JP3058039B2 - 転炉製鉄法 - Google Patents

転炉製鉄法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄原料から鉄を製造す
る方法であって、転炉内に収容した初期溶鉄中に、生成
期に少なくとも燃料、酸素含有ガスおよび鉄原料を導入
し、反応ガスを溶鉄上方の転炉ガス空間内で酸化性ガス
で後燃焼させ、発生した熱を鉄浴に伝達し、生成期の後
に溶鉄の一部を出湯し、次の生成期のために次の初期溶
鉄を転炉内に残す転炉製鉄法に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄鋼製造分野において製鉄に関して現在
主に開発の対象とされているのは、コークスを用いない
(coke free) 冶金技術である。将来の実現を目指す溶融
還元法は鉄鉱石を出発材料とする製鉄法であり、コーク
スに代えて石炭をエネルギー源且つ還元剤として用いる
技術である。鉄を溶製するもう一つの方法は、鉄源とし
てスクラップ等を用い、やはり炭素質燃料を用いて望み
の出湯炭素量を調整する方法である。後者の方法は、製
鋼プロセスにおいてスクラップ溶解容量を増大させる手
段にもなっている。
【0003】溶融還元法については、主にその試行段階
の概要が、「溶融還元法の開発動向(Entwicklungslini
en der Schmelzreduktion)」, Stahl und Eisen 109 (1
989), no.16, p.728-742に記載されている。溶融還元法
は一般に溶解ガス化炉を用いて行われ、溶鉄中に石炭と
酸素を供給してエネルギーバランスを確保し、発生した
反応ガスCOおよびH2 を前工程の鉱石還元設備で用い
て鉄鉱石を完全にまたは部分的に還元する。得られた予
備還元材料をほとんどの場合、溶解ガス化炉に直接供給
している。ただ一つHI溶融法だけは、溶融還元容器の
自由ガス空間における反応ガスの後燃焼率を高くするこ
とにより、多量の高エネルギー廃ガスを出さずに非常に
良好なエネルギーバランスを実現している。
【0004】「化石エネルギーによるスクラップ溶解用
プロセス技術の現状(Stand der Verfahrenstechnik fue
r das Einschmelzen von Schrott mit fossiler Energi
e)」Stahl und Eisen 110 (1990), no.7, p.109-116 に
は、化石エネルギー源を用いて製鋼プロセスにおけるス
クラップ溶解容量の増大させる可能性が種々述べられて
いる。この記事には、熱バランスを改善する対策とし
て、種々のバーナーシステムと予熱方法でけでなく、反
応ガスの後燃焼についても説明されえてる。
【0005】ドイツ特許第3607777号に記載され
ている精錬容器内でスクラップから鋼を製造する方法
は、鋼浴表面下の羽口と上吹き手段とから炭素質固体燃
料を吹き込み、酸素含有ガスを反応剤として用い、そし
てガス状反応生成物を後燃焼させることで炭素質固体燃
料による熱の利用を高める。この方法の特徴は、発生し
たガス状反応生成物を公知方法により予熱空気で後燃焼
させ、スクラップ溶落期における後燃焼率を60〜70
%に調節することである。この精錬容器は、電気炉に似
た平炉型容器である。この特許には、後燃焼率が溶落期
には60〜70%であり、精錬期には40〜60%であ
ると記載されている。熱の伝達効率は80%程度であ
り、その結果廃ガスの過熱温度は約200℃になる。廃
ガス温度がこの位上がっても精錬容器の耐火ライニング
に対して過重の負担とはならないと考えられる。
【0006】先願として、例えばドイツ特許出願第27
23857号には、製鋼プロセスにおいて溶鉄のエネル
ギーレベルを高める方法が記載されている。この方法の
特徴は、固体炭素質材料を溶鉄に浴面下から送り込み、
容器内に酸化性ガスを送り込んで炭素質材料と反応させ
て熱を放出させる。この方法は、反応ガスの後燃焼を行
わず、固体炭素質材料を精錬作動中に連続して添加す
る。
【0007】多くの溶融還元法が公知であるが、その一
つがドイツ特許第3318005号である。これは鉱石
から鉄を製造する方法で、鉄酸化物を鉱石還元容器内で
実質的に溶落容器からの反応ガスで還元し、得られた予
備還元鉱石を溶落容器に供給し、炭素質燃料と酸素含有
ガスとを添加して溶落し、その際に反応ガスは鉱石還元
容器に至る途中で温度低下する方法であり、特徴とする
点は、溶鉄から出現する反応ガスを溶落容器内で部分的
に後燃焼させ、発生した熱は大部分が溶鉄に伝達され、
反応ガスは還元剤によって冷却されると同時に還元もさ
れる。
【0008】従来技術全般特に上記公報に精通した当業
者は、その欠点も十分に承知しているはずである。この
ことは、鉄鉱石から鉄を作る溶融還元法にも当てはまる
し、他の鉄原料特にスクラップの溶製にもあてはまる。
これらの欠点に関係があるのは、難しい冶金学的な関係
というよりは、むしろこれら新しく知られた製鉄法の経
済性および操業の確実性といった側面のほうが強い。こ
れらの方法に経済性および実操業性の面で疑問がある証
拠に、どれ一つとして工業的に実用化されたものがな
い。
【0009】予熱した空気を用い、60〜70%という
高い後燃焼率で、発生した熱の溶鉄への伝達率が80%
程度であるといっても、その結果廃ガス温度は200℃
程度上昇してしまう。廃ガス温度が約1500〜160
0℃の溶鉄温度より200℃高くなると、特に操業時間
が長い場合には、転炉ガス空間のライニングの損耗が早
くなるため、耐火物コストが上昇する。これまでに転炉
内での製鋼の実操業に受け入れられた方法はただ一つあ
る。その方法は、反応ガスの後燃焼に酸素を用い、後燃
焼(COからCO2 へ)の率として約20%が達成され
ている(ドイツ特許第2838983号等)。
【0010】スクラップから鋼を製造する分野の専門家
には周知なように、いわゆるホットヒール(hot heel)形
成期(スクラップの溶落が進んでいる段階)のエネルギ
ーバランスが不安定である。この時期は、エネルギー消
費量のばらつきが非常に大きく、その主な原因として鉄
原料の酸化が制御できないこと、またいわゆるブロース
ルー(blow-through: 浴下羽口から導入される媒体が溶
鉄とホットヒールを吹き抜けること)がある。このよう
にホットヒール形成期の燃料消費量が十分に算出できず
再現性も不十分であるため、結局、溶融銑鉄を用いる方
向に逆戻りしてしまっている。製鋼用転炉プロセスでは
鉄原料をそのまま装入する。まず、空の転炉にスクラッ
プの一部を装入し、このスクラップをOBM/KMS転
炉の底部羽口をバーナーとして作動させて予熱するとよ
い。このスクラップ第1回装入分の次に、高炉溶銑また
は予め転炉内で疑似銑鉄として製造した溶銑を装入す
る。その量は1ヒートの出鋼量の約70%である。この
装入された溶鉄中に、化石燃料と酸素を吹き込んで鉄浴
に熱を供給する。1ヒート分のスクラップ総量は少なく
とも2回に分けて溶鉄中に添加する。この公知方法、ス
クラップから鋼を作るKS/KMSプロセスで用いられ
ている。ここで用いる化石燃料は主に亜炭コークスある
いは無煙炭であり、転炉のガス空間内で反応ガスを後燃
焼させるために、転炉のフード内にある羽口から容器内
に酸素が流入する。消費量の実績値は、スクラップトン
当たり、石炭225kg、酸素約200Nm3 である。
一例として、後燃焼率が約20%、後燃焼熱の溶鉄への
伝達率が約85%である。
【0011】上記のように、溶融還元法および固体装入
原料からの製鋼法の冶金学的な基本工程は知られてい
る。しかしこれまでに、これらの方法を高い経済性と信
頼性で大規模に適用した例は無い。予備還元した鉱石、
鉄スポンジ、スクラップ粒等の鉄源を連続的に添加する
ことも、従来技術、特に連続製鋼プロセスで知られてい
る。しかし、これら鉄原料を、CO2 およびH2 Oが高
濃度になっている空間を通して溶鉄中に供給することは
行われていない。その理由は恐らく鉄が不必要に酸化す
ることを避けるためである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鉄原料から
経済的に鉄を作る方法であって、従来技術の利点は利用
し欠点は全て排除し、信頼性が高く、細部に渡って再現
性が高く、大部分をコンピュータ制御で操業可能な方法
を提供することを目的とする。この新規な方法は、種々
の装入原料およびエネルギー源を適用可能で、設計上の
制約が無く、鋼製造の優れた基礎となる。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題に対する回答
は、生成期以降で部分量を出鋼する以前に転炉に存在
する溶鉄の重量に対する初期溶鉄量を10〜60%と
し、生成期に転炉のガス空間を通して鉄原料を溶鉄中に
連続的に供給すると同時に、酸素含有量50%以下の酸
素含有ガスを溶鉄の表面に連続的に吹き付ける。
【0014】本発明は、鉄製造用の転炉に収容した初期
溶鉄中に、酸素および不活性なガス例えば窒素および/
またはアルゴンを固体物質用のキャリアガス等のガスお
よび化石燃料を浴面下に導入して溶鉄の浴運動を十分に
行わせると、反応ガスCOおよびH2 だけでなくスプラ
ッシュも溶鉄から転炉のガス空間に噴出する。同時に、
生成期において、酸素含有量50%以下の予熱した酸化
性ガスを転炉のガス空間を通して連続的に溶鉄上に吹き
付け、上方から塊状の鉄原料も転炉内の溶鉄中に連続的
に供給する。
【0015】生成期とは、転炉が吹錬姿勢を取った時点
に開始し、転炉が吹錬姿勢から待機あるいは出湯姿勢に
戻った時点に終了する期間を意味する。転炉が吹錬姿勢
を取ると同時に石炭等の燃料、酸素、および/または不
活性ガスが浴面下から溶鉄中に流入して、それら自体の
供給を行う以外に、反応ガスの後燃焼の熱の伝達を良く
するための前提条件として必要な浴運動を行わせる。こ
れらの媒体が浴面下から供給されるのと同時に、酸化性
ガスが上吹きされ、鉄原料が上方から連続的に添加され
る。この操業状態は生成期全体を通して維持される。生
成した鉄の1ヒート分を出湯する姿勢を転炉が取った時
点で生成期が終了する。勿論、生成期は例えば溶鉄サン
プル採取等のために1回あるいは何回かは中断する。そ
の後、転炉に待機姿勢を取らせる。通常この姿勢では、
浴下羽口の吹き込み口が転炉内の溶鉄の上方に位置して
いる。
【0016】本発明において「転炉」という用語は、L
DあるいはOBM/KMS等の通常の製鋼容器だけでな
く、これらを変形した同様なタイプの精錬容器で、通常
に回転可能あるいは部分回転可能あるいは旋回可能なも
のも含めて指す。
【0017】本発明の方法は、生成期全体を通して転炉
のガス空間内での反応ガスの後燃焼率を50%〜75
%、望ましくは60%〜70%という高い値に確保でき
ることが分かった。生成期について、通常は平均後燃焼
率として65%が得られ、溶鉄への熱伝達は約90%で
ある。これらの値は、本発明の製鉄法を行う際のエネル
ギーバランスを設定するための前提とすることができ
る。
【0018】上記期間において平均後燃焼率が上記の値
から明瞭にはずれたら、それは転炉の特性によるものと
考えられる。すなわち、例えば転炉運転開始後に生成期
の後燃焼率が63%であったとすると、この転炉で鉄を
作る限りこの値は殆ど変動しない。転炉毎に後燃焼率が
異なる原因は、転炉の形状、特に転炉口の外側にある上
吹き手段の配置であろう。しかし、後燃焼用の酸化性ガ
スの行程距離を長くすると後燃焼率が向上し、再現性が
あって信頼できる結果が得られる。転炉口を通った酸化
性ガスが転炉ガス空間の高さ全部を使って転炉内溶鉄に
衝突するように転炉口上方の上吹き手段を都合良く配置
することにより、後燃焼ガスの行程距離を比較的長くす
ることができる。転炉のガス空間内で反応ガスを後燃焼
させるのに有用な上吹きガスは、高温の空気、すなわち
高炉プロセスで通常行われているような予熱空気、であ
ることが分かった。この高温空気の酸素量を増やして後
燃焼を高めることができる。本発明においては、大気中
酸素濃度である約21%から最大50%までの酸素濃度
を用いて良好な結果が得られる。ドイツ特許第3841
708号のペブルヒータ(pebble heater)は、非常に熱
効率が高く、特に予熱温度が高い場合に適すことが分か
っており、高温空気の生成に特に適している。一例とし
て、これを用いて、予熱温度約1400℃、酸素増量濃
度約25%で本発明の方法を行い良好な結果を得てい
る。
【0019】本発明においては、上吹き手段の望ましく
有利な取りつけ位置は転炉口近くである。これら上吹き
手段の位置は転炉口の外部すなわち転炉上方でも良い
し、転炉口近くの転炉上部空間内でも良い。この望まし
い位置に上吹き手段として例えば羽口、ランス、パイプ
開口部、あるいは渦巻き羽口(swirling tuyere)のよう
な手のこんだ設計の手段を取り付けることにより、転炉
ガス空間全体の高さを使って酸化性上吹きガスの行程距
離を長くすることができる。転炉内の上吹き手段は転炉
のライニング中に入り込ませてしっかりと取り付けた手
段であっても良いし、適当に配置可能あるいは引き込み
可能なランスでも良く、例えば横からあるいは渦巻き円
(swirl circle)を介して転炉口内に回転挿入する構造
でも良い。従来公知の構造でも新たに設計した有利な対
策でも良い。本発明の方法にとって重要な特徴は、上吹
きジェットを送り込むために転炉ガス空間のできるだけ
近くに取り付けることである。
【0020】本発明によれば、塊状の鉄原料は転炉のガ
ス空間全部を通して落下して鉄浴中に進入し溶融する。
転炉ガス空間は、反応ガスが後燃焼することろでもある
し、溶融した鉄とスラグの粒子がダスト状や液滴状のも
のから大きなものまで存在しているところでもあり、そ
こを通過する鉄原料は表面を熱せられると共にガス空間
の鉄粒子およびスラグ粒子を連れていく。反応ガスが後
燃焼すること、それに加えて、鉄原料が転炉ガス空間を
通過する際に過熱されると共にフリューダストや大きな
粒子を連れていくことが組み合わさった作用ことによっ
て、溶鉄への熱伝達効率が約90%という驚くべき高い
値が得られたと考えられる。鉄原料は転炉口自体から、
または転炉口近傍の適当な供給口から装入することがで
きる。鉄原料をこの装入場所まで運搬する手段は、一般
的な運搬手段例えば供給スクリュー、運搬ベルト、振動
シュート等である。
【0021】本発明の方法においては、鉄生成期には転
炉内溶鉄の炭素量は約0.2%〜約4.2%、望ましく
は2.5%〜3.5%に維持する。初期溶鉄についても
部分的に転炉から出湯される溶鉄についても炭素量はほ
ぼ同じ範囲内である。溶鉄中の炭素量を望みの値に調整
するには、化石燃料を、これら過熱媒体の燃焼用に供給
される酸素の量を考慮しながら、添加する。特に、組成
あるいは揮発成分量による制限をすることなく、種々の
等級の石炭を用いることができる。無煙炭からガスフレ
ーム(gas-flame)炭までの種々の石炭が使用に適してお
り、またその精錬プラントで発生する精製残滓、グラフ
ァイト、カーボン廃棄物等でも良い。液体あるいは気体
の炭化水素も同様に用いることができる。燃料供給と同
様に、スラグ形成材料およびスラグ流動化(fluxing) 材
料も、窒素等のキャリアガスで鉄浴表面下から鉄浴中に
吹き込む。スラグ組成は鉄冶金分野の通常の方法で調整
し、スクラップ随伴物質と鉄鉱石中の不要物質を結合さ
せる。スラグ形成材料としては主に微粉石灰を溶湯に供
給し、スラグ中のCaO/SiO2 比で定義される塩基
度を約1.4〜約1.9に維持する。このようなスラグ
は、溶融還元法で発生するようなアルカリ度の低いスラ
グに比べて、一般的なマグネサイト煉瓦の転炉ライニン
グに対する悪影響が少ない。このように転炉内に不活性
なスラグを容易に形成できることも、本発明の方法の経
済性が高い理由になっている。
【0022】鉄生成期に石灰粉末の吹き込むを少し行う
と、望ましいスラグのアルカリ度が得られるばかりでな
く、鉄浴の脱硫および脱燐にとっても非常に効果的であ
る。特に、粒径0.03mm未満のソフトな生石灰を用
いるとこの冶金段階には非常に効果的である。
【0023】本発明は、生成した溶融銑鉄を同じ転炉内
で精錬して鋼にした後に処理済の鋼を転炉から出湯する
ことも、その範囲内に含むものである。しかし、この形
態のプロセスは、例えば冶金工場の生産計画に有用な特
殊ケースである。この可能性は本発明の方法が多種多様
な用途に適用可能であることを示している。
【0024】この特殊ケースとは異なり、本発明による
第2の転炉内での製鋼は信頼できコスト効果のあるプロ
セスとして非常に重要である。2転炉法の本発明による
第1の態様においては、製鉄用転炉から出湯された一部
分を第2の転炉または電弧炉に直接供給し、公知方法に
より1ヒート分の鋼を製造する。本発明の第2の態様は
製鉄用転炉で生成した鉄を冷却し、一般的な方法により
インゴットあるいは粒状の材料として固体の銑鉄を作
る。この固体銑鉄を望みの方法で運搬し、一旦貯蔵して
おき、転炉プロセスや電弧炉等、望みの公知製鋼法によ
り最終的には鋼にする。この固体銑鉄の製造は、鉄鉱石
があって望ましい化石燃料も頻繁に得られる場所での生
産には特に重要である。このような場所で大規模に本発
明により銑鉄を製造し、固体銑鉄を遠隔の製鋼プラント
に運搬するのは、固体銑鉄の製造コストと共に運搬コス
トをも低減するので経済的である。この固体銑鉄を目的
地で本発明により溶落させることができる。
【0025】本発明の特に有利な態様では、通常はシャ
フトあるいはドラムタイプの炉のプロセスで製造される
金属化率90%程度の還元鉄鉱石を、安価な燃料も得ら
れる製造された場所で固体の銑鉄に変換し、本発明の教
示に従い第2の転炉内で溶落させ、従来の一般的な方法
で精錬して鋼にする。粒状の固体銑鉄を溶落させるのに
要する化石燃料は少量で済むので、それらの灰や硫黄分
が製鋼およびそれ以降の冶金的処理に悪影響を及ぼすこ
とはない。すなわち、炭素量4%程度、予熱800℃程
度の固体銑鉄を溶落させるために必要な石炭は鉄1トン
当たり僅か10〜20kgに過ぎない。この材料は寸法
も組成も均一なので800℃という高い予熱温度を得る
のは容易である。固体銑鉄を溶落させるのに必要なエネ
ルギーが低いことは、別の利点もある。固体銑鉄を溶落
させ冶金的処理を施すのに必要な時間は、現在の転炉で
溶融銑鉄から鋼を製造するための従来の精錬法で必要な
時間と大差がない。すなわち本発明を採用した後の転炉
工場で、例えば連続鋳造によって決まってくる通常のサ
イクル時間を容易に維持することができる。この2転炉
法を用いると、本発明の方法によって初めて、例えば安
価な天然ガスを得られる場所で有利な方法により高い経
済性で銑鉄を還元することが可能になり、上記のように
して固体銑鉄を製造し、これを装入材料として既存の転
炉工場で高炉プロセス無しに鋼製造を行うことが可能に
なる。
【0026】本発明の方法は特定の鉄原料に限定されな
い。むしろ、その点では非常に融通性が高く、種々の鉄
原料の使用に十分に対応できる。例えば、鉄鉱石、予備
還元鉄鉱石、鉄スポンジ、鉄ペレット、裁断スクラッ
プ、種々の品質および寸法のスクラップ、そしてこれら
を種々混合したものを転炉のガス空間を通して転炉内の
溶鉄中に連続的に供給することができる。溶落用材料中
でも特に有利なのは、鉄スポンジすなわち直接還元設備
で生成した金属化率の高い材料を本発明の方法により溶
落させることである。直接還元物から得られるこの鉄原
料は通常は金属鉄が約90%、酸化物状の鉄が約5%、
鉄鉱石中の不要成分の酸化物が約5%である。この生成
物を溶落させるには、電弧炉で約700kWhを必要で
あり、この値は通常の市場のスクラップを溶解するのに
必要なエネルギーよりも30%程度多い。その上、熱伝
達が悪いことは、電弧炉内で鉄スポンジを溶解する際の
溶解効率にとって不利である。
【0027】本発明の利点は以下の比較から明らかであ
る。諸媒体の供給量を概ね下記のように調整すれば、鉄
原料を溶落させる消費量が特に良好になる。浴面下から
溶湯中に導入するガスの総量は、鉄1トン当たり、10
Nm3 /h〜100Nm3 /h、特に0〜40Nm3
/hとすべきである。転炉口から上吹きする高温空気の
量は、鉄1トン当たり500Nm3 /h程度である。石
炭消費量を低減するには、高温空気の温度をできるだけ
高くして、酸素増量を少なくすると有利である。この場
合、高温空気の温度1400℃、酸素増量25%で、鉄
スポンジ1トンを溶落させるための石炭消費量は90k
gに達した。この石炭消費量に加えて、鉄浴を炭化する
ためにある量の石炭を投入する必要がある。石炭の品質
が揮発分が多い場合、例えば20〜35%であるような
場合は、搬送ガスと一緒に浴面下から導入される不活性
ガスおよび酸素はゼロまたは非常に少量にすべきであ
る。
【0028】本発明によれば、上吹きジェットの行程距
離を比較的長くすること、そして酸素増量有りまたは無
しの高温空気を用いることは、転炉ガス空間内で高い後
燃焼率を確保するために重要な予備条件である。また、
上吹き手段からの高温空気吹き出し速度が十分に大きい
ことが必要である。高温空気吹き出し口での望ましい流
量は300〜700m/sec 、望ましくは300〜50
0m/sec である。実際には、400程度の値で好結果
が得られることが分かった。上吹きジェットはほぼ鉄浴
表面の中心に向けられ、鉄浴に衝突する速度は50〜1
50m/sec である。自由ジェットの諸法則が適用でき
る。1時間当たりの鉄スポンジの溶解容量が約100ト
ンである転炉の場合、高温空気の量は約50,000N
3 /hである。この量の高温空気を流路径約30cm
の上吹きパイプ2本で400m/sec の高温空気噴出速
度で転炉内に吹き込むことができる。有利な衝突速度お
よび転炉内衝突表面(溶湯浴のほぼ半分に相当)は、自
由ジェット行程距離が約6mで得られる。一般的な転炉
寸法の場合、上吹き手段の空気噴出口を転炉口の上方約
1mに配置すべきである。自由ジェットのために好まし
い流動条件によれば、上吹きパイプをこのように転炉口
の上方に配置することは、転炉の回転運動に対して何ら
妨げにならない。また、転炉の廃ガス系内の上吹き手段
の構造が簡単になる。
【0029】高温空気用の上吹き手段の選定あるいは構
造に対して基本的な制約はなにも無い。ドイツ特許第3
903705号に記載されている渦巻き羽口(swirl tuy
ere)も、一般的なパイプも使用できる。噴出口の断面形
状は(設備条件を考慮して)円形、長方形、正方形、平
行四辺形、多角形、あるいは楕円形等、どのような望み
形にすることもできる。また、処理量から必要となる吹
き込み断面積を2以上の上吹き口に割り振ることも本発
明の範囲内である。
【0030】上吹き手段の噴出口が円形断面の場合に
は、流路径を10〜40cmとすることが有利である。
約20cmの径が特に好ましい。
【0031】本発明の方法をスクラップの溶落に用いる
場合には、小寸法のスクラップ特に種々の発生源から出
たシュレッダー裁断スクラップが特に有利であることが
分かった。最長部の寸法が約20cmまでのスクラップ
塊は転炉口からガス空間と通して溶鉄中に容易に落下さ
せることができる。シュレッダー裁断したスクラップ
は、その不純分も含めて、その表面積に対する重量の比
率のために、本発明の方法によって溶落させた際に好ま
しい挙動をする。また、この不純分は完全に燃焼し、発
生したガスは転炉の高温ガス空間内で反応するので環境
に負担を掛けない。スクラップを連続的に添加するの
で、例えば従来の転炉工場ではスクラップ装入時に避け
られなかった廃ガスや煙の発生が無い。本発明の方法は
このようにエコロジー上も許容できるものである。
【0032】シュレッダー裁断スクラップについては、
鉄スポンジの溶落について既に説明した有利な条件下
で、比較的好ましい消費量の数字を得ることができる。
平均後燃焼率65%で熱効率90%が得られるので、鉄
1トンを溶落させるのに約100kgの石炭で足りる。
【0033】以下に、添付図面を参照して、実施例によ
り本発明を更に詳細に説明する。
【0034】
【実施例】図1は、鋼製外皮1および耐火物内装ライニ
ング2を持つ転炉を示す。この転炉は溶鉄3およびスラ
グ層4を収容している。底部羽口5から、媒体と摩砕さ
れた固体装入材料とが溶鉄中に供給される。これら羽口
は2本の同心パイプから成る一般的なOBM羽口であ
り、中心側のパイプで媒体を運搬しながら、環状の隙間
を通して気体または液体の炭化水素流を送って羽口の早
期燃焼欠損を防止する。
【0035】50%以下の酸素を含有する予熱した酸化
性ガスを上吹き手段6から転炉ガス空間7を通して溶鉄
の浴面上に吹き付ける。転炉口10の近くにあるポート
8は、運搬手段9によりポート8を持つ装入枝路に到達
した塊状の鉄原料を添加するためのものである。
【0036】既に説明したように、上吹き手段6は、個
数、幾何学的形状、および配置に関して設計の自由度が
非常に高い。図1に示した2基の上吹き手段は異なる傾
角になっていて、それぞれが上吹きジェットの中心先端
で浴面の中心を叩き、転炉自由断面の少なくとも半分を
カバーするようになっている。もちろん上吹きガスの量
は、2基以上、例えば4基の上吹き手段に割り振っても
良い。後者は例えば転炉口10のリング状部材に、転炉
口から離して配置されている。例えば出湯量60トンの
転炉の場合、4基の上吹き手段の流路径を15cmと
し、転炉口の縁から30cm離し、互いに40cmの間
隔を開けて等間隔に配置する。
【0037】上吹き手段6から出る高温空気の上吹きジ
ェットが転炉のガス空間7内で作用する。転炉のガス空
間内では、鉄原料11がこれら上吹き羽口から落下し、
また溶鉄のスプラッシュ(点12で示す)もある。本発
明による種々の固体供給法と媒体供給法を組み合わせた
結果発生した、転炉ガス空間内でのスプラッシュとガス
流の現象により、平均して65%の後燃焼率と、90%
という高い熱伝達率が安定して得られる。主として好ま
しい熱伝達率により、転炉のガス空間を出て転炉口10
を通りスタック13からガス純化装置に進む廃ガスの温
度上昇が非常に少ない。廃ガス温度の上昇幅は100℃
以内であり、ガス空間や容器上部のコーン部分の転炉ラ
イニング2が早期破損することはない。
【0038】本発明の方法を小さい寸法のスクラップ例
えばシュレッダー裁断したスクラップの溶落に用いた場
合、初期溶鉄重量は20トンであり、この重量は生成期
を通して80トンまで増加し、その一部である60トン
を生成期後に転炉から出湯する。中心パイプの内径が1
8mmである2基の底部羽口5を通して6トン/hの石
炭を溶鉄中に供給する。上吹き高温空気の量は40,0
00Nm3 /hである。上吹き手段の流路径は35cm
である。その結果必要になる断面積は、既に説明したよ
うに、幾つかの供給手段に割り振ることもできるのは勿
論である。高温空気は平均温度が1300℃であり、1
200℃から1400℃程度の幅で変動する。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法は非
常に応用性および適用性に富んでいる。信頼性があり、
その再現性はコンピュータ制御の操業に適している。本
発明の転炉製鉄法により、非常に有利に経済的に特に適
した場所で固体銑鉄を製造することが可能になり、この
固体銑鉄から既存の公知の製鋼工場で高いコスト効果で
鋼を製造することができる。基本的な特徴に基づいて種
々の処理条件に適したように鉄および鋼の製造に適合さ
せることも本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、浴下羽口と上吹き羽口を含めて転炉の
長手方向断面を示す。
【符号の説明】
1…鋼製外皮 2…耐火物内装ライニング 3…溶鉄 4…スラグ層 5…底部羽口 6…上吹き手段 7…転炉ガス空間 8…ポート 9…運搬手段 10…転炉口 11…鉄原料 12…スプラッシュ 13…スタック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−252709(JP,A) 特開 昭53−10319(JP,A) 特開 昭62−211347(JP,A) 特開 昭62−228408(JP,A)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転炉により鉄原料から鉄を製造する方法
    であって、転炉内に収容した初期溶鉄中に、生成期に少
    なくとも燃料、酸素含有ガスおよび鉄原料を導入し、反
    応ガスを溶鉄上方の転炉ガス空間内で酸化性ガスで後燃
    焼させ、発生した熱を鉄浴に伝達し、生成期の後に溶鉄
    の一部を出湯し、次の生成期のために次の初期溶鉄を転
    炉内に残す転炉製鉄法において、初期溶鉄の量を、生成
    期の後、一部出湯の前に転炉内に存在する溶湯重量の1
    0%〜60%とし、生成期を通して鉄原料を転炉のガス
    空間を通して連続的に溶鉄中に供給しながら、同時に酸
    素含有量50%以下の予熱した酸素含有ガスを転炉口近
    くの上吹き手段によって溶湯上に連続的に吹き付け、該
    鉄原料は該転炉のガス空間を落下する際に該反応ガスの
    後燃焼により加熱されることを特徴とする転炉製鉄法。
  2. 【請求項2】 鉄の生成期を通して転炉ガス空間内で、
    反応ガスの後燃焼率を50%〜75%、望ましくは60
    %〜70%、特に平均で65%に調整し、溶鉄への熱伝
    達効率を約90%に調整することを特徴とする請求項1
    に記載の方法。
  3. 【請求項3】 酸素を増量しもしくは増量しない高温空
    気を、転炉のガス空間を通して転炉内の溶鉄の浴表面に
    吹き付けることを特徴とする請求項1または2に記載の
    方法。
  4. 【請求項4】 温度約1400℃、酸素増量約25%の
    高温空気を転炉口から転炉内の溶鉄の浴表面に吹き付け
    ることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項
    に記載の方法。
  5. 【請求項5】 転炉口の近くの上吹き手段により、転炉
    内から、および/または転炉外から転炉口を通して、
    素含有ガスを転炉内の溶鉄に吹き付けることを特徴とす
    る請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 炭素含有量が約0.2%〜約4.2%、
    望ましくは2.5%〜3.5%の溶融銑鉄を転炉内で生
    成させ、何回かに分けて転炉から出湯することを特徴と
    する請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 スラグ形成材料として主に石灰粉末をキ
    ャリアガスで浴表面下から溶鉄中に導入することを特徴
    とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 生成した溶融銑鉄の次処理として、冷却
    して通常市販されている形の固体銑鉄とするか、あるい
    は溶融状態のまま別の転炉で精錬して鋼とするか、どち
    らかの処理を行うことを特徴とする請求項1から7まで
    のいずれか1項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 前記鉄原料として、鉄鉱石、予備還元し
    た鉄鉱石、鉄スポンジ、鉄ペレット、シュレッダー裁断
    スクラップ、および種々の品位・寸法のスクラップを単
    独または混合して転炉内の溶鉄中に供給することを特徴
    とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の方
    法。
  10. 【請求項10】 鉄浴面下から導入するガス量を、鉄1
    トン当たり10〜100Nm3 、望ましくは20〜40
    Nm3 /hに調整することを特徴とする請求項1から9
    までのいずれか1項に記載の方法。
  11. 【請求項11】 酸素含有ガスを300〜700m/se
    c 、望ましくは300〜500m/sec の流量で転炉内
    に吹き込み、50〜150m/sec の上吹きジェット中
    心部スピードで浴面に衝突させることを特徴とする請求
    項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
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