JPH0238506A - 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） 本発明は、筒型炉を使用してスクラップと鉄鉱石を鉄源
として銑鉄を製造する方法に関する。

（従来の技術） 従来、製鋼原料としてのスクラップは、転炉製鋼時の冷
材として一部使用されているが、大部分は電気炉で溶解
・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伴って消費電力が著しく増大し、
スクラップを使用する利点が失われつつある。

そこで、溶解熱源を電力より安いコークス、石炭等の炭
材に求め、転炉でスクラップを溶解する転炉スクラップ
溶解法が種々提案されている。それらの代表的なものは
、下記のとおりである。

（ａ）製鋼時の熱勘定改善方法（特公昭５６−８０Ｅｌ
Ｓ号公報） 上吹ノズルおよび底吹ノズルから酸素を吹き込んでスク
ラップの使用比率を高める方法であり、コークス、石炭
、石油等でスクラップを予熱した場合には、全量スクラ
ップ溶解もできるとしている。

（ｂ）リアクター製鉄方法および装置（特開昭５７−１
９８２０６号公報） 溶鉄を収容した転炉型反応炉にスクラップを装入して炭
材と酸素を吹き込み、炭材の燃焼熱でスクラップを溶解
させると共に、高温の排ガスで予熱炉内のスクラップを
予熱する方法である。

（Ｃ）スクラップの溶解精錬方法（特開昭６２−４７４
１７号公報） 上底吹き転炉に装入された石炭またはコークス等の炭材
に底吹酸素により着火した後スクラップを装入し、上方
から炭材を装入しながら上吹ランスと底吹羽口から送酸
してスクラップを溶解する方法である。

（ｄ）溶銑製造方法（本出願人の提案した特願昭６２２
３３５４８号） 横吹羽口と底吹羽口を設けた転炉内の下部にコークス充
填層を形成した後スクラップを横吹羽口より上のレベル
まで装入し、底吹羽口から酸素を吹き込んで高温のＣＯ
を発生させ、横吹羽口から酸素を吹き込み前記ＣＯをス
クラップ層内で燃焼させてスクラップをｌ容解する方法
である。

上記の各方法は、何れも転炉製鋼法におけるスクラップ
配合率の増加あるいはスクラップを全量使用できる転炉
製鉄法として提案されたものである。しかし、スクラッ
プの需給バランスは極めて不安定なものであり、需要が
多くなれば、スクラップ価格は高騰してスクラップを使
用する製鉄法あるいは製鋼法はコスト的に不利となる。

また、スクラップ中には様々な合金元素（例えば、Ｎｉ
Ｃｒ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ等）が含まれており、精錬過程
で溶湯中から除去するのが難しいという問題がある。

従って、鉄源としてスクラップを主原料とする転炉型製
鉄方法では、スクラップ以外の鉄源、例えば、型銑、還
元鉄などをスクラップ代替材として使用することが望ま
しい。しかし、型銑は高炉で、還元鉄は直接製鉄炉で製
造されるものであるから、これらを鉄源として大量に使
用するとコスト的に不利になる。

そこで、鉄源として安価な鉄鉱石を用いる溶融還元法が
提案されている。溶融還元法では、炭材中のＣを転炉型
炉内の鉄浴に一旦溶解させると共に、鉄鉱石を鉄浴の熱
で溶融する。鉄鉱石中の酸化鉄（主としてＦｅｚＯ３）
は鉄浴中のＣと下記（１）式の反応を生して還元される
。

ＦｅｚＯｚ　＋　３　Ｃ→２　Ｆｅ　＋　３　Ｃ０１０
８，０９０Ｋｃａｌ／Ｋｍｏｌ　・ＦｅｚＯ＋　・・−
（１）上記反応は、高炉における固体還元反応とは異な
り、反応速度が極めて大きいことから、転炉のような小
型炉でも効率よく還元できる。前記（１）弐の反応は大
きな吸熱を伴うが、この反応で発生するＣＯを下記（２
）式の燃焼反応によって発熱させ吸熱分を補うことがで
きる。

ＣＯ＋１／２０　□→ｃＯｚ＋６７．５９００Ｋｃａｌ
／Ｋｍｏｌ　Ｈｃｏ・・・（２）前記（２）式で発生す
るＣＯ□により炉内は酸化性雰囲気になるため、（１）
式の溶融還元反応の進行が妨げられる。ＣＯ□の発生を
防止して熱補償をするためには、例えば、下記（３）式
のように、炭材中のＣと０□とで部分酸化反応を生しさ
せる必要がある。

Ｃ＋１／２０２→ＣＯ＋２９，４００Ｋｃａｌ／Ｋｍｏ
ｌ　　−Ｃ−（３）しかし、（３）式で発生する高温の
ＣＯは、利用されないまま炉外に排出されるため、燃料
の有効利用効率が悪化する。

以上のように、従来の転炉型炉による銑鉄製造方法では
、スクラップと鉄鉱石から効率よく溶銑を製造できない
のが実情である。

そこで、本発明者は、転炉型の炉を用いて溶銑を製造す
る方法について検討を重ねた結果、（Ａ）スクラップお
よび塊鉱石を鉄源として使用できること、（Ｂ）燃料利
用効率（熱効率）が高いこと、を両立できる溶銑の製造
方法を発明し、先に特許出願した（特願昭６３−１２２
２９２号）。

上記特願昭６３−１２２２９２号の方法（以下、（ｅ）
法と記す）は、上部に開口を有する転炉型式の筒型炉を
使用するもので、炉内下部にコークス層を形成させ、そ
の上にスクラップと鉄鉱石からなる充填層を形成させる
。そして下部のコークス層に一次羽口から支燃性ガスを
吹き込んで前記（３）式の反応を起こさせ、発生ずる反
応熱でコークス層を高温に保持する。（３）式で発生し
たＣＯは、スクラップと鉄鉱石からなる上部充填層内で
二次羽口から吹き込まれる支燃性ガスと前記（２）式の
燃焼反応（二次燃焼）を起させ、発生ずる反応熱により
スクラップと鉄鉱石を加熱・溶融する。

溶融された鉄鉱石（溶融酸化鉄）は、下部のコークス層
に滴下して高温のコークスと前記（１）式の反応を起こ
し速やかに還元される。このとき、近傍にＣＯ□が存在
しないため、ＣＯ２によって（１）式の反応が阻害され
ることはない。前記（１）式および（３）式の反応で発
生したＣＯば、スクラップと鉄鉱石の充填層内で二次燃
焼されるため高い燃料利用効率が達成される。

上記のように、（ｅ）法によりスクラップの一部を鉄鉱
石で代替することができるようになると共に、燃料の利
用効率を高めることが可能になった。

しかしながら、上記（ｅ）法では、スクラップと塊鉱石
を使用するため、塊鉱石（スクラップの大きさに比べ約
５０分の１）の比率が増加すると、下部のコークス層か
ら上昇してくるＣＯと二次羽口から吹き込まれる支燃性
ガスとの混合が悪くなり、二次燃焼反応の開始位置がス
クラップと塊鉱石の充填層の上部に移行し、反応熱が充
分に利用されないという問題が生じた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、転炉型式の筒型炉を使用して溶銑を製
造するにあたり、スクラップと塊鉱石だけでなく、粉鉱
石、焼結鉱粉のような粉状鉄源をも有効利用して、低コ
ストで、熱効率の良好な溶銑の製造方法を提供すること
にある。

（課題を解決するだめの手段） 本発明者は、前記（ｅ）法において、塊鉱石比率を増大
させると適正な二次燃焼ができないという問題を解決す
る方法として、塊鉱石の替りに粉鉱石を使用することを
考えついた。

溶銑の製造方法において粉鉱石を使用することは、高炉
製銑法で既に実施されている（例えば、特願昭５７−１
８５９１０号公報、特願昭５８−７１３０８号公報など
）。これらは、高炉羽目から炉内コークス充填Ｎ（レー
スウェイ）に粉鉱石を吹き込み、■粉鉱石が溶解されて
生成する溶融酸化鉄の還元による吸熱反応を利用して溶
銑の温度制御を行う場合、■Ｓｉの低い溶銑を製造する
場合、或いは■溶銑量を増加させる場合などに行われて
いる。

この様な事実に基づいて、本発明者は、前記（ｅ）法で
使用する塊鉱石の替わりに粉鉱石を炉壁下部に設けた一
次羽口からコークス充填層内に吹き込んだ。しかし、吹
き込まれた粉鉱石の溶解および溶融還元反応による吸熱
によって、コークス充填層の温度が低下するため、一次
羽口から吹き込む支燃性ガスと燃料の消費量が大幅に増
加する問題が生じた。

そこで、更に研究を進めた結果、粉鉱石を一次羽口から
吹き込むのではなく、二次羽口から支燃性ガスと共に吹
き込めば、支燃性ガスや燃料の増加を伴うことなく効果
的に粉鉱石を溶解できることを知見した。

即ち、二次羽口から吹き込まれた支燃性ガスは、炉下部
から上昇してきた可燃性ガスを二次燃焼させて高温の火
炎を形成するが、支燃性ガスと共に粉鉱石を吹き込むと
、粉鉱石は高温火炎に晒され瞬間的に溶解され液滴とな
る。生成した微細な液滴は燃焼ガスと共にスクラップ充
填層内を上昇するが、液滴同志が衝突し会って液滴径は
増大すると共にスクラップと接触して捕獲されて炉内を
滴下し、スクラップが溶解されて生成する溶鉄とともに
炉底に滞留する。

このように、二次羽口から粉鉱石を吹き込むことにより
、塊鉱石を使用する場合とほぼ同しコークス消費量およ
び支燃性ガス量で操業することが可能になることが分か
った。

ここに、本発明は、 ［上部に炉内ガスの排出口と原料装入用開口部を、炉底
部および／またば炉壁下部に一次羽口を、炉壁上部に二
次羽口を備えた筒型炉を使用して溶銑を製造する方法に
おいて、炉底から一次羽口を含むレベルまでコークスの
充填層を形成させ、該コークス充填層の上に二次羽口を
含み炉肩部までスクラップ充填層を形成させた後、一次
羽口から支燃性ガスを、二次羽口から支燃性ガスと粉状
鉄源を吹き込むことを特徴とする溶銑の製造方法」を要
旨とする。

また、上記方法において、溶解操作性の優れた実施態様
として「溶解末期にスクラップ充填層の上にコークスを
装入し、該コークス充填層頂部が一次羽口を含むレベル
まで降下したら熔解操作を中断して溶銑およびスラグを
排出し、その後前記コークス充填層上にスクラップを装
入することを特徴とする溶銑の製造方法」がある。

更に、本発明においては、燃料の多様化のため溶解中に
必要に応じて一次羽口から支燃性ガスと各種の燃料、即
ち、重油、灯油、天然ガスのような炭化水素系燃料１、
石炭粉、コークス粉あるいはこれらの混合物等を吹き込
むことができる。

なお、本発明においては、粉鉱石の吹き込みを阻害しな
い程度に、スクラップ中に塊鉱石を混合することができ
る。また、石灰石、蛇紋岩、砂石のような通常使用され
る副原料は、スクラップ充填層に混合すればよい。

（作用） 以下、図面を用いて本発明の方法を具体的に説明する。

第１図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）は、本発明の方法を実施
する装置（筒型炉）と原料装入状態を模式的に示したも
のである。口承のように、筒型炉１は上部にガスの排出
とスクラップおよびコークス装入用開口部２を有し、炉
壁に一次羽口３と二次羽口４を備えている。溶解操作は
、下記のａ、ｂ、ｃの３つの工程で構成されている。

ａ、開口部２からコークスを炉底から一次羽口を含むレ
ベルまで装入してコークス充填層５を形成させ、その上
にスクラップを炉肩部まで装入してスクラップ充填層６
を形成する工程（第１図（ａ）に相当する）。

ｂ、一次羽口から支燃性ガス７と、必要に応じて燃料８
を吹き込み、二次羽口から支燃性ガス９と粉状鉄源１０
を吹き込んでスクラップおよび粉状鉄源を溶融して溶銑
を製造する溶融還元工程（第１図（ｂ）に相当する）。

Ｃ１生成した溶銑（スラグを含む）１１を炉から排出す
る出銑工程（第１図（Ｃ）に相当する）。

上記ａおよびｂの操作を行う目的は、炉下部のコークス
充填層５内で一次羽口から吹き込む支燃性ガス７によっ
てコークス５を前記（３）式による部分燃焼させ、ＣＯ
を主成分とするガスを発生させると共に燃焼熱によって
コークス充填層５を高温に保持し、かつ、二次羽口から
支燃性ガス９と粉鉱石１０をスクラップ充填層６内に吹
き込んで、下部で発生したＣＯを主成分とするガスを前
記（２）式によって二次燃焼させる。そして、二次燃焼
によりスクラップを溶鉄に、粉鉱石を溶融酸化鉄にして
下部のコークス充填層に滴下させる。

下部のコークス充填層は（３）式の部分酸化反応により
高温に加熱されているから、滴下して来る溶融酸化鉄を
前記（１）式によって熔融還元して溶鉄にする。更に、
生成した溶鉄を高温のコークスにより浸炭させ溶銑にす
る。

炉底部に貯留した溶銑とスラグ１１は、Ｃの操作により
炉外に排出され、次回の操業に繋がる。

ところで、上記した範囲の本発明の実施態様では、次の
２つの点が懸念される。

第一は、溶解末期において熱効率が低下する傾向がある
ことである。溶解操作の後半になると、スクラップの温
度が上昇するため高温のガスが排出され、更に末期にな
ると、スクラップ充填層が減少して二次羽口がスクラッ
プ充填層の上に露出し、二次燃焼は炉内上部空間で行わ
れるようになる。従って、二次燃焼の熱効率は、溶解操
作末期ではかなり低下し、燃料比の悪化や溶解時間の延
長を来す。

第２は、溶解末期にスクラップが溶は残ることである。

羽口を炉底および炉壁に多数設置しても、炉全体をカバ
ーすることは不可能であり、ガス流通の悪い領域が炉内
に局所的に形成される。このような領域に存在するスク
ラップは、高温ガスとの接触が悪いため溶は残り、溶解
時間の延長や溶鉄量のばらつきを引き起こす可能性があ
る。

」二記２つの問題は、次に述べる本発明の望ましい実施
態様によって解決される。

すなわち、溶解操作の末期に次回の溶解で消費されると
予想される量のコークスをスクラップ充填層上に装入し
、スクラップ充填層を通って排出される高温ガスでコー
クス充填層を加熱する。そしてコークス充填層の頂部が
一次羽口を含むレベルまで降下した時点で、熔解操作を
中断して生成した溶銑とスラグを排出する。加熱された
コークス充填層および未溶解スクラップなどの固形物は
炉内に残存させ、次回の溶解操作に引き継く。

上記のような繰返し操業を行えば、前記２つの問題は解
決され、高い熱効率が維持されると共に生産性の安定し
た操業を行うことができる。

さて、本発明の方法で使用される粉状鉄源は、支燃性ガ
スとして酸素ガスを用いる場合には、火燃焼温度は３０
００°Ｃ以上に達するため、粒径５ｍｍ程度の粗粒鉱石
でも瞬時に溶解される。しかし気流輸送による輸送抵抗
の低減と配管摩耗防止等の点から２ｍｍ程度以下にする
ことが好ましい。

必要に応じて一次羽口から吹き込む燃料としては、重油
などの液体化石燃料、粉コークス、粉状の重質油残渣な
どを使用することができるが、火燃焼の発熱源は炭素の
部分酸化反応であるから、炭素含有量の大きいものが好
ましい。

スクラップは、各種の鋼屑を使用することができる外、
型銑、還元鉄等も使用できる。また二次燃焼を阻害しな
い範囲ならば、塊鉱石を加えることも可能である（例え
ば、粒径１０ｍｍ程度の塊鉱石ならば、３０％程度の配
合比まで可能である）。

（実施例） 以下、実施例により本発明の溶銑の製造方法を具体的に
説明する。

（本発明例） 使用した炉は、第１図に示した筒型炉で、炉寸法は直径
１．５ｍ、炉底から炉口までの高さが３．８ｍ、内容積
６．０ｍ３であり、炉底から０．８ｍ上部の炉壁に９０
度間隔で４木の一次羽口と炉底から１，２ｍ上の炉壁に
９０度間隔で４本の二次羽口が設けられている。

鉄源は、最大寸法４００ｍｍ、嵩比重３．５ｔ／ｍ３の
スクラップ（鉄純度９９％）と、第１表に示す成分で粒
径２ｍｍ以下の粉鉱石を使用した。

燃料は、第２表に記載する粉コークスと微粉炭を用いた
。

以上のような設備、鉄源および燃料を使用して８１、の
溶銑を製造した。

まず、前回の操業から引き継いだコークス充填層の頂部
が二次羽口レベル（炉底から１．２ｍの位置）に達した
ところで、その上に製造する溶銑量の７５％に相当する
量のスクラップを装入した。

次に一次羽口からコークス充填層内に酸素ガスを１００
０　Ｎｍ３／ｈと微粉炭１４００Ｋｇ／ｈを同時に吹き
込むと共に、二次羽口からスクラップ充填層内に酸素ガ
スを６０ＯＮｍ３／ｈと、製造する溶銑量の２５重量％
に相当する量の粉鉱石を吹き込んだ。そして層の降下に
対応させて次回に消費すべきコークスと副原料を装入し
てスクラップ充填層の上にコークス充填層を形成させた
。副原料は生成する溶銑の脱硫とスラグの流動性を保つ
ためであり、石灰石および蛇紋岩を使用した。このよう
な操業を続はスクラップ充填層の頂部が二次羽口レベル
に達した時点で溶解操作を中断し、生成した溶銑とスラ
グを出銑口から出銑した。操業諸元および操業結果を第
３表の本発明法の欄に示す。

（比較例１） 本比較例１は、上記本発明例において二次羽口に吹き込
んだ粉鉱石（溶銑量の２５重富貴に相当する量）を一次
羽口から吹き込んだ場合であり、他の操業諸元は上記発
明例と全く同じである。この操業結果を第３表の比較例
１の欄に示す。

（比較例２） 本比較例２は、前記（ｅ）法、ずなわら塊鉱石を使用し
た場合の操業であり、操業手順は下記に拠った。まず、
前回の操業から引き継いだコークス充填層（その頂部が
炉底から１．２ｍの高さ）の上に、炉口から溶銑８１′
、の７５重量％に相当するスクラップと２５重量％に相
当する塊鉱石を装入した。次に一次羽口から１０１００
ＯＮ／ｈの酸素ガスと１４００Ｋｇ／ｂの微粉炭を吹き
込み、二次羽口から６００　Ｎｍ’／ｈの酸素ガスを吹
き込み溶解操作を実施した。その結果を第３表の比較例
２の欄に示す。

第３表に示される結果から、本発明例の場合は、比較例
２（（ｅ）法）より鉱石使用量で５Ｋｇ／ｌ、燃料使用
量で２Ｋｇ／を増加しているが、他は比較例２の場合と
全く変わらなかった。鉱石使用量が上記のように５Ｋｇ
／を増加した原因は、粉鉱石の一部が炉外に排出された
ためと考えられる。

一方、粉鉱石を一次羽口から吹き込んだ比較例１の場合
は、燃料および酸素の使用量が大幅に増加している。こ
れは、下部コークス充填層が粉鉱石の溶解吸熱と溶融酸
化鉄の還元吸熱とによる温度低下を熱補償するため、そ
れらの増加を余儀なくされたからである。

以上のように、本発明法によれば、燃料および支燃性ガ
スの使用量を増加させることなく、塊鉱石に替えて粉状
鉄源を使用することができる。

（以下余白） 第 表 （重量％） 第 表 （発明の効果） 以上説明したように、本発明の方法によれば、燃料およ
び支燃性ガスの使用量を増加することなく、スクラップ
と共に粉鉱石を使用できるようになった。粉鉱石は塊鉱
石に比べ安価で容易に入手でき、また塊成化することな
く使用できるので、溶銑製造コストの低減が図れるなど
、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）（Ｃ）は、本発明になる溶銑の製造
方法を実施する装置の一例および溶解操作を説明する図
、である。 １は筒型炉、２は開口部、２ａは出銑口、３は一次羽口
、４は二次羽口、５はコークス充填層、６はスクラップ
充填層、７及び９は支燃性ガス、８は燃料、１０は粉状
鉄源、１１は溶銑およびスラグ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口部を、
   炉底部および／または炉壁下部に一次羽口を、炉壁上部
   に二次羽口を備えた筒型炉を使用して溶銑を製造する方
   法において、炉底から一次羽口を含むレベルまでコーク
   スの充填層を形成させ、該コークス充填層の上に二次羽
   口を含み炉肩部までスクラップ充填層を形成させた後、
   一次羽口から支燃性ガスを、二次羽口から支燃性ガスと
   粉状鉄源を吹き込む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、溶解操作の末期にスクラップ充填層の上にコーク
   スを装入し、該コークス充填層頂部が一次羽口を含むレ
   ベルまで降下したら溶解操作を中断して溶銑およびスラ
   グを排出し、その後前記コークス充填層上にスクラップ
   を装入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項または第２項記載の溶銑の
   製造方法において、一次羽口から支燃性ガスと共に燃料
   を吹き込むことを特徴とする溶銑の製造方法。