JP2836192B2 - 低硫黄溶銑の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は製鋼用転炉に類する簡単な構造の筒型炉を用
い、スクラップと鉄鉱石を併用し極低硫黄溶銑を効率よ
く安定して製造する方法に関する。

（従来の技術） 近年、建築構造物や機械部品の軽量化、高強度化など
のために低硫黄鋼の要求が多い。通常、低硫黄鋼の製造
は、高炉に鉄鉱石及びコークスと共に石灰石や蛇紋岩等
の造滓剤を装入し、硫黄分が0.02〜0.03重量％程度の溶
銑を製造する。そしてその溶銑をドーピードカーや取鍋
内で機械的撹拌法またはインジェンクション法で処理し
て溶銑脱硫を行い、Ｓを0.01〜0.002重量％まで低下さ
せる。その後この溶銑を転炉に装入して脱炭を行い低硫
黄鋼にする。しかし上述のように従来の方法では多くの
工程を経るために、溶銑温度の低下や製鋼歩留りの低下
を招き、また多量の脱硫剤を必要とするという欠点があ
る。

上記のほかに低硫黄溶銑の製造方法として、溶融還元
製鉄炉内の溶銑に直接脱硫フラックスを吹き込んで脱硫
する方法が特開昭61−199010号公報に開示されている。
この方法は、同一炉内で脱硫するので熱的に有利である
が、溶融還元工程で多量の熱エネルギーを必要とするの
で全体的な熱効率は著しく低い。更にこの方法では溶銑
中のＳを0.02重量％程度までさげるのが限界であり、機
械的撹拌法やインジェンクション法を行って得られる溶
銑に匹敵する極低硫黄溶銑（Ｓ:0.005重量％以下）を製
造することは困難である。

本発明者らは先に製鋼用転炉に類する簡単な構造の筒
型炉を用い、スクラップと鉄鉱石を鉄源として溶銑を製
造する方法を開発して特許出願を行った（特開平１−29
0711号）。さらに、この製銑法を応用して、高炉法多や
溶融還元法よりも高い熱効率で極低硫黄溶銑を製造する
低硫黄銑の製造方法についても特願平１−181397号とし
て特許出願を行った。その方法とは、筒型炉の吹底羽口
から溶製が完了した炉内の溶銑に脱硫剤を吹き込んで極
低硫黄銑を製造する方法である。

本発明者らの前記の溶銑製造方法では、第１図に示す
ような筒型炉１を用いる。この筒型炉１は、炉上部にガ
スの排出と原料装入用の開口部２、炉壁に支燃性ガスを
吹き込み一次羽口３および二次羽口４、炉壁下部に排滓
口５、炉底に炉底羽口６と出銑口７を備えている。溶銑
を製造するときは、炉内下部にコークス充填層10を形成
し、その上にスクラップと鉄鉱石の充填層11を形成させ
る。そしてコークス充填層10に一次羽口３から支燃性ガ
スを吹き込んで下記（１）式の反応を起こさせ、その反
応熱によりコークス充填層10を高温に保つ。

Ｃ＋1/20₂→CO＋29,400kcal/kmol・Ｃ …（１） 上記（１）式で発生したCOは上部にあるスクラップと
鉄鉱石の充填層11内で二次羽口４から吹き込まれる支燃
性ガスと下記（２）式の反応（２次燃焼）を起こす。そ
のとき発生する反応熱はスクラップと鉄鉱石の加熱と溶
融に利用される。

CO＋1/20₂→CO₂＋67,590kcal/kmol・CO …（２） この反応で溶融した鉄鉱石は下部のコークス充填層10
に滴下し、高温のコークスと下記（３）式の反応を起こ
して速やかに還元される。

Fe₂O₃＋3C→2Fe＋3CO −108,090kcal/kmol・Fe₂O₃ …（３） 上記（３）式の反応のとき、近くにCO₂が存在しない
ので（３）式の反応は円滑に進行し溶銑12（スラグが共
存している）が生成される。そのあと炉底羽口６から溶
銑12に脱硫剤（CaOなど）を吹き込むと下記（４）式あ
るは（５）式の反応が生じ溶銑は脱硫され、極低硫黄溶
銑が製造される。

2CaO＋2S＋Si＝2CaS＋SiO₂ …（４） CaO＋Ｓ＋Ｃ＝CaS＋CO …（５） 以上のように特願平１−181397号で提案した方法で溶
銑の脱硫処理を行うと高い熱効率で極低硫黄溶銑を製造
できる。

しかしながら、この方法ではスクラップと鉄鉱石の溶
解完了後に炉底部に蓄積した溶銑とその上のスラグ内
に、底吹羽口から脱硫剤のキャリヤーガス、溶銑の撹拌
および羽口の冷却のための不活性ガスを吹き込むので、
溶銑粒を懸濁したスラグが上方に泡立つ現象（以後、フ
ォーミングという）が形成される。この現象は炉底羽口
から吹き込むガス量が多いほど顕著になり、極端な場合
には開口部から炉外に飛散する場合さえある。

このようなフォーミングスラグが、次回溶解用に装入
されたスクラップと鉄鉱石の充填層内で冷却、固化する
と次回の操業時に装入物の通気性が阻害され、棚吊りを
発生しやすくなるという問題が生じる。操業中に棚吊り
が発生すると操業の安定性が阻害されるばかりでなく、
燃料や酸素等のエネルギー諸元が悪化することになる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記筒型炉を用いて鉄源のスクラップおよび
鉄鉱石から、例えば硫黄（Ｓ）の含有量が0.005％以下
であるような極低硫黄溶銑を製造する方法であって、し
かも前記のようなフォーミングが極端にならず、安定的
かつ効率的に操業できる溶銑の製造方法を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 前述のように本出願人が先に提案した溶銑の製造方法
によれば、転炉型式の筒型炉でスクラップと鉄鉱石から
熱効率よく溶銑を製造することができ、また低硫黄銑の
製造も可能である。

本発明者らは、上記筒型炉による溶銑製造法をさらに
発展させ、過度のフォーミングを抑制しながら極低硫黄
溶銑が製造できる手段について検討を重ねた結果、下記
のような知見を得た。即ち、 （ａ） 装入スクラップおよび鉄鉱石の溶解、還元が進
行し、筒型炉の炉底部に溶銑およびスラグが蓄積してく
ると炉底羽口から吹き込まれる支燃性ガスおよび羽口冷
却用不活性ガスによって溶銑粒を懸濁したフォーミング
スラグが形成され炉内を上昇する。

（ｂ） 一次羽口および／または二次羽口から適度にフ
ォーミングした溶銑およびスラグに脱硫剤を吹き込むと
スラグ−メタル反応界面積が大きいので脱硫反応が促進
され、極低硫黄溶銑が製造できる。

（ｃ） 過度にフォーミングしたスラグは炉内上方の低
温部に上昇して凝固し、棚吊り発生の原因となる。しか
し、一次羽口および／または二次羽口からＣおよびMgO
を主成分とするフォーミング抑制剤を吹き込むと、フォ
ーミングレベルが適度に維持され、脱硫反応を阻害せず
に棚吊りを防止できる。

この発明は、筒型炉による溶銑製造法の技術の上に、
上記の知見を加えてなされたものである。本発明方法の
特徴は下記〜の組合せにある。

第１図に示すような筒型炉、即ち、炉上部にガス排
出と原料装入用の開口部を有し、炉底部には底吹羽口と
出銑口を、下部炉壁に一次羽口と排滓口を、上部炉壁に
二次羽口をそれぞれ有する筒型炉を用いること、 上記筒型炉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、その上部に二次羽口を含む
レベルまでスクラップおよび鉄鉱石を主体とする充填層
を形成させた後、一次羽口と二次羽口および炉底羽口か
ら支燃性ガスを吹き込んで溶解、製練を行うこと、 、炉底部に蓄積したスラグおよび溶銑が底吹ガスによ
り炉内上方にフォーミング層を形成する時期以降におい
て、前記フォーミング層にCaOを主成分とする粉体を一
次羽口および／または二次羽口から吹き込んで溶銑を脱
硫すること。

上記のにいて、底吹ガスをキャリヤーとして溶銑中
へ直流脱硫剤を吹き込むことを併用してもよい。

本発明方法の実施に際しては、一次羽口および／また
は二次羽口からＣおよびMgOを主成分とするフォーミン
グ抑制剤を吹き込んで、過度のフォーミングを抑制する
のが望ましい。

本発明方法において、炉の上部開口部から装入する鉱
石は、通常の鉄鉱石の外にMn、Cr、Mo、Niなどを多く含
む鉱石またはこれらの酸化物を使用することができる。
また、これらの鉱石類およびコークスとともに、珪石、
石灰石、蛇紋岩、蛍石などの副原料を装入することがで
きる。スクラップとしても、ステンレス鋼スクラップの
ような高合金スクラップを使用してその中の有用元素を
再利用することが可能である。

鉱石類および副原料は、炉の上部開口部からだけでな
く、粉状のものを一次羽口および／または二次羽口から
吹き込むこともできる。

一次羽口、二次羽口および炉底羽口から吹き込む支燃
性ガスは、O₂含有ガスであり、一次羽口からは支燃性ガ
スとともに、微粉炭や重油、天然ガスなどの気体または
液体の燃料を吹き込むことができる。

各羽口は二重管あるいは三重管構造として、外環状管
に窒素のような不活性ガスを流して羽口を冷却し、溶損
を防止するのが望ましい。

脱硫剤はCaOを主成分とする粉体である。CaOの外に、
CaCO₃、CaF₂、或いはさらに金属Alを混合した粉体であ
ってもよい。吹き込み量は、スラグの塩基度を2.0以上
にするに足りる量とするのが望ましい。

脱硫剤は不活性ガス、例えば、窒素、アルゴン等をキ
ャリアーガスとして一次羽口および／または二次羽口か
ら炉内のフォーミングスラグ中に吹き込まれる。

脱硫剤の吹き込みは、鉱石とスクラップの溶解が進行
して、炉底部に蓄積されたスラグおよび溶銑が底吹きガ
スによりフォーミング層を形成する時期以降に行うので
あるが、フォーミングレベルを一次羽口レベルと二次羽
口レベルの間に維持して行うのが望ましい。

フォーミング抑制剤はＣおよびMgOを主成分とする粉
体である。これらの外にCaOを含有していてもよい。

フォーミング抑制剤は不活性ガス、例えば、窒素、ア
ルゴン等をキャリアーガスとして一次羽口および／また
は二次羽口から炉内のフォーミングスラグ中に吹き込ま
れる。

フォーミング抑制剤の吹き込みは、フォーミングの程
度に応じて異なるがフォーミングレベルが一次羽口と二
次羽口の中間レベルを超えないように吹き込み量、吹き
込み時間を調整するのが望ましい。

炉内のフォーミングレベルとは、溶銑およびスラグが
フォーミングした最上部のレベルのことであり、これ
は、例えば炉体の側壁部に設置したファイバースコープ
を用いて目視で検知する。

装入されたスクラップおよび鉄鉱石の溶解、還元が完
了し、脱硫剤の吹込みによって所定のレベルまで脱硫が
進行したのち、排滓および極低硫黄溶銑の出銑を行う。
なお、本発明方法の操業は、原燃料を逐次装入し、製造
された溶銑を間歇的に取り出す半連続操業法で行うこと
もできる。

（作用） 本発明の筒型炉を用いる溶銑の製造方法では高い二次
燃焼率が得られる。また、鉄源として鉄鉱石とスクラッ
プを併用しているので、コークス原単位が低い。このた
め、装入原料からもたらされる硫黄が少なくなり、比較
的低硫黄の溶銑が得られる。

さらに、二次羽口周辺の炉上部が鉄鉱石とスクラップ
の溶融還元と溶解のためのゾーンに、一方、一次羽口周
辺の炉下部が生成した溶銑の還元（即ち、脱硫）のゾー
ンに分離されているため、脱硫反応が進みやすい。

さて、次に溶銑の製造中に脱硫処理を実施し、別途の
脱硫処理工程を必要とせずに極低硫黄溶銑を製造するた
めの好ましい条件について述べる。

第２図は炉底羽口からの底吹ガス流量と炉内のフォー
ミングレベルとの関係を示す図である。なお、この関係
は、後述する実施例で用いた筒型炉で、スクラップと鉄
鉱石の溶解完了後、炉底部に蓄積した溶銑およびその上
方にあるスラグに炉底羽口から酸素を吹き込み、フォー
ミングレベルを検知して求めたものである。なお、羽口
冷却用のN₂ガスはいずれの場合も50Nm³/hの一定量を吹
き込んだ。

第２図に示すように、炉底部に蓄積した溶銑およびス
ラグに炉底羽口から底吹ガスを吹き込むと溶銑を懸濁し
たフォーミングスラグが形成され、フォーミングレベル
は吹き込み流量の増加と共に上昇する。

スラグ層をフォーミングさせるとスラグ−メタル間の
反応界面積を数倍〜数十倍に大きくできるので、このフ
ォーミングスラグ層にCaOを主成分とする粉体を一次羽
口および／または二次羽口から吹き込むと高い溶銑脱硫
反応速度が得られる。

〔ここまで〕

一方、二次羽口レベル以上にフォーミングレベルを高
くすると上方に行くに従って、充填層内温度が低くなる
のでフォーミングスラグが固化し、棚吊りを引き起こ
す。一度棚吊りを形成させるとこれを解消するのは困難
である。

したがって、第２図から一次羽口レベルと二次羽口レ
ベルの中間域にフォーミングレベルを保持できるような
底吹ガス吹込み量を選定するのがよい。操業中にフォー
ミングレベルが高くなり過ぎた場合には、二次羽口から
支燃性ガスの外に適時、ＣおよびMgOを主成分とする粉
体を吹き込んでフォーミングを抑制してフォーミングレ
ベルの適正レベルに調整することができる。

なお、フォーミング抑制剤はＣおよびMgOを主成分と
する粉体を用いるが、Ｃは酸化性のフォーミングスラグ
を迅速に還元してフォーミングを抑制することができ
る。一方、還元に作用しないＣは炉内で燃料として利用
される。また、MgOはスラグの塩基性を高めるのでフォ
ーミングした泡の寿命を短くすることができる。一方、
スラグの脱硫能を高めるとともに、MgO−Ｃ（マグネシ
アカーボン）れんが内張の炉壁耐火物の溶損を防止する
ことができる。

（実施例） 以下、実施例により本発明の溶銑の製造方法を具体的
に説明する。

この実施例では第１図に示す転炉様構造の試験用小型
筒型炉を用いた。この炉は、直径1.5m、炉底から炉口ま
での高さ3.6m、内容積6.0m³である。炉壁には一次羽口
および一次羽口４がそれぞれ炉底から0.8m、1.2mの位置
に90度間隔で４本づつ設置され、炉底中央部に出銑口
７、炉底から0.6mの上の炉壁に排滓口５が設けられてい
る。また、炉底には炉底中心を中心とする半径0.4mの円
周上に２本の底吹羽口６を設けた。

なお、比較例では溶解完了後、炉底羽口６を脱硫剤吹
き込みに用いた。

原料のスクラップは第１表に示す組成を有し、嵩比重
3.5トン/m³、最大寸法400mm角にプレスしたものを用い
た。原料の鉄鉱石および燃料のコークスの組成およびサ
イズをそれぞれ第２表および第３表に示す。

支燃性ガスとしては、純酸素を羽口冷却用ガスとして
はN₂ガスを使用し、各羽口よりそれぞれ第４表のように
吹き込んだ。

炉底部にスラグ、溶銑が蓄積されてフォーミングが発
生しはじめる時期（この実施例の場合は装入したスクラ
ップおよび鉱石の溶解が完了する時間の５〜20分前）か
ら第５表に示す組成の脱硫剤とフォーミング抑制剤をそ
れぞれ一次羽口と二次羽口からN₂ガスをキャリヤーガス
としてフォーミングスラグ中に吹き込んだ。

以上のような装置および原燃料を使用して操業を行
い、第６表に示す極低硫黄溶銑を製造した。

第６表において、比較例は本発明者らが特願平１−18
1397号で提案した方法で低硫黄溶銑を製造した場合であ
り、装入したスクラップおよび鉱石の溶解が完了した
後、炉底羽口から支燃性ガスの吹き込みに代えて脱硫剤
をN₂キャリアガスで吹き込んだ例である。

実施例１はスクラップおよび鉄鉱石の溶解が完了する
時点の５分前から脱硫剤のみを一次羽口から吹き込んだ
場合、実施例２は脱硫剤を一次羽口からフォーミング抑
制剤を二次羽口から吹き込んだ場合である。

Ｓ含有量が0.003％の極低硫黄溶銑を製造する場合、
脱硫剤原単位は比較例の4.5kg/溶銑トンに対し、実施例
１および２ではいずれも4.0kg/溶銑トンに低減してお
り、石灰石原単位も低減しているので総合CaO原単位は
大きく低減できた。また、比較例に比べて実施例では溶
銑温度の低下が小さく、棚吊り発生頻度、炉底羽口閉塞
頻度も大幅に低下した。フォーミング抑制剤を使用した
実施例２では特に棚吊り発生頻度が低下した。

溶銑製造中に脱硫処理を行う本発明方法を実施するこ
とにより、溶解完了後、脱硫処理を行う方法より少ない
脱硫剤原単位で極低硫黄溶銑が安定して製造できる。さ
らに、溶銑製造時のコークス、酸素原単位も低減でき
る。

（発明の効果） 上述のとおり、本発明の溶銑の製造方法によれば、別
途の溶銑脱硫処理工程を必要とせずに、スクラップと鉄
鉱石を鉄源として高い熱効率で安定して極低硫黄溶銑を
製造することができる。この方法を従来の製鋼プロセス
と組合わせて使用すれば低硫黄鋼の製造コストを大幅に
低減できるから、その実用上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法で極低硫黄溶銑を製造するために
使用する装置（筒型炉）の一例を示す概略断面図、 第２図は、炉底羽口からの底吹ガス流量と炉内のフォー
ミングスラグレベルとの関係を示す図、 である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池宮 洋行 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21B 11/00 - 11/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉上部にガス排出と原料装入用の開口部
   を、炉底部に底吹羽口と出銑口を、下部炉壁に一次羽口
   と排滓口を、上部炉壁に二次羽口をそれぞれ有する筒型
   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、その上部に二次羽口を含むレ
   ベルまでスクラップおよび鉄鉱石を主体とする充填層を
   形成させた後、一次羽口と二次羽口および炉底羽口から
   支燃性ガスを吹き込んで溶銑を製造する方法であって、
   炉底部に蓄積中のスラグおよび溶銑が底吹ガスにより炉
   内上方にフォーミング層を形成する時期以降において、
   前記フォーミング層にCaOを主成分とする粉体を一次羽
   口および／または二次羽口から吹き込んで溶銑を脱硫す
   ることに特徴を有する低硫黄溶銑の製造方法。
2. 【請求項２】一次羽口および／または二次羽口からＣお
   よびMgOを主成分とするフォーミング抑制剤を吹き込む
   ことを特徴とする請求項（１）記載の低硫黄溶銑の製造
   方法。