JPH04198430A

JPH04198430A - スクラップを原料とする高純度溶鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH04198430A
Application number: JP2328341A
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て用い
、高級鋼としての成分条件を満足するように不純物含有
量を低下せしめた溶鋼の製造方法に関する。

（従来の技術）従来、鋼材製造におけ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−貫製鉄所の場合、鉄源としての
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ているものが用いられてきたの
で、スクラップ使用が溶鋼成分に悪影響を及ぼすことは
ほとんどなく、成分条件の厳しい高級鋼を含むあらゆる
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用い、それを電気炉で溶
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、鉄源としてのスクラップの比率が増加
し、また鋼材に対して各種機能を求めるようになったこ
とから表面処理鋼などの使用が増え、さらにスクラップ
として自動車、家庭電気製品などの複合材が増えてきた
こともあって、スクラップ全体に対してはいわゆるトラ
ンプエレメントによる汚染が進行しており、製鋼工程に
インプットされる不純物は増加している。

これに対して製造すべき鋼材のうち成分条件の厳しい高
級鋼の比率は増えている。したがって、従来の製鋼技術
を用いてスクラップと鋼材の間をうまくつないでいくこ
とは困難になってきており、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だめの新しい
技術開発が必要である。

スクラップに含まれている成分、鋼材中のトランプエレ
メントの許容濃度条件、並びに従来法による精錬能力の
３点から、特に問題になる成分ばＣｕとＳｎとされてい
る。ほかにＳｂ、　Ａｓ、、Ｐｂなども鋼種によっては
問題となる。これらの成分は従来精錬法に頼る限り工業
的にはほとんど除去できないものとされてきた。一方、
基礎研究によってこれらの成分の精錬を可能とする方法
が開発されているが、いずれもコスト、効率などの点か
ら見ると、実用化にはほど遠いものと評価されている（
（社）日本鉄鋼協会筒１２２・１２３回西山記念講座テ
キスト［融体精錬反応の基礎と応用ｊ　Ｐ１１２参照）
。

さらに、溶解熱源として高価な電力を用いる代わりに安
価な炭材による直接燃焼熱の利用を考えると、炭材によ
って持ち込まれるＳ、Ｐが増え、鋼材の高級化に対応す
るためにはＳ、Ｐ除去に対する負担が大きくなるという
問題がある。

（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、ＣｕやＳｒ＋な
ど各種トランプエレメント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ための方
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図に示すように、鉄を主とする部分
と鉄以外の金属並びに有機物を主とする部分が互いに複
合したスクラップを固体状態でそれぞれに単体分離し、
゛磁着性によって鉄を主とする部分を選別する第１工程
、鉄を主とする部分を鉄が溶けない温度範囲で加熱し、
被覆層あるいは付着物の形態を変化させてからその部分
を優先的に分離除去する第２工程、スクラップを溶解さ
せて、炭素含有量が１．０％以上、３．５％以下の溶融
鉄合金を製造する第３工程、カルシウムカーバイドを主
成分とするフラックスを添加して溶融鉄合金中の不純物
を除去する第４工程、および溶融鉄合金中の炭素を除去
する第５工程を組み合わせて実施することを特徴とする
スクラップを原料とする高純度溶鋼の製造方法によって
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
に銅や銅合金、並びに有機物の部分を取り除く操作を行
う。配線などの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
除去がむつかしいので固体状態で処理するのが適してい
る。また、有機物は、取り除かないまま第２工程の加熱
を行うとダイオキシンなどの有害ガスを発生する恐れが
あるので第１工程で取り除く必要がある。

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裂くこと、あるいはスクラップを
例えば脆性破壊温度域で砕いたり、異物を剥離させたす
すること、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。磁着しない部分は第２工程には送らずに
、比重分離にかける。そのうち比重の重い部分は系外に
排出されて銅を分離・回収する工程にかけられる。

一方、比重の軽い部分は第３工程に送られ、その主成分
である有機物を燃焼させて有害ガスを発生させることな
く、熱エネルギーとして有効利用される。

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、表面を被覆し、あるいは表面に付着し
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、３００〜１２００°Ｃの硫化性雰囲気で処理する
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。また、ＣｒメツキやＺｎメツ
キに対しては、酸化して被覆層を脆化させ、機械的に分
離する。さらに、スクラップを溶融塩や溶融合金浴に浸
漬して被覆層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
炭材を用いて効率的に行う。

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
熱を供給する。

一方、底吹きガスには溶融物を撹拌する効果があり、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、Ｃ０１ＣＯ□、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、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
３５Ｎｍ／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どの炭材を炉の上方
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。

その際、第３工程終了時の溶融鉄合金中Ｃ％は、第４工
程からの制約により１．０〜３．５ｗｔ％の範囲に調整
される。

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３図に示すように炉内雰囲気の２次燃焼率（％）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。

このようにして得られた溶融鉄合金とスラグを分離し、
溶融鉄合金に対しては第４工程でカルシウムカーバイド
を主成分とするフラックスを添加して、各種トランプエ
レメントおよびＳ、Ｐの除去を行う。

第４図は各種不純物の除去効率に及ぼす第４工程処理前
のメタル中Ｃ％の影響を示す。精錬による除去効率をあ
げるためには、前述のメタル中Ｃ％が１．０〜３．５％
の範囲にあることが必要とわかる。もし、０％がこれよ
り低いとカーバイドの分解によるＣａの生成速度が大き
すぎてその飛散率が増加し、０％がこれより大きいとＣ
ａの生成量が低下して、いずれの場合もＣａ残留量に依
存するスラグの不純物精錬能が低下する。

第５図は不純物精錬能に及ぼす第４工程処理時の雰囲気
圧力の影響を示す。雰囲気圧力力月、５〜４気圧の時に
高い精錬能が得られている。その理由としては、圧力を
上げると生成したＣａの蒸発が抑制される効果が得られ
るが、圧力が高（なりすぎると底吹き撹拌が弱くなって
反応が阻害され、あるいは必要とされる撹拌を得ようと
すれば必要なガス量が増加してそれがＣａの蒸発を促進
するため、精錬能が逆に低下する結果を招くのである。

最後の第５工程では、Ｃを含む溶融鉄合金に酸素を供給
して脱炭を行う。その際、温度調整用には鉄鉱石あるい
は成分のわかった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（併せて予熱）し、第３工程では鉄鋼スクラップの
溶解とともに、有機物を燃焼により発生するガスの無害
化を実現できる条件で燃焼させて、これをエネルギー源
として有効利用し、第４工程でカルシウムカーバイドを
主成分とするフラックスで処理して溶融鉄合金中の各種
トランプニレメン）ＭおよびＰ、Ｓの除去を行い、最後
に第５工程で脱炭して鋼を得るという５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・ノブ
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＝９４．５％、Ｃ＝０．２４％
、５ｉ＝０．２６％、５ｎ＝０．１１２％、Ｃｕ＝０．
１１％、Ｓ　＝０．０２％スクラップＢ　；　Ｆｅ＝２４．６％、Ｃｕ　＝　５４
％、スクラップＣ，Ｃ＝５６％、Ｈ−２４％、Ｃｆｆ１
＝３．５％、Ｆｅ＝１２％（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、Ｃ
ｕをＣｌＩ２３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＝９４．８％、Ｃ＝０．２４％、５ｉ＝０．２６％
、５ｎ＝０．０６２％、Ｃｕ＝０．０９％、Ｓ　＝０．
０４％（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；　２５．０００　Ｎボ／ｈ、底
吹きＮ２　ｉ　３０　Ｎｎ（／ｈ　Ｈｔ−メタル）に連
続的に装入して溶解した。炭材（ＦＣ＝５１％、Ａｓｈ
　＝１０．１％、ＶＭ−３４，２％、Ｓ＝０．３２％）
と上記の第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１５〜３０％、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＝　２．４％、５ｉ＝０．１％、Ｍｎ＝０
．２％、ｓ＝ｏ、ｏｓ％、Ｐ＝０．０２０％、Ｓｎ　＝
　０．０５７％、Ｃｔｌ＝０．０８％、５ｂ＝０．００
４％の溶湯が得られた。

一方、湿式集塵後の排ガス中ＳＯｘは１６ｐｐｍ、　Ｎ
Ｏｘは４８ｐｐｍで、シアンやダイオキシン、塩化物は
検出されなかった。

（第４工程）上記第３工程で得られた溶湯にアルゴンを封入し、１．
７気圧の雰囲気下で、フラックス（カルシウムカーバイ
ド７０％、蛍石３０％）を１２ｋｇ／ｌ−メタルだけ加
えて処理した。

処理後のメタル成分は次の通りである。

Ｃ＝２．９％、５ｉ＝０．２％、Ｍｎ＝０．３％、Ｓ　
＝０．０１％、Ｐ＝０．００４％、５ｎ＝０．０１５％
、Ｃｕ＝０．０５％、５ｂ−０，００２％（第５工程）最後に、上記第４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＝０．１０％、５ｉ＝０．０５％、Ｍｎ＝０．２％、
Ｓ　＝０．０１％、Ｐ＝０．００４％、５ｎ＝０．０１
５％、Ｃｕ−０，０５％、ｓｂ−０，００２％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
を極めて効率よく除去し、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、Ｃｕ、　Ｓｎ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となる１にとによって、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、第４図は本発明第４工程
において不純物の除去効率に及ぼすメタル中Ｃ％の影響
を示す図、第５図は本発明第４工程において不純物の除
去効率に及ぼず雰囲気圧力の影響を示す図である。１７　′ −２２：

Claims

【特許請求の範囲】

鉄を主とする部分と鉄以外の金属並びに有機物を主とす
る部分が互いに複合したスクラップを固体状態でそれぞ
れに単体分離し、磁着性によって鉄を主とする部分を選
別する第１工程、鉄を主とする部分を鉄が溶けない温度
範囲で加熱し、被覆層あるいは付着物の形態を変化させ
てからその部分を優先的に分離除去する第２工程、スク
ラップを溶解させて、炭素含有量が１．０％以上、３．
５％以下の溶融鉄合金を製造する第３工程、カルシウム
カーバイドを主成分とするフラックスを添加して溶融鉄
合金中の不純物を除去する第４工程、および溶融鉄合金
中の炭素を除去する第５工程を組み合わせて実施するこ
とを特徴とするスクラップを原料とする高純度溶鋼の製
造方法。