JPS5944363B2 - リアクタ−製鉄方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、製鋼の前段階としての、スクラップの溶解ｌ
こよる鉄（銑鉄および鋼を含む）の製造を、電力やコー
クスを使用することなく行ない得る方法に関する。

本発明はまた、そのような製鉄方法の実施ｔこ適した装
置にも関する。

鋼、とくに特殊鋼の製造のためのスクラップの溶解には
、通常は電気炉が使用されている。

しかし、電力事情は将来好転の見込みが乏しく、そのコ
ストはひきつづき高騰が避けられないと予測されている
。

石油の需給関係もひっ迫化をたどっており、石油火力ｌ
こよる発電はもとより、石油留分を製鋼に直接使用する
こともまた、不利を免れない。

そこで本発明者らは、電力や石油ｌこ代って、当面はほ
ぼ安定した供給が期待できる石炭、コークス、またはも
つと低級な炭素質材料を利用して製鉄を行なうことを企
図して研究を進めた。

炭素質材料を使用する製銑方法１こは、よく知られてい
るようｌこ、コークスを用いるキュポラが実用されてい
る。

キュポラは設備費が低床で済み、小規模の製銑には適す
るが、生産性は高くない。

また、炉内の通風を確保するためｌこ、コークスが装入
物を支える役割を果さなければならず、強度が高く、か
つ適当なガイズの塊状コークスを必要とする。

これは原料的な制約がある上に、コスト面でも不利であ
る。

本発明では、炭素質材料で装入物を支える方式を捨て、
炭素質材料をスクラップとともに溶鉄中ｔこ直接装入し
、一方、溶湯上ｌこＣＯガスの燃焼の場を用意すること
で、炭素質材料の形状を問わずに使用できるようにした
。

すなわち、本発明のりアクタ−製鉄方法は、リアクター
内Ｉこ上部に空間を残して収容した溶融鉄（以下、「溶
鉄」という）中ｔこスクラップおよび炭素材料を装入し
、溶鉄中ｌこ酸素ガスを吹き込んで溶湯を攪拌するとと
もに、炭素質材料は主としてＣＯまで酸化し、またリア
クター内の溶鉄湯面上の上記空間シこも酸素ガスを吹き
込み、上記ＣＯガスをＣ０２１こまで酸化し、酸化ｌこ
より発生した熱で装入スクラップを溶解し、高温の排ガ
スを装入するスクラップの予熱に利用することを特徴と
する。

上述の製鉄方法の実施に適するリアクター製鉄装置は、
耐火物でライニングされ、下方および上方ｌこそれぞれ
少なくとも１個のガス吹き込み口をそなえ、ガス排出口
および出湯ノズルを有するリアクター、ならびに、この
リアクターのガ゛ス排出口と接続し、スクラップの装入
路であるとともに高山の排ガスとスクラップとの熱交換
を行なうための立型筒状のシャフトから本質的Ｉこ構成
される。

ここで「スクラップ」とは、鉄屑に限らず、鉄屑ｔこ代
えて、または鉄屑とともｔこ、鉄鋼の資源として利用可
能なものを意味し、鉄を主成分とする金属塊や還元鉄な
どを包含する。

以下、図面を参照して本発明のりアクタ−製鉄の代表的
態様を説明する。

本発明のりアクタ−製鉄装置の好ましい態様は、第１図
および第２図Ｉこ示すようｌこ、鋼製殻体２１１こライ
ニング２２を施した横長円筒状のりアクタ−２が、両端
の軸２７を軸受２８１こより支えられ、ギア２９Ａおよ
びピニオン２９Ｂの組み合わせにより、モータ（図示し
てない）の力で水平軸を中心ｌこある角度範囲で傾動可
能ｔこしたものである。

リアクタ−２１こは、前述のようｔこ、下部Ｉこ溶鉄中
への酸素吹き込み口２３、上部ｌこリアクター空間への
酸素吹き込み口２４が設けてあり、また出湯や造滓剤の
投入などのためｌこ、スライディングノス゛ル２６があ
る。

ガ゛ス排出口２５は、シャフト３の下部の横方向部分３
１と、適切な回転角度範囲内で接続する。

シャフト３は円筒状であって、その縦方向部分３２１こ
は、スクラップなどの装入口３３が設けである。

装入されたスクラップ（場合ｔこよっては、さらｌこ石
炭）５がある安息角をもって静止するが、ブツシャ−３
４のような供給手段により押されるときは所望量だけり
アクタ−中ｌこ投入されるよう、横方向部分３１１こ適
当な傾斜を与えておく。

なお、供給手段はスクリューのようなものであってもよ
い。

シャフトの下部ｔこは、装入されたスクラップと高温の
排ガスとを熱交換して予熱を行なう部分ｌこ、酸素また
は空気の吹込みノズル３５を設けておくことが好ましい
。

これにより、排ガス中のＣＯをなるべく完全ｌこ燃焼さ
せれば、その燃焼熱でスクラップの予熱がさらｔこ高度
に行なわれるとともｌこ、排出ガスの処理が容易ｌこな
る。

シャフトの頂部は、除塵などの排ガス処理設備（図示し
てない）に接続している。

操業を開始するときは、まず他の設備たとえば高炉また
はアーク炉ｌこおいて製造された若干の銑鉄または鋼の
溶湯を、種湯としてリアクター２中に装入する。

続いて、スクラップ５および石炭のような炭素質材料を
溶鉄γ中ｔこ投入し、上下の吹き込み口２３および２４
から酸素を吹き込めば、前述のように、まず溶鉄７中で
装入された炭素のＣＯへの酸化が起り、さらｌこ生成し
たＣＯはリアクター上部の空間ｌこおいて、その大部分
がＣＯ２にまで酸化される。

これら酸化反応の発熱ｌこより、装入スクラップが溶解
し、同時ｌこ溶鉄への７７０炭が起る。

力目炭は、ガスの吹き込みｌこよる強制攪拌で、きわめ
て速やかｌこ進行する。

容易ｌこ理解されるように、溶鉄中で起るＣ−＋Ｃ′Ｏ
の酸化ｌこよる発熱は、はぼ完全ｌこ溶湯の温度上昇ｌ
こ役立ち、またリアクター空間ｌこおけるＣＯ−＋ＣＯ
２の反応ｌこよる発熱は、強制攪拌の結果増大した自由
表面積を通して、よく溶湯ｔと吸収される。

炭素質材料は、本発明者らの関心は、前記したようｌこ
、主として石炭ｌこ向けられているが、もつと低級の材
料たとえば黒鉛粉末、レトルトカーボン、煙道ススなと
も使用できる。

もちろん、コークスも好適である。

石炭ｌこしても、コークスをつくれないような低粘結性
のもので足りる。

炭素質材料が塊状で得られるならば、スクラップと混合
してシャフト３を通じて装入することができるが、粉末
状の場合は、排出ガスとの熱交換Ｉこ際して相当量が吹
き飛ばされるおそれがあるので、リアクターＩこ別の吹
込み口（図示してない）を設けて、窒素ガス（爆発限界
外であれば空気でもよい）流などｌこのせて、溶鉄中ｌ
こ吹き込むことができる。

粉末状の材料は、当然に反応速度が高いので、これは推
奨すべき実施態様である。

酸素の吹き込み量（または速度）および炭素質材料の装
入量（または速度）は、操業サイクル条件ｌこ従って、
すなわち種湯の装入量と温度、スクラップの溶解ｌこ要
する熱量、リアクター外部への放射および排出ガスｌこ
より持ち去られる（スクラップとの熱交換ｔこよる回収
ギを考慮して）熱量などを考慮して決定する。

発生する熱量に見合う量のスクラップを投入し、その溶
解が完了したら、さらｌこ装入および吹き込みを続け、
溶鉄の増量をはかる。

装入は、このような断続的な操作に限らす、コントロー
ルが可能な限り、連続的ｌこ行なってもよいことはもち
ろんである。

溶鉄の量が収容し得る限界に達したならば、リアクター
を傾け、スライディングクズルを開いて、適宜のとりべ
に出湯する。

効果的な操業のためｔこは、リアクター中の溶鉄量を内
容積の最大４０％までとする、すなわち６０％以上を空
間として残しておくのが好ましいことが、本発明者らの
経験から明らかｔこなった。

本発明の方法により製造した溶鉄とくに溶銑を鋼に変換
するための、脱炭、脱酸、脱硫および合金元素の添加は
、通常は別の精錬工程において実施する。

しかし、精錬作業の少なくとも一部を、リアクター内で
溶湯上に適切な組成のスラグを形成させて、それｔこ上
り行なうことも可能である。

前述のように、酸素の吹き込みにより溶鉄は激しく攪拌
されているから、スラグによる精錬は、きわめて効果的
に実施できる。

適量の種湯を残して出湯を終ったりアクタ−は再び上述
の操作を繰り返す。

種湯の量は、リアクターの容量や操業条件によっても異
なるが、溶湯最大量のおよそ２０〜８０％が適当である
。

本発明のりアクタ−製鉄方法は、電力や石油を使用しな
いで製銑を行なう従来技術の代表であるキュポラ法と比
較するとき、次のような利点がある。

まず、溶解熱源として、塊状のコークスを使う必要がな
いから、原料面での制約が少ない。

次に、Ｃ−＋ＣＯの発熱を溶湯に効孝よくとり込むこと
ができ、さらにＣＯの大部分をＣＯ２にまで燃焼させ、
あわせて多量の熱を発生できる。

この熱は、ガスの吹き込みｌこよる攪拌で溶湯の自由表
面積が増えるから、容易に溶湯に移行する。

排出ガスは装入すべきスクラップと熱交換するから、無
駄が少ない。

これらの集積効果は、製造される溶鉄に対する使用炭素
質材料の比ｌこより実証される。

すなわち、後に記す実施例においては、約１３％（Ｃ量
基準）の値が得られ、これは通常の２トンのキュポラに
おける代表的なコークス比的１６％の値よりすぐれてい
る。

より安価な熱源をより少量消費すれば足りるのであるか
ら、本発明に従えばコストが大幅に低減できることはい
うまでもない。

一方、本発明のりアクタ−製鉄装置は、上記の上述の製
鉄方法の諸特徴を生かすようｔこ構成されたものである
。

キュポラでは装入コークスのガイズや強度が安定な操業
にとって重要であるが、本発明の装置は炭素質材料を炉
体の構成部分ｔこ用いないから、炭素質材料の種類が形
状にかかわらず安定な操業が維持できる。

ガスの吹き込みｌこより溶湯の攪拌が高度Ｉこ行なえる
ことと、リアクター上部の空間の存在ｌこよりその場で
ＣＯ−＋００２の燃焼熱が利用できることがあいまって
、溶解および加炭が速やかｔこ行なわれる。

従ってこの装置は、製銑ｌこ用いたときキュポラより高
い生産性をあげることができる。

別体のりアクタ−とシャフトとを組み合わせる構造は、
製作および保守、とくに耐火物の施工などの点で有利で
あり、また取扱上も好都合である。

たとえば、とりべｔこ出湯する代り１こ、リアクターを
溶鉄運搬容器として使用することもできる。

実施例 第１図および第２図ｔこ示したような構造の、内容積Ｌ
５７ｒｒｔのりアククーを製作した。

容積の最大４０％の充填像を予定しているので、このリ
アクターは溶鉄を４．４０トン（密度７．０ ｇ ／ｉ
として）保持できることｌこなる。

これと接続するシャフトは、内径０．５７７１Ｘ高さ３
．５ｍの円筒形である。

リアクター内部をガスバーナーで予熱しておき、アーク
炉で溶製した銑鉄１６００ｋｇを装入した。

浴銑の温度は１４５０℃から１４００℃ｌこ低下した。

はじめの１５分間ｔこ、２．０ ｋｇ ／ｍｌ７１（炭
素置換ｍの速度で石炭を、また１５ｋｇ／ｍｉ！ｔの速
度でスクラップを投入し、リアクター上下釜２個の吹き
出し口から、合計２．４３ Ｎｒｒｉ’／ｍｉｎの速度
で酸素を吹き込んだ。

上記の炭素量は、加炭量２．５％の保持を意図して定め
たものである。

スクラップの溶解を確認し、仄の１５分間ｌこは、石炭
を２．５ｋｇｉｍｙ スクラップをｘ７ｋｇｉｍｖＩ
Ｓ酸素は３．１１ Ｎｒｒｉ：／ｍ１ｔｔにそれぞれ増
量して、溶解を続行した。

７段階の操業で１０５分間経過したとき、溶銑が前記限
界量の４．４トンｌこ達したので、とりべに２．８トン
出銑した。

従って、溶銑は、最初の種湯と同じ１．６トンがりアク
タ−十ｔこ残留したわけである。

以下、同様な段階的操業サイクルをくり返した。

代表的な操業サイクルのデータを、第３図ＡないしＧｌ
こ掲げる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、とも１こ本発明の製鉄装置の操
業中の状況を説明するための図であって、第１図はりア
クタ一部分を縦断面で示したものであり、第２図はりア
クタ一部分を横断面で、またシャフト部分を縦断面で示
したものである。 第３図は、本発明ｔこ従って製銑を行なう場合の一つの
操業パターンを示すグラフであって、Ａは溶銑重量、Ｂ
は石炭装入速度（実線は合計量、点線は７１０炭分）、
Ｃは酸素ガス流量、Ｄはスクラップ装入速度、Ｅは溶銑
中の炭素量、Ｆは排ガス中のＣＯ２／（ＣＯ＋Ｃ０３）
、そしてＧは溶銑温度の、■サイクルの間ｌこおける時
間の経過に伴う変化をそれぞれ示す。 １・・・・・・リアクター製鉄装置、２・・・・・・リ
アクター、３・・・・・・シャフト、５・・・・・・ス
クラップ、７・・・・・・溶鉄。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リアクター内）こ上部ｔこ空間を残して収容した溶
   融鉄（以下、「溶鉄」）中ｌこスクラップおよび炭素質
   材料を装入し、溶鉄中ｌこ酸素ガスを吹き込んで溶湯を
   攪拌するとともに、炭素質材料を主としてＣＯまで酸化
   し、またリアクター内の溶鉄湯面上の上記空間にも酸素
   ガスを吹き込み、上記ＣＯガスをＣ０３ｌこまで酸化し
   、酸化により発生した熱で装入スクラップを溶解し、高
   温の排ガスを装入するスクラップの予熱シこ利用するこ
   とを特徴とするりアクタ−製鉄方法。 ２ 炭素質材料が塊状の石炭またはコークスであり、ス
   クラップと混合して溶鉄中ｔこ装入する特許請求の範囲
   第１項の製鉄方法。 ３ 炭素質材料が粉末状の石炭またはコークスであり、
   窒素ガスまたは空気の流れｌこのせて溶鉄中Ｉこ吹き込
   むことＩこより装入する特許請求の範囲第１項の製鉄方
   法。 ４ 湯面上ｌこスラグを形成させ、スクラップの溶解ｌ
   こより生成した溶鉄の精練をもあわせ行なう特許請求の
   範囲第１項の製鉄方法。 ５ 高温の排ガスで装入するスクラップを予熱するｌこ
   際して、排ガス中ｌこ酸素または空気を吹き込んで未燃
   焼のＣＯガスを燃焼させることを含む特許請求の範囲第
   １項の製鉄方法。 ６ スクラップおよび炭素質材料の装入を連続的または
   断絶的ｌこ行ない、溶鉄量の増大ｔこ伴って吹き込む酸
   素ガス量を増大させ、溶鉄量が所定の値ｌこ達したなら
   ば、次の操業ガイクルｌこ必要な溶鉄を残して出湯する
   操業パターンｌこ従う特許請求の範囲第１項の製鉄方法
   。 γ 耐人物でライニングされ、下方および上方ｌこそれ
   ぞれ少なくとも１個のガス吹き込み口をそなえ、ガス排
   出口および出湯ノズルを有するリアクター、ならびに、
   このリアクターと別体であってそのガス排出口と接続し
   、スクラップの装入路であるとともｌこ高温の排ガスと
   スクラップとの熱交換を行なうための立型筒状のシャフ
   トから本質的に構成されるリアクター製鉄装置。 ８ リアクターが横長の円筒形であって軸を中心に回転
   傾動可能であり、そのガス排出口がシャフト下部と回転
   スライドｔこより接続する構造である特許請求の範囲第
   １項の製鉄装置。 ９ シャフトは円筒状であって、その下部は装入される
   べきスクラップが適宜の安息角をもって静止できる横方
   向の部分を有し、ブツシャ−またはスクリュ一手段Ｉこ
   より所定量のスクラップを断続的または連続的にリアク
   ター中ｌこ装入するように構成した特許請求の範囲第１
   項の製鉄装置。 シャフトの下部ｌこ、スクラップと熱交換する排ガス中
   ｌこ酸素または空気を吹き込むためのノズルをそなえた
   特許請求の範囲第７項の製鉄装置。