JP7311771B2

JP7311771B2 - 含鉄材の溶解方法

Info

Publication number: JP7311771B2
Application number: JP2019170860A
Authority: JP
Inventors: 拓也内山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2023-07-20
Anticipated expiration: 2039-09-19
Also published as: JP2021046591A

Description

本発明は、含鉄材の溶解方法に関する。

近年、高炉または電気炉を用いることなく溶融鉄を製造するために、種々の技術が提案されている。このような技術の一つとして、炭材の燃焼によって含鉄材（含鉄冷材または冷鉄源ともいう。）を溶解させる技術（冷鉄源熔解法）が知られている。

例えば、特許文献１には、含鉄材を溶解して製造する高炭素溶銑の製造コストを低減する方法について開示されている。特許文献１に開示された方法では、スクラップよりも安価な含鉄材として脱硫スラグ内から破砕と磁力選別で回収された鉄屑を利用し、石炭よりも安価な炭材として廃タイヤを利用することで、高炭素溶銑の製造コストを低減することができる。特に、特許文献１には、上記のような硫黄含有量（Ｓインプット原単位）の大きい原料を利用する場合でも、鉄歩留りの低下無く、高炭素溶銑を得ることができる溶解方法について開示されている。

特開２００１－３３５８２２号公報

ところで、操業コストを低減する手法としては、特許文献１に開示された方法のように安価原料を利用する他に、サイクルタイムを短縮することが考えられる。

そこで、本発明は、含鉄材の溶解に関して、サイクルタイムを短縮するという観点に着目して操業コストを低減する技術を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る含鉄材の溶解方法は、溶解炉を用いて含鉄材を溶解する方法であって、
第１の含鉄材を溶解炉に装入して溶解する第１の溶解工程と、
第２の含鉄材を前記溶解炉に装入して溶解する第２の溶解工程と、
前記第１の溶解工程および前記第２の溶解工程によって得られた溶融鉄を出銑する出銑工程とを含み、
前記第１の含鉄材のＳインプット原単位は、前記第２の含鉄材のＳインプット原単位よりも大きく、
前記第１の溶解工程において、脱硫および排滓を実施する。

本発明によれば、含鉄材を溶解して溶融鉄を製造する際の操業コストを低減できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る溶解方法で用いられる炉設備の一例を示す概略図である。図２は、本実施形態に係る溶解方法が備える工程を示す概念図である。図３は、第１の溶解工程における含鉄材の装入および溶解を説明するための図である。図４は、第１の溶解工程における排滓を説明するための図である。図５は、第２の溶解工程における含鉄材の装入を説明するための図である。図６は、第２の溶解工程における含鉄材の溶解を説明するための図である。図７は、出銑工程を説明するための図である。図８は、本発明の他の実施形態に係る溶解方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態に係る含鉄材の溶解方法について説明する。本実施形態に係る溶解方法は、含鉄材を炭材の燃焼によって溶解する冷鉄源溶解工程に関する。なお、含鉄材は、含鉄冷材または冷鉄源とも呼ばれる製鉄原料である。含鉄材としては、スクラップの他、還元鉄、地金、および難使用屑等が用いられる。本明細書において還元鉄とは、製鉄工程で発生した製鉄ダストを造粒後予備還元したものをいう。また、炭材としては、例えば、微粉炭および廃タイヤ等を用いることができる。

（設備構成）
まず、本実施形態に係る溶解方法で用いられる炉設備について簡単に説明する。ただし、本発明を実施するための炉設備は以下に説明する炉設備に限定されず、公知の炉設備を用いて本発明を実施することができる。

図１は、本実施形態に係る溶解方法で用いられる炉設備の一例を示す概略図である。本実施形態では、炉設備１０として、転炉設備が用いられる。炉設備１０は、含鉄材を溶解するための溶解炉（転炉）１２、溶解炉１２の上部から酸素を供給するための上吹きランス１４、および溶解炉１２の底部から炭材を供給するための複数の底吹き羽口１６を備えている。

溶解炉１２の内部には、酸化マグネシウムを主成分とする塩基性耐火物（不図示）が内張りされている。また、溶解炉１２には、溶融鉄を取り出すための出銑ノズル１２ａが設けられている。なお、炉設備１０としては、公知の転炉設備を用いることができるので、詳細な説明は省略する。

（含鉄材の溶解方法）
次に、本実施形態に係る含鉄材の溶解方法について詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る溶解方法が備える工程を示す概念図である。図２に示すように、本実施形態に係る溶解方法は、第１の溶解工程、第２の溶解工程および出銑工程を備えている。本実施形態では、第１の溶解工程、第２の溶解工程および出銑工程を１サイクルの溶解処理として、この溶解処理を繰り返し実施する。以下、各工程について説明する。

図２に示すように、まず、第１の溶解工程において、含鉄材が装入されるとともに、装入された含鉄材が溶解される。含鉄材の装入方法は特に限定されないが、例えば、図３に示すように、小型の含鉄材２０を利用する場合には、上吹きランス１４を溶解炉１２内に装入した状態で、溶解炉１２の上方から含鉄材２０を装入することができる。

なお、図３に示すように、第１の溶解工程において含鉄材２０を装入する際には、溶解炉１２内には、前回の溶解処理で生成された溶融鉄３０の一部（種湯）およびスラグ３２の一部が残存している。本実施形態では、例えば、底吹き羽口１６から溶融鉄３０に炭材を吹き込むとともに、上吹きランス１４、または上吹きランス１４と底吹き羽口１６とから酸素を供給しつつ、溶解炉１２の上部から含鉄材２０および副材（不図示）を投入することによって、含鉄材２０の溶解が実施される。なお、副材は、溶融鉄３０の温度、およびスラグ３２の塩基度（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ_２含有量）を調整するために投入される。副材としては、例えば、石灰またはドロマイトを用いることができる。

本実施形態においては、第１の溶解工程において供給される全ての含鉄材が第１の含鉄材に対応し、後述する第２の溶解工程において供給される全ての含鉄材が第２の含鉄材に対応する。第１の溶解工程において供給される含鉄材（第１の含鉄材）のＳインプット原単位（ｋｇ／ｔ）は、第２の溶解工程において供給される含鉄材（第２の含鉄材）のＳインプット原単位よりも大きい。なお、Ｓインプット原単位は、含鉄材１トンあたりの硫黄含有量を示す。Ｓインプット原単位の値は、含鉄材の含有Ｓ濃度を適宜の化学分析により計測することによって求められる。

本実施形態では、第１の溶解工程において供給される含鉄材（第１の含鉄材）の平均Ｓインプット原単位は、例えば、２．０～３．５ｋｇ／ｔであり、第２の溶解工程において供給される含鉄材（第２の含鉄材）の平均Ｓインプット原単位は、例えば、０．３～１．５ｋｇ／ｔである。本実施形態では、第１の含鉄材として、還元鉄等のダスト系原料、ならびに不純物を比較的多く含む地金および難使用屑等を用いることができる。本実施形態では、第１の含鉄材は、還元鉄を主体（例えば、質量％で５０％以上）として含む。また、第２の含鉄材は、スクラップを主体（例えば、質量％で５０％以上）として含む。

上記のように、本実施形態では、第１の溶解工程において供給される含鉄材のＳインプット原単位は、第２の溶解工程において供給される含鉄材のＳインプット原単位よりも大きい。言い換えると、第１の溶解工程で供給される含鉄材の硫黄含有量は比較的大きい。そこで、第１の溶解工程において、含鉄材を溶解して得られた溶融鉄に対して脱硫を実施する。本実施形態では、例えば、底吹き羽口１６から溶融鉄３０に窒素およびアルミニウム炭を吹き込むことによって、溶融鉄３０に対して脱硫を実施する。

また、第１の溶解工程において、上記脱硫を実施した後、スラグ３２から溶融鉄３０への復硫を抑制するために排滓を実施する。本実施形態では、図４に示すように、溶解炉１２を出銑ノズル１２ａとは反対側に傾けて、溶解炉１２からスラグ３２を排出する。これにより、第１の溶解工程が終了する。

図２に示すように、第１の溶解工程後、第２の溶解工程において、含鉄材が再度装入される。含鉄材の装入方法は特に限定されないが、例えば、図５に示すように、比較的大型の含鉄材２２を利用する場合には、溶解炉１２を傾けて、溶解炉１２上に設けられたシュート（不図示）から含鉄材２２を装入することができる。

その後、図６に示すように、底吹き羽口１６から溶融鉄３０に炭材を吹き込むとともに、上吹きランス１４、または上吹きランス１４と底吹き羽口１６とから酸素を供給しつつ、溶解炉１２内に副材（不図示）を装入することによって、含鉄材２２の溶解が実施される。なお、第２の溶解工程においても、含鉄材の溶解時に、溶解炉１２の上部から副材とともにダスト系原料等の含鉄材を装入してもよい。ただし、第２の溶解工程において装入される含鉄材（第２の含鉄材）のＳインプット原単位が、第１の溶解工程において装入される含鉄材（第１の含鉄材）のＳインプット原単位よりも小さくなるように、装入する含鉄材の量および種類を調整する必要がある。

上述したように、本実施形態では、第２の溶解工程において供給される含鉄材のＳインプット原単位は、第１の溶解工程において供給される含鉄材のＳインプット原単位よりも小さい。言い換えると、第２の溶解工程で供給される含鉄材の硫黄含有量は比較的小さい。このため、第２の溶解工程において脱硫を実施しなくても、溶融鉄３０の硫黄含有量を十分に抑制できる。また、第２の溶解工程で供給される含鉄材の硫黄含有量が小さいので、第２の溶解工程においては、スラグの生成が抑制される。このため、本実施形態では、図２に示すように、脱硫および排滓を実施することなく第２の溶解工程を終了し、続いて出銑工程を実施する。

出銑工程では、図７に示すように、溶解炉１２を出銑ノズル１２ａ側に傾けて、第１の溶解工程および第２の溶解工程において製造された溶融鉄３０を、出銑ノズル１２ａから取り出す。取り出された溶融鉄３０は、図示しない取鍋に注がれ、製鋼用の原料として製錬設備等に搬送される。なお、出銑工程では、溶解炉１２内の溶融鉄３０の全量を排出することはせず、所定量の溶融鉄３０を残存させておく。

本実施形態に係る溶解方法では、上述の第１の溶解工程、第２の溶解工程および出銑工程を繰り返すことによって、含鉄材を順次溶解し、溶融鉄３０を製造することができる。

なお、本実施形態に係る溶解方法では、上述したように、第１の溶解工程において供給される含鉄材として、還元鉄等のダスト系原料が用いられる。この場合、スクラップを主体とする含鉄材を用いる場合に比べて、含鉄材を溶解するためにより多くのエネルギーが必要になる。このため、本実施形態では、図２に示すように、第１の溶解工程における溶解時間を、第２の溶解工程における溶解時間よりも長くして、十分な溶解能力を確保することが好ましい。

また、本実施形態に係る溶解方法では、第１の溶解工程において、ダスト系原料等の低コストの含鉄材を利用できる。このため、本実施形態では、１サイクルの溶解処理によって製造される溶融鉄（１サイクルの出銑量）の半分以上の溶融鉄を、第１の溶解工程において含鉄材から製造することが好ましい。これにより、溶融鉄の製造コストを低減することができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係る溶解方法では、１サイクルの溶解処理において、含鉄材の溶解を２回実施するのに対して（第１の溶解工程における溶解および第２の溶解工程における溶解）、脱硫、排滓および出銑は、それぞれ１回のみ実施される。この場合、１サイクルの溶解処理において、非溶解作業（脱硫、排滓および出銑）が実施される時間を短くすることができる。これにより、溶解処理のサイクルタイムを短縮することができ、操業コストを低減することができる。

また、本実施形態では、第１の溶解工程において低コストの含鉄材を用いることができる。このため、第１の溶解工程における溶融鉄の製造量をできるだけ大きくすることによって、操業コストを十分に低減することができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、１サイクルの溶解処理において、脱硫、排滓および出銑がそれぞれ１回のみ実施される場合について説明したが、１サイクルの溶解処理において、脱硫、排滓および出銑のいずれかの実施回数が１回であればよい。言い換えると、１サイクルの溶解処理において、脱硫、排滓および出銑のいずれかが２回実施されてもよい。したがって、例えば、第２の溶解工程において、脱硫および／または排滓が実施されてもよい。この場合でも、１サイクルの溶解処理において含鉄材の溶解を２回実施するのに対して、出銑は１回であるので、非溶解作業の時間を短くできる。同様に、例えば、第１の溶解工程において出銑が実施されてもよい。この場合も、脱硫および排滓の実施回数は１回のみとなり、非溶解作業の時間を短くできる。ただし、溶解処理のサイクルタイムを短縮する観点から、１サイクルの溶解処理において実施される脱硫、排滓および出銑の回数は、それぞれ１回であることが好ましい。

上述の実施形態では、第１の溶解工程を実施した後に、第２の溶解工程を実施する場合について説明したが、第２の溶解工程を実施した後に第１の溶解工程を実施してもよい。すなわち、図８に示すように、第２の溶解工程、第１の溶解工程および出銑工程をこの順に実施してもよい。

１０炉設備
１２溶解炉
１２ａ出銑ノズル
１４上吹きランス
１６底吹き羽口
２０，２２含鉄材
３０溶融鉄
３２スラグ

Claims

溶解炉を用いて含鉄材を溶解する方法であって、
第１の含鉄材を溶解炉に装入して溶解する第１の溶解工程と、
第２の含鉄材を前記溶解炉に装入して溶解する第２の溶解工程と、
前記第１の溶解工程および前記第２の溶解工程によって得られた溶融鉄を出銑する出銑工程とを含み、
前記第１の含鉄材のＳインプット原単位は、前記第２の含鉄材のＳインプット原単位よりも大きく、
前記第１の溶解工程において、脱硫および排滓を実施する、含鉄材の溶解方法。
前記第１の含鉄材は、還元鉄を主体とする、請求項１に記載の含鉄材の溶解方法。
前記第２の含鉄材は、スクラップを主体とする、請求項１または２に記載の含鉄材の溶解方法。
前記第１の含鉄材のＳインプット原単位は、２．０～３．５ｋｇ／ｔであり、前記第２の含鉄材のＳインプット原単位は、０．３～１．５ｋｇ／ｔである、請求項１から３のいずれかに記載の含鉄材の溶解方法。
前記第１の溶解工程後に前記第２の溶解工程を実施し、
前記第１の溶解工程の開始後であって前記出銑工程前に出銑を実施せず、
前記第１の溶解工程後であって前記出銑工程前に脱硫および排滓を実施しない、請求項１から４のいずれかに記載の含鉄材の溶解方法。
前記第２の溶解工程後に前記第１の溶解工程が実施され、
前記第２の溶解工程の開始後であって前記出銑工程前に出銑を実施せず、
前記第２の溶解工程の開始後であって前記第１の溶解工程前に脱硫および排滓を実施しない、請求項１から４のいずれかに記載の含鉄材の溶解方法。
第１の溶解工程において得られる溶融鉄の量は、第２の溶解工程において得られる溶融鉄の量よりも大きい、請求項１から６のいずれかに記載の含鉄材の溶解方法。