JP2010196148A

JP2010196148A - 鉄原料およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010196148A
Application number: JP2009045652A
Authority: JP
Inventors: Takenori Sato; 毅典佐藤; Wataru Nagai; 渉永井; Hisashi Nakamura; 壽志中村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】溶解炉に内張りされたＭｇＯ系耐火物の溶損を効果的に抑制する。
【解決手段】溶解炉に投入される鉄原料であって、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物を含む。ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物は、ＭｇＯ単体に比べて融点が低い。このため、ＭｇＯを単体で添加した場合に比べて、スラグ中へのＭｇＯの溶解速度を大きくすることができる。また、この鉄原料は、ランスを用いずに溶解炉の上方から直接投入した場合でも、排ガス回収側に流出することなく、スラグ中に確実に到達する。このため、溶解炉に内張りされたＭｇＯ系耐火物の溶損を更に効果的に抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶解炉に投入される鉄原料とその製造方法に関する。

溶解した鉄原料の精錬を行う転炉や電炉などといった溶解炉の内張り耐火物には耐熱スポ−リング性および耐食性に優れたＭｇＯ−Cレンガ（ＭｇＯ系耐火物）が広く使用されている。このＭｇＯ系耐火物からなる内張り耐火物の溶損防止を目的として、溶解炉中のスラグにＭｇＯを添加するスラグコントロ−ル技術が知られている。スラグコントロ−ル技術では、吹錬中のスラグ中のＭｇＯ濃度を飽和溶解度に調整し、スラグを高融点化・高粘性化することでＭｇＯ系耐火物の溶損を抑制している。

ＭｇＯ添加によるＭｇＯ系耐火物の溶損抑制技術は多数開発されており、ＭｇＯを細粒化して反応効率を向上させる方法や、その他、酸化物と同時期にＭｇＯを投入することでＭｇＯ系複合酸化物を生成して溶解速度を向上する方法が知られている。例えば、特開２００２−３０２７１２には、上吹きランスからＭｇＯおよびその他酸化物（ＣａＯ、ＦｅＯなど）を１〜１０ｍｍに細粒化したスラグ成分調整材を吹き込むことで製鋼用転炉の内張り耐火物を保護する技術が示されている。

特開２００２−３０２７１２号公報

しかしながら、従来のスラグコントロ−ル技術では、スラグに添加したＭｇＯの溶解速度が遅く、ＭｇＯが十分に溶解する前に吹錬が終了する問題があった。また、特にランスを用いずに溶解炉の上方から直接ＭｇＯを投入するいわゆる直投式の場合、ＭｇＯが排ガス回収側に流出してしまい、スラグ中に十分に添加できなくなる恐れがあった。即ち、溶解炉の上部には、溶解炉からでるＣＯガスなどの排ガスを回収する給気路が設けられている。１〜１０ｍｍに細粒化したスラグ成分調整材を直投式で溶解炉に投入した場合、投入されたスラグ成分調整材が粉塵となって排ガス回収側に流出してしまい、これにより、ＭｇＯがスラグに十分に到達できなくなる問題があった。

本発明の目的は、ＭｇＯ系耐火物の溶損を効果的に抑制できる手段を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明によれば、溶解炉に投入される鉄原料であって、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物を含む、鉄原料が提供される。ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物は、ＭｇＯ単体に比べて融点が低い。このため、本発明の鉄原料にあっては、ＭｇＯを単体で添加した場合に比べて、スラグ中へのＭｇＯの溶解速度を大きくすることができる。

ここで、本発明の鉄原料は、例えば、ＭｇＯ、ＦｅＯおよびＣを混合して造粒した後、還元することで製造することができる。この場合、ＭｇＯ、ＦｅＯおよびＣを粉砕して混合しても良い。また、更に、バインダを混合して造粒しても良い。また、加水して造粒しても良い。

また、造粒物を乾燥した後、還元しても良い。この場合、例えば、回転炉床式還元炉で還元しても良い。

本発明によれば、ＭｇＯを単体で添加した場合に比べて、スラグ中へのＭｇＯの溶解量が増え、溶解炉に内張りされたＭｇＯ系耐火物の溶損を効果的に抑制できる。また、本発明の鉄原料は、ランスを用いずに溶解炉の上方から直接投入した場合でも、排ガス回収側に流出することなく、スラグ中に確実に到達する。このため、溶解炉に内張りされたＭｇＯ系耐火物の溶損を更に効果的に抑制できる。

本実施の形態にかかる鉄原料の製造方法の説明図である。ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物のＭｇＯ比率と融点温度の関係を示すグラフである。実施例で製造された鉄原料（ＤＲＩ）のＳＥＭ観察写真（倍率×１０００）である。実施例と比較例の耐火物の溶損速度を示すグラフである。実施例と比較例の耐火物の炉寿命を示すグラフである。実施例（ＭｇＯ事前混合）における精錬後のスラグの観察写真である。比較例（ＭｇＯ直投）における精錬後のスラグの観察写真である。スラグ中に添加されるＭｇＯ粒径（ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物の粒径）と、耐火物の溶損速度（ｍｍ／チャージ）の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態の一例を、図面を参照にして説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる鉄原料の製造方法の説明図である。なお、鉄原料の一例としてのＤＲＩ２２を、回転炉床式還元炉２１を用いて製造する還元プロセスを例示する。

先ず、配合槽としてのホッパー１に、原料としての酸化鉄２、還元剤３、ＭｇＯ４およびバインダ５が所定の配合で投入される。酸化鉄２には、例えばペレットフィ−ド等の微粒の鉄鉱石、高炉、転炉、電気炉から発生する製鉄ダスト、圧延工程で発生するシックナースラジなどが利用される。還元剤３には、粉コークス、高炉ガスダスト中の炭素、無煙炭などが利用される。ＭｇＯ４には、例えば軽焼マグネシアなどが利用される。バインダ５には、例えばコーンスターチ等が利用される。これら各原料は、それぞれ単独でホッパー１に投入しても良いし、あるいは、適当に組み合わせて投入しても良い。

そして、ホッパー１で配合された原料が、次に、混練装置１０に供給される。混練装置１０では、所定の配合にされた各原料が均一に混合される。この時、混練装置１０において、各原料を適当に破砕すると、製造されるＤＲＩ２２の品質が安定する。また、各原料を破砕して混練することにより、ＤＲＩ２２の強度が向上する。このため、混練装置１０には、ボ−ルミルなどの破砕機能を持つ混練装置を利用することが望ましい。例えば、混練装置１０において、各原料の粒径を８００μ程度に破砕することが望ましい。

そして、混練装置１０で混練された原料が、次に、造粒機１１に供給される。この場合、造粒機１１において原料中に加水を行うことにより、原料中の水分を８〜１５質量％程度に調整することが望ましい。そして、造粒機１１では、原料を粒状に押し固めることにより、直径が例えば数ｍｍ〜３０ｍｍ程度の球形のペレット１２を製造する。この時、水分が８質量％未満では、ペレット１２の水分が少なすぎて、表面から原料粉が発生しやすくなる。一方、水分が１５質量％を越えた場合は、ペレット１２が柔らかくなりすぎて、搬送中に互いに固着しやすくなる。なお、造粒機１１には、例えばパン式成形装置、ブリケット式造粒装置、押出し式造粒装置、ペレタイザなどを用いることができる。

そして、造粒機１１で造粒されたペレット１２が、次に、乾燥機２０に供給される。乾燥機２０では、例えば２００℃、３０分の加熱処理を行い、ペレット１２の水分が例えば１質量％未満になるまで乾燥する。水分が１質量％以上では、次の回転炉床式還元炉２１の炉床上でペレット１２が爆裂する心配がある。

そして、乾燥機２０で乾燥されたペレット１２が、次に、回転炉床式還元炉２１の炉床上に供給される。回転炉床式還元炉２１では、中央部を欠いた円盤状の耐火物の炉床上にペレット１２が均一に敷きつめられた状態で炉床が回転し、炉床上のペレット１２が炉内を移動する。その間に、ペレット１２は、高温ガスの輻射により例えば１０００〜１４００℃に加熱されて、ペレット１２内の還元剤３（炭素）により酸化鉄２が還元される。例えば、直径が約１５ｍｍ程度のペレット１２を還元するためには、約１０分間程度の加熱時間で、金属化率が７０〜９０％となる。また、回転炉床式還元炉２１は、原料となるペレット１２が炉床上に静置されていることから、原料が炉内で崩壊しづらく、塊状の製品が得られるといった長所がある。また、回転炉床式還元炉２１は、生産性が高く、安価な石炭系の還元剤や粉原料を使用でき、亜鉛、鉛、アルカリ金属、塩素、等の不純物も除去できるので、不純物の多いダスト処理プロセスにも使用され、金属資源のリサイクルに有効である。

そして、回転炉床式還元炉２１での還元反応が完了したペレット１２は、例えばスクリュー式排出装置で炉外に排出され、冷却された後、鉄原料であるＤＲＩ２２として、コンベア２５に受け渡される。

そして、コンベア２５に受け渡されたＤＲＩ２２は、例えば、生石灰（ＣａＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの副原料２６と一緒に、転炉、電気炉等の溶解炉２７に添加される。溶解炉２７内では、溶鋼３０の精錬が行われており、溶鋼３０の上部には、スラグ３１が存在している。溶解炉２７に添加されたＤＲＩ２２は、溶解炉２７内で加熱されて溶鋼３０の原料となる。

こうして溶解炉２７内に投入されるＤＲＩ２２は、回転炉床式還元炉２１内で加熱されたことにより、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物を含んだものとなっている。ここで、図２は、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物におけるＭｇＯ比率と融点温度の関係を示すグラフである。この図２に示されるように、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物は、ＭｇＯ単体に比べて融点温度が低くなる。なお、ＭｇＯ単体の融点温度（約２８００℃）に比べて、ＦｅＯ単体の融点温度（約１４００℃）は低い。このため、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物は、ＭｇＯの比率が高いほど融点温度が高くなり、逆にＦｅＯの比率が高いほど融点温度が低くなる。

本発明の実施の形態で製造されるＤＲＩ２２は、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物を含んでいるため、溶解炉２７内に添加された際に、ＭｇＯを単体で溶解炉２７内に添加した場合に比べて、短時間で溶解することとなる。このため、溶解炉２７内において溶鋼３０の上部に存在しているスラグ３１中へのＭｇＯの溶解速度を大きくすることができる。

その結果、ＭｇＯを単体で添加した場合に比べて、スラグ３１中へのＭｇＯの溶解量が増え、溶解炉２７に内張りされたＭｇＯ系耐火物の溶損を効果的に抑制できるようになる。加えて、本発明の実施の形態で製造されるＤＲＩ２２は、例えば直径が約１５ｍｍ程度と比較的大きく、重量も大きい。このため、ランスを用いずに溶解炉２７の上方からＤＲＩ２２を直接投入した場合でも、ＤＲＩ２２は、排ガス回収側に流出することなく、スラグ３１中に確実に到達することとなる。このため、溶解炉２７に添加されたＤＲＩ２２中に含まれるＭｇＯ（ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物）を効率よくスラグ３１中へ溶解させることができ、溶解炉２７に内張りされたＭｇＯ系耐火物の溶損を更に効果的に抑制できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、混練装置１０に供給される原料には、必要に応じて、Ａｌ_２Ｏ_３などを加えても良い。但し、ＣａＯは回転炉床式還元炉２１の炉床に付着する性質があるので、副原料２６として溶解炉２７の直前に添加することが好ましい。また、溶解炉２７に添加する副原料２６として、ＭｇＯを加えても良い。また、鉄原料の一例として、ＤＲＩ２２を回転炉床式還元炉２１を用いて製造するプロセスを説明したが、本発明の鉄原料はＤＲＩ２２に限られず、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物を含む鉄原料であれば良い。また、ＤＲＩ２２を溶解炉２７内に直接投入する例（直投式）を説明したが、本発明の鉄原料は、直投式以外の、例えばランスを利用して溶解炉２７内に添加されても良い。

実施例では、原料として酸化鉄、還元剤、ＭｇＯおよびバインダを配合した原料をボ−ルミルで混練し、造粒したペレットを乾燥後、回転炉床式還元炉にて炉内温度１３５０℃、加熱時間１５分で還元することにより、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物を含む鉄原料（ＤＲＩ）を製造した。こうして得た鉄原料を、副原料（生石灰（ＣａＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＭｇＯ）と一緒に溶解炉に添加して、精錬を行った。なお、表１に示すように、実施例では、ボ−ルミルに対して原料として、粒径１５ｍｍのＭｇＯを２０ｋｇ／ｔｏｎ添加し（事前混合）、更に、溶解炉に添加する際の副原料として、粒径５０〜１０ｍｍのＭｇＯを２５ｋｇ／ｔｏｎ溶解炉に添加した。

図３は、実施例で製造された鉄原料（ＤＲＩ）のＳＥＭ観察写真（倍率×１０００）である。実施例で製造された鉄原料には、粒径が約１０ｍｍのＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物が含まれていることが確認された。鉄原料に含まれる複合酸化物として、６８質量％ＭｇＯ−３２質量％ＦｅＯからなる複合酸化物が確認できた。

一方、比較例では、原料として酸化鉄、還元剤およびバインダを配合した原料をボ−ルミルで混練し、造粒したペレットを乾燥後、回転炉床式還元炉にて還元することにより、ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物を含まない鉄原料（ＤＲＩ）を製造した。こうして得た鉄原料を、副原料（生石灰（ＣａＯ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＭｇＯ）と一緒に溶解炉に添加して、精錬を行った。なお、表１に示すように、比較例では、溶解炉に添加する際の副原料として、粒径５０〜１０ｍｍのＭｇＯを４５ｋｇ／ｔｏｎ溶解炉に添加した（ＭｇＯ直投）。

表１および図４、５に示すように、実施例（ＭｇＯ事前混合）では、比較例（ＭｇＯ直投）に比べて、溶解炉に内張りされた耐火物の溶損速度（ｍｍ／ヒート）を相当に低減でき、炉寿命を長くすることができた。

図６は、実施例（ＭｇＯ事前混合）における精錬後のスラグの観察写真であり、図７は、比較例（ＭｇＯ直投）における精錬後のスラグの観察写真である。実施例では、スラグ中に大部分のＭｇＯが溶解し、冷却後のスラグは、大きな塊となった。一方、比較例では、スラグ中に添加した大部分のＭｇＯが溶解せず、冷却後のスラグにＭｇＯがそのまま粉状に残り、スラグは塊となりにくかった。

実施例（ＭｇＯ事前混合）と比較例（ＭｇＯ直投）においてスラグの軟化点（℃）、融点（℃）および溶流点（℃）を比べたところ、表２のようになった。比較例に比べて、実施例では、スラグの軟化点（℃）、融点（℃）および溶流点（℃）がいずれも高くなっており、粘性の高いスラグとなっていた。粘性の高いスラグは、溶解炉の内壁全体に付着した状態で残りやすく、出鋼後において、溶解炉の内壁にスラグを容易に成膜させることができる（スラグコーティング法）。このため、溶解炉の内壁全体にスラグの保護膜を十分な厚さで形成させて、耐火性能を向上させることができる。一方、比較例のスラグは粘性が低いため、溶解炉の内壁にスラグの保護膜を形成しにくい。

また、スラグ中に添加されるＭｇＯ粒径（ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物の粒径）と、耐火物の溶損速度（ｍｍ／チャージ）の関係を調べたところ、図８のようになった。実施例のようにＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物の状態で添加した場合（ＭｇＯ・ＦｅＯあり）、比較例のようにＭｇＯ単体で添加した場合（ＭｇＯ・ＦｅＯなし）のいずれの場合も、ＭｇＯ粒径（ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物の粒径）が小さくなれば、耐火物の溶損速度も小さくなる傾向を示した。しかしながら、同じ粒径では、比較例（ＭｇＯ・ＦｅＯなし）に比べて、実施例（ＭｇＯ・ＦｅＯあり）の方が耐火物の溶損速度を低減できた。実施例のようにＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物の状態でスラグ中に添加した場合、ＭｇＯ粒径（ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物の粒径）が４０ｍｍ以下程度であれば、スラグ中に１０ｍｍに細粒化したＭｇＯを添加した場合と同等以上の溶損抑制を達成することができた。

本発明は、溶解炉に投入される鉄原料に適用できる。

１ホッパー
２酸化鉄
３還元剤
４ＭｇＯ
５バインダ
１０混練装置
１１造粒機
１２ペレット
２０乾燥機
２１回転炉床式還元炉
２２ＤＲＩ
２５コンベア
２６副原料
２７溶解炉
３０溶鋼
３１スラグ

Claims

溶解炉に投入される鉄原料であって、
ＭｇＯ−ＦｅＯからなる複合酸化物を含む、鉄原料。
溶解炉に投入される鉄原料を製造する方法であって、
ＭｇＯ、ＦｅＯおよびＣを混合して造粒した後、還元する、鉄原料の製造方法。
ＭｇＯ、ＦｅＯおよびＣを粉砕して混合する、請求項２に記載の鉄原料の製造方法。
更に、バインダを混合して造粒する、請求項２または３に記載の鉄原料の製造方法。
加水して造粒する、請求項２〜４のいずれかに記載の鉄原料の製造方法。
造粒物を乾燥した後、還元する、請求項２〜５のいずれかに記載の鉄原料の製造方法。
回転炉床式還元炉で還元する、請求項２〜６のいずれかに記載の鉄原料の製造方法。