JP6022713B2 - 溶鉄処理装置およびその処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶鉄処理装置およびその処理方法に係り、さらに詳しくは、溶鉄中に含有されている銅（Ｃｕ）成分を容易に除去することのできる溶鉄処理装置およびその処理方法に関する。

一般に、高炉から出銑される溶鉄は、予備処理工程、転炉工程、２次精錬工程などの製鋼工程を経て鎔鋼として製造され、このような鎔鋼は、連続鋳造工程を経てスラブ、ブルーム、ビレット、ビームブランクなどの鋳片として製造される。高炉から出銑される溶鉄は、鉄鉱石を焼結させた焼結鉱とコークスなどを高炉に投入して加熱する製銑工程によって製造される。すなわち、高炉から出銑される溶鉄は、鉄源として鉄鉱石を用いる。しかしながら、韓国および外国の製鋼市場において鉄鉱石のコストが高騰し、鉄鉱石の円滑な需給が図れないため、鉄鉱石以外の鉄源を確保するための方策が講じられてきている。

最近は、鉄源を確保するための方策として、古鉄などの鉄屑を溶鉄として再活用する方策が活発に適用されている。すなわち、鉄屑を電気炉に投入して溶解させて溶鉄を製造し、高炉から出銑される溶鉄と併用する、又は、高炉から出銑される溶鉄の代替として鋳片を製造するのに使用される。鉄屑は、鉄鉱石（または、焼結鉱）とは異なり、使用用途に応じて様々な成分が含まれており、これにより、鉄屑を鉄源とする溶鉄には様々な成分が含有される。溶鉄に含有される様々な成分のうち銅成分は、連続鋳造工程に際して鋳片に表面ひび割れなどの欠陥を発生させ、熱間加工に際して高温脆性などの熱間脆性を引き起こして鋳片の品質を低下させる原因となる。

従来は、銅コーティングのように鉄屑の表面に銅成分が露出している場合には、シュレッダー加工および磁石分離を行って鉄屑を選別して使用した。ところが、鉄屑の内部に銅成分が含まれている場合には選別を通じて分離することができないため溶鉄に銅成分が含まれてしまう。溶鉄に含有される銅成分は、鉄成分よりも酸化力が弱いため、従来の製鋼工程では、溶鉄に含有される銅成分を容易に酸化させて除去することができないという問題を有していた。このため、鉄屑などの低級原料を溶鉄の鉄源として用いる場合には、鋳片の品質が大幅に低下する虞があるという問題があった。

本発明は、溶鉄中の銅を安定的に除去することのできる溶鉄処理装置およびその処理方法を提供する。本発明は、鎔鋼の品質を向上させることのできる溶鉄処理装置およびその処理方法を提供する。本発明は、資源を再活用して製造コストを節減することのできる溶鉄処理装置およびその処理方法を提供する。

本発明による溶鉄処理装置は、鉄源を溶融させて溶鉄を製造する溶解炉と、溶解炉において製造された溶鉄を液滴状態で噴射して溶鉄中に含有されている銅成分を除去する脱銅装置と、を備えることを特徴とする。

溶解炉は、電気炉、埋没アーク炉（ＳＡＦ）および、とりべ炉（ＬＦ）のうちの少なくともいずれか一種であってもよい。脱銅装置は、溶鉄が収容される第１の容器と、内部にフラックスが収容され、第１の容器の下部に配備される第２の容器と、を備え、第１の容器は、溶鉄を第２の容器に液滴として噴射するように形成されてもよい。第２の容器の下部に溶鉄を排出させる流出口が形成され、第２の容器から排出される溶鉄を収容する第３の容器をさらに備えてもよい。

第１の容器は、下部に溶鉄を液滴状態で噴射する噴射部が形成されてもよい。噴射部は、複数の噴射孔または多孔性部材により形成されてもよい。噴射孔は、２〜５ｍｍの大きさに形成されてもよい。溶鉄処理装置は、噴射部を開閉する開閉手段を備えてもよい。

本発明による溶鉄処理方法は、溶鉄の内部に含有されている不純物を処理する方法であって、銅を含有する鉄源を溶融させて溶鉄を製造する過程と、溶鉄を第１の容器に投入する過程と、第１の容器の下部に配備される第２の容器にフラックスを設ける過程と、第１の容器に設けられた溶鉄を第２の容器に液滴状態で噴射してフラックスと反応させて溶鉄中に含有されている銅を除去する過程と、を含むことを特徴とする。

溶鉄を製造する過程において、鉄クズ、鉄筋、ＦＩＮＥＸ汚泥、銅鉱滓、廃タイヤ（タイヤコード）及び砂鉄のうちの少なくとも一種を鉄源として用いてもよい。フラックスは、少なくともＮａ_２ＣＯ_３を含有する物質と、Ｓを含有する物質と、を含んでいてもよい。Ｎａ_２ＣＯ_３を含有する物質とＳを含有する物質との組成比は、２０〜６０ｗｔ％：４０〜８０ｗｔ％であってもよい。

Ｎａ_２ＣＯ_３を含有する物質は、Ｎａ_２ＣＯ_３またはトロナ（Ｎａ_２ＣＯ_３・ＮａＨＣＯ_３・２Ｈ_２Ｏ）であり、Ｓを含有する物質は、Ｎａ_２Ｓ、ＦｅＳおよびＮａ_２ＳＯ_４のうちの少なくともいずれか一種であってもよい。フラックスは、溶鉄１トン当たりに１５０ｋｇ〜４０００ｋｇ設けられてもよい。フラックスは、溶鉄よりも比重が小さく、溶鉄は、フラックスを通過してフラックスの下部に沈降してもよい。

第１の容器に設けられた溶鉄を第２の容器に液滴状態で噴射するとき、第２の容器の内部に真空を形成して第１の容器から流入する溶鉄を拡散させてもよい。第１の容器に設けられた溶鉄を第２の容器に液滴状態で噴射するとき、第１の容器の内部に圧力を加えて第１の容器内の溶鉄を第２の容器に液滴状態で噴射してもよい。溶鉄中に含有されている銅を除去する過程後に脱硫処理を行ってもよい。

脱硫処理は、第２の容器の下部に第３の容器を設ける過程と、第３の容器に脱硫フラックスを設ける過程と、第２の容器に収容されている溶鉄を第３の容器に溶鉄流を形成して供給してフラックスと反応させて溶鉄中に含有されている硫黄を除去する過程と、を含み、銅を除去する過程と連続して行ってもよい。脱硫フラックスは、トロナを含んでいてもよい。

本発明による溶鉄処理装置およびその処理方法によれば、溶鉄中に含有されている銅成分を容易に除去することができる。すなわち、溶鉄を液滴状態にしてフラックスとの反応効率を向上させて溶鉄内に含有されている銅成分を効果的に除去することができる。これにより、廃鉄屑、タイヤコード、鉄筋、ＦＩＮＥＸ汚泥、銅鉱滓などのように銅を含有する安価な鉄源を活用することができる。このため、廃棄される資源を再活用することができるので、環境汚染を抑えることができ、溶鉄を製造するのにかかるコストを節減することができる。また、溶鉄中の銅成分および硫黄成分を連続して除去することができて溶鉄の精錬にかかる時間を短縮することができる。また、溶鉄中への硫黄成分のピックアップが抑えられるフラックスを用いて脱硫操業に負荷が発生することも抑えることができる。

本発明による溶鉄処理装置の構成を概略的に示す図である。 噴射部（図１のＡ）の構造を示す図であり、（ａ）は第１の容器２１０の底面に複数の噴射孔が形成された例、（ｂ）は上部容器の底面に多孔性部材が配設された例を示す。 本発明により製鉄工程が行われる過程を示す図である。 本発明による溶鉄処理方法を用いて溶鉄を実験するための実験装置を示す図である。 本発明により溶鉄を処理した実験結果を示すグラフである。 本発明により溶鉄を処理した実験結果を示すグラフである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態を詳述する。しかしながら、本発明は、後述する実施形態に何ら限定されるものではなく、互いに異なる種々の形態で実現される。単に、これらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。本発明は、鉄屑、鉄筋、ＦＩＮＥＸ汚泥、銅鉱滓、廃タイヤ、砂鉄など様々な安価な鉄源を用いて溶鉄を製造する過程において溶鉄中に含有されている不純物、特に、銅（Ｃｕ）を除去するのに適用される技術である。ここで、ＦＩＮＥＸ汚泥には鉄成分（Ｔ．Ｆｅ）が約５０ｗｔ％以上含有されており、銅鉱滓には鉄成分が約４０ｗｔ％含有されているため、溶鉄を製造する上で鉄源として好適に使用可能である。

図１は、本実施形態による溶鉄処理装置の構成を概略的に示す図であり、図２は、噴射部の構造を示す図である。鉄屑、鉄筋、ＦＩＮＥＸ汚泥、銅鉱滓、廃タイヤ、砂鉄などの安価な鉄源を電気炉、埋没アーク炉（Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ａｒｃ Ｆｕｒｎａｃｅ：ＳＡＦ）および、とりべ炉（Ｌａｄｌｅ Ｆｕｒｎａｃｅ：ＬＦ）などの溶解炉において溶融させて製造された溶鉄には、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、銅（Ｃｕ）など種々の不純物が多量含有されている。このような不純物のうち銅（Ｃｕ）を除去する技術はあまり開発されていない。このため、本実施形態においては、溶鉄中に含有されている銅（Ｃｕ）を除去する脱銅装置を備えて、溶鉄を液滴状態にしてフラックスＰ１と接触させることにより、溶鉄中の銅の除去効率を向上させることができる。

図１を基にすると、溶鉄処理装置、すなわち、脱銅装置は、溶鉄Ｍが投入される第１の容器２１０と、第１の容器２１０の下部に配備されて第１の容器２１０から噴射される溶鉄Ｍの精錬を行う第２の容器２２０と、を備える。第１の容器２１０は、内部に溶鉄Ｍが収容可能な取鍋などの容器であってもよく、内部を真空引きするように上部を開閉できるように形成してもよい。また、第１の容器２１０の下部には、内部に収容された溶鉄Ｍを第２の容器２２０に噴射するための噴射部２１４が形成されてもよい。噴射部２１４は、第１の容器２１０に収容された溶鉄Ｍを第２の容器２２０に液滴状態で噴射可能であれば、様々な形状に形成可能である。

例えば、噴射部２１４は、第１の容器２１０の底面に複数の噴射部２１４ａとして形成されてもよい。このとき、噴射部２１４ａは、約２〜５ｍｍの大きさに形成されてもよく、噴射部２１４ａの大きさが上記の範囲よりも小さな場合には溶鉄Ｍが噴射し難く、上記の範囲よりも大きな場合には液滴が大きいためフラックスＰ１との反応効率が低下する虞がある。噴射部２１４ａは、第１の容器２１０の底面の全体に亘って形成されてもよく、第１の容器２１０の中心部の所定の領域にのみ形成されてもよい。後者の場合には、液滴が第２の容器２２０内において放射状に拡散されながら噴射できるように噴射部２１４ａが勾配をもって形成されてもよい。また、噴射部２１４は、上部容器の底面に配設される多孔性部材２１４ｂであってもよい。第１の容器２１０内に収容された溶鉄Ｍは、多孔性部材２１４ｂに形成された孔を介して第２の容器２２０に液滴を形成しながら噴射される。

第１の容器２１０内に収容された溶鉄Ｍの噴射を開始または停止するために、噴射部２１４を開閉する開閉手段２１５が配備されてもよい。開閉手段２１５は、第１の容器２１０の内部において上下方向に移動するように設けられるストッパーであってもよく、第１の容器２１０の下部において左右方向に移動するように設けられる摺動プレートであってもよい。第２の容器２２０は、溶鉄Ｍの精錬が行われる精錬炉であり、内部に第２の容器２２０から噴射される溶鉄Ｍを収容し、溶鉄Ｍ中に含有されている不純物、例えば、銅を除去するためのフラックスＰ１が収容される空間が形成される。

また、第２の容器２２０には、内部に真空を形成するための排気口、内部に所定の雰囲気を形成するためにガスを取り入れるための注入口、溶鉄ＭとフラックスＰ１が反応しながら発生する反応ガスを排出するための排出口などが形成されてもよい。さらに、第２の容器２２０の上部には、第１の容器２１０の噴射部２１４と連通する開口部２２１が形成されてもよい。開口部２２１は、第１の容器２１０の底面に形成された噴射部２１４に対応する大きさに形成されるか、あるいは、噴射部２１４よりも大きく形成されて溶鉄Ｍの円滑な噴射を促すことが好ましい。このような構成により溶鉄Ｍを液滴状態で噴射してフラックスＰ１と速やかに反応させることにより、溶鉄Ｍ中に含有されている銅を効果的に除去することができる。

一方、溶鉄Ｍ中に含有されている銅を除去する過程においてフラックスＰ１に含有されている他の不純物、例えば、硫黄（Ｓ）成分が溶鉄Ｍ１中にピックアップされる虞がある。すなわち、溶鉄Ｍ１中に含有されている銅は、硫黄（Ｓ）との反応効率が高いため、銅を除去するのに用いられるフラックスＰ１には硫黄（Ｓ）成分が多量含有されている。このため、溶鉄Ｍ１中の銅を除去する脱銅処理過程において銅と反応できなかった硫黄が溶鉄中にピックアップされる現象が発生する虞がある。このため、第２の容器２２０の下部に脱銅処理された溶鉄Ｍ１を投入して脱硫処理を施し得る第３の容器２３０を備えてもよい。第３の容器２３０は、内部に溶鉄Ｍ２およびフラックスＰ２などを収容可能な空間が形成される取鍋、精錬炉などの容器であってもよい。第３の容器２３０は、第２の容器２２０の下部に配備されて第２の容器２２０から排出される溶鉄Ｍ１、すなわち、脱銅処理された溶鉄Ｍ１を供給されて脱硫処理を施して目標とする成分の溶鉄Ｍ２を得る。

このため、第２の容器２２０には、溶鉄Ｍ１を第３の容器２３０に供給するための流出口２２３が形成されてもよい。流出口２２３は、第２の容器２２０の底面や下部側壁に形成されてもよい。流出口２２３は、溶鉄Ｍ１を液滴状態で第３の容器２３０に供給できるように第１の容器２１０に形成された噴射部２１４と略同じ形状に形成してもよい。または、溶鉄Ｍ１を液滴状態で噴射せずに脱銅処理された溶鉄Ｍ１を溶鉄流を形成しながら第３の容器２３０に供給してもよい。このような構成により溶鉄中に含有されている銅および硫黄を効果的に除去することができ、必要に応じて、脱銅処理と脱硫処理を連続して行って工程効率を向上させることができる。

以下、溶鉄処理装置を用いて溶鉄中に含有されている銅成分を除去する方法について説明する。図３は、本実施形態により製鉄工程が行われる過程を示す図である。まず、溶鉄Ｍ、例えば、溶鉄を設ける。溶鉄Ｍは、鉄屑、鉄筋、ＦＩＮＥＸ汚泥、銅鉱滓、廃タイヤタイヤコード、砂鉄など様々な安価な鉄源を溶解炉１００において溶融および還元させて製造することができる。溶解炉１００は、電気炉、埋没アーク炉（ＳＡＦ）または、とりべ炉（ＬＦ）であってもよく、溶鉄Ｍを製造する過程においてコークスまたは石炭、生石灰、ＳｉＯ_２などを投入して還元させることができ、リン（Ｐ）成分を除去することもできる。このように安価な鉄源により製造された溶鉄Ｍには銅が多量含有されている。製造された溶鉄Ｍは、溶解炉から取鍋１１０に出湯されて脱銅処理のための場所に搬送される。

取鍋１１０内に収容された溶鉄Ｍは、第１の容器２１０に投入される。このとき、取鍋１１０が第１の容器２１０として使用可能である。また、溶鉄Ｍの脱銅処理が行われる第２の容器２２０の内部に銅を除去するためのフラックスＰ１を設ける。フラックスＰ１は、溶鉄Ｍを第２の容器２２０内に噴射する前に第２の容器２２０内に投入することが好ましい。フラックスＰ１は、溶鉄Ｍ１よりも比重が小さな物質であり、銅との反応が活発に行われる硫黄（Ｓ）成分を含む物質が使用可能である。例えば、フラックスＰ１は、Ｎａ_２ＣＯ_３を含有する物質と、硫黄（Ｓ）を含有する物質と、を含んでいてもよい。このとき、Ｎａ_２ＣＯ_３を含有する物質は、Ｎａ_２ＣＯ_３またはトロナ（Ｎａ_２ＣＯ_３・ＮａＨＣＯ_３２Ｈ_２Ｏ）であってもよく、硫黄を含有する物質は、ＦｅＳ、Ｎａ_２Ｓ、およびＮａ_２ＳＯ_４のうちの少なくともいずれか一種であってもよい。トロナは、約３０ｗｔ％のナトリウム（Ｎａ）を含んでおり、原産地によるが、硫黄（Ｓ）を含んでおり、硫黄は、Ｎａ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＣＯ_３・２Ｎａ_２ＳＯ_４などの酸化物の形で存在する。ここで、硫黄を含有する物質としては、ＦｅＳ、Ｎａ_２ＳまたはＮａ_２ＳＯ_４が使用可能であるが、ＦｅＳおよびＮａ_２ＳＯ_４の場合、脱銅処理後に溶鉄Ｍ１中に硫黄成分が多量ピックアップされ、Ｎａ_２Ｓの場合には溶鉄Ｍ１中に硫黄成分のピックアップがほとんど発生しないためＮａ_２Ｓを使用することがさらに好ましい。これは、フラックスＰ１に含有されているナトリウム（Ｎａ）成分が銅と硫黄の反応物を安定相にするためであると認められ、これは、後述する実験結果に基づいて再び説明する。

フラックスＰ１のうちＮａ_２ＣＯ_３を含有する物質と、硫黄（Ｓ）を含有する物質との比率は、約２０〜６０ｗｔ％：４０〜８０ｗｔ％であることが好ましい。フラックスＰ１内にＮａ_２ＣＯ_３を含有する物質よりも硫黄（Ｓ）を含有する物質の比率がさらに高い理由は、脱銅効率をさらに高めることができるためであり、これらの比率が上述した範囲から逸脱する場合に目標とする脱銅効率が得られないため、上述した範囲内において適切に調節して用いることが好ましい。第１の容器２１０に投入された溶鉄Ｍは、第１の容器２１０の底面に形成された噴射部２１４を介して第２の容器２２０内に液滴を形成しながら噴射される。溶鉄Ｍは、様々な方法を用いて液滴状態で噴射することができる。

第１の容器２１０に投入された溶鉄Ｍは、第１の容器２１０の底面に形成された噴射部２１４を介して第２の容器２２０に噴射されるが、第１の容器２１０に形成された噴射部２１４が噴射部２１４ａや多孔性部材２１４ｂにより形成されるため、溶鉄Ｍの自重により噴射部２１４を介して第２の容器２２０に噴射可能である。このとき、第１の容器２１０の内部にアルゴンガスなどの不活性ガスを供給して第１の容器２１０に収容された溶鉄Ｍに圧力を加えると、溶鉄Ｍは第２の容器２２０に液滴を形成しながら速やかに噴射される。このように溶鉄Ｍが液滴状態で第２の容器２２０に噴射されるとき、第２の容器２２０の内部に真空を形成すれば、圧力差により第２の容器２２０に噴射される溶鉄Ｍを第２の容器２２０内に均一に拡散させることができる。第２の容器２２０に液滴状態で噴射される溶鉄Ｍは、フラックスＰ１を通過しながら激しく反応し、このとき、溶鉄Ｍ中の銅、およびフラックスＰ１と反応して副産物を生成し生成された副産物は、フラックスＰ１中に残留し、銅の除去された溶鉄Ｍ１はフラックスＰ１との比重差によりフラックスＰ１の下部に落下する。

第１の容器２１０内に投入されたほとんどの溶鉄Ｍが第２の容器２２０に噴射されて第２の容器２２０内のフラックスＰ１との反応により脱銅処理が施されれば、第２の容器２２０内に収容された溶鉄Ｍ１、すなわち、脱銅処理された溶鉄Ｍ１をサンプリングして成分を分析する。分析の結果、溶鉄Ｍ１が目標とする成分により製造された場合、第２の容器２２０内の溶鉄Ｍ１を取鍋などの容器に出湯して後続する製鋼工程、例えば、脱リン処理工程を行う。一方、第２の容器２２０内の溶鉄Ｍ１が目標とする成分により製造されていない場合、例えば、脱銅処理過程においてフラックスＰ１内の硫黄成分が溶鉄Ｍ１中にピックアップされて硫黄の濃度が増加した場合には溶鉄Ｍ１の脱硫処理を行ってもよい。

脱硫処理は、第２の容器２２０に設けられた開閉手段２２２を作動させて第２の容器２２０に形成された流出口２２３を開放して第２の容器２２０内の溶鉄Ｍ１を第３の容器２３０に排出する。溶鉄Ｍ１は溶鉄流を形成し、第３の容器２３０に排出されて第３の容器２３０内に投入されている脱硫フラックスＰ２に落下する。溶鉄中の硫黄は、脱硫フラックスＰ２と反応して副産物を生成し、副産物は脱硫フラックスＰ２中に残留し、溶鉄Ｍ２は脱硫フラックスＰ２の下部に落下する。このとき、脱硫フラックスＰ２としては、トロナを含む物質が使用可能である。次いで、脱硫処理が終わると、第３の容器２３０内の脱硫フラックスＰ２（副産物を含む）を除去し、溶鉄Ｍ１を取鍋などの容器に出湯して後続する製鋼工程３００を行う。ここで、脱硫処理過程において溶鉄中の硫黄はトロナと反応してＮａ_２Ｓを含む副産物を生成するが、脱硫処理後に除去される脱硫フラックスＰ２（副産物を含む）は、今後の脱銅処理工程においてフラックスとして再活用可能である。

図４は、本実施形態による溶鉄処理方法を用いて溶鉄を実験するための実験装置を示す図であり、図５および図６は、本実施形態により溶鉄を処理した実験結果を示すグラフである。下記表１は、脱銅効率を調べるために脱銅処理時に用いられたフラックスの組成と脱銅処理時の溶鉄の温度を示す。

ここで、実施例１〜実施例７と比較例１〜比較例３においては、図４に示した実験装置を用いて溶鉄を液滴状態で噴射してフラックスを通過させて脱銅処理を施す実験をした。

図４に示す実験装置４００は、密閉されたチャンバー（ここでは、誘導加熱コイル付き高周波誘導溶解炉が用いられる）４１０の内部に下部坩堝４２０が設けられ、上部には溶鉄Ｍが収容される上部坩堝４３０が設けられる。上部坩堝４３０には直径３ｍｍの２つの噴射孔４３２が形成されて上部坩堝４３０内に収容される溶鉄Ｍが液滴を形成しながら下部坩堝４２０に落下するようにした。このとき、上部坩堝４３０に収容された溶鉄Ｍは６０ｇであり、上部坩堝４３０に約３０ｇの溶鉄Ｍが残留するまで実験を行った。なお、下部坩堝４２０にはフラックスＰの組成を変更しながら投入して実験を繰り返し行った。

実験がほとんど終わる時点において上部坩堝４３０に残留する溶鉄Ｍを採取し、下部坩堝４２０内のフラックスＰおよび溶鉄Ｍ１を採取してそれぞれの試片を製作した後、それぞれの試片を分析して下記表２および下記表３に示す結果を得た。ここで、表２は、フラックスにＮａ_２Ｓを含有させて溶鉄を脱銅処理した結果を示し、表３は、フラックスにＦｅＳを含有させて溶鉄を脱銅処理した結果を示す。また、図５および図６は、表２および表３に示す脱銅効率を図式化したグラフである。

まず、表２を基にすると、実施例１〜実施例７の全体に亘って脱銅処理後の銅の含量が減少していることが分かる。ところが、１５ｇのＮａ_２Ｓを用いた実施例１においては脱銅効率が約１．７％と非常に低いのに対し、実施例１よりもＮａ_２Ｓの量を増やした残りの実施例における脱銅効率は約６０％以上と非常に高いことが確認可能である。このため、Ｎａ_２Ｓの量を増やせば増やすほど脱銅効率が増加することが分かる。また、実施例２および実施例３〜実施例７の脱銅効率を調べると、トロナよりもＮａ_２Ｓの含量が高い場合に脱銅効率が増加することが分かる。これにより、トロナ（または、Ｎａ_２ＣＯ_３）とＮａ_２Ｓの比率を上述した範囲内において適切に混合して用いることにより目標とする脱銅効率が得られる。比較例１〜比較例３においては、フラックスとしてＮａ_２Ｓの代わりにＦｅＳを用いて溶鉄を脱銅処理した。表３および図６を基にすると、比較例１〜比較例３においては、約２５８０％の高い脱銅効率を示している。ところが、このような脱銅効率は、上述した実施例（実施例１を除く）による脱銅効率内に収まれて比較的に高い脱銅効率を示しているが、脱銅処理後に溶湯中に約４〜５０ｗｔ％の硫黄（Ｓ）が多量ピックアップされていることが分かる。特に、ＦｅＳの量が多いほど硫黄のピックアップ量が増加することも分かる。これに対し、実施例１〜実施例７においては、１ｗｔ％未満の硫黄が溶湯内に存在することが分かる。特に、ＦｅＳの量が多いほど硫黄のピックアップ量が増加することが分かる。これに対し、実施例１〜実施例７においては、反応後に溶鉄内に硫黄がほとんどピックアップされていないことも確認可能である。このため、溶鉄中の銅成分を除去するための脱銅フラックスとしてＮａ_２Ｓを用いる場合に脱銅効果はもちろん、硫黄のピックアップを抑える効果が高いということが分かる。

また、溶鉄を液滴状態で噴射することにより得られる脱銅効率を確認するために平衡反応実験を行った。平衡反応実験は、密閉されたチャンバー内に坩堝を設け、坩堝内に銅を含有する溶鉄１２０ｇを入れてアルゴン雰囲気下で１５５０℃まで昇温させて溶鉄を溶解させて溶鉄を得た後に１４００℃まで温度を下げた。このとき、坩堝内から溶鉄を採取して初期試片を製作した。その後、Ｎａ_２ＣＯ_３−ＦｅＳ系フラックス３０ｇ（比較例４）またはＮａ_２ＣＯ_３−Ｎａ_２Ｓ系フラックス３０ｇ（比較例５）を溶鉄に投入して３０分間維持した後に再び溶鉄を採取して反応後試片を製造して成分を分析した（平衡反応）。

図５を基にすると、試片の成分を分析した結果、比較例４および比較例５の脱銅効率は約９０％と略同じ値を示すことが分かる。しかしながら、Ｎａ_２ＣＯ_３−ＦｅＳ系フラックスを用いた比較例４の場合にＮａ_２ＣＯ_３−Ｎａ_２Ｓ系フラックスを用いた比較例５に比べて反応後溶鉄中の硫黄成分が非常に高く、比較例５は硫黄のピックアップ現象がほとんど現れないことが分かる。また、この実験により得られた結果は、液滴状態で噴射した場合の実施例１〜実施例７、比較例１〜比較例３において得られた脱銅効率および硫黄のピックアップ現象と略同様であるが、この実験においては、溶湯にフラックスを投入して約５分が経過した後に溶湯とフラックスとの間の反応が本格的に行われた。しかしながら、溶鉄を液滴状態にして脱銅処理を施す場合（実施例１〜実施例７、比較例１〜比較例３）、溶鉄の液滴がフラックスと遭遇してから数秒、例えば、３秒以内に溶鉄とフラックスとの間の反応が激しく起きた。

このような実験結果によれば、本発明でのように溶鉄を液滴状態にして脱銅処理を施せば、溶鉄中の銅を速やかに除去することができ、Ｎａ_２ＳなどのＳ含有フラックスを適用すれば、フラックスに含有されている硫黄が溶湯中にピックアップされる現象を同時に抑えることができて、所望の成分の溶湯を製造することができるということが確認された。このように、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において種々に変形可能であるということは言うまでもない。よって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけではなく、この請求範囲との均等物によって定められるべきである。

本発明による溶鉄処理装置およびその処理方法は、溶鉄中に含有されている銅成分を容易に除去することができて、廃鉄屑、タイヤコード、鉄筋、ＦＩＮＥＸ汚泥、銅鉱滓などのように銅を含有する安価な鉄源を活用することができる。よって、廃棄される資源を再活用することができるので、環境汚染を抑えることができ、溶鉄を製造するのにかかるコストを節減することができる。また、溶鉄中の銅成分および硫黄成分を連続して除去することができて溶鉄の精錬にかかる時間を短縮することができる。また、溶鉄中への硫黄成分のピックアップが抑えられるフラックスを用いて脱硫操業に負荷が発生することも抑えることができる。

１００：溶解炉
１１０：取鍋
２００：溶鉄処理装置
２１０：第１の容器
２１４，２１４ａ，Ａ：噴射部
２１４ｂ：多孔性部材
２１５，２２２：開閉手段
２２０：第２の容器
２２１：開口部
２２３：流出口
２３０：第３の容器
３００：製鋼工程
４００：実験装置
４１０：チャンバー
４２０：下部坩堝
４３０：上部坩堝
４３２：噴射孔
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２：溶鉄
Ｐ，Ｐ１：フラックス
Ｐ２：（脱硫）フラックス

Claims (17)

1. 鉄源を溶融させて溶鉄を製造する溶解炉と、
   前記溶解炉において製造された溶鉄を液滴状態で噴射して前記溶鉄中に含有されている銅成分を除去する脱銅装置と、を備え、
   前記脱銅装置は、溶鉄が収容される第１の容器と、内部にフラックスが収容され、前記第１の容器の下部に配備される第２の容器と、を備え、
   前記第１の容器は、前記溶鉄を前記第２の容器に液滴として噴射するように形成され、
   前記第２の容器の下部に溶鉄を排出させる流出口が形成され、前記第２の容器から排出される溶鉄を収容する第３の容器をさらに備えたことを特徴とする溶鉄処理装置。
2. 前記溶解炉は、電気炉、埋没アーク炉（ＳＡＦ）および、とりべ炉（ＬＦ）のうちの少なくともいずれか一種であることを特徴とする請求項１に記載の溶鉄処理装置。
3. 前記第１の容器は、下部に溶鉄を液滴状態で噴射する噴射部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の溶鉄処理装置。
4. 前記噴射部は、複数の噴射孔または多孔性部材により形成されたことを特徴とする請求項３に記載の溶鉄処理装置。
5. 前記噴射孔は、２〜５ｍｍの大きさに形成されたことを特徴とする請求項４に記載の溶鉄処理装置。
6. 前記噴射部を開閉する開閉手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の溶鉄処理装置。
7. 溶鉄の内部に含有されている不純物を処理する方法であって、
   銅を含有する鉄源を溶融させて溶鉄を製造する過程と、
   前記溶鉄を第１の容器に投入する過程と、
   前記第１の容器の下部に配備される第２の容器にフラックスを設ける過程と、
   前記第１の容器に設けられた溶鉄を前記第２の容器に液滴状態で噴射して前記フラックスと反応させて前記溶鉄中に含有されている銅を除去する過程と、を含み、
   前記第１の容器に設けられた溶鉄を前記第２の容器に液滴状態で噴射するとき、前記第２の容器の内部に真空を形成して前記第１の容器から流入する溶鉄を拡散させることを特徴とする溶鉄処理方法。
8. 溶鉄の内部に含有されている不純物を処理する方法であって、
   銅を含有する鉄源を溶融させて溶鉄を製造する過程と、
   前記溶鉄を第１の容器に投入する過程と、
   前記第１の容器の下部に配備される第２の容器にフラックスを設ける過程と、
   前記第１の容器に設けられた溶鉄を前記第２の容器に液滴状態で噴射して前記フラックスと反応させて前記溶鉄中に含有されている銅を除去する過程と、を含み、
   前記第１の容器に設けられた溶鉄を前記第２の容器に液滴状態で噴射するとき、前記第１の容器の内部に圧力を加えて前記第１の容器内の溶鉄を前記第２の容器に液滴状態で噴射することを特徴とする溶鉄処理方法。
9. 前記溶鉄を製造する過程において、鉄屑、鉄筋、ＦＩＮＥＸ汚泥、銅鉱滓、廃タイヤ（タイヤコード）および砂鉄のうちの少なくとも一種を鉄源として用いることを特徴とする請求項７又は８に記載の溶鉄処理方法。
10. 前記フラックスは、少なくともＮａ_２ＣＯ_３を含有する物質と、Ｓを含有する物質と、を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の溶鉄処理方法。
11. 前記Ｎａ_２ＣＯ_３を含有する物質と前記Ｓを含有する物質との組成比は、２０〜６０ｗｔ％：４０〜８０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１０に記載の溶鉄処理方法。
12. 前記Ｎａ_２ＣＯ_３を含有する物質は、Ｎａ_２ＣＯ_３またはトロナ（Ｎａ_２ＣＯ_３・ＮａＨＣＯ_３・２Ｈ_２Ｏ）であり、前記Ｓを含有する物質は、Ｎａ_２Ｓ、ＦｅＳおよびＮａ_２ＳＯ_４のうちの少なくともいずれか一種であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の溶鉄処理方法。
13. 前記フラックスは、前記溶鉄１トン当たりに１５０ｋｇ〜４０００ｋｇ設けられることを特徴とする請求項７又は８に記載の溶鉄処理方法。
14. 前記フラックスは、前記溶鉄よりも比重が小さく、
    前記溶鉄は、前記フラックスを通過して前記フラックスの下部に沈降することを特徴とする請求項７ないし請求項１３のいずれか一項に記載の溶鉄処理方法。
15. 前記溶鉄中に含有されている銅を除去する過程後に脱硫処理を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の溶鉄処理方法。
16. 前記脱硫処理は、
    前記第２の容器の下部に第３の容器を設ける過程と、
    前記第３の容器に脱硫フラックスを設ける過程と、
    前記第２の容器に収容されている溶鉄を前記第３の容器に溶鉄流を形成して供給して前記フラックスと反応させて溶鉄中に含有されている硫黄を除去する過程と、を含み、
    前記銅を除去する過程と連続して行われることを特徴とする請求項１５に記載の溶鉄処理方法。
17. 前記脱硫フラックスは、トロナを含むことを特徴とする請求項１６に記載の溶鉄処理方法。

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