JP2560669B2

JP2560669B2 - 溶銑の製造方法

Info

Publication number: JP2560669B2
Application number: JP12229288A
Authority: JP
Inventors: 秀行山岡
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1996-12-04
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JPH01290711A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、筒型炉を用い、スクラップと鉄鉱石を鉄源
として銑鉄を製造する方法に係わり、さらに詳しくは酸
素や空気のような支燃性ガスを用いてコークスや石炭等
の燃料を燃焼させ、その熱によってスクラップおよび鉄
鉱石を溶融し、溶融した鉄鉱石をコークスで還元して溶
銑を得る方法に関する。

（従来の技術）従来、スクラップは主に電気炉の溶解原料として使わ
れてきた。このほか、転炉製鋼法においては、溶銑中の
C,Siなどの酸化による発熱とバランスさせるための冷却
材として鉄源を兼ねて利用されている。

スクラップを用いる製鋼法は、スクラップの供給が多
い場合には高炉溶銑を使う方法に比べコスト面で有利に
なることがある。また、最近ではスクラップの供給が過
剰気味という情勢にある。電気炉の場合には、鉄源とし
て全量スクラップを用いることができるが、転炉におい
てはスクラップの多量配合は難しく、配合率の限界は鉄
源の中の20％程度である。

このため、一貫製鉄所では転炉でスクラップを多量配
合するための技術開発、さらには転炉を利用したスクラ
ップを原料とする溶銑あるいは溶鋼の製造およびその精
錬技術の開発が進められている。それらのうち、特許出
願されている主な例を掲げると次のとおりである。

（Ａ）製鋼時の熱勘定改善方法（特公昭56−8085号公
報）この方法は微細なコークスや石炭を底吹きする転炉を
使用してスクラップの使用比率を増加させる方法に関す
る発明であるが、スクラップを装入した後、炉底から天
然ガスや重油を酸素とともに吹込んでスクラップを予熱
することによりスクラップを100％鉄原料として使用で
きるとしている。

（Ｂ）リアクター製鉄方法および装置（特開昭57−1982
06号公報）この方法はスクラップ予熱炉を併設した転炉を使用
し、溶鉄を収容した転炉の炉内にスクラップを装入して
炭材と酸素を吹き込み、炭材を燃焼させて発生する燃焼
熱でスクラップを溶融するとともに、高温の排ガスを使
用する前のスクラップの予熱に利用する方法である。

（Ｃ）スクラップの溶解精錬方法（特開昭62−47417号
公報）この方法は、上底吹き転炉を使用し、予め石炭または
コークスなどの炭材を装入して底吹き酸素により着火さ
せ、その上部にスクラップを装入し、上部から炭材を装
入しながら上吹きランスと底吹き羽口から送酸し、炭材
の酸素による燃焼発熱を利用してスクラップを溶融しよ
うとする方法である。

（Ｄ）溶銑製造方法（本出願人の提案に係る特願昭62−
233548号）この方法は、第３図に示すように横吹き羽口３、４と
底吹き羽口13を設置した転炉１を使用し、下部にコーク
スの充填層５を形成させ、その上部で横吹き羽口４より
上のレベルまでスクラップ充填層を形成させ、底吹き羽
口13から酸素などの支燃性ガスを吹き込みコークスを燃
焼させて高温の一酸化炭素を主成分とするガスを生成さ
せ、横吹き羽口３、４から支燃性ガスを吹き込み、下部
で生成した一酸化炭素を主成分とするガスをスクラップ
の充填層14内部で燃焼させることにより発生する熱を利
用してスクラップを溶融する方法である。

これらの方法は、転炉製鋼法におけるスクラップ配合
率の増加、あるいは鉄源としてスクラップを100％使用
できる転炉製鉄法として提案されている。しかし、スク
ラップの需給バランスは極めて不安定なものである。需
要が多くなれば、スクラップの価格が上がり、スクラッ
プを用いる製鉄法あるいは製鋼法はコスト的に不利にな
る。また、スクラップには様々の合金元素（例えばNi,C
r,Cu,Sn,Znなど）が含まれており、精錬過程で溶湯中か
ら取り除くのが難しいことが多い。一方、鉄源として豊
富に存在する鉄鉱石は、価格面では安定しており、スク
ラップに含まれているような溶湯から除去困難な合金元
素を含んでいないという長所がある。したがって、鉄源
としてスクラップを主原料とする転炉方式製鉄法では、
スクラップ以外の鉄源すなわち上記の鉄鉱石、あるいは
型銑，還元鉄などをスクラップ代替材として使うことが
望ましい。しかし、型銑は高炉，還元鉄は直接製鉄法で
製造するものであり、これらの鉄源としての利用はコス
ト的に不利である。このような観点から、スクラップお
よび鉄鉱石を鉄源として利用できる転炉方式製鉄法が注
目される。

転炉型の炉で、鉄源として鉄鉱石を多量に用いること
ができる方法としては溶融還元法がある。

第４図は溶融還元法を実施する炉の一例を示すもので
ある。炉１の中央部に酸素吹き込み用ランス15を備えて
おり、鉄鉱石および石炭は炉頂の開口部２から装入され
る。溶融還元法では、石炭中のＣはいったん鉄浴16に溶
解する。鉄鉱石は鉄浴中に投入されると鉄浴の熱によっ
て溶融し、鉄鉱石内の酸化鉄（主にFe₂O₃）は鉄浴中の
Ｃと反応して還元される。これらの反応をまとめて
（１）式に示す。

Fe₂O₃＋3C→2Fe＋3CO −108,090Kcal/Kmol・Fe₂O₃ ……（１）この反応は、高炉における固体還元反応などとは異な
り、反応速度が極めて大きいため、転炉のような小型炉
でも高い生産性で鉄鉱石を還元できることになるのであ
る。

（１）式の反応は大きな吸熱を伴うが、この反応で発
生するCOガスを燃焼させるとその発熱によって吸熱分を
補うことができる。

CO＋1/20₂→CO₂＋67,590Kcal/Kmol・CO ……（２）しかし、この方法では（２）式で発生するCO₂ガスに
よって炉内の雰囲気が酸化性になるために、（１）式の
溶融還元反応の進行が阻害される。CO₂ガスのの発生を
防止して熱補償するためには、炉内で例えば（３）式の
ように微粉炭などのＣとO₂ガスの部分酸化反応を併用す
る必要がある。

Ｃ＋1/20₂→CO＋29.400Kcal/Kmol・Ｃ ……（３）この場合、高温のCOガスはその熱が利用されないまま
炉外に排出されるため、燃料利用効率が悪くなる。

このように、従来の転炉方式製鉄法では、燃料利用効
率の高い鉄鉱石の還元技術および鉄源としてスクラップ
と鉄鉱石を併用する溶湯の製造技術はいずれも確立され
ていないのが実情である。

（発明が解決しようとする課題）この発明は、上記の問題を解決することを目的として
なされたものであり、転炉形式の筒型炉において、（イ）スクラップおよび鉄鉱石を鉄源として利用できる
こと、並びに（ロ）燃料利用効率（熱効率）が高いこと、を両立させ得る溶銑の製造方法を提供しようとするもの
である。

（課題を解決するための手段）本発明者らは先に記したスクラップの溶解方法（Ｄ）
をさらに発展させることにより、上記の課題を解決でき
ることを見い出した。

本発明方法の基本原理は次のとおりである。

まず、装置としては、上部に開口を持つ転炉形式の筒
型炉を使用する。なお、転炉形式と言うのは、その形状
が製鋼用の転炉に類似するということであって、必ずし
も製鋼用転炉と同一形状のものを意味しない。例えば、
キュポラのような筒型炉も本発明方法の実施に使用でき
る。

本発明方法では、上記のような炉内の下部にコークス
充填層、上部にスクラップおよび鉄鉱石から成る充填層
を形成させる。そして下部のコークス層に支燃性ガスを
吹き込み、前記（３）式の反応を起こさせて反応熱によ
りコークス層を高温に保持するとともに上部のスクラッ
プおよび鉄鉱石を加熱・溶融させる。（３）式で発生し
たCOガスは、スクラップと鉄鉱石からなる上部の充填層
で、この充填層に吹き込まれる酸素等の支燃性ガスと前
記（２）式の反応（二次燃焼）を起こす。その反応熱は
スクラップおよび鉄鉱石の加熱溶融に利用される。ここ
で溶融した鉄鉱石（溶融酸化鉄）は、コークス層に滴下
し高温のコークスとの前記（１）式の反応によって速や
かに還元される。この時、近傍にCO₂は存在しないた
め、CO₂により（１）式の反応が阻害される恐れはまっ
たくない。また、（１）式および（３）式の反応で発生
したCOガスは、スクラップと鉄鉱石の充填層内で二次燃
焼するので、スクラップと鉄鉱石の加熱・溶融に有効に
利用される。そのために高い燃料利用効率を達成でき
る。

本発明の方法は、炉内の反応帯をコークスの充填層お
よびスクラップと鉄鉱石の充填層で２つに分け、前者で
は高温の強還元性雰囲気を保たせることによって溶融酸
化鉄の還元を速やかに起こさせるとともに可燃性ガスを
発生させ、後者では下部から供給される高温の可燃性ガ
スを燃焼させることによってスクラップと鉄鉱石の加熱
・溶融を高い熱効率で行わせるように、両者の役割を明
確に二分したところに特徴がある。それによってはじめ
て、転炉型のような小型炉で生産性を害することなく前
述の目的が達成されるのである。

ここに、本発明は、「上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口部を、炉底
部および／または下部側壁に一次羽口、その上部側壁に
二次羽口を有する筒型炉を用い、その炉底から一次羽口
を含むレベルまでコークスの充填層を形成させ、その上
に二次羽口を含むレベルまでスクラップと鉄鉱石とから
成る充填層を形成させた後、一次羽口および二次羽口か
ら支燃性ガスを吹き込むことを特徴とする溶銑の製造方
法」をその要旨とする。

上記の方法で転炉型の炉を用いてスクラップおよび鉄
鉱石から高い燃料利用効率で溶銑を製造できる。さら
に、この方法における熱効率が高く溶解操作性に優れた
実施態様として、「溶解操作の末期にスクラップと鉄鉱石の充填層の上に
コークスの充填層を形成させて溶解操作を継続し、上記
コークスの充填層の層高が一次羽口を含むレベルまで到
達した時点で溶解操作を中断し、上記コークスを含む固
形の内容物を炉内に残存させて溶銑とスラグを炉底部に
設けた排出口から排出した後、スクラップと鉄鉱石から
成る充填層を形成させることを特徴とする溶銑の製造方
法」がある。

また更に、本発明方法においては、溶解操作中に必要
に応じて、一次羽口から支燃性ガスとともに燃料、例え
ば重油、灯油、天然ガスのような炭化水素系燃料、微粉
炭、或いはこれらの混合物等を吹き込むことができる。

（作用）添付の図面を用いて、本発明方法を具体的に説明す
る。

第１図は、本発明方法の実施に使用する一つの装置
（筒型炉）と原料装入状態を模式的に示したもので、図
のａ、ｂ、ｃはそれぞれ下記の工程ａ、ｂ、ｃに相当す
る。

装置としては第１図に示すように、上部にガスの排出
とスクラップ、鉱石およびコークスの装入のための開口
部２を有し、下方から一次羽口３と二次羽口４を有する
筒型炉１を用いる。溶解操作は、下記の３つの工程で構
成される。

a.開口部から、先ずコークスおよび所要の副原料を装入
して炉底から一次羽口を含むレベルまでコークス充填層
５を形成させ、次にスクラップおよび鉄鉱石を装入して
コークス層の上部で二次羽口を含むレベルまでスクラッ
プ６−１と鉄鉱石６−２から成る充填層６を形成させる
装入工程。

b.一次羽口から支燃性ガス７と、必要に応じて燃料８を
吹込み、二次羽口から支燃性ガス９を吹込んでスクラッ
プと鉄鉱石を溶融して溶銑を製造する溶融還元工程。

c.生成した溶銑（およびスラグ）10を炉から排出する出
銑工程。

ここで、ａおよびｂの操作を行う目的は、下部のコー
クス充填層５内において一次羽口から吹込む支燃性ガス
７によりコークスと燃料８を前記（３）式により部分酸
化燃焼させ、COを主成分とするガスを製造して燃焼発熱
によりコークス充填層を高温に保持し、かつ、上部のス
クラップと鉄鉱石の充填層６内で二次羽口から吹込む支
燃性ガス９により下部で発生するCOを主成分とするガス
を前記（２）式により二次燃焼させるためである。

このようにすれば、上部で二次燃焼の発熱によりスク
ラップと鉄鉱石を加熱溶融し、溶鉄とともに溶融酸化鉄
を生成させ、これらを重力により下部のコークス充填層
に滴下させることができる。下部のコークス充填層は
（３）式の部分酸化反応により高温に加熱されているた
め、滴下してきた溶融酸化鉄を溶融還元して溶鉄とする
ことができる。さらに、生成した溶鉄を高温のコースに
より浸炭させ、溶銑とすることができる。

生成した溶銑とスラグは、ｃの操作により炉外に排出
され、次回の一連の操業につながる。なお、この排出
は、製鋼用転炉における如く炉を傾動して行ってもよい
が、後述する第２図に示すように、炉底部に設けた排出
口から行ってもよい。

ここで、ａの装入操作において炉内に装入するスクラ
ップと鉄鉱石の量はｂの溶解操作において加熱溶解すべ
き量とし、炉内に装入するコークスの量もｂの溶解操作
において消費する量とする。しかし、ｂの溶解操作にお
いて下部に形成させるコークス充填層内のコークス量は
装入するコークス量に一致させる必要はない。むしろ、
消費する量より多い一定の量とすることが望ましい。一
定の量とは、コークスの充填層高さが二次羽口の直下に
位置すべき量である。この場合、ｂの溶解操作終了時点
において炉内にコークスが残留することになるが、この
残留コークスは次回に繰越使用されることになる。本発
明では、一次羽口を炉底または／および炉側壁に設置
し、二次羽口はその上方に一段ないしは複数段設置する
のがよい。二次羽口は極力スクラップと鉄鉱石の充填層
の下端に位置させることが、二次燃焼発熱をスクラップ
と鉄鉱石の加熱溶融に活用する上に於いて望ましい。こ
れはコークス充填層の直上に位置するスクラップと鉄鉱
石が二次燃焼発熱により加熱溶融され、生成した溶鉄と
溶融酸化鉄は直ちにコークスと接触して溶融還元、浸炭
されやすくするためである。さらに、一次羽口からは支
燃性ガスとともに燃料を吹込む方が望ましい。その理由
は、鉄鉱石の使用比率を増加するとコークス比の増加を
余儀なくされ、この場合、コークスの占有空間が増加す
る。したがって、転炉のような小型炉の場合、スクラッ
プと鉄鉱石を装入する空間の余裕が取れなくなる事態が
発生する。燃料を使用してコークスの使用量を節減する
ことにより、スクラップと鉄鉱石の装入空間を確保する
ことができる。

これまでに説明した本発明の方法の実施態様では、次
の２つの点が懸念される。

その一つは溶解操作末期において熱効率が低下する傾
向があることである。溶解操作の後半になると、スクラ
ップと鉄鉱石の温度が上昇するため、高温のガスが排出
される。さらに末期になると、スクラップと鉄鉱石の充
填層容積が減少し、やがては消滅するため、二次羽口は
充填層の上に露呈する形となり、実質的には二次羽口か
ら吹き込まれる支燃性ガスによる二次燃焼反応は充填層
上部の空間で起こることになる。したがって、この方法
の特徴であるスクラップと鉄鉱石の充填層内における二
次燃焼の熱効率は、溶解操作末期ではかなり低下し、全
体としての燃料比、溶解時間に悪影響を及ぼすと推定さ
れる。

その二つめは溶解操作末期に於ける溶け残りの存在で
ある。羽口を炉底、炉側壁に多数設置しても、炉全域を
カバーすることは不可能であり、ガスの流通の悪い領域
が炉内のいずれかの部位に形成される。多くは羽口と羽
口の間の炉壁近傍である。このような領域に存在するス
クラップや鉄鉱石は、高温ガスとの接触が悪いため、溶
け残りとなりやすく、溶解時間の延長、または生産する
溶銑量のばらつきを引き起こす可能性がある。

上記の２点は、次に述べる本発明の望ましい実施態様
によって解決できる。

この望ましい実施態様においては、溶解操作の末期
に、次回の溶解で消費すると予想される量のコークスを
スクラップと鉄鉱石の充填層の上部に装入して、スクラ
ップと鉄鉱石の充填層から排出される高温ガスをコーク
スの加熱に利用する。この方法では、溶解操作末期にス
クラップと鉄鉱石の充填層上部に形成されたコークス充
填層の層高が一次羽口レベル以上の所定のレベルに到達
した時点において、溶解操作を中断し、炉内に生成した
溶銑とスラグを排出し、その他コークス、未溶解のスク
ラップや鉄鉱石などの固形物は炉内に残存させ、次回操
作に引継ぐ。

本発明者の実験結果によれば、溶解完了時点における
層高を毎回一定に保持すれば、炉内に残留するスクラッ
プと鉄鉱石の量は概ね一定となる。この方法によれば、
先に説明した操業で懸念される前記２つの問題点はすべ
て解決され、繰り返し操業においても高い熱効率で、か
つ生産性の安定した操業を行うことができる。

第２図は、上記の望ましい実施態様である操業法を説
明するものである。第１図と同じく、ａ、ｂ、ｃは下記
の工程ａ、ｂ、ｃにそれぞれ対応する。

使用する装置は第１図のものと本質的に相違はない。
ただ、必ず炉底（炉下部の側壁でもよい）に出銑口11を
有する炉を使用する。その他、第２図に示すように上部
にガスの排出とスクラップ、鉄鉱石およびコークスの装
入のための開口部２を有し、炉下部に一次羽口３、その
上部に二次羽口４を有する筒型炉である。

溶解還元の工程は次のａ〜ｃで構成される。

a.操業開始に当たって装入するか、または前回の操作か
ら引継いだコークスを含む充填層５の上部に二次羽口を
含むレベルまでスクラップと鉄鉱石の充填層６を形成さ
せる装入工程。

b.開口部から次回の操作で消費すべき所定量のコークス
と所要の副原料を装入して、スクラップと鉄鉱石の充填
層の上部にコークスの充填層12を形成させ、一次羽口か
ら支燃性ガス７と、必要に応じて炭化水素系燃料８を吹
込み、二次羽口から支燃性ガス９を吹込んでスクラップ
と鉱石を溶融して溶銑を製造する溶解工程。

c.一次羽口を含む所定のレベルにｂで装入したコークス
充填層の層高が到達した時点においてｂの溶解操作を終
了し、ｂの溶解操作中に装入したコークスを含む固形の
内容物を炉内に残存させ、ｂの溶解操作中に生成した溶
銑とスラグ10のみを出銑口から排出する出銑工程。

上記ｂの溶解操作中、次回に消費すべきコークスがス
クラップと鉄鉱石の充填層の上部に装入されるので、溶
解操作の後半で、スクラップと鉄鉱石の充填層から排出
される高温ガスによりコークスは加熱される。溶解を繰
返し続けることを前提とすれば、この方式により、溶解
後半の排ガス顕熱は次回の溶解操作に利用されることに
なり、結果として熱効率の改善に結びつけることができ
る。

コークス12を、操作の開始時点は例外として、装入操
作時点でなくｂの溶解操作時点に装入する理由は、転炉
のような小型炉の場合、ａの装入操作完了時点において
は上部にコークスを装入すべき空間的な余裕がないため
である。ｂの溶解操作過程ではスクラップと鉄鉱石の加
熱溶融の進行とともに層高が低くなるので、順次コーク
スを装入する空間的な余裕が生じる。この空間を利用し
てコークスを装入するのである。また、溶解操作の初期
段階ではまだ上部のスクラップや鉄鉱石は高温になって
いないため、初めから多量のコークスを装入しても加熱
効果は少ない。

ｃの工程では、ａの装入工程で装入したスクラップと
鉄鉱石の溶解と精錬が完成したか否かに依らず、ｂの溶
解工程中に装入したスクラップと鉄鉱石の充填層上部に
形成されたコークス充填層の層高が一次羽口レベル以上
の所定のレベルに到達した時点において溶解操作を終了
し、炉内に生成した溶銑とスラグを抽出し、その他コー
クス、未溶解のスクラップや鉄鉱石などの固形物は炉内
に残存させて次回操業に引継ぐ。本発明者の実験結果に
よれば、溶解完了時点における層高を毎回一定に保持す
れば、炉内に残留するスクラップと鉄鉱石の量は概ね一
定となる。この実験事実に基づけば、ａの装入操作で毎
回同じ量のスクラップと鉄鋼石を装入し、ｂの溶解操作
を毎回層高が所定のレベルに到達した時点において完了
することにより、毎回、おおむね一定の溶銑とスラグを
生成させることができる。上記の生成した溶銑とスラグ
を、その他コークス、未溶融のスクラップや鉄鉱石など
の固形物を炉内に残存させた状態で排出する出銑操作は
従来の転炉のように傾動させる方法では実施し得ない。
炉下部、好ましくは炉底に出銑口を設置して排出する方
式が適している。なお、溶解操作完了時点まで二次羽口
からの支燃性ガス吹込みを継続させると、溶解操作末期
において二次燃焼はコークス充填層内で起こり、前記
（２）式の反応を生じる。この場合、二次燃焼発熱によ
りコークスも加熱され、コークスの温度が1000℃を上回
るようになると、二次燃焼で生成したCO₂ガスがコーク
スと反応して下記（４）式に従いCOに逆戻りするためで
ある。

Ｃ＋CO₂＝2CO−38200Kcal/Kmol・Ｃ ……（４）上記（４）式の反応は吸熱反応である。従って、無駄
にコークスを消費するとともに、コークスはもとよりス
クラップ、鉄鉱石の加熱溶融を阻害することになる。さ
らに、溶解を完了するときのコークス充填層の高さを二
次羽口レベル以下に設定した場合、二次羽口が充填層上
部に露呈する事態も起こる。したがって、コークス充填
層高さが二次羽口レベル以下になった時点で二次羽口か
らの支燃性ガス吹込みを停止することが望ましい。二次
燃焼がコークス充填層内部で生起する場合については、
コークスの温度が1000℃を上回り、（４）式の反応が生
起しはじめた時点において二次羽口からの支燃性ガス吹
込みを停止することが好ましい。これらの操作は状況に
応じて判断し、実施されるべきものである。

製銑の副原料、即ち、石灰石、蛇紋岩、ケイ石等は、
原則としてコークス充填層中に配合する。また、本発明
方法においては、一次羽口から支燃性ガスとともに燃料
を吹き込むことも効果的である。この燃料は下部のコー
クス充填層内で支燃性ガスとの間で部分酸化しCOガスを
発生する。そのためスクラップと鉄鉱石の溶融に必要な
燃料としてのコークスが減らせることになり、コークス
の装入量が少ない分スクラップおよび鉄鉱石の装入量を
増加させることができるからである。なお、本発明の方
法に適した支燃性ガスとは、酸素、酸素富化空気、空気
などであり、また燃料としては、重油、LPGなどの液体
燃料、天然ガス、水素などの気体燃料、石炭、コーク
ス、重油残さ等を粉体化した燃料などが利用できる。

図面には示していないが、炉の開口部から排出される
ガスを、製鋼用転炉におけるように回収してその排熱を
利用する装置を設けるのが望ましい。

以下、本発明の実施例を、比較例とともに説明する。

（実施例１）この例は、第１図で説明した操業の例である。

炉としては、内径1.5m、炉底から炉口までの高さ3.6
m、内容積6.0m³、１チャージの標準生産量８トンの転炉
型炉を使用した。羽口の位置設定に際しては、コークス
充填層の層高が二次羽口以下で、できるだけ二次羽口に
近い位置になり、一次羽口はコークス充填層に含まれる
ように配慮した。すなわち、コークス比は高々150kg/to
n、１チャージ当たりのコークス使用量は1.2トンとみな
し、コークスかさ密度600kg/tonとすれば、コークス充
填層体積は2m³,炉底からの層高は1.13mと見積もられ
る。そこで、二次羽口は炉底に４本および炉底から0.8m
の炉壁に90度間隔で４本設置した。

原料としては最大寸法0.4m、かさ密度3500kg/m³のス
クラップ（鉄純度99％）および第１表に示す塊鉱石を使
用した。燃料としては第２表に示すコークスと微粉炭を
使用した。

操業の基本条件としては、一次羽口から吹き込む支燃
性ガスとして酸素を使用し、送酸量は1000Nm³/hとし
た。同時に微粉炭を1400kg/hで吹き込んだ。また、二次
羽口から吹き込む支燃性ガスとしても酸素を使用し、流
量は600Nm³/hとした。

操作手順としては、先ずコークスと石灰石，蛇紋岩，
ケイ石を装入して炉底から二次羽口直下のレベルまでコ
ークスの充填層を形成させ、その上部に溶銑８トン相当
量のスクラップおよび鉄鉱石を装入した。ここで、石灰
石と蛇紋岩とケイ石は生成するスラグの流動性を確保
し、かつ、溶銑の脱硫を促進させるための副原料であ
り、生成するスラグのAl₂O₃が12.5％（％表示は重量％
を表す）、MgOが10.0％、CaO/SiO₂が1.25になるように
配合した。次に一次羽口から所定量の酸素と微粉炭を、
二次羽口から所定量の酸素を吹き込み、スクラップと鉄
鉱石の溶融還元が完了した時点で停止し、生成した溶銑
とスラグを回収するようにした。また、溶解操作完了時
点において炉内に残留するコークスは炉内に残し、次回
に使用するようにした。１チャージで製造すべき溶銑量
は８トンとし、鉄鉱石使用比率は０％と25％に設定した
が、鉄鉱石使用比率が25％の場合も順調な操業が達成さ
れた。

一方、本発明の方法との比較として、同じ炉を上底吹
き転炉に改造し、炉内に所定量のコークスを装入し、そ
の上部にスクラップと鉄鉱石を装入し、底吹き羽口から
酸素と微粉炭を吹込み、上吹き羽口から酸素を吹き込ん
でスクラップと鉄鉱石を溶解する操業も実施した。この
方法は、完全には一致しないが、前掲の特開昭62−4741
7号公報に開示された方法に準じたものである。ここで
は本発明の方法と操業条件を合致させるため、底吹き羽
口を本発明の方法における一次羽口と見なして酸素1000
Nm³/hと微粉炭1400kg/hを吹き込み、また、上吹き羽口
を本発明の方法における二次羽口と見なして酸素を600N
m³/h吹き込むようにした。その他、原料、燃料は同一の
物を使用し、副原料配合も同じ基準で行った。この場
合、鉄鉱石０％の操業は問題なく実施できたが、鉄鉱石
使用比率25％になると、溶融酸化鉄の還元が進行しない
事態が発生した。これは、溶融スラグに上吹き酸素が直
接接触して還元の進行を阻害したためと考えられたの
で、上吹き酸素流量を350Nm³/hまで低下させ、還元の促
進を図るようにした。

以上の本発明の実施例と比較例の操業結果を整理して
第３表に示す。

第３図において、本発明の方法に準じて鉄鉱石使用比
率０％として実施した参考例を、比較例の同じく鉱石使
用比率０％の場合と比較すると、前者方が燃料比、鉄歩
留り、溶解時間ともに勝っているが、双方に大きな差は
ない。しかし、鉱石使用比率25％の本発明例を、同じく
25％の比較例と対比すると両者には顕著な差が生じてい
る。すなわち、比較法では燃料比が640kg/tonに増加
し、溶解時間も２時間を上回るようになっており、溶銑
Ｓ（溶銑中の硫黄含有量）も著しく上昇しているが、本
発明の方法では燃料比は323kg/tonにとどまり、溶解時
間も１時間強にすぎない。この相違は排ガス温度の差で
示されるように、主に燃焼発熱の利用効率に起因するも
のである。スクラップ単独溶解の場合、必要とする熱は
スクラップの加熱溶融のみであり、溶銑１トンあたり、
高々300Mcalであるが、鉄鉱石を25％使用する場合にな
ると、ここに溶融還元のための約300Mcalが加わるた
め、必要とする熱は２倍になる。従って、燃焼発熱をい
かに効果的に利用できるかが燃料比と溶解時間の悪化を
抑制する鍵になるのである。この問題に対し、本発明で
はスクラップと鉄鉱石の充填層内に二次羽口を設置して
その内部で二次燃焼を起こさせることにより発生する熱
をスクラップと鉄鉱石の加熱溶融に利用する方式を採用
した。この効果が、双方の鉱石使用比率25％の条件にお
ける燃料比、溶解時間の差として現れていると考えられ
る。

また、比較法の場合、酸素を上吹きしているため、二
次燃焼はスクラップと鉄鉱石の充填層の上部で生じるこ
とになる。したがって、加熱面が充填層の上部表面に限
定され、発生する熱の有効利用率が低下し、高温のガス
を排出することになる。この場合、充填層の上部のスク
ラップと鉄鉱石の加熱が促進されることになるため、生
成した溶融酸化鉄の下部への滴下がおくれ、溶融還元反
応の進行も阻害される。鉄鉱石比率25％の条件におい
て、上吹き酸素量の低下を余儀なくされた事実は、この
点に起因している。

一方、鉄鉱石使用比率０％の参考例と同25％の本発明
例における溶銑成分に着目すると、Ｐは鉄鉱石に含まれ
ているため、鉄鉱石使用比率25％の場合、やや上昇して
いるが、Cu、Sn、Niなど、スクラップに由来し、精錬過
程において除去することの困難な元素は確実に減少して
いる。すなわち、スクラップに含有される有害元素を希
釈することができるという付随効果も確認された。

（実施例２）この例は、先に望ましい実施態様として第２図によっ
て説明した操業の例である。

炉として、直径1.5m、炉底から炉口までの高さ3.6m、
内容積6.0m³の転炉型炉を使用した。出銑口を炉底に設
置し、一次羽口を炉底から1.4mの炉側壁に90度間隔で４
本設置し、二次羽口は炉底から2.0mの炉側壁に90度間隔
で設置した。

原料としては最大寸法0.4m、かさ密度3500kg/m³のス
クラップ（鉄純度99％）および第１表に示した塊鉱石を
使用した。燃料としては第２表に示したコークスと微粉
炭を使用した。

１チャージで製造すべき溶銑量は８トンとし、スクラ
ップとともに使用する鉱石の使用比率を25％、50％の２
条件に設定した。

操業手順としては、層高が一次羽口の上方0.6m、炉底
から2.0m、すなわち二次羽口レベルに到達した時点にお
いてｂ工程の溶解操作を完了することとし、最初はコー
クス充填層を一次羽口を含むレベルまで形成させ、その
上に溶銑８トンに相当するスクラップと鉄鉱石を装入し
た。引続き溶解操作に移行し、一次羽口から所定量の酸
素と微粉炭を吹き込み、二次羽口からは酸素を吹き込ん
だ。この間、層高の降下に従い、次回に消費すべき所定
量のコークスを装入した。また、同時に石灰石、蛇紋
岩、ケイ石も装入した。これは生成するスラグの流動性
を確保し、かつ、溶銑の脱硫を促進させるための副原料
であり、スラグの塩基度が1.25、アルミナが12.5％、マ
グネシアが10％になるように配合した。溶解操作開始と
ともに層高は低下したが、層高は１分間隔で測深棒によ
り測定した。コークスは炉上部に空間余裕が生じたこと
を確認して装入した。所定量のコークスの装入を完了し
て以降、層高は順次降下したが、炉底から2.0mのレベル
に到達した時点で一次羽口からの酸素と微粉炭の吹き込
みを停止し、同時に二次羽口からの酸素吹き込みも停止
した。

二次羽口からの酸素吹き込みを溶解操作の最後まで継
続させた理由は、溶解操作の末期まで排ガスの組成は安
定しており、（４）式の反応が生じている形跡が認めら
れなかったこと、および、層高が二次羽口のレベルに到
達する直前までは著しい排ガス温度の上昇は認められな
かったことによる。

次に、炉底の出銑口から溶銑とスラグを排出した。

以上の操作を繰返し継続させたが、この間、各操作毎
に得られた溶銑量は最大8.5トン、最小7.5トンであり、
目標８トンからのずれを平均したところ、0.15トンに留
まっていた。

比較のために、同じ炉を使用し、前記実施例１の操業
も試験した。即ち、装入したスクラップと鉄鉱石が完全
に溶解することを前提として溶解操作を継続することと
し、装入操作においてはまず二次羽口レベルまでコーク
スを装入した後スクラップと鉄鉱石を装入するように
し、溶解操作中にはコークスを装入しないようにして溶
解操業を実施した。ただし、溶解操作中にスクラップと
鉄鉱石が完全に溶融還元されたか否かの判定はできなか
ったため、従来の経験に従って溶解操作継続時間を定め
ることとした。

上記２方法の結果を整理して第４表に示す。

第４図に示される両者の差は排ガス温度に現れてお
り、溶解操作中に次回消費すべきコークスを装入して排
ガス顕熱をコークス加熱に利用する本実施例の操業で
は、結果として燃料比、溶解時間を好転させ得ることが
確認された。

また、層高が所定のレベルに到達した時点を溶解操作
終了時点と定めることにより、生産量のばらつきを少な
くできることも確認された。

（発明の効果）本発明の方法によれば、転炉形式の小型筒型炉を利用
し、鉄源としてはスクラップと鉄鉱石、熱源ならびに還
元材としてはコークス、さらに必要に応じて燃料を用い
て溶銑を製造することができる。鉄源としてスクラップ
のほかに鉄鉱石を多量に利用できるため、スクラップの
供給が少なくなった場合に容易に対処できるほか、スク
ラップに含まれる精錬過程では除去困難な合金元素の混
入を最小限にくい止めることも可能である。本発明の方
法はこのような優位性を持っているが、もっとも特徴と
するのは燃料利用効率、熱効率が高く、製造される溶銑
の量も安定しており、経済性、生産性に優れていること
である。

以上のように本発明の方法は、原料の選択の自由度、
生産性、経済性いずれをも満足する技術であり、鉄鋼製
造の産業分野で寄与するところは極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の銑鉄製造方法を説明するための装置
の一例およびその溶解操作を示す図である。第２図は、本発明の望ましい実施態様を説明する装置の
一例およびその装置による溶解操作を示す図である。第３図は、転炉型の炉でスクラップを溶解する従来の方
法の一例を示す図、第４図は、同じく転炉型の炉で鉄鉱石の溶融還元を行う
従来の方法の一例を示す図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口
部を、炉底部および／または下部側壁に一次羽口、その
上部側壁に二次羽口を有する筒型炉を用い、その炉底か
ら一次羽口を含むレベルまでコークスの充填層を形成さ
せ、その上に二次羽口を含むレベルまでスクラップと鉄
鉱石とから成る充填層を形成させた後、一次羽口および
二次羽口から支燃性ガスを吹き込むことを特徴とする溶
銑の製造方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の溶銑の製造方
法において、溶解操作の末期にスクラップと鉄鉱石の充
填層の上にコークスの充填層を形成させて溶解操作を継
続し、上記コークスの充填層の層高が一次羽口を含むレ
ベルまで到達した時点で溶解操作を中断し、上記コーク
スを含む固形の内容物を炉内に残存させて溶銑とスラグ
を炉底部に設けた排出口から排出した後、スクラップと
鉄鉱石とから成る充填層を形成させることを特徴とする
溶銑の製造方法。
【請求項３】一次羽口から支燃性ガスとともに燃料を吹
き込むことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の溶銑の製造方法。