JP2011208172A

JP2011208172A - 鉄スクラップを鉄源として利用した転炉脱炭精錬方法

Info

Publication number: JP2011208172A
Application number: JP2010074018A
Authority: JP
Inventors: Eiju Matsuno; 英寿松野; Sumihito Ozawa; 純仁小澤; Teruo Fujibayashi; 晃夫藤林
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】鉄スクラップを鉄源の一部として利用して、転炉にて溶銑を脱炭精錬して溶鋼を溶製する際に、鉄スクラップに含有される銅を効率的に除去することのできる転炉脱炭精錬方法を提供する。
【解決手段】本発明の鉄スクラップを鉄源として利用した転炉脱炭精錬方法は、転炉４に収容された溶銑２に酸素ガスを供給して脱炭精錬を行い、溶銑から溶鋼を溶製するに際し、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に風力選別及び／または磁力選別が施された鉄スクラップ１０を、前記脱炭精錬中に連続的または断続的に転炉内に投入・添加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄スクラップを鉄源として利用した転炉脱炭精錬方法に関し、詳しくは、転炉にて鉄スクラップを鉄源の一部として利用して溶銑から溶鋼を溶製する際に、鉄スクラップに含まれる銅を除去する方法に関する。

銑鋼一貫製鉄所の製鋼過程で使用する鉄源は、鉄鉱石を高炉で還元して得られる溶銑が主体であるが、鉄鋼材料の加工工程で発生する鉄スクラップや、建築物、機械製品及び電気製品などの老朽化に伴って発生する鉄スクラップも、かなりの量が使用されている。鉄鋼製品の製造にあたり、高炉での溶銑の製造では、鉄鉱石を還元し且つ溶融するための多大なエネルギーを要するのに対し、鉄スクラップは溶解熱のみを必要としており、製鋼過程で鉄スクラップを利用した場合には、鉄鉱石の還元熱分のエネルギー使用量を少なくすることができるという利点がある。従って、大量に発生する鉄スクラップを有効活用するのみならず、省エネルギー及びＣＯ₂削減による地球温暖化防止の観点からも、鉄スクラップ利用の促進が望まれている。

ところで、鉄スクラップを再生利用する際に、これら鉄スクラップに随伴する銅に代表されるトランプエレメントが、鉄スクラップの溶解過程で不可避的に溶銑及び溶鋼に混入する。銅は溶融鉄中においては、酸素との親和力が小さいことや蒸気圧が鉄に比べてさほど大きくないことから、通常の製鋼精錬工程では銅を溶銑及び溶鋼から除去することは困難であり、しかも、銅は鋼の性質を損なう成分であり、一定の濃度以下に保つ必要がある。このため、従来、高級鋼を製造するための鉄源として、銅を含む恐れのある低級の鉄スクラップを使用することは困難であった。

しかしながら、近年の鉄スクラップ発生量の増加及びＣＯ₂発生削減のための鉄スクラップ増使用の要請を勘案すると、低級の鉄スクラップであっても再生利用を進める必要がある。

そこで、溶融鉄から銅を除去する手段が検討され、幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、１０torr以下の高い真空度下におかれた溶融鉄中に、酸素、二酸化炭素、水蒸気、酸化鉄、酸化マンガン及び酸化クロムのうちの１種以上の酸化剤を投入添加して溶融鉄を脱炭することにより、溶融鉄中に含まれている銅及び錫を蒸発除去する方法が提案されている。この方法は、溶融鉄と溶融鉄中の銅及び錫との蒸気圧の差を利用して銅及び錫を蒸発除去するという方法である。

また、特許文献２には、０．０５質量％以上の銅及び錫を含む溶鋼の酸素量を０．０１０質量％以上に調整した後、前記溶鋼を２torr以下の真空雰囲気に維持して、溶鋼中の銅及び錫を除去する方法が提案されている。この方法は、金属状態よりも蒸発速度の大きいＣｕ₂ＯやＳｎＯなどの酸化物を溶鋼表面で生成させ、この酸化物を高真空雰囲気下で蒸発させて溶融鉄中の銅及び錫を除去するという方法である。

しかしながら、上記方法は、何れも、大量の鉄スクラップを更に効率良く利用するという観点からは、溶融鉄からの銅の除去速度が充分ではなく、工業的規模の設備に適応することは難しいのが現状である。

特開昭６１−１４９４１４号公報特開平７−２１６４３５号公報

近年、鉄鋼製品の品質特性に対する要求が更に厳しくなり、鋼中の銅などのトランプエレメントの濃度を低減する要求も高くなっている。しかしながら、逆に、鉄スクラップの市場では、国内での鉄スクラップ備蓄量の増加に伴って、所謂「老廃屑」と呼ばれる鉄スクラップのトランプエレメント濃度が高く推移しており、鉄鋼製品の品質を確保するのが非常に厳しい状況にある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鉄スクラップを鉄源の一部として利用して、転炉にて溶銑を脱炭精錬して溶鋼を溶製する際に、鉄スクラップに含有される銅を効率的に除去することのできる転炉脱炭精錬方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明に係る鉄スクラップを鉄源として利用した転炉脱炭精錬方法は、転炉に収容された溶銑に酸素ガスを供給して脱炭精錬を行い、溶銑から溶鋼を溶製するに際し、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に風力選別及び／または磁力選別が施された鉄スクラップを、前記脱炭精錬中に連続的または断続的に転炉内に投入・添加することを特徴とする。

本発明によれば、転炉での溶銑の脱炭精錬時に、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に風力選別及び／または磁力選別が施された鉄スクラップを、連続的または断続的に炉内に投入添加するので、当該鉄スクラップに混入する銅の蒸発除去が促進され、溶鋼での銅濃度の上昇が抑制される。その結果、鉄スクラップを、大量に利用できるばかりでなく、更には高級鋼材用の鉄源として低コストでの使用が可能となり、その実用上の意義は極めて大きい。

本発明を実施する際に用いた上底吹き型の転炉設備の１例を示す概略断面図である。

以下、本発明を具体的に説明する。本発明者らは、鉄スクラップを鉄源として溶銑と併用し、転炉で溶銑を脱炭精錬して溶鋼を溶製する際に、鉄スクラップに含有される銅を効率的に除去する手段を検討・研究した。

転炉では、通常、脱炭精錬後、空の炉体を傾斜させ、スクラップシューターを介して炉内に鉄スクラップを装入し、鉄スクラップの装入後、装入鍋を介して溶銑を炉内に装入し、その後、炉体を垂直に戻し、炉内に上吹き酸素ランスを挿入し、上吹き酸素ランスを介して酸素ガスを供給し（「酸素吹錬」という）、溶銑の脱炭精錬を実施している。装入された鉄スクラップは、溶銑中の炭素と上吹き酸素ランスからの酸素ガスとの燃焼熱によって脱炭精錬中に溶解される。その際、炉底からのガス攪拌による流動はあるが、基本的には、鉄スクラップは溶銑よりも比重が大きいことから、溶銑の下の方に漂っており、酸素吹錬の経過に伴って鉄スクラップ表面の温度が上がり、鉄スクラップの表面から徐々に溶解して行くと考えられている。この時、鉄スクラップに付随している銅は、溶銑を炉内に装入した時点から溶銑と接触するので、銅は融点が溶銑よりも低いこともあって溶銑装入後の早い段階から溶銑に溶解して行き、溶鋼の銅濃度が上昇する。

鉄スクラップ中の銅は、鋼に固溶している分もあるが、使用済み自動車をプレスしたプレス屑などでは、銅線などが鉄スクラップの表面に巻き付いたものや銅線などが鉄スクラップの内部に混在したものも多い。従って、市中から回収した鉄スクラップをシュレッダーマシンでシュレッデングした後、風力選別及び／または磁力選別を施すことで、鉄スクラップに含有される銅の約４０％程度は除去できることを確認した。しかしながら、それでも一部の銅線などがシュレッデングした鉄スクラップに混入残存しており、シュレッデングした鉄スクラップを使用しても、前述した従来の脱炭精錬方法の場合には、溶鋼の銅濃度が上昇することを確認した。

そこで、シュレッデングした後、風力選別及び／または磁力選別を施して回収した鉄スクラップ（以下、「シュレッダー屑」と記す）に混入する銅を除去する手段を検討した。その結果、シュレッダー屑を、転炉での脱炭精錬中に、上吹き酸素ランスからの酸素ガスジェットが溶銑浴面に衝突する部位（この部位を「火点」と呼ぶ）或いは火点近傍に投入することで、火点は１７００℃以上の高温であることから、シュレッダー屑に混入する銅の蒸発・除去が期待できるとの知見が得られた。尚、シュレッダー屑は、通常の所内発生鉄スクラップ（所内屑）や市中から回収した鉄スクラップ（市中屑）のようにスクラップシューターから炉内に装入することもできるが、サイズが小さいので、転炉炉上に設置されるホッパー及びシュートからなる副原料投入装置からも炉内に装入することが可能である。

上記知見に沿って、シュレッダー屑を酸素吹錬中に連続的或いは断続的に続けて炉内に投入する試験を実施した。その結果、シュレッダー屑を脱炭精錬中に連続的或いは断続的に添加することで、酸素吹錬開始前に一括で添加する場合と比較して、鉄スクラップの顕熱分を時間的に分散することができるので、脱炭精錬初期の溶銑温度が低下せず、シュレッダー屑の溶解速度を大きくすることができること、また、連続的或いは断続的に続けて上方から添加することにより、上吹き酸素ランスから供給する酸素ガスによる火点及び火点近傍に落下するシュレッダー屑が多数あり、シュレッダー屑に混入していた溶解直前または溶解直後の活量の高い銅が、火点の高温雰囲気に曝されて、蒸発除去されやすいことを確認した。

本発明は、上記知見に基づくものであり、転炉に収容された溶銑に酸素ガスを供給して脱炭精錬を行い、溶銑から溶鋼を溶製するに際し、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に風力選別及び／または磁力選別が施された鉄スクラップを、前記脱炭精錬中に連続的または断続的に転炉内に投入・添加し、鉄スクラップに混入する銅を蒸発除去することを特徴とする。

次に、本発明の具体的な実施方法を図面に基づき説明する。図１に、本発明を実施する際に用いた上底吹き型の転炉設備の概略断面図を示す。

図１に示すように、転炉設備１には、その内部に溶銑２を収容し溶銑２の脱炭精錬を実施するための転炉本体４と、転炉本体４の内部に挿入され、上下方向の移動が可能である、転炉本体４の内部へ酸素ガスを供給するための上吹き酸素ランス７と、転炉本体４の炉口を覆い、転炉本体４から発生するガスを集塵機（図示せず）へ導入するためのフード８と、造滓剤としての生石灰９を収容するためのホッパー１２と、シュレッダー屑１０を収容するためのホッパー１３と、ホッパー１２及びホッパー１３に接続し、ホッパー１２から切り出される生石灰９及びホッパー１３から切り出されるシュレッダー屑１０を搬送して転炉本体４の内部へ添加するための添加装置１６と、添加装置１６に接続し、フード８を貫通した、添加装置１６によって添加された生石灰９及びシュレッダー屑１０を転炉本体４の内部に導入するためのシュート１７と、を備えている。ホッパー１２には生石灰９の添加量を調整するための切出装置１４が設けられ、ホッパー１３にはシュレッダー屑１０の添加量を調整するための切出装置１５が設けられている。また、転炉本体４には、その底部に、窒素ガスまたはＡｒガスなどの攪拌用ガスを吹き込むための複数の底吹き羽口６が設けられ、その側壁上部には、脱炭精錬して得られる溶鋼を出鋼するための出鋼口５が設けられている。また更に、転炉設備１には、シュレッダー屑１０を含め、その他の鉄スクラップ或いは合金用副原料などを転炉本体４の内部に供給するためのスクラップシューター１１が備えている。スクラップシューター１１は、クレーンによって、吊り上げられて移動するとともに傾斜して鉄スクラップなどを転炉本体４の内部に供給するものであるが、図１ではクレーンを省略している。

先ず、転炉本体４をスクラップシューター１１の設置された側に傾斜させ、スクラップシューター１１を介して転炉本体４の内部に、連続鋳造鋳片のクロップ屑などの大型の鉄スクラップを装入する。クロップ屑などの製鉄所内で発生する所内屑は化学成分が把握されているので、銅などのトランプエレメントが混入することはない。尚、シュレッダー屑１０の配合量が多く、シュレッダー屑以外の鉄スクラップを配合できない場合には、クロップ屑などのシュレッダー屑以外の鉄スクラップの装入は中止する。また、本発明は、脱炭精錬中にシュレッダー屑１０を転炉本体４に投入することを基本とするが、配合されるシュレッダー屑１０の一部を、脱炭精錬前にスクラップシューター１１を介して転炉本体４に装入することも可能である。但し、シュレッダー屑１０の銅濃度及び配合量によって溶銑２の銅濃度のピックアップ量が決まるので、脱炭精錬前に装入するシュレッダー屑１０の装入量は、銅濃度のピックアップ量を考慮して設定する必要がある。

クロップ屑などの鉄スクラップの転炉本体４への装入後、転炉本体４を傾斜させた状態のままで溶銑２を装入鍋（図示せず）を介して転炉本体４の内部に装入し、溶銑２の装入後、転炉本体４を直立させる。

次いで、底吹き羽口６から窒素ガスなどの非酸化性ガスまたはＡｒガスなどの希ガスを攪拌用ガスとして溶銑２に吹き込みながら、上吹き酸素ランス７から溶銑２の浴面に向けて酸素ガスを吹き付けて脱炭精錬を開始する。酸素ガスと溶銑中の炭素とが反応して脱炭精錬が進行する。上吹き酸素ランス７からの酸素ガスの供給に前後して、ホッパー１２に収容された生石灰９を、シュート１７を介して転炉本体４へ装入する。生石灰９は滓化してスラグ３が形成される。

この脱炭精錬中に、ホッパー１３に収容されたシュレッダー屑１０を、シュート１７を介して転炉本体４へ連続的または断続的に装入する。投入されたシュレッダー屑１０の一部は、上吹き酸素ランス７から供給する酸素ガスによる火点及び火点近傍に落下し、シュレッダー屑１０に混入した銅は、火点の高温雰囲気に曝されて温度上昇し、温度の上昇した溶解直前または溶解直後の活量の高い銅の蒸発除去が進行する。所定量のシュレッダー屑１０を投入し、更に所定量の酸素ガスを供給したならば、酸素ガスの供給を停止して脱炭精錬を終了する。得られた溶鋼を出鋼口５を介して取鍋などに出鋼する。

このように、本発明によれば、転炉での溶銑２の脱炭精錬時に、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に風力選別及び／または磁力選別が施された鉄スクラップを、連続的または断続的に炉内に投入添加するので、当該鉄スクラップに混入する銅の蒸発除去が促進され、溶鋼での銅濃度の上昇が抑制される。

高炉から出銑された溶銑を溶銑鍋で受銑し、溶銑鍋内の溶銑に対して機械式攪拌装置を用いて脱硫処理し、更に生石灰と酸素ガスとを添加して予備脱燐処理した後、図１に示す容量が３００トン規模の転炉に溶銑を装入し、鉄源として鉄スクラップを併用して転炉内で脱炭精錬を行った。鉄スクラップとしては、シュレッダー処理後に磁力選別が施されたシュレッダー屑を使用した。

シュレッダー屑の転炉内への装入方法は、（１）溶銑を転炉内に装入して脱炭精錬を開始し、脱炭精錬中に転炉上方に設置されたホッパーから炉内に連続してシュレッダー屑を投入する方法（本発明例）と、（２）使用するシュレッダー屑の約１／２の量を、スクラップシューターを用いて転炉内に装入した後、転炉内に溶銑を装入し、脱炭精錬中に残りの約１／２の量のシュレッダー屑を転炉上方に設置されたホッパーから炉内に連続して投入する方法（本発明例）と、（３）スクラップシューターを用いてシュレッダー屑を転炉内に装入した後、転炉内に溶銑を装入する通常の方法（比較例）との３種類で実施し、シュレッダー屑の添加時期と脱炭精錬後の溶鋼の銅濃度とを対比した。

転炉における銅の収支バランスは、シュレッダー屑の銅濃度の分析値（０．２２質量％）と、溶銑の銅濃度の分析値とから転炉へインプットされる銅濃度を計算し、転炉からのアウトプットの銅は酸素吹錬終了後の溶鋼の銅濃度の分析値とした。

転炉での脱炭精錬は、上吹き酸素ランスを介して酸素ガスを上吹きしながら、生石灰を媒溶剤として炉上から添加するとともに、炉底に埋め込んだ底吹き羽口から攪拌用ガスとして窒素ガス（末期はＡｒガス）を吹き込んで行った。具体的には、上吹き酸素ランスから酸素ガスを３．０Ｎｍ³／(ｍｉｎ・ｔ)の供給速度で溶銑に添加しながら、底吹き羽口から窒素ガスを０．１Ｎｍ³／(ｍｉｎ・ｔ)の供給速度で吹き込み（末期２分間はＡｒガス）、１４分間の酸素吹錬を行った。生石灰の添加量は８ｋｇ／ｔとし、脱炭精錬前の溶銑温度は約１３００℃、精錬終了後の溶鋼温度は約１６５０℃であった。操業条件及び操業結果を表１に示す。尚、表１に示す脱銅率は、脱炭精錬前後の銅濃度の差分の脱炭精錬前の銅濃度に対する百分率である。

表１からも明らかなように、比較例では殆ど脱銅されていないのに対し、シュレッダー屑を脱炭精錬中に投入した本発明例においては脱銅されており、酸素吹錬終了後は目標とする溶鋼銅濃度＝０．０５質量％以下が得られていた。また、脱炭精錬中に投入するシュレッダー屑の比率を高くすることで、より高い脱銅率が得られることも確認できた。

１転炉設備
２溶銑
３スラグ
４転炉本体
５出鋼口
６底吹き羽口
７上吹き酸素ランス
８フード
９生石灰
１０シュレッダー屑
１１スクラップシューター
１２ホッパー
１３ホッパー
１４切出装置
１５切出装置
１６添加装置
１７シュート

Claims

転炉に収容された溶銑に酸素ガスを供給して脱炭精錬を行い、溶銑から溶鋼を溶製するに際し、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に風力選別及び／または磁力選別が施された鉄スクラップを、前記脱炭精錬中に連続的または断続的に転炉内に投入・添加することを特徴とする、鉄スクラップを鉄源として利用した転炉脱炭精錬方法。