JPH07216425A

JPH07216425A - 溶融鉄合金の製造方法

Info

Publication number: JPH07216425A
Application number: JP1192394A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Katayama; 裕之片山; Yoji Idemoto; 庸司出本; Mitsutaka Matsuo; 充高松尾
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】炭材および酸素の原単位を少なくし、同時に
耐火物損耗を少なくすると共に、スクラップ溶解の生産
性を向上させた溶融鉄合金を製造する方法を提供する。【構成】ガスを上底吹きできる転炉状の容器を用い
て、溶融物を非酸化性ガスで底吹き攪拌し、酸素ガスを
上吹きし、スラグ層でメタル浴表面と酸素ガスの接触を
抑制しながら、固体鉄原料と炭材を加えて溶融鉄合金を
製造する方法に際して、炭材中の固体炭素濃度（％Ｆ
Ｃ）、炭材中の揮発分濃度（％ＶＭ）、および固体鉄原
料中の酸素濃度（％Ｏ）の間、並びに排ガスの容積成分
であるＣＯ、ＣＯ₂の間に次の式を満足する操業を行
う。更に加えて溶融スラグ層の温度を溶融鉄合金の温度
（Ｔｍ）＋５０℃以下とし、雰囲気温度は１６５０℃以
下に調整する操業を行う。（％ＦＣ）／［（％ＶＭ）＋（％Ｏ）］≧８
… （１）（％ＣＯ₂）／［（％ＣＯ）＋（％ＣＯ₂）］≧０．８
５ … （２）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は上底吹きできる転炉状の
容器を用いてスクラップ原料より溶融鉄合金を製造する
方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炉内に装入した火種に着
火した後、上底吹き吹錬の際に炉上方から熱源としての
炭材を投入しながら溶解・精錬する方法が提案されてい
る。また、既に特許出願人が提案した特開平２−１４１
５１１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３５０ｋｇ
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
ラグトン当たり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転炉においては、吹込みガス流に
よる炭材の炉外への飛散ロスが大きく、そのために鋼ス
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、また上吹き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ＣＯ₂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、まだ、２次燃焼率が充分でなく、また燃焼
率を上げようとすると、耐火物の損耗が激しくなるとい
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、炭材および酸素の原単位を少なくし、同時に耐火
物損耗量を少なくするという、両者を十分満足させ、か
つ、スクラップ溶解の生産性を向上させた溶融鉄合金を
製造する方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転炉状の容器を用いて、溶
融物を非酸化性ガスで底吹き攪拌し、酸素ガスを上吹き
し、スラグ層でメタル浴表面と酸素ガスの接触を抑制し
ながら、固体鉄原料と炭材を加えて溶融鉄合金を製造す
るに際して、炭材中の固定炭素濃度（％ＦＣ）、炭材中
の揮発分濃度（％ＶＭ）、および固体鉄原料中の酸素濃
度（％Ｏ）の間、並びに排ガスの容積成分であるＣＯ、
ＣＯ₂の間に下記式を満足する操業を行うことを特徴と
する溶融鉄合金の製造方法。（％ＦＣ）／［（％ＶＭ）＋（％Ｏ）］≧８ …… （１）（％ＣＯ₂）／［（％ＣＯ）＋（％ＣＯ₂）］≧０．８５ …… （２）

【０００６】（２）ガスを上底吹きできる転炉状の容器
を用いて、溶融物を非酸化性ガスで底吹き攪拌し、酸素
ガスを上吹きし、スラグ層でメタル浴表面と酸素ガスの
接触を抑制しながら、固体鉄原料と炭材を加えて溶融鉄
合金を製造するに際して、炭材中の固定炭素濃度（％Ｆ
Ｃ）、炭材中の揮発分濃度（％ＶＭ）、および固体鉄原
料中の酸素濃度（％Ｏ）の間、並びに排ガスの容積成分
であるＣＯ、ＣＯ₂の間に下記式を満足し、かつ、溶融
スラグ層の温度を溶融鉄合金の温度（Ｔｍ）＋５０℃以
下とし、雰囲気温度は１６５０℃以下に調整する操業を
行うことを特徴とする溶融鉄合金の製造方法。（％ＦＣ）／［（％ＶＭ）＋（％Ｏ）］≧８ …… （１）（％ＣＯ₂）／［（％ＣＯ）＋（％ＣＯ₂）］≧０．８５ …… （２）（３）（２）記載の雰囲気温度を調整する方法が炉内空
間への（％ＣＯ₂）＋（％Ｎ₂）≧８０％のガス吹き込
みであることを特徴とする溶融鉄合金の製造方法であ
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
使用する反応容器の概念図である。図１に示すように、
反応容器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
酸素ガスを溶融鉄合金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Ｎ ₂など
の攪拌ガス８によって溶融鉄合金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、非酸化性ガスで溶融鉄合金を酸化しないよう
なガスを言い、例えばＮ₂ガスを用いる。もし、仮に酸
化性ガスを吹き込むと、溶融鉄合金中の炭素を酸化して
ＣＯガスを発生させる。この酸化された炭素を補うよう
に炭材の中の固定炭素が溶解する。これは、結果的には
石炭原単位を下げると同時に、耐火物損耗量の増加を抑
えるという本発明の目的を著しく阻害するからである。

【００１０】本発明で言う固体鉄原料とは鉄スクラップ
や鉄鉱石で、鉄鉱石にも鉄と酸素の比率が種々のものが
あり、また、スクラップも、炉に装入する時点では一部
が酸化物になっているものもあり、本発明では全体とし
て鉄と酸素の割合が重要であって鉄原料中の酸素濃度
（Ｏ％）で示される。また、炭材としてはコークスや石
炭などを意味し、これらはＪＩＳで固定炭素分（％Ｆ
Ｃ）、揮発分（％ＶＭ）の分析方法が規定されている。
本発明においては、炭材のこの２つの分析値が重要であ
る。溶融鉄合金とは鉄を主成分として炭素を５％以下含
有する溶融物を言う。さらには、排ガスとは反応容器に
つながる煙道におけるガスを指し、実質的には反応容器
内のガスに近い成分をもっている。

【００１１】通常、２次燃焼率は（％ＣＯ₂）／（％Ｃ
Ｏ＋％ＣＯ₂）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。一方、２次燃焼
率を上げようとすれば排ガス温度が高くなり過ぎて耐火
物損耗が増加する。これに対して発明者らは、燃焼と耐
火物損耗の関係を実験的に研究することによって一旦、
ＣＯや水素、炭化水素のようにガス状になったものを燃
焼する場合と、固定炭素分を直接に燃焼する場合で、２
次燃焼率とガス温度（耐火物損耗）の関係が異なること
を見出したものである。

【００１２】固定炭素の比率が増えると、同じ２次燃焼
率でも、ガス温度が低くなる。その理由はガス状になっ
たものを燃焼する場合には燃焼後、主として輻射によっ
て熱が伝えられるので、多量の熱を伝えるためにはガス
温度を上げる必要があるのに対し、固定炭素の場合には
直接ＣＯ₂まで燃焼して、その熱がコークスを介して効
果的にスラグ層へ、その後スラグ層内の粒鉄を介して溶
融金属に伝えられるようにすれば、発生熱のうち固体鉄
原料の溶解に使われる比率が多くなって、ガス温度が過
度に上げることが抑制されるためである。

【００１３】本発明の操業条件ではＣＯや水素、炭化水
素のようにガス状になったものの燃焼と、固定炭素の燃
焼の量の割合について、パラメーター（％ＦＣ）／
［（％ＶＭ）＋（％Ｏ）］によって表される。このパラ
メーターと耐火物損耗速度（スラグに溶け込んだ耐火物
の量を指数表示している）の関係は、図２のように表さ
れる。すなわち、図２は（％ＦＣ）／（％ＶＭ）＋（％
Ｏ）と耐火物損耗量との関係を示す図である。この図に
よれば、耐火物損耗を抑制するためには、（％ＦＣ）／［（％ＶＭ）＋（％Ｏ）］≧８ …… （１）という条件を満足する必要がある。この条件は使用する
固体鉄原料の（％Ｏ）及び炭材の（％ＶＭ）、（％Ｆ
Ｃ）の組合せを調整することによって実現できる。

【００１４】一方、２次燃焼率は前述のように、高いほ
ど、これまで一般に排ガス温度が高くなり、耐火物損耗
量が増え易いことが知られていたが、前記（１）式の条
件を満足する場合について実験的に調べてみた結果を図
３に示す。すなわち、図３は（％ＣＯ₂）／（％ＣＯ）
＋（％ＣＯ₂）と耐火物損耗量との関係を示す図であ
る。この図より明らかなように、（％ＣＯ₂）／［（％ＣＯ）＋（％ＣＯ₂）］≧０．８５ … （２）の場合には、耐火物損耗量が減少することが判る。この
理由は発生ガスが酸素ジェットに巻き込まれて燃焼する
ことが耐火物の損耗に影響を及ぼすが、２次燃焼率が高
くなると、この影響の程度が小さくなるからである。２
次燃焼率が（２）式の条件を満足することは、吹酸条件
（吹酸量、ノズル構造）、底吹き条件、スラグ量、炭材
供給条件などの組合せによって調整できる。以上のよう
な操業条件を設定して操業を行い、さらに、各部の温度
を測定して、それが以下の条件を満足するように各種操
業条件を制御すれば、なお、安定して本発明の目的を達
成するとこが出来る。

【００１５】先ず、溶融金属層と溶融スラグ層の温度を
熱電対で測定する。そこで、溶融金属層の温度Ｔｍ、溶
融スラグ層の温度Ｔｓ（℃）とすれば、一般には、Ｔｓ
≧Ｔｍであるが、Ｔｓ−Ｔｍの値と、耐火物損耗速度お
よび炭材原単位の間には、図４のような関係がある。す
なわち、図４はＴｓ−Ｔｍと耐火物損耗速度との関係を
示す図である。本発明が目的とする炭材原単位低減およ
び耐火物損耗量低減のためには、（Ｔｓ−Ｔｍ）≦５０℃ …… （３）であることが必要である。そうでない場合には、スラグ
層から溶融金属への伝熱過程に問題があることを意味し
ており、対応策として底吹き攪拌強さを増加し、同時に
スラグ量を増やすことによって２次燃焼率を下げないで
（３）式の条件を満足させられることにある。

【００１６】さらに、炉内空間部の温度を測定する。ガ
ス空間の温度をメタル層やスラグ層の側温と同様に熱電
対で測定した値を用いるか、あるいはパイロメータで測
定した値を用いる。この測定温度と耐火物損耗速度の間
には図５のような関係がある。すなわち、図５は雰囲気
温度と耐火物損耗速度との関係を示す図である。図５に
示すように耐火物の損耗速度を低く保つためには、温度
を１６５０℃以下にする必要がある。このような温度に
制御するための方法の１つは、炉内にガスを吹き込んで
希釈する方法である。この場合に特に少ないガス量で効
果的に温度を調整する方法はＣＯ₂と窒素の和が８０％
以上のガス、例えば、本発明の工程で発生するガスを冷
却下後のガスを用いるものである。

【００１７】ＣＯ₂と窒素以外に安価に使用できるガス
成分としては酸素、ＣＯ、水素などの可燃ガス類がある
が、それらの和が２０％以下であることが必要である。
何故ならば、もし酸素量が多いとすれば、それがＣＯあ
るいは水素などの可燃ガスを燃焼して温度を上げるので
好ましくない。また、一方、可燃ガス成分が多いと、こ
れが酸素ジェットに巻き込まれて燃焼すると再び耐火物
損耗に悪影響を及ぼすからである。その他のガスとして
はＡｒ、Ｈｅなどの希釈不活性ガスが考えられるがコス
ト面で実用的でない。

【００１８】

【実施例】ＭｇＯ−Ｃ系レンガで内張りした内容積１８
０ｍ³の転炉を用いて、炉底に４本の底吹き羽口を設
け、溶銑中に窒素ガスを１５００Ｎｍ³／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転炉に装入する。スラグを作り、操業を
開始した。上吹きランスから３００００Ｎｍ³／ｈで吹
酸しつつ、固体鉄原料である平均酸素量１．５％の鉄ス
クラップを装入し、溶銑の温度が１３４０〜１４３０℃
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
炭材であるＶＭ１％、ＦＣ８３％のコークスを添加し
た。そのときの（％ＦＣ）／［（％ＶＭ）＋（％Ｏ）］
＝３３．２、および排ガスの分析値はＣＯが８０％、Ｃ
Ｏ₂が８２％、残り窒素で（％ＣＯ ₂）／［（％ＣＯ）
＋（％ＣＯ₂）］＝０．９１に調整した。

【００１９】また、Ｔｍ＝１３７０℃〜１３９０℃、Ｔ
ｓ＝１３９５〜１４１０℃で同時点で測定した（Ｔｓ−
Ｔｍ）は最大で２５℃であり、条件（３）式を満足して
いる。炉内空間には窒素を発生ガスの容量の５％流した
ところ、雰囲気温度は１５９０℃に出来た。排出は最大
存在溶融鉄量の８０％としスラグの９５％を炉内に残し
て再度繰り返し使用した。次ヒートはこれらの工程を繰
り返し行った。この方法によって炭材原単位は１１０ｋ
ｇ／ｔ、耐火物原単位は１．５ｋｇ／ｔ−メタルであっ
た。また、炉内の耐火物の損耗は極めて減少することが
可能となった。

【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、炭材および酸素の原単位を少なくすること
が出来、また、スクラップ溶解の生産性を向上させると
共に、炉内の耐火物の損耗を減少することが出来る等々
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を使用する
反応容器の概念図、

【図２】（％ＦＣ）／（％ＶＭ）＋（％Ｏ）と耐火物損
耗量との関係を示す図、

【図３】（％ＣＯ₂）／（％ＣＯ）＋（％ＣＯ₂）と耐
火物損耗量との関係を示す図、

【図４】Ｔｓ−Ｔｍと耐火物損耗速度との関係を示す
図、

【図５】雰囲気温度と耐火物損耗速度との関係を示す図
である。

【符号の説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスを上底吹きできる転炉状の容器を用
いて、溶融物を非酸化性ガスで底吹き攪拌し、酸素ガス
を上吹きし、スラグ層でメタル浴表面と酸素ガスの接触
を抑制しながら、固体鉄原料と炭材を加えて溶融鉄合金
を製造するに際して、炭材中の固定炭素濃度（％Ｆ
Ｃ）、炭材中の揮発分濃度（％ＶＭ）、および固体鉄原
料中の酸素濃度（％Ｏ）の間、並びに排ガスの容積成分
であるＣＯ、ＣＯ₂の間に下記式を満足する操業を行う
ことを特徴とする溶融鉄合金の製造方法。（％ＦＣ）／［（％ＶＭ）＋（％Ｏ）］≧８ …… （１）（％ＣＯ₂）／［（％ＣＯ）＋（％ＣＯ₂）］≧０．８５ …… （２）
【請求項２】ガスを上底吹きできる転炉状の容器を用
いて、溶融物を非酸化性ガスで底吹き攪拌し、酸素ガス
を上吹きし、スラグ層でメタル浴表面と酸素ガスの接触
を抑制しながら、固体鉄原料と炭材を加えて溶融鉄合金
を製造するに際して、炭材中の固定炭素濃度（％Ｆ
Ｃ）、炭材中の揮発分濃度（％ＶＭ）、および固体鉄原
料中の酸素濃度（％Ｏ）の間、並びに排ガスの容積成分
であるＣＯ、ＣＯ₂の間に下記式を満足し、かつ、溶融
スラグ層の温度を溶融鉄合金の温度（Ｔｍ）＋５０℃以
下とし、雰囲気温度は１６５０℃以下に調整する操業を
行うことを特徴とする溶融鉄合金の製造方法。（％ＦＣ）／［（％ＶＭ）＋（％Ｏ）］≧８ …… （１）（％ＣＯ₂）／［（％ＣＯ）＋（％ＣＯ₂）］≧０．８５ …… （２）
【請求項３】請求項２記載の雰囲気温度を調整する方
法が炉内空間への（％ＣＯ₂）＋（％Ｎ₂）≧８０％の
ガス吹き込みであることを特徴とする溶融鉄合金の製造
方法。