JP3523716B2 - スクラップ溶解法 - Google Patents

スクラップ溶解法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスクラップ溶解法、より
詳細には、スクラップを鉄源として溶銑を製造するとと
もに、燃料用ガスとして高い利用価値のある高カロリー
排ガスを得ることができるスクラップ溶解法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年スクラップ（銑屑、鉄屑）の供給が
増加の一途を辿っており、そのリサイクルが資源の有効
利用の面で重要な課題となりつつある。このためスクラ
ップを原料として低コストに高い生産性で溶銑を製造で
きる技術の開発が強く望まれている。従来、スクラップ
から溶銑を製造するために電気炉が用いられているが、
電気炉法は莫大な電気を必要とするためコストが高く、
製造コスト面での要求を満足できない。
【０００３】また、キュポラ法によりスクラップを原料
とした鋳物銑の製造が行われているが、このキュポラ法
では燃料として鋳物用の高品位大塊コークスを使用する
必要があり、この鋳物用コークスは高炉用コークスの４
倍程度の価格であるため製造コストの面で汎用化は難し
い。キュポラ法ではスクラップの円滑な溶解を促すため
に、羽口から吹き込まれた熱風中の酸素を羽口先のコー
クスによって急速に消費させず、炉の下部に形成される
コークスベット上部のスクラップ溶解帯付近で消費させ
るようにし、この部分で最高温度になるような温度分布
にすることが必要であり、このためコークスは高炉用コ
ークスよりも反応性が低く、燃焼しにくいものを使用す
る必要がある。このため、高炉用コークスよりも粒度が
大きく反応性の低い特殊な鋳物用コークスを用いること
が不可欠である。
【０００４】以上のような従来の電気炉法やキュポラ法
に対して、シャフト炉を用いたスクラップ溶解法とし
て、シャフト炉内に鉄源であるスクラップと高炉用コー
クスとを装入するとともに、羽口部から常温の高酸素富
化空気と微粉炭を吹き込んで燃焼させ、この燃焼ガスの
顕熱によりスクラップを溶解するとともに、シャフト部
から空気を吹き込むことで燃焼ガスを二次燃焼させてス
クラップの溶解を促進させるようにしたスクラップ溶解
法が提案されている（鉄と鋼 Vol.79,No.2，P.139〜14
6）。
【０００５】また、他の方法として、シャフト炉の外部
に微粉炭燃焼用の燃焼炉を設けてこの燃焼炉で微粉炭を
多量に燃焼させ、発生した高温の燃焼ガスをスクラップ
とコークスが装入されたシャフト炉に導入するととも
に、この導入の際に酸素含有ガスを補給して燃焼ガスを
二次燃焼させ、この燃焼ガスの顕熱によりスクラップを
溶解するようにしたスクラップ溶解法が提案されている
（特開平１−１９５２２５号公報）。これらの提案によ
るスクラップ溶解法は、熱源の一部として微粉炭を使用
し且つ炉内に装入するコークスとして安価な高炉用コー
クスを使用できるため、経済的な操業を実現できる可能
性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した２つ
のスクラップ溶解法はいずれも低燃料比によるエネルギ
ーミニマムを指向した技術であり、このため燃料比を低
く抑えた操業（燃料比：３００ｋｇ／ｔ未満）を行な
い、且つ微粉炭の燃焼により生成した燃焼ガスにさらに
空気等の酸素含有ガスを吹き込んで二次燃焼させること
により、低燃料比の下でのスクラップ溶解の促進を図っ
ている。すなわち、これら従来のスクラップ溶解法の狙
いは、燃料比の低減化と熱源の一部として微粉炭を使用
することによりスクラップ溶解の低コスト化を実現しよ
うとするものであり、したがって、微粉炭の大量供給を
行なって高燃料比の操業を行い、大量供給された微粉炭
を積極的に燃焼ガス化して大量の排ガス（燃料ガス）を
得るというような意図はなく、また、これが可能となる
ような操業条件や手段を備えてもいない。
【０００７】また、上記のスクラップ溶解法では製造コ
ストの低減化のために熱源の一部として微粉炭を用いて
いるが、その供給量は微粉炭比／コークス比で１．０に
満たず（せいぜい高くても０．９程度）、燃料比を低く
抑えてはいるものの、微粉炭比に対してコークス比が相
対的に高いという意味で低コスト化が十分に図られてい
るとは言い難い。また、これらのスクラップ溶解法で
は、低燃料比による操業を可能とするために微粉炭の燃
焼ガスにさらに空気等の酸素含有ガスを吹き込んで二次
燃焼させており、また、微粉炭の燃焼や二次燃焼のため
に空気若しくは酸素富化された空気を用いているため、
排出される排ガスには必然的に窒素やＣＯ2等が多量に
含まれることになる。したがって、これら従来技術のス
クラップ溶解法において炉から排出される排ガスは、燃
料ガスとしてそれなりの利用価値はあるものの、例えば
高効率な発電を行なうための燃料ガスや加熱炉用燃料ガ
スとして利用できるような熱量を有する高カロリーガス
ではない。
【０００８】例えば、前者の従来技術を述べた文献（鉄
と鋼 Vol.79,No.2，P.139〜146）では、キュポラ法に較
べて高カロリーの排ガスが得られ、これを燃料ガスとし
て有効利用できるとしているが、その排ガスカロリーは
約２０００ｋｃａｌ／Ｎｍ3（約８４００ｋＪ／Ｎｍ3）
程度に過ぎない。また、同文献では試験的に二次燃焼を
実施しないで行った実験例のデータも示されているが、
本発明者らが試算した結果では、この場合でも排ガスの
カロリーは高々２３００ｋｃａｌ／Ｎｍ3程度に過ぎな
い。一般に、加熱炉用や高効率発電用の燃料ガスとして
は２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3以上の高カロリーガスが使
用されており、したがって、従来技術で得られる排ガス
は加熱炉用や高効率発電用としては適さず、利用価値の
低いものと言わざるを得ない。また、低燃料比での操業
であるために発生する排ガス量も少なく、排ガスカロリ
ーが低いことも相俟って高品質の燃料ガスを大量に安定
供給できるような技術ではない。
【０００９】また、後者の従来技術（特開平１−１９５
２２５号公報）では、溶解炉とは別に微粉炭燃焼用の燃
焼炉が必要であるため設備コストが高く、また、燃焼炉
で生成した高温ガスをガス導管によりシャフト炉に導く
途中でガス顕熱の一部が失われるため、経済性の面でも
問題がある。なお、先に述べたキュポラ法の改良技術と
して、羽口から酸素富化熱風を微粉炭とともに吹き込む
ようにした方法も提案（ Klaus Scheiding : Proceedin
gs of the Enghth Japan-Germany Seminar, Oct.,6,7,1
993（ Sendai,Japan ）,p.22“ Hot Metal Production
Based on Scrap, Coal and Oxygen ”）されているが、
この方法では高炉用コークスのなかでも大径のコークス
を使用しなければならず、製造コストが高くなる問題が
ある。また、先に述べた従来技術と同様、この技術にも
微粉炭を大量に供給してその燃焼ガス化を図るというよ
うな意図はなく、また、これが可能となるような操業条
件や手段を備えてもおらず、さらに窒素を含む熱風の吹
き込みを行なっていること等からしても、高カロリーの
排ガスを得ることは到底望めない。
【００１０】このように従来提案されているスクラップ
溶解技術は、基本的に燃料比の低減化によるエネルギー
ミニマムを指向しているが故に、その排ガスは熱量が小
さく且つ排出量も少なく、利用価値の低いものであっ
た。また、熱源の一部として微粉炭を用いているが、微
粉炭の高効率な燃焼を実現することができないためコー
クス比に対して微粉炭比を十分に高めることができず、
微粉炭使用による低コスト化が十分に図られていない。
このような従来のスクラップ溶解技術に対し、本発明は
スクラップを高効率に溶解して溶銑を製造できるだけで
なく、燃料用ガスとして利用価値の高い高カロリーの排
ガスを大量に製造することができ、しかも高カロリー排
ガスの利用価値を考慮した場合に従来技術に較べて相当
程度に低い製造コストで操業を行なうことができる、全
く新たなタイプのスクラップ溶解法を提供しようとする
ものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を、微粉炭の大量吹き込みによる高燃料比、高微粉炭比
での操業の下で下記の(1)〜(5)の手段により達成するこ
とを特徴としている。 (1) 羽口部の燃焼バーナから微粉炭とともに酸素を吹き
込む。 (2) 微粉炭と酸素とを、両者が羽口先で速かに接触して
混合するような特定の方法により吹き込むことにより、
微粉炭の急速燃焼を実現させる。 (3) 微粉炭の燃焼による燃焼ガスを有意に二次燃焼させ
ない。(4) 燃焼バーナから吹き込む微粉炭量ＰＣ（ｋｇ／ｈ）
と酸素流量Ｏ ２ （Ｎｍ ３ ／ｈ）との比［ＰＣ／Ｏ ２ ］を
０．７ｋｇ／Ｎｍ ３ 以上とする。 (5) 燃料比を３００ｋｇ／ｔ以上、微粉炭比（ｋｇ／
ｔ）とコークス比（ｋｇ／ｔ）の重量比［微粉炭比／コ
ークス比］を１．０以上とする。
【００１２】すなわち本発明は、シャフト炉内に鉄源で
あるスクラップとコークスを装入するとともに、羽口部
に設けられた燃焼バーナから微粉炭量ＰＣ（ｋｇ／ｈ）
と酸素流量Ｏ ２ （Ｎｍ ３ ／ｈ）との比［ＰＣ／Ｏ ２ ］が
０．７ｋｇ／Ｎｍ 3 以上となるような条件で微粉炭と酸
素とを炉内に吹き込み、燃料比を３００ｋｇ／ｔ以上、
微粉炭比（ｋｇ／ｔ）とコークス比（ｋｇ／ｔ）の重量
比［微粉炭比／コークス比］を１．０以上とする操業条
件で実施されるスクラップ溶解法であって、前記微粉炭
と酸素の吹き込みに当たっては、燃焼バーナの径方向中
心若しくはその近傍から微粉炭を吹き込むとともに、そ
の周囲から酸素を吹き込んで両者を混合させることによ
り微粉炭を羽口先に形成される燃焼帯で急速燃焼させ、
この燃焼ガスの顕熱でスクラップを溶解して溶銑を製造
するとともに、生成した燃焼ガスを炉内で有意に二次燃
焼させることなく燃料用ガスとして回収することを特徴
とするスクラップ溶解法である。本発明のスクラップ溶
解法では、燃焼バーナにおける微粉炭の吹き込み部の内
側からさらに酸素を吹き込むことができる。したがって
この場合には、燃焼バーナの径方向中心若しくはその近
傍から酸素を吹き込むとともに、その周囲から微粉炭を
吹き込み、さらにその周囲から酸素を吹込むことにな
る。
【００１３】本発明では、シャフト炉に装入されるコー
クスとして高炉用コークスを用いることができる。
【００１４】燃焼バーナにより微粉炭の周囲から酸素を
吹き込むに当っては、微粉炭吹出部の周りを環状に囲む
ような酸素吹出部から酸素を吹き込むようにしてもよい
し、或いは微粉炭吹出部の周りに適宜間隔をおいて配さ
れた複数の酸素吹出部から酸素を吹き込むようにしても
よい。また、燃焼バーナにおける微粉炭の吹き出し位置
はバーナの中心から或る程度偏位していてもよく、要は
バーナ径方向の中心若しくはその近傍から微粉炭が吹き
出され、その周囲から酸素が吹き出されるようにすれば
よい。また、微粉炭の吹き込み部の内側からさらに酸素
を吹き込む方法においても、酸素の周囲から微粉炭を吹
き込むに当っては、酸素吹出部の周りを環状に囲むよう
な微粉炭吹出部から酸素を吹き込むようにしてもよい
し、或いは酸素吹出部の周りに適宜間隔をおいて配され
た複数の微粉炭吹出部から微粉炭を吹き込むようにして
もよい。また、微粉炭の周囲から酸素を吹き込む方法に
ついては上述した通りである。また、このように微粉炭
吹出部の内側から酸素を吹き込む場合の酸素吹き出し位
置も、バーナの中心から或る程度偏位していてもよい。
なお、本発明においては、炉内にスクラップとともに他
の鉄源及び装入物を装入することを妨げるものではな
い。
【００１５】
【作用】本発明は、スクラップ溶解において高カロリー
排ガスを積極的に得るために、微粉炭の大量吹込みによ
り燃料比を高め且つコークス比に対して微粉炭比を高め
た操業を行うことを前提とし、炉内に大量に吹込まれた
微粉炭を効率的に燃焼させ且つ排ガス中の低カロリー成
分を低減させるために、羽口部の燃焼バーナから微粉炭
とともに酸素を吹込むとともに、微粉炭と酸素とが羽口
先で速かに接触して混合するような特定の吹込方法を用
いることにより、吹き込まれた微粉炭を羽口先で急速燃
焼させて効率的に燃焼ガス化し、さらに、この燃焼ガス
を二次燃焼させることなく炉外に排出することにより、
スクラップの溶解と高カロリー排ガスの回収とを低コス
トで実現させるスクラップ溶解法である。
【００１６】以下、本発明の詳細を説明する。シャフト
炉の炉頂部からは鉄源であるスクラップとコークスが装
入される。コークスとしては、一般の高炉用コークス
（通常、粒度が２０〜８０ｍｍ）を用いることができ
る。炉内に装入されたコークスは、炉内に充填されたス
クラップを保持する作用をするとともに、スクラップ溶
解のための熱源の一部となる。但し、本発明では羽口部
から吹き込まれる微粉炭が熱源としてより大きな比重を
占めている。
【００１７】羽口部に設けられた燃焼バーナからは微粉
炭と酸素（冷酸素でよい）が炉内に吹き込まれるが、こ
の際、微粉炭がその周囲を酸素で囲まれるようにして吹
き込まれるため、微粉炭と酸素の接触が極めて良好にな
り、両者は羽口先で速かに混合して微粉炭が急速燃焼す
る。したがって、単位酸素量当たり大量の微粉炭を吹き
込んでも微粉炭は高効率で燃焼して燃焼ガス化する。す
なわち、［ＰＣ／Ｏ2］を十分に高くしても微粉炭が高
効率で燃焼ガス化し、燃焼することなく炉頂ダストとし
て炉外に排出される微粉炭の量も極く低く抑えることが
できる。これに対して、公知のランス方式（図３参照）
で微粉炭を吹込んだ場合や、酸素ガスではなく熱風や酸
素富化空気を吹込んだ場合には、酸素と微粉炭との接触
が十分に確保されないため微粉炭を高効率に燃焼させる
ことができず、微粉炭の大量吹込み（高微粉炭比）が実
現できない。
【００１８】酸素とともに吹き込まれた微粉炭の急速燃
焼により、羽口先には約２０００℃程度の高温の燃焼帯
が形成され、その熱でスクラップが溶解し、溶銑として
炉外に取り出される。微粉炭の急速燃焼により生成した
還元性の燃焼ガスは、その顕熱でスクラップを予熱しつ
つシャフト炉を上昇し、排ガスとして炉上部から排出さ
れるが、本発明では微粉炭の燃焼により生成した燃焼ガ
スを有意に二次燃焼させることなく炉から排出する。す
なわち、従来技術のようにシャフト部に空気や酸素富化
空気を供給して燃焼ガスを二次燃焼させることはしな
い。
【００１９】本発明では、羽口部から燃焼用に吹き込ま
れるガスが酸素であり、また、先に述べたように単位酸
素量当たり大量の微粉炭を効率的に燃焼ガス化すること
ができ、さらに上記のように燃焼ガスを二次燃焼させな
いことにより、ＣＯとＨ2の含有率が極めて高い（した
がって、ＣＯ2やＮ2の含有率が非常に少ない）高カロリ
ー排ガス（２７００ｋｃａｌ／Ｎｍ2以上）が得られ
る。本発明では微粉炭を高効率で燃焼させることができ
るため、［ＰＣ／Ｏ2］：０．７ｋｇ／Ｎｍ3以上（好ま
しくは１．０ｋｇ／Ｎｍ3以上）においても安定した操
業が可能であり、大量供給された微粉炭を効率的に燃焼
させて大量の高カロリー排ガスを得ることができる。
【００２０】また、微粉炭の吹き込み部の内側からさら
に酸素を吹き込む方法、すなわち、バーナの径方向中心
若しくはその近傍から酸素を、その周囲から微粉炭を、
さらにその周囲から酸素を吹込む方式では、微粉炭がそ
の内側と外側を酸素でサンドイッチされるようにして吹
き込まれるため微粉炭と酸素の接触がより良好になり、
これにより微粉炭の燃焼効率をより高めることができ
る。このため、燃焼することなく炉頂ダストとして炉外
に排出される微粉炭の量をより低減させることができ
る。
【００２１】先に述べたように本発明は従来法に較べて
燃料比を高くし、且つ微粉炭の大量吹き込みを行なうこ
とを前提としているが、その狙いとする範囲は実操業ベ
ースで、燃料比：３００ｋｇ／ｔ以上、微粉炭比（ｋｇ
／ｔ）とコークス比（ｋｇ／ｔ）の重量比［微粉炭比／
コークス比］：１．０以上であり、これにより溶銑を高
効率に製造することができるとともに、上述したような
高カロリー排ガスを大量に安定供給することが可能とな
る。また、これらの上限は操業度、燃料コストと必要回
収ガスバランス等によって決まるが、一般には燃料比：
５００ｋｇ／ｔ、［微粉炭比／コークス比］：２．５程
度が実質的な上限となると考えられる。
【００２２】このように本発明では、従来法に較べて燃
料比を相対的に高めた操業を行うことを前提としている
ため、従来法に較べて燃料費自体は高くなるが、一方に
おいてコークスに較べてはるかに安価な微粉炭を大量に
使用することでコークス比を相対的に低減させることが
でき、しかも利用価値の高い高カロリー排ガスを大量に
製造することができるため、全体としては従来法に較べ
て相当程度に低い製造・操業コストで実施することがで
きる。
【００２３】また、微粉炭と酸素を本発明のような方式
で同時に吹き込むことは、溶銑の歩留り及び品質を確保
することにも役立つ。すなわち、熱源としてコークスの
みを炉内に装入して羽口部から酸素のみを吹き込む方式
を想定した場合、羽口先に酸素帯が奥行き方向に長く形
成され、その近傍を流れる溶銑が酸化され易いため、鉄
がＦｅＯとしてスラグ中に移行して鉄の歩留まりを低下
させ、また、溶銑の成分中に酸化物を懸濁させることに
より溶銑の品質を劣化させることになる。これに対して
本発明では、微粉炭が急速に酸素を消費するため酸化帯
が十分に小さく、このため上記のような溶銑の酸化は殆
ど問題とならない。また、このような作用は、特に［Ｐ
Ｃ／Ｏ2］を０．７ｋｇ／Ｎｍ3以上、より好ましくは
１．０ｋｇ／Ｎｍ3以上とすることにより効果的に得ら
れる。
【００２４】また本発明法では、羽口先で微粉炭を急速
燃焼させることにより形成される燃焼帯によりスクラッ
プが円滑に溶解するため、キュポラ法のような炉内の温
度分布制御のための特殊な鋳物用コークスを必要としな
い。本発明法では、溶解帯下部にレースウェイと呼ばれ
る燃焼帯を作り、充填されたスクラップを保持するため
にコークスが必要であるが、これには高炉用コークスを
利用することができる。そして、微粉炭がレースウェイ
内で急速燃焼して酸素が急速に消費され、炉内が還元雰
囲気となるため、溶解した鉄の酸化が効果的に抑えら
れ、スラグ中のＦｅＯが微量で鉄歩留りが高い。
【００２５】また、微粉炭の燃焼ガス化に伴って発生す
る主に石炭灰分から成るスラグは、容易に溶融して炉下
部の溶銑と分離してその上部に蓄積し、出銑とともに容
易に炉外に排出でき、操業に支障を与えない。なお、本
発明法では燃焼バーナによる微粉炭と酸素の吹き込みに
加え、同じ燃焼バーナ等を通じて燃焼温度調整用の水蒸
気や窒素等を冷却剤として適宜吹き込むことができる。
但し、このような燃焼温度調整用の流体は、先に述べた
ような微粉炭と酸素との接触を妨げないようにするた
め、微粉炭吹出部の周りに配される酸素吹出部のさらに
外側位置で供給することが好ましい。
【００２６】本発明において燃焼バーナから吹き込まれ
る酸素ガスの純度は可能な限り高い方が好ましいが、一
般に工業用として使用されている酸素ガスの純度は９９
％以上（通常、一般に販売されている工業用酸素ガスの
純度は約９９．８％〜９９．９％程度、製鉄所の酸素プ
ラントから得られる酸素ガスの純度は９９．５％前後で
ある）であり、この程度の純度があれば十分である。ま
た、本発明により得られる作用効果の面から言うと、純
度が９５％未満の酸素ガスでは羽口から吹き込まれる微
粉炭と酸素との接触が十分に確保できないため、微粉炭
の燃焼効率が悪くなり、また、排ガス中の低カロリーガ
ス成分も増加することになり、本発明の目的を達成する
ことが困難となる。したがって、本発明で羽口から吹き
込まれる酸素とは、純度が９５％以上の酸素ガスを指す
ものとする。また、炉内に吹き込まれる微粉炭の粒度等
は特に限定しないが、例えば、粒度７４μｍ以下が８０
％以上含まれるような微粉炭が好適である。
【００２７】図１は本発明のスクラップ溶解法に使用さ
れるシャフト炉の一構成例を示す概念図である。このシ
ャフト炉１０の炉頂部に設けられた原料装入装置１６
は、開閉装置１８により大気と炉内を遮断できる構造と
し、高温の炉頂ガスを完全に回収できるようにしてあ
る。図２はシャフト炉１０の羽口部１２の一構成例（断
面構造）を示す説明図である。この羽口部１２には燃焼
バーナ１３が設置されており、この燃焼バーナ１３の径
方向中心若しくはその近傍から微粉炭ＰＣが吹込まれる
とともに、その周囲からは冷酸素Ｏ2が吹込まれ、両者
は急速混合して微粉炭が羽口先端に形成される燃焼帯１
４で急速燃焼し、スクラップを溶解させる。このときの
燃焼帯１４及びレースウェイ１５は、図示のように羽口
部１２の先端近傍に形成される。また、燃焼バーナ１３
からは燃焼温度調整用に水蒸気や窒素等が冷却剤として
羽口先に吹き込まれる。
【００２８】図３及び図４は燃焼バーナ径方向における
微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ2の吹き込みの態様を示してお
り、このうち図３は微粉炭吹出部ａの周りを環状に囲む
ような酸素吹出部ｂから冷酸素Ｏ2を吹き込むようにし
た例であり、また、図４は微粉炭吹出部ａの周りに適宜
間隔をおいて配された複数の酸素吹出部ｂから冷酸素Ｏ
2を吹き込むようにした例である。なお、図３及び図４
のｃは燃焼温度調整用の冷却剤の吹出部である。
【００２９】図５は、微粉炭の吹き込み部の内側からさ
らに酸素を吹き込む方法における羽口部１２の一構成例
（断面構造）を示すもので、この羽口部１２に設けられ
る燃焼バーナ１３では、その径方向中心若しくはその近
傍から冷酸素Ｏ2が吹き込まれるとともに、その周囲か
ら微粉炭ＰＣが吹込まれ、さらにその周囲から冷酸素Ｏ
2が吹込まれる。つまり、微粉炭ＰＣはその内側と外側
を冷酸素Ｏ2でサンドイッチされるようにして吹き込ま
れ、微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ2は急速混合して微粉炭が羽
口先端に形成される燃焼帯１４で急速燃焼し、スクラッ
プを溶解させる。この方式では微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ2
の接触がより良好となるため、微粉炭の燃焼効率がより
高められる利点がある。
【００３０】図６ないし図８は、図５に示す燃焼バーナ
の径方向における微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ2の吹き込みの
態様を示しており、このうち図６はバーナ径方向中心若
しくはその近傍の酸素吹出部ｂ´の周りを環状に囲むよ
うな微粉炭吹出部ａから微粉炭ＰＣを吹き込み、さらに
その周囲を環状に囲むような酸素炭吹出部ｂから冷酸素
Ｏ2を吹き込むようにした例である。また、図７はバー
ナの径方向中心若しくはその近傍の酸素吹出部ｂ´の周
りを環状に囲むような微粉炭吹出部ａから微粉炭ＰＣを
吹き込み、さらにこの微粉炭吹出部ａの周りに適宜間隔
をおいて配された複数の酸素吹出部ｂから冷酸素Ｏ2を
吹き込むようにした例である。また、図８はバーナ径方
向中心若しくはその近傍の酸素吹出部ｂ´の周りに適宜
間隔をおいて配された複数の微粉炭吹出部ａから微粉炭
ＰＣを吹き込み、さらにこの微粉炭吹出部ａの周りに適
宜間隔をおいて配された複数の酸素吹出部ｂから冷酸素
Ｏ2を吹き込むようにした例である。
【００３１】
【実施例】
〔実施例１〕図１の炉体に図２に示す構造の羽口部を有
するスクラップ溶解用試験炉（炉内容積：２．５ｍ3，
生産量：１０ｔ／日）及び図１の炉体に図５に示す構造
の羽口部を有するスクラップ溶解用試験炉（炉内容積：
２．５ｍ3，生産量：１０ｔ／日）とを用い、本発明法
により［ＰＣ／Ｏ2］を変化させてスクラップを溶解
し、溶銑を製造した。本実施例では燃焼バーナ１３から
微粉炭とともに常温の酸素（冷酸素）を吹き込むととも
に、羽口先の燃焼温度を２０００℃に調整するために窒
素及び水蒸気を冷却剤として吹き込んだ。
【００３２】また、比較法として図１の炉体に図９に示
す羽口部を備えた試験炉を用い、［ＰＣ／Ｏ2］を変化
させてスクラップを溶解し、溶銑を製造した。図９は公
知のキュポラ法に基づき酸素富化した熱風にランス２０
を通じて微粉炭を吹き込む方式であり、温度８００℃の
熱風を用い、酸素富化量及び微粉炭量を調整して［ＰＣ
／Ｏ2］を変化させた。なお、本実施例においては、粒
度が７４μｍ以下７５％、表１に示す工業分析値を有す
る微粉炭を吹き込み用として用い、また、コークスとし
ては高炉用コークスを用いた。
【００３３】本発明法及び比較法における微粉炭の吹き
込み限界を見るために、炉頂ガス中のダストを逐次採取
し、ダスト中のＣ濃度（％）を測定した。その結果を図
１０に示す。図１０は投入微粉炭量ＰＣ（ｋｇ／ｈ）と
酸素流量Ｏ2（Ｎｍ3／ｈ）の比［ＰＣ／Ｏ2］と炉頂乾
ダスト中のＣ濃度との関係を示したもので、比較法では
［ＰＣ／Ｏ2］の値が０．７ｋｇ／Ｎｍ3以上になると炉
頂ダスト中にＣ濃度が急増している。これは、［ＰＣ／
Ｏ2］がこの領域になると微粉炭が羽口先で十分に燃焼
し切れず、炉頂から未燃焼のまま排出されていることを
示しており、吹き込まれた微粉炭が燃料として十分に利
用されていないことになる。
【００３４】一方、図２の方式による本発明法におい
ては［ＰＣ／Ｏ2］が１．４ｋｇ／Ｎｍ3の近傍まで炉頂
乾ガス中のＣ濃度は低く、微粉炭を大量に吹き込んでも
高効率に燃焼して炉内で燃焼ガス化されていることが判
る。また、図５の方式による本発明法においては、微
粉炭がより高効率に燃焼していることが判る。なお、
［ＰＣ／Ｏ2］は化学量論的に１．４ｋｇ／Ｎｍ3がほぼ
上限であり、本発明法において［ＰＣ／Ｏ2］：１．４
ｋｇ／Ｎｍ3近傍で炉頂乾ガス中のＣ濃度が急増してい
るのは本発明法の限界を示すものではない。本実施例か
ら明らかなように、本発明法によれば羽口部から吹き込
まれた微粉炭と酸素とが羽口先で急速に混合して微粉炭
が急速燃焼するため、［ＰＣ／Ｏ2］を十分に高めても
微粉炭を効率的に燃焼させ、燃焼ガス化させることがで
きる。また、本発明法ではスクラップの溶解及び溶銑の
生産に関しても、全く支障がないことが確認できた。
【００３５】
【表１】
【００３６】〔実施例２〕 実施例１と同じ図２に示す羽口部を備えた試験炉と図９
に示す羽口部を備えた試験炉をそれぞれ用いてスクラッ
プを溶解し、溶銑を製造した。微粉炭及びコークスは実
施例１と同様のものを用いた。また、この実施例では、
一部の比較例においてシャフト部に二次燃焼用の空気を
導入し、燃焼ガスを二次燃焼させた。各実施例の製造条
件及びその結果を表２及び表３に示す。表２及び表３に
おいてケース３，４が本発明例、それ以外が比較例であ
り、また、ケース１以外の操業例は全て羽口部からの微
粉炭吹き込みを行なっている。また、ケース１〜４，８
〜１１は図２に示す羽口部を備えた試験炉を用いた例、
ケース５〜７は図９に示す羽口部（ランス方式による微
粉炭の吹込み）を備えた試験炉を用いた例であり、いず
れの場合も羽口先温度は２２００℃で一定に保った。
【００３７】本実施例ではどのケースでも操業自体は全
く支障がなった。ケース１は微粉炭を吹き込まず（羽口
からは酸素のみを吹き込み）、熱源をすべてコークスと
した操業例（微粉炭比：０）であり、一方、ケース２，
３，４は燃焼バーナから酸素とともに微粉炭の吹き込み
を行ない、ケース２，３，４の順に微粉炭比を増加させ
た操業例である。微粉炭吹き込みを行わないケース１で
は、レースウェイ内の酸化帯が拡大した影響によりスラ
グ中のＦｅＯが高くなり、溶銑の品質低下及び鉄歩留り
の低下を生じている。また、このケース１は熱源をすべ
てコークスとしているため当然に製造コストが高い。
【００３８】ケース２は、微粉炭吹き込みを行ってはい
るが［ＰＣ／Ｏ２］が低いため、ケース１ほどではない
がスラグ中のＦｅＯが高くなっている。また、この操業
例では微粉炭比／コークス比が０．３５程度であり、コ
ークス比が相対的に高いため製造コストの面で問題があ
る。これに対して本発明の実施例であるケース３，ケー
ス４においては、スラグ中のＦｅＯが低く、溶銑の品質
及び鉄歩留りは良好である。また、これらケース３，ケ
ース４ではコークス比を超える大量の微粉炭を吹き込ん
でいるにも拘らず、微粉炭の燃焼が効率的に行なわれて
いるため、２７００ｋｃａｌ／Ｎｍ３以上の高カロリー
排ガスが大量に得られている。
【００３９】ケース５は従来型の吹き込み羽口を（図９
参照）用いて微粉炭と酸素とを吹き込んだ操業例であ
り、微粉炭の燃焼効率が低いため［ＰＣ／Ｏ2］が上げ
られず、このため微粉炭に較べて大量のコークスを必要
とし、製造コストが高い。また、羽口先における微粉炭
と酸素との接触が十分に確保されていないため、スラグ
中のＦｅＯが高く、溶銑の品質低下及び鉄歩留りの低下
を生じている。
【００４０】ケース６は従来型の吹き込み羽口（図９参
照）を用いて酸素富化された空気を微粉炭とともに吹き
込んだ操業例であり、この操業例では、従来型の吹き込
み羽口を用いていることに加えて、吹き込みガスとして
酸素富化された空気を用いているために酸素と微粉炭と
の接触が十分に確保できず、このため微粉炭の燃焼効率
がケース５よりもさらに低く、したがってコークス比を
高くせざるを得ないため製造コストが高い。また、酸素
富化された空気（６６％Ｏ2）を使用しているため、排
ガスのカロリーも低く（２５００ｋｃａｌ／Ｎｍ3未
満）、さらに、上記のように酸素と微粉炭との接触が十
分に確保されないため、スラグ中のＦｅＯが高く、溶銑
の品質低下及び鉄歩留りの低下を生じている。
【００４１】ケース７は従来型の吹き込み羽口（図９参
照）を用い、酸素富化された空気を微粉炭とともに吹き
込むとともに、シャフト部に二次燃焼用の空気を導入し
た操業例であり、この操業例ではケース６に較べて燃料
比は低くできるものの、ケース６と同様の理由により微
粉炭の燃焼効率が低く、コークス比が高いため製造コス
トが高い。また、酸素富化された空気（６６％Ｏ2）を
使用し且つ微粉炭の燃焼により生じた燃焼ガスを二次燃
焼させているため、排ガスのカロリーが極めて低い（１
８００ｋｃａｌ／Ｎｍ3未満）。また、ケース６と同様
に酸素と微粉炭との接触が十分に確保されないため、ス
ラグ中のＦｅＯが高く、溶銑の品質低下及び鉄歩留りの
低下を生じている。
【００４２】ケース８は本発明法に相当する羽口吹き込
み方式を採用し、微粉炭の周囲から酸素富化された空気
を吹き込んだ操業例であり、この操業例では吹き込みガ
スとして酸素富化された空気を用いているために酸素と
微粉炭との接触が十分に確保できず、このため微粉炭の
燃焼効率が低く、したがってコークス比を高くせざるを
得ないため製造コストが高い。また、酸素富化された空
気（６９％Ｏ2）を使用しているため、排ガスのカロリ
ーも低い（２４００ｋｃａｌ／Ｎｍ3未満）。さらに、
酸素富化された空気を用いているために酸素と微粉炭の
接触が十分に確保されないため、スラグ中のＦｅＯがケ
ース３，４に較べて高く、溶銑の品質低下及び歩留低下
を生じている。
【００４３】ケース９は本発明法に相当する羽口吹き込
み方式を採用し、微粉炭の周囲から酸素富化された空気
を吹き込むとともに、シャフト部に二次燃焼用の空気を
導入した操業例であり、この操業例ではケース８に較べ
て燃料比は低くできるものの、ケース８と同様の理由に
より微粉炭の燃焼効率が低く、コークス比が高いため製
造コストが高い。また、酸素富化された空気（６２％Ｏ
2）を使用し且つ微粉炭の燃焼により生じた燃焼ガスを
二次燃焼させているため、排ガスのカロリーが極めて低
い（１８００ｋｃａｌ／Ｎｍ3未満）。また、ケース８
と同様に酸素と微粉炭との接触が十分に確保されないた
め、スラグ中のＦｅＯがケース３，４に較べて高く、溶
銑の品質低下及び鉄歩留りの低下を生じている。
【００４４】ケース１０とケース１１は低燃料比による
操業例であり、このうちケース１０は本発明法に相当す
る羽口吹き込み方式を採用し、微粉炭の周囲から酸素富
化された空気を吹き込んだ操業例である。この操業例で
は吹き込みガスとして酸素富化された空気を用いている
ために酸素と微粉炭との接触が十分に確保できず、この
ため微粉炭の燃焼効率が低く、したがってコークス比を
高くせざるを得ないため製造コストが高い。また、酸素
富化された空気（６３％Ｏ2）を使用しているため、排
ガスのカロリーも低く（２３００ｋｃａｌ／Ｎｍ3未
満）、さらに、低燃焼比での操業であるため排ガス量も
少ない。また、酸素富化された空気を用いているために
酸素と微粉炭との接触が十分に確保されないため、スラ
グ中のＦｅＯがケース３，４に較べて高く、溶銑の品質
低下及び歩留低下を生じている。
【００４５】ケース１１は本発明法に相当する羽口吹き
込み方式を採用し、微粉炭の周囲から酸素富化された空
気を吹き込むとともに、シャフト部に二次燃焼用の空気
を導入した操業例であり、この操業例ではケース１０に
較べて燃料比は低くできるものの、ケース１０と同様の
理由により微粉炭の燃焼効率が低く、コークス比が高い
ため製造コストが高い。また、酸素富化された空気（６
３％Ｏ2）を使用し且つ微粉炭の燃焼により生じた燃焼
ガスを二次燃焼させているため、排ガスのカロリーが極
めて低く（１８００ｋｃａｌ／Ｎｍ3未満）、さらに、
低燃焼比での操業であるため排ガス量も少ない。また、
ケース１０と同様に酸素と微粉炭との接触が十分に確保
されないため、スラグ中のＦｅＯがケース３，４に較べ
て高く、溶銑の品質低下及び鉄歩留りの低下を生じてい
る。
【００４６】以上の実施例から明らかなように、高燃料
比及び高微粉炭比による操業の下で、スクラップを効率
的に溶解し且つ高カロリー排ガスを大量に得ることによ
り低コスト操業を実現するためには、羽口部の燃焼バ
ーナから微粉炭とともに酸素を吹き込む、微粉炭と酸
素とを両者が羽口先で速かに接触して混合するような特
定の方法により吹き込むことにより、微粉炭の急速燃焼
を実現させる、微粉炭の燃焼による燃焼ガスを有意に
二次燃焼させない、という本発明法の条件を全て満足さ
せる必要があることが判る。
【００４７】
【表２】
【００４８】
【表３】
【００４９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、スク
ラップを溶解して溶銑を効率的に製造できるだけでな
く、燃料用ガスとして利用価値の高い高カロリーの排ガ
スを大量に得ることができ、しかも、主要熱源として一
般炭を粉砕した安価な微粉炭を使用できること、［ＰＣ
／Ｏ2］を高めることができるため少ない酸素量で大量
の微粉炭を燃焼ガス化できること、簡易な設備で実施で
きること等から、スクラップと微粉炭とを主原料とした
溶銑及び高カロリー燃料用ガスの製造を低コストで実施
することができる。特に、微粉炭比を高めることができ
且つ利用価値の高い高カロリー排ガスを大量に製造でき
ることを考慮した場合に、従来技術に較べて相当程度に
低い製造・操業コストで実施することができるという優
れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクラップ溶解法の使用されるシャフ
ト炉の一構成例を示す概念図
【図２】図１のシャフト炉の羽口部の一構成例（断面構
造）を示す説明図
【図３】図２に示す燃焼バーナにおいて、バーナ径方向
における微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ2の吹き込みの態様の一
例を示す説明図
【図４】図２に示す燃焼バーナにおいて、バーナ径方向
における微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ2の吹き込みの態様の他
の例を示す説明図
【図５】図１のシャフト炉の羽口部の他の構成例（断面
構造）を示す説明図
【図６】図５に示す燃焼バーナにおいて、バーナ径方向
における微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ2の吹き込みの態様の一
例を示す説明図
【図７】図５に示す燃焼バーナにおいて、バーナ径方向
における微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ 2の吹き込みの態様の他
の例を示す説明図
【図８】図５に示す燃焼バーナにおいて、バーナ径方向
における微粉炭ＰＣと冷酸素Ｏ2の吹き込みの態様の他
の例を示す説明図
【図９】従来方式の羽口部の断面構造を示す説明図
【図１０】実施例１において図２及び図５による吹込み
方式の本発明法と図９による吹込み方式の比較法につい
て、投入した微粉炭量ＰＣ（ｋｇ／ｈ）と酸素流量Ｏ2
（Ｎｍ3／ｈ）の比［ＰＣ／Ｏ2］と炉頂乾ガス中のＣ濃
度との関係を示したグラフ
【符号の説明】
１０…シャフト炉、１２…羽口部、１３…燃焼バーナ、
１４…燃焼帯、１５…レースウェイ、１６…原料装入装
置、１８…開閉装置、２０…ランス、ａ…微粉炭吹出
部、ｂ，ｂ´…酸素吹出部、ｃ…冷却剤吹出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 正博 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 野田 英俊 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 炭竃 隆志 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 坂本 登 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−195207（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−502202（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シャフト炉内に鉄源であるスクラップと
    コークスを装入するとともに、羽口部に設けられた燃焼
    バーナから微粉炭量ＰＣ（ｋｇ／ｈ）と酸素流量Ｏ
    ２ （Ｎｍ ３ ／ｈ）との比［ＰＣ／Ｏ ２ ］が０．７ｋｇ／
    Ｎｍ ３ 以上となるような条件で微粉炭と酸素とを炉内に
    吹き込み、燃料比を３００ｋｇ／ｔ以上、微粉炭比（ｋ
    ｇ／ｔ）とコークス比（ｋｇ／ｔ）の重量比［微粉炭比
    ／コークス比］を１．０以上とする操業条件で実施され
    るスクラップ溶解法であって、 前記 微粉炭と酸素の吹き込みに当たっては、燃焼バーナ
    の径方向中心若しくはその近傍から微粉炭を吹き込むと
    ともに、その周囲から酸素を吹き込んで両者を混合させ
    ることにより微粉炭を羽口先に形成される燃焼帯で急速
    燃焼させ、この燃焼ガスの顕熱でスクラップを溶解して
    溶銑を製造するとともに、生成した燃焼ガスを炉内で有
    意に二次燃焼させることなく燃料用ガスとして回収する
    ことを特徴とするスクラップ溶解法。
  2. 【請求項２】 燃焼バーナにおける微粉炭の吹き込み部
    の内側からさらに酸素を吹き込むことを特徴とする請求
    項１に記載のスクラップ溶解法。
  3. 【請求項３】 シャフト炉に装入されるコークスとして
    高炉用コークスを用いることを特徴とする請求項１また
    は２に記載のスクラップ溶解法。
  4. 【請求項４】 燃焼バーナから吹き込まれる酸素の純度
    が９５％以上であることを特徴とする請求項１、２また
    は３に記載のスクラップ溶解法。
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