JP5619021B2 - 製錬炉、製鋼設備、及び製鋼方法 - Google Patents
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Description
Reduction Corporation により開発されて1980年代に製銑のために回転炉床炉を適用するようになり、回転炉床炉が潜孤炉(サブマージドアーク炉)と二重接続されて溶銑を生産する2段階溶融還元プロセスを形成する、Fastmeltプロセス;米国のSteel Dynamics Inc.により開発され、天然ガスを燃料とする回転炉床炉であるIDP。ドイツのMannesmann Demag AGにより開発されているRedsmeltプロセスは、NSM Steel Strip Factory(年間1,500トンの生産性)による製鋼電気アーク炉に溶銑を熱間挿入する(heat package)ことを計画している。回転炉床炉からの排出後、DRIを900℃の温度で電気炉に添加して溶銑を得るが、その費用は溶銑1トン当たり168.85USドルと計算され、同じ条件下で高炉及び他の溶融還元手段により生産される溶銑の費用よりも少ない。回転炉床炉による新規の直接還元プロセスであり、日本の株式会社神戸製鋼所及びMidrex Corp.により開発されている、Ikmk3という「第3世代製鉄法」は、1990年代に大きな発展を遂げている。このようなプロセスは、鉄バルクを生産するために金属化ペレット(直接還元鉄、DRI、海綿鉄)を回転炉床炉内で還元中にわずかに溶融させ、同時に脈石も溶融させることで、スラグからの鉄の初期分離を行う。このような方法が成功すると、DRIに対する原材料レベルが大きくなりすぎず、共通の高炉によって電気炉に優れた鉄材が提供される。したがって、これは非常に意義が大きく、「第3世代製鉄法」(Itmk3)と呼ばれる。当業界において、高炉は第1世代製鉄法と呼ばれ、その生産物は炭素含有量の多い液状の溶鋼である。直接還元プロセスは、第2世代製鉄法と呼ばれ、その生産物は炭素含有量の少ない固体鉄であり、第3世代の生産物は、上述したこれら2つの間であり、中程度の炭素含有量の溶融状態(又は半溶融状態)である。
GroupのCOREX−3000は、2007年11月に操業開始したが、2008年におけるその燃料比は1054Kgであり、そのうちの26.25%をコークス用石炭が占めていた。これは依然としてコークス用石炭を除去することができず、溶銑を生産することしかできない。長年にわたって開発されてきたHISMELT溶融還元プロセスの中核技法は、SRV溶融還元炉であり、オーストラリアのCunnaに80万トンの工場が建設されており、現在試運転中である。SRV溶融還元炉によって生産される炭素含有量約4.3%の溶銑は、0.1%未満の炭素含有量を必要とする精錬製鋼プロセスの要件を満たすことができず、SRV溶融還元炉には依然として低熱伝達という問題がある。
溶鋼及び鋼スラグを収容する炉体と、
前記炉体に鉄含有物質を供給する供給部材と、
前記炉体から前記溶鋼を排出する出鋼口と、
を備え、フォームスラグ沸騰領域が前記溶鋼上の前記鋼スラグに形成される、製錬炉において、
該製錬炉は、前記鋼スラグに酸素ガス及び炭素含有材料を吹き込んで該鋼スラグに前記フォームスラグ沸騰領域を形成するための、該鋼スラグに砲口が挿入される少なくとも1つの石炭酸素ガンをさらに備え、前記供給部材は、前記フォームスラグ沸騰領域に前記鉄含有材料を供給するように配置されることを特徴とする、製錬炉を提供する。
鉄含有物質を予備還元する予備還元装置と、
本発明による製錬炉であって、供給部材を使用して、前記予備還元装置により予備還元された前記鉄含有物質を該製錬炉の炉体に供給する、製錬炉と、
溶鋼処理容器であって、前記製錬炉の出鋼口と連通し、該製錬炉から前記溶鋼を受け取って該溶鋼を脱硫、及び脱燐するために使用される、溶鋼処理容器と、
を備える、連続製鋼設備を提供する。
i)下層としての溶鋼及び上層としての鋼スラグからなる溶融池を、製錬炉内に形成するステップと、
ii)炭素含有物質及び酸素ガスを、前記製錬炉内の前記鋼スラグに砲口を挿入した少なくとも1つの石炭酸素ガンを使用して前記鋼スラグに吹き込むステップであって、前記炭素含有物質及び前記酸素ガスは、前記鋼スラグにおいて燃焼発熱反応を生じ、該燃焼発熱反応により生成されたガス及び前記石炭酸素ガンの吹き込みにより形成された衝撃力が、共に前記鋼スラグに加えられて、該鋼スラグのフォームスラグ沸騰領域を形成する、吹き込むステップと、
iii)鉄含有物質を前記フォームスラグ沸騰領域に添加するステップと、
iv)前記出鋼口を通して鋼を排出するステップと、
を含む、製鋼方法を提供する。
i)下層としての溶鋼及び上層としての鋼スラグからなる溶融池を、製錬炉内に形成すること、
ii)炭素含有物質及び酸素ガスを、砲口を前記製錬炉内の前記鋼スラグに挿入した、前記製錬炉の側壁の少なくとも1つの石炭酸素ガンを使用して前記鋼スラグに吹き込むことであって、前記炭素含有物質及び前記酸素ガスは、前記鋼スラグにおいて燃焼発熱反応を生じ、該燃焼発熱反応により生成されたガス及び前記石炭酸素ガンの吹き込みにより形成された衝撃力が、共に前記鋼スラグに加えられて、該鋼スラグのフォームスラグ沸騰領域を形成する、吹き込むこと、
iii)予備還元装置により予備還元された鉄含有物質を前記フォームスラグ沸騰領域に添加すること、
iv)出鋼口から酸素吹錬炉へ流出する前記溶鋼を脱硫及び脱燐して、炭素含有量0.01重量%〜0.40重量%の溶鋼を得ること、
を含む、連続製鋼方法を提供する。
鉄含有物質:鉄鉱石微粉及び粘結剤等により形成される塊成化物。
炭素含有物質:石炭粉。
手順は、以下を除いて実施例1のものと同じである。
炭素含有物質:石炭粉。
鉄含有冶金粉及びダストの組成:ミルスケール、高炉ダスト、回転炉床炉ダスト、電気炉ダスト、及び焼結塊成化ダスト等。
手順は、以下を除いて実施例1のものと同じである。
炭素含有材料:コークス炉石炭ガス、高炉石炭ガス、天然ガス、及び生成石炭ガスの1つ又は複数。
手順は、以下を除いて実施例1のものと同じである。
炭素含有物質:石炭粉。
手順は、以下を除いて実施例1のものと同じである。
炭素含有物質:石炭粉。
鉄含有物質:鉄鉱石微粉。炭素含有物質:石炭粉。この例では、高温濃厚相搬送床及び直列型分配器を適用する。
手順は、以下を除いて実施例6のものと同じである。
鉄含有物質及びフラックスは、噴射ガンを使用して炉に噴射する。
手順は、以下を除いて実施例7のものと同じである。
2 回転炉床炉のスクリュー払出機
3 回転炉床炉のアウトフィードホッパー
4 フラックスホッパー
5 一次スクリューコンベヤー
6 中間貯蔵タンク
7 二次スクリューコンベヤー
8 直列型分配器
9 製錬炉
10 石炭ガス出力部材
11 石炭ガス酸素燃焼ガン
12 石炭酸素ガン
13 アルゴンガスガン
14 製錬炉の出滓口
15 製錬炉底部の出湯口
16 製錬炉の水冷炉壁
17 製錬炉の耐火材料炉壁
18 サイフォン出鋼口
19 サイフォン出鋼口の水冷炉壁
20 サイフォン出鋼口の耐火材料炉壁
21 酸素吹錬炉
22 酸素吹錬炉の酸素ガン
23 酸素吹錬炉の石炭ガス出力装置
24 酸素吹錬炉のフラックス入力部材
25 酸素吹錬炉のカバー
26 酸素吹錬炉の出滓口
27 酸素吹錬炉の出鋼口
28 酸素吹錬炉の出湯口
29 酸素吹錬炉の水冷炉壁
30 酸素吹錬炉の耐火材料炉壁
31 酸素吹錬炉の吹錬酸素ガス透過性煉瓦
32 製錬炉の吹錬酸素ガス透過性煉瓦
33 製錬炉の吹錬酸素ガス透過性煉瓦
34 高温搬送車両
35 搬送車両の軌道
36 取出ホッパー
37 懸濁予備還元炉
38 送出タンク
39 搬送パイプ
40 鉄含有物質の微粉噴射ガン
41 溶鋼
42 鋼スラグ
91 高温貯蔵ホッパー
92 送出タンク
93 搬送パイプ
94 回収タンク
95 直列型分配器
96 製錬炉
97 石炭ガス出力装置
98 溶融池の酸素ガン
99 CO酸素燃焼ガン
910 噴射ガン
911 炭素含有物質噴射ガン
912 製錬炉の酸素ガン
913 製錬炉の出滓口
914 製錬炉のサイフォン出鋼口
915 製錬炉底部の出湯口
916 酸素吹錬炉
917 酸素吹錬炉の酸素ガン
918 酸素吹錬炉の炭素含有物質燃焼ガン
919 酸素吹錬炉のフラックス添加システム
920 酸素吹錬炉の出鋼口
921 酸素吹錬炉の出滓口
922 酸素吹錬炉底部の出湯口
923 酸素吹錬炉の石炭ガス出力装置
Claims (24)
- 連続製鋼設備であって、
鉄含有物質を予備還元する予備還元装置と、
製錬炉であって、
溶銑及び/又は溶鋼及び該溶銑及び/又は溶鋼の上の鋼スラグを収容する炉体と、
前記炉体に前記予備還元装置により予備還元された前記鉄含有物質を供給する供給部材と、
前記炉体から前記溶銑及び/又は溶鋼を排出する出鋼口と、を備え、
当該製錬炉は、炭素含有材料を前記鋼スラグに噴射するための、当該鋼スラグに砲口が挿入される少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンをさらに備え、当該製錬炉は、酸素ガスを前記鋼スラグに吹き込むための、当該鋼スラグに砲口が挿入される当該製錬炉の少なくとも1つの酸素ガンをさらに備え、前記炭素含有物質を噴射して前記酸素ガスを吹き込むことにより、フォームスラグ沸騰が前記鋼スラグ中に形成され、前記供給部材は、予備還元された前記鉄含有物質を前記フォームスラグ沸騰領域に供給するように配置される、
製錬炉と、
溶鋼処理容器であって、前記製錬炉の前記出鋼口と連通し、当該製錬炉から前記溶銑及び/又は溶鋼を受け取って該溶銑及び/又は溶鋼を脱炭、脱硫、及び脱燐するために使用される、溶鋼処理容器と、
を備え、
前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンは、以下の(a)(b)のいずれか1つの態様であることを特徴とする、連続製鋼設備。
(a) 前記少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンは、前記製錬炉の前記少なくとも1つの酸素ガンの直上に配置されること、または、
(b) 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の前記酸素ガンは、スリーブ形態の石炭酸素ガンにより構成され、内管が前記炭素含有物質の搬送に使用され、外管が酸素ガスの搬送に使用されること。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(a)の態様であるとき、
前記製錬炉の前記少なくとも1つの酸素ガンは、水平面に対して斜め下方に角度αを形成するように配置され、前記製錬炉の前記酸素ガンの水平投影は、挿入点における前記炉体の内面の法線方向に対して角度βを形成し、前記角度αは15度〜60度の範囲であり、前記角度βは0度〜45度の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(a)の態様であるとき、
前記製錬炉の前記少なくとも1つの酸素ガンは、前記炉体の周りに均等に配置される前記製錬炉の複数の酸素ガンを含むことを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(a)の態様であるとき、
前記少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンは、水平面に対して斜め下方に角度αを形成するように配置され、前記炭素含有物質噴射ガンの水平投影は、挿入点における前記炉体の内面の法線方向に対して角度βを形成し、前記角度αは15度〜60度の範囲であり、前記角度βは0度〜45度の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(a)の態様であるとき、
前記少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンは、前記炉体の周りに均等に配置される複数の炭素含有物質噴射ガンを含むことを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(b)の態様であるとき、
前記石炭酸素ガンは、当該石炭酸素ガンの砲口を前記鋼スラグの底部よりもスラグの厚さの1/5〜1/3上方の高さに挿入するように配置されることを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(b)の態様であるとき、
前記石炭酸素ガンは、水平面に対して斜め下方に角度αを形成するように配置され、前記石炭酸素ガンの水平投影は、挿入点における前記炉体の内面の法線方向に対して角度βを形成し、前記角度αは15度〜60度の範囲であり、前記角度βは0度〜45度の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(b)の態様であるとき、
前記石炭酸素ガンは、前記炉体の周りに均等に配置される複数の石炭酸素ガンを含むことを特徴とする、請求項6または7に記載の連続製鋼設備。 - 砲口を前記鋼スラグの上方に位置付けて前記炉体に挿入される少なくとも1つの石炭ガス燃焼酸素ガンをさらに備える、請求項1に記載の連続製鋼設備。
- 前記供給部材は、前記鉄含有物質を前記フォームスラグ沸騰領域に噴射するために該フォームスラグ沸騰領域に挿入される噴射ガン、及び/又は前記鉄含有物質を供給するために前記フォームスラグ沸騰領域に向けられる直列型分配器を含むことを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。
- 前記予備還元装置は、回転炉床炉及び/又は懸濁予備還元炉を含むことを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。
- 前記溶鋼処理容器は、酸素吹錬ガンを有する酸素吹錬炉を含むことを特徴とする、請求項1に記載の連続製鋼設備。
- 製鋼方法であって、
i)下層としての溶銑及び/又は溶鋼及び上層としての鋼スラグからなる溶融池を、出鋼口を備える製錬炉内に形成するステップと、
ii)炭素含有物質を、前記製錬炉内の前記鋼スラグに砲口を挿入した少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンを使用して前記鋼スラグに噴射すると共に、酸素ガスを、前記製錬炉内の前記鋼スラグに砲口を挿入した前記製錬炉の少なくとも1つの酸素ガンを使用して前記鋼スラグに吹き込むステップであって、前記炭素含有物質及び前記酸素ガスは、前記鋼スラグにおいて燃焼発熱反応を生じ、当該燃焼発熱反応により生成されたガス及び前記炭素含有物質噴射ガンと酸素ガンの吹き込みにより形成された衝撃力が、共に前記鋼スラグに加えられて、該鋼スラグのフォームスラグ沸騰領域を形成する、噴射すると共に吹き込むステップと、
iii)鉄含有物質を前記フォームスラグ沸騰領域に添加するステップと、
iv)前記製錬炉から前記出鋼口を通して鋼を排出するステップと、
を含み、
前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、以下の(a)(b)のいずれか1つの態様であることを特徴とする,製鋼方法。
(a) 前記少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンは、前記製錬炉の前記少なくとも1つの酸素ガンの直上に配置されること、または、
(b) 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の前記酸素ガンは、スリーブ形態の石炭酸素ガンにより構成され、内管が前記炭素含有物質の搬送に使用され、外管が酸素ガスの搬送に使用されること。 - 前記ステップii)は、石炭及び酸素を鋼スラグ中に燃焼させることを含み、前記燃焼反応から放出される熱が前記鋼スラグにより吸収され、前記ステップiv)において、前記出鋼口は、サイフォン出鋼口を含むことを特徴とする、請求項13に記載の製鋼方法。
- 前記製錬炉内の前記溶銑及び/又は溶鋼の深さは、500mm〜1000mmの範囲であり、前記鋼スラグの厚さは、500mm〜1500mmの範囲であることを特徴とする、請求項13に記載の製鋼方法。
- 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(b)の態様であるとき、
前記ステップii)は、前記炭素含有物質及び前記酸素ガスを、前記鋼スラグの底部よりもスラグの厚さの1/3〜1/5上方の高さで前記石炭酸素ガンを使用して吹き込むことを含み、前記石炭酸素ガンにより吹き込まれる前記酸素ガスと前記炭素含有物質との比は、調整可能であり、前記酸素ガスと前記炭素含有物質との比は、前記鋼スラグの炭素含有量が3重量%〜12重量%を維持するように調整されることを特徴とする、請求項13に記載の製鋼方法。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(b)の態様であるとき、
前記ステップii)は、前記石炭酸素ガンを水平面に対して角度αで斜め下方に、かつ前記石炭酸素ガンの水平投影と挿入点における炉体の内面の法線方向との間の角度βで、前記鋼スラグに挿入して、該鋼スラグを回転させることを含み、前記角度αは15度〜60度の範囲であり、前記角度βは0度〜45度の範囲であることを特徴とする、請求項13に記載の製鋼方法。 - 前記鉄含有材料を前記フォームスラグ沸騰領域に添加する前に、予備還元装置を使用して前記鉄含有物質を予備還元することをさらに含む、請求項13〜17のいずれか1項に記載の製鋼方法。
- 予備還元された前記鉄含有物質の金属化率は、80重量%〜97重量%であることを特徴とする、請求項18に記載の製鋼方法。
- 前記予備還元装置は、懸濁予備還元炉及び/又は回転炉床炉を含み、前記懸濁予備還元炉により予備還元される前記鉄含有物質の温度範囲は、400℃〜800℃であり、前記回転炉床炉により予備還元される前記鉄含有物質の温度範囲は、900℃〜1200℃であることを特徴とする、請求項18に記載の製鋼方法。
- 前記製錬炉から前記出鋼口を通して前記溶鋼及び/又は溶銑を吹錬炉に流れ込ませ、吹錬炉における前記溶銑及び/又は溶鋼に対して酸素を吹き込んで、前記溶銑及び/又は溶鋼を脱硫及び脱燐することをさらに含む、請求項13〜17のいずれか1項に記載の製鋼方法。
- 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(a)の態様であるとき、
前記ステップii)は、前記少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンを水平面に対して角度αで斜め下方に、かつ前記炭素含有物質噴射ガンの水平投影と挿入点における炉体の内面の法線方向との間の角度βで、前記鋼スラグに挿入して、該鋼スラグを回転させることを含み、前記角度αは15度〜60度の範囲であり、前記角度βは0度〜45度の範囲であることを特徴とする、請求項13に記載の製鋼方法。 - 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンが、前記(a)の態様であるとき、
前記ステップii)は、前記製錬炉の前記少なくとも1つの酸素ガンを水平面に対して角度αで斜め下方に、かつ前記製錬炉の前記酸素ガンの水平投影と挿入点における炉体の内面の法線方向との間の角度βで、前記鋼スラグに挿入して、該鋼スラグを回転させることを含み、前記角度αは15度〜60度の範囲であり、前記角度βは0度〜45度の範囲であることを特徴とする、請求項13に記載の製鋼方法。 - 連続製鋼方法であって、
i)下層としての溶銑及び/又は溶鋼及び上層としての鋼スラグからなる溶融池を、出鋼口を備える製錬炉内に形成するステップと、
ii)炭素含有物質を、前記製錬炉内の前記鋼スラグに砲口を挿入した少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンを使用して前記鋼スラグに噴射すると共に、酸素ガスを、前記製錬炉内の前記鋼スラグに砲口を挿入した前記製錬炉の少なくとも1つの酸素ガンを使用して前記鋼スラグに吹き込むステップであって、前記炭素含有物質及び前記酸素ガスは、前記鋼スラグにおいて燃焼発熱反応を生じ、該燃焼発熱反応により生成されたガス及び前記炭素含有物質噴射ガンと酸素ガンの吹き込みにより形成された衝撃力が、共に前記鋼スラグに加えられて、該鋼スラグのフォームスラグ沸騰領域を形成する、噴射すると共に吹き込むステップと、
iii)予備還元装置により予備還元された鉄含有物質を前記フォームスラグ沸騰領域に添加するステップと、
iv)前記出鋼口から排出された前記溶銑及び/又は溶鋼を脱硫及び脱燐して、炭素含有量0.01重量%〜0.40重量%の溶鋼を得るステップと、
を含み、
前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の酸素ガンは、以下の(a)(b)のいずれか1つの態様であることを特徴とする,連続製鋼方法。
(a) 前記少なくとも1つの炭素含有物質噴射ガンは、前記製錬炉の前記少なくとも1つの酸素ガンの直上に配置されること、または、
(b) 前記炭素含有物質噴射ガン及び前記製錬炉の前記酸素ガンは、スリーブ形態の石炭酸素ガンにより構成され、内管が前記炭素含有物質の搬送に使用され、外管が酸素ガスの搬送に使用されること。
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