JPH0432504A - 低硫黄溶銑の製造方法 - 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） 本発明は製鋼用転炉に類する簡単な構造の筒型炉を用い
、スクラップと鉄鉱石を併用し極低硫黄溶銑を効率よく
安定して製造する方法に関する。

（従来の技術） 近年、建築構造物や機械部品の軽量化、高強度化などの
ために低硫黄鋼の要求が多い０通常、低硫黄鋼の製造は
、高炉に鉄鉱石及びコークスと共に石灰石や蛇紋岩等の
造滓剤を装入し、硫黄分が０．０２〜０．０３重置％程
度の溶銑を製造する。そしてその溶銑をトーピードカー
や取鍋内で機械的撹拌法またはインジェクション法で処
理して溶銑脱硫を行い、旦を０．０１〜０．００２重量
％まで低下させる。

その後この溶銑を転炉に装入して脱炭を行い低硫黄鋼に
する。しかし上述のように従来の方法では多くの工程を
経るために、溶銑温度の低下や製鋼歩留りの低下を招き
、また多量の脱硫剤を必要とするという欠点がある。

上記のほかに低硫黄溶銑の製造方法として、溶融還元製
鉄炉内の溶銑に直接脱硫フラックスを吹き込んで脱硫す
る方法が特開昭６１−１９９０１０号公報に開示されて
いる。この方法は、同一炉内で脱硫するので熱的に有利
であるが、溶融還元工程で多量の熱エネルギーを必要と
するので全体的な熱効率は著しく低い、更にこの方法で
は溶銑中の）を０．０２重量％程度までさげるのが限界
であり、機械的攪拌法やインジェクション法を行って得
られる溶銑に匹敵する極低硫黄溶銑（Ｓ　：　０．００
５重量％以下）を製造することは困難である。

本発明者らは先に製鋼用転炉に類する簡単な構造の筒型
炉を用い、スクラップと鉄鉱石を鉄源として溶銑を製造
する方法を開発して特許出願を行った（特開平１−２９
０７１１号）。さらに、この製銑法を応用して、高炉法
や溶融還元法よりも高い熱効率で極低硫黄溶銑を製造す
る低硫黄銑の製造方法についても特願平！　−１８１３
９７号として特許出願を行った。その方法とは、筒型炉
の炉底羽口から溶製が完了した炉内の溶銑に脱硫剤を吹
き込んで極低硫黄銑を製造する方法である。

本発明者らの前記の溶銑製造方法では、第１図に示すよ
うな筒型炉１を用いる。この筒型炉１は、炉上部にガス
の排出と原料装入用の開口部２、炉壁に支燃性ガスを吹
き込む一次羽口３および二次羽口４、炉壁下部に排滓口
５、炉底に炉底羽口６と出銑ロアを備えている。溶銑を
製造するときは、炉内下部にコークス充填層１０を形成
し、その上にスクラップと鉄鉱石の充填層１１を形成さ
せる。そしてコークス充填層１０に一次羽口３から支燃
性ガスを吹き込んで下記（］）式の反応を起こさせ、そ
の反応熱によりコークス充填層１０を高温に保つ。

Ｃ＋１／２０ｚ→ＣＯ＋２９，４００ｋｃａｌ／ｋｍｏ
ｌ−Ｃ−（１）上記（１）式で発生したＣＯは上部にあ
るスクラップと鉄鉱石の充填層１１内で二次羽口４から
吹き込まれる支燃性ガスと下記（２）式の反応（２次Ｓ
Ｖｔ＞を起こす。そのとき発生する反応熱はスクラップ
と鉄鉱石の加熱上溶融に利用される。

ＣＯ＋　１／２（ｈ＝　ＣＯｚ　＋６７、５９０ｋｃａ
ｌ／ｋｍｏｌ　・Ｃ０−（２）この反応で溶融した鉄鉱
石は下部のコークス充填層１０に滴下し、高温のコーク
スと下記（３）式の反応を起こして速やかに還元される
。

Ｆｅ２０ｔ　＋３　Ｃ→２Ｆｅ＋３ＣＯ１０８，０９０
ｋｃａｌ／ｋｍｏｌ−ＦｅｚＯｘ　　・・−（３）上記
（３）式の反応のとき、近くにＣＯ□が存在しないので
（３）式の反応は円滑に進行し溶銑１２（スラグが共存
している）が生成される。そのあと炉底羽口６から溶銑
１２に脱硫剤（ＣａＯなと）を吹き込むと下記（４）式
あるいは（５）式の反応が生じ溶銑は脱硫され、極低硫
黄溶銑が製造される。

２　ＣａＯ＋２　Ｓ　十Ｓ　ｉ＝　２　ＣａＳ＋５ｉ０
２　　　　−（４）ＣａＯ＋Ｓ　十Ｃ＝ＣａＳ＋ＣＯ−
（５１以上のように特願平！　−１８１３９７号で提案
した方法で溶銑の脱硫処理を行うと高い熱効率で極低硫
黄溶銑を製造できる。

しかしながら、この方法ではスクラップと鉄鉱石の溶解
完了後に炉底部に蓄積した溶銑とその上のスラグ内に、
底吹羽口から脱硫剤のキャリヤーガス、溶銑の攪拌およ
び羽口の冷却のための不活性ガスを吹き込むので、溶銑
粒を懸濁したスラグが上方に泡立つ現象（以後、フォー
ミングという）が形成される。この現象は炉底羽口から
吹き込むガス量が多いほど顕著になり、極端な場合には
開口部から炉外に飛散する場合さえある。

このようなフォーミングスラグが、次回熔解用に装入さ
れたスクラップと鉄鉱石の充填層内で冷却、固化すると
次回の操業時に装入物の通気性が阻害され、棚吊りを発
生しやすくなるという問題が生しる。操業中に棚吊りが
発生すると操業の安定性が阻害されるばかりでなく、燃
料や酸素等のエネルギー諸元が悪化することになる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記筒型炉を用いて鉄源のスクランプおよび鉄
鉱石から、例えば硫黄（３Ｌ）の含有量が０．００５％
以下であるような極低硫黄溶銑を製造する方法であって
、しかも前記のようなフォーミングが極端にならず、安
定的かつ効率的に操業できる溶銑の製造方法を提供する
ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前述のように本出願人が先に捉案した溶銑の製造方法に
よれば、転炉型式の筒型炉でスクラップと鉄鉱石から熱
効率よく溶銑を製造することができ、また低硫黄銑の製
造も可能である。

本発明者らは、上記筒型炉による溶銑製造法をさらに発
展させ、過度のフォーミングを抑制しなから極低硫黄溶
銑が製造できる手段について検討を重ねた結果、下記の
ような知見を得た。即ち、（ａ）　　装入スクラップお
よび鉄鉱石の溶解、還元が進行し、筒型炉の炉底部に溶
銑およびスラグが蓄積してくると炉底羽口から吹き込ま
れる支燃性ガスおよび羽口冷却用不活性ガスによって溶
銑粒を懸濁したフォーミングスラグが形成され炉内を上
昇する。

［有］）一次羽口および／または二次羽口から適度にフ
ォーミングした溶銑およびスラグに脱硫剤を吹き込むと
スラグ−メタル反応界面積が大きいので脱硫反応が促進
され、極低硫黄溶銑が製造できる。

（Ｃ）　　過度にフォーミングしたスラグは炉内上方の
低温部に上昇して凝固し、棚吊り発生の原因となる。し
かし、一次羽口および／または二次羽口からＣおよびＭ
ｇＯを主成分とするフォーミング抑制剤を吹き込むと、
フォーミングレベルが適度に維持され、脱硫反応を阻害
せずに棚吊りを防止できる。

この発明は、筒型炉による溶銑製造法の技術の上に、上
記の知見を加えてなされたものである。

本発明方法の特徴は下記■〜■の組合せにある。

■　第１図に示すような筒型炉、即ち、炉上部にガス排
出と原料装入用の開口部を有し、炉底部には底吹羽口と
出銑口を、下部炉壁に一次羽口と排滓口を、上部炉壁に
二次羽口をそれぞれ有する筒型炉を用いること、 ■　上記筒型炉の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、その上部に二次羽口を含む
レベルまでスクラップおよび鉄鉱石を主体とする充填層
を形成させた後、一次羽口と二次羽口および炉底羽口か
ら支燃性ガスを吹き込んで溶解、製練を行うこと、 ■　炉底部に蓄積したスラグおよび溶銑が底吹ガスによ
り炉内上方にフォーミング層を形成する時期以降におい
て、前記フォーミング層にＣａＯを主成分とする粉体を
一次羽口および／または二次羽口から吹き込んで溶銑を
脱硫すること。

上記の■において、底吹ガスをキャリヤーとしで溶銑中
へ直接脱硫剤を吹き込むことを併用してもよい。

本発明方法の実施に際しては、一次羽口および／または
二次羽口からＣおよびＭｇＯを主成分とするフォーミン
グ抑制剤を吹き込んで、過度のフォーミングを抑制する
のが望ましい。

本発明方法において、炉の上部開口部から装入する鉱石
は、通常の鉄鉱石の外にＭｎ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｎｉ
などを多く含む鉱石またはこれらの酸化物を使用するこ
とができる。また、これらの鉱石類およびコークスとと
もに、珪石、石灰石、蛇紋岩、蛍石などの副原料を装入
することができる。スクラップとしても、ステンレス鋼
スクラップのような高合金スクラップを使用してその中
の有用元素を再利用することが可能である。

鉱石類および副原料は、炉の上部開口部からだけでなく
、粉状のものを一次羽口および／または二次羽口から吹
き込むこともできる。

一次羽口、二次羽口および炉底羽口から吹き込む支燃性
ガスは、０！含有ガスであり、一次羽口からは支燃性ガ
スとともに、微粉炭や重油、天然ガスなどの気体または
液体の燃料を吹き込むことができる。

各羽口は二重管あるいは三重管構造として、外環状管に
窒素のような不活性ガスを流して羽目を冷却し、溶損を
防止するのが望ましい。

脱硫剤はＣａＯを主成分とする粉体である。ＣａＯの外
に、ＣａＣ０，、ＣａＦ　ｚ、或いはさらに金属Ａｌを
混合した粉体であってもよい、吹き込み量は、スラグの
塩基度を２．０以上にするに足りる量とするのが望まし
い。

脱硫剤は不活性ガス、例えば、窒素、アルゴン等をキャ
リアーガスとして一次羽口および／または二次羽口から
炉内のフォーミングスラグ中に吹き込まれる。

脱硫剤の吹き込みは、鉱石とスクラップの溶解が進行し
て、炉底部に蓄積されたスラグおよび溶銑が底吹きガス
によりフォーミング層を形成する時期以降に行うのであ
るが、フォーミングレベルを一次羽口レベルと二次羽ロ
レヘルの間に維持して行うのが望ましい。

フォーミング抑制剤はＣおよびＭｇＯを主成分とする粉
体である。これらの外にＣａＯを含有していてもよい。

フォーミング抑制剤は不活性ガス、例えば、窒素、アル
ゴン等をキャリアーガスとして一次羽口および／または
二次羽口から炉内のフォーミングスラグ中に吹き込まれ
る。

フォーミング抑制剤の吹き込ろは、フォーミングの程度
に応して異なるがフォーミングレベルが一次羽口と二次
羽口の中間レベルを趙えないように吹き込み量、吹き込
み時間を調整するのが望ましい。

炉内のフォーミングレベルとは、溶銑およびスラグがフ
ォーミングした最上部のレベルのことであり、これは、
例えば炉体の側壁部に設置したファイバースコープを用
いて目視で検知する。

装入されたスクラップおよび鉄鉱石の溶解、還元が完了
し、脱硫剤の吹込みによって所定のレベルまで脱硫が進
行したのち、排滓および極低硫黄溶銑の出銑を行う、な
お、本発明方法の操業は、原燃料を逐次装入し、製造さ
れた溶銑を間歇的に取り出す半連続操業法で行うことも
できる。

（作用） 本発明の筒型炉を用いる溶銑の製造方法では高い二次燃
焼率が得られる。また、鉄源として鉄鉱石とスクラップ
を併用しているので、コークス原単位が低い、このため
、装入原料からもたらされる硫黄が少なくなり、比較的
低硫黄の溶銑が得られる。

さらに、二次羽口周辺の炉上部が鉄鉱石とスクラップの
溶融還元と溶解のためのゾーンに、一方、一次羽口周辺
の炉下部が生成した溶銑の還元（即ち、脱硫）のゾーン
に分離されているため、脱硫反応が進みやすい。

さて、次に溶銑の製造中に脱硫処理を実施し、別途の脱
硫処理工程を必要とせずに極低硫黄溶銑を製造するため
の好ましい条件について述べる。

第２図は炉底羽口からの底吹ガス流量と炉内のフォーミ
ングレベルとの関係を示す図である。なお、この関係は
、後述する実施例で用いた筒型炉で、スクラップと鉄鉱
石の溶解完了後、炉底部に蓄積した溶銑およびその上方
にあるスラグに炉底羽口から酸素を吹き込み、フォーミ
ングレベルを検知して求めたものである。なお、羽口冷
却用のＮ２ガスはいずれの場合も５ＯＮｍ３／ｈの〜定
量を吹き込んだ。

第２図に示すように、炉底部に蓄積した溶銑およびスラ
グに炉底羽口から底吹ガスを吹き込むと溶銑を懸濁した
フォーミングスラグが形成され、フォーミングレベルは
吹き込み流量の増加と共に上昇する。

スラグ層をフォーミングさせるとスラグ−メタル間の反
応界面積を数倍〜数十倍に大きくできるので、このフォ
ーミングスラグ層にＣａＯを主成分とする粉体を一次羽
口および／または二次羽口から吹き込むと高い溶銑脱硫
反応速度が得られる。

（ここまで〕 一方、二次羽ロレヘル以上にフォーミングレベルを高く
すると上方に行くに従って、充填層内温度が低くなるの
でフォーミングスラグが固化し、棚吊りを引き起こす、
−度硼吊りを形成させるとこれを解消するのは困難であ
る。

したがって、第２図から一次羽ロレヘルと二次羽ロレヘ
ルの中間域にフォーミングレベルを保持できるような底
吹ガス吹込み量を選定するのがよい。操業中にフォーミ
ングレベルが高くなり過ぎた場合には、二次羽口から支
燃性ガスの外に適時、Ｃおよび１ｇｏを主成分とする粉
体を吹き込んでフォーミングを抑制してフォーミングレ
ベルを適正レベルに調整することができる。

なお、フォーミング抑制剤はＣおよびＭｇＯを主成分と
する粉体を用いるが、Ｃは酸化性のフォーミングスラグ
を迅速に還元してフォーミングを抑制することができる
。一方、還元に作用しないＣは炉内で燃料として利用さ
れる。また、ＭｇＯはスラグの塩基性を高めるのでフォ
ーミングした泡の寿命を短くすることができる。一方、
スラグの脱硫能を高めるとともに、Ｍｇ０−Ｃ（マグネ
シアカーボン）れんが内張の炉壁耐火物の溶損を防止す
ることができる。

（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。

この実施例では第１図に示す転炉様構造の試験用小型筒
型炉を用いた。この炉は、直径１．５ｍ、炉底から炉口
までの高さ３．６ｍ、内容積６．０ｍ’である。

炉壁には一次羽口３および二次羽口４がそれぞれ炉底か
ら０．８ｍ、１．２ｍの位置に９０度間隔で４本づつ設
置され、炉底中央部に出銑ロア、炉底から０．６ｍの上
の炉壁に排滓口５が設けられている。また、炉底には炉
底中心を中心とする半径０．４ｍの円周上に２本の底吹
羽口６を設けた。

なお、比較例では溶解完了後、炉底羽口６を脱硫剤吹き
込みに用いた。

原料のスクラップは第１表に示す組成を有し、嵩比重３
．５）、／園３、最大寸法４００＋ｗｍ角にプレスした
ものを用いた。原料の鉄鉱石および燃料コークスの組成
およびサイズをそれぞれ第２表および第３表に示す。

第　　２　　表 （重量％） 第　　３　　表　　　　　（重量％） 支燃性ガスとしては、純酸素を羽口冷却用ガスとしては
Ｎ２ガスを使用し、各羽口よりそれぞれ第４表のように
吹き込んだ。

第　　　４　　　表 炉底部にスラグ、溶銑が蓄積されてフォーミングが発生
しはじめる時期（この実施例の場合は装入したスクラッ
プおよび鉱石の溶解が完了する時間の５〜２０分前）か
ら第５表に示す組成の脱硫剤とフォーミング抑制剤をそ
れぞれ一次羽口と二次羽口からＮ２ガスをキャリヤーガ
スとしてフォーミングスラグ中に吹き込んだ。

第　５　表　　（組成、重量％） 以上のような装置および原燃料を使用して操業を行い、
第６表に示す極低硫黄溶銑を製造した。

第６表において、比較例は本発明者らが特願平１−１８
１３９７号で提案した方法で低硫黄溶銑を製造した場合
であり、装入したスクラップおよび鉱石の溶解が完了し
た後、炉底羽口から支燃性ガスの吹き込みに代えて脱硫
剤をＮ２キャリアガスで吹き込んだ例である。

実施例１はスクラップおよび鉄鉱石の溶解が完了する時
点の５分前から脱硫剤のみを一次羽口から吹き込んだ場
合、実施例２は脱硫剤を一次羽口からフォーミング抑制
剤を二次羽口から吹き込んだ場合である。

Ｓ含有量が０．００３％の極低硫黄溶銑を製造する場合
、脱硫剤原単位は比較例の４．５ｋｇ／溶銑ト、に対し
、実施例１および２ではいずれも４．０ｋｇ／溶銑ト。

に低減しており、石灰石原単位も低減しているので総合
ＣａＯ原単位は大きく低減できた。また、比較例に比べ
て実施例では溶銑温度の低下が小さく、棚吊り発生頻度
、炉底羽口閉塞頻度も大幅に低下した、フォーミング抑
制剤を使用した実施例２では特に棚吊り発生頻度が低下
した。

溶銑製造中に脱硫処理を行う本発明方法を実施すること
により、溶解完了後、脱硫処理を行う方法より少ない脱
硫剤原単位で極低硫黄溶銑が安定して製造できる。さら
に、溶銑製造時のコークス、酸素原単位も低減できる。

（以下、余白） （発明の効果） 上述のとおり、本発明の溶銑の製造方法によれば、別途
の溶銑脱硫処理工程を必要とせずに、スクラップと鉄鉱
石を鉄源として高い熱効率で安定して極低硫黄溶銑を製
造することができる。この方法を従来の製鋼プロセスと
組合わせて使用すれば低硫黄鋼の製造コストを大幅に低
減できるから、その実用上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法で極低硫黄溶銑を製造するために
使用する装置（筒型炉）の−例を示す概略断面図、 第２図は、炉底羽口からの底吹ガス流量と炉内のフォー
ミングスラグレベルとの関係を示す図、である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉上部にガス排出と原料装入用の開口部を、炉底
   部に底吹羽口と出銑口を、下部炉壁に一次羽口と排滓口
   を、上部炉壁に二次羽口をそれぞれ有する筒型炉を用い
   、その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、その上部に二次羽口を含むレベルまで
   スクラップおよび鉄鉱石を主体とする充填層を形成させ
   た後、一次羽口と二次羽口および炉底羽口から支燃性ガ
   スを吹き込んで溶銑を製造する方法であって、炉底部に
   蓄積中のスラグおよび溶銑が底吹ガスにより炉内上方に
   フォーミング層を形成する時期以降において、前記フォ
   ーミング層にＣａＯを主成分とする粉体を一次羽口およ
   び／または二次羽口から吹き込んで溶銑を脱硫すること
   に特徴を有する低硫黄溶銑の製造方法。
2. （２）一次羽口および／または二次羽口からＣおよびＭ
   ｇＯを主成分とするフォーミング抑制剤を吹き込むこと
   を特徴とする請求項（１）記載の低硫黄溶銑の製造方法
   。