう）の場合もあるからである。

この混銑炉における溶湯の受払いは、炉の上部に溶湯受入口、それより若干低い位置に出湯口が設けられており、円筒軸を中心に炉体を回転させることで行われる。従って、冷鉄源の大量使用を企てるに際しては、真っ先に、該混銑炉内に保持した溶湯に冷鉄源を投入し、溶解させるという混銑炉の利用が考えられる。

ところが、かかる混銑炉に保持した溶湯に冷鉄源を投入し、溶解させるという考えは、実現が非常に難しかった。混銑炉は通常静置されており、炉内の溶湯を撹拌する手段も備えていないので、溶解促進のための撹拌力が不十分で、投入した冷鉄源のほとんどは、溶解せずに炉底部に残存してしまう。また、混銑炉は、一般に重油等を用いた保熱バーナー（溶湯浴の上方空間に）を備えているが、この保熱バーナーでは溶湯の温度降下の抑止程度しかできない。スクラップが炉内で溶解した際には、溶解により溶湯の温度が低下するが、この熱量を補填するためにバーナー能力をアップしても、溶湯の表層部を加熱するにとどまり、溶湯全体を昇熱することはできないのである。

そこで、図２に示すように、炉体１上部に溶湯の受入口２とは別に、スクラップの投入口３を設けると共に、下部には、インダクション・ヒータ４（溝型誘導加熱方式）を６基備えるようにした混銑炉５（貯銑炉と称している）が開発、実用化された（非特許文献１参照）。つまり、該インダクション・ヒータ４が溶湯６に渦電流を発生させ、そのジュール熱で溶湯を加熱し、スクラップ等の溶解熱分を補償するようにしたのである。

しかしながら、このような混銑炉５でも、スクラップ溶解のための撹拌力は、スクラップ投入口３の下部に設けた上記インダクション・ヒータ４で加熱され、電磁力で流動する溶湯の量に依存する。従って、伝熱のみで溶解する型銑を除けば、スクラップの多くは融点が高く、炉内に収容している溶湯の温度のみでは溶解が迅速、且つ安定してできない。すなわち、侵炭による融点降下によってスクラップの溶解はある程度進行するが、スクラップの溶解速度には溶湯の撹拌力が大きな影響を及ぼし、上記インダクション・ヒータ４で加熱された溶湯量による程度の撹拌では全体の溶解までに長時間を要する。また、侵炭によるスクラップの溶解時間を短縮するには、溶湯の温度を従来より高めることも考えられるが、炉体１及びインダクション・ヒータ４に張った耐火物の寿命低下を招くので、その実現性は低い。さらに、スクラップの溶解に長時間を有する場合には、スクラップの溶解による溶湯温度の降下量を推定するのが難しく、炉内の温度制御も不安定になるばかりか、スクラップの投入量（スループットという）（ｔ／ｈｒ）も低下せざるを得ないという弊害が生じ、かかる混銑炉でも前記したスクラップの配合量増大という指向を充分に反映することができない。
誘導加熱装置付貯銑炉を用いた操業改善：日本鉄鋼協会の第１２３回製鋼部会提出資料：平成１２年１０月１２及び１３日に新日本製鐵（株）八幡製鐵所で開催

本発明は、かかる事情に鑑み、混銑炉のような形式の溶湯保持炉を用い、スクラップ等の製鋼原料である冷鉄源を、従来より効率良く溶解可能な冷鉄源の溶解方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。すなわち、本発明は、円筒の軸を水平にした形状の炉体の上部に溶湯受入口を、下部にインダクション・ヒータを備えた溶湯保持炉に保持した溶湯に冷鉄源を投入し、該冷鉄源を溶湯に溶解するに際して、前記冷鉄源を、前記溶湯受入口を介して投入してから、引き続き、炉内に保持されている溶湯の流動を促進する溶湯を追加装入することを特徴とする冷鉄源の溶解方法である。この場合、前記冷鉄源が、鉄スクラップ及び／又は型銑であることが好ましい。

本発明によれば、溶湯受入口からスクラップを投入して、未溶解スクラップを溶湯受入口の下方の炉底部にできるだけ滞留させ、引き続き同一の溶湯受入口から溶湯を追加装入するようにしたので、追加装入する溶湯の落下による撹拌力で、スクラップの溶解が促進される。その結果、スクラップの溶解速度が、従来より飛躍的に向上する。

以下、具体例に基づき、本発明の最良の実施形態を説明する。

図３に示したような鉄皮外径：８ｍ、鉄皮長：１３ｍの円筒状炉体１からなり、炉下部に負荷電力：２ＭＷのインダクション・ヒータ４を４基取り付けた混銑炉形式の溶湯保持炉５に、約１０００ｔの溶湯６が滞留している。ここで、その溶湯６は所謂含Ｃｒ溶銑であり、その成分は、Ｃ＝６質量％、Ｃｒ＝１５質量％、Ｎｉ＝０．０１質量％、残部Ｆｅ及び不可避元素で、温度は１４００℃である。また、インダクション・ヒータ４は、スクラップの投入前も後も継続して使用する。

この炉内滞留溶湯に冷鉄源としてのスクラップを溶解することにした。そのスクラップには、ＳＵＳ３０４鋼（Ｎｉ：８．０質量％）のスクラップである。これにより、溶解量は、Ｎｉをトレーサとして評価することができる。また、該スクラップの１個あたりのサイズは、容積で０．１３ｍ³、重さが１ｔで、投入量を２０ｔ（２０個）とした。

まず、発明者は、従来通りのスクラップ溶解を行い、その溶解速度を確認した。つまり、溶湯受入口２とは別に炉体上部に設けた３個所のスクラップ投入口３より、上記した条件でスクラップを投入した。そして、投入後から５分間隔で炉内溶湯の試料を採取し、その成分分析を行った。その結果のうち、スクラップ溶解量を評価するトレーサとしてのＮｉの経時変化を図１に示す。なお、スクラップが全量溶解すると、溶湯中のＮｉ濃度は、０．１６５質量％になる。

図１より、６０分経過でもＮｉ濃度は、スクラップの全量溶解時の５４％程度であることが明らかである。つまり、この結果に基づくと、全量溶解までは１１０分を要すると計算され、インダクション・ヒータ４で加熱しているにもかかわらず、溶解速度がかなり遅いことが確認された。

そこで、発明者は、溶解速度の遅い理由はスクラップ投入後の炉内滞留溶湯の流動がほとんどないことにあると考え、対策を検討した。その結果、スクラップの投入後に引き続き溶湯を別途追加装入し、その溶湯の落下流による力で撹拌することを着想した。そして、具体的には、スクラップの投入を、その専用投入口３ではなく、溶湯の受入口２を介して行い、引き続き溶湯を追加装入するようにすれば良いと考え、実際に試験を行った。

その試験条件としての炉内滞留溶湯、その成分、温度、スクラップの種類及び量は、上記従来例と同じである。

溶湯受入口２よりスクラップを投入し、その後１５分経過してから、同じ溶湯受入口２より温度１４００℃の含Ｃｒ溶湯を１６０ｔ装入した。装入した溶湯の成分も前記炉内滞留溶湯の成分と同じである。また、５分間隔で炉内測温及びサンプリングを実施し、Ｎｉ成分の変化によりスクラップの溶解時間を算出した。

その結果、図１に示すように、溶湯の追加装入を開始してから５分後の時点（スクラップ投入から２０分後）で、すでに投入したスクラップ全量溶解時のＮｉ濃度の９４％に到達した。そして、１０分（２５分）の経過では、全量溶解時のＮｉ濃度に到達している。つまり、スクラップの溶解に要する時間は、従来の１１０分から２５分へと７７％低減された。

そこで、発明者は、このようなスクラップの投入を、その専用投入口ではなく、溶湯の受入口を介して行い、引き続き溶湯を追加装入することを本発明としたのである。なお、上記具体例では、冷鉄源としてスクラップを利用しているが、本発明は溶銑を鋳型に注入して製造する所謂「型銑」を利用しても良い。スクラップより、融点が低く、溶解し易いからである。また、投入する冷鉄源の一回当たりの重量については、本発明では特に限定しないが、追加装入溶湯量の三分の一以下が好ましい。投入したスクラップが溶湯受入口直下の炉底及びその近傍（直下より半径５ｍ以内）にできるだけ滞留しているのが、追加装入する溶湯の撹拌効果を受け易いからである。

スクラップ投入後における炉内滞留溶銑のＮｉ濃度の経時変化を示す図である。インダクション・ヒータを備えた従来の混銑炉を示す斜視図である。本発明を実施するのに好適な溶湯保持炉を示す斜視図である。

符号の説明

１炉体
２溶湯受入口
３スクラップ投入口
４インダクション・ヒータ
５混銑炉（溶湯保持炉）
６溶湯（溶銑）
７出湯口

Claims

円筒の軸を水平にした形状の炉体の上部に溶湯受入口を、下部にインダクション・ヒータを備えた溶湯保持炉に保持した溶湯に冷鉄源を投入し、該冷鉄源を溶湯に溶解するに際して、
前記冷鉄源を、前記溶湯受入口を介して投入してから、引き続き、炉内に保持されている溶湯の流動を促進する溶湯を追加装入することを特徴とする冷鉄源の溶解方法。
前記冷鉄源が、鉄スクラップ及び／又は型銑であることを特徴とする請求項１記載の冷鉄源の溶解方法。