JP3699586B2

JP3699586B2 - 鉄系スクラップの溶解方法および装置

Info

Publication number: JP3699586B2
Application number: JP5130598A
Authority: JP
Inventors: 俊哉原田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: JPH11229026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器を用いて鉄系スクラップを効率的に溶解し、貯蔵溶鉄量を増加させる方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄系スクラップを溶解する方法としては、化石燃料を主体とする方法と電気を主体とする方法がある。前者はキューポラに代表されるように、炭材と酸素または空気を供給し、炭材の燃焼熱と浸炭によって鉄系スクラップを溶解し、主として溶鉄を製造するのに対し、後者は電気炉に代表されるように、主として溶鋼を製造する。
【０００３】
これらの溶解方法は多量の排ガスを放出し、排ガス保有顕熱がスクラップの溶解に寄与しないため、溶解効率の低下を招いている。近年、排ガス顕熱を有効に利用するため種々のスクラップ予熱炉の開発が試みられているが、溶解効率は高々６０％程度である。
【０００４】
一方、高炉から出銑した溶銑を転炉等の製鋼炉に装入する前に一旦貯蔵しておくための設備として混銑炉というものがある。これは、溶銑成分と温度の均一化や製銑−製鋼間の作業工程の調整等を行うため、高炉から出銑された溶銑を一旦貯蔵するのに使用されてきた。混銑炉は通常円筒形を横にした形状であり、炉体上部に受銑孔を、胴側壁に出銑孔を設けてある。炉体はローラーで支持し、出銑時および排滓時には前後に傾動できるようになっている。
【０００５】
上記混銑炉は一般的には溶銑を積極的に加熱するものではないが、特公昭５０−２５６６６号公報には、貯蔵した溶融金属を加熱することができる溝型誘導加熱装置を備えた誘導炉が示されている。これは、図３に示すように、中央溝路１３、中央溝路１３から二つに分岐する底部溝路１４、および二つの横溝路１５で二つの環状路を構成し、中央溝路１３を環状の鉄心１６で囲み、鉄心１６に一次巻線１７を巻き付けたものである。加熱に際しては、電源から一次巻線１７に交流電流を供給することにより、溶融金属１２が炉１１内から中央溝路１３を経て二つの底部溝路１４へ分岐し、その後各横溝路１５を経て炉１１内に還流する二つの循環流が形成され、溶融金属１２は循環中に加熱される。図２に示すように、この溝型誘導加熱装置２を例えば上記混銑炉に備えることも可能であり、そうすれば内容物を積極的に加熱することができる溶鉄貯蔵容器１となる。
【０００６】
このような溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器では、誘導電流を加熱手段とするため排出ガスは皆無であり、そのため８０％以上の高い溶解効率が得られる。また、溶鉄を直接誘導電流によって加熱する、すなわち被加熱体である溶鉄自体が発熱するため、電気炉のアークのように加熱部分が非常に高温となることもなく、１４００℃程度に収まるため、耐火物損耗についても有利である。
【０００７】
ただし、現在この溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器は混銑炉として使用されており、鉄系スクラップを投入して溶解するとしても、量的に溶銑の処理量に比べると圧倒的に少なく、溶銑の一次貯蔵という混銑炉本来の目的からみれば、第二義的なものにすぎなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
鉄系スクラップを積極的に溶解するという観点から溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器を用いることを考慮した場合、溶銑はなるべく少なく、できれば溶銑を追加しないで鉄系スクラップの溶解操業を行うことが望ましい。
【０００９】
ところで、高炉から出銑した溶銑には炭素が飽和濃度に近い約４．４％含まれているのに対し、鉄系スクラップの炭素濃度は０．２０％程度と低い。鉄−炭素系状態図から明らかなように、鉄の融点は炭素濃度によって大きく異なり、例えば１３００℃の溶鉄中に炭素濃度０．２０％程度で融点１５２０℃程度の鉄系スクラップを溶解させるためには、浸炭によって鉄系スクラップ表面の炭素濃度を高めて約４．４％とすることにより融点を１３００℃以下にする必要がある。そして、このようにして鉄系スクラップを溶解すると溶鉄全体の炭素濃度が低下してしまう。例えば、炭素飽和に近い［Ｃ］４．４％の溶銑１０００ｔに［Ｃ］０．２０％の鉄系スクラップを１００ｔ溶解させると、［Ｃ］は４．０％まで希釈されてしまう。一方、溶鉄中の炭素は転炉での処理に際しての重要な熱源ともなる。したがって、溶鉄中の［Ｃ］濃度を４．４％程度の高位に保つことは鉄系スクラップの溶解操業を連続して行う場合の基本的条件である。
【００１０】
従来のように溶銑の一次貯蔵を主目的とし、付随的に鉄系スクラップを溶解する場合には、炭素は高炉から出銑される溶銑により供給することができた。しかし、鉄系スクラップの溶解を主目的とする場合、炭素源を溶銑に頼ると、受銑回数が増えて溶銑装入時の放熱の無駄が増加し、また、受銑回数が増えると、溶鉄貯蔵量に限界があるため出銑回数も増加することになり、出銑時の放熱量の無駄も増加する。さらに、出銑回数の増加による出銑孔の耐火物損耗速度も増加することになる。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決した鉄系スクラップ溶解方法および装置を提供することを目的とする。すなわち、溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器において、溶銑の補充を減らして連続して鉄系スクラップを溶解することを可能とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の鉄系スクラップの溶解方法は、溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器に溶銑と鉄系スクラップを投入して溶解する際、粉状または粒状の炭材を鉄浴中に吹き込むことにより溶鉄中の炭素濃度を飽和濃度に維持しながら誘導加熱して鉄系スクラップを溶解することを特徴とする鉄系スクラップの溶解方法である。前記炭材としては、コークスまたは石炭を使用することができる。また、前記炭材は、不活性ガスをキャリアガスとして吹き込むことができる。
【００１３】
また、本発明の鉄系スクラップの溶解装置は、溶鉄貯蔵容器に溝型誘導加熱装置を備えるとともに、粉状または粒状の炭材を供給するために鉄浴に浸漬しない壁面に貫通孔を有し、さらに前記貫通孔から挿入し、先端を鉄浴内に浸漬して炭材を吹き込む耐火物ランスまたは消耗型パイプを備えたことを特徴とする鉄系スクラップの溶解装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明においては、溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器に鉄系スクラップを投入して溶解する際、粉状または粒状の炭材を鉄浴中に吹き込むことにより溶鉄中の炭素濃度を高位に維持する。例えば、前述の［Ｃ］４．４％の溶銑１０００ｔに［Ｃ］０．２０％の鉄系スクラップを１００ｔ溶解させる場合、４．２ｔの炭素分を粉状または粒状で添加することにより、鉄浴の炭素濃度を４．４％に維持することが可能となる。
【００１５】
本発明によれば、炭素の供給源を溶銑に依存しないので、溶銑の必要量が減少し、受銑・出銑回数を減らして無駄な放熱を抑えることができる。また、溶鉄貯蔵容器は、容器全体の耐火物があまり溶損していなくても、出銑により出銑孔の耐火物が部分的に溶損して寿命となるが、出銑回数が減少するので出銑孔の耐火物の溶損を防止し、溶鉄貯蔵容器全体の寿命を延長することができる。
【００１６】
炭素の供給方法としては、▲１▼スクラップと同時に袋詰めした粉炭を装入する方法、▲２▼塊状の炭素を投入する方法、▲３▼電極等の固体炭素棒を浸漬する方法等が考えられる。しかし、▲１▼の方法では、溝型誘導加熱装置の攪拌力が弱いために粉炭が浴面上に浮遊してしまい、▲２▼の方法でも、比重が軽いため浴面上に浮遊してしまい、いずれも溶解効率が低い。また、▲３▼の方法では、常時炭素棒を鉄浴中に浸漬することが可能であるが、必要炭素量が多い場合には、継ぎ足しが困難である。例えば、１６インチ炭素棒は長さ１ｍ当たり３２０ｋｇあるが、後述するように鉄系スクラップを６０ｔ／ｈ投入する場合、炭素の供給速度は４４ｋｇ／ｍｉｎとなり、８分足らずで１ｍの炭素棒を消費することになってしまう。したがって、粉状または粒状の炭材を直接鉄浴中に吹き込むことが最も効果的である。
【００１７】
炭材としては、例えばコークスや石炭を使用することができる。しかし、コスト等を考慮すると、石炭を使用するのが好ましい。
【００１８】
なお、炭材吹込量は以下の数１で決定する。
【００１９】
【数１】
Ｗ_C＝（Ｃ_i−Ｃ_s）/100×（Ｗ_S×1000/60 ）÷（ｑ/100）
ただし、炭材吹込量Ｗ_Cｋｇ／ｍｉｎ
鉄浴中炭素濃度Ｃ_i％（≒４．４％）
スクラップ中炭素濃度Ｃ_s％（≒０．２％）
スクラップ投入速度Ｗ_Sｔ／ｈ
炭材の炭素品位ｑ％
【００２０】
また、吹き込まれた炭材を速やかに溶解し、更にスクラップ表面における浸炭速度を高めると同時にスクラップ表面近傍での熱伝達係数を高めることが、スクラップ溶解をスムーズに進行させる要件となるが、これらに共通の対策は攪拌力の強化である。しかし、溝型誘導加熱装置だけでは溶鉄に十分な攪拌速度を与えることが非常に難しく、そのため攪拌力不足になりがちである。
【００２１】
この状況を改善するために、図１に示すように、耐火物ランス４または消耗型パイプ５を介して不活性ガスを吹き込むことが非常に効果的である。なお、鉄浴３の表面にはスラグが浮遊しているので、耐火物ランス４および消耗型パイプ５の先端を鉄浴３内に浸漬させることにより、炭材を鉄浴中に確実に吹き込むことにする。このときに注意すべき点は、ガス量が多すぎると排ガス顕熱ロスが増加し、溝型誘導加熱装置２による鉄系スクラップ溶解法の利点が損なわれること、また気泡が誘導加熱装置２の溝内に巻き込まれ、ピンチ効果で通電不可能に陥ることである。従って、これらの弊害を避けうるガス量と吹込位置を選定することが肝要である。
【００２２】
本発明の鉄系スクラップの溶解装置は、前記本発明の溶解方法を実施することができるように、図１に示すとおり、溶鉄貯蔵容器１に溝型誘導加熱装置２を備えるとともに、粉状または粒状の炭材を供給するために鉄浴３に浸漬しない壁面に貫通孔を有し、さらに前記貫通孔から挿入し、先端を鉄浴３内に浸漬して炭材を吹き込む耐火物ランス４または消耗型パイプ５を備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
【実施例】
図１（ａ）に示すように、１５００ｔ混銑炉に溝型誘導加熱装置２を備えた溶鉄貯蔵容器１の天井部に３００Ａの貫通孔を設け、その孔から先端を鉄浴３内に浸漬する２００Ａの耐火物ランス４とそれに付随するランス昇降台および粉体吹込タンク６を設けた。
【００２４】
溶鉄貯蔵容器１に炭素濃度４．４％、温度１３００℃の溶銑を９００ｔ充填した後、炭素濃度０．２％の鉄系スクラップをスクラップシュートで炉体上部に設けた装入孔から２０ｔずつ１時間に３回のペースで装入し、溝型誘導加熱装置２で加熱・溶解した。出湯による炉傾動時期を除く稼働時間帯において、前記ランス４を炉内の鉄浴３内に先端５００ｍｍ程度浸漬し、先端部側面に設けた１０ｍｍφの２個の吹込孔から炭素品位８０％、粒径１ｍｍ以下の粉炭を５３ｋｇ／ｍｉｎで吹き込んだ。そのときのキャリアガスは窒素４．２Ｎｍ³／ｍｉｎ（固気比１０）であった。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、５時間後に溶鉄貯蔵容器１内の溶銑量が１２００ｔになった時点で、３００ｔの出銑を行った。この時、図４（ｂ）に示すように、出銑された溶湯の炭素濃度は４．４％が維持されていた。
【００２６】
一方、炭材を吹き込まない従来のスクラップ溶解方法においては、スクラップ投入による炭素濃度の希釈低下を防ぐために、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、炭素濃度４．４％の溶銑３００ｔを１時間に１回、溶鉄貯蔵容器に装入し、且つその直後に貯銑量超過を防ぐために３００ｔの溶銑を出銑していた。そのため、５時間の間に４回の溶銑装入と出銑を繰り返し、溶銑装入時には１０℃、出銑時には２０℃の溶銑温度の低下が認められた。従って、５時間の間に１２００ｔの溶銑が３０℃の温度低下を受けることになり、その放熱損失分約７８００Ｍｃａｌが本発明により節約されたことになる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、鉄系スクラップの溶解に際し、炭素を供給するための溶銑の必要量が減少し、受銑回数が減る結果、受銑・出銑時の無駄な放熱が減少する。また、出銑孔の耐火物の溶損を防止して、溶鉄貯蔵容器全体の寿命を延長することができる。さらに、溶銑中の［Ｃ］を高位安定化させられるため、溶鉄の潜熱を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶解方法の例を示す図である。
【図２】混銑炉に溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器の例を示す図である。
【図３】溝型誘導加熱装置を示す図である。
【図４】実施例における溶鉄貯蔵容器内の貯銑量および溶鉄中の炭素濃度を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１溶鉄貯蔵容器
２溝型誘導加熱装置
３鉄浴
４耐火物ランス
５消耗型パイプ
６粉体吹込タンク
７受銑孔
８装入孔
１１炉
１２溶融金属
１３中央溝路
１４底部溝路
１５横溝路
１６鉄心
１７一次巻線

Claims

溝型誘導加熱装置を備えた溶鉄貯蔵容器に溶銑と鉄系スクラップを投入して溶解する際、粉状または粒状の炭材を鉄浴中に吹き込むことにより溶鉄中の炭素濃度を飽和濃度に維持しながら誘導加熱して鉄系スクラップを溶解することを特徴とする鉄系スクラップの溶解方法。
前記炭材がコークスまたは石炭である請求項１記載の鉄系スクラップの溶解方法。
不活性ガスをキャリアガスとして前記炭材を吹き込む請求項１または２記載の鉄系スクラップの溶解方法。
溶鉄貯蔵容器に溝型誘導加熱装置を備えるとともに、粉状または粒状の炭材を供給するために鉄浴に浸漬しない壁面に貫通孔を有し、さらに前記貫通孔から挿入し、先端を鉄浴内に浸漬して炭材を吹き込む耐火物ランスまたは消耗型パイプを備えたことを特徴とする鉄系スクラップの溶解装置。