JP6150972B2 - 加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑を利用した冷鉄源の溶解方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱装置を備えた貯銑炉から受銑容器に溶銑を出湯する際に、予め受銑容器に入れ置きした冷鉄源を溶銑の熱によって溶解する方法に関する。

銑鋼一貫製鉄所の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（「高炉溶銑」ともいう）が主体であるが、鉄鋼製品の加工工程で発生する鉄スクラップや、建築物、機械製品及び電気製品などの老朽化に伴って発生する鉄スクラップ、更には、製鉄工程で発生する地金などの冷鉄源も、かなりの量が使用されている。鉄鋼製品の製造にあたり、高炉での溶銑の製造では、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、冷鉄源は溶解熱のみを必要としており、製鋼過程で冷鉄源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、大量に発生する鉄スクラップを有効活用するのみならず、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、鉄スクラップなどの冷鉄源利用の促進が望まれている。

従来、製鋼精錬工程においては、冷鉄源を転炉に装入し、溶銑の脱炭精錬による酸化熱及び溶銑の保有熱で冷鉄源を溶解する方法が一般的であったが、高炉から出銑される溶銑を保持・搬送するための溶銑搬送容器の保有熱を有効活用するべく、トピードカーや溶銑鍋に冷鉄源を入れ置きし、これら溶銑搬送容器の熱で冷鉄源を予熱し、その後、高炉から出銑される溶銑の熱で溶解する方法も行われている（例えば特許文献１を参照）。

また、製鋼工場には、高炉や溶融還元炉から出銑された溶銑を一時的に貯蔵する或いは溶銑の成分を均一化することを目的として、貯銑炉（「混銑炉」ともいう）と称する溶湯保持炉が設置されている場合がある。従来、貯銑炉には、加熱装置として重油などを用いたバーナーが備えられているだけであり、収容した溶銑の温度降下を抑制する程度であったが、誘導加熱装置を備えた貯銑炉が出現するに伴い（例えば特許文献２を参照）、貯銑炉で冷鉄源を積極的に溶解する方法も行われている。例えば、特許文献３には、溝型誘導加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑に冷鉄源を投入した後、引き続き、炉内溶銑の流動を促進させるために溶銑を追加装入して冷鉄源を溶解する方法が提案されている。

特開平５−５９４２１号公報 特開平１１−２４８３６８号公報 特開２００５−３３０５６３号公報

上記特許文献３に提案されるように、溝型誘導加熱装置を備えた貯銑炉を使用し、溶銑を誘導加熱することで冷鉄源の溶解は可能となったが、貯銑炉における冷鉄源の溶解可能量は加熱装置の能力によって制限されており、単位時間あたりの冷鉄源の溶解量を増加させることができないという課題があった。

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、誘導加熱装置を備えた貯銑炉に収容される溶銑の熱を利用して冷鉄源を溶解するにあたり、前記加熱装置の能力を変更せずに、単位時間あたりの冷鉄源の溶解量を増加することのできる、加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑を利用した冷鉄源の溶解方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するべく研究・検討を重ねた結果、単位時間あたりの冷鉄源の溶解量を増加するには、単位質量あたりの冷鉄源を溶解するに要する熱量を低減させる必要があり、そのためには、単に、貯銑炉内で溶銑の熱を冷鉄源に伝えるのみではなく、貯銑炉から出湯される溶銑を受銑し、且つ、受銑した溶銑を転炉などの精錬炉に装入するための受銑容器の保有熱を冷鉄源の予熱用として活用することが効果的であるとの知見を得た。

従来、高炉から出銑される溶銑を保持・搬送するための溶銑搬送容器の熱で冷鉄源を予熱することにより溶銑搬送容器の保有熱を活用可能であったが、溶銑搬送容器は、高炉を有する製銑工場と転炉を有する精錬工場との間を移動しており、この移動の間に溶銑搬送容器の保有熱が放散してしまい、溶銑搬送容器の保有熱を有効に活用できないという課題があった。特に、溶銑鍋では、トピードカーに比べて開口部の面積が大きいことから、この課題が顕著であった。貯銑炉と同一工場内に存在する、該貯銑炉から出湯される溶銑を受銑し且つ受銑した溶銑を転炉などの精錬炉に装入するために使用される受銑容器に、当該精錬工場内にて冷鉄源を入れ置きすることで、従来は有効活用が困難であった受銑容器の保有熱を鉄スクラップの溶解熱として有効活用することが可能となる。

別途設けた予熱装置によって貯銑炉に装入される前の冷鉄源を予熱すれば、単位質量あたりの冷鉄源を溶解するに要する熱量を低減させることが可能であるが、この場合には、予熱装置が必要であり、また、加熱用のエネルギーも必要となる。これに対して、受銑容器の保有熱を冷鉄源予熱用として活用する場合には、予熱装置も、また、加熱用のエネルギーも不要である。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１） 予め精錬工場内にて冷鉄源を入れ置きした、精錬工場内にて使用される受銑容器に、溝型誘導加熱装置を備えた貯銑炉から溶銑を出湯し、受銑容器の保有熱によって予熱された冷鉄源を貯銑炉から出湯される溶銑の熱で溶解することを特徴とする、加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑を利用した冷鉄源の溶解方法。
（２） 前記貯銑炉から出湯するときの溶銑の温度を、前記溝型誘導加熱装置によって１３７０℃以上に調整することを特徴とする、上記（１）に記載の加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑を利用した冷鉄源の溶解方法。
（３）前記冷鉄源の受銑容器への入れ置き量を、出湯される溶銑トンあたり３６ｋｇ以下とすることを特徴とする、上記（１）または上記（２）に記載の加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑を利用した冷鉄源の溶解方法。

本発明によれば、貯銑炉から溶銑を受銑し且つ受銑した溶銑を転炉などの精錬炉に装入するための受銑容器に予め冷鉄源を入れ置きするので、受銑容器の熱が入れ置きした冷鉄源に伝わり、これにより冷鉄源は予熱されて、単位質量あたりの冷鉄源を溶解するに要する熱量が低減する。また、貯銑炉から落下する出湯流によって溶銑と冷鉄源とが強攪拌され、これによっても冷鉄源の溶解が促進される。その結果、貯銑炉に設置した溝型誘導加熱装置からの溶銑への供給熱量が同一であっても、より多くの冷鉄源の溶解が可能となり、冷鉄源の鉄源としての利用が促進される。

本発明で使用する貯銑炉の概略斜視図である。 本発明を実施する様子を示す概略図である。 ステンレス鋼スクラップの入れ置き量と出湯時の溶銑の温度降下量との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。先ず、本発明で使用する貯銑炉を図１に基づいて説明する。図１は、本発明で使用する貯銑炉の概略斜視図で、貯銑炉の一部をカットした断面で示している。

図１に示すように、本発明で使用する貯銑炉１は、傾転可能な円筒状の炉本体７を有し、溶銑６の加熱手段として溝型誘導加熱装置５を炉本体７の側壁に備えたものである。溝型誘導加熱装置５は、溝型誘導加熱装置５の内部に設けた、溶銑６の通る流路の周囲に誘導コイルの巻かれた鉄心（図示せず）を配置した構成であり、誘導コイルに交流電流を流すことにより交流磁束を生じさせ、この交流磁束によって流路内の溶銑６に誘導電流を発生させ、この誘導電流によるジュール熱で溶銑６を加熱するという装置である。また、誘導電流と交流磁束とによって流路内の溶銑６にはローレンツ力（電磁気力）が働き、溶銑６は流路内を移動し、それにより貯銑炉内と流路内とを循環するように構成されている。

また、貯銑炉１は、高炉や溶融還元炉から供給される溶銑６を炉本体７に装入するための溶銑装入口３と、傾転によって貯蔵した溶銑６を出湯するための出湯口２とを備えている。また、炉内の点検、試料採取、或いは副原料（造滓剤、合金鉄或いは鉄スクラップなど）を炉本体７の内部に投入するための開閉可能な装入口４が１個または複数個設けられ、炉本体７の鉄皮の内側には内張り耐火物８が施工されている。尚、貯蔵する溶銑６は、高炉溶銑、クロム含有溶銑などであり、また、炉本体７の外殻は鉄皮で構成されている。

この構成の貯銑炉１に溶銑６を貯留し、溝型誘導加熱装置５によって所定の温度に調整した溶銑６を、図２に示すように炉本体７を傾転させて、貯銑炉１を備えた精錬工場内にて予め鉄スクラップなどの冷鉄源１０が入れ置きされた受銑容器９に出湯する。受銑容器９は、貯銑炉１から出湯される溶銑６を受銑し、受銑した溶銑６を転炉などの精錬炉に装入するための、内張り耐火物（図示せず）が施工された鍋型容器である。受銑した溶銑６を転炉などの精錬炉に装入して受銑容器９が空になったなら、当該精錬工場内で直ちに冷鉄源１０を受銑容器９に入れ置きすることが好ましい。受銑容器９に入れ置きされた冷鉄源１０は、受銑容器９の内張り耐火物から放出される熱で予熱される。冷鉄源１０は、予熱されることで単位質量あたりの冷鉄源１０を溶解するに要する熱量が減少し、少ない熱量で溶解可能となる。尚、図２は、本発明を実施する様子を示す概略図である。

このように、受銑容器９に入れ置きされた冷鉄源１０は予熱され、貯銑炉１から出湯される溶銑６の熱によって溶解する。また、貯銑炉１から落下する出湯流によって溶銑６と冷鉄源１０とが強攪拌され、これによっても冷鉄源１０の溶解が促進される。その結果、貯銑炉１に設置した溝型誘導加熱装置５からの溶銑６への供給熱量が同一であっても、より多くの冷鉄源１０の溶解が可能となり、冷鉄源１０の鉄源としての利用が促進される。

この場合に、冷鉄源１０の溶解を円滑に行うために、貯銑炉１からの出湯時の溶銑６の温度を、溝型誘導加熱装置５によって１３７０℃以上に調整すること、または、冷鉄源１０の受銑容器９への入れ置き量を、出湯される溶銑トンあたり３６ｋｇ以下とすることが好ましい。

入れ置きする冷鉄源１０は、出湯される溶銑６と同様の成分であることが好ましい。具体的には、溶銑６が高炉溶銑（高炉で製造された溶銑）の場合には、冷鉄源１０として炭素鋼の鉄スクラップや地金などを使用し、溶銑６がクロム含有溶銑の場合には、冷鉄源１０としてステンレス鋼のスクラップや地金などを使用する。入れ置きする冷鉄源１０としては、鉄スクラップや地金以外に、冷銑や直接還元鉄なども使用することができる。

以上説明したように、本発明によれば冷鉄源１０の溶解量を増加させることが実現でき、製鋼精錬工程における製造コストの削減が達成される。

図１に示す貯銑炉と同様の貯銑炉を用い、予めステンレス鋼のスクラップを入れ置きした受銑容器にクロム含有溶銑を出湯した。その際に、ステンレス鋼スクラップの入れ置き量を３．５〜７．１トンに変化させ、ステンレス鋼スクラップの溶け残りの有無を調査した。また、出湯時の溶銑温度の降下量も調査した。操業条件（ステンレス鋼スクラップの入れ置き量、貯銑炉からの出銑量、出銑直前の溶銑温度）及び温度降下量、溶け残りの有無の調査結果を表１に示す。

表１に示すように、ステンレス鋼スクラップの入れ置き量が、出湯される溶銑トンあたり３６ｋｇ以下であれば、ステンレス鋼スクラップの溶け残りは発生しないことが確認できた。

また、図３は、ステンレス鋼スクラップの入れ置き量と出湯時の溶銑の温度降下量との関係を調査した結果を示す図であり、図３の実線は、貯銑炉の設置された精錬工場内でステンレス鋼スクラップを入れ置きし、ステンレス鋼スクラップの入れ置き量と出湯時の溶銑の温度降下量との関係を調査した結果である。溶銑を払い出して空になった受銑容器に精錬工場内でステンレス鋼スクラップを入れ置きした場合のステンレス鋼スクラップの入れ置きによる溶銑温度の降下量は、０．９０℃／(スクラップ1kg/溶銑-ｔ)であった。尚、ステンレス鋼スクラップを入れ置きしなくても、出湯時に溶銑温度は平均で３５℃程度降下するが、これは受銑容器に溶銑の熱が奪われることに起因する。

また、図３の一点鎖線は、溶銑を払い出して空になった受銑容器に精錬工場外でステンレス鋼スクラップを入れ置きしたときの、ステンレス鋼スクラップの入れ置き量と出湯時の溶銑の温度降下量との関係を調査した結果である。この場合の溶銑温度の降下量は、１．３５℃／(スクラップ1kg/溶銑-ｔ)であった。また、図３の破線は、受銑容器へのステンレス鋼スクラップの入れ置きを行わずに、予熱していないステンレス鋼スクラップを貯銑炉内で溶解した場合の、ステンレス鋼スクラップの装入量と溶銑温度の降下量との関係の調査結果であるが、この場合には１．６０℃／(スクラップ1kg/溶銑-ｔ)であった。

このように、ステンレス鋼スクラップを精錬工場内で受銑容器に入れ置きした場合の方が、スクラップ溶解による溶銑温度の降下量が少ないことが確認できた。

図３の結果に基づいて単位質量あたりのステンレス鋼スクラップの溶解に要する熱量を比較すると、受銑容器に入れ置きした場合には貯銑炉内で溶解する場合に比べて約５９％の熱量で溶解できることが分かった。

１ 貯銑炉
２ 出湯口
３ 溶銑装入口
４ 装入口
５ 溝型誘導加熱装置
６ 溶銑
７ 炉本体
８ 内張り耐火物
９ 受銑容器
１０ 冷鉄源

Claims (3)

1. 溝型誘導加熱装置を備えた貯銑炉から出湯される溶銑を受銑し且つ受銑した溶銑を前記貯銑炉と同じ精錬工場内に存在する精錬炉に装入するために使用される、前記精錬工場内のみで使用される受銑容器に、予め前記精錬工場内にて冷鉄源を入れ置きしておき、
   前記貯銑炉から前記受銑容器に、前記溝型誘導加熱装置の能力を変更せずに前記貯銑炉への冷鉄源の装入量を調整することによって、温度が１３６５℃以上１３７９℃以下に調整された溶銑を出湯し、
   前記受銑容器の保有熱によって予熱された冷鉄源を貯銑炉から出湯される溶銑の熱で溶け残りなく溶解して前記精錬炉に装入することを特徴とする、加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑を利用した冷鉄源の溶解方法。
2. 前記貯銑炉から出湯するときの溶銑の温度を、前記溝型誘導加熱装置によって１３７０℃以上に調整し、前記溝型誘導加熱装置の能力を変更せずに単位時間当たりの冷鉄源の溶解量を増加させることを特徴とする、請求項１に記載の加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑を利用した冷鉄源の溶解方法。
3. 前記冷鉄源の受銑容器への入れ置き量を、出湯される溶銑トンあたり３６ｋｇ以下として溶け残りを発生させないことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の加熱装置を備えた貯銑炉内の溶銑を利用した冷鉄源の溶解方法。

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