JP3236737B2 - 竪型鉄スクラップ溶解炉の操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー利用効率の
高い鉄スクラップの溶解法に係わり、特に鉄スクラップ
と炭材の装入物分布を調整して、鉄スクラップの溶解を
行う技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄スクラップの発生量の増加に伴
い、鉄スクラップのリサイクルが環境保全や製鋼コスト
低減の観点から注目されつつある。従来、製鋼用の鉄源
としては、鉄鉱石を高炉で溶融還元して得た溶銑、ある
いはこれを冷却、凝固させた冷銑に加えて、鉄鋼材料の
加工や建築物や機械製品等の老朽化に伴い発生する鉄ス
クラップ等がある。

【０００３】これらの鉄源を製鋼段階で使用するに際し
て、溶銑や冷銑の場合は、鉄鉱石を溶融還元するのに多
大のエネルギーを必要とするのみならず、鉄鉱石等の原
料の事前処理や、高炉・転炉といった大規模な設備投資
を必要とするのが通常である。これに対して、一般に鉄
スクラップの使用は、鉄鉱石と比較して還元熱分だけエ
ネルギー使用量を少なくできることと、原料の事前処理
を簡略化できることにより、大規模な設備、装置が不要
であるといった利点を有する。

【０００４】以上示したような鉄スクラップの使用によ
る利点を享受する上で、竪型炉による鉄スクラップの溶
解法（キュポラ炉）の採用は、一般的に熱源としてコー
クスなどの安価な炭材が使用できることと、炉の特性上
排ガス温度を低位にすることが可能であることから熱効
率を向上できるため、エネルギー使用量、コストの両面
で有利に作用する。

【０００５】一方、アーク電気炉や誘導溶解炉といった
電気エネルギーを使用する鉄スクラップ溶解法は、発電
時のエネルギー変換効率が約３５％と低いことを考慮す
ると、エネルギー使用量の面で不利となる。しかしなが
ら、従来法における竪型炉による鉄スクラップの溶解法
（キュポラ炉）では、炉頂におけるＣＯ／ＣＯ₂ 比が高
く、炭材の燃焼エネルギーが十分利用されていないとい
う問題点があった。

【０００６】このような問題に対し特表平１−５０１４
０１号公報では、炉頂におけるＣＯ／ＣＯ₂ 比を低減す
る、すなわち炭材の燃焼エネルギーを十分に利用する技
術が開示されている。この方法によれば、図３に示すよ
うに鉄源と熱源（炭材）の装入位置（レベル）を変更
し、鉄源は竪型炉頂部から、熱源（炭材）は炉床上側部
から装入するため、シャフト部には熱源（炭材）が介在
せず、鉄源のみの充填層が形成される。この結果、シャ
フト部においてはＣＯ₂ ＋Ｃ→２ＣＯなる吸熱反応が生
じないため、炭材の燃焼エネルギーを有効に利用でき
る。

【０００７】しかしながら、この先行技術においては、
図３からも明らかなように、 （１）キュポラに代表される一般的な竪型炉と比較した
場合、装置構造が大幅に複雑となることに起因して、既
存の竪型炉（キュポラ炉）の小規模の改造では実現でき
ないので、新規に建設することが必要となり、その際に
は多額の設備投資が必要となる。 （２）シャフト部における充填物は鉄源のみで炭材が存
在しないことから、特に鉄源が鉄スラップの場合には、
高温ガスによる加熱を受けて変形、部分溶融し、そのた
め燃焼ガスの通気性が阻害されるのみならず、鉄スクラ
ップの融着により棚吊り現象が生じ、安定操業が困難と
なる場合がある。 （３）元来、竪型炉をスクラップ溶解炉として採用する
利点は、炭材の燃焼ガスで装入物が加熱できるため、燃
焼ガスの顕熱の有効利用が図れる点にあるが、この先行
技術においては、スクラップの加熱は可能であるが、炭
材の直接加熱はできない。すなわち、炭材燃焼ガスの顕
熱の有効利用が不十分となる。 等の問題点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の問題
を解決するために、すなわち、（１）炭材の燃焼エネル
ギーを有効に利用でき（すなわち、炉頂ＣＯ／ＣＯ₂ 比
を出来るかぎり低くでき）、（２）スクラップの変形、
部分溶融による竪型炉内での棚吊りが起こらず、（３）
鉄源であるスクラップと炭材であるコークス、石炭など
を燃焼ガス顕熱で出来るかぎり加熱（予熱）でき（すな
わち、炭材の燃焼ガス顕熱の有効利用が図られ）、
（４）その際に、既存のキュポラ等、竪型炉の小改造で
上記課題を達成できる、方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するものであり、炉下部に送風羽口を設けた竪型鉄
スクラップ溶解炉を用いて鉄スクラップを溶解し、溶
銑、あるいは溶鋼を製造するに際して、鉄源および炭材
各々の装入物の該溶解炉半径方向分布が、鉄源を炉壁側
に密に、また炭材を炉中心部に密になるよう、該鉄源及
びコークスを装入することを特徴とする竪型鉄スクラッ
プ溶解炉の操業方法である。

【００１０】

【００１１】

【作用】本発明の発明者らは、本発明の課題とする炉下
部に送風羽口を設けた竪型炉における鉄スクラップの溶
解方法について検討を行ったところ、 （１）鉄源として、鉄スクラップを使用する銑鉄製造方
法は、高炉法などの鉄鉱石を使用する方法と比較して、
酸化鉄を還元する必要がなく、加熱および溶解に必要な
熱を供給すれば良いため、エネルギー使用量が少なくて
済み経済的である。 （２）また、鉄スクラップの溶解において竪型炉の使用
は、熱源としてコークスなどの安価な炭材が使用でき、
加えて炉の特性上排ガス温度を低位にすることが可能で
あることから熱効率を向上でき、エネルギー使用量およ
びコストの両面で有利である。 （３）さらに熱源（炭材）の使用量低減の観点から前述
の先行技術である特表平１−５０１４０１号公報開示の
技術と同様に、ＣＯ₂ ガスと炭材中炭素との吸熱反応の
抑制（炉頂ガス組成ＣＯ／ＣＯ₂ を小さくすること）が
エネルギ効率向上の観点から重要であるとの結論に達し
た。

【００１２】そして、炉上から鉄源と熱源（炭材）を炉
内に装入する一般的な竪型炉の操業方法において、その
吸熱反応を抑制する方策として、 （ａ）例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すように、竪型炉
横断面における鉄源１ｂと熱源（炭材）１ａの装入場所
を出来るかぎり離すこと 、 （ｂ）それによって、スクラップ層の通気抵抗と炭材層
の通気抵抗（一般にスクラップ層の通気抵抗は炭材層の
通気抵抗の２／３である）に従い、炉下部での炭材の燃
焼で生成したＣＯ2 を多く含有する高温の燃焼ガスは炭
材層を余り通過せずにスクラップを予熱（加熱）して炉
頂ガスとして排出される。 （ｃ）その場合、スクラップ層の近傍に炭材層が存在す
ることは該高温の燃焼ガスの輻射で炭材を加熱（予熱）
できる。 （ｄ）その際、竪型炉横断面における鉄源と熱源（炭
材）の存在場所の条件としては、炉中心部に熱源（炭
材）１ａ、その炉壁側に鉄源１ｂ（図２（ａ）あるいは
図２（ｂ）でも良い）とする。

【００１３】本発明は、以上のような知見に基づきなさ
れたものである。すなわち、本発明において骨子となる
技術は、一般的に竪型炉内において生ずる炭材中の炭素
と高温排ガスに含まれるＣＯ₂ ガスとの吸熱反応の抑制
による熱効率向上の実現である。さらに詳しくは、竪型
炉下部に設置された羽口からの送風により、炉内の羽口
近傍レベルで空気中の酸素と炭材中の炭素とが反応によ
りＣＯガスが、さらにこのＣＯガスと空気中の酸素とが
反応しＣＯ₂ ガスが生成するわけであるが、このＣＯ₂
ガスが炉内を上昇し系外に排出される過程で、充填層中
の炭材と接触し、炭材中の炭素とＣＯ₂ ＋Ｃ→２ＣＯな
る吸熱反応が生ずるために、熱エネルギー的に不利とな
るのみならず、炭材の消費量が増加するため、エネルギ
ーの有効利用の観点から望ましくない。

【００１４】そこで、炭材の持つエネルギーの有効利用
の観点から上述の吸熱反応を抑制する方法として、竪型
炉内の鉄スクラップと炭材の装入方法について着目し
た。すなわち、竪型炉横断面における鉄スクラップと炭
材の装入方法を、例えば図１に示すように、中心部に炭
材１ａを、その外周部に鉄スクラップ１ｂを分布するよ
うに装入することで、炭材部分の通気抵抗が鉄スクラッ
プ部分と比較して大きいことから炭材部分の通気ガス流
量を大幅に減少可能であることが、本発明者らの検討の
結果明らかとなった。

【００１５】以上の装入方法の改善により、炭材とＣＯ
₂ ガスを含む排ガスとの反応量の低減が実現でき、炭材
の持つエネルギーを鉄スクラップの加熱、溶解に効率良
く利用できるという意味で有効である。

【００１６】

【００１７】

【実施例】

（実施例−１）図１は、本発明を好適に実施できる竪型
鉄スクラップ溶解炉の説明図である。図１に示すよう
に、装入原料である、炭材１ａとしてのコークスと鉄ス
クラップ１ｂと、さらに石灰石を竪型炉１に装入し、炉
体下部に設置した送風羽口２から酸素富化空気を送風す
ると共に、装入原料を連続的に装入、溶解して溶銑５を
製造する。

【００１８】本発明の一実施例として、竪型炉として５
ｔ／ｈの能力を有するキュポラを用いて１００ｔの鉄ス
クラップを溶解した。キュポラで使用した鉄スクラップ
は、サイズが２５〜１５０ｍｍのシュレッダー屑であ
り、炭材としては、サイズが２５〜７５ｍｍの高炉用コ
ークスを使用した。

【００１９】操業条件としては、キュポラへの鉄スクラ
ップとコークスの装入を図２（ｂ）に示すようにキュポ
ラ横断面において、中心部に炭材１ａその外周部に鉄ス
クラップ１ｂが分布するようにした。これらの原料の装
入方法として、竪型炉１の中心部に分布する炭材１ａ
は、竪型炉１の直上から直接炉内に装入し、竪型炉１の
外周部に分布する鉄スクラップ１ｂは、竪型炉１の上部
側壁よりシューターを介して炉内に装入した。

【００２０】得られる溶銑温度が１５４０±１０℃、溶
銑中炭素濃度が３．５±０．３％となるように炉上から
のコークス装入量を調整した。一方、送風羽口２から
は、空気を８０Ｎｍ³ ／ｍｉｎ、酸素を１．５Ｎｍ³ ／
ｍｉｎの割合で供給した。

【００２１】以上の実施例−１における操業の結果、コ
ークス原単位は６９ｋｇ／ｔとなり、炉頂ガスのＣＯ／
ＣＯ₂ は約０．０５であった。

【００２２】

【００２３】

【００２４】（比較例） また比較として、上記の実施例−１と同様の設備と微粉
炭の吹き込みを行う場合の操業条件に従うが、鉄スクラ
ップと高炉用コークスは、各々平面層状となるように交
互に装入した。この結果、コークス原単位で８２ｋｇ／
ｔ、微粉炭原単位で３０ｋｇ／ｔ、すなわち合計の炭材
原単位として１１２ｋｇ／ｔであった。また、炉頂ガス
のＣＯ／ＣＯ₂ は約１であった。

【００２５】すなわち、上述の実施例、比較例から明ら
かなように、本発明は、低炭材原単位、すなわち低エネ
ルギー使用量での鉄スクラップの溶解が可能となる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、竪型炉を用いて鉄スク
ラップの溶解を行うに際して、効率的操業に優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明を好適に実施できる竪型鉄スクラ
ップ溶解炉の縦断面の説明図である。

【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１のＡ−
Ａ矢視断面図であり、装入された鉄源と熱源の好ましい
竪型炉の半径方向の分布状況を示す。

【図３】図３（ａ）は従来例の鉄源溶解用高炉の縦断面
の説明図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図であ
る。

【符号の説明】

１ キュポラ １ａ 炭材 １ｂ 鉄スクラップ ２ 羽口 ３ 微粉炭 ４ 粉体吹き込み装置 ５ 溶銑

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−161104（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 1/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉下部に送風羽口を設けた竪型鉄スクラ
   ップ溶解炉を用いて鉄スクラップを溶解し、溶銑、ある
   いは溶鋼を製造するに際して、鉄 源および炭材各々の装入物の該溶解炉半径方向分布
   が、鉄源を炉壁側に密に、また炭材を炉中心部に密にな
   るよう、該鉄源及びコークスを装入することを特徴とす
   る竪型鉄スクラップ溶解炉の操業方法。