JPH07207324A - スクラップを原料とした溶融鉄の成分調整法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硫黄を含む炭材を燃料としてスクラップ溶解
を行い硫黄の低い溶融鉄を得ること、およびダストやス
ラグなどの発生物を安定な形にできて環境にも悪影響を
及ぼさない、スクラップを溶解して得た溶融鉄の成分調
整法を提供する。 【構成】 冶金炉から溶融鉄を排出する前に、スラグの
Ｔ．Ｆを０．８％以下に下げる第１工程、溶融鉄の排出
時に溶融鉄ｔ当たり１０〜４０ｋｇのスラグを排出し、
スラグと溶融鉄と分離して系外に出す第２工程、冶金炉
内の溶融鉄に生石灰を加えて脱硫する第３工程、脱硫処
理後の溶融鉄を脱炭して溶鋼を得る第４工程を連続的に
行うこと、更には脱硫スラグ及び／又は冶金炉から発生
するダストを冶金炉にリサイクルして、これらを使用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は上底吹き可能な冶金炉を
用いてスクラップを原料とした溶融鉄の成分調整法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、資源、環境問題から、スクラップ
などの固体金属原料をリサイクル使用して、効率的に溶
融金属を製造することが技術課題となって来ている。そ
の金属スクラップの種類は種々のものがあるが、発生量
の多い鉄鋼スクラップを用いて溶融鉄を得る方法とし
て、従来は殆ど電気炉で行われて来た。しかし、電気炉
の場合は、スクラップの溶解・精錬に多くの電力を消費
するため、わが国のように電力価格が著しく高い国では
コストアップとして好ましくない。そこで、電気炉によ
らずに経済的にスクラップを溶解・精錬する方法とし
て、高送酸能力を有する転炉の余剰生産能力を利用して
安価な炭材を用いたスクラップの溶解・精錬方法が検討
されるようになって来た。

【０００３】このような状況の中で、一般的には既存の
上底吹きの複合吹錬転炉を利用することで設備増を控え
ると共に、スクラップと一緒に炭材を炉内に装入し、酸
素ガスを上吹きして溶解・精錬する方法が提案されてい
る。また、既に特許出願人らが提案した特開平２−１４
１５１１号公報のように、溶融物をガス攪拌できる反応
容器を用いて、溶融スラグ量を溶銑トン当たり３５０ｋ
ｇ以上とし、かつ硫黄含有量が０．４０％以上の石炭を
用いて反応容器内に存在する遊離の固定炭素の量を溶融
スラグｔ当たり１７ｋｇ以上に保って、上吹き吹酸する
鋼スクラップの溶解法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た上底吹きの複合吹錬においては、吹込みガス流による
炭材の炉外への飛散ロスが大きく、そのためにスクラッ
プの溶解熱源を安価な炭材に求める便益が十分に生かさ
れないという問題がある。この問題は炭材としての石炭
を使用する場合に著しく、また上吹Ｏ₂ 量の増加に伴っ
てダスト発生量も増加する。また、既に提案した特開平
２−１４１５１１号公報のように、上底吹きの複合吹錬
転炉を使用してスクラップの溶解を実施する際、多量の
溶融スラグが存在する状態で上吹き吹酸することから溶
銑は溶融スラグによって上吹き酸素や反応容器内のＣＯ
₂ ガスと遮断され、溶銑中のＣの酸化が防止されて高い
二次燃焼率が得られることとダストの発生量を抑え溶銑
の歩留りを上げることが出来る方法であるが、しかし、
通常の石炭を用いて、ダストをリサイクルすると、溶銑
中の硫黄濃度が高く、また、ダスト及びスラグなどの発
生物による環境に悪影響を及ぼすという問題が残されて
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述したような問題を解
消し、硫黄を含む炭材を燃料としてスクラップ溶解を行
い硫黄の低い溶融鉄を得ること、およびダストやスラグ
などの発生物を安定な形にできて環境にも悪影響を及ぼ
さない、スクラップを溶解して得た溶融鉄の成分調整法
を提供することにある。その発明の要旨とするところ
は、 （１）ガスを上底吹きできる冶金炉で、高濃度の酸素含
有ガスを用い、炭材が燃焼した時に発生する熱によりス
クラップを溶解して溶融鉄を得る際に、冶金炉から溶融
鉄を排出する前にスラグのＴ．Ｆｅを０．８％以下に下
げる第１工程、溶融鉄の排出時に溶融鉄ｔ当たり１０〜
４０ｋｇのスラグを排出し、スラグを溶融鉄と分離して
系外に出す第２工程、溶融鉄に生石灰を加えて脱硫する
第３工程、脱硫処理後の溶融鉄を脱炭して溶鋼を得る第
４工程を連続的に行うことを特徴とするスクラップを原
料とした溶融鉄の成分調整法。

【０００６】（２）（１）において、第３工程で脱硫し
て生成した脱硫スラグを第１工程で冶金炉にリサイクル
して、これを使用することを特徴とするスクラップを原
料とした溶融鉄の成分調整法。 （３）（１）において、第３工程で脱硫して生成した脱
硫スラグを第１工程で冶金炉にリサイクルし、かつ冶金
炉から発生するダストを冶金炉にリサイクルしてこれを
使用することを特徴とするスクラップを原料とした溶融
鉄の成分調整法。 （４）（１）において、第３工程で脱硫して生成した脱
硫スラグを第１工程で冶金炉にリサイクルし、かつ冶金
炉から発生するダストを５５０℃以上に加熱して硫黄分
を除去した後、冶金炉にリサイクルして、これを使用す
ることを特徴とするスクラップを原料とした溶融鉄の成
分調整法にある。

【０００７】以下、本発明について図面に従って詳細に
説明する。図１は本発明に係るスクラップ溶解吹錬法を
使用する溶解炉の概念図である。図１に示すように、溶
解炉１は耐火物２で内張りされた、例えば転炉で、酸素
上吹ランス３を備えている。酸素上吹ランス３から酸素
ガスを溶融鉄５上の溶融スラグ４に吹き付ける。石炭や
コークスなどの炭材６及びスクラップ７を上方から投入
して炉内の溶融スラグ４上に装入される。これらの炭材
の燃焼発生ガスを有効に溶融スラグに伝えるために、炉
底からは底吹きガスによる、例えばＮ₂ 、ＣＯ、炭酸ガ
スなどの攪拌ガス８によって溶融鉄を攪拌して良好な伝
熱を行うことを目的とする。

【０００８】

【作用】このように転炉の上方から酸素上吹ランスを通
して吹き込まれるのは酸素ガスである。この酸素ガスは
高濃度の酸素含有ガスであり、純酸素ガス、或いは７０
％以上の酸素を含む比較的純度の低い酸素ガス、或いは
純酸素ガスと空気、窒素のような希釈ガスの混合物で、
酸素濃度を７０％以上のものを言う。このような酸素ガ
スを溶融スラグ４の上から供給するものや、斜め上方よ
り吹いても良い。なお、複数の穴から酸素を供給すると
きは１部は微粉炭バーナーを利用することも可能であ
る。炭材及び造滓材並びにスクラップは主として上方よ
り投入される。この場合スクラップ投入は、予熱されな
いもの、予熱されたものを連続的投入ないしは間欠装入
のいずれを組合わせて、適宜分割して装入する。

【０００９】そして、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攪拌す
る効果があり、伝熱進行に必要である。この底吹きガス
としては、前述したように、Ｎ₂ ，ＣＯ，ＣＯ₂ 、アル
ゴンなどの１種ないしは２種以上の混合ガスを用いられ
る。この工程において、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酸すると、鉄
のダクト発生量が多くなり、かつ、二次燃焼率が低下し
て本発明の目的を著しく阻害するからである。また、底
吹きガス量が増える程溶融金属の乱れが激しくなるの
で、必要な遮断を行うための必要スラグ量も増える。一
方、溶融スラグ量の増加は二次燃焼率も向上させる作用
を有する。

【００１０】この理由は溶融スラグ量が少ないと、上吹
き酸素が溶銑に吹き付けて溶銑中のＣとＯ＋Ｃ→ＣＯの
如くに反応してＣＯガスを発生させ、また、転炉中で生
成したＣＯ₂ ガスも上吹き酸素に巻き込まれて溶銑に吹
き付けられ、溶銑中のＣとＯ＋Ｃ→ＣＯの如くに反応し
てＣＯガスを多量発生させることによるものと考えられ
る。溶融スラグが多いと、溶銑は溶融スラグによって上
吹き酸素や転炉内のＣＯ₂ ガスと遮断されるか、この遮
断によって溶銑中のＣの酸化が防止されて高い二次燃焼
率が得られると考えられる。

【００１１】この２次燃焼率とは（ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ）／
（ＣＯ＋ＣＯ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ＋Ｈ₂ ）×１００％で定義さ
れ、高い程、酸素供給速度当たり、或いは排ガス量当た
りの発生熱量が増加するので設備の生産性が増加するの
で有利である。なお、２次燃焼率の調整は、酸素供給条
件と炭材量の組合せによって行うことが出来る。以上の
如く、本発明では従来の鋼スクラップの溶解法と異な
り、多量の溶融スラグがある状態で上吹き吹酸するが、
この多量の溶融スラグは造滓材等を用いて格別に生成さ
せる必要はなく、出滓に際して残留させて、この残留せ
しめた溶融スラグを次のチャージの種スラグとして用い
ると、溶融スラグは継続して使用できるため、簡易にか
つ安価に確保できる。

【００１２】而して、本発明におけるスクラップ溶解に
おいて、通常得られる硫黄を含んだ炭材を用いて行う場
合、脱炭工程に送る溶融鉄の硫黄濃度を低くするため
に、スクラップ溶解炉から溶融鉄を出す前に、スラグの
Ｔ．Ｆｅを０．８％以下に下げてスラグと溶融鉄間の硫
黄分配比（スラグの硫黄濃度／溶融鉄の硫黄濃度）を高
めるものである。スラグのＴ．Ｆｅを０．８％越えると
硫黄分配比を十分大きくすることが出来ないのでスラグ
脱硫力が小さい。また、スラグの色が黒いので排出スラ
グの商品価値がさがり、スラグとして利用出来ない。た
だ、溶解時はＴ．Ｆｅが０．９％以上である方が効果的
に溶解できるので高い条件で行い、その後出湯前に炉内
のコークス量を増して酸化鉄の還元を進めるという操作
を行って、Ｔ．Ｆｅを０．８％以下に抑えるものであ
る。

【００１３】次に、溶融鉄の排出時に溶融鉄ｔ当たり１
０〜４０ｋｇのスラグを排出し、溶融鉄と分離して系外
に出すことにより、その分だけ硫黄は系外に出される。
スラグ量の出す量が４０ｋｇを越えると脱硫には有利で
あるが、スラグ発生量が増えて環境上好ましくない。ま
た、１０ｋｇ未満では脱硫力が不十分である。従って溶
融鉄を出す時のスラグ量は溶融鉄ｔ当たり１０〜４０ｋ
ｇとする。次いで、炉外での効率的な脱硫及びスラグの
安定化を図るために、例えば、保持・脱硫炉にてフレッ
シュな生石灰を加えて溶融鉄のＣが３％以上含む状態で
脱硫を行う。引き続いて脱炭炉、例えば転炉に装入して
溶鋼を得る。

【００１４】一方、ダストの処理としては、溶解炉にお
いて主として炭材の不純物として持ち込まれた硫黄分の
大半は気化してダストに移行するので、このダストを溶
解炉に直接戻して処理する方法と、ダストを炉外で酸化
性雰囲気で加熱して、Ｓ＋Ｏ₂ ＝ＳＯ₂ として硫黄分を
減少させてから溶解炉に戻して処理する方法とがある。

【００１５】図２は本発明に係る処理フローを示す図で
ある。図２（Ａ）に示すように、溶解炉内で溶融された
溶融鉄は保持・脱硫炉に送られ、生石灰によって、脱硫
された溶融鉄は脱炭炉である転炉にて溶鋼を得る、図２
（Ｂ）は保持・脱硫炉内で脱硫された後の脱硫スラグは
溶解炉にリサイクル使用する工程を示す。図２（Ｃ）は
溶解炉で発生したダストを溶解炉にリサイクル使用する
と共に、保持・脱硫炉内で発生した脱硫スラグを溶解炉
にリサイクル使用する工程を示す。

【００１６】

【実施例】

実施例１ マグネシア−カーボンレンガで内張りした内容積１８０
ｍ³ の溶解炉を用いて、炉底に４本の底吹き羽口を設
け、溶銑中に窒素ガスを１４００Ｎｍ³ ／ｈ吹き込むよ
うな炉を使用して、先ずスクラップのバーナー溶解によ
り溶融金属（溶銑）を作るか、或いは他の炉で溶かした
溶融金属５０ｔ溶解炉に装入する。スラグを作り、操業
を開始した。上吹きランスから２５０００Ｎｍ³ ／ｈで
吹酸しつつ、鋼スクラップを装入し溶銑の温度が１３４
０〜１４３０℃の範囲内になるように供給速度を調整し
つつ装入し全部で７０ｔの鋼スクラップを装入した。そ
して吹酸しつつコークス（固定炭素：８２％、Ｓ：０．
０４％、ＳｉＯ₂ ：８％）を添加した。また、溶解炉内
には常にスラグ量３５〜５０ｔの間になるようにした。
一方、溶解炉にＣａＯを溶融鉄ｔ当たり１０ｋｇ投入し
てスラグ塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ＝１．２に保持し、ス
ラグの硫黄分１．２％、スラグのＴ．Ｆｅ＝１．０〜
１．５％（スクラップ溶解中）及び出湯前のスラグＴ．
Ｆｅ＝０．６％とし、溶融鉄のＣ濃度は４．０％、Ｓは
０．０３％であった。このときの二次燃焼率は９０％で
あり、溶融鉄と一緒に出したスラグ量は溶融鉄ｔ当たり
２０ｋｇ、１回の溶融鉄量は１８０ｔ出湯した。引続
き、溶解炉から出た溶融鉄を保持して脱炭炉に送るため
の時間調整を行うための、保持・脱硫炉において、誘導
電力により加熱しながら、窒素ガスと共に生石灰の粉を
溶融鉄ｔ当たり１０ｋｇを吹込み、溶融鉄中の硫黄を
０．００９％迄低下させた。次いで処理後の溶融鉄を転
炉で酸素を吹いてＣ０．０５％、Ｓ０．００８％の鋼を
得た。

【００１７】実施例２ 実施例１と同一溶解炉を使用して、スラグ塩基度ＣａＯ
／ＳｉＯ₂ ＝１．３に保持し、スラグの硫黄１．５％、
スラグのＴ．Ｆｅ＝１．０〜１．５％（スクラップ溶解
中）及び出湯前のスラグＴ．Ｆｅ＝０．６％とし、溶融
鉄のＣ濃度は４．０％、Ｓは０．０３％であった。この
ときの二次燃焼率は９０％であり、溶融鉄と一緒に出し
たスラグ量は溶融鉄ｔ当たり２０ｋｇ、１回の溶融鉄量
は１８０ｔ出湯した。引続き、溶解炉から出た溶融鉄を
保持して脱炭炉に送るための時間調整を行うための、保
持・脱硫炉において、誘導電力により加熱しながら、窒
素ガスと共に生石灰の粉を溶融鉄ｔ当たり１０ｋｇを吹
込み、溶融鉄中の硫黄を０．０１０％迄低下させた。一
方、この保持・脱硫炉より発生したスラグを溶解炉にリ
サイクル使用した。次いで処理後の溶融鉄を転炉で酸素
を吹いてＣ０．０５％、Ｓ０．００９％の鋼を得た。

【００１８】実施例３ 実施例１と同一溶解炉を使用して、溶解炉にＣａＯを溶
融鉄ｔ当たり１５ｋｇ投入してスラグ塩基度ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ₂ ＝１．３に保持し、スラグの硫黄分１．７％、ス
ラグのＴ．Ｆｅ＝１．０〜１．５％（スクラップ溶解
中）及び出湯前のスラグＴ．Ｆｅ＝０．５％とし、溶融
鉄のＣ濃度は３．９％、Ｓは０．０４％であった。この
ときの二次燃焼率は９０％であり、溶融鉄と一緒に出し
たスラグ量は溶融鉄ｔ当たり２５ｋｇ、１回の溶融鉄量
は１８０ｔ出湯した。このとき溶解炉より発生するダス
トはＴ．Ｆｅ：３５％、Ｃ：３４％、Ｔ．Ｓ：３％、
Ｔ．Ｚｎ：３％であり、この溶解炉発生のダストを溶解
炉にリサイクル使用した。引続き、溶解炉から出た溶融
鉄を保持して脱炭炉に送るための時間調整を行うため
の、保持・脱硫炉において、誘導電力により加熱しなが
ら、窒素ガスと共に生石灰の粉を溶融鉄ｔ当たり１２ｋ
ｇを吹込み、溶融鉄中の硫黄を０．０１１％迄低下させ
た。一方、この保持・脱硫炉より発生したスラグを溶解
炉にリサイクル使用した。次いで処理後の溶融鉄を転炉
で酸素を吹いてＣ０．０７％、Ｓ０．０１０％の鋼を得
た。

【００１９】実施例４ 実施例１と同一溶解炉を使用して、スラグ塩基度ＣａＯ
／ＳｉＯ₂ ＝１．３に保持し、スラグの硫黄１．５％、
スラグのＴ．Ｆｅ＝１．０〜１．５％（スクラップ溶解
中）及び出湯前のスラグＴ．Ｆｅ＝０．５％とし、溶融
鉄のＣ濃度は３．９％、Ｓは０．０３％であった。この
ときの二次燃焼率は９０％であり、溶融鉄と一緒に出し
たスラグ量は溶融鉄ｔ当たり２５ｋｇ、１回の溶融鉄量
は１８０ｔ出湯した。このとき、溶解炉より発生するダ
ストはＴ．Ｆｅ：３３％、Ｃ：３３％、Ｔ．Ｓ：３％、
Ｔ．Ｚｎ：７％であり、この溶解炉発生のダストをロー
タリーキルンで６００℃に加熱した後の残査はＴ．Ｆ
ｅ：６７％、Ｔ．Ｓ：１％、Ｔ．Ｚｎ：１％であり、こ
れを溶解炉にリサイクル使用した。引続き、溶解炉から
出た溶融鉄を保持して脱炭炉に送るための時間調整を行
うための、保持・脱硫炉において、誘導電力により加熱
しながら、窒素ガスと共に生石灰の粉を溶融鉄ｔ当たり
１２ｋｇを吹込み、溶融鉄中の硫黄を０．００９％迄低
下させた。一方、この保持・脱硫炉より発生したスラグ
を溶解炉にリサイクル使用した。次いで処理後の溶融鉄
を転炉で酸素を吹いてＣ０．０６％、Ｓ０．００９％の
鋼を得た。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明を実施するこ
とによって、安価に入手出来る硫黄を含む炭材を燃料と
してスクラップ溶解によって、硫黄の低い溶融鉄を得る
ことが可能となり、また、ダストやスラグ等の発生物を
安定な形にできて、環境的にも全く悪影響を及ぼさない
工業上極めて優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスクラップ溶解吹錬法に使用する
反応容器の概念図、

【図２】本発明に係る処理フローを示す図である。

【符号の説明】

１ 溶解炉 ２ 耐火物 ３ 酸素上吹ランス ４ 溶融スラグ ５ 溶融鉄 ６ 炭材 ７ スクラップ ８ 攪拌ガス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスを上底吹きできる冶金炉で、高濃度
   の酸素含有ガスを用い、炭材が燃焼した時に発生する熱
   によりスクラップを溶解して溶融鉄を得る際に、冶金炉
   から溶融鉄を排出する前にスラグのＴ．Ｆｅを０．８％
   以下に下げる第１工程、溶融鉄の排出時に溶融鉄ｔ当た
   り１０〜４０ｋｇのスラグを排出し、スラグを溶融鉄と
   分離して系外に出す第２工程、溶融鉄に生石灰を加えて
   脱硫する第３工程、脱硫処理後の溶融鉄を脱炭して溶鋼
   を得る第４工程を連続的に行うことを特徴とするスクラ
   ップを原料とした溶融鉄の成分調整法。
2. 【請求項２】 請求項１において、第３工程で脱硫して
   生成した脱硫スラグを第１工程で冶金炉にリサイクルし
   て、これを使用することを特徴とするスクラップを原料
   とした溶融鉄の成分調整法。
3. 【請求項３】 請求項１において、第３工程で脱硫して
   生成した脱硫スラグを第１工程で冶金炉にリサイクル
   し、かつ冶金炉から発生するダストを冶金炉にリサイク
   ルして、これを使用することを特徴とするスクラップを
   原料とした溶融鉄の成分調整法。
4. 【請求項４】 請求項１において、第３工程で脱硫して
   生成した脱硫スラグを第１工程で冶金炉にリサイクル
   し、かつ冶金炉から発生するダストを５５０℃以上に加
   熱して硫黄分を除去した後、冶金炉にリサイクルして、
   これを使用することを特徴とするスクラップを原料とし
   た溶融鉄の成分調整法。