JP6865236B2 - 塊状の鉄源を用いた鋼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水平回転軸線周りに回転可能な転炉において、塊状の鉄源（ｉｒｏｎ ｃａｒｒｉｅｒｓ）を用いて鋼を製造する方法に関する。ここでは、転炉底部の領域内のノズルを通して、燃料及び酸化ガスを、転炉底部に対向する転炉口部から塊状の鉄源が供給された高温の転炉に注入し、予熱された投入材料に溶融鉄が供給される前に、高温の燃料ガスが投入材料を通過するようにすることで、転炉の吹錬位置において、溶融鉄を鋼に精錬するようになっている。

鋼の製造における、スクラップや還元ペレット、海綿鉄、固体の銑鉄といった固体の鉄源の割合を増やすために、従来の手法では、高温の転炉に、上部の転炉口部を通して塊状の鉄源を供給し、投入物を高温の燃料ガスで予熱することが知られており（特許文献１）、液体若しくは気体の燃料又は酸化ガスである高温の燃料ガスを、同心の導管によって構成されたノズルを通して吹き込むことで供給し、溶融銑鉄が再び投入される前に、燃料ガスを下方から上方に向かって投入材料に通過させることで、投入物全体を精錬してきた。しかし、燃料及び酸化ガスを転炉底部のノズルを通して供給すると、高温の燃料ガスが投入材料の断面に均等に分散されないことが明らかとなっている。底部側のノズルは、溶融物及びスラグが投入された転炉をサンプリング及びタッピングのために回転させる際、いずれの場合でもそれぞれのスラグラインの外側に位置している必要があるため、転炉底部の限定された中央の領域にしか配置できない。また、転炉容器の円錐部分が転炉底部に接続しているため、ノズルは、投入材料における比較的小さな断面領域にしか分配されない。また、底部付近で切断トーチのように作用する高温の燃料ガスによって、投入材料内に縦方向の流路が形成されるため、燃料ガスがより広い断面領域に分散することが妨げられ、実用上の予熱時間内では、投入材料における特定の領域内しか適切な温度に加熱できず、スクラップの利用の可能性が限定されてしまう。

オーストリア特許第３８１９５５号明細書

従って、本発明は、鋼の製造における塊状の鉄源の割合を著しく増加させることができるように鋼を製造する方法を考案する目的に基づく。

上述したような方法に基づくと、本発明によって、燃料及び酸化ガスを、転炉底部の領域内のノズルから、投入材料の上に形成された燃焼室に注入して、投入材料を流れる燃料ガスが火格子を通って排出される前に、塊状の鉄源が投入された転炉を、その投入位置から、内容物を保持する火格子によって転炉口部を閉鎖した後に転炉底部が上を向く予熱位置へと、回転軸線周りに回転させ、投入材料が予熱された後、転炉をその投入に戻して、転炉口部を開いて投入することで、目的が達成される。

転炉が塊状の鉄源で投入された後に、転炉を、転炉底部が上を向いて、火格子によって閉鎖した転炉口部が下を向くように、その投入位置から回転軸線周りに回転させるため、この予熱位置において、投入材料は火格子及び転炉外殻の上方円錐部分の上に静置され、投入材料と転炉底部との間に燃焼室が開放されて、燃料、若しくは、純酸素又は酸素ガスの混合物であり得る酸化ガスを供給するためのノズルが開口する。このため、結果として生じる燃料ガスが、燃焼によってより大きな体積を占めてこの燃焼室内に分散され、また、投入材料に起因する流れ抵抗に伴い超過圧力が生じるため、投入材料を保持している火格子によって燃料ガスが吸い出される前に、燃料ガスが投入材料の上から下まで断面全体にかけて均等に流れることが確実となる。この予熱位置では、転炉は、その底部によって上部が断熱されていることから、転炉口部を通して生じる回避不可能な熱損失が軽減される。投入材料を広範囲に均一に加熱した後、及び転炉をその投入位置に戻して火格子を転炉口部から取り外した後、従来の手法によって溶融鉄を投入材料に追加して、投入材料を溶融鉄によって鋼に精錬することができる。

投入材料内にある、投入材料を予熱するための燃料を有利に使用するように、転炉口部を火格子によって閉鎖して転炉を予熱位置へと回す前に、燃料及び酸化ガスを底部から注入することで、転炉口部が上を向いた転炉の吹錬位置において、これらの燃料を少なくとも部分的に燃焼させてもよい。しかし、転炉を吹錬位置から予熱位置へと回す前に、酸素を投入材料上に吹き込むことで、転炉の吹錬位置において、投入材料内にある燃料を少なくとも部分的に燃焼させることも可能である。いずれの場合でも、投入材料は、それ自体が既知である手法によって、収容された燃料を用いて予熱されて、燃料ガスが投入材料の上から下まで流れる、転炉の予熱位置における、投入材料の連続した均一な加熱によって、所望の高い温度まで加熱される。

高温の燃料ガスが投入材料を均一に流れることを支持するように、投入材料を予熱している間、転炉を予熱位置から前後に回すことで、投入材料をより良い状態に落ち着けて僅かに混合するようにして、投入材料内の隙間の分散がより均一に確保されるようにしてもよい。

予熱を向上させるように、転炉の予熱位置において、燃料及び酸化ガスを、転炉外殻及びその耐熱ライニングを通して投入材料内に直接吹き込むことで、投入材料を燃料ガスによって更に加熱してもよい。これにより、転炉ライニングの領域における投入材料の更なる加熱が可能となり、投入材料カラムの外殻領域における投入材料の均一な加熱に貢献する。燃料及び酸化ガスは、転炉の栓孔及び／又は上方転炉円錐部の領域内に配置されたノズルを通して注入できる。

投入材料を広範囲且つ均一に加熱することから、転炉の予熱位置において、転炉口部を部分的に閉鎖する火格子から漏出する排ガスの温度に応じて、転炉底部の領域内のノズルを通した燃料及び酸化ガスの供給を制御することで、投入材料の予熱を容易且つ効率的に制御できる。相応の尽力を伴うが、この予熱工程を、火格子から漏出する排ガスの化学分析の機能としても指定できることは言うまでもない。

本発明に係る、投入材料の予熱において、気体、液体、及び／又は石炭やコークスといった細かく挽いた固体の燃料を使用してもよい。気体の燃料としては、天然ガスやプロパン、ブタン、又はコークス炉ガスが特に適している。好適な液体の燃料には、軽油だけでなく、加熱された重油、粗タール及び精製残留物も含まれる。好適な固体の燃料には、細かく挽いた無煙炭やガス燃焼石炭、褐炭、亜炭コークス及び高炉用コークスが含まれる。気体及び流体の燃料は、転炉の予熱位置において、投入材料と転炉底部との間で、底部吹き込みノズルの環状間隙を通して、燃焼室内に容易に導入できる。ノズルの数が少ない場合は、複導管ノズルの少なくとも幾つかの中央の導管を通して、燃料を燃焼室内に導入する必要がある。これらの中央の導管は、転炉を窒素ですすいだ後に転炉の投入物全体を精錬する際に、底部吹き込みノズルとして後から使用してもよい。固体で粉末状の燃料は、後から精錬に使用できるノズルの個別の導管を通して、燃焼室内に吹き込むことができる。

総投入における投入材料の割合を増やすために、予熱の前及び／又は精錬の間に、最高で約３０ｋｇ／ｔの量の溶鋼である塊状の石炭又はコークスを投入材料に追加してもよい。このために、予熱に続く精錬工程の間でも、極めて大量の細かく挽いた固体、気体、及び／又は液体の燃料を溶融物内に吹き込むことができる。

本発明に係る鋼の製造方法は、図面の参照によって更に詳細に説明されよう。

概略軸線方向断面において投入位置にある、本発明に係る方法を実施するための転炉を示す。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面における転炉を示す。 予熱位置にある、塊状の鉄源が投入された転炉を示す。 投入物全体を精錬するように、吹錬位置にある転炉を示す。

図１及び図２に示すように、例えば本発明に係る方法の採用によって自己発熱（ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌ）動作から外部発熱（ａｌｌｏｔｈｅｒｍａｌ）動作へと転換された転炉１が、耐熱ライニング２が設けられ且つノズル４が備えられた転炉底部３を有する。同様に耐熱ライニング５が設けられた転炉外殻６が、上方円錐部分７を介して転炉口部８で終端する。転炉外殻６には栓孔９も設けられる。転炉１自体は、水平回転軸線１０周りに回転可能に取り付けられ、軸受によって支持及び案内される。スラグが転炉口部８から出る前の、転炉１が傾いた際のスラグ表面の境界線を示すスラグライン１１によって、図１及び図２に示すように底部領域が区切られ、この底部領域内では、転炉１が傾いた際にノズル４がスラグライン１１よりも上に位置するように配置されなければならない。図１に示すように、転炉が投入位置において塊状の鉄源によって投入されて、その後、図４に示すように、転炉の吹錬位置において、燃料及び酸化ガスを、ノズル４を通して投入材料１２内に吹き込むことで、それ自体が既知である手法によって投入材料１２を予熱する場合、スラグライン１１によって区切られた底部内にしかノズル４を配置できず、投入材料１２において、高温の燃料ガスによって、高温の燃料ガスが優先的に流れる縦方向の流路がノズル口の上に形成されるために、形成された燃料ガスは、限定された断面領域における投入材料１２のカラムを通って流れることしかできない。このため、投入材料１２のフィードカラムの断面を均等に予熱できず、投入材料の平均温度又は熱容量が低く維持されてしまう。

燃料及び酸化ガスを導入するように、ノズル４は複導管ノズルとして設計され、通常は、酸化ガス、特に酸素と窒素との混合物又は酸素と圧縮空気との混合物を中央の導管に吹き込み、好適には、気体燃料及び／又は液体燃料を、中央の導管を囲むノズル導管の環状間隙を通して吹き込む。しかし、ガスの吸入圧力を下げるか、ノズル４の数を減らせば、気体及び／又は粉体の燃料を、複数のノズル４における中央の導管を通して燃焼室内へと導入することもできる。

投入材料１２の断面の均等な予熱を実現するために、転炉１に、図１に示す投入位置において塊状の鉄源が投入された後、転炉口部８の上に配置されて、例えば簡易取外し締結部１４によって転炉１に取り外し可能に締結された、図１に一点鎖線で示す火格子１３を用いて、転炉口部８を本発明に従って閉鎖する。火格子１３は、燃料ガスの透過が可能でありながら、投入材料１２の重量負荷を吸収できて且つ投入材料１２を保持できるように設計される。

火格子１３によって転炉口部８を閉鎖することで、収集された投入材料１２を含む転炉１は、転炉口部８が下を向き、転炉底部３が上を向いて転炉１を閉鎖するように、図１の投入位置から図３に示す予熱位置へと回転軸線１０周りに回転できる。転炉１が回転している間に転炉口部８の方へ移動する投入材料１２は、転炉１内で火格子１３によってせき止められ、投入材料１２と転炉底部３との間に燃焼室１５が開放されてノズル４が開口する。燃料及び酸化ガスを導入するように、ノズル４は複導管ノズルとして設計され、通常は、酸化ガス、特に酸素と窒素との混合物又は酸素と圧縮空気との混合物を中央の導管に吹き込み、好適には、気体燃料及び／又は液体燃料を、中央の導管を囲むノズル導管の環状間隙を通して吹き込む。しかし、ガスの吸入圧力を下げるか、ノズル４の数を減らせば、気体及び／又は粉体の燃料を、複数のノズル４における中央の導管を通して燃焼室１５内へと導入することもできる。

燃料及び酸化ガスを燃焼室１５に注入することで生じた燃焼ガスが燃焼室１５内に分散されると、燃焼室１５内において、燃焼に伴う気体体積の増加及び投入材料１２に起因する流れ抵抗によって超過圧力が生じるため、投入材料１２の上から下まで均等な流れが確保される。転炉１の上方円錐部分７は、投入材料１２に熱が伝達されると火格子１３を通して吸い出される高温の燃焼ガスが、投入材料１２に対して均一に分散されるよう支持する。図３に示すように、予熱位置にある転炉１は底部３によって断熱されていることから、投入位置において回避不可能な熱損失が生じないため、予熱の効率が大幅に向上する。投入材料１２が適切に予熱されることで、塊状の鉄源の使用の割合を、溶融鉄の使用と比較して著しく増加させることができる。

溶融鉄の供給を可能にするために、投入材料１２の予熱後、火格子１３を取り外して又は回し外して転炉１内に溶融鉄を供給できるように、転炉１を投入位置へと戻すことで、図４に示す吹錬位置において、溶融鉄及び投入材料を従来の手法によって溶鋼に精錬するようにしなければならない。

投入材料１２の上から下まで流れる燃料ガスによる予熱を損なうことなく、投入材料１２内にある燃料を有効に使用するために、図３に示す転炉１の予熱位置において投入材料１２の実際の予熱が開始される前に、ノズル４を通して追加の燃料及び酸化ガスを供給することで、図４に示す転炉１の吹錬位置において、投入材料１２内にある燃料を少なくとも部分的に燃焼させてもよい。

投入材料１２の予熱を支持するように、転炉外殻６の領域内にあるノズル１６を通して、追加の燃料及び酸化ガスを投入材料１２内へと吹き込んでもよい。しかし、これらのノズル１６は、いずれの転炉位置においても溶融物に浸らないようにしなければならない。同様の目的のために、栓孔９に対して取外し可能なノズル１７又はバーナーが備えられてもよいが、これらは予熱の後には必ず取り外す必要がある。

底部からの酸素供給及び上部への酸素吹錬によって自動発熱動作し、８本の二導管ノズルを含む転炉底部を備えた、２０５ｍ^３の容積をもつ２０５ｔ転炉を、本発明に係る鋼くずの予熱のために転換させた。二導管ノズルは、それぞれ２つの環状間隙をもつ三導管ノズルに置き換えた。転炉口部には取外し可能な火格子を設けた。転炉底部が上を向き、転炉口部が下を向いて火格子によって閉鎖する、転炉の予熱位置において、火格子から漏出する燃料ガスが除塵システムへと供給される。スクラップの予熱に続く精錬工程の間、上方から、燃焼後ランスを通して、酸素を溶融物上に吹き込む。精錬工程の間、下方から、酸素を含む石灰塵を溶融物内に吹き込む。スクラップの予熱及び石炭の投入がない状態では、スクラップの内容量は溶鋼の重量に対して２４％（２４０ｋｇ／ｔ）であった。溶銑（１７３．６２５ｔ）は１３３０℃であり、４．２５ｗｔ％の炭素（Ｃ）、０．５９ｗｔ％のケイ素（Ｓｉ）、０．５２ｗｔ％のマンガン（Ｍｎ）、及び０．０２７ｗｔ％のリン（Ｐ）を含有していた。タッピング温度は１６２５℃であった。溶鋼に含有される炭素は０．０２６ｗｔ％であった。

同じ溶銑配合及び同じタッピング温度で、タッピング中の炭素含有量が０．０２７ｗｔ％であり且つ対応するスラグ分析が用いられる場合、本発明に従って１２分間予熱することで、スクラップの使用量を４９．２ｔから７４．８３５ｔ、すなわち２４ｗｔ％から３６．５ｗｔ％に増加させることができた。予熱に続く精錬においては、１ＭＴの溶鋼につき３０ｋｇの石灰塵及び４４Ｎｍ^３の酸素を溶融物内に吹き込んだ。また、１ＭＴの溶鋼につき１６ｋｇの塊状のドロマイト石灰を追加した。１ｔの鋼につき９０ｋｇの量だけ製造されたスラグにおける酸化鉄含有量は２０．６ｗｔ％だった。

スクラップの投入を増加させ、それによって溶銑の消費を２５．６２５ｔ削減するために、８本のノズルの環状間隙を通して合計１５００Ｎｍ^３の天然ガスを燃焼室内に吹き込み、底部吹錬ノズルの中央導管を通して２４６０Ｎｍ^３の酸素及び２０００Ｎｍ^３の圧縮空気を吹き込んだ。スクラップの平均温度は、熱収支を用いて再計算すると８００℃であり、天然ガスの一次エネルギーの７０％を使用できた。有効な天然ガス吸入圧力は２０ｂａｒであったことから、それぞれが２つの環状間隙をもつ三導管ノズルを使用できたことを意味する。

Claims (6)

1. 水平回転軸線（１０）周りに回転可能な転炉（１）において、塊状の鉄源用いて鋼を製造する方法であって、
   転炉底部（３）の領域内のノズル（４）を通して、燃料及び酸化ガスを高温の前記転炉（１）に注入し、前記転炉（１）に対して、前記転炉底部（３）に対向する転炉口部（８）から塊状の鉄源を供給し、予熱された投入材料（１２）に溶融鉄が供給される前に、高温の燃料ガスを前記投入材料（１２）を通過させることで、前記転炉（１）の吹錬位置において、前記溶融鉄を鋼に精錬する方法において、
   前記燃料及び酸化ガスを、前記転炉底部（３）の領域内の前記ノズル（４）から、前記投入材料（１２）の上方に形成された燃焼室（１５）に注入して、前記投入材料（１２）を流れる燃料ガスが火格子（１３）を通って排出される前に、前記鉄源が投入された前記転炉（１）を、その投入位置から、前記転炉口部（８）が下を向いて前記火格子（１３）によって閉鎖された後に前記転炉底部（３）が上を向く予熱位置へと、回転軸線（１０）の周りに回転させ、
   前記投入材料（１２）が予熱された後、前記溶融鉄を供給するために前記転炉（１）を前記投入位置に戻して、前記転炉口部（８）を開くことを特徴とする方法。
2. 前記転炉口部（８）を前記火格子（１３）によって閉鎖して前記転炉（１）を前記予熱位置へと回す前に、前記燃料及び酸化ガスを底部から注入することにより、前記転炉（１）の前記吹錬位置において、前記投入材料（１２）内にある前記燃料を少なくとも部分的に燃焼させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記転炉口部（８）を前記火格子（１３）によって閉鎖して前記転炉（１）を前記予熱位置へと回す前に、酸素を前記投入材料（１２）上に吹き込むことにより、前記転炉（１）の前記吹錬位置において、前記投入材料（１２）内にある前記燃料を少なくとも部分的に燃焼させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記投入材料（１２）を予熱している間、前記転炉（１）を前記予熱位置から前後に回すことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記転炉（１）の前記予熱位置において、前記燃料及び酸化ガスを、転炉外殻（６）を通して前記投入材料（１２）内に直接吹き込むことにより、前記投入材料（１２）を前記燃料ガスによって更に加熱することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記転炉（１）の前記予熱位置において、前記転炉口部（８）を閉鎖する前記火格子（１３）から漏出する排ガスの温度に応じて、前記転炉底部（３）の領域内の前記ノズル（４）を通した前記燃料及び酸化ガスの供給を制御することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

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