JPH0873916A - 竪型炉を用いた鉄スクラップの溶解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炉下部に送風羽口を配設した竪型炉による鉄ス
クラップの溶解プロセスにおいて、溶鉄中の炭素濃度を
必要最低限の濃度とし、粉粒状炭材を多量に使用した場
合でも溶鉄中への加炭量を抑制し、出銑温度の低下を防
止し、系外への粉粒状炭材の逸散を防止する。 【構成】竪型炉１の炉頂より鉄スクラップ２とコークス
３と石灰石を連続的に装入しつつ、送風羽口４から酸素
富化空気１４を溶鉄プール６の表面に吹きつけるよう
に、下向きに送風する。微粉炭１１は微粉炭吹き込み羽
口７から溶銑プール６中に吹き込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー利用効率の
高い鉄スクラップの溶解方法に係わり、溶鉄中の炭素濃
度を必要最低限の濃度とし、かつ好ましくは炭材として
粉粒状のコークスあるいは石炭などを積極的に使用する
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄スクラップの発生量の増加に伴
い、鉄スクラップのリサイクルが環境保全や製鋼コスト
低減の観点から注目されている。従来、製鋼用の鉄源と
しては、鉄鉱石を高炉で溶融還元して得た溶銑、あるい
はこれを冷却、凝固させた冷銑に加えて、鉄鋼材料の加
工や建築物や機械製品等の老朽化に伴い発生する鉄スク
ラップ等がある。これらの鉄源を製鋼段階で使用するに
際して、溶銑や冷銑の場合は、鉄鉱石を溶融還元するの
に多大のエネルギーを必要とするのみならず、鉄鉱石、
石炭等の原料の事前処理と焼結炉、コ−クス炉、高炉や
転炉といった大規模な設備投資を必要とする。

【０００３】これに対して、鉄スクラップを鉄源として
使用する場合は鉄鉱石と比較して還元熱分だけエネルギ
ー使用量を少なくできること、原料の事前処理を簡略化
できること等により大規模な設備、装置が不要であると
いった利点を有する。しかし、鉄スクラップを鉄源とし
て使用する場合でもアーク式電気炉や誘導溶解炉といっ
た電気エネルギーを使用する鉄スクラップ溶解法は、発
電時のエネルギー変換効率が約３５％と低いことを考慮
するとエネルギー使用量の点で不利となる。

【０００４】それに対し、鉄スクラップを鉄源として使
用する方法として炉下部に送風羽口を配設した竪型炉に
よる鉄スクラップの溶解方法は、鉄スクラップの直接使
用による上記利点を享受することができるばかりでな
く、炉の特性上、すなわち竪型炉であるために炭材燃焼
排ガスの顕熱をスクラップや炭材の予熱に用いることが
できるため、炉から排出される排ガス温度を低位にする
ことが可能となり、スクラップ溶解炉としての熱効率を
向上し、エネルギー使用量の点で有利なプロセスとな
る。

【０００５】このような炉下部に送風羽口を配設した竪
型炉による鉄スクラップの溶解プロセスにおいては溶解
した溶鉄中への加炭は意図的に実施する場合を除き無意
味である。特に後工程において竪型炉から得られた溶銑
を転炉などを用いて脱炭し溶鋼を得る場合には脱炭負荷
を軽減する意味からも竪型炉から得られる溶鉄中の炭素
濃度を必要最低限の濃度とすることが必要である。

【０００６】また、コスト面での利点をさらに拡大する
方法として、より安価な粉粒状の炭材を多量に使用する
ことが望ましい。例えばより安価な炭材を使用する竪型
炉による鉄スクラップ溶解方法としては［新日本鋳鍛造
協会：キュポラ（１９８５）］に見られるように送風羽
口を介して炉内に粉粒状炭材を供給する方法がある。し
かし、この方法では送風羽口を介して粉粒状炭材を炉内
に吹き込むため、送風羽口を介して炉内に供給された粉
粒状炭材の大部分は１次送風空気により炉内送風羽口吹
込出口以降で燃焼する。そして残りの未燃焼の粉粒状炭
材は、（ａ）溶鉄中の加炭に消費されたり、あるいは
（ｂ）排ガスと共に炉体上方に持ち込まれ２次送風空気
などにより燃焼、消費される。

【０００７】それゆえ、このような方法では、特に粉粒
状炭材の供給速度を増加させた場合には、粉粒状炭材が
未燃焼状態で炉を吹き抜ける状況となり、未燃焼の粉粒
状炭材の割合が増加する。その結果、 （イ）溶鉄中への加炭量の増加が増加しこれに伴って溶
銑温度が低下する （ロ）系外への未燃逸散量が増加する等の問題点があっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するものであって、炉下部に送風羽口を配設し
た竪型炉による鉄スクラップの溶解プロセスにおいて
（１）竪型炉から得られる溶鉄中の炭素濃度を必要最低
限の濃度とし、（２）安価な炭材、すなわち粉コークス
や微粉炭のような粉粒状炭材を多量に使用した場合でも
溶鉄中への加炭量を抑制することができ、これによっ
て、溶銑温度の低下を防止・制御できると共に、（３）
系外への未燃粉粒状炭材の逸散を防止できる、方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために開発されたもので、炉下部に送風羽口を
配設した竪型炉を用いて鉄スクラップを溶解し溶鉄を製
造するに当り、前記送風羽口からの送風を炉底の溶鉄プ
ール表面に吹付け、脱炭することにより溶鉄を加熱する
ことを特徴とする竪型炉を用いた鉄スクラップの溶解方
法である。

【００１０】上記方法において、鉄源である鉄スクラッ
プの全部と熱源である炭材の大部分を竪型炉炉頂より炉
内へ装入すると共に、炭材の一部を粉粒状として炉底部
の溶鉄プール中に搬送ガスと共に吹き込むと好適であ
り、さらに、この場合、粉粒状の炭材を溶鉄プールの下
方又は側方から炉底部の溶鉄プール中に吹き込むとよ
い。

【００１１】

【作用】発明者らは、炉下部に送風羽口を配設した竪型
炉を用いて、低炭素濃度の溶鉄の溶製、及び粉粒状炭材
の積極的使用、という本発明の課題を達成する鉄スクラ
ップの溶解方法について広範に実験・検討した結果、 （ａ）送風羽口を図１、図２に示すように、下向きに傾
斜させて配設し、送風される空気あるいは酸素富化空気
が溶鉄プール表面に吹きつけるようにすると、送風され
る空気あるいは酸素富化空気中の酸素と溶鉄プール中の
炭素との反応、すなわち脱炭反応を促進できること、及
びこの脱炭反応が発熱反応であるため溶鉄プール中の炭
素濃度の低減と溶鉄温度の高温保持とを併せて制御する
ことができる。

【００１２】（ｂ）さらにより安価な粉粒状の炭材を多
量に使用する方法として、例えば、図１や図２に示すよ
うに、炉底、あるいは炉底側壁に設置した粉粒状炭材吹
き込み羽口を介して粉粒状炭材を溶鉄プール中に吹き込
むようにすると、粉粒状炭材と溶鉄との直接接触が可能
となるため、粉粒状炭材中炭素の溶鉄プール中への溶解
が促進されること、及び溶解しきれずに浮上した粉粒状
炭材は、溶鉄プール上に形成されるＦｅＯを含有するス
ラグの還元に使用することができ、スラグ層を離脱して
炉内上方に飛散する粉粒状炭材を極力防止できること、
さらに、溶鉄プール表面に吹きつけた酸素により溶鉄プ
ール中の炭素を効率よく酸化除去するので、溶鉄中の炭
素量が飽和することなく従って吹き込まれた粉粒状炭材
中炭素の溶鉄中への溶解速度の低下を防止し、粉粒状炭
材中炭素を高歩留りで溶鉄プール中に移行させることが
でき、かつ上記（ａ）の送風羽口との組み合わせによ
り、溶鉄プール中の炭素濃度を適正に維持し、溶鉄温度
を高温に保つことができる。

【００１３】（ｃ）この場合、竪型炉内の塊状炭材は溶
鉄プール上に浮いており、また下向きに吹き込まれた羽
口からの送風空気あるいは酸素富化空気により形成され
るレ−スウエイ状の空間が溶鉄プール上に形成され、溶
鉄プールには酸化領域と還元領域が空間的に区分されて
形成されことになり、その比率、脱炭・加炭速度によっ
て出湯される溶鉄中の炭素濃度を調整することができ
る。

【００１４】本発明は、以上の知見に基づくものであ
る。すなわち、炉下部に設けた送風羽口を図１又は図２
に示すように、下向きに傾斜させて設置し、送風される
空気あるいは酸素富化空気を竪型炉内に形成させた溶鉄
プール表面に吹きつける。送風される空気あるいは酸素
富化空気中の酸素による溶鉄プール中炭素の脱炭反応と
この反応による発熱により、竪型炉内溶鉄プール中に吹
き込まれた粉粒状炭材に起因した溶鉄プール中の炭素濃
度の増加とこれによる溶鉄温度の低下を解消することが
できる。また、この作用により溶鉄中の炭素濃度が飽和
しないので、溶鉄プール中に吹き込まれる粉粒状炭材中
炭素の溶鉄プールへの溶解歩留りの低下を防止すること
ができる。

【００１５】また、粉粒状炭材の竪型炉内への供給を、
従来実施されているような送風羽口を介して行う方法に
代えて、竪型炉内に形成させた溶鉄プール中に炉底部、
あるいは炉底側壁部に設置した粉粒状炭材吹き込み羽口
を介して吹き込み、送風羽口を図１又は図２に示すよう
に下向きに傾斜させて設置して送風することにより、吹
き込まれた粉粒状炭材と溶鉄との接触が促進され、かつ
溶鉄プ−ル表面での脱炭と溶鉄プール中への加炭が逐次
反応として進行することになり、炉体下部における粉粒
状炭材の有効利用割合が増加するとともに、溶鉄中の炭
素濃度を上昇させない。また、炉体上方に排ガスと共に
飛散する粉粒状炭材も大幅に減少させることができる。

【００１６】以上に示した本発明の作用は、粉粒状炭材
の吹き込み量を増加させた場合により有効となる。すな
わち粉粒状炭材は送風羽口から吹込むと未燃で吹き抜け
る傾向があること、吹き込み量を増加させた場合には燃
焼性がさらに低下することを考慮した場合、本発明では
粉粒状炭材を一旦溶鉄中に溶解させた後、燃焼させるも
のであり、これによって粉粒状炭材の燃焼率を向上させ
ることができる。このことは、本発明者らの検討の結果
明らかになったものである。

【００１７】以上、送風羽口の送風方向と粉粒状炭材の
竪型炉内への供給方法の改善により、炭素含有濃度の低
い溶鉄を得ることができ、粉粒状炭材の有するエネルギ
ーを鉄スクラップの溶解に効率良く利用でき、熱効率を
向上できるのみならずト−タルプロセスのエネルギーコ
ストを低減し、経済的な鉄スクラップの溶解を実現する
ことができる。

【００１８】

【実施例】図１および図２は、本発明の実施に用いた竪
型鉄スクラップ溶解炉の模式図である。図１および図２
において、竪型炉１の炉頂より、装入原料である鉄スク
ラップ２と炭材としてのコークス３、さらに石灰石を連
続的に装入しつつ、竪型炉１の炉体下部に設置した送風
羽口４から酸素富化空気１４を送風して、鉄スクラップ
を溶解して溶鉄９を製造する。

【００１９】また、出銑孔５の出側に設置したスラグ分
離機構８により、出銑孔５から流出する溶銑９とスラグ
１０とを分離できるようにすると共に、竪型炉１の炉底
部に溶鉄プール６を形成するようにしてある。さらに、
炉体下部に設置した微粉炭吹き込み羽口７より、微粉炭
１１を溶鉄プール６中に吹き込むための粉体吹き込み装
置１２を併設してある。

【００２０】本発明において、微粉炭吹き込み羽口７
は、図１に示すように、炉底部に設置した場合と図２に
示すように炉底側壁部に設置した場合の２水準を設定し
た。送風羽口４は、図１および図２に示した本発明にお
いては、送風羽口４の中心線が溶鉄プール６の表面と交
わるように、下向きに傾斜させて設置した。なお、送風
羽口４の設置本数は６本、設置角度は下向き２５度とし
た。

【００２１】本発明の実施に際して、竪型炉１として３
ｔ／ｈの能力を有するキュポラを用いて３０ｔの鉄スク
ラップを溶解した。キュポラで使用した鉄スクラップ２
としては、サイズが２５〜１５０ｍｍのシュレッダー屑
であり、コークス３としては、サイズが２５〜７５ｍｍ
の高炉用コークスを使用した。

【００２２】（実施例１）操業条件としては、送風羽口
４から空気を４０Ｎｍ³ ／ｍｉｎ、酸素を０．８Ｎｍ³
／ｍｉｎの割合での供給を基本とした。また、炭材とし
ては全て高炉コ−クスを使用し、得られる溶鉄９の温度
が１４５０℃±１０℃となるように炉頂からの高炉コ−
クスの装入量を調整した。

【００２３】以上の実施例における操業の結果、コ−ク
ス原単位で１０２ｋｇ／ｔ、得られた溶鉄９の平均炭素
濃度は２．１％であった。 （実施例２）操業方法としては、上記の実施例１と同様
であるが、炉頂からの高炉コ−クスの装入量に加えて炉
底部、あるいは炉底側壁部に設置した微粉炭吹き込み羽
口７からの微粉炭の吹き込みを実施した。

【００２４】以上の実施例における操業の結果、コーク
ス原単位で６６ｋｇ／ｔ、微粉炭原単位で４４ｋｇ／
ｔ、すなわち合計の炭材原単位として１１０ｋｇ／ｔで
あった。得られた溶鉄９の平均炭素濃度は２．３％であ
った。また、微粉炭吹き込み羽口７を炉底部に設置した
場合と、炉底側壁部に設置した場合とで、有意差は認め
られなかった。

【００２５】さらに、排ガス中のダストを採取し、分析
したところ、ダスト濃度は２．２ｇ／Ｎｍ³ であり、ダ
スト中の炭素濃度は２４％であった。 （比較例１）比較として、上記実施例１と同様の操業方
法に従い、図３に示すように送風羽口４の設置角度を水
平として操業を行った。また、炭材としては全て高炉コ
−クスを使用した。

【００２６】この結果、コ−クス原単位で１１０ｋｇ／
ｔ、得られた溶鉄９の平均炭素濃度は２．６％であっ
た。 （比較例２）また比較として、上記の実施例２と同様の
操業方法に従い、図３に示すように、送風羽口４の設置
角度を水平とし、微粉炭１１の吹き込みをこの送風羽口
４から行った。

【００２７】この結果、コークス原単位で１０２ｋｇ／
ｔ、微粉炭原単位で１４ｋｇ／ｔ、すなわち合計の炭材
原単位として１１６ｋｇ／ｔであった。得られた溶鉄９
の平均炭素濃度は２．８％であった。また、排ガス中の
ダストを採取し、分析したところ、ダスト濃度は３．８
ｇ／Ｎｍ³ であり、ダスト中の炭素濃度は５１％であっ
た。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、竪型炉を用いて鉄スク
ラップの溶解を行うに際して、粉粒状炭材を竪型炉内の
溶鉄プール中に供給すると共に、羽口からの送風を溶鉄
プール表面に吹きつけることによって、粉粒状炭材の有
するエネルギーを鉄スクラップの溶解に効率良く利用す
ることができ、熱効率が向上し、粉粒状炭材の使用量を
増加できることからエネルギーコストを低減し、経済的
な鉄スクラップの溶解が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用した竪型鉄スクラップ溶解
炉の模式図である。

【図２】本発明の実施に使用した別の竪型鉄スクラップ
溶解炉の模式図である。

【図３】従来の竪型鉄スクラップ溶解炉の模式図であ
る。

【符号の説明】

１ 竪型炉 ２ 鉄スクラップ ３ コークス ４ 送風羽口 ５ 出銑孔 ６ 溶鉄プール ７ 微粉炭吹き込み羽口 ８ スラグ分離機構 ９ 溶鉄 １０ スラグ １１ 微粉炭 １２ 粉体吹き込み装置 １３ 搬送ガス １４ 酸素富化空気

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉下部に送風羽口を配設した竪型炉を用
   いて鉄スクラップを溶解し溶鉄を製造するに当り、前記
   送風羽口からの送風を炉底の溶鉄プール表面に吹付け、
   脱炭することにより溶鉄を加熱することを特徴とする竪
   型炉を用いた鉄スクラップの溶解方法。
2. 【請求項２】 鉄源である鉄スクラップの全部と熱源で
   ある炭材の大部分を竪型炉炉頂より炉内へ装入すると共
   に、炭材の一部を粉粒状として炉底部の溶鉄プール中に
   搬送ガスと共に吹き込むことを特徴とする請求項１記載
   の竪型炉を用いた鉄スクラップの溶解方法。
3. 【請求項３】 粉粒状の炭材を溶鉄プールの下方又は側
   方から溶鉄プール中に吹き込むことを特徴とする請求項
   ２記載の竪型炉を用いた鉄スクラップの溶解方法。