JPH02213407A - 溶銑の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、転炉型溶解炉を用いスクラップと鉄鉱石を
鉄源とする溶銑の製造方法、詳しくは前記鉄源の溶解を
効率・よく行うと共に、炉内耐火物の損傷を防止する溶
銑の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、鉄源としてのスクラップは、転炉製鋼時の塗材と
して少量使用されているが、大部分は電気炉において溶
解精錬されてきた。しかし電気料金の高い我が国では、
その使用量の増加にともない消費電力が著しべ増大し、
スクラップを使用する利点が失われつつある。

このようなことから、溶解熱源を電力より安いコークス
や石炭などの炭材に求め、転炉型溶解炉（以下、転炉と
略記する）によりスクラップを溶解しようとする、下記
のような転炉スクラップ溶解法が提案されている。

■製鋼時の熱勘定改善方法（特公昭５６−８０８５号公
報）、■リアクター製鉄方法および装置（特開昭５７−
１９８２０６号公報）、■スクラップの溶解精錬方法（
特開昭６２−４７４１７号公報）、■溶銑の製造方法（
特願昭６２−２３３５４８号公報）などがある。

これらの方法は、スクラップ配合率の増加あるいはスク
ラップだけを使用する転炉製鋼法である。

しかしながら、スクラップの需給バランスは非常に不安
定なものであり、需要が多くなれば高騰しスクラップを
使用する製銑法および製鋼法はコスト的に不利になる。

そこで本出願人は、スクラップと鉄鉱石を鉄源として使
用できる転炉による溶銑の製造方法を提案した（特願昭
６３−１２２２９２号）。

この特願昭６３−１２２２９２号の方法では、第１図に
示すように、炉壁下部に支燃性ガスと燃料を吹き込む一
次羽口２と、その上部炉壁に支燃性ガスを吹き込む二次
羽口３と、炉底に溶銑とスラグを排出する出銑口４とを
備えた転炉１を用いる。

この転炉１により溶銑を製造するには、まず炉内下部に
コークス充填層６を、その上にスクラップと鉄鉱石の充
填層７を形成する。そして下部のコークス層６に一次羽
口２から支燃性ガスと燃料を吹き込み、下記（１）式の
反応を起こさせ、その反応熱によりコークス層６を高温
に保持する。

Ｃ＋１／２０ｇ−＋ＧＯ＋２９，４００　ｋｃａｌ／ｋ
ｍｏｌ　・Ｃ−（１）この（１）式で発生したＣＯは、
スクラップと鉄鉱石からなる上部の充填層内で、二次羽
口３から吹き込まれる支燃性ガスと下記（２）式の反応
（二次燃焼）を起こす、この反応熱はスクラップと鉄鉱
石の加熱および熔融に利用される。

ＣＯ＋１／２　０ｓ→　ＣＯｔ＋６７．５９０　　ｋｃ
ａｌ／ｋｍｏｌ　　−ＧＯ・”（２）ここで溶融した鉄
鉱石（溶融酸化鉄）は、下部のコークス６に清下し、高
温のコークスと下記（３）式の反応によりすみやかに還
元される。

Ｆｅ！ｒｓ　＋　３　Ｇ＝　２Ｆｅ＋　３ＧＯ−１０８
，０９０ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ−Ｆｉｌｔｈａ　・−・（
３）この（３１式の反応のとき、近くにＣｏｔが存在し
ないため、（３）式の反応が阻害される恐れはない。

また（１）式および（３）式の反応で発生したＣＯは、
スクラップと鉄鉱石の充填層７内で二次燃焼され、それ
らの加熱と溶融に有効に利用される。

以上のように、上記特願昭６３−１２２２９２号の方法
は、転炉内の反応帯をコークス充填層と、スクラップと
鉄鉱石の充填層の２つに分け、下部のコークス層で溶融
酸化鉄の還元を行うと同時に可燃性ガスを発生させ、こ
のガスを上部のスクラップと鉄鉱石の層内で燃焼させ、
それらの加熱と溶融を行うようにしたものである。

これにより、転炉のような小型炉で、しかも高い燃料利
用効率でスクラップと鉄鉱石から溶銑を製造することが
可能になった。

しかしながら、この方法の操業を続けるうち、通常操業
時および炉修理などの場合に、下記の問題点の存在する
ことが明らかになった。

通常温業時の場合、■転炉操業は、高炉のように多数の
羽口から高温の支燃性ガス（空気が使用される）を吹き
込むものと違い、わずか数本の羽口から常温の酸素を吹
き込むものであるから、ガスジェットを中心部まで到達
させることが龍しい。

このため、スクラップの溶解と鉄鉱石還元が不均等にな
り、炉内原料の荷下がりが不均一になって操業が不安定
になる。■−一次口と二次羽口から多量の支燃性ガスを
吹き込むので羽口寿命が短い。

羽口冷却のために液化ガスなどを吹き込むと製造コスト
が高くなる。

炉修理や休止の場合、■炉内下部に固着した残留物（コ
ークス、スラグ、地金などの混合物）を排除しなければ
ならない、それを一次期口と二次羽口から多量の酸素を
吹き込んで溶解すると羽口を傷める。０羽口は固定され
ているので、それから離れたところの残留物、特に一次
期口より下部のものの溶解は難しい、■最後まで残った
残留物は炉壁近くで溶解することになるので、炉壁耐大
物の損傷が著しい。

（発明が解決しようとする課題） この発明の目的は、転炉型溶解炉によりスクラップと鉄
鉱石から溶銑を製造する際に、炉内原料の溶解と還元を
できるだけ均等に行うことができるようにすると共に、
羽口および炉内耐火物の損傷を防止する溶銑の製造方法
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記スクラップと鉄鉱石を鉄源とする溶
銑製造方法の溶解時と炉修理時における問題点を解決す
るため、第２図（ａ）に示すような、円筒炉体１ａの側
壁に一次羽口２と二次羽口３を、底部に出銑口４を設け
た試験炉を作り、その円筒炉体１ａの最下部にコークス
層６を、その上に順番にスクラップ層８、コークスと鉄
鉱石の層９を形成し、一次期口２および二次羽口３から
ガスを吹き込んで、ガス流れのシミューレーシッンを行
うた。その結果、下記のことが明らかになった。すなわ
ち、 （１）　　スクラップの溶解速度および鉄鉱石の還元速
度とも炉内のガス流れの影響がきわめて大きい。

（２）転炉のように、羽口数が少なく、吹き込み速度も
小さい場合には、第２図ら）（第２図（ａ）のＡ−Ａ断
面図）に示すようにレースウェイ１０が浅い。

そのため燃焼部が羽口付近に限られ、その部分の耐火物
損傷が著しい。

（３）一次期口と二次羽口が固定されているため、炉の
高さ方向で、ガス流れ、温度、成分が段階的に変化し操
業が不安定になる。

本発明者らは、これらの結果に基づき更に検討を続けた
結果、次に述べる新たな知見を得た。

（４）一次期口および二次羽口のほかに、第２図（Ｃ）
に示すように上吹ランス５を用い、これから支燃性ガス
または支燃性ガスと燃料を吹き込めば、常に鉄鉱石層に
充分な酸素と燃料を供給できて二次燃焼が促進される。

（５）上吹ランスを用いれば、一次期口及び二次羽口か
らの支燃性ガス吹き込み量を減らすことができ、羽口の
損傷を軽減できる。

（６）上吹ランスを回転させるなど、適当な作動を行わ
せると溶解が一層促進される。

本発明者らは、これらの知見に基づいて下記の第１発明
〜第５発明を完成するに到った。それらの要旨は下記の
とおりである。すなわち、第１発明は、炉壁の高さ方向
に一次羽口および二次羽口を備えた転炉型溶解炉による
溶銑の製造方法であって、炉内最下部にコークス層を、
その上にスクラップ層を形成した後、複数の羽口を有す
る上吹ランスをスクラップ層の上端まで近接配置した後
、一次期口から支燃性ガスと燃料を、二次羽口から支燃
性ガスを吹き込み、上吹ランスから支燃性ガス又は支燃
性ガスと燃料を吹き込み、スクラップの溶解に合わせて
上吹ランスを降下させると共に、スクラップの上にコー
クスと鉄鉱石を連続的に装入する溶銑の製造方法。

第２発明は、溶銑製造後の炉内残留物を上吹ランスから
支燃性ガス又は支燃性ガスと燃料を吹き込んで溶解する
溶銑の製造方法。

第３発明は、第１発明又は第２発明において、上吹ラン
スを回転、又は正逆転させる溶銑の製造方法。

第４発明は、第１発明の方法おいて、期日中心線が水平
方向に対し上向き３０度から下向き３０度の範囲にある
羽口を備えた上吹ランスを使用する溶銑の製造方法。

第５発明は、第２発明の方法において、期日中心線がラ
ンス軸心に対し下向き４０度以内にある羽口を備えた上
吹ランスを用いる溶銑の製造方法。

である。

（作用） 以下、図面を用いて本発明の溶銑の製造方法を更に説明
する。

第３図は、本発明を実施する転炉の断面および原燃料の
装入状態を示す図である０図において、１は転炉、２は
一次羽口、３は二次羽口、４は出銑口、５は上吹ランス
である。

通常操業を行う場合には、まず転炉ｌの最下部にコーク
ス層６を、その上にスクラップ層８を形成する０次に複
数の羽口を有する上吹ランス５を、その先端部がスクラ
ップ層８の上面に近接するように配置する。このような
原燃料の装入状態にしておいて、一次羽口２から支燃性
ガスと燃料を、二次羽口３から支燃性ガスを吹き込み、
上吹ランス５から支燃性ガス又は支燃性ガスと燃料を吹
き込み、スクラップの溶解に合わせてランス５を降下さ
せてゆく、同時にスクラップの上にコークス（図中Ｏで
示す）と鉄鉱石（図中・）を溶解が完了するまで連続的
に装入する。そうすると中央部の原料が溶は残ることな
く炉内全体の原料が均等に溶解され安定した荷下がりが
つづく、上吹ランス５から支燃性ガスと燃料を吹き込む
際、ランス５を回転または正逆転させれば、一次羽口２
および二次羽口３から吹き込まれた支燃性ガスの行き渡
らない中央部にも万遍なく供給することができ、−段と
効果的な溶解ができる。また一次羽口２および二次羽口
３から吹き込む支燃性ガス量を少な（することができる
ので、羽口の損傷を軽減することができる。

次に炉修理や煉瓦張り替え等のために炉内残留物を溶解
する場合は、第４図に示すように、上吹ランスから残留
物１１に支燃性ガス又は支燃性ガスと燃料を吹きつけて
溶解する。なお残留物中に地金や溶は残りの鉄鉱石など
が多く溶解に長時間を要するような場合には、一次羽口
や二次羽口を適宜使用する。また熱源が不足するような
ときはコークスを使用するとよい、溶解した残留物は炉
底出銑口４から排出する。熔解する時は、図示のように
上吹ランス５を回転、又は正逆転、若しくはランス先端
をすりこぎ状に旋回させ、残留物１１の溶解に合わせて
ランス５を降下させてゆく。

ところで、本発明で使用する上吹ランスは複数の羽口を
備えているが、その期日中心線の角度は所定の範囲内に
あることが重要である。以下でその理由を説明する。

通常操業時に使用する上吹ランスは、第５図（ａ）に示
すように、羽口５の中心線角度θ、は、水平に対し上向
き３０度から下向き３０度の範囲にする。

３０度より下に向けると支燃性ガスがスクラップに直接
あたり、スプラッシュがはね返えってランスを損傷する
ことがある。また３０度より上に向けると燃焼がランス
近傍で生じてランスを溶損する恐れがある。

炉内残留物を溶解する上吹ランスは、第５図（ｂ）に示
すように、羽口５の中心線角度θ、は、ランス軸心に対
し下向き４０度以内になるようにする。

４０度を越えると支燃性ガスが炉壁に直接あたり、そこ
を溶損することがある。

また本発明では、通常操業時に上吹ランスを回転又は正
逆転させるのがよいが、その回転速度は１〜２０ｒｐ−
にするのが好ましい、また正逆転させる場合の回転角度
は、羽口の数がｎ個のときには３６０／　ｎ度以上にす
るのがよい。

炉内残留物を溶解する場合には、上吹ランスを回転、又
は正逆転、若しくはランス先端を旋回させるが、その回
転速度および回転角度は通常操業時と同じにする。ラン
スを旋回する場合の旋回角度は羽口から噴出する支燃性
ガスが炉壁に触れない範囲にする。

（実施例１） この実施例１は、通常操業の場合の例である。

炉としては、第３図に示すような転炉型溶解炉を使用し
た。炉寸法は、直径１．５ｍ、炉底から炉口までの高さ
が３．６ｍ、内容積６．０ｍ’であり、この炉には、炉
底から０．８ｍの側壁に９０度間隔で４本の一次羽口、
炉底から１．２ｍ上の炉壁に９０度間隔で４本の二次羽
口、炉底中央部に出銑口が設けられている。そして炉の
中心部には、支燃性ガス又は支燃性ガスと燃料を水平に
対し下向きに１５度の角度で吹き込む４個の羽口を備え
た第５図（ａ）に示す上吹ランスが垂下されている。

原料には、最大寸法０．４ｍ角、嵩比重３．５ｔ／ｍ”
のスクラップ（鉄純度９９％）と、第１表に示す組成の
鉄鉱石を使用した。燃料としては、第２表に示す、コー
クス及び微粉炭を用いた。

一次羽口、二次羽口、および上吹ランスから吹き込む支
燃性ガスは酸素とし、羽口から吹き込む燃料は第２表に
示す組成の微粉炭とした。一次羽口から吹き込む酸素量
は１００ＯＮ１１３／ｈ　、微粉炭は１４００ｋｇ／ｈ
とし、二次羽口からの酸素は３０ＯＮｍ’／ｈとした。

上吹ランスから吹き込む酸素は３０ＯＮｇ＋”／ｈとし
、微粉炭は３００ｋｇ／ｈとした。

以上のような装置、原料、燃料、及び操業条件のもとで
溶銑を製造した。

溶解操作の手順としては、まずコークス（スラグ生成用
の石灰石、蛇紋岩、珪石等の媒溶材を含む）を炉底から
一次羽口直下のレベルまで装入してコークス層を形成し
、その上に溶銑６ト、に相当するスクラップを装入した
。そして上吹ランスの先端がスクラップ層の上端より１
０ｃ麟にくるように配置した０次いで一次羽口、二次羽
口、及び上吹ランスから前記の酸素と微粉炭を吹き込ん
でスクラップを溶解すると共に、炉口から溶銑２トンに
相当する鉄鉱石と１．２ト：／のコークスを溶解完了ま
でに連続して装入した。ネタラップの溶解にともなって
、上吹ランスを２　ｃａｒ／■ｉｎの速度で降下させた
。

スクラップと鉄鉱石の溶融還元が完了した時点で操業を
停止し、溶銑とスラグを炉底の出銑口から排出した。上
記の溶解操作は鉄鉱石の使用比率（鉄換算）が２５％の
場合であるが、同様の操作で鉄鉱石使用比率が５０％の
場合も実施した。これらの操業結果を第３表の本発明例
のｒランス回転なし」の欄に示す。

次に上吹ランスを正逆転する操業を行った。この場合は
、上吹ランスを１０「ｐ−の速度で９０度範囲に正逆転
させた以外は、前記操業と全く同じ操作をした。操業結
果を第３表の本発明例のｒランス正逆転」の欄に示す。

比較例として、上吹ランスを用いない方法（前記特願昭
６３−１２２２９２号の方法）による操業を行った。こ
の場合も、炉は上記の転炉型炉を使用し、原燃料は第１
表および第２表に示すものを用い、支燃性ガスは酸素を
用いた。操作手順としては、まずコークス（石灰石、蛇
紋岩、珪石等を含む）を炉底から二次羽口直下のレベル
まで装入してコークス層を形成させ、その上に溶銑８ト
、相当量のスクラップと鉄鉱石を装入した。そして一次
羽口から酸素を１１００ＯＮ”／ｈと微粉炭を１４００
ｋｇ／ｈを吹き込み、二次羽口から酸素を６０ＯＮ＋ｗ
″ｌｈ吹き込ん・だ、操作後、溶銑とスラグは炉底出銑
口から出銑した。この方法のときも鉄鉱石使用比率が２
５％と５０％の場合を実施した。操業結果を第３表の比
較例の欄に示す。

第３表から、本発明法の場合、比較例の方法に比べ燃料
使用量、溶解時間、酸素消費量が節減され効果的な溶解
が行われていることがわかる。また溶解時間の短縮によ
り羽口及び耐火物の溶損が低減することも明らかである
。

（実施例２） この実施例２は、実施例１の通常操業終了後、炉内に残
った約４ト、の残留物（主に地金と未溶解の鉄鉱石等）
を溶解除去した場合である。

使用した上吹ランスは、第５図［有］）に示すランスで
、４個の羽口を有しその羽口中心線がランス軸線に対し
下向き２０度の角度をなすものである。

本発明における溶解操作は、一次羽口から酸素と微粉炭
を、二次羽口から酸素を吹き込み、上吹ランスから酸素
および微粉炭を吹き込んで、２ｃｍ／ｓｉｎの速度で降
下させた。その際ランスを降下させるだけではなく正逆
転および旋回させることも行った。また比較例として、
上吹ランスを使用しない溶解も行った。なお残留物には
地金と未溶解の鉄鉱石が多かったため、一次羽口から酸
素と微粉炭を、二次羽口から酸素を吹き込み溶解を助け
た。更に熱源確保のためコークスを投入した。

上記溶解操作における条件およびその結果を第４表に示
す、同表から明らかなように、本発明例の場合は、比較
例に比べ原燃料および酸素とも減少している。しかも溶
解時間も短縮している。

（以下、余白） 第１表 （重量％） 第３表 第２表 （重量％） 第４表 （以下、余白） （発明の効果） 以上説明したように、本発明の溶銑製造方法によれば、
転炉のような小型炉でスクラップと鉄鉱石から溶銑を製
造することができる。しかも炉内原料の均等な溶解がで
きるため安定した操業が可能になる。さらに原燃料の節
減が図られ、羽口や炉壁耐火物の損傷が低減するなど、
その効果はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、転炉型溶解炉による溶鉄製造方法を説明する
図、 第２図（ａ）は、炉内のガス流れを調べるために用いた
試験炉の４分の１断面図、 第２図（ｂ）は、第２図（ａ）の試験炉に炉体羽口から
ガスを吹込んだ場合のガス流れを示す図、第２図（Ｃ）
は、第２図（ａ）の試験炉に炉体羽口およびランスから
ガスを吹込んだ場合のガス流れの状態を示す図、 第３図は、本発明法による溶銑の製造方法を説明する図
、 第４図は、本発明法による炉内残留物の溶解を説明する
図、 第５図（ａ）は、本発明法の通常操業において使用する
上吹ランスの図、 第５図（ｂ）は、本発明法において炉内残留物を溶解す
る場合に用いるランスの図、 である。 １は転炉、２は一次羽口、３は二次羽口、４は出銑口、
５は上吹ランス、６はコークス層、７はスクラップと鉄
鉱石の層、８はスクラップ層、９はコークスと鉄鉱石の
層、１０はレースウェイ、１１は残留物。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉壁高さ方向に一次羽口および二次羽口を備えた
   転炉型溶解炉による溶銑の製造方法であって、炉内最下
   部にコークス層を、その上にスクラップ層を形成した後
   、複数の羽口を有する上吹ランスをスクラップ層の上端
   まで近接配置した後、一次羽口から支燃性ガスと燃料を
   、二次羽口から支燃性ガスを吹き込み、上吹ランスから
   支燃性ガス又は支燃性ガスと燃料を吹き込み、スクラッ
   プの溶解に合わせてランスを降下させると共に、スクラ
   ップの上にコークスと鉄鉱石を連続的に装入することを
   特徴とする溶銑の製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の溶銑の製造方法にお
   いて、操業終了後の炉内残留物を上吹ランスから支燃性
   ガス又は支燃性ガスと燃料を吹き込んで溶解することを
   特徴とする溶銑の製造方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の溶銑の製
   造方法において、上吹ランスを回転、又は正逆転するこ
   とを特徴とする溶銑の製造方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の溶銑の製造方法にお
   いて、羽口中心線が水平方向に対し上向き３０度から下
   向き３０度の範囲にある羽口を備えた上吹ランスを使用
   する溶銑の製造方法。
5. （５）特許請求の範囲第２項記載の溶銑の製造方法にお
   いて、羽口中心線がランス軸線に対し下向き４０度以内
   にある羽口を備えた上吹ランスを使用する溶銑の製造方
   法。