JPS6235446B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、炉底に精錬ガスを供給する羽口を備
えた底吹きあるいは上底吹き転炉による製鋼法に
係り、特にスクラツプ等の固形含鉄材料のみを使
用して鋼を溶製する製鋼法に関する。 転炉製鋼においては、主に溶融した鉄源を装入
して鋼を精錬している。この溶融鉄源としては、
一般には高炉からの溶銑、電気炉からの溶融鉄が
使用され、スクラツプなどの固形の鉄源は精錬の
過程で転炉内に投入して吹錬が行なわれている。
しかしながら、通常の吹錬ではある限界以上のス
クラツプ比率での吹錬は困難であつた。それは第
１図に示すように、上吹き転炉１では、高いスク
ラツプ比率で吹錬すると、ランス２から供給され
る酸素ではスクラツプに邪魔されて溶融鉄との反
応が難しくなる。また熱源の補償として炉上より
コークス・石炭などを投入しても、スクラツプの
上で燃焼するだけで溶融鉄には熱が伝わり難く、
極めて熱効率の悪にものとなる。しかしながら、
底吹き羽口を有する転炉では特公昭56−8085号で
知られるように、羽口から微粉炭または粉コーク
スを投入し、溶融鉄の温度を上げてスクラツプを
溶解させる方法がある。この方法を適用すれば、
高いスクラツプ比率においても吹錬が可能とな
る。しかしながら、この方法においても最初のス
タートには溶融鉄源を必要とし、この鉄源として
は前記のように高炉・電気炉等からの溶融鉄源、
または一旦溶融した溶鉄を残しておいて、再び次
の吹錬に使用する方法があるが、高炉・電気炉等
では、このような設備をしていない場合があつた
り、またはこれらの設備の稼動に制約されること
がある。また後者の、溶融鉄を残湯して保持する
場合は、次の吹錬までの時間の制限もあり、両者
ともに融通性がない欠点があつた。 また特公昭56−51207号のように、底吹き転炉
で炉を直立にして羽口から熱源としての液状また
はガス状の燃料と、酸素などの支燃性ガスを供給
して、スクラツプを予熱溶解する方法もあるが、
装入スクラツプにより羽口が塞がれた状態とな
り、溶解に長時間を要することおよび底吹きガス
の吹込みが不均一となり、羽口の溶損が著しくな
る。また羽口にスクラツプが衝突して羽口が変形
したり、炉底れんがにスクラツプが衝突し、炉底
れんがが割れて炉底の損傷を促進し、炉底寿命を
著しく低下させる欠点があつた。さらに、この方
法では、転炉内に融成物が生成されるまでの予熱
過程もしくは予備溶解過程には、底吹きノズルか
ら吹き込まれる含炭物質として、粉末状含炭物質
を用いることは、ノズルを塞ぐスクラツプの存在
により粉末状含炭物質の適切な燃焼が妨げられる
ため、高価な液状含炭物質又はガス状含炭物質を
使用せざるを得ず経済的でない。また、転炉とは
別に、他の炉でスクラツプを溶解して転炉に装入
すると云う方法は、そのための溶解設備を必要と
すること、および転炉に搬送し装入する間の溶湯
温度の降下が大きいと云う不利がある。 本発明は底吹き羽口を有する転炉を使用し、溶
融鉄源を使用することなく、スクラツプのような
固形含鉄材料のみを使用し、しかも前記従来の問
題点を解決した転炉製鋼法を提供するものであつ
て、その要旨は底吹き羽口を有する転炉を水平位
置にまで転倒し、炉腹部に装入された固形含鉄材
料を固形含炭素物質を燃料とする溶解用バーナで
加熱し、羽口を保護した状態で溶解して溶融鉄源
浴を溶製した後、転炉を直立して通常のスクラツ
プ溶解吹錬を行なう製鋼法である。 次に本発明の製鋼方法を詳細に説明する。 底吹き羽口を備えた底吹きあるいは上底吹き転
炉を用いて、鉄源材料の全量を固形状の材料より
出発して吹錬する方法であつて、上記転炉を水平
状態に転倒し、炉口より炉内炉腹部にスクラツプ
のような固形の含鉄材料を所定量装入し、ついで
固形含炭素物質を燃料とする溶解用バーナを炉内
に挿入し、固形含鉄材料を加熱溶解して所定量の
溶融浴を形成する。このようにして、炉内炉腹部
に溶融浴を形成した後、必要に応じて１回ないし
複数回に分けて、固形含鉄材料または固形含鉄材
料と固形含炭素物質とを装入しながら、転炉を直
立状態で、底吹き羽口より精製ガスまたは精製ガ
スと共に粉状造滓材を吹き込み、通常の底吹きま
たは上底吹き転炉吹錬と同様にして鋼を溶製する
方法である。 以下に、本発明方法の構成を具体的な実施態様
に基づいて詳細に説明する。 本発明は底吹き羽口を有する転炉において、転
炉を水平状態に転倒し、炉腹部にスクラツプ・冷
銑・海綿鉄・ペレツト等の固形の含鉄材料を装入
した状態で、固体含炭素物質からなる燃料と酸素
比率の高い支燃性ガスを供給して溶解させるバー
ナを炉内に挿入して燃焼させ、この大きな熱量に
よつて、装入された固形含鉄材料を溶解し、つづ
いて必要に応じてスクラツプ・コークス等を装入
し炉を直立状態で炉底羽口より精錬ガスを吹き込
んで通常の吹錬を行なつて鋼を溶製するものであ
る。 尚、炉腹部に装入したスクラツプ量のみで溶鋼
を得るのであればそのまま炉を直立し吹錬を行な
い鋼を溶製する。また、さらにそれ以上の溶鋼量
とするには直立前にスクラツプを追加装入し、こ
のスクラツプ量を溶解するに必要な鉄源を確保す
るため、コークス、石炭等の固形含炭素物質を同
時に、または炉上より投入して必要溶鋼量となる
よう溶製する。但し、母溶融鉄が限られているの
で一度に多量のスクラツプを装入すると、母溶融
鉄が冷えすぎ凝固する恐れがあるので、数回に分
けて吹錬と追加装入とを繰返すのが有効である。 第２図は実施態様を示す概略図で、底吹き羽口
を有する転炉における固形含鉄材料溶解の模式図
である。水平状態に倒置した転炉５の炉底には、
底吹き羽口６が設けられており、この転炉の炉腹
部にスクラツプ３を装入した状態で、溶解用バー
ナ７を通して大量の熱を供給してスクラツプを溶
解させる。溶解用バーナとしては、第２図に示す
ようにスクラツプに均一に高温火炎が当たるよう
に複数個の噴出ノズル８を備え、また炉内温度と
なるために溶解バーナは水冷されている。高温火
炎を得るための燃料としては、重油・軽油・灯油
等の液体燃料やプロパン・LPG・LNG等の気体
燃料があるが、粉コークス・微粉炭などの固形燃
料を用いることが有利である。一般には気体燃料
は単位時間の投入熱量が小さく溶解に時間がかか
り、大きな熱量を得るためには大きな搬送設備が
必要となる。液体・固体燃料は大きな熱量搬送能
力を有するが、液体燃料は搬送圧力損失が大き
く、または高価であるため、粉コークス・微粉炭
等の安価な固形燃料を用いる方が経済的に有利で
ある。燃料と酸素を含んだ支燃性ガスを使つてス
クラツプを溶解するとき、熱効率はほぼ次のよう
にして推定できる。すなわち、スクラツプが溶解
している時点では、スクラツプの温度はほぼ1500
℃程度であり、そのとき、発生する排ガス温度は
2000℃前後となる。これは、スクラツプ1500℃程
度で溶解するため、スクラツプが完全に溶解する
までは、溶融鉄はほぼこの温度でいるためであ
り、そのためこの溶融鉄に熱を与えるべき排ガス
もほぼ一定温度に保たれる。これらのことを考慮
すると、熱効率は次のように推定できる。 η＝η′×ｑ−Ｃ_Ｐ×Ｔ_Ｇ／ｑ×100〔％〕 …(1) η′；転炉からの放熱等を考慮した効率〔−〕 ｑ；燃料が完全断熱状態で燃焼したときのエン
タルビー〔Kcal／Kg〕 Ｃ_P；排ガス比熱〔Kcal／Kg℃〕 Ｔ_G；排ガス温度〔℃〕 このときのｑは次のような式で求められる。 ｑ＝Ｑ／G₀ …(2) Ｑ；燃料の発熱量〔Kcal／Kg〕 G₀；燃料１Kgからのガスの発生量〔Kgガス／
Kg燃料〕 このG₀は支燃性ガス中の酸素比率で当然変わ
つてくる。 第３図に粉コークスを熱源とした場合のスクラ
ツプ溶解時の熱効率を支燃性ガス中の酸素比率を
パラメータにして示す。ただし、このときはη′
＝0.9としている。 第３図よりわかるように、支燃性ガス中の酸素
_１比率が上がると熱効率は上昇してくる。比率が
低いと、熱効率が低下し、燃料的にかなりむだな
ものとなる。 電気等により加熱した場合を考えると、電気は
860Kcal／KW・Ｈで発電所効率が40％前後であ
り、電気からスクラツプ等への熱効率を80％とす
ると、1000Kcalの熱を与えるためにはもとの熱
量としては 1000×１／０．４×１／０・８≒3125〔kcal／1000kcal
〕が必要 である。一方、第３図の熱効率を考慮すると45％
前後で、電気とほぼ同じ効率となる。このときの
酸素比率は50％前後であり、50％以上の酸素を含
む支燃性ガスで燃焼させることにより、電気で溶
解するよりも低い熱量の投入で溶解が可能にな
る。 また一方、転炉炉体からの放散熱やれんがから
の放熱はほぼ一定であるため、単位時間あたりの
投入熱量は、ある程度以上大きい必要がある。こ
れは転炉の大きさに依存する面が大きく、一概に
数字を規定することはできない。 以上述べてきたように、50％以上の酸素を含む
支燃性ガスを使用して、粉コークス等の燃料を転
炉内に投入し、燃焼させることによつて、電気を
使用した場合よりも低い熱量でスクラツプを溶解
することが可能である。また、第２図に示したよ
うにスクラツプを底吹転炉の炉腹に装入すること
により、スクラツプを溶解することができる。ま
たスクラツプは炉腹に装入されているため、スク
ラツプ装入による羽口、炉底の損傷やスクラツプ
の溶解時の羽口の溶損がない。またバーナからの
熱に対しても、羽口に小量のガスを流すことによ
つて羽口の冷却も可能となる。 以上の技術を使用することにより、スクラツプ
を底吹転炉内で溶解させることを可能にすること
ができる。 一方、溶解バーナで燃焼を行う場合、完全燃焼
（Ｃ＋O₂→CO₂＋8080Kcal）をさせる事が、エネ
ルギーの有効利用の面から望ましいが、その場
合、理論的に必要な酸素量の1.01〜1.05倍を送酸
せねば、完全燃焼せしめる事は困難である。ま
た、燃料としての粉コークス、微粉炭等を供給す
る速度が変動し、これに対し酸素の供給速度が完
全に追従しきれない状態も生じ易い。このような
状態のもとでは、酸素の過剰供給状態が形成さ
れ、転炉の耐火物の損傷や、鉄の酸化を生じやす
い。そこで、溶解する対象であるスクラツプと、
炭素源である石炭・コークスを、炉内にあらかじ
め装入しておけばたとえ酸素が過剰供給されよう
とも、すでに炉内に存在している炭素を燃焼させ
る事に消費され、過剰酸素による悪影響がなく、
しかも、有効な熱量を得る事ができる。 また、あらかじめ石炭あるいはコークスを炉内
に存在させておけば、たとえ鉄の酸化が生じよう
とも、 FeO＋Ｃ→Fe＋CO なる反応が生じ、酸化鉄の還元が可能となる。 この様に、あらかじめ炭素源を炉内に存在させ
ておけば、燃料と酸素比率の高いガスを用いての
スクラツプ溶解が、非常に効率よく実施する事が
できる。 しかも、スクラツプ３と炭素源９（石炭あるい
はコークス）とを第４図に示す様に層状に装入す
れば、表面において溶融した鉄は、コークス・石
炭の層を通過して炉内に蓄積され湯溜りを形成す
るが、この石炭層を通過する際に、溶銑は徐々に
加炭され、その結果として融点を低下させるので
液相状態での溶鉄の保持も容易となる。 以下実施例について説明する。 実施例 １ 底吹き羽口を有する85t転炉において、第２図
に示すような形でスクラツプを30tとCaOを400Kg
装入し、炉内の耐火物溶損個所に耐火物粉を溶融
または半溶融状態で熱間吹付補修に使用するフレ
ームガンニング装置を用いて、粉コークス70Kg/
ｍｉｎ、酸素115Nm³/minを供給してスクラツプの
溶解を試みた。このときの粉コークス搬送用N₂
は７Nm³/min程度である。また羽口冷却用ガスと
しては３Nm³/minを流した。羽口の外管温度を測
定したところ、300℃〜4000℃であり、十分冷却
されていた。このときの転炉内から発生する排ガ
スの温度及び鋼浴中の温度の変化を第５図に示
す。時間の経過とともに排ガス温度、スクラツプ
温度は上昇するが、スクラツプ温度は20分頃には
1500℃に達した。これはスクラツプの一部が溶解
し始めたためと考えられる。そのため、排ガス温
度の上昇は小さくなり、35分程度まで2000℃前後
の温度であつた。35分をすぎてから、排ガス温
度、スクラツプ温度ともに上昇し、スクラツプが
全量溶解したと考えられたので、38分で加熱を停
止したが、そのときの温度は1580℃であつた。常
温のスクラツプを1580℃まで加熱するにはほぼ10
×10⁶Kcal必要であり、このことから効率を算定
すると次のようになる。 以上の実験により55.3％の熱効率で溶解するこ
とがわかつた。 また羽口の温度もスクラツプ溶解中に400℃を
越すことがなく、十分羽口を保護することが可能
であつた。 この溶解したスクラツプに約1tのコークスと
30tのスクラツプをすぐに装入し、炉を立ててス
クラツプ溶解吹錬を開始した。このとき送酸速度
は底吹羽口から80Nm³/min、上吹ランスから140
Nm³/minであつた。この状態で炉上から10〜20mm
径の小塊コークスを1tずつ６回投入し、25分間
（送酸量5300Nm³）吹錬した時点で炉内の溶鋼の
分析及び温度測定を行なつたところC3.8％、温
度は1500℃であつた。ここで再びスクラツプ40t
を装入し、溶解吹錬を実施した。送酸速度は同様
の値とし、コークスは1.0tずつ10回炉上から投入
した。約45分間（送酸量10000Nm³）吹錬した時
点で溶鋼の分析および測温を行なつたところ、温
度1600℃、C0.5％であつた。この状態でさらに
２分間吹錬することにより、1700℃、0.05％の溶
鋼を得ることができた。この方法によるメタル歩
留りは85％であつた。尚吹錬中は炉底羽口から吹
錬ガスと共にCaO粉を塩基度３になるように吹込
んだ。 実施例 ２ 85t上底吹き転炉を用い、炉を水平状態に転倒
して炉腹部へ原料を装入するに当り、スクラツプ
およびコークスを層状に装入した。その際、まず
初回装入はコークス1tを炉腹部へ均一になるよう
にする。次にスクラツプ10tを４回に分割して炉
腹部に均一に装入する。その後再度コークス500
Kgを均一に装入するが、層状にコークスとスクラ
ツプを重ねるためには、コークス粒度が20〜30mm
の比較的大粒径のものが望ましい。再びスクラツ
プ、コークスと交互に装入を行ない、合計して
30tのスクラツプと2tのコークスを装入し、スク
ラツプ溶融を開始する。スクラツプとコークスの
交互装入状態は第４図の模式図に示すようにな
る。尚コークス中にSiO₂が含まれるため耐火物
溶損防止のためCaO粉1t装入した。火炎溶射型バ
ーナを用いスクラツプを溶解する際の条件とし
て、粉コークスの供給速度を70Kg/min、コーク
スの搬送用ガスとしては７Nm³/minの流量でN₂ガ
スを用い、また燃焼用O₂としては115Nm³/minを
供給した。上記条件下で38分間の溶解作業を実施
し、合計2.7tのコークス、4370Nm³の酸素（酸素
過剰比1.0）を使用した。この時の溶鉄は1580
℃、Ｃ−4.3％、Si−0.05％の炭素飽和状態とな
つており、この炭素は連続して行なう吹錬におけ
る熱源として有効に作用する。 コークスを交互に装入した場合の溶解後のスラ
グ分析値と、スクラツプのみを装入して溶解した
場合のスラグ分析値を第１表に示した。

【表】 スクラツプ溶解に当りコークスとスクラツプを交
互に装入した場合には、スラグ中のＴ、Fe濃度
は8.0％と低く、炭素によるFeOの還元を裏付け
ている。このため耐火物壁の損傷も少ない。 このようにして溶製した母溶銑を用い、次にス
クラツプを30t装入し、炉を直立にして炉底羽口
と上吹ランスにより、スクラツプ溶解吹錬を開始
する。この時の諸条件としては、底吹き羽口より
の送酸速度は90Nm³/min、上吹きランスからの送
酸速度は170Nm³/minで送酸し、吹錬の間には炉
上より10〜20mm径の小塊コークスを500Kgずつ全
量で5t投入した。このような条件下32分間の吹錬
を実施し、送酸量総計8650Nm³を使用した時点で
の炉内溶鋼の分析値はＣ−0.06％の溶鋼となつて
おり、温度は1650℃であつた。ここで再びスクラ
ツプ40tを最終的に装入し、溶解吹錬を実施し
た。この時の諸条件としては、送酸速度は同様の
値とし、コークスは前同様に炉上より500Kg／回
ずつ投入し、この時には投入間隔として、２〜３
分を厳守し、コークスの燃焼と送酸速度とのバラ
ンスを保持することによつて、極端な鉄の酸化を
伴なわず溶解吹錬を実施した。最終的な溶解吹錬
においては、コークスの総投入量は12t、吹錬時
間47分で、総酸素使用量として10000Nm³を使用
した。 これまでに述べた吹錬過程では、鉄源として全
スクラツプを使用しているため、コークス中に12
％程度含有しているSiO₂分に対しては、塩基度
３を保つために必要な量の生石灰の使用に止め、
各工程での使用量を総合計して生石灰を8t使用し
た。最終的に得た溶鋼は1650℃、Ｃ−0.06％であ
り、総合的なメタル歩留りとしては89％であつ
た。 炉内でのスクラツプ、溶解実施比率が同一であ
るが、スクラツプとコークスとを交互に装入した
転炉では炉腹耐火物の溶損速度は2.2mm/chであつ
たが、スクラツプのみ装入をした転炉体では2.8
mm/chであつた。転炉操業の停止時における炉内
耐火物の損耗状況を比較して第６図に示した。第
６図Ａはコークスとスクラツプとの交互装入を適
用した場合の炉内プロフイールであり、Ｂは適用
しなかつた場合の炉内プロフイールであるが、Ｂ
の場合には湯溜り部分の周囲がスクラツプ溶解時
に生成されるFeOのため非常に損耗しており、こ
れが直接炉を停止させる要因となつていたが、Ａ
に示すようにコークス・スクラツプの交互装入を
適用すると均一な損耗状態で操炉することが可能
であつて、耐火物原単位も低減させることが出来
た。 以上説明したように、本発明の方法によれば、
安価な固形燃料のみを用いてスクラツプの溶解が
できるだけでなく、従来のスクラツプ溶解のよう
な、炉底および羽口を損傷することなく、また炉
腹部の耐火物の損傷も抑制することなく、また炉
腹部の耐火物の損傷も抑制することが出来、特に
コークスとスクラツプとを交互に装入する時は、
その効果は一層顕著であつて、スクラツプ等の固
形含鉄材料のみから極めて有利に鋼を溶製するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は上吹き転炉での高スクラツプ比率時の
溶錬の模式図、第２図は底吹き羽口を有する転炉
でのスクラツプ溶解の実施例の模式図、第３図は
粉コークス燃焼時の支燃ガス中酸素比率に対する
熱効率の変化を示すグラフ、第４図はスクラツプ
とコークスの交互装入状態を示す模式図、第５図
は実験時の排ガス温度とスクラツプ温度の変化を
示したグラフ、第６図は炉停止時の炉内れんが残
高を示した説明図である。 １…上吹き転炉、２…ランス、３…スクラツ
プ、４…溶融鉄、５…炉底羽口を有する転炉、６
…羽口、７…溶解用バーナ、８…ノズル、９…コ
ークス、１０…耐火物れんが、１１…局部損傷
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 底吹き羽口を備えた底吹きあるいは上底吹き
   転炉を用い、固形含鉄材料を装入して鋼を得る製
   鋼工程において、上記転炉を水平状態に転倒し、
   炉腹部に前記固形含鉄材料の所定量を装入し、前
   記羽口を冷却保護しながら固形含炭素物質を燃料
   とする溶解用バーナを炉内に挿入して上記固形含
   鉄材料を溶解し、所定量の含鉄材料の溶融浴を形
   成した後、転炉を直立にして、前記羽口より精錬
   ガスまたは精錬ガスと共に粉状造滓材を吹き込ん
   で鋼を精錬することを特徴とする底吹きあるいは
   上底吹き転炉による製鋼法。 ２ 転炉の炉腹部における固形含鉄材料の装入
   が、固形含鉄材料と固形含炭素物質との交互投入
   である特許請求の範囲第１項記載の製鋼法。 ３ 底吹き羽口を有する底吹きあるいは上底吹き
   転炉を用いて固形含鉄材料を装入して鋼を得る製
   鋼工程において、上記転炉を水平状態に転倒し、
   炉腹部に前記固形含鉄材料を所定量装入し、前記
   羽口を冷却保護しながら固形含炭素物質を燃料と
   する溶解用バーナを炉内に挿入して上記固形含鉄
   材料を溶解し、所定量の含鉄材料の溶融浴を形成
   した後、１回ないし複数回に固形含鉄材料および
   固形含炭素物質を装入しながら転炉を直立状態で
   前記羽口より精錬ガスまたは精錬ガスと共に粉状
   造滓材を吹き込んで、鋼を精錬することを特徴と
   する底吹きあるいは上底吹き転炉による製鋼法。 ４ 転炉の炉腹部における固形含鉄材料の装入
   が、固形含鉄材料と固形含炭素物質との交互投入
   である特許請求の範囲第３項記載の製鋼法。