JP2895247B2 - 製鋼炉の操業方法 - Google Patents

製鋼炉の操業方法

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JP2895247B2
JP2895247B2 JP181591A JP181591A JP2895247B2 JP 2895247 B2 JP2895247 B2 JP 2895247B2 JP 181591 A JP181591 A JP 181591A JP 181591 A JP181591 A JP 181591A JP 2895247 B2 JP2895247 B2 JP 2895247B2
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秀次 竹内
敏和 桜谷
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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶銑、スクラップ、鉄
鉱石などを鉄源として利用し溶鋼を製造できる製鋼炉の
操業方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶鋼を製造する製鋼炉を分類すると、溶
銑を主鉄源とし酸素吹精する転炉、スクラップ(屑鉄)
を主鉄源とし電気エネルギーにより溶解する電気炉、お
よびステンレス鋼製造のために電気炉で溶解した含クロ
ム粗溶鋼を酸素とアルゴンにより吹精するAOD炉など
に大別できる。
【0003】そして、これらのプロセスを選択する基準
は、鉄源の価格と入手の容易さ、溶鋼を得るために
必要なエネルギー価格、要求される溶鋼成分、が主な
ものである。例えば、高炉設備を有するいわゆる一貫製
鉄所では、鉄源として溶銑を用いるのが最も経済的であ
り、電気エネルギーにより製造する酸素ガスを用いて転
炉内で精錬し、合金鉄を添加する事により多種類の鋼種
を製造できる。一方、電気炉を有する製鉄所では、鉄源
としてスクラップ(屑鉄)を用い、電気エネルギーによ
り直接的に加熱・溶解する。この際に、少量の炭材とし
て酸素ガスを用いて電気エネルギーの補完とする操業方
法を採るのが一般的である。得られた溶鋼を炉内あるい
は炉外で還元処理した後、合金鉄を加える事により、多
くの鋼種を対応できる。
【0004】以上述べたように、各プロセスにより使用
できる鉄源とエネルギーはほぼ決まっており、大幅な変
動ができない。すなわち、転炉プロセスではスクラップ
の利用は全鉄源の高々20%程度に留まるし、外部から与
えるエネルギーは酸素ガスのみ(酸素は電気エネルギー
により製造するので、エネルギーの一種と考えられる)
しか使用できない。一方、電気炉プロセスでは、鉄源の
ほぼ全量がスクラップであり、大量の溶銑を利用できる
構造の設備にはなっていない。また、使用できるエネル
ギーは大部分が電気であり補完的に炭材の酸素による燃
焼熱がある。
【0005】鉄源とエネルギー源の利用範囲を拡大し、
フレキシブルな製鋼炉を提案した例として、例えば特開
昭62-47417号公報のように、転炉プロセスでの鉄源の全
量をスクラップとし、石炭やコークスと酸素ガスとをエ
ネルギー源として溶解精錬する方法がある。また、特開
昭59-215427号公報のように電気炉内でのスクラップ溶
解時に、アーク加熱を一部微粉炭バーナー加熱におきか
える溶解方法もある。また、さらに特開昭63-100119 号
公報のように、炉内にスクラップを装入後、DCアーク
電極によりボーリングを行い、その後電極を抜き出して
ボーリング孔に酸素ランスを装入してスクラップを溶解
する方法も提示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来法には次のような欠点や問題点があった。特開昭
62-47417号公報の方法は、転炉プロセスに基づくもので
あり、スクラップ溶解用のエネルギーは酸素ガスによる
石炭、コークスの燃焼エネルギーである。一般に、転炉
内で石炭、コークスを完全燃焼させて更にこの発生熱を
溶解用に完全に利用するのは非常に困難である。例え
ば、炭材を酸化して発生したCOガスの50%程度は炉内で
燃焼せずに系外に持ち出されるし、炉内で燃焼したCOガ
スの燃焼熱の60〜70%が溶解用に利用されるのみで、残
りの熱量は排ガス顕熱として系外へ持ち去られる。した
がって、条件によっては電気エネルギーを直接利用した
方が全体としては経済的である場合であっても、この方
法では、石炭やコークスの燃焼熱を利用することしかで
きず、経済的な損失は大きい。
【0007】次に、特開昭59-215427 号公報および特開
昭63-100119 号公報の方法は、鉄源としてスクラップを
利用するスクラップ溶解法を基本とするものであり、電
気エネルギーの節約のために微粉炭バーナーや酸素ラン
スを用いる方法を提案したものである。したがって鉄源
として溶銑や鉄鉱石を利用した方が全体として安価であ
る条件下では、この方法は経済的でない。
【0008】以上述べたように、従来の方法では原料や
エネルギーの価格の大幅な変動に対応することはでき
ず、常に最も経済的な製鋼方法、原料、エネルギーを選
択することはできなかった。また、要求される鋼種によ
っては、スクラップ中に含まれるCuやSnなどの不純物元
素濃度を制限する場合もあるが、スクラップを主鉄源と
していたのでは、このような場合に所望の鋼製品を製造
できなかった。
【0009】そこで、本発明の目的は、鉄源としての溶
銑、スクラップ、鉄鉱石等の原料価格の変動、エネルギ
ーとしての電気、酸素、炭素質材等の価格の変動、さら
には鋼中成分などの変動に応じて、経済的に有利な対応
ができる製鋼炉での操業方法を提案することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、鋼を製造する
製鋼炉であって炉体を上下にほぼ2分し、上部を着脱可
能な構造とした炉を用い、鉄源価の変動、エネルギ
の変動、および要求される鋼中成分の動に応じ
て、炉体上部を交換して操業することを特徴とする製鋼
炉の操業方法であり、また上記操業方法において、炉体
上部が電極を有する電気炉の上部部分および精錬ガス供
給ランスを有する転炉の上部部分であって、これらのい
ずれかを随時装着して操業することを特徴とする製鋼炉
の操業方法である。
【0011】
【作 用】本発明の製鋼方法では、上吹き転炉として
も、また電気炉としても操業することができるので、原
料価格の変動、エネルギー価格の変動、さらには目標と
する鋼中成分の変動に対応して、経済的に好ましいいず
れかの操業形態の選択が可能である。
【0012】次に実施例に基づいて本発明をより詳細に
説明する。
【0013】
【実施例】本発明で提案する製鋼方法で用いる炉を図1
(a),(b),(c)に示す。炉の下部1は上部と分
離脱着できるようになっており、この上部部分は2のよ
うに転炉の上部部分と同様の構造をしており、精錬用ラ
ンス6が挿入できる。また、別の上部部分は3のように
電気炉の上部部分と同様の構造をしており、黒鉛電極7
によりアーク加熱ができる。
【0014】なお、下部部分1に付属している4はトラ
ニオン軸、5は炉底羽口とそれへのガスの供給配管であ
り、いずれも通常の転炉付帯設備と同様である。本発明
で用いる製鋼炉の下部部分は、図1の(a)のような構
造に限定されるのではなく、例えば図3のように、近年
盛んに使用され始めた炉底出鋼孔9を備える電気炉の下
部部分のような構造でもよい。また、上部部分3のかわ
りに、図4に示すような1本電極の直流アーク電極11を
設置できる上部部分3′を用いる場合は、それに応じて
下部部分に炉底電極14を設置する必要がある。
【0015】いずれにしても、1基の製鋼炉を図2
(a)のように上吹き転炉、あるいは上底吹き転炉とし
ても使用し、また、図2(b)のように電気炉としても
使用して操業することが本発明の要点である。転炉とし
て使用する場合には、精錬用ランス6を通して酸素ガス
やあるいは酸素ガスと他のガス(Ar, N2 など)の混合
ガスを吹き込み、溶銑12を脱炭精錬して溶鋼を製造す
る。この時、炉底羽口5から酸素ガスや不活性ガスを吹
き込み反応効率を向上させる手段をとることが望まし
い。
【0016】一方、電気炉として使用する場合には、図
2の製鋼炉上部部分2および精錬用ランス6を退避さ
せ、その替わりに、同図(b)のように電気炉用の上部
部分3と電極7を配置し、装入したスクラップ13をアー
ク加熱により溶解する。この時、転炉の場合と同様に炉
底羽口5により不活性ガスを吹込んで溶解効率を向上さ
せることが望ましい。同図(b)には記入していない
が、上部部分3に設けた孔から酸素ガス用ランスを炉内
に挿入し、酸素ガスにより溶解を早めたり、炭素質材
(コークスなど)や燃料油を炉内に導入して燃焼熱を電
気エネルギーの補完とする電気炉操業の一般的な手法も
採れる。
【0017】さらに、操業の途中で転炉としての操業方
法から電気炉としての操業方法へ、あるいは逆に変更す
る方法も取り得る。すなわち、例えばまず溶銑を装入し
て図2(a)のように上底吹き転炉として精錬操業を行
い、所定の時間経過後、2の上部部分を取りはずしスク
ラップを炉上から装入し、3の上部部分を装着して今後
は電気炉として操業を進めることができる。
【0018】次に、これまでに説明した本発明による製
鋼炉を用いる操業法につき、例を示しながら説明する。
実操業を行った本発明の製鋼炉は50ton 規模の炉であ
り、図1(a)に示したように、下部部分にはArまたは
2 を底吹きできる炉底羽口を設けた。この羽口からは
合計で 0.5〜10Nm3/min のガスを底吹きした。上部部分
は図1(b)と(c)に示した構造の炉体を図5に示す
ように配置し、どちらの炉体(上部部分)でも容易に装
着できるレイアウトとした。
【0019】図1(b)の炉体を用いる場合は、上部よ
り吹錬用ランスを降下し炉内に挿入して酸素を供給す
る。この時の酸素供給速度は 100〜 300Nm3/min であっ
た。一方、図1(c)の炉体を用いる場合は、3相の交
流アーク電極を炉内に挿入した。電源トランス容量は、
30MVA である。上部炉体(b)と(c)の選択は、その
時点における溶銑の入手のしやすさと価格スクラッ
プの価格吹錬用ガスの供給量(特に酸素)と価格電
力価格排ガスの利用価値鋼種による鋼中不純物の制
限などを総合的に判断して経済的なプロセスとなるよう
に行った。
【0020】加えて、例えば溶銑の供給元である高炉の
修理時期には電気炉として連続して使用するなどの長期
的な制約条件にも対応した。各種の条件から一方の炉体
を選択する場合に、それぞれの条件のコストミニマム化
への重みが異なるため、定量的な選択方法を示すことは
できない。そこで一般論として、表1にどちらの炉体を
選択すべきかの判定基準を○印で示した。
【0021】 上述の 50ton製鋼炉での操業では、通常は転炉として
使用し、鉄源として約45ton の溶銑と約5ton のスクラ
ップを炉内に装入し、 120〜 170Nm3/min の酸素を上吹
きし、2.5Nm3/minのArガスを底吹きして約17分で、47to
n の溶鋼を製造した。
【0022】製鉄所内の高炉が一時的に稼働を停止し、
かつ安価な夜間電力を利用して、スクラップ溶解により
溶鋼を製造しても十分に経済的であると判断された時点
では、炉体上部を図1の(b)から(c)に交替した。
この炉内にスクラップを約50ton 装入し、アーク加熱に
よりスクラップ溶解を行った。溶解を促進するために、
酸素ランスを挿入して総量で約 150Nm3 の酸素を吹込ん
だ。溶解後にはフェロシリコン、フェロマンガン、生石
灰を炉内に添加し、スラグ中の過剰の酸化鉄を還元した
のち溶鋼を炉外に排出した。得られた溶鋼重量は約 46t
onであった。
【0023】本発明で示した製鋼炉とその操業法を実施
した製鋼工場での月当たりの鋼の生産量は、従来と比較
して 1.3倍となった。これは上述したように、使用でき
る鉄源にフレキシビリティがあるため、溶銑が不足した
場合には、炉体を切替えてスクラップ溶解を行ったため
に、製鋼炉の非稼動時間が減少し生産量が増加したこと
による。
【0024】また、同一工場の溶鋼1ton 当たりの製造
コストは従来の90%に低下した。これは、その時点で最
もコストミニマムになるような鉄源とエネルギーを選択
できるようになったためである。
【0025】
【発明の効果】従来は1基の製鋼炉を転炉もしくは電気
炉と固定していたため、鉄源やエネルギーの価格変動に
対応してそれらを有利に選択することができなかった
が、本発明の製鋼方法により、常にコストミニマムに溶
鋼を製造できるようになった。これにより、ひとつの製
鋼工場内の経済性にとどまらず、社会全体としても、電
力使用量の短期長期の変動を平滑化するバッファの役目
を本発明を実施する製鋼工場が担うことができる。
【0026】また、従来は転炉では不純物の少ない高級
鋼を、電気炉ではスクラップから不可避的に混入する不
純物が多い中・低級鋼を生産するのが通例であったが、
本発明により鉄源がフレキシブルであるため、製品鋼種
も経済性を保ちながら多様化できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本となる製鋼炉の構成を概略的に示
した図である。
【図2】本発明を実施する時の2種類の製鋼炉の構成概
略図である。
【図3】本発明を実施する製鋼炉下部部分の他の構造例
である。
【図4】本発明の実施手段の1例を示す概略図である。
【図5】実際の工場内での本発明実施時の設備配置例を
示す説明図である。
【符号の説明】
1 製鋼炉下部部分 2 製鋼炉上部部分 3,3′ 製鋼炉上部部分 4 トラニオン軸 5 炉底ガス吹込み用配管 6 精錬用ランス 7 アーク電極 8 精錬ガスジェット 9 炉底出鋼用孔 10 アーク 11 直流アーク電極 12 溶湯 13 スクラップ 14 炉底電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−190312(JP,A) 特開 昭64−75617(JP,A) 実開 平1−163793(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21C 5/42 C21B 13/02 F27B 3/06 C21C 5/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼を製造する製鋼炉であって炉体を上
    ほぼ2分し、上部を着脱可能な構造とした炉を用い、
    源価の変動、エネルギー価の変動、および要求さ
    れる鋼中成分の動に応じて、炉体上部を交換して操業
    することを特徴とする製鋼炉の操業方法。
  2. 【請求項2】 請求記載の操業方法において、炉体
    上部が電極を有する電気炉の上部部分および精錬ガス供
    給ランスを有する転炉の上部部分であって、これらのい
    ずれかを随時装着して操業することを特徴とする製鋼炉
    の操業方法。
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KR20200119325A (ko) * 2018-03-06 2020-10-19 에스엠에스 그룹 게엠베하 제강용 제련 장치

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