JP4772436B2 - 転炉製鋼におけるダスト利用方法及びダスト溶解専用転炉の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、固形含鉄冷材を原料とし、溶解専用転炉と精錬専用転炉を用いて溶鋼を得る転炉精錬法に関し、これら転炉で発生するダストの利用方法及び予備還元ダスト溶解専用転炉の操業方法に関するものである。

粒銑、型銑、製鉄所発生スクラップ等の固形含鉄冷材を原料とする転炉製鋼法として、従来、種湯の存在する溶解専用転炉に含鉄冷材、炭材、酸素を供給して、溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉での所要精錬量の合計量の高炭素溶鉄を得、この高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得る転炉製鋼法が知られており、また、溶解専用転炉で使用する炭材の硫黄含有量が高くて、高炭素溶鉄の硫黄含有量が高い場合、精錬専用転炉で酸素精錬前に、取鍋で脱硫処理することも知られている（特許文献１）。

このような全量含鉄冷材を原料とする溶解専用転炉と精錬専用転炉からなる製鋼法において、溶解専用転炉と精錬専用転炉で鉄分を主成分するダストの発生を皆無にできない。従って、溶解専用転炉と精錬専用転炉で発生する鉄分を主成分するダストを効率的にリサイクルすることにより、ダストの処理問題を解決すると共に鉄歩留りを向上させる必要がある。

特許文献２には、溶解専用転炉と精錬専用転炉で発生するダストと１５％までの石灰分あるいは、３５％までの炭材を複合させて皿型造粒法、圧縮成形法等で塊成化し、転炉上方より自然落下により装入、再使用するに際し、転炉内ガス発生による上昇ガス流のために転炉外に逸散を防止するため、溶解専用転炉では粒度１０ｍｍ以上、精錬専用転炉では粒度５ｍｍ以上の塊成化ダストを再使用する方法が提案されている。この方法によれば、発生ダストの処理の問題を解決できると共に発生ダストを鉄分として効率的に回収可能であり、有益である。

溶解専用転炉や精錬専用転炉で発生するダストは純酸素を供給、例えば上吹きを行っていることから、鉄分の大部分は酸化されている。酸化鉄、例えば酸化第一鉄を還元して溶融するには、純鉄の約４倍の熱量が理論的に必要となる。従って、酸化鉄を含む塊成化ダストを、例えば溶解専用転炉にリサイクルすると、溶鉄を製造するために必要な熱量は、塊成化ダストをリサイクルしない場合に比べて増加する。

一方、酸素供給設備能力、炭材供給設備能力、集塵排ガス処理設備能力によって、溶解専用転炉の炉内熱供給速度（酸素供給速度、炭材供給速度）の上限は固定されているので、溶鉄を製造するために必要な熱量の増加により溶鉄の生産速度は低下してくる、という問題点がある。また、上述の還元に必要な熱源として純酸素と炭材、例えば石炭との燃焼熱を用いるために、その分だけ酸素、炭材原単位が増加し、炭材例えば石炭中のＳによる製造溶鉄中〔Ｓ〕の増加が問題となる。

特許文献３には、図３にフローを示すように、溶解専用転炉１及び精錬専用転炉３で発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉８で高温加熱して内装炭材を還元材として予備還元後、高温状態で含鉄冷材の一部として種湯の存在する溶解専用転炉１に供給し再使用するダスト利用方法が開示されている。これにより、塊成化ダストを予備還元後、高温状態で溶解専用転炉に供給するため、溶解専用転炉１に還元熱源としての酸素と炭材の供給量が低減され、酸素、炭材原単位が低減されるので、溶鉄の生産性の低下を抑制でき、また製造溶鉄中〔Ｓ〕の増加を抑制できる。

特公平４−１１６０３号公報 特公平４−３８８１３号公報 特開２０００−４５０１２号公報

特許文献３に記載の方法において、予備還元したダストの金属化率は１００％ではない。特許文献３には、還元温度を上げる、あるいはダストへの内装石炭量比率を上げることで金属化率を上げられることが記載されているが、還元温度を上げることは予備還元炉の生産性低下や予備還元に要するエネルギー原単位の悪化を引き起こし、内装石炭量比率を上げることは予備還元ダスト塊の粉化を引き起こし、更にそれに伴い溶解専用転炉への予備還元ダスト投入時の飛散ロスの増加を引き起こす。予備還元炉の生産性確保、予備還元ダストの溶解専用転炉への投入時の飛散ロス防止を両立するには、原料ダスト成分にもよるが、金属化率を８０〜８５％程度とすることが好ましい。そうすると、たとえ８０〜８５％まで金属化されているとはいっても、予備還元ダストを溶解専用転炉に供給して溶解するに際し、金属化されていない残りの１５〜２０％分を金属化しかつ必要な熱を確保するために余剰の酸素と炭材を供給することが必要となり、溶鉄の生産速度を低下させる要因となる。

また、特許文献３では予備還元ダストの供給方法として、炉傾動を行なって炉口から一括投入する方法を採っているが、この方法においては、投入直後の酸化鉄の還元吸熱による種湯温度低下や凝固を回避するために、予備還元ダスト使用量の上限制約を設ける必要が生じてしまう。

本発明は、固形含鉄冷材を原料とし溶解専用転炉と精錬専用転炉を用いて溶鋼を得るに際し、これら転炉で発生するダストを予備還元して溶鉄原料とする転炉精錬法において、溶鉄の生産速度を低下させずに予備還元ダストを用いることのできるダスト利用方法及び予備還元ダスト溶解専用転炉の操業方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）第１溶解専用転炉１、鉄源として予備還元ダストのみを使用する予備還元ダスト溶解専用転炉（以下「第２溶解専用転炉９」ともいう。）、精錬専用転炉３、予備還元炉８を設け、種湯の存在する第１溶解専用転炉１に含鉄冷材、炭材、酸素を供給して、第１溶解専用転炉１での所要種湯量と精錬専用転炉３に供給する溶銑量の合計量の高炭素溶鉄を得、種湯の存在する第２溶解専用転炉９に予備還元ダスト、炭材、酸素を供給し、第２溶解専用転炉９での所要種湯量と精錬専用転炉３に供給する溶銑量の合計量の高炭素溶鉄を得、これら高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉３で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得、第１溶解専用転炉、第２溶解専用転炉及び精錬専用転炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉８で高温加熱して内装炭材を還元材とした予備還元を行い、予備還元ダストとして第２溶解専用転炉９に供給することを特徴とする転炉製鋼におけるダスト利用方法。
（２）予備還元ダストを第２溶解専用転炉９に装入するに当たり、少なくとも溶解期間中２分以下のサイクルで予備還元ダストの分割装入，もしくは連続装入を行なうことを特徴とする上記（１）に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
（３）第２溶解専用転炉９での上吹きランスとスラグ面との間の距離を２．０〜３．０ｍとすることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
（４）鉄源として予備還元ダストのみを使用し、種湯の存在する予備還元ダスト溶解専用転炉に、予備還元ダスト、炭材、酸素を供給し、予備還元ダスト溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉に供給する溶銑量の合計量の高炭素溶鉄を得る予備還元ダスト溶解専用転炉の操業方法において、予備還元ダスト溶解専用転炉及び溶解専用転炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材を還元材とした予備還元を行い、予備還元ダストとして前記予備還元ダスト溶解専用転炉に供給すると共に、予備還元ダストを予備還元ダスト溶解専用転炉に装入するに当たり、少なくとも溶解期間中に２分以下のサイクルで予備還元ダストの分割装入、もしくは連続装入を行ない、予備還元ダスト溶解専用転炉での上吹きランスとスラグ面との間の距離を２．０〜３．０ｍとすることを特徴とする予備還元ダスト溶解専用転炉の操業方法。

本発明は、主原料の含鉄冷材を溶解する第１溶解専用転炉とは別に予備還元ダスト溶解専用転炉（第２溶解専用転炉）を設け、第２溶解専用転炉で予備還元ダストを溶解するので、第１溶解専用転炉で予備還元ダストを完全金属化するために余剰に酸素・炭材を使用する必要がなくなり、第１溶解専用転炉の溶鉄生産速度を向上することが可能となる。

また、精錬専用転炉の生産能力に余裕が存する場合には、第１溶解専用転炉に加えて第２溶解専用転炉でも溶鉄を生産することにより、全体としての溶鋼生産能力を向上することが可能となる。

さらに、第２溶解専用転炉において予備還元ダストを一括投入ではなく逐次投入することにより、溶解初期の種湯温度低下、着炭不良、投入主原料の未溶解といった操業ばらつきの発生を低減することが可能となる。

図１に本発明の実施の形態の一例を示すプロセスフローを示す。

種湯の溶融鉄および溶融スラグが存在している第１溶解専用転炉１の炉内に、粒銑、型銑、製鉄所発生スクラップ等の固形含鉄冷材を供給し、例えば酸素上吹きランスから酸素が、底吹きノズルから非酸化性ガス、例えば窒素ガスをキャリアーガスとして石炭が吹き込まれ、これによって供給した固形含鉄冷材を溶解する。

この第１溶解専用転炉１にて製造した高炭素溶鉄は、種湯分を炉内に残湯させて取鍋に出湯する。必要に応じて溶融スラグの一部を排滓する。出湯、排滓のための傾動時、含鉄冷材の一括装入時等の含鉄冷材の非溶解時には、底吹きノズルの閉塞を防止するため、底吹きノズルから非酸化性ガスが吹き込まれる。

本発明では、種湯の存在する予備還元ダスト溶解専用転炉（第２溶解専用転炉９）に予備還元ダスト、炭材、酸素を供給し、第２溶解専用転炉９での所要種湯量と精錬専用転炉３に供給する溶銑量の合計量の高炭素溶鉄を得る。この第２溶解専用転炉９については後で詳述する。

第１溶解専用転炉１から取鍋に出湯された高炭素溶鉄は、第２溶解専用転炉９で溶解した高炭素溶鉄とともに、ＫＲ、インジェクション等の脱硫設備２にて脱硫される。脱硫後の高炭素溶鉄は、精錬専用転炉３に装入されて酸素供給され脱炭処理する。この精錬専用転炉３は、例えば一般的な上底吹き転炉を用いている。

このような第１溶解専用溶転炉１、第２溶解専用転炉９、精錬専用転炉３でそれぞれ発生するダストは、図１のプロセスフローに示すように、ＯＧ方式の湿式集塵装置４にて回収され、ダストスラリーとなり、さらにフィルタープレス５による脱水後、塊成化装置６、例えばパンペレタイザーにバインダーとして石灰、還元材として石炭を追加混合して供給し、これによって、ペレット化される。この際、後述する、乾燥、加熱還元後、熱間にて溶解専用転炉に装入する際、炉内上昇ガス流で飛散してロスとならない粒径、例えば１０ｍｍ以上にする。製造ペレットは、乾燥炉７に装入される。乾燥後、引き続き、例えば、予備還元炉８として回転炉床型予備還元炉を用い、空気−ＬＮＧバーナー加熱雰囲気で内装石炭を還元材として加熱還元され、予備還元ダストが製造される。なお、本発明においては複数の予備還元炉８を装備していても溶鉄の生産能力を増大させることが可能である。

例えば、ダスト組成：Ｔ．Ｆｅ＝６２％、Ｍ．Ｆｅ＝２１％、ＦｅＯ＝３４％，Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＝２２％のダストを用い、石炭内装量を１０％、バインダー（石灰）量：１０％、粒径：１０〜１５ｍｍ、水分：１％以下のダストペレットとし、回転炉床型予備還元炉にて１２００〜１３００℃で予備還元すれば、金属化率８０〜８５％前後に予備還元された予備還元ダストを製造することができる。

このように製造した予備還元ダストを、特許文献３に記載のように第１溶解専用転炉１の原料の一部として使用する場合を考える。

第１溶解専用転炉１での予備還元ダスト使用原単位を１００ｋｇ／ｔｏｎ、予備還元ダストの装入温度を１０００℃としたとき、予備還元ダストの金属化率と第１溶解専用転炉１での酸素原単位、石炭原単位との関係を図２に示す。図２から明らかなように、予備還元ダストの金属化率が１００％のときと比較し、金属化率が低くなるほど第１溶解専用転炉１での酸素原単位と石炭原単位が増大することが明らかである。第１溶解専用転炉１での溶解所要時間は、酸素原単位や石炭原単位が増大するにともなって増大するから、投入する予備還元ダストの金属化率が８０〜８５％程度であるということは、それによって第１溶解専用転炉１の酸素原単位と石炭原単位が増大し、結果として溶解所要時間が増大して第１溶解専用転炉１の生産性を悪化させる原因となることがわかる。

本発明においては、第１溶解専用転炉１とは別に予備還元ダスト溶解専用転炉（第２溶解専用転炉９）を用意し、予備還元ダストはこの第２溶解専用転炉９において溶解することを特徴とする。第１溶解専用転炉１では予備還元ダストを溶解しないため、予備還元ダストに含まれる酸化鉄起因の酸素原単位の増大及び石炭原単位の増大を防止することができるので、第１溶解専用転炉１での溶鉄生産性を向上することが可能となる。

さらに、本発明においては、溶鉄の生産を第１溶解専用転炉１と第２溶解専用転炉９の２つで分担し、予備還元ダスト以外の含鉄冷材については第１溶解専用転炉１で溶解し、予備還元ダストはもっぱら第２溶解専用転炉９で溶解するので、第１溶解専用転炉１のみで予備還元ダストを含む含鉄冷材のすべてを溶解する特許文献３に記載の方法と比較し、溶鉄の生産能力を増大する結果を得ることができる。

第１溶解専用転炉１と精錬専用転炉３として、同じ炉容の転炉を用いる場合が一般的である。同一炉容の転炉を３基有する転炉工場において、そのうちの２基を第１溶解専用転炉１として用い、残りの１基を精錬専用転炉３として用いた場合、２基の第１溶解専用転炉１を用いての溶鉄の生産能力は、１基の精錬専用転炉３をフル生産した場合の溶鉄所要量を賄う能力に足りない。従って、特許文献３に記載の方法においては、精錬専用転炉３が生産余力を残した状態での製造を余儀なくされる。このような場合、本発明のように第２溶解専用転炉９を用意して予備還元ダストの溶解を第２溶解専用転炉９に任せることとすると、第１溶解専用転炉２基のみで溶鉄を生産した場合と比較して合計溶鉄生産量を増大することができ、それでも精錬専用転炉３については生産余力を用いることによってすべての生産溶鉄を原料として精錬を行うことが可能である。結果として、既存の３基転炉を保有する転炉工場において３基の転炉をより有効活用して溶鋼生産能力を増大することが可能となる。

予備還元ダストは、高温ペレットの状態で第２溶解専用転炉９に装入される。装入の態様としては、種湯の存在する第２溶解専用転炉９へ一括あるいはまとめて装入し、その後酸素、石炭を供給して溶鉄とする方法と、種湯が存在し酸素、石炭を供給している炉内に逐次装入し、装入しつつ溶解して溶鉄とする方法とを採用することができる。以下、順次説明する。

第２溶解専用転炉９に装入する予備還元ダストは、前述のとおり金属化率が８０〜８５％前後であり、１５〜２０％前後の酸化鉄を含んでいる。第２溶解専用転炉内にてこの酸化鉄を還元するには、金属化鉄を溶解するのに比較して約４倍のエネルギーが必要である。そのため、上記のように予備還元ダストを溶解前一括装入すると、溶解初期の種湯温度低下、着炭不良、予備還元ダストの未溶解といった操業ばらつきが発生しやすい。

本発明においては、溶解前一括装入ではなく、種湯が存在し酸素、石炭を供給している炉内に予備還元ダストを逐次装入し、装入しつつ溶解して溶鉄とする方法を用いるとより好ましい。これにより、第２溶解専用転炉内の溶鉄温度を急激に低下させることなく、溶解を進行させることができる。その結果、溶解初期の種湯温度低下がなくなるので、着炭不良や予備還元ダストの未溶解といった操業ばらつきを低減しやすくなる。

予備還元ダストを第２溶解専用転炉９に逐次装入する方法としては、好ましくは溶解期間中に予備還元ダストを連続装入すると良い。ただし、連続装入ではなくても、少なくとも溶解期間中に２分以下のサイクルで予備還元ダストの分割装入を行なうこととすれば、溶解期間中の溶鉄温度変動に起因する操業ばらつきや、酸化鉄の還元時に発生するＣＯガスに起因する排ガス風量の変動等を抑制することができる。

この第２溶解専用転炉９にて製造した高炭素溶鉄は、種湯分を炉内に残湯させて取鍋に出湯する。必要に応じて溶融スラグの一部を排滓する。出湯、排滓のための傾動時、含鉄冷材の一括装入時等の含鉄冷材の非溶解時には、底吹きノズルの閉塞を防止するため、底吹きノズルから非酸化性ガスが吹き込まれる。取鍋に出湯された高炭素溶鉄は、前述の第１溶解専用転炉で製造された高炭素溶鉄と共に、引き続き、ＫＲ、インジェクション等の脱硫設備２にて脱硫される。脱硫後の高炭素溶鉄は、精錬専用転炉３に装入されて酸素供給され脱炭処理する。

第２溶解専用転炉９において上吹きランスによって送酸を行うに際し、上吹きランスとスラグ面との間の距離に好適範囲が存在する。以下詳細に説明する。

第２溶解専用転炉９においては、種湯の存在する炉内に予備還元ダストを供給し、さらに炭材を供給しつつ炉内のＣを酸素で燃焼させてその燃焼熱により予備還元ダストを溶解する。ここにおいて、できるだけＣを完全燃焼に近いところまで燃焼させ、大きな燃焼熱を得て、かつその熱を効率よく溶銑に伝えることが、少ない炭材・酸素原単位で効率よく予備還元ダストを溶解するためのカギとなる。

ここでは、以下のように二次燃焼率、着熱効率、溶銑入熱速度を定義する。
二次燃焼率（ＰＣＲ）＝排ガス中ＣＯ₂量／排ガス中（ＣＯ＋ＣＯ₂）量×１００
着熱効率η＝溶銑入熱量／（一次燃焼発熱量＋二次燃焼発熱量）×１００
（一次燃焼：Ｃ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ，二次燃焼：ＣＯ＋１／２Ｏ₂→ＣＯ₂ ）
溶銑入熱量＝溶銑顕熱量＋酸化鉄還元熱量＋浸炭熱量

上記より、炉内のＣの燃焼エネルギーを効率良く利用するには、二次燃焼率を上げることで単位Ｃ当たりの燃焼発熱総量を上げる、あるいは排ガス等への熱ロスを抑制し着熱効率ηを上げる、ことで溶銑入熱量を上げることが有効である。本発明においては、第２溶解専用転炉での上吹きランスとスラグ面との間の距離を２．０〜３．０ｍとすることにより、二次燃焼率と着熱効率とのバランスを最適化し、溶銑入熱速度を最も高い値とすることが可能となる。

二次燃焼率に着目すると、上吹きランスとスラグ面との間の距離を大きくするほど、二次燃焼（ＣＯ→ＣＯ₂の燃焼）を促進し、高い二次燃焼率を得ることができる。一方、着熱効率に着目すると、上吹きランスとスラグ面間距離が短いときには、二次燃焼率が低いことに起因して排ガス量が多くなり、排ガス顕熱ロスによって着熱効率が低くなる。これに対し、上吹きランスとスラグ面間距離が２．０ｍ以上であれば、二次燃焼率低下及び着熱効率低下の影響を受けることなく、高い溶銑入熱速度を実現することが可能となる。

一方、上吹きランスとスラグ面間距離が大きくなり過ぎると、二次燃焼率は上昇するものの、二次燃焼率の上昇に伴って排ガス温度が過剰に上昇し、溶銑温度に対する過熱度が上昇する。この過熱度が排ガス顕熱ロスとなり、全体として着熱効率がかえって低下してしまう。これに対し、上吹きランスとスラグ面間距離が３．０ｍ以下であれば、排ガス顕熱ロスに起因する着熱効率低下の影響を受けることなく、高い溶銑入熱速度を実現することが可能となる。

１００トン規模の上底吹き転炉を３基準備し、そのうちの２基を第１溶解専用転炉１、１基を精錬専用転炉３とした。さらに本発明例１で用いる第２溶解専用転炉９として、５０トン規模の上底吹き転炉を１基準備した。また予備還元炉８として、回転炉床型予備還元炉２基を準備した。

図１に基づいて本発明例１を説明する。

本発明例１では、予備還元ダストを除く含鉄冷材（スクラップなど）を種湯が存在する第１溶解専用転炉１に供給し、炉内に石炭を吹き込むと共に酸素を供給し含鉄冷材を溶解し高炭素溶鉄を得ると共に、予備還元ダストを種湯が存在する第２溶解専用転炉９に供給し、炉内に石炭を吹き込むと共に酸素を供給し含鉄冷材を溶解し高炭素溶鉄を得る。得られた高炭素溶鉄について引き続き脱硫設備２で脱硫処理を行い、精錬専用転炉３にて脱炭処理を実施した。

この際に、第１溶解専用溶転炉１、第２溶解専用転炉９、精錬専用転炉３でそれぞれ発生するダストは、ＯＧ方式の湿式集塵装置４にて回収され、ダストスラリーとなり、さらにフィルタープレス５による脱水後、塊成化装置６であるパンペレタイザーにバインダーとして石灰、還元材として石炭を追加混合して供給し、これによって、１０〜１５ｍｍの粒径にペレット化される。ペレット内の内装炭材量を１０〜１５％とする。製造ペレットは、乾燥炉７に装入される。水分１％以下に乾燥後、引き続き予備還元炉８として回転炉床型予備還元炉を用い、空気−ＬＮＧバーナー加熱した１２５０〜１３００℃雰囲気で内装石炭を還元材として加熱還元され、金属化率８２％に予備還元した予備還元ダストが製造される。

予備還元炉８で製造された予備還元ダストは第２溶解専用転炉９に装入される。本発明例１においては、第２溶解専用転炉９が予備還元炉８に隣接して設置される。予備還元炉８から抽出した予備還元ダストとしての高温ペレットは、スキップコンベアに貯留され、スキップコンベアごと２分以下の短い間隔で第２溶解専用転炉９の炉頂に運搬され、溶解中の第２溶解専用転炉内に逐次投入される。

まず第１溶解専用転炉１について、具体的な溶解手順や操業条件の説明を行う。前ヒートの種湯１０８トンが存在する第１溶解専用転炉１（上吹きランスおよび６本の底吹き羽口を装備）において、炉を傾動してスクラップ５６トンを装入し、引き続き上吹きランスからの酸素上吹きを開始して、約５４トンの溶鉄を製造した。この際６本の底吹き羽口から、１．５ｍｍ以下の粒度の無煙炭を窒素ガスをキャリアーガスとして平均６００ｋｇ／ｍｉｎの速度で吹込んだ。なお、上吹きランスからの酸素供給流量は２５０００Ｎｍ³／ｈｒである。

溶解中にはスラグ組成制御用の副原料として生石灰、軽焼マグネサイトを投入している。操業中の二次燃焼率は、ランス高さを制御することにより平均２５％で制御できた。操業時間は約２７分であった。溶解終点の〔Ｃ〕は４．３％、温度は１３８０℃であり、溶解操業は順調に推移した。溶解完了後に溶鉄５４ｔを取鍋に払い出した。

次に第２溶解専用転炉９について、具体的な溶解手順や操業条件の説明を行う。前ヒートの種湯５０トンが存在する第２溶解専用転炉９（上吹きランスおよび２本の底吹き羽口を装備）において、酸素上吹きを開始して、炉上から１分間隔で各々約１ｔの予備還元ダスト（温度８５０℃）を合計で３７ｔ連続添加して、約２６トンの溶鉄を製造した。この際２本の底吹き羽口から、１．５ｍｍ以下の粒度の無煙炭を窒素ガスをキャリアーガスとして平均２００ｋｇ／ｍｉｎの速度で吹込んだ。なお、上吹きランスからの酸素供給流量は１００００Ｎｍ³／ｈｒである。

溶解中にはスラグ組成制御用の副原料として生石灰、軽焼マグネサイトを投入している。操業中の二次燃焼率は、ランス高さを制御することにより平均２５％で制御できた。溶解時間は約３９分であった。溶解終点の〔Ｃ〕は４．３％、温度は１４００℃であり、溶解操業は順調に推移した。溶解完了後に溶鉄２６ｔを取鍋に払い出した。

第１溶解専用転炉１で２回繰り返して製造した溶鉄と、第２溶解専用転炉９で製造した溶鉄２６ｔとを合計し、１３４トンとなった高炭素溶鉄を取鍋に受け、炉外の脱硫設備２にて２５％Ｍｇと７５％石灰との混合粉を吹き込んで溶銑〔Ｓ〕＝０．００８％まで脱硫処理した。さらに、脱硫処理後の溶銑を取鍋から精錬専用転炉３に注入して、酸素吹錬により脱炭処理を実施した。主な結果を表１中の本発明例１として記載した。

次に、図３に基づいて比較例１を説明する。

比較例１では、第２溶解専用転炉を用いず、予備還元ダストを含む含鉄冷材を種湯が存在する第１溶解専用転炉１に供給し、炉内に石炭を吹き込むと共に酸素を供給し含鉄冷材を溶解し高炭素溶鉄を得る。予備還元炉８で製造した予備還元ダストは、取鍋によって第１溶解専用転炉まで運ばれる。

前ヒートの種湯１０８トンが存在する第１溶解専用転炉１（上吹きランスおよび６本の底吹き羽口を装備）において、炉を傾動して、スクラップ４５トン及び予め取鍋に入れておいた８５０℃の予備還元ダスト１６トンを炉に装入し、引き続いて、酸素上吹きを開始して、約５４トンの溶鉄を製造した。第１溶解専用転炉のその他の操業条件は上記本発明例１と同様である。溶解時間は２９分であった。溶解終点の〔Ｃ〕は４．３％、温度は１３８０℃であった。溶解完了後に溶鉄５４ｔを取鍋に払い出した。

第１溶解専用転炉１で２回繰り返して製造した溶鉄を合計し、１０８トンとなった高炭素溶鉄を取鍋に受け、本発明例１と同様の条件で脱硫処理した。さらに、脱硫処理後の溶銑を取鍋から精錬専用転炉３に注入して、酸素吹錬により脱炭処理を実施した。主な結果を表１中の比較例１として記載した。

表１において、酸素原単位指標は、比較例１の酸素原単位を１００とした場合の比較値である。また生産性（Ｔ／Ｈ）については非溶解時間を除いて評価している。

第１溶解専用転炉１の溶解結果について本発明例１と比較例１とを対比すると、比較例１は予備還元ダストを１６ｔ溶解したのに対して本発明例１は予備還元ダストを溶解しなかったので、同じ５４ｔの溶銑を製造するに際し、溶解時間が２９分から２７分に短縮し、その結果として生産性が１１３Ｔ／Ｈから１２０Ｔ／Ｈに向上した。

さらに、本発明例１では第１溶解専用転炉１とは別の第２溶解専用転炉９を用いて予備還元ダストを溶解して溶銑を製造しているので、第１溶解専用転炉１と第２溶解専用転炉９とを合計すると、溶銑の生産性として１６０Ｔ／Ｈを実現することができた。

上記実施例１の本発明例１においては、第２溶解専用転炉への予備還元ダスト装入を、炉上から１分サイクルで毎回１．０トン投入する分割装入方法にて行ない、合計３７トンの予備還元ダストから約２６トンの溶鉄を製造した。本実施例２においては、予備還元ダストの投入サイクルと１回当たりの投入量とを種々変更し、各々の投入条件において、ほぼ同一の送酸条件，石炭吹込み条件にて連続操業を行ない、操業ばらつきの評価を行った。なお、ここでの歩留とは以下の式で定義されるものである。
歩留（％）＝溶銑製造量／予備還元ダスト投入量×１００

表２に示す本発明例２−１〜３は、それぞれ投入サイクルが１分、２分、３分サイクルとなっており、それぞれのサイクルで投入する予備還元ダストの量は、サイクルが長くなるほど多くなっている。その結果として、投入サイクルが短くなるほど原料投入毎の溶銑温度降下量は少なくなり、また吹き止め［Ｃ］濃度のばらつき、吹き止め温度のばらつき、歩留のばらつきのいずれも、投入サイクルが短くなるほど良好な値となっている。

表２には、参考例２として、第１溶解専用転炉への予備還元ダストの一括装入の結果が示されている。一括装入の結果として溶銑温度は最大２００℃も降下していることがわかる。

５０トン規模の上底吹き転炉を第２溶解専用転炉として用い、種湯量５０ｔに予備還元ダストを１分サイクルで毎回１．０トン装入しつつ予備還元ダストを溶解した。上吹きランスノズルとしては４孔のノズル径２０ｍｍφのものを用い、送酸速度は１００００Ｎｍ³／ｈとした。この際、底吹き羽口から無煙炭を平均２００ｋｇ／ｍｉｎの速度で吹込んだ。

上吹きランスとスラグ面との間の距離を１．５ｍから３．５ｍまで０．５ｍピッチで変化させ、各距離毎、二次燃焼率、着熱効率、溶銑入熱速度を測定した。結果を表３に示す。

表３の結果から明らかなように、ランスとスラグ面との間の距離が２．０〜３．０ｍの範囲において、溶銑入熱速度が高い値となった。

ランスとスラグ面との間の距離が１．５ｍの場合については、二次燃焼率と着熱効率のいずれも低い値となった。ランスからスラグ面までの距離が短いために二次燃焼率が低い値となり、その結果として排ガス量が多く、排ガス顕熱ロスも増大したために着熱効率が低下し、それら効果が相乗して溶銑入熱速度が低下したものと考えられる。

ランスとスラグ面との間の距離が３．５ｍの場合については、二次燃焼率は高い値であったが、着熱効率が低下し、結果として溶銑入熱速度が低下した。二次燃焼率の上昇に伴って排ガス温度が上昇して溶銑温度に対する過熱度が増大し、排ガス顕熱ロスが増加して着熱効率が低下したものと考えられる。

本発明のプロセスフローを示す図である。 予備還元ダストの金属化率と溶解専用転炉での酸素原単位、石炭原単位、生産性との関係を示す図である。 従来のプロセスフローを示す図である。

符号の説明

１ 第１溶解専用転炉（溶解専用転炉）
２ 脱硫設備
３ 精錬専用転炉
４ 湿式集塵装置
５ フィルタープレス
６ 塊成化装置
７ 乾燥炉
８ 予備還元炉
９ 第２溶解専用転炉

Claims (4)

1. 第１溶解専用転炉、鉄源として予備還元ダストのみを使用する予備還元ダスト溶解専用転炉（以下「第２溶解専用転炉」ともいう）、精錬専用転炉、予備還元炉を設け、
   種湯の存在する第１溶解専用転炉に含鉄冷材、炭材、酸素を供給して、第１溶解専用転炉での所要種湯量と精錬専用転炉に供給する溶銑量の合計量の高炭素溶鉄を得、種湯の存在する第２溶解専用転炉に予備還元ダスト、炭材、酸素を供給し、第２溶解専用転炉での所要種湯量と精錬専用転炉に供給する溶銑量の合計量の高炭素溶鉄を得、これら高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得、
   第１溶解専用転炉、第２溶解専用転炉及び精錬専用転炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材を還元材とした予備還元を行い、予備還元ダストとして前記第２溶解専用転炉に供給することを特徴とする転炉製鋼におけるダスト利用方法。
2. 予備還元ダストを第２溶解専用転炉に装入するに当たり、少なくとも溶解期間中に２分以下のサイクルで予備還元ダストの分割装入、もしくは連続装入を行なうことを特徴とする請求項１に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
3. 第２溶解専用転炉での上吹きランスとスラグ面との間の距離を２．０〜３．０ｍとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
4. 鉄源として予備還元ダストのみを使用し、種湯の存在する予備還元ダスト溶解専用転炉に、予備還元ダスト、炭材、酸素を供給し、予備還元ダスト溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉に供給する溶銑量の合計量の高炭素溶鉄を得る予備還元ダスト溶解専用転炉の操業方法において、予備還元ダスト溶解専用転炉及び溶解専用転炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で高温加熱して内装炭材を還元材とした予備還元を行い、予備還元ダストとして前記予備還元ダスト溶解専用転炉に供給すると共に、予備還元ダストを予備還元ダスト溶解専用転炉に装入するに当たり、少なくとも溶解期間中に２分以下のサイクルで予備還元ダストの分割装入、もしくは連続装入を行ない、予備還元ダスト溶解専用転炉での上吹きランスとスラグ面との間の距離を２．０〜３．０ｍとすることを特徴とする予備還元ダスト溶解専用転炉の操業方法。

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