JP5166805B2 - アーク加熱による溶鉄製造方法 - Google Patents
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Description
本出願人は、従来の高炉法や溶融還元法に代わる新しい製鉄法として、回転炉床炉と、上吹き酸素ガスによる炭材の燃焼熱を加熱源とする鉄浴式溶解炉とを組み合わせた溶鉄製造プロセスを提案した(特許文献1、2参照)。しかしながら、このプロセスは鉄浴式溶解炉にて多量の酸素ガスを消費することから、酸素ガスの供給が十分に行えない場合は、代わりの加熱源として電力を使用する溶解炉の開発が要請されている。
傾動式のアーク式電気炉にて、スクラップとともに固体還元鉄を多量配合して溶解精錬し、炉体を傾動して出鋼および出滓を行うことにより溶鋼を製造する方法が一般的に行われている。本方法で用いられる固体還元鉄は、高品位の鉄鉱石ペレットおよび塊鉱石を、天然ガスを改質して得た還元ガスで還元して製造されたものであり、炭材内装酸化鉄塊成化物を加熱還元して製造された固体還元鉄を用いる場合に比べ、発生する溶融スラグ量は圧倒的に少ない、溶鋼1トン当たり100〜150kg程度である。したがって、本方法では、上記スラグフォーミングおよびスラグ排出時の固化によるトラブルはほとんど発生せず、問題とされていない。
固定式の炉体を有するサブマージドアーク炉にて、スラグ層に浸漬した電極による抵抗加熱で、固体還元鉄を溶解精錬して溶鋼を製造し、炉側に設けられた出鋼口および出滓口から溶鋼および溶融スラグを間欠的に排出することにより溶鋼を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
高炉および高炉タイプの溶融炉の炉底に、インダクションコイルを巻いて発熱させ、炉底や出銑口やスラグ排出口の温度を上昇させて溶銑およびスラグの排出を向上させる方法が開示されている(特許文献4参照)。
図1に、本発明の一実施形態に係るアーク加熱式溶解炉の概略構成を示す。本実施形態に係るアーク加熱式溶解炉(以下、単に「炉」ということもある。)1は、従来の製鋼用アーク電気炉と同様、炉蓋2を介して排ガスダクト3および原料装入シュート4が接続され、炉蓋2に設けられた電極孔5を介して電極6が炉内に挿入されており、炉底7には複数の底吹き羽口8が設けられ、炉壁9の下部にはタップホール10が設けられている。
アーク加熱式溶解炉1内の溶鉄層11中に複数の底吹き羽口8から不活性ガスとして例えば窒素ガスAを吹き込んで溶鉄層11を攪拌しつつ、アーク加熱式溶解炉1の上方から原料装入シュート4を介して、炭材内装酸化鉄塊成化物を例えば図示しない回転炉床炉で加熱還元して得られた固体還元鉄Bを、炭材として例えば石炭Cと、造滓材として例えば生石灰、軽焼ドロマイト、珪石等Dとともに、例えば重力を利用した落とし込み方式により装入し、電極6にてアーク加熱することにより、固体還元鉄Bを溶解して溶鉄11を製造するようになっている。なお、造滓材として、CaO含有物質だけでなく、SiO2含有物質である珪石を例示したのは、酸化鉄源として、CaO含有量の高い電気炉ダストなどを使用する場合、スラグ塩基度の調整のためにSiO2源を添加する必要があることを考慮したものである。
上記のようにして一定時間溶解操作を継続し、1タップ分の蓄銑滓を行った後、出銑滓を行う。出銑滓は、高炉での出銑滓作業と同じく、炉を傾動することなく直立させたまま、タップホール10をドリルで開孔し、先ず溶鉄を、その浴面がタップホール10のレベルになるまで排出した後、引き続きスラグの排出を行う。このようにして、先に熱容量の大きい溶鉄を排出することで、タップホール10が温められるので、その後にスラグを引き続いて排出してもスラグが冷却されにくい。なお、スラグの固化をより確実に防止するため、出銑温度(出湯温度ともいう。)は、1400℃以上、さらには1450℃以上とするのが好ましい(後記実施例、図4参照)。ただし、出銑温度(出湯温度)を上げすぎると、エネルギの無駄であるばかりでなく、炉内張り耐火物の損耗速度も上昇するので、1550℃以下とするのがよい。
本発明では、底吹き羽口7を用いることにより、該羽口7の溶損や詰まり、該羽口7周りの炉底耐火物の損耗等が発生するため、定期的な点検・補修作業を必要とする。このため、従来の製鋼用アーク電気炉と同様、アーク加熱式溶解炉1の炉側の最下部にエンドタップホール16を設けておき、例えば数日間に1回、該アーク加熱式溶解炉1を20°以内の角度だけ傾動して、エンドタップホール16から残銑滓を排出し、炉を空にしてから点検・補修作業を行うようにすればよい。
上記実施形態では、タップホール9は1箇所だけ設けた例を示したが、炉耐火物の溶損に伴う炉内底面レベルの低下や、出銑滓サイクル時間の変更への対応が可能なように、高さ方向に複数箇所設けておくのが好ましい。
2…炉蓋
3…排ガスダクト
4…原料装入シュート
5…電極孔
6…電極
7…炉底
8…底吹き羽口
9…炉壁
10…タップホール
11…溶鉄層
12…溶融スラグ層
13…炭材懸濁スラグ層
14…炭材被覆層
15…フリーボード
16…エンドタップホール
A…不活性ガス(窒素ガス)
B…固体還元鉄
C…炭材(石炭)
D…造滓材
Claims (11)
- 炉蓋に排ガスダクト孔と原料装入孔と電極孔を設け、炉底に底吹き羽口を、炉壁下部にタップホールを備えたアーク加熱式溶解炉を用い、
前記アーク加熱式溶解炉内の溶鉄層中に前記底吹き羽口から不活性ガスを吹き込んで該溶鉄層を攪拌しつつ、該鉄浴式溶解炉の上方から原料装入シュートを介して、炭材内装酸化鉄塊成化物を加熱還元して得られた固体還元鉄を炭材および造滓材とともに装入し、前記電極にてアーク加熱することにより、前記固体還元鉄を溶解して溶鉄を製造する溶鉄製造方法において、
前記炭材の装入量を調整して、前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層の上層部に、該炭材の一部を懸濁させて炭材懸濁スラグ層とし、さらにこの炭材懸濁スラグ層の上方に前記炭材のみからなる炭材被覆層を形成させ、
1タップ分の溶鉄および溶融スラグを蓄銑滓した後、前記タップホールから該1タップ分の溶鉄および溶融スラグを排出することを特徴とするアーク加熱による溶鉄製造方法。 - 前記電極の先端部を、前記溶融スラグ層中に位置させる請求項1に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 前記固体還元鉄の金属化率を60〜95%とする請求項1または2に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 溶鉄の排出開始時において、前記炭材懸濁スラグ層中の炭材と前記炭材被覆層の炭材の合計量を、前記溶融スラグ層中の溶融スラグ1000kg当り100〜300kgとする請求項1〜3のいずれか1項に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 前記不活性ガスの吹き込み量を溶鉄層の溶鉄1トン当たり0.01〜0.20Nm3/minとする請求項1〜4のいずれか1項に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 前記溶融スラグ層の溶融スラグ中のT.Fe含有量を5質量%以下とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 前記溶融スラグの塩基度CaO/SiO2を0.8〜2.0とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 前記溶鉄の出銑温度を1400〜1550℃とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 前記アーク加熱式溶解炉内への、前記固体還元鉄、炭材および造滓材の装入を、重力を利用した落とし込み方式により行う請求項1〜8のいずれか1項に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 前記1タップ分の溶融スラグの排出の終了を、前記タップホールから溶融スラグに混じって炭材が排出され始めたことにより検知する請求項1〜9のいずれか1項に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
- 前記アーク加熱式溶解炉の補修は、その炉壁最下部にエンドタップホールを設けておき、20°以内の角度だけ傾動して、前記エンドタップホールから残銑滓を排出した後に行う請求項1〜10のいずれか1項に記載のアーク加熱による溶鉄製造方法。
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