JPH0438815B2

JPH0438815B2 -

Info

Publication number: JPH0438815B2
Application number: JP1437188A
Authority: JP
Priority date: 1988-01-27
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1992-06-25
Also published as: JPH01191726A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、炭素物質を用いて、固体鉄源を溶解
する際、反応容器から発生する排ガスの組成変化
によつて固体鉄源の溶解状況判定を行なう方法に
関する。

（従来の技術）従来、転炉によりスクラツプ、型銑などの固体
鉄源を石炭、コークスなどの炭素物質の然焼熱に
より溶解する場合、固体物質の溶解状況を把握す
る方法としては、(1)一定時間の溶解精錬後、精錬
を一時中断し、転炉を傾動させて炉内を肉眼で観
察する方法あるいは(2)特開昭62−207814号公報に
示されるように、転炉底吹き羽口に金属浴と非接
触で浴温を検出する放射温度計を設置し、検出温
度の変化率によりスクラツプ溶解の状況を把握す
る等が知られている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、前記(1)の方法は、精錬を中断し、炉を
傾動させる必要があり、精錬時間の延長、熱損失
が大など操業、コスト上の問題がある。

又、(2)の方法では、酸素のみの底吹き羽口の場
合は有効であるが、本発明が対象とする炭素物質
と酸素を底吹きする羽口の場合は、微粒の炭素物
質に遮られて、羽口の転炉外先端から炉内を透視
することが困難なため、測定温度の信頼性が乏し
い。

（課題を解決するための手段）本発明は、前記の状況に鑑みなされたものであ
り、固体鉄源の溶解時、転炉内からの排ガスの成
分、CO、CO₂、O₂の濃度変化から固体鉄源の溶
解状況を判定するものである。

以下本発明を詳細に説明する。

固体鉄源、例えばスクラツプ、型銑を溶解する
場合、まず、炭素の酸化発熱はスクラツプ、型銑
の予熱に消費される。更に炭素物質の酸化発熱に
より、スクラツプ、型銑はその融点に達し溶解が
開始する。

詳細には、先に型銑が溶解し、大部分のスクラ
ツプは溶鉄中に浸漬したスクラツプ表面と溶鉄の
界面での浸炭（Ｃ源は、熱源として添加している
炭素物質）と同時に溶解が進行してゆく。

つまり型銑、スクラツプなどの固体鉄源は、溶
融点が主にその含有Ｃ量に依存するため、含量Ｃ
量が高い鉄源から融解が始まる。溶鉄と型銑、ス
クラツプが共存する間、炭素物質の酸化発熱分
は、型銑、スクラツプの溶解に消費されるため、
溶け出した溶鉄の温度は略一定である。従つて、
完全に型銑、スクラツプが溶解するまでは恒温操
業である。

さらに溶解が進行し型銑、スクラツプが完全に
消失した後の吹酸状態では、溶鉄の脱炭が進行し
溶銑温度は急激に上昇し始め、炉内雰囲気、排ガ
ス温度も平行して上昇する。

上記の変化に対応する溶鉄と排ガス温度の経時
変化を第２図に示す。

型銑、スクラツプ溶解中に、排ガス温度は緩や
かに上昇するが、それらが完全に溶解した後は、
溶鉄、排ガス温度は共に急激に上昇する。

一方、排ガス組成は、冶金反応から一般に次の
ように考えられている。

固体炭素Ｃ(S)はまず、(1)式の反応を起こす。

Ｃ(S)＋1/20₂→CO(g) ……(1)式発生したCOは、(2)式に示す反応によりCO₂と
なる。

CO＋1/20₂→CO₂ ……(2)式そしてこの時、 ΔG゜＝−67500＋20.75T ……(3)式の発熱反応を伴なう。Ｔは、温度である。

この発熱量は、熱力学上、次の関係を有する。

Kp＝exp（−ΔG゜／RT）＝P_CO2／P_CO（P_O2）^1/2＝ｆ(T)
……(4)式 Kpは平衡定数値、Ｒは定数、Ｔは温度、P_COは
COのガス圧、P_O2はO₂の圧力、P_CO2はCO₂の圧力
を示す。

即ち、P_CO、P_O2、P_CO2は温度Ｔの関数で整理さ
れる。

一方、 P_CO＋P_CO2＋P_O2＝１気圧 ……(5)式の関係があるので、P_O2を決定してやれば、(4)、
(5)式から P_CO2／P_COの比、つまりCO₂、COの濃度比が温
度Ｔの関数として決定される。

このことと前述の固体鉄源の予熱中、溶解中、
溶解終了後、各々において、雰囲気、溶鉄の温度
が変化するために、その結果として、排ガス組成
は、特徴的に変化する。

尚、転炉々口より空気が混入され、かつ排ガス
組成を炉口以後の場所で検知する場合には、排ガ
ス中にN₂が含まれるので、上記(5)式の代替とし
て下記(6)式を用いると良い。

P_CO＋P_CO2＋P_O2＋P_N2＝１気圧 ……(6)式しかし、N₂ガスの混入による影響はCO、
CO₂、O₂濃度の絶対値が減少するだけであり、
CO、CO₂、N₂各々のガス比は変化しないので、
温度の変化によるCO、CO₂の特徴的な変化は十
分に検知することができる。

尚、ここで排ガス中には、H₂、NOx、SOx、
S₂、CS等が含有されるが微量であること、ある
いは無視しても排ガス組成変化の特徴は変わらな
いので、考慮する必要はない。

第１図に、型銑、スクラツプなどの固体鉄源
100％から（種湯なし）溶解精錬をした場合の排
ガス組成中のCO、CO₂、O₂の濃度変化を示す。
固体鉄源の予熱及び溶解が進行している間は、
CO₂濃度が50％以上と高く、CO濃度は10％以下
である。時間の経過と共にCO₂濃度は低下し、
CO濃度は徐々に増加してくる。

２時間経過後からガス組成は急激に変化し、
COとCO₂の濃度は逆転し、CO濃度が60％以上
CO₂濃度が10％以下となる。このガス組成が特徴
的に変化領域を、型銑、スクラツプなどの溶解終
了時期としてみなすことができる。

ここで、各ガス成分の合計が100％にならない
分は主として、N₂ガスと考えられる。N₂ガスは
転炉底吹きノズルの保護ガスとして用いられたも
のである。

溶解終了時間は、固体鉄源のサイズ、量に強く
依存しており、型銑のように高Ｃ含有物質は溶解
が速く、また予め予熱されていたスクラツプ、型
銑などは溶解が早い。但し炉外で予熱する場合に
は、ハンドリング上の問題から約800℃が最高温
度である。

以上のように、排ガス組成の成分は、固体鉄源
の各段階における溶解挙動を特徴的に示してお
り、溶解判定に利用することができる。

（実施例）転炉内に、生石灰1.0tと軽焼ドロマイト1.5tを
床敷した上に、4tのコークスを添加し、32tの型
銑を装入した。さらにその上に約2tのコークスを
添加し、型銑をコークスではさむ添加方式をとつ
た。

上部メインランスから、5000Nm³／hrで吹酸を
開始すると同時に、底吹き三重管ノズルからN₂
＝1400Nm³／hr、O₂＝400Nm³／hr及び最外管か
らLPG40Nm³／hr本の条件で吹き込んだ。

上記条件で約60分吹錬した後、コークス約1tを
上方から添加すると共に、底吹きノズルから石炭
粉を吹込ながら上吹きランスからの吹酸速度を
8000Nm³／hrに増加した。

上記条件で約55分間溶解精錬をした。

精錬中の吹酸条件と排ガス組成変化を第３図に
示す。

精錬開始時約５％のCO濃度は精錬経過と共に
増加し、60分で約10％となつた。60分付近から型
銑の溶解が始まつている。その後、徐々にCO濃
度が増加し、100分過ぎから急激にCO濃度が増加
し、110分後にCO濃度は約30％に到達し、CO₂濃
度より絶対値が大きくなつた。そして115分後に
吹錬を終了した。

終了後、確認の為に転炉を傾動し炉内を観察し
た結果、炉壁、炉底にも未溶解の型銑は皆無であ
り、32t全量完全に溶解している事を確認した。

炉内溶鉄をサンプリング後分析した結果、Ｃ＝
3.8％、Ｓ＝0.028％、Ｐ＝0.051％、Mn＝0.40％
であり、温度は1386℃であつた。完全溶解を確認
後、さらにスクラツプを20t添加し、さらに底吹
きノズルから石炭粉を添加し、通常のスクラツプ
溶解精錬が安定して行なわれた。

（発明の効果）以上のように排ガス組成により、型銑溶解終了
が可能となつた為、従来、未溶解型銑、スクラツ
プの確認の為に２〜３度吹錬を中断していた方法
に比較すると、約10〜20分溶解精錬が短縮され、
溶銑温度20〜30℃のロスを防止できるようになつ
た。

尚、廃ガス組成変化は、ボイラー型あるいは非
燃焼回収型転炉であつても、一般的に既設の装置
であることから、既存の転炉を活用して固体鉄源
の溶解精錬を行なう場合に、新たな投資を必要と
しない点も大きなメリツトと言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明図表、第２図は、排ガス
温度の状況の説明図表、第３図は、本発明実施例
の説明図表である。

Claims

【特許請求の範囲】

１固体鉄源を反応容器内で、炭素物質を熱源と
して溶解する方法において、反応容器からの排ガ
ス中COとCO₂の比率が逆転する時点を、溶解終
了時と判定することを特徴とする固体鉄源の溶解
状況判定法。