JP2014169479A - 竪型溶解炉を用いた溶銑の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コークスの少なくとも一部として、SiO2含有率が95mass%以上、アルカリ(Na,K)含有率が2mass%以下の物質で表面を被覆したコークスを用いる。被覆材により吸熱反応であるコークスのガス化反応が効果的に抑制され、コークス使用量を削減できる。
【選択図】図4
Description
例えば、鋳物工場における竪型溶解炉においては、外部から購入した銑鉄や、自所で発生した銑鉄の屑を鉄源として使用している。一方、主として鉄系スクラップを鉄源として銑鉄を生産する竪型溶解炉も存在している。ここでは便宜上、前者をキュポラ、後者をシャフト炉と呼ぶことにする。
キュポラやシャフト炉では、主として使用する鉄源は異なるが、コークスの燃焼熱を利用して鉄源を溶解することは共通である。
また、鉄源の一部として、酸化鉄を主体とした塊状の鉄鉱石、粉状の鉄鉱石を焼結したいわゆる焼結鉱、粉状の鉄鉱石を造粒したペレット、製鉄所で発生する鉄分を含むダストを塊成化したダスト塊成化物などを炉頂部から装入する場合もある。なお、ダストを塊成化する理由は、竪型溶解炉では炉下部から炉頂部に向かうガスの流れがあり、粉体のままでは炉頂装入したダストの一部又は全部がガス流に同伴して炉外に排出されてしまい、溶銑を得ることができないためである。
鉄源である酸化鉄は、炉頂部から装入された後、時間と共に炉下方の高温領域に降下していき、還元性のガス(COガス)またはコークスと接触して還元・溶融反応が進み、溶銑(溶融銑鉄)を得ることが可能である。
一方、コークスは送風中の酸素と反応して燃焼し、二酸化炭素(CO2)と熱を発生する(下記(1)式)。発生したCO2はコークスをガス化させ一酸化炭素(CO)となるが、この反応は吸熱反応である(下記(2)式)。したがって、吸熱反応を抑制できればコークス比の低減が可能である。高価なコークスの使用量が低減できれば、溶銑製造コストを削減することができる(なお、下記(1),(2)式は非特許文献1による)。
C+O2=CO2 (ΔH0 298=-393.5kJ/mol:発熱) …(1)
C+CO2=2CO (ΔH0 298=172.4kJ/mol:吸熱) …(2)
[1]竪型溶解炉の炉頂部から、原燃料として、鉄系スクラップを主体とする鉄源、コークス及び造滓剤を装入し、鉄源を主にコークスの燃焼熱により溶解することにより、竪型溶解炉から出湯される際の溶銑温度が1450〜1550℃であり、且つ後工程で転炉精錬される溶銑を製造する方法であって、
前記コークスの少なくとも一部として、SiO2含有率が95mass%以上、アルカリ(Na,K)含有率が2mass%以下の物質で表面を被覆したコークスを用いることを特徴とする竪型溶解炉を用いた溶銑の製造方法。
[2]上記[1]の製造方法において、SiO2含有率が95mass%以上、アルカリ(Na,K)含有率が2mass%以下の物質のコークス被覆量(乾燥質量)は、コークス質量に対して0.1〜5mass%であることを特徴とする竪型溶解炉を用いた溶銑の製造方法。
代表的な試験結果を図1に示す。この図1では、被覆なしのコークスのガス化反応速度を“1.0”とし、様々な物質(SiO2、CaCO3、ポルトランドセメント)で被覆したコークスのガス化反応速度を指数化して示した。
この試験結果では、SiO2で被覆したコークスについてはガス化速度の低下が見られ、一方、CaCO3やセメントで被覆したコークスについてはガス化反応速度が増大した。
SiO2は単体での融点が1723℃と極めて高い。コークス灰分の主たる成分はSiO2とAl2O3であるが、被覆したSiO2がコークス灰分と反応してSiO2とAl2O3の化合物を造ったとしても、その融点は1600℃程度にしか低下しない。したがって、ガス化反応試験で被覆したSiO2はそのままの状態で残存し、CO2ガスとコークス中炭素との接触を阻害する役割を果たした結果、ガス化反応速度が低下したものと考えられる。
以上のことから、単体での融点が高いSiO2を高濃度に含有する物質を粉末状にし、この物質でコークス表面を被覆し(以下、説明の便宜上、コークスを被覆する物質を「被覆材」という)、このコークスを竪型溶解炉に装入することにより、コークスの反応性を抑制できることが判った。
このガス化試験の結果、図4に示すように被覆材のSiO2含有率が95mass%以上(特に96mass%以上)となると、顕著なガス化抑制効果が得られることが判った。すなわち、コークスの表面をSiO2含有率が95mass%以上(特に好ましくは96mass%以上)の物質で被覆することにより、コークスのガス化を効果的に抑制できることが判った。
このため本発明では、竪型溶解炉の炉頂部から燃料として装入されるコークスの少なくとも一部として、SiO2含有率が95mass%以上、好ましくは96mass%以上、アルカリ(Na,K)の含有率(Na,Kの合計含有率)が2mass%以下、好ましくは1mass%以下の物質で表面を被覆したコークスを用いるものである。
被覆材をコークス表面に被覆する方法は任意であるが、一般には、粉末状の被覆材を水などの液体に分散させ、この被覆材分散液(スラリー)にコークスを浸漬し、或いは被覆材分散液をコークスに噴霧し、その後、乾燥処理(自然乾燥又は温風等による強制乾燥)することにより、被覆材をコークス表面に被覆する。
被覆材分散液の濃度と被覆効果の相関は大きくないが、被覆材量(乾燥質量)は、コークス質量に対して0.1〜5mass%程度とすることが好ましい。被覆材量が少なすぎると十分な効果が得られず、一方、被覆材量が多すぎると剥離しやすくなるので被覆効果が低下する。また、被覆による効果と被覆材を得るための粉砕コストを考慮した場合、より好ましい被覆材量(乾燥質量)は、コークス質量に対して0.3〜1.0mass%である。
鉄系スクラップには、鉄スクラップや鋳物スクラップなどがあるが、これらの1種以上を用いることができ、鉄源はこのような鉄系スクラップを主体とする(すなわち、鉄系スクラップの割合が50mass%以上)ものである。鉄系スクラップ以外の鉄源としては、鉄含有ダスト及び/又は鉄含有スラッジの塊成化物、塊状の鉄鉱石、焼結鉱(粉状鉄鉱石を焼結したもの)、粉状鉄鉱石の造粒ペレットなどが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
造滓剤としては、石灰石、珪石などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
また、以上の原燃料以外に、微粉炭、木炭、廃プラスチックなどの炭材を炉内に装入又は吹き込むようにしてもよい。
なお、ガス化反応を促進する物質(CaO含有量が高い物質)は本来竪型溶解炉に装入しないことが望ましいが、コークスの灰分を滓化して炉内からの排出を容易にするために装入する必要がある。このような物質、例えば石灰石などは、被覆材と混合しないように保管場所などを分離することが好ましい。
そして、図5に示すように炉頂部においてバケット底部のゲート20を開放することにより、バケット2内の原燃料を炉内に装入する。この際、バケット2内の原燃料の分布状態はそのまま維持され、炉内に原燃料層が形成される。
使用した原燃料の組成を表2に示す。鉄源としては、鉄系スクラップであるスクラップA,Bと、鉄分を含有するダストA,Bを用いた。鉄源は需給及び経済性を考慮して複数の種類のものを混合して用いるのが一般的である。本実施例では、広く一般に用いられている(社)日本鉄源協会が制定する鉄スクラップ規格のうち、H2に相当するものを主として用いた(スクラップA)。この規格はスクラップのサイズに係わるものであり、成分の規格はないが、微量ではあるが付着する土砂などにより鉄以外の不純物を含んでいる。スラグ成分設計のためにはこれら不純物濃度が必要であるため、表2には鉄以外の組成に関して推定値を記載したが、ロットにより成分は変動するため、必ずしも成分が同一である必要はない。また、スクラップBは製鉄所内で発生した銑鉄の屑であり、鉄スクラップ(スクラップA)に比較して炭素の含有量が3〜4mass%程度高いのが特徴である。
また、造滓剤(スラグ成分調整用の副原料)としては、石灰石と珪石を用いた。
ダストAおよびダストBは製鉄所内で発生するさまざまな粉状物であり、いずれも鉄分を含んでいる。これらは微粉状であるため、コークスの被覆材として用いるために粉砕工程を必要としない場合が多く、本実施例では、ダストAは125μmの篩いで篩い分けしたところ全量篩下となり、ダストBは200μmの篩いで篩い分けしたところ全量篩下となった。ダスト中には鉄分が含まれているため、この鉄源を回収・リサイクルすることは製鉄所内での鉄歩留まり向上にも効果がある。多くの場合ダスト中の鉄分は酸化鉄の形で含有されるが、竪型溶解炉において還元・溶融して溶銑に変えることが可能である。
また、珪石と石灰石は通常15〜30mm程度に篩い分けしたものを使用しているので、その一部を粒径200μm以下に粉砕し、コークスの被覆材として用いた。
また、川砂A,Bは、コンクリートなどの骨材として使用されるものを用いた。川砂はSiO2含有量が比較的高いものの、95mass%未満である。また、アルカリ(Na,K)の含有量が高いのも特徴である。
なお、スラグの流動性を保つために、スラグ塩基度(スラグ中のCaO濃度(mass%)をSiO2濃度(mass%)で除した値)が一定値(0.92)となるように、造滓剤の配合量を適宜調整した。
表3及び表4に、本発明例と比較例の操業条件と排ガス組成などを示す。
比較例2は、出銑量が70t/hrであり、鉄源としてスラップAを900kg/t、スクラップBを120kg/t装入した。石灰石の一部2.2kg/tを微粉状にし、これをコークスに被覆した。この被覆材量は、コークス質量の1.04mass%である。コークスのガス化が被覆材である石灰石により促進されるため、ガス利用率が低く、コークス比も212kg/tと高位となった。
2 バケット
3 鉄系スクラップ
4 コークス
4x 珪石被覆コークス
5 造滓剤
5a 珪石
5b 石灰石
6 環状管
7 羽口
8 出銑口
9,11,15 搬送コンベア
10 粉砕装置
12 スラリー槽
13 水注入ライン
14 撹拌装置
16 噴霧装置
20 ゲート
Claims (2)
- 竪型溶解炉の炉頂部から、原燃料として、鉄系スクラップを主体とする鉄源、コークス及び造滓剤を装入し、鉄源を主にコークスの燃焼熱により溶解することにより、竪型溶解炉から出湯される際の溶銑温度が1450〜1550℃であり、且つ後工程で転炉精錬される溶銑を製造する方法であって、
前記コークスの少なくとも一部として、SiO2含有率が95mass%以上、アルカリ(Na,K)含有率が2mass%以下の物質で表面を被覆したコークスを用いることを特徴とする竪型溶解炉を用いた溶銑の製造方法。 - SiO2含有率が95mass%以上、アルカリ(Na,K)含有率が2mass%以下の物質のコークス被覆量(乾燥質量)は、コークス質量に対して0.1〜5mass%であることを特徴とする請求項1に記載の竪型溶解炉を用いた溶銑の製造方法。
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