JP5402005B2 - 鋼屑中の銅の除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄源として鋼屑（鉄系スクラップ）を使用して高級鋼を製造する場合に品質上の問題となる鋼屑中の銅を除去する方法に関するものである。

製鋼過程で使用する鉄源は、鉄鉱石を高炉で還元して得られる溶銑が主体であるが、鉄鋼材料の加工工程で発生する鋼屑や、建築物及び機械製品などの老朽化に伴って発生する鋼屑も、かなりの量が使用されている。高炉での溶銑の製造には、鉄鉱石を還元し且つ溶融するための多大なエネルギーを要するのに対し、鋼屑は溶解熱のみを必要としており、製鋼過程で鋼屑を利用した場合には、鉄鉱石の還元熱分のエネルギー使用量を少なくすることができるという利点がある。従って、省エネルギー及びＣＯ₂削減による地球温暖化防止の観点からも、鋼屑利用の促進が望まれている。

従来は、鋼屑を転炉、電気炉などの製鋼炉へ直接投入して使用されることが多かった。しかし、鉄源として多様な鋼屑を使用すると、製造される溶鋼の成分調整が難しいという問題があった。また、転炉は、鋼屑の溶解熱として溶銑中炭素の燃焼熱を利用していることから、鋼屑の配合比率を高めることできないという欠点があり、一方、電気炉は、エネルギー効率が低く、エネルギー使用量の点で欠点があった。そこで近年、エネルギー効率の高い竪型炉を使用し、転炉の前工程で鋼屑を簡易且つ低コストな方法で溶解し、できるだけ均一組成とする方法が注目されている。

ところで、鋼屑を再生利用する際に、これら鋼屑に随伴する銅及び錫に代表されるトランプエレメントが、鋼屑溶解の過程で不可避的に溶鉄中に混入する。トランプエレメントは鋼の性質を損なう成分であり、一定の濃度以下に保つ必要がある。このため、高級鋼を製造する鉄源として、銅や錫を含む恐れのある低級鋼屑を使用することは困難であった。しかしながら、近年の鋼屑発生量の増加及びＣＯ₂発生削減のための鋼屑増使用の要請を勘案すると、低級鋼屑の再生利用を進める必要がある。

現在の低級鋼屑を使用するための実用技術としては、鋼屑を物理的に分解し、有害な部分を人力や磁力選別などの方法で分離して、有害な部分を分離したものを、有害成分をほとんど含有しない原料に配合して、鋼材の材料特性上問題のない範囲内で使用する以外に、有効な方法はない。このような方法では、使用済み自動車などの鋼屑を大量に再生利用することは不可能であり、今後予想される鋼屑多量発生時代に対応する鋼屑中の銅の除去技術としては、十分な解決策には成り得ない。

一方、溶鉄に混入した後の脱銅方法について、以下に述べる原理的発明が公知になっている。即ち、含銅高炭素溶鉄とＦｅＳ−Ｎａ₂Ｓ系フラックスとを接触させ、溶鉄中の銅成分をＣｕ₂Ｓとしてフラックス中に分離除去する原理的技術知見が、非特許文献１及び非特許文献２に報告されている。この技術は、銅の除去技術として、前述の物理的除去方法に対して、より広い適用の可能性を提案するものである。但し、この方法では、Ｎａ₂Ｓ系フラックスから硫黄（Ｓ）成分が溶鉄中に混入するという問題がある。また、フラックスが溶融して溶鉄上に形成されるスラグ中のＣｕ濃度と溶鉄中のＣｕ濃度との比である分配比が高々３０程度であり、スラグに充分な撹拌を与えて分配比を低下させないようにする必要がある。

この原理的技術知見に基づいた脱銅処理方法として、特許文献１には、含銅鋼屑を加炭溶融して含銅高炭素溶鉄とした後、Ｎａ₂Ｓを主成分とするフラックスと接触反応させて、溶鉄中の銅成分をＣｕ₂ＳとしてＮａ₂Ｓ系フラックス中に分離除去する方法が開示されている。

但し、特許文献１では、脱銅後の高炭素溶鉄の脱硫については一切開示していない。また、反応容器（溶銑鍋）の底部からのＡｒガス吹き込みによる溶銑とスラグとの撹拌で脱銅処理を行っているが、スラグの撹拌は不充分である。これを補うために、１２００〜１５００℃の反応温度を保持するための電気加熱装置を備えるとともに、大気との接触を断つための有蓋の反応容器を使用しているが、設備が大がかりであり、実用化技術としては確立されたものではない。

特開平４−１９８４３１号公報

今井正等、鉄と鋼、vol.74（1988）No.4．p．640 王潮等、鉄と鋼、vol.77（1991）No.4．p．504

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鉄源として銅含有鋼屑を使用して高級鋼を製造するに際し、鋼屑中の銅を効率良く、且つ大がかりな設備を必要とせずに除去する方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、銅含有鋼屑を加炭溶解して製鋼用溶銑を製造し、その後、該溶銑に含まれる銅を硫黄含有フラックスを用いて除去し、次いで、溶銑に含まれる硫黄を除去することを特徴とするものである。

第２の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１の発明において、前記硫黄含有フラックスがＮａ₂Ｓを主成分とすることを特徴とするものである。

第３の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１または第２の発明において、前記硫黄含有フラックスの出発原料として、Ｎａ₂ＣＯ₃を主成分とする材料及び鉄−硫黄合金を使用することを特徴とするものである。

第４の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記硫黄含有フラックスによって銅を除去する前の溶銑は、温度が１２００℃以上１５００℃以下、炭素濃度が２質量％以上、銅濃度が０．１質量％以上１．０質量％以下であることを特徴とするものである。

第５の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第４の発明において、前記硫黄含有フラックスによって銅を除去する前の溶銑は、温度が１２５０℃以上１３５０℃以下であることを特徴とするものである。

第６の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１ないし第５の発明の何れかにおいて、前記硫黄含有フラックスによって銅を除去する前の溶銑は、硫黄濃度が０．０１質量％以上であることを特徴とするものである。

第７の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１ないし第６の発明の何れかにおいて、前記溶銑に含まれる銅の除去処理を機械攪拌式精錬装置で行うことを特徴とするものである。

第８の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１ないし第６の発明の何れかにおいて、前記溶銑に含まれる銅の除去処理を、硫黄含有フラックスを搬送用ガスとともに反応容器中の溶銑に吹き込んで行うことを特徴とするものである。

第９の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１ないし第８の発明の何れかにおいて、前記銅含有鋼屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて加炭溶解することを特徴とするものである。

第１０の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１ないし第６の発明の何れかにおいて、前記銅含有鋼屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて加炭溶解し、該竪型炉から溶銑保持容器への鋳床樋を流れる溶銑に前記硫黄含有フラックスを供給して溶銑中の銅を除去することを特徴とするものである。

第１１の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１ないし第１０の発明の何れかにおいて、前記溶銑に含まれる硫黄の除去処理を機械攪拌式精錬装置で行うことを特徴とするものである。

第１２の発明に係る鋼屑中の銅の除去方法は、第１ないし第１１の発明の何れかにおいて、前記硫黄含有フラックスによって銅を除去した後の溶銑に高炉溶銑を混合し、その後、高炉溶銑を混合した溶銑に含まれる硫黄を除去することを特徴とするものである。

本発明によれば、銅含有鋼屑を加炭溶解した後に、鋼屑から持ち来たされた溶銑中の銅を硫黄含有フラックス中に分離除去するので、鋼屑を物理的に分解した後に磁力選別などで分離除去する方法では分離の困難であった銅を効率良く分離することができるとともに、銅の除去処理後に、硫黄含有フラックスから持ち来たされる溶銑中の硫黄の除去処理を行うので、銅含有鋼屑から銅及び硫黄の少ない溶銑を効率良く得ることができ、その結果、銅含有鋼屑を高級鋼の鉄源として利用可能となり、低級鋼屑の利用が促進される。

脱銅処理前の溶銑温度と脱銅率との関係を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。

銅含有鋼屑を加炭溶解して炭素を含有した製鋼用溶銑を製造すると、鋼屑中の銅はほぼ全量が溶銑中に溶解する。本発明では、この銅を除去する手段として、硫黄含有フラックスを溶銑と接触させ、溶銑中の銅を硫化銅（Ｃｕ₂Ｓ）として硫黄含有フラックス中に分離除去する。硫黄含有フラックスとしては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の硫化物を主成分とするものが好適である。硫黄含有フラックス中の硫黄含有量を高めるためにＦｅＳ（硫化鉄）を混合してもよい。特に好適なのは、Ｎａ₂Ｓを主成分とするフラックスである。Ｎａ₂Ｓを主成分とするフラックスの場合、Ｎａ源として工業的に広く利用されているＮａ₂ＣＯ₃（ソーダ灰）を使用し、硫黄源として鉄−硫黄合金（フェロサルファー）を使用すれば、コスト面で有利である。硫黄含有フラックスの組成としては、効率的な銅除去の観点から、フラックス中のＮａ₂Ｓのモル分率が０．２以上であることが望ましい。

ところで、硫黄含有フラックスによる脱銅は、原理的に確認されているが、分配比（フラックス中のＣｕ濃度と溶銑中のＣｕ濃度との比）の低いプロセスであるため、脱銅を十分に進行させるには、硫黄含有フラックスを添加することにより反応容器内に形成されるスラグ側の物質移動を促進させる必要がある。このためには、スラグ層も撹拌することが重要である。特に、本発明では溶銑段階で脱銅処理しており、溶銑の温度域（１２００〜１４００℃）は溶鋼の温度域（１５５０〜１７００℃）に比較して低温であり、スラグの流動性も低く、スラグの撹拌が重要である。

溶銑及び溶銑上に存在するスラグを同時に攪拌する方法として、反応容器内の溶銑に浸漬させたインジェクションランスまたは反応容器の底部に設置した羽口から攪拌用ガスを吹き込んでスラグと溶銑とを攪拌する方法も採り得るが、本発明においては、良好な攪拌が得られることから、機械攪拌式精錬装置を用いて脱銅処理を行うことが好ましい。機械攪拌式精錬装置としては、インペラ（「攪拌羽根」ともいう）を使用した撹拌が代表的である。つまり、取鍋状の反応容器内に収容された溶銑にインペラを浸漬させ、このインペラを、軸心を回転軸として回転させ、溶銑及び溶銑上に添加された硫黄含有フラックスを強制的に攪拌する方法である。機械攪拌式精錬装置では、溶銑上に投入された硫黄含有フラックスが溶銑内に充分に巻き込まれ、溶銑と硫黄含有フラックスとの撹拌が充分に行われる。一方、特許文献１に示されたガス撹拌法では、スラグは溶銑中に巻き込まれ難く、撹拌は不充分である。

また、溶銑に浸漬させたインジェクションランスから搬送用ガスとともに粉体状の硫黄含有フラックスを溶銑中に吹き込む方法、所謂フラックス吹き込み法も好ましい処理方法である。この場合、溶銑中に吹き込まれた粉体状の硫黄含有フラックスは溶銑と直接接触し、しかも、新たな未反応の硫黄含有フラックスが連続的に溶銑と接触するので、スラグ側の物質移動を促進させた場合と同等の効果が発現し、溶銑と硫黄含有フラックスとの反応が促進される。また、搬送用ガスは攪拌用ガスとしても機能するので、機械攪拌式精錬装置ほどの攪拌強度はないものの、溶銑と溶銑上スラグとの攪拌が行われる。

この脱銅処理の際、雰囲気への大気の混入を防ぐために、Ａｒガスなどの不活性ガスやプロパンなどの還元性ガスを溶銑浴面上に供給してもよい。脱銅処理後、硫黄含有フラックスの添加により形成されたスラグを系外に除去する。

本発明において、脱銅処理前の溶銑、つまり、銅含有鋼屑を加炭溶解して製造する、炭素を含有する製鋼用溶銑の温度は、１２００℃以上１５００℃以下、望ましくは１２５０℃以上１３５０℃以下であることが好ましい。溶銑温度が１２００℃未満では、低温に起因するフラックス及び溶銑自体の固化・凝固が懸念される。特に、その後の脱硫工程や転炉脱炭工程での温度保証を考慮すると、１２５０℃以上とすることが望ましい。一方、１５００℃以上では、高温によるフラックスの蒸発が無視できない。つまり、硫黄含有フラックスの蒸発を抑えて効率的に脱銅反応を行うには、溶銑温度は低いほど好ましく、従って、効率的な脱銅反応のためには、溶銑温度を１３５０℃以下とすることが望ましい。

また、脱銅処理前の溶銑中の炭素濃度は２質量％以上が好ましい。溶銑中の銅が硫化銅となる反応は、熱力学的に溶銑中の炭素濃度が高いほど進行しやすいことが知られている。脱銅処理前の溶銑中の炭素濃度が２質量％未満では、硫化銅の生成反応が充分に起こらないことに加え、溶銑の液相線温度が上昇し、溶銑の容器壁への付着などが問題となる。また更に、脱銅処理前の溶銑中の銅濃度は０．１質量％以上１．０質量％以下であることが好ましい。脱銅処理前の溶銑中の銅濃度が１．０質量％を超えると銅の除去に必要な硫黄含有フラックスの量が過大となり、実用上の負荷が大きい。一方、０．１質量％未満の場合には、脱銅処理を施さなくても、例えば、銅含有量の低い溶銑で希釈するなどして対処可能である。

更に、脱銅処理前の溶銑の硫黄濃度としては、０．０１質量％以上が好ましく、０．０５質量％以上が更に好ましい。脱銅処理前の溶銑の硫黄濃度が０．０１質量％未満では、硫黄含有フラックスから溶銑中への硫黄の溶解量が過大となり、硫黄含有フラックスの利用効率が低くなり経済的でない。硫黄濃度の上限は特に規定する必要はないが、余りに高濃度であると脱硫処理に支障を来すので、０．５質量％以下とすることが望ましい。

脱銅処理前の上記以外の溶銑の成分としては、例えば珪素濃度は０．５質量％以下、マンガン濃度は０．５質量％以下が望ましい。これらの濃度を超えると、脱銅処理中のこれら成分の酸化により生じる酸化珪素及び酸化マンガンがスラグに移行してスラグ量が増大し、スラグ処理が困難になるだけでなく、酸化珪素及び酸化マンガンが硫黄含有フラックスの脱銅反応を阻害する恐れがある。

尚、銅含有鋼屑を加炭溶解して製造した製鋼用溶銑に、必要に応じて高炉から出銑された溶銑（以下、「高炉溶銑」と呼ぶ）を混合し、その後、混合した溶銑に含まれる銅を、硫黄含有フラックスを用いて除去するようにしてもよい。

銅含有鋼屑を加炭溶解して溶銑を製造する工程としては、電気炉を用いた方法、転炉を用いた方法、竪型炉を用いた方法などがあるが、特に、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いた方法が好ましい。

ここで、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉とは、竪型炉の上部から銅含有鋼屑及びコークス更には必要に応じて造滓剤を装入し、竪型炉の下部に設けた羽口から、空気、酸素富化空気、酸素ガス、熱風などを送風してコークスを燃焼させ、コークスの燃焼熱によって銅含有鋼屑及び造滓剤を溶解し、炉底部の出湯口から溶銑及び溶融スラグを取り出す装置である。炉底部の出湯口から取り出された溶銑は、炉前の鋳床に設けられた耐火物製の鋳床樋を流れ、鋳床樋の先端下方に配置される溶銑鍋などの溶銑保持容器に落下して、溶銑保持容器内に収容される。この場合、炉底から羽口の上方或る高さ位置までの範囲にはコークスだけを詰め、これを燃焼してコークスの上部に装入した銅含有鋼屑を溶解している。炉底に詰めるコークスを「炭材ベッド」と呼び、この炭材ベッドは燃焼して消耗するので、これを補いながら溶解を継続するために、炉体の上部からコークスを装入する。銅含有鋼屑が溶解して生成される溶融鉄は、コークスの間隙を流下し、コークスにより加炭されて溶銑が生成される。この内部に炭材ベッドを形成した竪型炉は、電気炉などに比較してエネルギー効率が高いことが知られている。

このような、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて溶銑を製造する場合、高炉溶銑に比して溶銑中の硫黄濃度は一般に高くなる。この硫黄濃度の高い状態を利用して、硫黄含有フラックスによる脱銅を有利に進めることができる。溶銑中の硫黄濃度が高いことにより、硫黄含有フラックスから溶銑中への硫黄の移動が少なくて済み、硫黄含有フラックスの利用効率を高めることができる。

竪型炉を用いて銅含有鋼屑を溶解する場合には、出湯口から取り出された溶銑は鋳床樋を流れて溶銑保持容器に落下・注入されるので、この鋳床樋を流れる溶銑に、上置き添加する、ガスとともに吹き付ける、ガスとともに吹き込む、などして硫黄含有フラックスを供給することで、脱銅処理を行うことができる。鋳床樋を流れる溶銑に供給された硫黄含有フラックスは、溶銑が鋳床樋を流れる期間、溶銑に脱銅処理を施すのみならず、鋳床樋から溶銑保持容器への落下により溶銑と激しく攪拌され、溶銑の脱銅処理が効率的に行われる。この場合、溶銑保持容器に予め硫黄含有フラックスを別途入れ置きすることにより、脱銅反応がより一層促進される。尚、この鋳床樋での脱銅処理のみでは脱銅が不足する場合には、前述した機械攪拌式精錬装置やフラックス吹き込み法を用いて更に脱銅処理を施すことができる。

脱銅処理に伴い、硫黄含有フラックス中の硫黄が不可避的に溶銑中に移行するため、溶銑中の硫黄濃度は上昇する。従って、脱銅処理を行った後、更に、溶銑中の硫黄を除去する処理を行う。脱硫処理は、公知の機械攪拌式精錬装置による方法、ランスからの粉体吹き込みによる方法、転炉を使用する方法などの何れであってもよい。脱硫剤としては、ＣａＯを主成分とする脱硫剤、カルシウム・カーバイドを主成分とする脱硫剤、ソーダ灰を主成分とする脱硫剤、金属Ｍｇなど種々の脱硫剤を使用することができる。機械攪拌式精錬装置で脱銅処理を行った後、生成したスラグを除去し、その後、同じ機械攪拌式精錬装置で脱硫処理を行ってもよい。また、脱硫処理を実施する場合に、高炉溶銑を、脱銅処理を施した溶銑に追加混合し、その後、混合した溶銑の脱硫処理を行ってもよい。更には、脱硫処理後の溶銑に高炉溶銑を混合してもよい。

脱硫処理に先立ち、脱銅処理に供した硫黄含有フラックスを反応容器から除去することが必要である。硫黄含有フラックスを除去しないまま、脱硫処理すると、硫黄含有フラックス中の硫化銅（Ｃｕ₂Ｓ）が分解して溶銑に戻り、溶銑中の銅濃度が上昇する恐れがあるからである。スラグ除去作業は、公知のスラグドラッガーを用いた方法、スラグ吸引機による方法、溶銑収容容器を傾けて容器内のスラグを排出する方法などの何れでもよく、各製鉄所の保有する設備状況に適したものを選択すればよい。

以上説明したように、本発明によれば、銅含有鋼屑を加炭溶解した後に、鋼屑から持ち来たされた溶銑中の銅を硫黄含有フラックス中に分離除去するので、鋼屑を物理的に分解した後に磁力選別などで分離除去する方法では分離の困難であった銅を効率良く分離することができるともに、銅の除去処理後に、硫黄含有フラックスから持ち来たされる溶銑中の硫黄の除去処理を行うので、銅含有鋼屑から銅及び硫黄の少ない溶銑を効率良く得ることができる。

内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて、銅含有鋼屑を溶解して製鋼用溶銑を製造し、この溶銑を、ＦｅＳ−Ｎａ₂Ｓを主成分とするフラックスを用いて脱銅処理し、脱銅処理後、更に、ＣａＯ系脱硫剤を用いて脱硫処理する試験を実施した。

脱銅処理は、鍋形状の反応容器に約５トンの前記製鋼用溶銑を装入し、機械攪拌式精錬装置において、ＦｅＳ−Ｎａ₂Ｓを主成分とするフラックス（フラックス中のＮａ₂Ｓのモル分率０．４）を溶銑上に投入し、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及びフラックスを攪拌して行う場合（試験Ｎo.１）と、反応容器内の溶銑に浸漬させたインジェクションランスから攪拌用ガスを吹き込んで溶銑を攪拌しながらＦｅＳ−Ｎａ₂Ｓを主成分とするフラックスを添加して行う場合（試験Ｎo.２）と、反応容器内の溶銑に浸漬させたインジェクションランスから搬送用ガスとともにＦｅＳ−Ｎａ₂Ｓを主成分とするフラックスを溶銑中に吹き込んで添加して行う場合（試験Ｎo.３）との３水準で実施した。何れの試験でも、ＦｅＳ−Ｎａ₂Ｓを主成分とするフラックスを溶銑トンあたり２００ｋｇ投入した。

脱銅処理後、生成したスラグを除去した後、試験Ｎo.１、試験Ｎo.２及び試験Ｎo.３ともに、機械攪拌式精錬装置において、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及び脱硫剤を攪拌して脱硫処理を実施した。表１に、溶銑中の銅濃度及び硫黄濃度の推移、並びに、溶銑温度の推移を示す。

表１に示すように、機械攪拌式精錬装置でインペラにより溶銑及び硫黄含有フラックスを攪拌した試験Ｎo.１では、溶銑中の銅濃度が０．３３質量から０．１０質量％へと大幅に低下していた。また、硫黄含有フラックスを吹き込み添加した試験Ｎo.３では、試験Ｎo.１と同様に、溶銑中の銅濃度は０．３０質量から０．１１質量％へと大幅に低下していた。これに対して、攪拌用ガスで溶銑を攪拌しながら硫黄含有フラックスを添加した試験Ｎo.２では、脱銅したものの、脱銅率は低く、機械攪拌式精錬装置で脱銅処理することが好ましいことが確認できた。

試験Ｎo.１及び試験Ｎo.３では、脱硫処理することで、最終的に銅濃度及び硫黄濃度ともに低い溶銑を得ることができ、高級鋼用の溶銑として問題なく使用できることが分かった。

温度、組成の異なる製鋼用溶銑を使用して、脱銅処理及び脱銅処理後の脱硫処理を実施する試験を行った（試験Ｎo.４〜１３）。

脱銅処理は、鍋形状の反応容器に約５トンの製鋼用溶銑を装入し、鍋上に設けた精錬剤供給用ホッパーから脱銅精錬用のフラックスを添加して行った。脱銅精錬用フラックスとして、溶銑トンあたり４０ｋｇの鉄−硫黄合金（フェロサルファー、硫黄含有量：４８質量％）と、溶銑トンあたり３０ｋｇのソーダ灰（Ｎａ₂ＣＯ₃）とを用いた。鍋内溶銑の攪拌方法としては、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及びフラックスを攪拌して行う方法を用いた。

全ての試験で脱銅処理後に生成したスラグを除去し、スラグを除去した後、機械攪拌式精錬装置において脱硫処理を実施した。脱硫処理は、ＣａＯ系脱硫剤を溶銑トンあたり２０ｋｇ投入し、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及び脱硫剤を攪拌して行った。表２に、脱銅処理前後並びに脱硫処理後の溶銑温度及び溶銑成分を一覧で示す。尚、表２に示した以外の溶銑成分については、珪素濃度が０．０５〜０．４質量％、マンガン濃度が０．０５〜０．４質量％、燐濃度が０．０２〜０．２質量％の範囲であった。

試験Ｎo.４〜９においては、溶銑の温度が１２００℃以上１５００℃以下、炭素濃度が２質量％以上、銅濃度が０．１質量％以上１．０質量％以下、硫黄濃度が０．０１質量％以上の条件、つまり、本発明の好ましい条件の範囲内であり、脱銅率（＝処理後溶銑中銅濃度／処理前溶銑中銅濃度）が０．４以上であり、脱銅が良好に行われたことが確認できた。一方、試験Ｎo.１０〜１３においては、本発明の好ましい条件を外れた条件下で脱銅処理を実施したことから、脱銅率（＝（処理前溶銑中銅濃度−処理後溶銑中銅濃度）×１００／処理前溶銑中銅濃度）は４０％未満であった。

内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて、銅含有鋼屑を溶解して製鋼用溶銑を製造し、この溶銑を、出発原料としてソーダ灰（Ｎａ₂ＣＯ₃）及び鉄−硫黄合金（フェロサルファー）からなるフラックスを用いて脱銅処理し、脱銅処理後、脱銅処理後の溶銑に高炉溶銑を混合し、この混合した溶銑に対して、ＣａＯ系脱硫剤を用いて脱硫処理する試験を実施した。

竪型炉で製造した製鋼用溶銑の温度は１４００℃、炭素濃度は４．０質量％、銅濃度は０．３０質量％、硫黄濃度は０．１１質量％であった。

脱銅処理は、鍋形状の反応容器に前記製鋼用溶銑約６０トンを装入し、機械攪拌式精錬装置において、溶銑トンあたりソーダ灰３５ｋｇ及び鉄−硫黄合金（合金中硫黄濃度４８質量％）５０ｋｇを溶銑上に投入し、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及びフラックスを攪拌して行った。脱銅処理後の溶銑の銅濃度は０．１４質量％、硫黄濃度は０．４４質量％であった。

脱銅処理により生成したスラグをスラグドラッガーで除去した後、脱銅処理後の溶銑約６０トンと高炉で製造された高炉溶銑約２４０トンとを鍋形状の反応容器で混合した。混合後の溶銑の銅濃度は０．０３質量％、硫黄濃度は０．０９質量％であった。

混合後の溶銑に対して、機械攪拌式精錬装置において、ＣａＯ系脱硫剤を溶銑トンあたり２０ｋｇ投入し、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及び脱硫剤を攪拌して脱硫処理を実施した。脱硫処理後の溶銑の銅濃度は０．０３質量％、硫黄濃度は０．０１質量％であった。

溶銑温度の脱銅率に及ぼす影響を明確にするための調査試験を行った。鍋形状の反応容器に約５トンの製鋼用溶銑を装入して脱銅試験を行った（試験Ｎo.１４〜２０）。鍋上に設けた精錬剤供給用ホッパーから脱銅精錬用のフラックスを添加した。脱銅精錬用フラックスとしては、鉄−硫黄合金（フェロサルファー、硫黄含有量：４８質量％）とソーダ灰（Ｎａ₂ＣＯ₃）とを用いた。鍋内溶銑の攪拌方法としては、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して攪拌する方法を用いた。表３に、試験条件及び試験結果を一覧で示す。脱銅処理前の溶銑成分は、表３に記載以外の成分については、炭素が４．５〜４．７質量％、珪素が０．２０質量％、マンガンが０．１５質量％、燐が０．０５０質量％になるように調製して試験を行った。

図１に、脱銅処理前の溶銑温度と脱銅率との関係を示す。溶銑温度が１２５０〜１５００℃の範囲においては、溶銑温度が低いほど脱銅率が高くなる結果が得られた。但し、１２００℃の試験水準においては、脱銅率が３３．３％まで低下した。これは、低温化により脱銅精錬用フラックスの反応性が悪化したためと考えられる。本結果から、望ましくは溶銑温度を１２５０〜１３５０℃の範囲とすることで５０％を超える、高い脱銅率が得られることが分かった。

インジェクションランスを介して脱銅精錬用フラックスを溶銑中に吹き込んで行う脱銅処理試験を、鍋形状の反応容器に収容された約５トンの製鋼用溶銑に対して実施した（試験Ｎo.２１〜２６）。試験は、鍋内の溶銑に耐火物を被覆したインジェクションランスを浸漬させ、窒素ガスを搬送用ガスとして脱銅精錬用フラックスの一部または全部を、インジェクションランスを通じて溶銑中に吹き込んだ。インジェクションランスからの吹込み添加以外には、鍋上の精錬剤供給用ホッパーから上置き添加した。

脱銅精錬用フラックスには、鉄−硫黄合金（フェロサルファー、硫黄含有量：４８質量％）とソーダ灰（Ｎａ₂ＣＯ₃）を用いた。表４に、試験条件及び試験結果を一覧で示す。脱銅処理前の溶銑成分は、表４に記載以外の成分については、炭素を４．５〜４．７質量％、珪素を０．２０質量％、マンガンを０．１５質量％、燐を０．０５０質量％に調製し、溶銑温度は１４００℃とした。

尚、インジェクションランスの浸漬深さについては、溶銑の浴深をＨ（ｍ）、溶銑浴面からインジェクションランス先端までの距離をＬ（ｍ）とした時、Ｌ／Ｈが０．３以上であれば吹き込んだフラックスが脱銅反応に寄与できることを別途実験で確認している。また、用いるインジェクションランスの仕様としては、溶銑内に浸漬してフラックスを吹き込む処理に耐えうるものであればどのようなものを用いても構わない。更に、搬送用ガス流量とフラックス吹込み速度との関係についても、インジェクションランス内でのフラックス詰りが発生しない程度であれば冶金特性にはなんら影響しない。搬送用ガスの種類も不活性ガスであれば問題なく、例えばＡｒガスを用いても構わない。

試験Ｎo.２１〜２６において、インジェクションランスによる添加の割合を変化させたが、脱銅率に大きな差はなく５０％程度であり、機械攪拌式精錬装置を用いた場合と同等であることを確認した。また、試験Ｎo.２５では、ソーダ灰のみをインジェクションランスから吹き込み添加し、試験Ｎo.２６では、フェロサルファーのみを吹き込み添加する試験を行ったが、何れの試験も脱銅率は同等であった。

以上の結果から、機械攪拌式精錬装置でなく、インジェクションランスによりフラックスの一部または全部を添加する方法でも脱銅処理が可能であることを確認した。

Claims (7)

1. 銅含有鋼屑を加炭溶解して製鋼用溶銑を製造し、その後、温度が１２５０℃以上１３５０℃以下、炭素濃度が２質量％以上、硫黄濃度が０．０５質量％以上の前記溶銑に硫黄含有フラックスを添加して、該溶銑に含まれる銅を硫黄含有フラックスを用いて除去し、次いで、銅を除去した後の溶銑に含まれる硫黄を除去する鋼屑中の銅の除去方法であって、
   前記溶銑に含まれる銅の除去処理を、インペラにより溶銑及び硫黄含有フラックスを攪拌する機械攪拌式精錬装置で行うか、または、硫黄含有フラックスを搬送用ガスとともに反応容器中の溶銑に吹き込んで行うか、何れか一方で行うことを特徴とする、鋼屑中の銅の除去方法。
2. 前記硫黄含有フラックスがＮａ₂Ｓを主成分とすることを特徴とする、請求項１に記載の鋼屑中の銅の除去方法。
3. 前記硫黄含有フラックスの出発原料として、Ｎａ₂ＣＯ₃を主成分とする材料及び鉄−硫黄合金を使用することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鋼屑中の銅の除去方法。
4. 前記硫黄含有フラックスによって銅を除去する前の溶銑は、銅濃度が０．１質量％以上１．０質量％以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の鋼屑中の銅の除去方法。
5. 前記銅含有鋼屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて加炭溶解することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の鋼屑中の銅の除去方法。
6. 前記溶銑に含まれる硫黄の除去処理を機械攪拌式精錬装置で行うことを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の鋼屑中の銅の除去方法。
7. 前記硫黄含有フラックスによって銅を除去した後の溶銑に高炉溶銑を混合し、その後、高炉溶銑を混合した溶銑に含まれる硫黄を除去することを特徴とする、請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の鋼屑中の銅の除去方法。

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