JPH04198429A

JPH04198429A - スクラップからの溶鋼製造方法

Info

Publication number: JPH04198429A
Application number: JP2328340A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Katayama; 裕之片山; Naoki Tokumitsu; 徳光　直樹; Yoshitsugu Takeuchi; 武内　美継
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-17

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）本発明は不純物を含む鉄鋼スクラップを原料とし、鋼材
としての成分条件を満足するように不純物を低下せしめ
た溶鋼を製造するだめの方法に関する。

（従来の技術）従来、鋼材製造におりる鉄源の中心は鉄鉱石であり、ス
クラップは補助的に使われてきた。すなわち、鉄鉱石を
原料とする、いわゆる、−貫製鉄所では、鉄源における
スクラップの比率は小さく、かつ所内発生スクラップの
ように成分条件のわかったものを用いてきたので、溶鋼
成分に悪影響を及ぼすことがほとんどないため、成分条
件の厳しい高級鋼を含む鋼材の製造を可能にしてきた。

一方、スクラップを主体として電気炉で溶解する製鋼所
の場合には、成分条件の厳しくない普通鋼を製造すると
ころと、スクラップの管理を厳密に行って特殊鋼を製造
するところとに分化している。

しかるに、近年、鉄源におけるスクラップの比率が増加
している上に、鋼材が持つ各種機能を重視する傾向が強
くなって表面処理鋼などが増え、さらにスクラップ中に
自動車、家庭電気製品などの複合材が増えてきたことか
ら、スクラップ全体に、いわゆるトランプエレメントの
汚染が進行しており、その結果、製鋼工程にインプット
される不純物は増加してきている。

これに対して製造すべき鋼材は成分条件の厳しい高級鋼
の比率が増えている。したがって、従来の製鋼技術では
、スクラップと鋼材の間をうまくつないでいくことが難
しくなってきた。すなわち、汚染したスクラップを原料
として、高級鋼を含む各種鋼材を溶製するための新しい
技術開発が必要となってきた。

鋼材に含まれるトランプエレメントの許容濃度条件、お
よび従来法による精錬能力の点から、スクラップに含有
されている成分のうち特に問題になる成分はＳｎとＣｕ
とされている。これらの成分は工業的には従来精錬法で
ほとんど除去できないものとされてきた。また、基礎研
究によってこれらの成分の精錬が可能とされている方法
は、いずれもコスト、効率などの点から実用化されるに
ばほど遠いものと評価されている（（社）日本鉄鋼協会
筒１２２・１２３回西山記念技術講座「融体精錬反応の
基礎と応用ＪＰ１１２参照）。

（発明が解決しようとする課題）以上のような事情に鑑み、本発明では、ＳｎやＣｕなど
を含む汚染された鉄鋼スクラップを主原料として、これ
らの成分濃度が厳しく規定されている高級鋼を含む鋼材
を効率的に溶製するだめの方法を提供することを課題と
している。

（課題を解決するための手段）上記の課題は、第１図に示したように、鉄鋼を主体とす
る複合スクラップから鉄鋼を主成分とする部分を固体の
冷間状態で機械的に分離した後、磁着させて選別回収す
る第１工程、第１工程で磁着した鉄鋼を主成分とする部
分を鉄が溶けない温度範囲で加熱し、被覆あるいは付着
している不純物の形態変化を行わせて該不純物を分離除
去する第２工程、第２工程で得られた鉄鋼を主成分とす
る分スクラップを溶解し、炭素含有量が３％以上の状態
で、硫黄と不純物元素間の反応を利用して該不純物元素
の分離除去を行う第３工程、および第３工程で得られた
メタル中の炭素を分離除去する第４工程を組み合わせて
行うことによって、解決することができる。

（作　用）以下に本発明を作用とともに詳しく説明する。

本発明の第１工程では、スクラップを固体状態で処理し
て、固体のまま単体分離でき、かつ単体分離したものの
磁着性によって鉄を主とする部分と区別できるもの、特
に銅・、銅合金、あるいはプラスチックスなどの有機物
の部分を取り除く操作を行う。配線など銅および銅合金
の部分は、鋼材部分と機械的に分離可能であり、磁着性
がないので鋼材との選別が容易である。また、これらは
−旦溶鉄の中に溶は込むと除去がむづかしいので固体で
処理される。一方、有機物部分はそのまま第２工程の処
理を施されると有害ガスを発生しやすいので第１工程で
取り除かれる。

取り除くべきものの識別および鋼材部分からの単体分離
操作は人間が手で行うことも可能であるが、機械で行う
こともできる。後者の場合には、対象とするスクラップ
のイメージ（例えばＣｕ成分の分布）を取り、銅あるい
は銅合金からなる異物が存在している部分を識別する第
１段階の操作、そのあと、その識別した部分を鋼材スク
ラップの部分から引き離すこと、あるいはスクラップを
例えば脆性破壊温度域で砕くこと、あるいはスクラップ
をスリット状に裁断することのいずれかの第２段階の操
作によって行うことができる。

このようにして単体分離されたものから、主に鋼材のス
クラップからなる部分とそうでない部分の選別を磁着性
の大小で行う。磁着しない部分のうち銅を含む比重の大
きい部分は系外に排出されて銅の回収が行われる。一方
、有機物スクラップが主体の比重の小さい部分は本発明
第３工程で焼却し、有害ガスの発生を抑制しながらエネ
ルギー源として活用することができる。

本発明の第２工程では、第１工程で選別された゛鉄鋼主
体の部分について、表面に付着している不純物を除去す
るために、鉄鋼の部分が溶解しないような温度に加熱し
て処理が行われる。例えば、鋼板表面のメツキ部分を除
去するために、Ｓｎメツキに対しては、３００〜１２０
０°Ｃの硫化雰囲気で処理することによりＳｎＳに変え
、このＳｎＳを機械的に分離するか、あるいは蒸発させ
る。クロムメツキ、亜鉛メツキについては酸化し、また
一部残留しているＣｕについては硫化して、いずれも脆
い物質に変化させたのち機械的に除去する。

あるいは、スクラップを溶融塩や溶融合金浴に浸漬して
被覆物質や付着物を鉄に対して優先的に溶解分離させる
こともできる。

なお、第２工程の加熱源としては、第３工程から排出さ
れるガスの顕熱および潜熱を用いることができる。

本発明の第３工程においては、第１〜第２工程で前処理
したスクラップの溶解を、高価な電力ではなく、安価な
炭材の燃焼によって行い、その際適正な操業条件を選ぶ
ことによって硫黄と不純物との反応を進行させ、例えば
通常の方法では工業的除去が難しかったＳｎを効率的に
除去する。

この目的を達成するために用いる設備の一例が第２図に
示すようにガスを上底吹きできる反応容器である。

この反応容器の上方からランスを通して吹き込まれるの
は酸素ガスである。酸素ガスは炭材および発生ＣＯなど
の可燃ガス成分を燃焼させて発熱し、スクラップの溶解
および鉱石の溶融・還元に必要な熱を供給する。

一方、底吹きガスには溶融物を攪拌する効果があり、伝
熱および反応の進行のために必要である。

この底吹きガスとしては窒素、　ｃｏ、　ｃｏ□、酸素
。

炭化水素、アルゴン、プロセス発生ガスの１種ないし２
種以上の混合ガスが用いられる。

この工程においては、上吹き酸素ジェットとメタル浴と
の直接接触を抑制することが重要な条件である。もし、
直接接触が起こるような条件で酸素吹錬すると、鉄のダ
スト発生量が多くなり、Ｓｎの除去効率も低くなって、
本発明の目的を著しく阻害するからである。このような
上吹き酸素ジェットとメタル浴との直接接触を起こさな
いための条件は、炉内にスラグが３５０ｋｇ／ｌ−メタ
ル以上存在すること、および底吹きガス量を３５Ｎｍ３
／ｈ・ｔ−メタル以下にすることである。

炉内に３５０ｋｇ／ｌ−メタル以上のスラグを安定に存
在せしめて、酸素ジェットを遮断するという機能を発揮
させるためには、スラグの泡立ちを抑制することが必要
である。そのための条件は、石炭、コークス、あるいは
石炭から揮発分を除去したチャーなとの炭材を炉の上方
から添加して、炉内に炭材をスラグ重量の１０ｗｔ％以
上存在せしめることである。その理由は、炉内に存在す
る炭材が、底吹きガスによって流動するスラグの中に巻
き込まれると、スラグフォーミング（泡立ち）の直接原
因となる細かい気泡は炭材表面で合体し、成長して浮上
分離しやすくなるからである。こうして、フォーミング
を抑制し、スラグの見掛は比重を１前後に保って、スラ
グを安定なままで反応容器内に存在せしめることが重要
である。

反応容器には鉄鋼スクラップが間欠的あるいは連続的に
添加される。添加されたスクラップはスラグ内および鉄
浴中に存在し、順次溶解が進む。

本発明第３工程のポイントは溶解の過程で、メタル浴か
らＳｎの蒸発除去を促進することにある。

ＳｎはＳｎＳとして蒸発することが知られている。

これを効率的に行わしめるために、すなわち鉄浴のＳＲ
度を著しく上昇させることなく、Ｓｎの除去１率を高め
るために、本発明では使用する炭材のＳ含有量（％Ｓ）
、スラグ量および溶融物温度が重要な条件となる。

第３図は鉄浴の（％Ｓｎ）　／　（％Ｆｅ）比に対する
ダストの（％Ｓｎ）　／　（％Ｆｅ）比、すなわちＳｎ
の優先蒸発に及ぼす鉄浴の％Ｓおよび使用する炭材の％
Ｓの影響を示す。縦軸の値が大きいほど、許容される鉄
ロス条件下でＳｎの除去率を大きくすることができる。

鉄浴の％Ｓが高い程、Ｓｎの除去に有利なことはいうま
でもないが、鉄浴のＳは鋼材の性能を阻害するので、そ
の除去のための負担が大きくなって好ましくない。使用
する炭材の％Ｓが０．３％以上の場合には、比較的低い
鉄浴の％Ｓレベルにおいても、ダスト中へのＳｎ濃縮程
度を高めることができる。これは、炭材に含まれるＳの
場合、酸素吹き付は点（主としてそこでＳｎの蒸発が起
こる）において容易にＳポテンシャルを高めることがで
き、それによって鉄に対するＳｎの優先蒸発が可能とな
るためである。なお、酸素ジェットと鉄浴との直接接触
は断たれていても、スラグ内には粒鉄が存在し、それと
酸素ジェットとの接触は起こるため、鉄およびＳｎの蒸
発が進行するのである。

第４図はＳｎの優先蒸発に及ぼす鉄浴（メタル浴）の温
度の影響を示す。この温度はほぼ、スラグ浴の温度に等
しい。図より温度を１５００°Ｃ以下にすることによっ
てＳｎの優先的蒸発を活発に行わせることが可能となる
ことがわかる。なお、温度の調整は酸素供給速度、鉄鉱
石の添加速度を調整することによって行うことができる
。

第５図はＳｎの優先蒸発に及ぼすスラグ量の影響を示す
。スラグ量を３５０ｋｇ／ｌ−メタル以上にすることに
よって、Ｓｎの優先蒸発を活発に行わせることができる
。

また、第６図はＳｎの優先蒸発に及ぼすメタルの０％の
影響を示す。Ｃが３％以上含まれていることが望ましい
ことがわかる。

なお、本発明第１工程で分離した有機物スクラップをこ
の第３工程の溶解炉に装入して燃焼させ、エネルギー源
として有効利用することができる。

この際、第７図に示すように炉内雰囲気の２次燃焼を３０〜６０％の範囲に調整すると、有機物燃焼に伴う
各種の有害ガス成分の発生を抑制することが可能である
。

一方、溶解の途中で溶融鉄合金（溶鉄）の成分分析を行
い、目的とする鋼材の不純物許容成分条件に合わせるた
めに、本発明の第３工程で鉄源の一部として鉄鉱石を添
加し、溶融還元反応を行わせて必要とされる成分の希釈
を行うことができる。

なぜならば、本発明第３工程のスクラップ溶解に最適な
スラグ条件、底吹き条件、温度条件などはいずれも鉱石
の溶融還元を行うときの最適条件とほぼ一致しているか
らである。そこで、本発明では、溶解途中でメタル成分
を分析し、その結果に応じて鉱石とスクラップの添加割
合を調整すればよい。

このようにして得られた溶鉄とスラグを分離し、溶鉄は
第４工程で炭素が除去され、溶鋼になる。

この脱炭操作はＣを含む溶鉄に酸素を供給して行う。例
えば第３工程で得られた溶鉄を連続的に排出して別の炉
に導き、それに酸素を供給して溶鋼を製造することがで
きる。その際温度調整用には鉄鉱石あるいは成分が既知
のスクラップが添加される。

以上のように、本発明において、第１工程では複合スク
ラップを分離して、特に銅を多量に含む部分を系外に分
離除去し、有機物を伴う部分を第２工程を通さないで直
接第３工程に送り、第２工程では表面に付着している不
純物を、温度を上げることにより形態変化させて系外に
分離除去（合わせて予熱）し、第３工程ではメタルのＣ
が高い状態で、溶解を行うとともにＳｎの選択蒸発を図
り、併せて燃焼により発生ずるガスの無害化を実現でき
る条件で燃焼させて有機物をエネルギー源として有効利
用し、最後の第４工程で脱炭して鋼を得るという４つの
工程の組み合わせによって、各種不純物で汚染されたス
クラップから、鋼材として必要とされる成分の溶鋼を経
済的に得ることができる。

（実施例）本発明に基づき複合スクラップから溶鋼を製造した。そ
の内容を工程毎に分けて以下に詳述する。

（第１工程）まず、入荷した複合スクラップをシュレッダ−にかけて
細分化した後、磁選して磁着物（スクラップＡ）と非磁
着物に分け、さらに非磁着物を比重選別して比重の大き
いもの（スクラップＢ）と、比重の小さいもの（スクラ
ップＣ）とに分けた。

各々の平均成分は次の通りである。

・スクラップＡ　；　Ｆｅ＝９４．５ｗｔ％、Ｃ＝０．
２ｈｔ％、５ｉ＝０．２６ｗｔ％、５ｎ＝０．１１２　
ｗｔ％、ＣＬＩ＝０．１ｆｔ％、Ｓ　＝０．０２ｗｔ％
・スクラップＢ　；　Ｆｅ＝２４．６ｗｔ％、ＣＩ＋＝
５４ｗｔ％、・スクラップＣｉ　Ｃ＝５６ｗｔ％、Ｈ＝
２４ｗｔ％、ＣＩ！　＝３．５　ＬＩＩｔ％、Ｆｅ−１
２ｗｔ％（第２工程）次に、上記のスクラップＡを５００　’Ｃに加熱して硫
黄蒸気と反応させ、スクラップ表面のＳｎをＳｎＳに、
ＣｕをＣＩＩ’２≧に変化させて、それらの硫化物を剥
離させた。

この処理を終えた後のスクラップＡの平均成分は次の通
りである。

Ｆｅ＝９４．８ｗｔ％、Ｃ＝０．２４ｗｔ％、５ｉ＝０
．２６ｗｔ％、５ｎ＝０．０６２　ｗｔ％、Ｃｕ＝０．
０９ｗｔ％、Ｓ＝０．０４ｗｔ％（第３工程）さらに、上記第２工程で処理した後のスクラップＡを上
底吹き転炉（上吹酸素；　２５．００ＯＮｍ’／　ｈ、
底吹きＮｚ　；　３ＯＮｍ３／　ｈ−ｔ−メタル）に連
続的に装入して溶解した。炭材（ＦＣ＝５１ｒｔ％、八
ｓｈ　＝１０．１ｗｔ％、シＭ−３４．２ｗｔ％、Ｓ　
＝０．３２ｗｔ％）と上記第１工程で得られたスクラッ
プＣとを重量比７：１の割合で転炉に投入し、炉内雰囲
気の２次燃焼率を３５〜４５％の範囲にして操業した。

なお、スラグ量は３７０ｋｇ／ｌ−メタル以上とし、炉
内炭材量をスラグ重量の１５〜３０ｗｔ％、スラグ温度
（メタル温度とほとんど等しい）を１４１０〜１４８０
″Ｃの範囲にして操業した。

その結果、Ｃ＝４．２ｗｔ％、５ｉ＝０．１ｗｔ％、Ｍ
ｎ−０，２ｗｔ％、Ｓ　＝０．０３ｗｔ％、Ｐ　＝０．
０２０　ｗｔ％、５ｎ＝０．０４５　ｔｉｔ％、Ｃｕ＝
０．０８ｗｔ％の溶湯が得られた。

一方、湿式集塵後の排ガス中ＳＯｘは１６’ｐｐｍ、Ｎ
Ｏｘは４８ｐｐｍであり、シアンやダイオキシン、塩化
物は検出されなかった。ダスト中の（％Ｓｎ）　／（％
Ｆｅ）比は、メタル浴のそれの１０倍、インプットされ
たＳｎの約３３ｕｔ％がダスト中に除去された。

（第４工程）最後に、第３工程で得られた溶湯を別の炉で酸素を吹い
て脱炭し、以下の成分の溶鋼を得た。

Ｃ−０，１４ｗｔ％、５ｉ＝０．０５ｗｔ％、Ｍｎ＝０
．１６ｗｔ％、Ｓ　＝０．０２ｗｔ％、Ｐ　＝０．０１
６　ｗｔ％、５ｎ＝０．０４７　ｗｔ％、Ｃｕ＝０．０
９ｗｔ％以上のように、本発明の実施により、各種不純物を含む
複合スクラップからＳｎやＣｕ等のトランプエレメント
を効率よく除去し、鋼材として要求される成分の溶鋼を
経済的に製造することが可能となった。

（発明の効果）本発明を実施することにより、Ｓｎ、　Ｃｕなどのトラ
ンプエレメントで汚染されたスクラップから、鋼材とし
て要求される不純物成分条件の溶鋼を経済的に得ること
ができる。また、従来法では困難であったタイプのスク
ラップの回生が可能になることによって、鋼製造単位量
あたりのＣＯ□発生量も低減可能になり、地球環境保全
の点からも効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法のプロセスフローを示す図、第２
図は本発明の第３工程を実施するのに用いられる反応容
器の一例を示す図、第３図は本発明の第３工程において
鉄浴の％Ｓ及び使用炭材のＳ含有量がＳｎの優先蒸発に
及ぼす影響を示す図、第４図は同じく本発明の第３工程
においてメタル浴温度がＳｎの優先蒸発に及ぼす影響を
示す図、第５図は同じく本発明の第３工程において炉内
スラグ量がＳｎの優先蒸発に及ばず影響を示す図、第６
図は同じく本発明の第３工程において溶融鉄合金の％Ｃ
がＳｎの優先蒸発に及ぼす影響を示す図、第７図は本発
明の第３工程に有機物スクラップを装入した場合、炉内
２次燃焼率が有害ガスの発生に及ぼす影響を示す図であ
る。第２図Ｏ２７壱要ガ゛ズ

Claims

【特許請求の範囲】

鉄鋼を主体とする複合スクラップから鉄鋼を主成分とす
る部分を固体の冷間状態で機械的に分離した後、磁着さ
せて選別回収する第１工程、第１工程で磁着した鉄鋼を
主成分とする部分を鉄が溶けない温度範囲で加熱し、被
覆あるいは付着している不純物の形態変化を行わせて該
不純物を分離除去する第２工程、第２工程で得られた鉄
鋼を主成分とするスクラップを溶解し、炭素含有量が３
％以上の状態で、硫黄と不純物元素間の反応を利用して
該不純物元素の分離除去を行う第３工程、および第３工
程で得られたメタル中の炭素を分離除去する第４工程の
組み合わせからなることを特徴とするスクラップからの
溶鋼製造方法。