JPH10237518A

JPH10237518A - 溶銑の製造方法

Info

Publication number: JPH10237518A
Application number: JP4250897A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Ito; 義起伊藤; Hiroaki Ishida; 博章石田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】筒型炉を用いて充填層方式で溶銑を製造する際
に、溶銑中炭素濃度のバラツキを少なくし、目標値に制
御する。【解決手段】先ず炉底と一次羽口の間に媒溶剤を含むコ
ークスを装入する。これを、炉底羽口からの支燃性ガス
と燃料吹き込みにより加熱し、この間のカーボン消費の
補填も考慮して、目標とする溶銑中炭素濃度に対応する
所定の層高のベッドコークスを形成する。続けて、スク
ラップおよび追加コークスを順次装入して溶解操作を開
始したら、排ガス分析値をもとに、カーボンの物質収
支、炉断面積およびコークスの嵩比重からベッドコーク
スの層高を推定する。この値が所定の層高となるように
コークスの装入量を調整して、溶銑中炭素濃度を目標値
に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクラップを鉄源
とし、筒型炉を用いて溶銑を製造するに際して、溶銑中
の炭素濃度を所定の値に制御する溶銑の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、銑鉄の大部分は高炉によって製造
されている。高炉製銑法はその歴史も古く銑鉄の大量生
産技術としてはほぼ完成されたものと言える。

【０００３】しかし、高炉製銑法では、鉄源として焼結
鉱、燃料として高品質のコークスが必要であり、使用可
能な原燃料に制約を受けること、また設備の停止、再起
動が容易にはできず、鋼材需要の変動に対する生産量調
整の柔軟性に欠けることなどの欠点がある。

【０００４】最近、鉄の消費の増加にともなって、市中
から発生するスクラップが増大している。従来より、市
中で発生するスクラップの大部分は電気炉製鋼法の鉄源
として使用されてきた。しかし、需給のバランスが崩
れ、現在はスクラップ供給過剰の状態となっており、こ
れをいかに利用するかが課題となっている。

【０００５】今まで行われてきた、全量スクラップ配合
で電気炉において鋼を溶解、生産する方式は、生産コス
トが高炉−転炉法による場合よりも相当高くなってしま
うという事情があり、好ましい方法とは言えない。

【０００６】スクラップを、高炉の鉄源として活用する
ことも考えられるが、高炉設備の制約上、実際にはスク
ラップはサイズが大き過ぎて適さない。高炉で使うため
には、小サイズに切断する必要があり、そのためにはコ
ストがかかって工業的利用には適さない。

【０００７】そこで、本出願人は、上記の問題点を解決
することができる、スクラップを使用し溶銑を製造する
新たな装置および方法の発明を、特開平１−２９０７１
１号公報および特開平３−１５０３０９号公報に開示し
た。

【０００８】これらの発明では、図１に模式的に示すよ
うな転炉型式の筒型炉１を用いる。この筒型炉１は、炉
上部に炉内発生ガスの排出と原料装入用の開口部２、炉
壁下部に支燃性ガスと必要に応じて燃料とを吹き込む一
次羽口３、その上部炉壁に支燃性ガスを吹き込む二次羽
口４、炉底に出銑排滓口５を備えている。

【０００９】上記筒型炉１を用いて溶銑を製造するに
は、まず炉内下部にコークス充填層６Ａを、その上にス
クラップと鉄鉱石の充填層７Ａを形成させる。そして下
部のコークス充填層６Ａに一次羽口３から支燃性ガスを
吹き込んでＣＯガスを発生させ、その反応発熱によって
コークス充填層６Ａを高温に保つ。

【００１０】発生したＣＯガスはスクラップと鉄鉱石の
充填層７Ａ内で二次羽口４から吹き込まれた支燃性ガス
と反応（二次燃焼）してＣＯ₂ ガスとなる。この反応発
熱はスクラップおよび鉄鉱石の加熱、還元および溶融に
利用される。

【００１１】溶融した鉄鉱石（溶融酸化鉄）は、下部の
コークス充填層６Ａに滴下して高温のコークスと反応し
て溶融鉄に還元され、またスクラップも溶解される。こ
の結果、溶銑とスラグの混合層８が得られる。

【００１２】以上のように、本出願人らが先に開示し
た、上記溶銑の製造方法によれば、転炉形式の筒型炉で
スクラップから熱効率よく溶銑を製造できる。

【００１３】しかし、この方法で得られる溶銑は、高炉
法に比べると、炭素濃度に大きなバラツキが発生すると
いう欠点がある。高炉法では、原料装入から出銑まで約
８時間と長い反応時間の確保が可能なため、炭素は溶銑
に安定に溶解し、一定炭素濃度の溶銑が得られる。これ
に対し、上記の方法では反応時間が約３０分と短いの
で、平衡状態には到達しにくく、実際にはコークス充填
層６Ａ内のコークスと、この層の間隙を滴下してくる溶
銑との接触時間によって溶銑中の炭素濃度が決まる。し
かし、上記方法では、一次羽口から支燃性ガスを直接コ
ークス充填層６Ａ内に吹き込むので、コークス充填層自
体の高さがしばしば変動し、これによって溶銑中炭素濃
度にバラツキが生じてしまい、製鋼工程へ安定した成分
の溶銑を供給することができなくなるという問題が生じ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、筒型
炉を用いて充填層方式で溶銑を製造する際に、溶銑中炭
素濃度を、所定の値に制御することができる溶銑の製造
方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の炭
素濃度を制御する溶銑の製造方法にある。

【００１６】すなわち、上部に炉内ガスの排出と原料装
入用の開口部を、炉壁下部に一次羽口を、その上部炉壁
に二次羽口を、炉底部に炉底羽口と出銑排滓孔を備えた
筒型炉を用い、炉底羽口から支燃性ガスおよび燃料ある
いは不活性ガス、一次羽口から支燃性ガスおよび燃料、
二次羽口から支燃性ガスを吹き込んでコークス、燃料お
よび発生するＣＯガスを燃焼させることにより、スクラ
ップを溶解して溶銑を製造する方法において、炉底と一
次羽口との間に媒溶剤を含むコークスの充填層（ベッド
コークス）を形成させ、このベッドコークス層を所定の
高さに調節することにより溶銑中の炭素濃度を制御す
る。

【００１７】内径１．７ｍ、高さ３．９ｍの円筒炉を用
いて、溶銑中炭素濃度に及ぼす影響因子を検討した結
果、次の知見を得た。

【００１８】溶銑中炭素濃度は、コークス占有空間比、
コークス粒径およびベッドコークス層内通過時間によっ
て影響を受ける。これを浸炭速度式の形で整理すると、
溶銑中炭素濃度は、次の（１）式の通りに表すことがで
きる。

【００１９】Ｃ＝Ｃ₀（１−ｅｘｐ（−（６ε／ｄ_P）・Ｋ_d・ｔ））・・・・・・（１）Ｋ_d：浸炭速度定数（ｍ／ｓ） ε：コークス占有空間比（−）ｄ_P：コークス粒径（ｍ）Ｃ₀：飽和溶解濃度（重量％）Ｃ：溶銑中炭素濃度（重量％）ｔ：ベッドコークス層内通過時間（ｓ）ここで、ｔ＝Ｌ／Ｖ・・・・・・・・・・（２）Ｌ：ベッドコークス層高（ｍ）Ｖ：溶銑滴下速度（ｍ／ｓ）（１）式で整理したように、溶銑中炭素濃度に影響をお
よぼす要因は、ε（コークス占有空間比）、ｄ_P （コー
クス粒径）およびｔ（ベッドコークス層内通過時間）で
あるが、この内、εは媒溶剤との混合比率および嵩比重
からおのずと決まる値であり、またｄ_P はサイズを調整
するのは可能であるがコストがかかるため、いずれも制
御の対象とするのは好ましくない。

【００２０】したがって、残る因子であるｔを調整する
のが、溶銑中炭素濃度を制御するのに適当である。ｔ
は、さらに（２）式のように表され、Ｖ（溶銑滴下速
度）は自由落下なので定数となり、具体的にはＬ（ベッ
ドコークス層高）が制御対象となる。この制御の結果、
溶銑とコークスとの接触時間が適正に調節されて所定の
炭素濃度の溶銑が得られる。

【００２１】以上の効果の一例として、ベッドコークス
高さＬを６００〜２１００ｍｍに変化させたときの溶銑
中炭素濃度とベッドコークス層高の関係を図２に示す。
この結果から、ベッドコークス層高に応じて溶銑中炭素
濃度が変化し、その値は（１）および（２）式であらわ
される浸炭速度式で求められる値とほぼ一致することを
確認した。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明方法を実施するための装置
の構成例および溶銑の製造方法を説明する。

【００２３】図３は、本発明で用いる装置の構成および
原料装入状態の例を示す概略縦断面図である。装置の形
式は筒型炉１であって、上部にガス排出ならびにスクラ
ップ、媒溶剤（生灰石等のＣａＯ含有物など）やコーク
ス装入のための開口部２を有している。また、炉壁下部
に一次羽口３、その上部に二次羽口４、炉底に炉底羽口
９と出銑排滓口５を備えている。

【００２４】本発明方法において、各原料の装入充填お
よび溶解操作は、下記の〜工程で行う。このケース
は、媒溶剤を含むコークス充填層（ベッドコークス）６
Ｂが１層、ベッドコークス以外の媒溶剤を含むコークス
層６Ｃが２層、およびスクラップの充填層７Ｂが２層の
場合である。

【００２５】炉底と一次羽口との間に媒溶剤を含むコ
ークスを装入し、これを炉底羽口からの支燃性ガス（酸
素または酸素を含むガス）と燃料（微粉炭、重油、天然
ガスなどの気体または液体の燃料）の吹き込みにより加
熱し、この加熱の間のカーボンの消費も考慮して所定の
層高のベッドコークス６Ｂを形成する工程。なお加熱終
了後、炉底羽口へのガス吹き込みは、溶銑および溶融ス
ラグによる閉塞を回避するため、不活性ガス（Ａｒな
ど）の少量吹き込みに切り換える。

【００２６】さらに、その上にスクラップの充填層７
Ｂ、次いで媒溶剤を含むコークスの充填層６Ｃ、再びス
クラップの充填層７Ｂ、続けて媒溶剤を含むコークスの
充填層６Ｃを順次所定の層高分積層させる第１回目の装
入工程。スクラップ充填層には、鉄源としての鉄鉱石を
混合させても良い。

【００２７】一次羽口３から支燃性ガス（酸素または
酸素を含むガス）と燃料（微粉炭、重油、天然ガスなど
の固体、気体または液体の燃料）を吹き込み、二次羽口
から支燃性ガス（酸素または酸素を含むガス）を吹き込
んで、発生ガスを炉内で燃焼させ、スクラップを加熱、
溶融して溶銑および溶融スラグの混合物８を製造する溶
融工程。なお、一次および二次羽口からの支燃性ガスお
よび燃料の吹き込みは、図３で示したように、ベッドコ
ークス６Ｂの消費による層高変動を回避するため、ベッ
ドコークスより上方の位置で行う。

【００２８】生成した溶銑と溶融スラグの混合物を出
銑排滓口から排出し、スキンマー（比重差を利用した溶
銑８Ａと溶融スラグ８Ｂの分離装置）１０を経て溶銑と
スラグに分離する出銑工程。

【００２９】連続操業の場合には前記〜の工程を継
続実施する。

【００３０】本発明方法で使用するコークスおよびスク
ラップのサイズや嵩密度にはとくに制限は無く、装置上
装入に差し支えないものであれば良い。

【００３１】積層する媒溶剤を含むコークスの充填層の
層高は、目標とする溶銑中炭素濃度に応じて決める。特
に最下部の媒溶剤を含むコークス充填層（ベッドコーク
ス）６Ｂの層高が重要で、これは（１）式および（２）
式より求める目標とする溶銑中炭素濃度に応じた層高に
調整する。なお、少量ではあるが、同時に層内に混合し
て装入する媒溶剤の体積分も考慮に入れ、この分も補正
して最終的な層高とする。

【００３２】通常、製鋼工程で要望する炭素濃度は、
３．５〜５．０重量％なので、ベッドコークスは、層高
で言えば６００〜２１００ｍｍ程度となる。一方、ベッ
ドコークス以外の媒溶剤を含むコークスの充填層６Ｃの
層高は、スクラップの溶解熱として消費する分と溶銑中
に溶解する炭素の消費分を考慮して決める。スクラップ
の望ましい層高は、スクラップの通常のサイズと筒型炉
における溶解特性から見て２５０〜７００ｍｍなので、
これと対応するベッドコークス以外の媒溶剤とコークス
の層高は１５０〜４００ｍｍとするのが望ましい。

【００３３】なお、操業を行う上で充填層の積層数に特
に制限は無いが、実際上は筒型炉の高さや装入装置の作
動速度によって制約をうけて積層数が決まる。

【００３４】本発明方法の実施に際しては、二次羽口を
複数段配置しても良い。さらに、一次羽口の水平方向で
の配置数は、炉内の温度の均一性を保つ上で円周方向に
等間隔に４〜６本（羽口と羽口との間の配置角度で６０
〜９０度）とするのが望ましい。二次羽口の水平方向で
の配置数は、同様の理由で６〜８本（羽口と羽口との間
の配置角度で４５〜６０度）とするのが望ましい。一次
羽口より二次羽口の水平方向の設置本数が多いのは、上
昇してくるＣＯガスを効率よく燃焼させるためである。

【００３５】次に、ベッドコークスの層高の調整方法に
ついて述べる。具体的な手順は以下のａ〜ｅの通りであ
る。

【００３６】ａ．目標となる溶銑中炭素濃度を設定し、
（１）式よりベッドコークス層内の必要通過時間を算出
し、（２）式よりベッドコークス高さＬを求める。その
高さになるように最下部に媒溶剤を含むコークス充填層
を形成させる。

【００３７】ｂ．いったん炉口まで原料を充填してスク
ラップ溶解を開始したら、排ガス分析を始め排ガス中の
窒素濃度より開口部２より巻き込んだ空気量を計算す
る。

【００３８】ｃ．排ガス中ＣＯ₂ 濃度から巻き込み空気
中酸素と炉内から発生するＣＯガスが燃焼する分を差し
引けば、炉内から発生するＣＯ₂ 量が計算でき炉内での
炭素消費量が求まる。

【００３９】ｄ．炉内での炭素消費量から一次羽口に吹
き込む燃料中の炭素分を差し引いてコークスの消費量を
もとめる。

【００４０】ｅ．炉内でのコークスの消費量と溶銑中に
溶解する炭素に対応するコークス量を合算して、次回の
媒溶剤を含むコークスの充填層の装入量とする。

【００４１】以上の方法により、溶銑中炭素濃度を３．
０〜５．０重量％の範囲に制御する事ができる。

【００４２】

【実施例】

（本発明例）図３に示す装置構成の筒型炉（直径１．７
ｍ、炉底から炉口までの高さ３．９ｍ、内容積７．６ｍ
³ の転炉型炉）を用い、次に示す条件で溶銑の製造試験
を行った。なお、目標とする溶銑中の炭素濃度は、４．
５重量％とした。

【００４３】 1.製造目標溶銑量：１０ｔｏｎ／ｈ 2.使用原燃料：鉄源・・・・スクラップ（鉄分９９重量％）コークス（組成は表１の通り）媒溶剤・・・・生石灰（ＣａＯ分９２重量％）燃料・・・・微粉炭（組成は表１の通り）支燃性ガス・・・・酸素パージ用不活性ガス・・・・Ａｒ

【００４４】

【表１】

【００４５】 3.設備仕様：一次羽口・・・・炉底から１．２ｍの高さの炉側壁に、９０度間隔で４本設置二次羽口・・・・炉底から２．２ｍの高さの炉側壁に６０度間隔で６本設置炉底羽口・・・・炉底の半径１／２の同芯円上に、１８０度間隔で２本設置出銑排滓口・・・・炉底中心に設置先ず、前記の（１）と（２）式により、目標炭素濃度
４．５重量％に対して必要なベッドコークスの層高をコ
ークス単味で算出し１．５０ｍとした。

【００４６】次に、算出した層高さに相当する分だけ炉
底と一次羽口の間に媒溶剤を含むコークスを装入し、こ
れを炉底羽口からの酸素（１２００Ｎｍ³ ／ｈ）と微粉
炭（０．４ｔ／ｈ）の吹き込みにより、１０００℃まで
３時間加熱した。この加熱の間にカーボンの一部が消費
するので、このコークス消費分の補填と、さらに一緒に
混合装入する媒溶剤の体積分も考慮して、最終的にベッ
ドコークスを層高で総量１．５３ｍ分装入した。層高の
確認は、炉上部からサウンディング（検尺装置）で行っ
た。加熱完了後は、炉底羽口からの吹き込みをＡｒガス
（４０Ｎｍ³ ／ｈ）に切り換えた。

【００４７】次に、スクラップ充填層（層高０．６ｍ）
と媒溶剤を含むコークス充填層（層高０．３５ｍ）を交
互に２層づつ積層した。

【００４８】炉内に所定の原料を充填した後、一次羽口
から酸素（１５００Ｎｍ³ ／ｈ）と微粉炭（８００ｋｇ
／ｈ）を吹き込んだ。同時に二次羽口からも酸素（３０
０Ｎｍ³／ｈ）を吹き込んでスクラップを溶解した。

【００４９】スクラップ溶解に伴う炉内充填原料の減容
にあわせて、新たにスクラップと媒溶剤を含むコークス
の装入を交互に続け、連続操業を行った。継続して装入
する原料の内、コークスはベースの層高である０．３５
ｍを基準に、カーボンバランスに基づき都度適正層高に
調整した。

【００５０】（比較例）カーボンバランスに基づきコー
クスの装入量を調整し、ベッドコークスの高さを制御す
ることを除いて、その他は本発明例と同じ条件で溶銑の
製造を行った。

【００５１】図４に、連続操業中に実施したサンプリン
グの溶銑中炭素濃度の経時変化を、本発明例と比較例に
ついて示す。ベッドコークスを所定の層高に一定に保つ
本発明例は、目標とする溶銑中炭素濃度を安定して得ら
れることが明らかである。

【００５２】

【発明の効果】発明の方法によれば、ベッドコークスを
所定の層高さに保持することにより、設定した溶銑中炭
素濃度を得ることができ、製鋼工程に安定した炭素濃度
の溶銑を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法のスクラップを溶解する筒状炉の概略縦
断面図の一例である。

【図２】溶銑中炭素濃度におよぼすベッドコークス高さ
の影響を示す図である。

【図３】本発明方法で用いる装置の構成および原料装入
方法を示す概略縦断面の一例である。

【図４】本発明例と比較例の溶銑中炭素濃度の経時変化
を示した図である。

【符号の簡単な説明】

１：筒型炉、２：開口部、３：一次羽口、４：二次羽口、５：出銑排滓口、 6A：コークスの充填層、 6B：媒溶剤を含むコークスの充填層（ベッドコーク
ス）、 6C：媒溶剤を含むコークスの充填層、 7A：スクラップと鉄鉱石の充填層、 7B：スクラップの充填層、８：溶銑と溶融スラグの混合物、 8A：溶銑、 8B：溶融スラグ、９：炉底羽口、 10：スキンマー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口
部、炉壁下部に一次羽口、その上部炉壁に二次羽口およ
び炉底部に炉底羽口と出銑排滓孔を備えた筒型炉を用い
て溶銑を製造する方法において、炉底部と一次羽口との
間に充填する媒溶剤を含むコークス層（ベッドコーク
ス）の高さにより溶銑中の炭素濃度を制御することを特
徴とする溶銑の製造方法。