JP7518455B2 - 溶銑製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、溶銑製造方法に関する。
本願は、２０２１年９月３０日に、日本に出願された特願２０２１－１６１０７８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２１年９月３０日に、日本に出願された特願２０２１－１６１０７８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
高炉法で製造される溶銑は、鉄鉱石をコークスで還元して製造するため、ＣＯ２発生量が多い。ＣＯ２排出量の削減を図る手段として、電気炉で鉄含有スクラップや還元鉄などの固体鉄源を溶解して溶銑を製造し、その後、既存の転炉を中心とする製鋼工程を利用して溶鋼を製造する方法がある。これまで、それぞれの鉄源を用いて電気炉で溶銑を製造する方法が提案されている（特許文献１～５）。
一方で、転炉で発生するスラグには酸化鉄とリン酸が相当量含まれており、それらを還元及び回収して鉄源やリン製品に転換する方法が提案されている（特許文献６～８）。
特許文献９には、種湯が収容された電気炉内に固体鉄源を装入し、固体鉄源の堆積部の上から溶融状態または高温の固化状態の製鋼スラグを装入し、直流または交流アーク加熱によって固体鉄源を部分溶解した後、溶融プールに還元材として炭材および、成分としてＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の少なくとも一方を含む成分調整用フラックスを投入して、スラグを還元すると共に溶解した溶鉄に加炭し、溶銑を出銑孔から種湯を残して排出した後、還元スラグを出滓孔から排出することを特徴とするスラグ還元を伴った固体鉄源の溶解方法が開示されている。
特許文献９に記載の方法により、電気炉において、溶融スラグから分離されたリンを含む高リン溶銑が回収されるとともに、製鋼スラグである溶融スラグが還元及び改質されて、高炉スラグ相当の高品質の還元スラグが回収される。この還元スラグは、還元前と比べてＦｅＯ及びＰ２Ｏ５の濃度が低いため、セメント原料及びセラミック製品にリサイクルできる。
さらに、上記電気炉から回収された高リン溶銑に対して、取鍋において脱リン処理を施して、溶銑中のリンを酸化させてスラグ中に移行させる。これにより、高リン溶銑が高リン酸スラグと低リン溶銑とに分離される。高リン酸スラグは、リン酸肥料及びリン酸原料として製品化することができる。また、低リン溶銑は、製鋼工程にリサイクルされ、高炉溶銑と混合した上で転炉に投入される。
さらに、上記電気炉から回収された高リン溶銑に対して、取鍋において脱リン処理を施して、溶銑中のリンを酸化させてスラグ中に移行させる。これにより、高リン溶銑が高リン酸スラグと低リン溶銑とに分離される。高リン酸スラグは、リン酸肥料及びリン酸原料として製品化することができる。また、低リン溶銑は、製鋼工程にリサイクルされ、高炉溶銑と混合した上で転炉に投入される。
特許文献１及び特許文献３では還元鉄、特許文献２では鉄含有スクラップ、特許文献４では鉄含有スクラップと鉄含有ダスト、をそれぞれ原料として電気炉に投入し溶銑を得る方法が記載されている。また、特許文献５には溶融スラグを直接装入できる電気炉について記載されている。それぞれ装入方法又は還元方法に違いがあるが、原料事情の変化への対応や、スラグのような副産物のリサイクルを容易にするためには、一つの電気炉に多種多様な原料を供給して、効率よく連続的に溶銑を製造する方法が必要である。そのために、炉蓋には、種々の原料を供給するための十分なスペースが必要である。
特許文献９においては、電気炉で固体鉄源を溶解して製造した溶銑と、高炉で製造した溶銑とを、１対１の割合で製鋼工程に供給し、溶鋼を製造している。製鉄におけるＣＯ２発生を大幅に削減するためには、高炉法の使用を中止することが重要である。しかし、特許文献９に記載の方法を用いて高炉溶銑の代替をしようとすると、大きな電気炉容量が求められる。電気炉の電源容量を大きくしようとしても、交流電気炉では電極サイズの製造限界によって電力容量に限界があり、スケールアップが難しい。また、傾動式電気炉では、通電と止電を繰り返すため、生産性が低下する（特許文献９）。
本発明は、高炉の代わりに固定式直流電気炉を用いることで製鉄におけるＣＯ２発生を大幅に削減し、効率よく連続的に溶銑を製造することを可能とする溶銑製造方法を提供することを課題とする。
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）本発明の一態様は、固定式直流電気炉を用いた溶銑製造方法であって、炉内で、スラグ浴面と、炉蓋より挿入された上部電極の下端との間の高さ位置における、前記上部電極の外周からの水平方向離間距離が、前記上部電極の直径の０．５倍以内である空間を上部電極対向空間と定義し、前記炉内で、前記スラグ浴面の高さ位置よりも上の高さ位置における、炉壁の内壁面からの水平方向離間距離が、前記炉壁と前記上部電極対向空間との最短距離以内である空間を炉内周壁空間と定義したとき、前記炉内周壁空間に固体鉄源が存在する状態で、且つ、前記上部電極対向空間に前記固体鉄源が存在しない状態で、副原料を前記固定式直流電気炉に供給し、質量％で、Ｃ濃度が２～４％、温度が１４００℃～１５５０℃である溶銑を出銑孔から出銑する。
（２）上記（１）に記載の溶銑製造方法では、前記炉内周壁空間における前記固体鉄源の頂部が、前記上部電極の下端よりも高い位置に存在してもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の溶銑製造方法では、前記炉内周壁空間の全周に沿って前記固体鉄源が存在してもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記固定式直流電気炉は、二本以上の前記上部電極と、前記固定式直流電気炉の底部の耐火物内に設けられた二本以上の下部電極と、を有し、前記固定式直流電気炉を平面視したとき、前記二本以上の下部電極は、前記二本以上の上部電極に対応する位置に設けられてもよい。
（１）本発明の一態様は、固定式直流電気炉を用いた溶銑製造方法であって、炉内で、スラグ浴面と、炉蓋より挿入された上部電極の下端との間の高さ位置における、前記上部電極の外周からの水平方向離間距離が、前記上部電極の直径の０．５倍以内である空間を上部電極対向空間と定義し、前記炉内で、前記スラグ浴面の高さ位置よりも上の高さ位置における、炉壁の内壁面からの水平方向離間距離が、前記炉壁と前記上部電極対向空間との最短距離以内である空間を炉内周壁空間と定義したとき、前記炉内周壁空間に固体鉄源が存在する状態で、且つ、前記上部電極対向空間に前記固体鉄源が存在しない状態で、副原料を前記固定式直流電気炉に供給し、質量％で、Ｃ濃度が２～４％、温度が１４００℃～１５５０℃である溶銑を出銑孔から出銑する。
（２）上記（１）に記載の溶銑製造方法では、前記炉内周壁空間における前記固体鉄源の頂部が、前記上部電極の下端よりも高い位置に存在してもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の溶銑製造方法では、前記炉内周壁空間の全周に沿って前記固体鉄源が存在してもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記固定式直流電気炉は、二本以上の前記上部電極と、前記固定式直流電気炉の底部の耐火物内に設けられた二本以上の下部電極と、を有し、前記固定式直流電気炉を平面視したとき、前記二本以上の下部電極は、前記二本以上の上部電極に対応する位置に設けられてもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記固体鉄源を供給するための供給口又は固体鉄源供給管が前記炉内周壁空間の上に配置されてもよい。
（６）上記（５）に記載の溶銑製造方法では、前記固体鉄源を供給するための供給口が前記炉内周壁空間の上に配置され、前記供給口から、前記固体鉄源を積載した固体鉄源装入器具を用いて、前記固体鉄源を供給してもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記固体鉄源が、鉄含有スクラップ、還元鉄、及び、鉄含有ダスト、の少なくとも一種であってもよい。
（８）上記（１）～（７）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記固体鉄源が少なくとも還元鉄を含み、前記還元鉄は、水素ガス、天然ガス、及び、ＣＯガスの少なくとも一種を用いて鉄鉱石を還元することによりＣ濃度が０～４質量％とされた還元鉄であり、前記還元鉄は、ＤＲＩ又はＨＢＩであってもよい。
（６）上記（５）に記載の溶銑製造方法では、前記固体鉄源を供給するための供給口が前記炉内周壁空間の上に配置され、前記供給口から、前記固体鉄源を積載した固体鉄源装入器具を用いて、前記固体鉄源を供給してもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記固体鉄源が、鉄含有スクラップ、還元鉄、及び、鉄含有ダスト、の少なくとも一種であってもよい。
（８）上記（１）～（７）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記固体鉄源が少なくとも還元鉄を含み、前記還元鉄は、水素ガス、天然ガス、及び、ＣＯガスの少なくとも一種を用いて鉄鉱石を還元することによりＣ濃度が０～４質量％とされた還元鉄であり、前記還元鉄は、ＤＲＩ又はＨＢＩであってもよい。
（９）上記（１）～（８）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記副原料が、炭材及び成分調整用フラックスの少なくとも一種であってもよい。
（１０）上記（９）に記載の溶銑製造方法では、前記副原料が、粒径０．５ｍｍ～１０ｍｍの炭材であり、前記炭材を、前記上部電極の周辺の複数個所から前記上部電極対向空間に形成された前記スラグ浴面に供給してもよい。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、製鋼スラグを前記固定式直流電気炉に供給してもよい。
（１２）上記（１１）に記載の溶銑製造方法では、前記製鋼スラグとして、転炉スラグ、溶銑脱硫スラグ、二次精錬スラグ、及び、脱リンスラグ、の少なくとも一種のスラグを用い、前記製鋼スラグを、溶融状態で、前記炉内周壁空間に存在する前記固体鉄源に供給してもよい。
（１０）上記（９）に記載の溶銑製造方法では、前記副原料が、粒径０．５ｍｍ～１０ｍｍの炭材であり、前記炭材を、前記上部電極の周辺の複数個所から前記上部電極対向空間に形成された前記スラグ浴面に供給してもよい。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、製鋼スラグを前記固定式直流電気炉に供給してもよい。
（１２）上記（１１）に記載の溶銑製造方法では、前記製鋼スラグとして、転炉スラグ、溶銑脱硫スラグ、二次精錬スラグ、及び、脱リンスラグ、の少なくとも一種のスラグを用い、前記製鋼スラグを、溶融状態で、前記炉内周壁空間に存在する前記固体鉄源に供給してもよい。
（１３）上記（１）～（１２）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記固定式直流電気炉の底部における、前記上部電極の直下から１ｍ以上の水平距離で離れた位置に、流量可変型の小径円または扁平なガス流路を有する一本または複数の底吹羽口を設け、前記一本または複数の底吹羽口から、一本あたり最大で２００Ｎｍ３／ｈの不活性ガスを前記固定式直流電気炉の内部に吹き込んでもよい。
（１４）上記（１）～（１３）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、質量％で、Ｔ．Ｆｅ濃度が５％以下、ＣａＯ／ＳｉＯ２濃度比が１．０～１．３、Ａｌ２Ｏ３濃度が８～２０％である電気炉スラグを出滓孔から排出してもよい。
（１５）上記（１）～（１４）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記溶銑のＰ濃度が０．１５％より高い場合に、前記溶銑のＰ濃度が０．１５％以下になるまで取鍋脱リン精錬による脱リン処理を施してもよい。
（１４）上記（１）～（１３）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、質量％で、Ｔ．Ｆｅ濃度が５％以下、ＣａＯ／ＳｉＯ２濃度比が１．０～１．３、Ａｌ２Ｏ３濃度が８～２０％である電気炉スラグを出滓孔から排出してもよい。
（１５）上記（１）～（１４）のいずれか一項に記載の溶銑製造方法では、前記溶銑のＰ濃度が０．１５％より高い場合に、前記溶銑のＰ濃度が０．１５％以下になるまで取鍋脱リン精錬による脱リン処理を施してもよい。
本発明によれば、高炉の代わりに固定式直流電気炉を用いることで製鉄におけるＣＯ２発生を大幅に削減し、効率よく連続的に溶銑を製造することが可能となる。
図１～図５を用いて本発明の実施形態に係る溶銑製造方法について説明する。
１．電気炉１０
本実施形態に係る溶銑製造方法で用いる固定式直流電気炉１０（以下、電気炉１０）の一例について以下説明する。
図２に示すように、電気炉１０は、下部１１と、炉壁１２と、炉蓋１３と、上部電極１４と、下部電極１５により構成される。
本実施形態に係る溶銑製造方法で用いる固定式直流電気炉１０（以下、電気炉１０）の一例について以下説明する。
図２に示すように、電気炉１０は、下部１１と、炉壁１２と、炉蓋１３と、上部電極１４と、下部電極１５により構成される。
電気炉１０の下部１１は、底部１１ａと壁部１１ｂとにより構成される。
底部１１ａには、電気炉１０の内部にガスを吹き込むための底吹羽口１１ａ１が設けられている。
壁部１１ｂには、溶銑２１０を出銑する出銑孔１１ｂ１と電気炉スラグ２２０を排出する出滓孔１１ｂ２とが設けられている。
炉壁１２は、電気炉１０の下部１１の壁部１１ｂの上端に取り付けられている。
底部１１ａには、電気炉１０の内部にガスを吹き込むための底吹羽口１１ａ１が設けられている。
壁部１１ｂには、溶銑２１０を出銑する出銑孔１１ｂ１と電気炉スラグ２２０を排出する出滓孔１１ｂ２とが設けられている。
炉壁１２は、電気炉１０の下部１１の壁部１１ｂの上端に取り付けられている。
炉蓋１３には、固体鉄源供給管１３ａ、副原料供給管１３ｂ、供給口１３ｃ、及び、ダクト連結口１３ｄが設けられている。
また、炉蓋１３は、炉壁１２の上端から上方に向かうに連れて電気炉１０の内部側に傾斜するように延在する傾斜部分１３Ａと、傾斜部分１３Ａの上端に連なり水平方向に延在する水平部分１３Ｂとにより構成されている。
また、炉蓋１３は、炉壁１２の上端から上方に向かうに連れて電気炉１０の内部側に傾斜するように延在する傾斜部分１３Ａと、傾斜部分１３Ａの上端に連なり水平方向に延在する水平部分１３Ｂとにより構成されている。
固体鉄源供給管１３ａと副原料供給管１３ｂは、炉蓋１３の水平部分１３Ｂを貫通するように設けられる。
供給口１３ｃとダクト連結口１３ｄは、炉蓋１３の傾斜部分１３Ａを貫通するように設けられる。
供給口１３ｃには、その開口部と開閉するための蓋１３ｃ１が設けられ、ダクト連結口１３ｄには電気炉１０の内部のガスを吸引するためのダクト１７が連結される。
尚、炉蓋１３の形状は一例に過ぎず、例えば、供給口１３ｃは、水平部分１３Ｂに設けられてもよい。
供給口１３ｃとダクト連結口１３ｄは、炉蓋１３の傾斜部分１３Ａを貫通するように設けられる。
供給口１３ｃには、その開口部と開閉するための蓋１３ｃ１が設けられ、ダクト連結口１３ｄには電気炉１０の内部のガスを吸引するためのダクト１７が連結される。
尚、炉蓋１３の形状は一例に過ぎず、例えば、供給口１３ｃは、水平部分１３Ｂに設けられてもよい。
上部電極１４は、電気炉１０の炉蓋１３を貫通するように挿入される。下部電極１５は、電気炉１０の底部１１ａの耐火物内に設けられる。
ここで、電気炉１０の内部でスラグ浴面２２１と上部電極１４の下端との間の高さ位置における、上部電極１４の外周からの水平方向離間距離（径方向離間距離）が、上部電極１４の直径の０．５倍以内である空間を上部電極対向空間αと定義する。
また、電気炉１０の内部でスラグ浴面の高さ位置よりも上の高さ位置における、炉壁１２の内壁面からの水平方向離間距離が、「炉壁１２と上部電極対向空間αとの最短距離」以内である空間を炉内周壁空間βと定義する。
また、図２において、（Ａ）はＡ－Ａ矢視正面断面図、（Ｂ）はＢ－Ｂ矢視側面断面図、（Ｃ）はＣ－Ｃ矢視側面断面図である。
また、電気炉１０の内部でスラグ浴面の高さ位置よりも上の高さ位置における、炉壁１２の内壁面からの水平方向離間距離が、「炉壁１２と上部電極対向空間αとの最短距離」以内である空間を炉内周壁空間βと定義する。
また、図２において、（Ａ）はＡ－Ａ矢視正面断面図、（Ｂ）はＢ－Ｂ矢視側面断面図、（Ｃ）はＣ－Ｃ矢視側面断面図である。
本実施形態に係る溶銑製造方法では、炉内周壁空間βに主原料として用いられる固体鉄源１００が存在する状態（すなわち、炉壁１２に沿って固体鉄源１００を山積みした状態）で、且つ、上部電極対向空間αに固体鉄源１００が存在しない状態（すなわち、スラグ浴面２２１を露出させた状態）で、副原料として用いられる炭材１２１及び成分調整用フラックス１２３の少なくとも一種を電気炉１０に供給する。
固体鉄源１００を山積みできるのは、電気炉１０が固定式で、かつ連続操業で完全溶落ちを必要としない溶銑製造炉であるためである。溶鋼製造炉の場合はバッチ操業となり、全量溶解して傾動出鋼するので、常時、原料山積み操業はできない。
また、底吹羽口１１ａ１から吹き込むガスにより溶鉄内に循環流を起こすことによって、固体鉄源１００の表面近傍の伝熱や加炭及び溶解促進を図ることができる。
さらに、電気炉１０は、直流電気炉を採用することで電極数を減らし、炉蓋１３に固体鉄源供給管１３ａ、副原料供給管１３ｂ、供給口１３ｃを配置するための有効スペースを確保することにより、一つの電気炉１０に多種多様な原料を供給することが可能となる。
さらに、電気炉１０は、直流電気炉を採用することで電極数を減らし、炉蓋１３に固体鉄源供給管１３ａ、副原料供給管１３ｂ、供給口１３ｃを配置するための有効スペースを確保することにより、一つの電気炉１０に多種多様な原料を供給することが可能となる。
交流電気炉では電極サイズの製造限界によって電力容量に限界があり、スケールアップが難しいが、本実施形態によれば直流電気炉を用いるのでそのような制約がない。
また、傾動式電気炉では通電と止電を繰り返すため、生産性が低下するが、本実施形態で用いる電気炉１０は固定式であって、溶銑２１０を出銑する出銑孔１１ｂ１と電気炉スラグ２２０を排出する出滓孔１１ｂ２を用いるので、効率よく連続的に溶銑２１０を製造することが可能になる。
また、傾動式電気炉では通電と止電を繰り返すため、生産性が低下するが、本実施形態で用いる電気炉１０は固定式であって、溶銑２１０を出銑する出銑孔１１ｂ１と電気炉スラグ２２０を排出する出滓孔１１ｂ２を用いるので、効率よく連続的に溶銑２１０を製造することが可能になる。
電気炉１０は、二本以上の上部電極１４と、二本以上の下部電極１５（炉底耐火物電極）とを有することが好ましい。また、電気炉１０を平面視したとき、二本以上の下部電極１５は、二本以上の上部電極１４に対応する位置に設けられていることが好ましい。
また、電気炉１０は、空気侵入を実質的に遮断可能に構成された密閉型の電気炉で、炉床からの高さの異なる出銑孔１１ｂ１と出滓孔１１ｂ２を具備することが好ましい。
本実施形態に係る溶銑製造方法で適用する電気炉１０として固定式直流電気炉を用いることから、上部電極１４の電極数は最低で一本から可能である。それに対して、二本以上の上部電極１４と各上部電極１４に対応した下部電極１５（炉底耐火物電極）を具備することにより、直流電気炉の上部電極１４を複数本配置し、それに合わせて炉形状及びサイズを決定することにより、電源容量の増加を容易にすることができ、高炉５５を代替する規模の溶銑製造型の電気炉が可能となる。
また、炉体の開口部を実質的になくし、空気侵入を抑制することによって、炉内のスラグ浴面２２１に滞留する炭材１２１の酸化ロスを低減し、加炭効率を向上させることができる。例えば、３０インチの直流型の上部電極１４を三本、直線状に配置し、炉形状を直方体に近い形状とすることによって、電源容量２００ＭＷの規模を実現し、大型高炉の２分の１の規模に当たる２００万ｔ／ｙの出銑能力を持たせることができる。
また、電気炉１０は、空気侵入を実質的に遮断可能に構成された密閉型の電気炉で、炉床からの高さの異なる出銑孔１１ｂ１と出滓孔１１ｂ２を具備することが好ましい。
本実施形態に係る溶銑製造方法で適用する電気炉１０として固定式直流電気炉を用いることから、上部電極１４の電極数は最低で一本から可能である。それに対して、二本以上の上部電極１４と各上部電極１４に対応した下部電極１５（炉底耐火物電極）を具備することにより、直流電気炉の上部電極１４を複数本配置し、それに合わせて炉形状及びサイズを決定することにより、電源容量の増加を容易にすることができ、高炉５５を代替する規模の溶銑製造型の電気炉が可能となる。
また、炉体の開口部を実質的になくし、空気侵入を抑制することによって、炉内のスラグ浴面２２１に滞留する炭材１２１の酸化ロスを低減し、加炭効率を向上させることができる。例えば、３０インチの直流型の上部電極１４を三本、直線状に配置し、炉形状を直方体に近い形状とすることによって、電源容量２００ＭＷの規模を実現し、大型高炉の２分の１の規模に当たる２００万ｔ／ｙの出銑能力を持たせることができる。
２．固体鉄源１００の供給
電気炉１０には、固体鉄源１００として、鉄含有スクラップ１０１、還元鉄１０３ａ、及び、鉄含有ダスト１０３ｂの三つの原料のうちの少なくとも一種を供給する（図４のステップＳ１参照）。すなわち、固体鉄源１００として、鉄含有スクラップ１０１のみ、還元鉄１０３ａのみ、又は、鉄含有ダスト１０３ｂのみを用いてもよく、また、固体鉄源１００として、鉄含有スクラップ１０１、還元鉄１０３ａ、及び、鉄含有ダスト１０３ｂの内の二種又は全てを混合して用いてもよい。固体鉄源１００は、固体鉄源供給管１３ａ又は供給口１３ｃから供給される。
電気炉１０には、固体鉄源１００として、鉄含有スクラップ１０１、還元鉄１０３ａ、及び、鉄含有ダスト１０３ｂの三つの原料のうちの少なくとも一種を供給する（図４のステップＳ１参照）。すなわち、固体鉄源１００として、鉄含有スクラップ１０１のみ、還元鉄１０３ａのみ、又は、鉄含有ダスト１０３ｂのみを用いてもよく、また、固体鉄源１００として、鉄含有スクラップ１０１、還元鉄１０３ａ、及び、鉄含有ダスト１０３ｂの内の二種又は全てを混合して用いてもよい。固体鉄源１００は、固体鉄源供給管１３ａ又は供給口１３ｃから供給される。
固体鉄源供給管１３ａからは、主に、個々のサイズが比較的小さい固体鉄源１００（例えば柱状の場合、最大長が１００ｍｍ以下の固体鉄源１００）である鉄含有スクラップ１０１（例えば、小型ポンチ屑）、還元鉄１０３ａ及び鉄含有ダスト１０３ｂを電気炉１０に供給する。還元鉄１０３ａとしては、ＤＲＩ（Direct Reduced Iron）及びＨＢＩ（Hot Briquetted Iron）などを用いることができる。ＤＲＩは、高温ＤＲＩ及び低温ＤＲＩを含む。ＨＢＩは、高温でブリケット化した還元鉄である。
鉄含有ダスト１０３ｂとしては、転炉ダストを用いることができる。
一方、供給口１３ｃからは、主に、個々のサイズが比較的大きく、固体鉄源供給管から安定的に供給し難い固体鉄源１００（例えば柱状の場合、最大長が１００ｍｍ超の固体鉄源１００）である鉄含有スクラップ１０１（例えば、ヘビー屑）を電気炉１０に供給する。
鉄含有ダスト１０３ｂとしては、転炉ダストを用いることができる。
一方、供給口１３ｃからは、主に、個々のサイズが比較的大きく、固体鉄源供給管から安定的に供給し難い固体鉄源１００（例えば柱状の場合、最大長が１００ｍｍ超の固体鉄源１００）である鉄含有スクラップ１０１（例えば、ヘビー屑）を電気炉１０に供給する。
例えば、図５に示すように、炉内周壁空間βの上に配置された供給口１３ｃから鉄含有スクラップ１０１（固体鉄源１００）を積載した固体鉄源装入器具１８（例えば、シュートやバケット）を用いて供給することで、炉壁１２に沿って山積みすることが好ましい。
例えば、個々のサイズが比較的大きい鉄含有スクラップ１０１は、下記の手順で電気炉１０に供給することができる。
（１）固体鉄源装入器具１８に鉄含有スクラップ１０１を積載する。
（２）そして、供給口１３ｃの蓋１３ｃ１を開いて、スラグ浴面２２１を維持したまま、電気炉１０の炉内周壁空間βに固体鉄源装入器具１８を介して鉄含有スクラップ１０１を供給する。
尚、個々のサイズが比較的大きい鉄含有スクラップ１０１に限らず、個々のサイズが比較的小さい還元鉄１０３ａ及び鉄含有ダスト１０３ｂ等の固体鉄源１００についても、上記の手順で電気炉１０に供給口１３ｃから供給することができる。一方、鉄含有スクラップ１０１も固体鉄源供給管１３ａから投入可能なサイズであれば、固体鉄源供給管１３ａから投入してもよい。
また、鉄含有ダスト１０３ｂの供給方法として、
（１）造粒して固体鉄源供給管１３ａから供給すること、
（２）大塊の脱水ケーキのまま鉄含有スクラップ１０１と一緒に供給口１３ｃから供給すること、または、
（３）酸化鉄粉体として、炭材粉と共に副原料供給管１３ｂからスラグ浴面２２１に供給すること、
も可能である。
例えば、個々のサイズが比較的大きい鉄含有スクラップ１０１は、下記の手順で電気炉１０に供給することができる。
（１）固体鉄源装入器具１８に鉄含有スクラップ１０１を積載する。
（２）そして、供給口１３ｃの蓋１３ｃ１を開いて、スラグ浴面２２１を維持したまま、電気炉１０の炉内周壁空間βに固体鉄源装入器具１８を介して鉄含有スクラップ１０１を供給する。
尚、個々のサイズが比較的大きい鉄含有スクラップ１０１に限らず、個々のサイズが比較的小さい還元鉄１０３ａ及び鉄含有ダスト１０３ｂ等の固体鉄源１００についても、上記の手順で電気炉１０に供給口１３ｃから供給することができる。一方、鉄含有スクラップ１０１も固体鉄源供給管１３ａから投入可能なサイズであれば、固体鉄源供給管１３ａから投入してもよい。
また、鉄含有ダスト１０３ｂの供給方法として、
（１）造粒して固体鉄源供給管１３ａから供給すること、
（２）大塊の脱水ケーキのまま鉄含有スクラップ１０１と一緒に供給口１３ｃから供給すること、または、
（３）酸化鉄粉体として、炭材粉と共に副原料供給管１３ｂからスラグ浴面２２１に供給すること、
も可能である。
固体鉄源供給管１３ａは、供給する固体鉄源１００が炉壁１２に沿って山積みされるように配置される。このため、固体鉄源供給管１３ａは、炉内周壁空間βの上に配置されていることが好ましい。
供給口１３ｃも同様に、供給する固体鉄源１００が炉壁１２に沿って山積みされるように配置される。このため、供給口１３ｃは、炉内周壁空間βの上方に配置されていることが好ましい。
供給された固体鉄源１００は、固体鉄源供給管１３ａ及び供給口１３ｃからの供給後においていずれも炉壁１２に沿って山積み（すなわち、炉内周壁空間βに存在するように配置）される。
一方、電気炉１０の上部電極対向空間αには固体鉄源１００が存在しない、すなわち、電気炉スラグ２２０のスラグ浴面２２１が露出している。このような、固体鉄源１００が存在しない上部電極対向空間αのスラグ浴面２２１は、上部電極１４と、下部電極１５との間の領域に形成される。
供給口１３ｃも同様に、供給する固体鉄源１００が炉壁１２に沿って山積みされるように配置される。このため、供給口１３ｃは、炉内周壁空間βの上方に配置されていることが好ましい。
供給された固体鉄源１００は、固体鉄源供給管１３ａ及び供給口１３ｃからの供給後においていずれも炉壁１２に沿って山積み（すなわち、炉内周壁空間βに存在するように配置）される。
一方、電気炉１０の上部電極対向空間αには固体鉄源１００が存在しない、すなわち、電気炉スラグ２２０のスラグ浴面２２１が露出している。このような、固体鉄源１００が存在しない上部電極対向空間αのスラグ浴面２２１は、上部電極１４と、下部電極１５との間の領域に形成される。
以上のように、電気炉１０の炉内周壁空間βに存在するように供給した固体鉄源１００は、炉壁１２に沿って山積みした状態で配置される。それによって山積みされた固体鉄源１００の上部はアークおよびスラグ浴面２２１の輻射熱によって予熱され、スラグ浴面２２１の下部に浸漬した固体鉄源１００は溶解が進む。また、固体鉄源１００が炉壁１２に沿って山積みされるため、それが炉壁１２の耐火物を保護し、炉壁１２からの抜熱ロスを軽減して熱効率向上に寄与する。この効果をより好適に得るためには、電気炉１０の炉内周壁空間βに存在するように供給した固体鉄源１００の頂部は、上部電極１４の下端よりも高い位置に存在することが好ましい。更には、上部電極対向空間αは、炉壁１２に沿って山積みした状態の固体鉄源１００によって全周が囲まれた領域に形成されていることが好ましい。
また、炉壁１２の保護および炉壁１２からの熱ロス低減の効果をより好適に得るためには、供給した固体鉄源１００は、炉壁１２の全周に沿って山積みされていることが好ましい。すなわち、炉内周壁空間βの全周に沿って固体鉄源１００が存在することが好ましい。
本実施形態で電気炉１０に供給する還元鉄１０３ａは、水素ガス、天然ガス、及び、ＣＯガスの少なくとも一種を用いて鉄鉱石を還元することによりＣ濃度が０～４質量％とされたＤＲＩ又はＨＢＩであることが好ましい。化石燃料由来の炭素による還元の比率を抑え、ＣＯ２排出量削減に寄与するためである。還元鉄１０３ａのＣ濃度は更に好ましくは２～４質量％である。電気炉内で炭材１２１を供給する場合は加炭効率が低いが、Ｃ濃度が２～４質量％の還元鉄を用いることにより、加炭処理を軽減できるためである。
尚、木炭などの炭材を内装したペレットから製造した還元鉄を還元鉄１０３ａとして用いてもよい。
尚、木炭などの炭材を内装したペレットから製造した還元鉄を還元鉄１０３ａとして用いてもよい。
３．製鋼スラグ１４０の供給
電気炉１０には、製鋼スラグ１４０を供給することができる（図４のステップＳ２参照）。
電気炉１０には、製鋼スラグ１４０を供給することができる（図４のステップＳ２参照）。
本実施形態に係る溶銑製造方法において、製鋼スラグ１４０とは、製鋼設備５１あるいは取鍋脱リン精錬設備５７で生成されるスラグの総称である。製鋼スラグ１４０として、製鋼設備５１で生成される溶銑脱硫スラグ、製鋼設備５１で生成される転炉スラグ、製鋼設備５１で生成される二次精錬スラグ、および、取鍋脱リン精錬設備５７で生成される脱リンスラグ３２０、の少なくとも一種のスラグを用いることができる。また、高温の溶融状態にある製鋼スラグ１４０を溶融スラグと称する。
製鋼スラグ１４０は低温の固化状態でも供給可能であるが、熱の有効利用の観点から高温の溶融状態で電気炉１０の炉内周壁空間βに存在する固体鉄源１００に供給することが望ましい。酸化度の高い溶融スラグをそのまま、露出したスラグ浴面２２１に供給すると、酸化度の高い溶融スラグ（電気炉スラグ２２０）と溶銑２１０との混合による直接反応が起き、突沸状態となって激しいスラグフォーミングを引き起こす。それを防ぐためには、山積み状に配置された鉄含有スクラップ１０１、還元鉄１０３ａ、及び、鉄含有ダスト１０３ｂの少なくとも一種の上部に溶融スラグを供給することが好ましい。それによって、供給した溶融スラグと溶銑２１０との直接反応を回避し、突沸を防止することができる。
図２に示す例では、電気炉１０の炉蓋１３（傾斜部分１３Ａ又は水平部分１３Ｂ）に設けた供給口１３ｃからまず鉄含有スクラップ１０１を供給して電気炉１０の炉壁１２に沿って鉄含有スクラップ１０１を山積みし、次に、同じ供給口１３ｃから溶融状態の製鋼スラグ１４０を供給する。製鋼スラグ１４０は山積みされた鉄含有スクラップ１０１の上に注ぎ込まれる。
また、供給する製鋼スラグ１４０が固化状態の場合は、供給口１３ｃ及び固体鉄源供給管１３ａ、副原料供給管１３ｂのいずれか一つ以上から供給してもよい。
また、供給する製鋼スラグ１４０が固化状態の場合は、供給口１３ｃ及び固体鉄源供給管１３ａ、副原料供給管１３ｂのいずれか一つ以上から供給してもよい。
製鋼スラグ１４０のうち、転炉スラグや脱リンスラグ３２０は成分としてＰ２Ｏ５を含有しており、また、高リン還元鉄も成分としてＰ及びＰ２Ｏ５を含有している。これらを電気炉１０に供給して、電気炉１０で還元することで、リンが溶銑２１０に移行し、高リン溶銑が製造されることで、リンを回収することができる。
また、製鋼スラグ１４０のうち、溶銑脱硫スラグ及び二次精錬スラグに含まれるＣａＯとＡｌ２Ｏ３は電気炉スラグ２２０の成分調整に利用できる。
このように製鋼設備５１で発生する製鋼スラグ１４０はすべて電気炉１０に供給することが可能である。
結果として生成した電気炉スラグ２２０は、高炉スラグ４２と同等の組成に調整することで、高炉セメント等の原料として利用することができる。
また、製鋼スラグ１４０のうち、溶銑脱硫スラグ及び二次精錬スラグに含まれるＣａＯとＡｌ２Ｏ３は電気炉スラグ２２０の成分調整に利用できる。
このように製鋼設備５１で発生する製鋼スラグ１４０はすべて電気炉１０に供給することが可能である。
結果として生成した電気炉スラグ２２０は、高炉スラグ４２と同等の組成に調整することで、高炉セメント等の原料として利用することができる。
上記のように高リン還元鉄を用いるということは、高リン還元鉄を製造する際に高リン鉄鉱石を原料として用いることになる。従って、Ｐ濃度の高い低品位鉄鉱石の使用可能範囲が拡大する。
尚、高リン還元鉄とは、高リン鉄鉱石を原料として還元した還元鉄（ＤＲＩやＨＢＩなど）であり、Ｐ濃度が０．１５質量％以上のものを意味している。
尚、高リン還元鉄とは、高リン鉄鉱石を原料として還元した還元鉄（ＤＲＩやＨＢＩなど）であり、Ｐ濃度が０．１５質量％以上のものを意味している。
電気炉１０には、炉壁１２に沿って固体鉄源１００を山積みした状態で、且つ、上部電極対向空間αにスラグ浴面２２１を露出させた状態で、炭材１２１、及び、成分調整用フラックス１２３が供給される（図４のステップＳ３とステップＳ４参照）。
４．炭材１２１の供給
炭材１２１は、酸化物（製鋼スラグ１４０、鉄含有ダスト１０３ｂの中の酸化鉄、還元鉄１０３ａの中の未還元酸化鉄など）の還元材及び加炭材として用いられる。炭材１２１には、コークス、石炭、木炭などを用いることができる。
炭材１２１の粒径は０．５ｍｍ～１０ｍｍであることが好ましい。炭材１２１が、粒径０．５ｍｍ～１０ｍｍであれば微粉ではないため飛散ロスが少なく、また小粒径のため反応速度が速い。ここで、粒径とは、粒子が通過できる篩の網目で定義し、粒径が１０ｍｍ以下とは、１０ｍｍの篩を通過できるものとする。また、供給する炭材１２１の８０質量％以上の粒径が０．５ｍｍ～１０ｍｍであればよい。
炭材１２１を添加することにより、酸化物の還元反応を進行させ、また、溶鉄に加炭して溶鉄のＣ濃度を上昇させる。
そして、Ｃ濃度が２～４質量％以上、温度が１４００℃～１５５０℃である溶銑２１０とし、出銑孔１１ｂ１から出銑する。これにより、溶銑をそのまま、あるいは溶銑の脱リン処理を行った上で、単独で製鋼工程に供給することができる。
炭材１２１は、酸化物（製鋼スラグ１４０、鉄含有ダスト１０３ｂの中の酸化鉄、還元鉄１０３ａの中の未還元酸化鉄など）の還元材及び加炭材として用いられる。炭材１２１には、コークス、石炭、木炭などを用いることができる。
炭材１２１の粒径は０．５ｍｍ～１０ｍｍであることが好ましい。炭材１２１が、粒径０．５ｍｍ～１０ｍｍであれば微粉ではないため飛散ロスが少なく、また小粒径のため反応速度が速い。ここで、粒径とは、粒子が通過できる篩の網目で定義し、粒径が１０ｍｍ以下とは、１０ｍｍの篩を通過できるものとする。また、供給する炭材１２１の８０質量％以上の粒径が０．５ｍｍ～１０ｍｍであればよい。
炭材１２１を添加することにより、酸化物の還元反応を進行させ、また、溶鉄に加炭して溶鉄のＣ濃度を上昇させる。
そして、Ｃ濃度が２～４質量％以上、温度が１４００℃～１５５０℃である溶銑２１０とし、出銑孔１１ｂ１から出銑する。これにより、溶銑をそのまま、あるいは溶銑の脱リン処理を行った上で、単独で製鋼工程に供給することができる。
電気炉１０で溶鉄に加炭して溶銑２１０を製造する場合、溶鉄に炭材１２１を上方からスラグ浴面２２１に供給しただけでは、比重差からスラグ浴面２２１に浮遊してしまい、溶鉄に到達できない場合がある。
本実施形態では、電気炉１０として直流電気炉を用いる。直流電気炉においては、電極直下のスラグや溶鉄中に下向きの強い流れを起こし、それによって炭材１２１を下方の溶鉄に送り込み、炭材１２１の溶解を促進することができる。
また、本実施形態では、炭材１２１を電気炉１０の上部電極１４の周辺の複数個所から、上部電極対向空間αに形成されたスラグ浴面２２１に供給することが好ましい。このように炭材１２１を供給することにより、炉内スラグ（電気炉１０の内部のスラグ）を還元すると同時に、当該スラグの循環流動により浮遊する炭材粉を速やかに溶鉄に運搬、溶解させ、溶鉄のＣ濃度が２％以上となるよう加炭することができる。
さらに、直流電気炉を用いることによって、電磁力により上部電極１４の直下のスラグ及び溶鉄に下方へ向かう流れが形成され、スラグ浴に供給した炭材粉を下方の溶鉄に運搬しやすくなる。炭材供給位置に関し、上部電極１４の周辺とは、上部電極１４からの水平距離が１ｍ以内が好ましい。複数個所とは、電極一本あたり二個所以上が好ましい。
本実施形態では、電気炉１０として直流電気炉を用いる。直流電気炉においては、電極直下のスラグや溶鉄中に下向きの強い流れを起こし、それによって炭材１２１を下方の溶鉄に送り込み、炭材１２１の溶解を促進することができる。
また、本実施形態では、炭材１２１を電気炉１０の上部電極１４の周辺の複数個所から、上部電極対向空間αに形成されたスラグ浴面２２１に供給することが好ましい。このように炭材１２１を供給することにより、炉内スラグ（電気炉１０の内部のスラグ）を還元すると同時に、当該スラグの循環流動により浮遊する炭材粉を速やかに溶鉄に運搬、溶解させ、溶鉄のＣ濃度が２％以上となるよう加炭することができる。
さらに、直流電気炉を用いることによって、電磁力により上部電極１４の直下のスラグ及び溶鉄に下方へ向かう流れが形成され、スラグ浴に供給した炭材粉を下方の溶鉄に運搬しやすくなる。炭材供給位置に関し、上部電極１４の周辺とは、上部電極１４からの水平距離が１ｍ以内が好ましい。複数個所とは、電極一本あたり二個所以上が好ましい。
加えて、電気炉１０の底部１１ａにおける、上部電極１４の直下から、１ｍ以上の水平距離で離れた位置に、流量可変型の小径円または扁平なガス流路を有する一本または複数の底吹羽口１１ａ１を設け、一本あたり最大で２００Ｎｍ３／ｈの不活性ガスを電気炉１０の内部に吹き込む底吹羽口１１ａ１を具備することが好ましい。電極直下から１ｍ以上離れた場所にガスを吹き込むことにより、溶鉄とスラグの流動を促進し、中央部電極直下における下向きの強い流れを加速し、それによって炭材１２１を下方の溶鉄に送り込み、炭材１２１の溶解を促進することができる。なお、電気炉１０の底部１１ａにおいて底吹羽口１１ａ１が設けられる位置に関し、上部電極１４の直下からの離間距離の上限値は例えば５ｍ、又は３ｍであればよい。
底吹流量の上限を２００Ｎｍ３／ｈ以下に限定する理由は、底吹羽口１１ａ１の溶損速度を抑え、羽口交換の頻度を低減するためである。底吹きガスとしては、電気炉内を還元雰囲気に維持でき、かつ安価な窒素ガスを用いることが好ましい。
底吹流量の上限を２００Ｎｍ３／ｈ以下に限定する理由は、底吹羽口１１ａ１の溶損速度を抑え、羽口交換の頻度を低減するためである。底吹きガスとしては、電気炉内を還元雰囲気に維持でき、かつ安価な窒素ガスを用いることが好ましい。
また、スラグ浴面２２１に浮遊する炭材１２１は電気炉１０の内部に侵入する空気によって容易に燃焼するので、これを防ぐためにできるだけ電気炉１０を密閉型にすることが有効である。炉体の開口部をなくし、空気侵入を防ぐことによって、炉内のスラグ浴面２２１に滞留する炭材１２１の酸化ロスを低減し、加炭効率を向上させることができる。
５．成分調整用フラックス１２３の供給
成分調整用フラックス１２３は、成分組成としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも一種を含むフラックスである。
製鋼スラグ１４０や固体鉄源１００に含有される酸化物の溶解、還元を速やかに進行させ、電気炉スラグ２２０を出滓孔１１ｂ２から円滑に排出するために、スラグ成分を調整し、融点と粘性を低下させて反応性と流動性を確保する必要がある。そこで、本実施形態では、電気炉１０の内部には、成分組成としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも一種を含む成分調整用フラックス１２３を投入する。炭材１２１及び成分調整用フラックス１２３を添加後の電気炉スラグ成分として、質量％で、
・Ｔ．Ｆｅ濃度：５％以下、
・ＣａＯ／ＳｉＯ２濃度比：１．０～１．３、
・Ａｌ２Ｏ３濃度：８～２０％
の範囲とすることが好ましい。
尚、製鋼スラグ１４０を供給しない場合であっても、成分調整用フラックス１２３は供給する。
成分調整用フラックス１２３は、成分組成としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも一種を含むフラックスである。
製鋼スラグ１４０や固体鉄源１００に含有される酸化物の溶解、還元を速やかに進行させ、電気炉スラグ２２０を出滓孔１１ｂ２から円滑に排出するために、スラグ成分を調整し、融点と粘性を低下させて反応性と流動性を確保する必要がある。そこで、本実施形態では、電気炉１０の内部には、成分組成としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも一種を含む成分調整用フラックス１２３を投入する。炭材１２１及び成分調整用フラックス１２３を添加後の電気炉スラグ成分として、質量％で、
・Ｔ．Ｆｅ濃度：５％以下、
・ＣａＯ／ＳｉＯ２濃度比：１．０～１．３、
・Ａｌ２Ｏ３濃度：８～２０％
の範囲とすることが好ましい。
尚、製鋼スラグ１４０を供給しない場合であっても、成分調整用フラックス１２３は供給する。
成分調整用フラックス１２３の中のＣａＯ濃度、ＳｉＯ２濃度、Ａｌ２Ｏ３濃度、成分調整用フラックス１２３の添加量の好適範囲については、供給する製鋼スラグ１４０及び固体鉄源１００に含まれる酸化物の成分によっても変動する。製鋼スラグ１４０や固体鉄源１００に含まれる酸化物の成分と成分調整用フラックス１２３が混合した後において、電気炉スラグの成分が上記好適な範囲となれば良い。例えば、
・ＣａＯ濃度９５質量％の生石灰、
・ＳｉＯ２濃度９９質量％の珪砂、
・Ａｌ２Ｏ３濃度８３質量％のレンガ屑、および
・ＳｉＯ２濃度５９質量％、Ａｌ２Ｏ３濃度２３質量％のフライアッシュ
を適切に配合することにより、スラグ組成を最適範囲に調整し、スラグ溶解を好適に促進させることができる。成分調整用フラックス１２３としては、生石灰、珪砂、レンガ屑、フライアッシュの他に、下水汚泥灰、アルミドロス、等を用いることができる。また、製鋼スラグ自体を成分調整用フラックスとして用いることもできる。
・ＣａＯ濃度９５質量％の生石灰、
・ＳｉＯ２濃度９９質量％の珪砂、
・Ａｌ２Ｏ３濃度８３質量％のレンガ屑、および
・ＳｉＯ２濃度５９質量％、Ａｌ２Ｏ３濃度２３質量％のフライアッシュ
を適切に配合することにより、スラグ組成を最適範囲に調整し、スラグ溶解を好適に促進させることができる。成分調整用フラックス１２３としては、生石灰、珪砂、レンガ屑、フライアッシュの他に、下水汚泥灰、アルミドロス、等を用いることができる。また、製鋼スラグ自体を成分調整用フラックスとして用いることもできる。
図２に示す例では、副原料供給管１３ｂから露出したスラグ浴面２２１に向けて、炭材１２１と成分調整用フラックス１２３を供給している。
電気炉１０の内部で製造された溶銑２１０は出銑孔１１ｂ１から出銑する。また、電気炉スラグ２２０は出滓孔１１ｂ２から排出する。製鋼スラグ１４０や固体鉄源１００に含有される酸化物が還元及び改質されて、高炉スラグ４２相当の高品質の還元スラグが電気炉スラグ２２０として回収される。この電気炉スラグ２２０は、還元前と比べてＦｅＯ、Ｐ２Ｏ５等の濃度が低いため、例えば、セメント原料又はセラミック製品として利用できる。また、低膨張性となるため、路盤材、骨材、及び、石材のような土木用材料として使用できる。
６．取鍋脱リン精錬
製鋼スラグや高リン還元鉄を用いた場合、電気炉１０から出銑した溶銑２１０は、Ｐ濃度の高い高リン溶銑である。この溶銑２１０のＰ濃度が０．１５％より高い場合、溶銑２１０を取鍋２４に収容し（図３参照）、Ｐ濃度が０．１５％以下となるまで取鍋脱リン精錬による脱リン処理を施して脱リン処理後溶銑３１０と脱リンスラグ３２０を製造する（図４のステップＳ５）。
図１の（Ｂ）に示すように、脱リン処理後溶銑３１０は溶銑脱硫設備５２、転炉５３、および二次精錬設備５４からなる製鋼設備５１に送って溶鋼を製造する（図４のステップＳ６Ａ参照）。
Ｐ濃度の高い溶銑２１０を、電気炉１０から排出後、取鍋２４で普通溶銑のＰ濃度レベル以下まで脱リンすることで、次工程の転炉５３での脱リン負荷軽減を図ると同時に、Ｐ２Ｏ５濃度の高い高リン酸スラグ３２１を得ることができる。高リン酸スラグ３２１はリン酸肥料やリン酸製品原料とすることができる。
製鋼スラグや高リン還元鉄を用いた場合、電気炉１０から出銑した溶銑２１０は、Ｐ濃度の高い高リン溶銑である。この溶銑２１０のＰ濃度が０．１５％より高い場合、溶銑２１０を取鍋２４に収容し（図３参照）、Ｐ濃度が０．１５％以下となるまで取鍋脱リン精錬による脱リン処理を施して脱リン処理後溶銑３１０と脱リンスラグ３２０を製造する（図４のステップＳ５）。
図１の（Ｂ）に示すように、脱リン処理後溶銑３１０は溶銑脱硫設備５２、転炉５３、および二次精錬設備５４からなる製鋼設備５１に送って溶鋼を製造する（図４のステップＳ６Ａ参照）。
Ｐ濃度の高い溶銑２１０を、電気炉１０から排出後、取鍋２４で普通溶銑のＰ濃度レベル以下まで脱リンすることで、次工程の転炉５３での脱リン負荷軽減を図ると同時に、Ｐ２Ｏ５濃度の高い高リン酸スラグ３２１を得ることができる。高リン酸スラグ３２１はリン酸肥料やリン酸製品原料とすることができる。
なお、取鍋脱リン精錬で得られた脱リンスラグ３２０のＰ２Ｏ５濃度が目標値よりも低い場合には、再度、電気炉１０に供給して溶銑２１０のＰ濃度を高め、再度取鍋脱リン精錬することで脱リンスラグ３２０のＰ２Ｏ５濃度をさらに高めることができる。Ｐ２Ｏ５濃度が十分に高い場合は、リン酸肥料またはリン酸原料として利用できる。即ち、上記取鍋脱リン精錬で形成された脱リンスラグ３２０は、Ｐ２Ｏ５濃度に応じて電気炉１０へリサイクルするか、高リン酸スラグ３２１としてリン酸肥料またはリン酸原料として利用する（図４のステップＳ６Ｂ参照）。
上記の方法を用いることによって、Ｐ濃度の高い低品位鉄鉱石の使用可能範囲が拡大し、また、製鋼設備５１で発生するスラグはすべて、より付加価値の高い高炉スラグ相当のスラグに転換できる。さらに、有価な鉄及びリンは回収し、鉄源およびリン酸肥料等の製品にすることができる。
脱リンスラグ３２０のＰ２Ｏ５濃度が８％未満の場合は電気炉１０にリサイクルし、脱リンスラグ３２０のＰ２Ｏ５濃度が８％以上の場合はＰ２Ｏ５、ＣａＯ、ＳｉＯ２、およびＭｇＯを含むリン酸肥料かまたはリン酸原料とすると好ましい。Ｐ２Ｏ５濃度に関し、８％を境界にしているのは、それ以下ではリン酸肥料としての肥料効果が著しく低下するからである。もちろん、リン酸原料としては、Ｐ２Ｏ５が高いほど効率よく製品化することができる。
取鍋脱リン精錬で行う脱リン処理方法として、図３に示すように、ランス２１からの酸素上吹きと酸化鉄および石灰系脱リン剤の上方添加を行い、撹拌ガス吹き込み用に鍋底ポーラスプラグ２３または浸漬ランス２５から０．５～５ＮＬ／ｔ／ｍｉｎのガスを吹き込むと好ましい。ランス２１からの酸素上吹きと酸化鉄供給により、脱リン酸化精錬を行う。
取鍋脱リン精錬設備５７において、Ｐ濃度を０．１％前後まで下げる脱リンであればスラグの塩基度は２以下で、肥料効果を阻害するＦ（フッ素）を含むホタル石を使わずに脱リンが可能である。
よりＰ濃度を下げるために高塩基度（例えば、塩基度２．５以上）のスラグを必要とする場合、望ましくは石灰系脱リン剤の一部を燃料バーナー２２で投射し、石灰系脱リン剤の粉末を燃料バーナー２２の燃焼炎中を通過させることによって溶融する。また、鍋底ポーラスプラグ２３または浸漬ランス２５から０．５～５ＮＬ／ｔ／ｍｉｎの撹拌ガスを吹き込むことにより、溶銑２１０が撹拌され、脱リン反応効率の向上、燃料バーナー２２の熱効率の向上、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度レベルの制御を容易に行うことが可能となる。窒素ガス吹き込み速度を５ＮＬ／ｔ／ｍｉｎ以下の好適範囲とすることにより、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を好適範囲とすることができる。また、窒素ガス吹き込み速度を０．５ＮＬ／ｔ／ｍｉｎ以上の適正流量とすることにより、スラグ浴の表面更新をガス撹拌で促進し、燃料バーナー２２の熱効率を向上させることができる。
よりＰ濃度を下げるために高塩基度（例えば、塩基度２．５以上）のスラグを必要とする場合、望ましくは石灰系脱リン剤の一部を燃料バーナー２２で投射し、石灰系脱リン剤の粉末を燃料バーナー２２の燃焼炎中を通過させることによって溶融する。また、鍋底ポーラスプラグ２３または浸漬ランス２５から０．５～５ＮＬ／ｔ／ｍｉｎの撹拌ガスを吹き込むことにより、溶銑２１０が撹拌され、脱リン反応効率の向上、燃料バーナー２２の熱効率の向上、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度レベルの制御を容易に行うことが可能となる。窒素ガス吹き込み速度を５ＮＬ／ｔ／ｍｉｎ以下の好適範囲とすることにより、スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度を好適範囲とすることができる。また、窒素ガス吹き込み速度を０．５ＮＬ／ｔ／ｍｉｎ以上の適正流量とすることにより、スラグ浴の表面更新をガス撹拌で促進し、燃料バーナー２２の熱効率を向上させることができる。
図１には、本願の溶銑製造工程の概略図（図１（Ｂ））を、従来例（図１（Ａ））と対比して示す。また溶銑製造型の電気炉の模式図を図２に、脱リン処理装置の概略図を図３に示す。
本実施例では、鉄含有スクラップ１０１、還元鉄１０３ａ、鉄含有ダスト１０３ｂ、溶融した製鋼スラグ１４０、炭材１２１、及び成分調整用フラックス１２３を、それぞれの方法で電気炉１０に供給し、
・炭材１２１からの炭素源により溶解還元して溶銑２１０と還元した電気炉スラグ２２０を製造する密閉型の固定式直流電気炉と、
・得られた溶銑２１０（高リン溶銑）を脱リンすることによって、転炉５３にリサイクル可能な脱リン処理後溶銑３１０（普通溶銑）とリン酸肥料または取鍋リン酸原料となる高リン酸スラグ３２１とを製造する取鍋脱リン精錬設備５７と、
を用いる溶銑及び溶鋼の製造工程を用いている。
・炭材１２１からの炭素源により溶解還元して溶銑２１０と還元した電気炉スラグ２２０を製造する密閉型の固定式直流電気炉と、
・得られた溶銑２１０（高リン溶銑）を脱リンすることによって、転炉５３にリサイクル可能な脱リン処理後溶銑３１０（普通溶銑）とリン酸肥料または取鍋リン酸原料となる高リン酸スラグ３２１とを製造する取鍋脱リン精錬設備５７と、
を用いる溶銑及び溶鋼の製造工程を用いている。
以下、具体的に実施例を記す。
電気炉１０として電源容量最大２００ＭＷ、上部電極１４を三本、下部電極１５（炉底耐火物電極）として上部電極１４の直下に導電性耐火物電極を備えて非導電性耐火物で分離し、高さ位置（レベル）の異なる出銑孔１１ｂ１と出滓孔１１ｂ２を二個ずつ有する固定式直流電気炉を用いた。電気炉１０の諸元を表１に示す。
電気炉１０として電源容量最大２００ＭＷ、上部電極１４を三本、下部電極１５（炉底耐火物電極）として上部電極１４の直下に導電性耐火物電極を備えて非導電性耐火物で分離し、高さ位置（レベル）の異なる出銑孔１１ｂ１と出滓孔１１ｂ２を二個ずつ有する固定式直流電気炉を用いた。電気炉１０の諸元を表１に示す。
還元鉄１０３ａ及び鉄含有ダスト１０３ｂは、炉蓋１３における炉壁１２の近傍に設けた１２本の固体鉄源供給管１３ａを選択的に用いて供給した。鉄含有スクラップ１０１は炉蓋１３に設けた二つの供給口１３ｃのそれぞれの蓋１３ｃ１を開口してシュートで供給し、いずれも電気炉１０の炉壁１２に沿って山積みされるように供給した（図２参照）。一方、還元材かつ加炭材となる炭材粉、およびフライアッシュ、珪砂、レンガ屑といった成分調整用フラックス１２３は上部電極１４の近傍の炉蓋１３に設けた６か所の副原料供給管１３ｂから炉内のスラグ浴面２２１の露出面に、鉄含有スクラップ１０１を供給する供給口１３ｃの蓋１３ｃ１が開いている時を除き連続的に供給した。
また、鉄およびリンの回収と電気炉スラグ２２０の成分調整を目的として、転炉５３から排出されたスラグ（製鋼スラグ１４０）をスラグ鍋１６に収容し、電気炉１０に供給口１３ｃから溶融状態で供給した（図２参照）。具体的には、溶融スラグと溶銑２１０との直接反応を回避し、突沸を防止するために、山積み状に配置された還元鉄１０３ａまたは鉄含有スクラップ１０１に向けて、供給口１３ｃから供給した。
また、鉄およびリンの回収と電気炉スラグ２２０の成分調整を目的として、転炉５３から排出されたスラグ（製鋼スラグ１４０）をスラグ鍋１６に収容し、電気炉１０に供給口１３ｃから溶融状態で供給した（図２参照）。具体的には、溶融スラグと溶銑２１０との直接反応を回避し、突沸を防止するために、山積み状に配置された還元鉄１０３ａまたは鉄含有スクラップ１０１に向けて、供給口１３ｃから供給した。
電気炉１０は連続操業で、炉内には常時３００ｔの溶銑２１０が種湯として存在し、４０分おきに３００ｔの溶銑２１０を出銑孔１１ｂ１から排出し、またスラグは出滓孔１１ｂ２より上部にある電気炉スラグ２２０を排出する形態をとり、一部はそのまま水砕処理を行ってセメント原料とした。
また、溶銑２１０と随伴して出銑孔１１ｂ１から排出されるスラグは、スキンマーで分離して徐冷処理を行い、ケイカル肥料や土木用材料とした。出銑と出滓の際、上部電極１４によるアーク照射は継続して実施した。
また、溶銑２１０と随伴して出銑孔１１ｂ１から排出されるスラグは、スキンマーで分離して徐冷処理を行い、ケイカル肥料や土木用材料とした。出銑と出滓の際、上部電極１４によるアーク照射は継続して実施した。
電気炉１０の底部１１ａには、炭材１２１の溶鉄への溶解と、固体鉄源１００の溶解を促進する目的で、下部電極１５（炉底耐火物電極）の位置の外側（上部電極１４の直下から３ｍ離れた位置）に底吹羽口１１ａ１を合計八か所に設け、ガス吹き込みを行った。
電気炉１０から排出された溶銑２１０は、容量３００ｔの取鍋２４で受銑し、取鍋脱リン精錬設備５７での処理を行った（図３参照）。取鍋脱リン装置２０の諸元を表２に示す。取鍋脱リン装置２０には、
・石灰系脱リン剤と酸化鉄を上方添加する装置、
・酸素上吹き用のランス２１、
・粉体を投射できる燃料バーナー２２（ＬＰＧバーナーランス）、および
・鍋底ポーラスプラグ２３（底吹ポーラス羽口）
が備わっている。
表４に示すＣａｓｅ１とＣａｓｅ３では石灰系脱リン剤供給と酸素上吹きを行い、酸化鉄供給によって冷却して温度調節を行った。
また、Ｃａｓｅ２とＣａｓｅ４では塩基度が２．０とやや高かったので、酸素上吹を途中で中止し、石灰系脱リン剤をバーナーで投射しながら酸化鉄を供給し、脱リン剤粒子にＰ２Ｏ５を吸収させた。
・石灰系脱リン剤と酸化鉄を上方添加する装置、
・酸素上吹き用のランス２１、
・粉体を投射できる燃料バーナー２２（ＬＰＧバーナーランス）、および
・鍋底ポーラスプラグ２３（底吹ポーラス羽口）
が備わっている。
表４に示すＣａｓｅ１とＣａｓｅ３では石灰系脱リン剤供給と酸素上吹きを行い、酸化鉄供給によって冷却して温度調節を行った。
また、Ｃａｓｅ２とＣａｓｅ４では塩基度が２．０とやや高かったので、酸素上吹を途中で中止し、石灰系脱リン剤をバーナーで投射しながら酸化鉄を供給し、脱リン剤粒子にＰ２Ｏ５を吸収させた。
取鍋脱リン精錬設備５７で得られた脱リン処理後溶銑３１０は普通溶銑と同レベルのＰ濃度のため、そのまま製鋼設備５１に搬送した。また脱リンスラグ３２０は比較的（Ｐ２Ｏ５）濃度が高いので、リン酸肥料として利用した。より（Ｐ２Ｏ５）濃度の高い肥料を所望する場合には、脱リンスラグ３２０を還元用の電気炉１０に供給して溶銑中のＰ濃度の上昇を図ってもよい。
製鋼設備５１では、取鍋脱リン精錬設備５７で得られた脱リン処理後溶銑３１０に対し溶銑脱硫設備５２で脱硫処理を施し、転炉５３に供給した。転炉５３には、高炉溶銑は供給しなかった。転炉５３で脱炭と仕上げ脱リンを行い、二次精錬設備５４を経て連続鋳造設備５６で鋳造した（図１参照）。また、転炉５３へ供給時の溶銑中のＣ濃度が２．０％と高炉溶銑よりかなり低く、熱源が不足するため、鉄含有スクラップ１０１は供給せず、主原料は全て溶銑とした。
以下に本法の実施例の設備と操業の前提条件を示す。
表４に示すＣａｓｅ１～Ｃａｓｅ４の処理を行った。電気炉１０へ供給する主原料のうち、還元鉄１０３ａについては、いずれも表３に示す成分の高リン鉄鉱石由来のＤＲＩを用いた。電気炉１０に供給する成分調整用フラックス１２３については、ＳｉＯ２源として珪砂を用い、Ａｌ２Ｏ３源としてアルミナれんが屑を用い、それぞれ表４の「成分調整用フラックス」欄の「ＳｉＯ２」「Ａｌ２Ｏ３」欄に供給原単位を記載した。
表４に示すＣａｓｅ１～Ｃａｓｅ４の処理を行った。電気炉１０へ供給する主原料のうち、還元鉄１０３ａについては、いずれも表３に示す成分の高リン鉄鉱石由来のＤＲＩを用いた。電気炉１０に供給する成分調整用フラックス１２３については、ＳｉＯ２源として珪砂を用い、Ａｌ２Ｏ３源としてアルミナれんが屑を用い、それぞれ表４の「成分調整用フラックス」欄の「ＳｉＯ２」「Ａｌ２Ｏ３」欄に供給原単位を記載した。
《Ｃａｓｅ１》
固体鉄源１００として、表３に示す還元鉄１０３ａ（高リン鉄鉱石由来のＤＲＩ）を１００％使用し、製鋼スラグ１４０として表４のＣａｓｅ１の転炉工程「スラグ」に示す成分と原単位の転炉スラグを溶融状態で全量、電気炉１０に供給した。
電気炉精錬で得られた生成物としての溶銑２１０のＰ濃度は０．２３％であったので、取鍋脱リン精錬設備５７で溶銑２１０をＰ濃度が０．１０％になるまで脱リンして、得られた脱リン処理後溶銑３１０を製鋼設備５１に送った。
この脱リン処理後溶銑３１０を転炉５３に供給し、転炉吹錬の結果、溶鋼のＰ濃度は０．０１５％であった。
取鍋脱リン精錬設備５７での脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度は６．２％であったので、次チャージであるＣａｓｅ２において電気炉１０にリサイクルした。
全体工程での濃度の推移は以下のとおりである。
・溶銑２１０のＰ濃度：０．２３％、
・脱リンスラグ３２０のＰ濃度：０．１０％、
・脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度：６．２％、
・転炉出鋼Ｐ濃度：０．０１５％
固体鉄源１００として、表３に示す還元鉄１０３ａ（高リン鉄鉱石由来のＤＲＩ）を１００％使用し、製鋼スラグ１４０として表４のＣａｓｅ１の転炉工程「スラグ」に示す成分と原単位の転炉スラグを溶融状態で全量、電気炉１０に供給した。
電気炉精錬で得られた生成物としての溶銑２１０のＰ濃度は０．２３％であったので、取鍋脱リン精錬設備５７で溶銑２１０をＰ濃度が０．１０％になるまで脱リンして、得られた脱リン処理後溶銑３１０を製鋼設備５１に送った。
この脱リン処理後溶銑３１０を転炉５３に供給し、転炉吹錬の結果、溶鋼のＰ濃度は０．０１５％であった。
取鍋脱リン精錬設備５７での脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度は６．２％であったので、次チャージであるＣａｓｅ２において電気炉１０にリサイクルした。
全体工程での濃度の推移は以下のとおりである。
・溶銑２１０のＰ濃度：０．２３％、
・脱リンスラグ３２０のＰ濃度：０．１０％、
・脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度：６．２％、
・転炉出鋼Ｐ濃度：０．０１５％
《Ｃａｓｅ２》
固体鉄源１００として、表３に示す還元鉄１０３ａ（高リン鉄鉱石由来のＤＲＩ）を１００％使用し、製鋼スラグ１４０として表４のＣａｓｅ２の転炉工程「スラグ」に示す成分と原単位の転炉スラグを溶融状態で全量、電気炉１０に供給した。
また、前チャージであるＣａｓｅ１の脱リンスラグ３２０も電気炉１０に供給し、リン酸を富化した。
電気炉精錬で得られた生成物としての溶銑２１０のＰ濃度は０．３５％であったので、取鍋脱リン精錬設備５７で溶銑２１０をＰ濃度が０．１０％になるまで脱リンして、得られた脱リン処理後溶銑３１０を製鋼設備５１に送った。
この脱リン処理後溶銑３１０を転炉５３に供給し、転炉吹錬の結果、溶鋼のＰ濃度は０．０１５％であった。
取鍋脱リン精錬設備５７での脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度は８．９％であったので、リン酸肥料として使用した。
全体工程での濃度の推移は以下のとおりである。
・溶銑２１０のＰ濃度：０．３５％、
・脱リンスラグ３２０のＰ濃度：０．１０％、
・脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度：８．９％、
・転炉出鋼Ｐ濃度：０．０１５％
固体鉄源１００として、表３に示す還元鉄１０３ａ（高リン鉄鉱石由来のＤＲＩ）を１００％使用し、製鋼スラグ１４０として表４のＣａｓｅ２の転炉工程「スラグ」に示す成分と原単位の転炉スラグを溶融状態で全量、電気炉１０に供給した。
また、前チャージであるＣａｓｅ１の脱リンスラグ３２０も電気炉１０に供給し、リン酸を富化した。
電気炉精錬で得られた生成物としての溶銑２１０のＰ濃度は０．３５％であったので、取鍋脱リン精錬設備５７で溶銑２１０をＰ濃度が０．１０％になるまで脱リンして、得られた脱リン処理後溶銑３１０を製鋼設備５１に送った。
この脱リン処理後溶銑３１０を転炉５３に供給し、転炉吹錬の結果、溶鋼のＰ濃度は０．０１５％であった。
取鍋脱リン精錬設備５７での脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度は８．９％であったので、リン酸肥料として使用した。
全体工程での濃度の推移は以下のとおりである。
・溶銑２１０のＰ濃度：０．３５％、
・脱リンスラグ３２０のＰ濃度：０．１０％、
・脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度：８．９％、
・転炉出鋼Ｐ濃度：０．０１５％
《Ｃａｓｅ３》
固体鉄源１００として、表３に示す還元鉄１０３ａ（高リン鉄鉱石由来のＤＲＩ）を５０％、鉄含有スクラップ１０１を５０％使用し、製鋼スラグ１４０として表４のＣａｓｅ３の転炉工程「スラグ」に示す成分と原単位の転炉スラグを溶融状態で全量、電気炉１０に供給した。
電気炉精錬で得られた生成物としての溶銑２１０のＰ濃度は０．１６％であったので、取鍋脱リン精錬設備５７で溶銑２１０をＰ濃度が０．１０％になるまで脱リンして、製鋼設備５１に送った。
この脱リン処理後溶銑３１０を転炉５３に供給し、転炉吹錬の結果、溶鋼のＰ濃度は０．０１５％であった。
取鍋脱リン精錬での脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度は４．５％であったので、次チャージの電気炉１０にリサイクルした。
全体工程での濃度の推移は以下のとおりである。
・溶銑２１０のＰ濃度：０．１６％、
・脱リンスラグ３２０のＰ濃度：０．１０％、
・脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度：４．５％、
・転炉出鋼Ｐ濃度：０．０１５％
固体鉄源１００として、表３に示す還元鉄１０３ａ（高リン鉄鉱石由来のＤＲＩ）を５０％、鉄含有スクラップ１０１を５０％使用し、製鋼スラグ１４０として表４のＣａｓｅ３の転炉工程「スラグ」に示す成分と原単位の転炉スラグを溶融状態で全量、電気炉１０に供給した。
電気炉精錬で得られた生成物としての溶銑２１０のＰ濃度は０．１６％であったので、取鍋脱リン精錬設備５７で溶銑２１０をＰ濃度が０．１０％になるまで脱リンして、製鋼設備５１に送った。
この脱リン処理後溶銑３１０を転炉５３に供給し、転炉吹錬の結果、溶鋼のＰ濃度は０．０１５％であった。
取鍋脱リン精錬での脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度は４．５％であったので、次チャージの電気炉１０にリサイクルした。
全体工程での濃度の推移は以下のとおりである。
・溶銑２１０のＰ濃度：０．１６％、
・脱リンスラグ３２０のＰ濃度：０．１０％、
・脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度：４．５％、
・転炉出鋼Ｐ濃度：０．０１５％
《Ｃａｓｅ４》
固体鉄源１００として、表３に示す還元鉄１０３ａ（高リン鉄鉱石由来のＤＲＩ）を５０％、鉄含有スクラップ１０１を５０％使用し、製鋼スラグ１４０として表４のＣａｓｅ４の転炉工程「スラグ」に示す成分と原単位の転炉スラグを溶融状態で全量、電気炉１０に供給した。
電気炉精錬で得られた生成物としての溶銑２１０のＰ濃度は０．１４％であったので、取鍋脱リン精錬設備５７で溶銑２１０をＰ濃度が０．０７％になるまで脱リンして、製鋼設備５１に送った。
この脱リン処理後溶銑３１０を転炉５３に供給し、転炉吹錬の結果、溶鋼のＰ濃度を０．０１０％まで下げ、極低リン鋼を溶製することができた。
取鍋脱リン精錬での脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度は３．７％であったので、次チャージの電気炉１０にリサイクルした。
全体工程での濃度の推移は以下のとおりである。
・溶銑２１０のＰ濃度：０．１４％、
・脱リンスラグ３２０のＰ濃度：０．０７％、
・脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度：３．７％、
・転炉出鋼Ｐ濃度：０．０１０％
固体鉄源１００として、表３に示す還元鉄１０３ａ（高リン鉄鉱石由来のＤＲＩ）を５０％、鉄含有スクラップ１０１を５０％使用し、製鋼スラグ１４０として表４のＣａｓｅ４の転炉工程「スラグ」に示す成分と原単位の転炉スラグを溶融状態で全量、電気炉１０に供給した。
電気炉精錬で得られた生成物としての溶銑２１０のＰ濃度は０．１４％であったので、取鍋脱リン精錬設備５７で溶銑２１０をＰ濃度が０．０７％になるまで脱リンして、製鋼設備５１に送った。
この脱リン処理後溶銑３１０を転炉５３に供給し、転炉吹錬の結果、溶鋼のＰ濃度を０．０１０％まで下げ、極低リン鋼を溶製することができた。
取鍋脱リン精錬での脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度は３．７％であったので、次チャージの電気炉１０にリサイクルした。
全体工程での濃度の推移は以下のとおりである。
・溶銑２１０のＰ濃度：０．１４％、
・脱リンスラグ３２０のＰ濃度：０．０７％、
・脱リンスラグ３２０の（Ｐ２Ｏ５）濃度：３．７％、
・転炉出鋼Ｐ濃度：０．０１０％
本発明によれば、高炉の代わりに固定式直流電気炉を用いることで製鉄におけるＣＯ２発生を大幅に削減し、効率よく連続的に溶銑を製造することを可能となる。
１０ 固定式直流電気炉
α 上部電極対向空間
β 炉内周壁空間
１１ 下部
１１ａ 底部
１１ａ１ 底吹羽口
１１ｂ 壁部
１１ｂ１ 出銑孔
１１ｂ２ 出滓孔
１２ 炉壁
１３ 炉蓋
１３Ａ 傾斜部分
１３Ｂ 水平部分
１３ａ 固体鉄源供給管
１３ｂ 副原料供給管
１３ｃ 供給口
１３ｃ１ 蓋
１３ｄ ダクト連結口
１４ 上部電極
１５ 下部電極（炉底耐火物電極）
１６ スラグ鍋
１７ ダクト
１８ 固体鉄源装入器具
２０ 取鍋脱リン装置
２１ ランス
２２ 燃料バーナー
２３ 鍋底ポーラスプラグ
２４ 取鍋
２５ 浸漬ランス
４２ 高炉スラグ
５１ 製鋼設備
５２ 溶銑脱硫設備
５３ 転炉
５４ 二次精錬設備
５５ 高炉
５６ 連続鋳造設備
５７ 取鍋脱リン精錬設備
１００ 固体鉄源
１０１ 鉄含有スクラップ
１０３ａ 還元鉄
１０３ｂ 鉄含有ダスト
１２１ 炭材
１２３ 成分調整用フラックス
１４０ 製鋼スラグ
２１０ 溶銑
２２０ 電気炉スラグ
２２１ スラグ浴面
３１０ 脱リン処理後溶銑
３２０ 脱リンスラグ
３２１ 高リン酸スラグ
α 上部電極対向空間
β 炉内周壁空間
１１ 下部
１１ａ 底部
１１ａ１ 底吹羽口
１１ｂ 壁部
１１ｂ１ 出銑孔
１１ｂ２ 出滓孔
１２ 炉壁
１３ 炉蓋
１３Ａ 傾斜部分
１３Ｂ 水平部分
１３ａ 固体鉄源供給管
１３ｂ 副原料供給管
１３ｃ 供給口
１３ｃ１ 蓋
１３ｄ ダクト連結口
１４ 上部電極
１５ 下部電極（炉底耐火物電極）
１６ スラグ鍋
１７ ダクト
１８ 固体鉄源装入器具
２０ 取鍋脱リン装置
２１ ランス
２２ 燃料バーナー
２３ 鍋底ポーラスプラグ
２４ 取鍋
２５ 浸漬ランス
４２ 高炉スラグ
５１ 製鋼設備
５２ 溶銑脱硫設備
５３ 転炉
５４ 二次精錬設備
５５ 高炉
５６ 連続鋳造設備
５７ 取鍋脱リン精錬設備
１００ 固体鉄源
１０１ 鉄含有スクラップ
１０３ａ 還元鉄
１０３ｂ 鉄含有ダスト
１２１ 炭材
１２３ 成分調整用フラックス
１４０ 製鋼スラグ
２１０ 溶銑
２２０ 電気炉スラグ
２２１ スラグ浴面
３１０ 脱リン処理後溶銑
３２０ 脱リンスラグ
３２１ 高リン酸スラグ
Claims (15)
- 固定式直流電気炉を用いた溶銑製造方法であって、
炉内で、スラグ浴面と炉蓋より挿入された上部電極が隔離されており、
前記スラグ浴面と、前記上部電極の下端との間の高さ位置における、前記上部電極の外周からの水平方向離間距離が、前記上部電極の直径の０．５倍以内である空間を上部電極対向空間と定義し、
前記炉内で、前記スラグ浴面の高さ位置よりも上の高さ位置における、炉壁の内壁面からの水平方向離間距離が、前記炉壁と前記上部電極対向空間との最短距離以内である空間を炉内周壁空間と定義したとき、
前記炉内周壁空間に固体鉄源が存在する状態で、且つ、前記上部電極対向空間に前記固体鉄源が存在しない状態で、副原料を前記固定式直流電気炉に供給し、
質量％で、Ｃ濃度が２～４％、温度が１４００℃～１５５０℃である溶銑を出銑孔から出銑する
ことを特徴とする溶銑製造方法。 - 前記炉内周壁空間における前記固体鉄源の頂部が、前記上部電極の下端よりも高い位置に存在する
ことを特徴とする請求項１に記載の溶銑製造方法。 - 前記炉内周壁空間の全周に沿って前記固体鉄源が存在する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 前記固定式直流電気炉は、
二本以上の前記上部電極と、
前記固定式直流電気炉の底部の耐火物内に設けられた二本以上の下部電極と、
を有し、
前記固定式直流電気炉を平面視したとき、前記二本以上の下部電極は、前記二本以上の上部電極に対応する位置に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 前記固体鉄源を供給するための供給口又は固体鉄源供給管が前記炉内周壁空間の上に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 前記固体鉄源を供給するための供給口が前記炉内周壁空間の上に配置され、
前記供給口から、前記固体鉄源を積載した固体鉄源装入器具を用いて、前記固体鉄源を供給する
ことを特徴とする請求項５に記載の溶銑製造方法。 - 前記固体鉄源が、鉄含有スクラップ、還元鉄、及び、鉄含有ダスト、の少なくとも一種である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 前記固体鉄源が少なくとも還元鉄を含み、
前記還元鉄は、水素ガス、天然ガス、及び、ＣＯガスの少なくとも一種を用いて鉄鉱石を還元することによりＣ濃度が０～４質量％とされた還元鉄であり、
前記還元鉄は、ＤＲＩ又はＨＢＩである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 前記副原料が、炭材及び成分調整用フラックスの少なくとも一種である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 前記副原料が、粒径０．５ｍｍ～１０ｍｍの炭材であり、
前記炭材を、前記上部電極の周辺の複数個所から前記上部電極対向空間に形成された前記スラグ浴面に供給する
ことを特徴とする請求項９に記載の溶銑製造方法。 - 製鋼スラグを前記固定式直流電気炉に供給する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 前記製鋼スラグとして、転炉スラグ、溶銑脱硫スラグ、二次精錬スラグ、及び、脱リンスラグ、の少なくとも一種のスラグを用い、
前記製鋼スラグを、溶融状態で、前記炉内周壁空間に存在する前記固体鉄源に供給する
ことを特徴とする請求項１１に記載の溶銑製造方法。 - 前記固定式直流電気炉の底部における、前記上部電極の直下から１ｍ以上の水平距離で離れた位置に、流量可変型の小径円または扁平なガス流路を有する一本または複数の底吹羽口を設け、
前記一本または複数の底吹羽口から、一本あたり最大で２００Ｎｍ３／ｈの不活性ガスを前記固定式直流電気炉の内部に吹き込む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 質量％で、Ｔ．Ｆｅ濃度が５％以下、ＣａＯ／ＳｉＯ２濃度比が１．０～１．３、Ａｌ２Ｏ３濃度が８～２０％である電気炉スラグを出滓孔から排出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。 - 前記溶銑のＰ濃度が０．１５％より高い場合に、前記溶銑のＰ濃度が０．１５％以下になるまで取鍋脱リン精錬による脱リン処理を施す
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶銑製造方法。
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| JP3175079B2 (ja) * | 1996-02-20 | 2001-06-11 | 新日本製鐵株式会社 | 鉄系スクラップ溶解方法 |
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| JP5589688B2 (ja) | 2009-09-10 | 2014-09-17 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 溶銑の製造方法 |
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| JP6003911B2 (ja) | 2014-01-30 | 2016-10-05 | Ｊｆｅスチール株式会社 | リン酸質肥料原料、リン酸質肥料およびその製造方法 |
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