JP4779585B2

JP4779585B2 - 竪型スクラップ溶解炉用固体燃料及び竪型スクラップ溶解炉の操業方法

Info

Publication number: JP4779585B2
Application number: JP2005327482A
Authority: JP
Inventors: 幸雄高橋; 康夫岸本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: JP2007131929A

Description

本発明は、竪型スクラップ溶解炉用固体燃料及び竪型スクラップ溶解炉の操業方法に係わり、特に、高炉に比べて高さの低い竪型炉を用い、炉頂部から装入するコークス等、炭材の反応性を抑制し、エネルギー利用効率を高くして鉄スクラップを溶解する技術に関する。

近年、鉄スクラップの発生量が増加するに伴い、鉄スクラップの製鉄（主に、製銑、製鋼工程）へ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ている。

従来、製鉄用竪型炉の一種であるキュポラの熱源としては、コークスの使用が一般的である。特に、鋳物用溶銑を溶製して供給することを目的とする場合には、使用するコークスの性状として、固定炭素が９２質量％程度、灰分が８質量％程度、揮発分が２質量％以下、さらに硫黄が０．７質量％以下といった高品質で、かつ粒径が１５０ｍｍ以上と大きい、高価な鋳物用コークスが使用されている。

これに対して、通常の溶銑を溶製する場合には、高炉で使用されているコークス（冶金コークスともいう）が用いられる。それは、固定炭素が８７質量％程度、灰分が１２質量％程度で、粒径が１００ｍｍ以下のものであり、前述の鋳物用コークスと比較して安価ではあるが、酸素との反応性が良く、燃焼速度が速いといった特徴を有する。

ところが、反応性が良く、燃焼速度が速いと、エネルギー効率の面では不利になる。そこで、竪型スクラップ溶解炉内で起きるカーボン・ソリューション・ロス反応による炭材消費と吸熱作用を防止するために、炭材（コークス、石炭等）の表面をＮａＣＯ_３やＣａＯ等の粉状材料で被覆する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術は、炭材の表面に、前述の粉状材料を水、油、有機溶剤等の液状媒体によりスラリー化させたものを塗布するか、その浴中に浸漬させるかのいずれかで塗布するものである。

しかしながら、この技術により製造された炭材を竪型スクラップ溶解炉で使用するに際しては、炭材の乾燥や予熱時に、液状媒体に起因するガス（水や炭化水素）の発生が無視できない。すなわち、炭材を炉内に乾燥不十分のまま装入すると、エネルギー・ロスが生じてしまうという問題がある。また、前述の表面処理した炭材の乾燥を該炉への装入前に行う場合には、乾燥のための設備が別途必要となり、経済的な損失を招くことになる。
特開平８−１３０１５号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、炭材の反応性を抑制し、その燃焼エネルギーを鉄スクラップの溶解に有効に活用可能な竪型スクラップ溶解炉用固体燃料及び竪型スクラップ溶解炉の操業方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、竪型スクラップ溶解炉の操業に比較的安価な炭材として高炉コークスを用いた場合でも、反応性を抑制するのが望ましいという観点から、炭材の表面処理について鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、珪酸ソーダ中に製鉄ダストを添加、混練し、その混練物を炭材の表面に塗布するか、または珪酸ソーダを炭材の表面に塗布した後に製鉄ダストを散布することにより、炭材の表面を、珪酸ソーダをバインダーとし、製鉄ダストでコーティングしたことを特徴とする竪型スクラップ溶解炉用固体燃料である。
また、本発明は、炉下部に送風羽ロを設けた竪型スクラップ溶解炉内へ、主鉄源の鉄スクラップ及び主熱源の炭材を炉頂から装入し、鉄スクラップを溶解して製鋼用溶銑を製造するに際して、前記炭材に、上記の固体燃料を用いて操業することを特徴とする竪型スクラップ溶解炉の操業方法である。

本発明によれば、竪型スクラップ溶解炉を用いて鉄スクラップの溶解を行うに際して、高い熱効率での溶解が実現できる上に、製鉄ダストの有効利用が可能となる。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

発明者は、炭材の反応性を抑制する上記表面処理技術の改善を図ることにした。その従来技術は、炭材の被覆材料（石灰石、生石灰、消石灰、石膏、ドロマイト、ソーダ灰、炭酸バリウム、硫酸バリウム等）を一旦液状媒体でスラリー化してから、炭材の表面に塗布したり、あるいは該スラリー中に炭材を浸漬するものであったが、そのスラリー化がガス発生とか乾燥の必要性とかの問題を生じさせていた。

そこで、適当なバインダーがあれば、スラリー化せずに被覆ができると考え、乾燥の必要性がないこと、やむなく乾燥してもガス発生がない、あるいは少ないことに加えて、炭材との接着が強固で、被覆材の剥離が少ないことを条件に、まずバインダーの発見に鋭意努力した。その結果、バインダーとしては、珪酸ソーダ溶液が好適であることを見出した。珪酸ソーダの特性上、酸や金属等と反応し硬化が進むので、乾燥工程を省略あるいは簡略化できるからである。また、該バインダーを用いて被覆材で覆われた炭材を、前記竪型スクラップ溶解炉へ投入した後には、炉内でガス中のＣＯ_２により珪酸ソーダの硬化が行える利点もある。

次に、発明者は、炭材を覆う被覆材についても検討し、ＣａＯ、ＦｅＯ、金属酸化物等を多量に含む製鉄ダストの利用を発想した。該製鉄ダストを利用すれば、竪型スクラップ溶解炉に副原料として投入する造滓材を削減できるのみならず、鉄源としても有効活用が図れるからである。そして、上記珪酸ソーダをバインダーとして、炭材の上に製鉄ダストで被覆した新規な竪型スクラップ溶解炉固体燃料を試作し、それを本発明としたのである。

具体的な被覆方法としては、珪酸ソーダ中に製鉄ダスト（例えば、転炉ダスト）を添加、混練し、その混練物を炭材（例えば、高炉コークス、市販の一般コークス、石炭等）の表面に塗布するか、珪酸ソーダをコークスの表面に塗布した後に、転炉ダストを散布することでも良い。勿論、炭材の粒度は、竪型スクラップ溶解炉で通常使用される大きさ（例えば、３０〜１２０ｍｍ）である。

なお、竪型スクラップ溶解炉用固体燃料として最も重要なことは、炭材の表面処理によって反応性がどの程度抑制できるのかという点である。そこで、発明者は、炭材の表面処理の有無により竪型スクラップ溶解炉内での燃焼挙動を調査した。その結果を、被覆なしの炭材を用いた場合と本発明の固体燃料（被覆あり）を用いた場合の操業で、炉内に送った送風中酸素濃度と炉頂排ガスの二次燃焼率との関係で整理し、図２に示す。図２により、同一送風条件でも、本発明に係る固体燃料では、排ガスの酸化度（２次燃焼率＝ＣＯ_２／（ＣＯ_２＋ＣＯ）で評価）が上昇し、より高位のエネルギーを取り出し可能なことが確認できた。

引き続き、発明者は、本発明に係る新規な固体燃料を用いた操業方法を検討した。

用いた竪型スクラップ溶解炉を図１に示す。それは、図１に示すように、竪型炉１の炉頂部から主熱源の炭材４と造滓材の石灰石５、及び主鉄源の鉄スクラップ６を装入すると共に、炉体下部に設置した送風羽ロ２から６００℃の加熱空気３を送風して、連続的に溶銑７を溶製するように構成されている。

竪型炉１は、内径φ２．２ｍで溶解能力が２０ｔ／ｈであり、使用した鉄スクラップはサイズが７００ｍｍ以下の大型屑と２５〜１５０ｍｍのシュレッダー屑である。その配合割合は、各々８０質量％及び２０質量％である。また、炭材は、サイズが３０〜７５ｍｍ程度の高炉コークスを使用し、その反応性を抑制するため、珪酸ソーダをバインダーとして、表１に示すような転炉ダストを表面にコーティングしたものである。これらの条件で操業を行ったところ、非常に円滑にして且つ安定した操業が行えたので、このように、バインダーに珪酸ソーダを用いて製鉄ダストで被覆した炭材からなる固体燃料を用いる操業方法も本発明に加えることにした。

なお、当然のことながら、製鉄ダストとしては、転炉ダスト以外に、高炉、焼結機、電気炉、シャフト炉等、製鉄所内で発生するダストを使用しても構わない。

図１に示した竪型スクラップ溶解炉１の操業に本発明を適用し、送風温度６００℃で９０００ｍ^３（標準状態）／Ｈｒの空気による鉄スクラップの溶解を試みた。なお、鉄スクラップの配合条件と炭材（この場合、高炉コークス）の被覆条件は前述の通りであるが、珪酸ソーダは高炉コークスに対して質量比で約２％、製鉄ダストは高炉コークスに対して質量比で約３％とした。

溶解成績を、出銑温度及び出銑した溶銑の炭素濃度が安定した送風開始後１時間以降の平均値で示すと、溶解速度：２０ｔ／ｈ、出銑温度：１５０８℃、出銑した溶銑の炭素濃度：４．２質量％、溶解用高炉コークスの原単位：８４ｋｇ／ｔ、石灰石原単位：９．３ｋｇ／ｔを得た。また、炉頂排ガス８のＣＯとＣＯ_２の分析から得られる二次燃焼率は、５２％であった。

（比較例）
前述の実施例と同様の設備と操業条件に従うが、表面被覆を行わない通常の高炉コークスを使用した。この比較例での操業の結果、溶解成績を平均値で示すと、溶解速度：２０ｔ／ｈ、出銑温度：１５５０℃、出銑した溶銑の炭素濃度：３．６４質量％、溶解用高炉コークスの原単位：１０４ｋｇ／ｔ、石灰石原単位：９．７ｋｇ／ｔを得た。また、炉頂排ガス８のＣＯとＣＯ_２の分析から得られる二次燃焼率は、４３％であった。

すなわち、上述の実施例と比較例から明らかなように、本発明によれば、炭材の熱エネルギーを有効に鉄スクラップの溶解に利用できるのみならず、鉄源や造滓材として製鉄ダストの有効利用が可能となる。

本発明を適用する竪型スクラップ溶解炉の概略を示す断面図である。高炉コークスを製鉄ダストで被覆した固体燃料と被覆しないものとの反応性（燃焼性）の違いを示す図である。

符号の説明

１竪型スクラップ溶解炉
２送風羽口
３空気
４高炉コークス（炭材）
５石灰石
６鉄スクラップ
７溶銑
８排ガス

Claims

珪酸ソーダ中に製鉄ダストを添加、混練し、その混練物を炭材の表面に塗布するか、または珪酸ソーダを炭材の表面に塗布した後に製鉄ダストを散布することにより、
炭材の表面を、珪酸ソーダをバインダーとし、製鉄ダストでコーティングしたことを特徴とする竪型スクラップ溶解炉用固体燃料。
炉下部に送風羽ロを設けた竪型スクラップ溶解炉内へ、主鉄源の鉄スクラップ及び主熱源の炭材を炉頂から装入し、鉄スクラップを溶解して製鋼用溶銑を製造するに際して、
前記炭材に、請求項１記載の固体燃料を用いて操業することを特徴とする竪型スクラップ溶解炉の操業方法。