JP5581901B2 - 竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑製造方法 - Google Patents
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Description
最近ではスクラップ市場の国際化が進行し、スクラップ価格の時間変動が大きくなっており、安価なスクラップを効率的に使用することが望まれている。従来は、鋳物を製造する際に発生する自所スクラップ屑、いわゆる故銑も多く使用されていたが、市場のスクラップ価格の変動が大きいため、コストの観点から市場スクラップを大量に使用した方がコストダウンに繋がるような状況も生じてきた。
上述したようなプロセスで溶銑を製造する場合、市場に出回っているヘビー屑を加工せずにそのままの状態で竪型スクラップ溶解炉に装入することが望ましい。事前に切断、破砕等の処理を施すと加工費が高く、折角安価なスクラップを使用してもコスト増加が問題となる。しかし、本発明者らが検討した結果、ヘビー屑を加工せずにそのままの状態で使用した場合、操業中にコークス原単位やダスト発生量が大きく変動し、操業の安定性が損なわれる場合があることが判った。
すなわち、竪型スクラップ溶解炉では、炉下部から吹き込まれたガス(熱風)中の酸素がコークスと反応して高温ガスが生成し、この高温ガスが炉内を上昇する過程で、ガス顕熱が鉄源に伝わり、鉄源が加熱される。一方、鉄系スクラップは種類により厚みや大きさ等が異なり、どのような種類のスクラップがどのような割合で配合されるかにより、炉に装入される鉄源の見かけ嵩密度が異なってくるが、この鉄源の見かけ嵩密度により、竪型スクラップ溶解炉内での高温ガスによる鉄源への伝熱効率が大きく変化することが判った。具体的には、鉄源の見かけ嵩密度が小さい場合には、ガスの顕熱が効率良く鉄源に伝わらないため、炉頂でのガスの温度が高くなることが判った。これは、鉄源の見かけ嵩密度が小さい場合には、空間中に占める鉄源の割合が小さくなるため、ガスが持っている顕熱が固体の鉄源に十分に伝熱される前に、ガスが上昇して高温のまま炉頂まで到達するためであると考えられる。炉頂ガス温度が高いと、ガス顕熱のロスが生じることになり、コークス原単位が増加するだけでなく、ガス流速が高くなることによる生成ダスト量の増加や、次工程での排ガス処理設備の配管、フィルター等に甚大な負荷をかけ、操業不能になる場合もある。このような問題に対して、吹き込みガス量を低減させて炉断面積当りのガス流速を低下させれば、ガスと鉄源との接触時間が長くなり、伝熱効率を高くすることができる。また、単純に吹き込みガス量(熱風量)を低減すると供給される酸素量が少なくなるため、出銑量が低下することになるが、これに対しては、熱風の一部を酸素に置換すればよく、これにより出銑量も確保することができる。
0.75≦B/A …(1)
但し A=[羽口から吹き込む合計ガス量(Nm3/sec)]/[羽口位置での炉内水平断面積(m2)]
B:炉に装入する鉄源の見かけ嵩密度(t/m3)
本発明は、竪型スクラップ溶解炉において、鉄系スクラップを主体とする鉄源とコークスを炉内に装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から酸素を含有するガスを吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄源を溶解することにより溶銑を製造する方法である。羽口から吹き込まれるガスは、通常、熱風または熱風+酸素または酸素含有ガスである。
また、この実施形態では、熱風に酸素または酸素含有ガスを添加するために、羽口3内に噴射ノズル6が設置されている。図2は、噴射ノズル6が配置された羽口3の拡大断面図であり、噴射ノズル6は、通常、羽口管30内に同心状に配置される。この噴射ノズル6は、複数ある羽口3の全部に配置してもよいし、一部の羽口3にのみ配置してもよい。噴射ノズル6としては、入口径が小さく出口径が大きい所謂ラバールノズル(通常、このノズルは超音速の出口流速(初期流速)で酸素ジェットを噴射できる)、入口径・出口径が同じであるストレートノズルなどを用いることができる。
溶解炉の大きさ等に本質的な制限はないが、実質的に操業可能若しくは操業上有利なサイズとして、通常は、羽口位置での炉内径が2〜4m程度、炉高が6〜10m程度である。また、羽口数にも制限はなく、炉径に応じた本数にすればよいが、通常は4〜12本程度である。
鉄系スクラップなどの鉄源とコークスは、炉内に同時に装入してもよいし、交互に装入してもよい。
鉄源としては、鉄系スクラップに加えて、例えば、銑鉄、還元鉄、鉄鉱石、ダスト塊など装入してもよい。また、鉄源、コークス以外に、例えば、石灰石、他のダストやスラッジ類の塊成物、木炭や無煙炭等の炭材などを適宜装入してもよい。
この試験では、鉄系スクラップとしてヘビー屑のH2、シュレッダー、プレスおよび故銑を用い、スクラップ以外の鉄源としてダスト塊を用いた。ダスト塊は、Fe2O3、SiO2、CaO、Al2O3、MgO、Cを主成分とするダストを塊成化したものであり、製鉄所内で発生した高炉系ダストと転炉系ダストを50mass%ずつ配合し、これを100mmφ×100mの円柱形状に成型して塊成化したものを使用した。
なお、事前に鉄源毎の嵩密度を測定して、その総和平均を見かけ嵩密度と定義した。つまり、見かけ嵩密度(t/m3)=Σρx・Yx/100(但し、ρx:鉄源Xの嵩密度(t/m3)、Yx :鉄源Xの質量比率(%))であり、本発明ではこの値を見かけ嵩密度と定義した。各鉄源の嵩密度は、H2:0.6t/m3、シュレッダー:1.3t/m3、プレス:0.9t/m3、故銑:3t/m3、ダスト塊:1.5t/m3であった。
試験条件を表1に示す。表1において、“B”は炉に装入する鉄源の見かけ嵩密度(t/m3)である。また、“A”は吹き込みガスの炉内断面積当りのガス流速(Nm/sec)に相当するものであり、下式で求められる。なお、下式において、「羽口から吹き込む合計ガス量」とは、表1の熱風量と酸素量の合計(酸素を添加しない場合には熱風量)である。
A=羽口から吹き込む合計ガス量(Nm3/sec)/羽口位置での炉内水平断面積(m2)
B/Aの値とコークス原単位の関係を図3に示す。これによれば、B/Aが0.75未満ではコークス原単位が高いが、0.75以上であればコークス原単位も低く、効率的な操業を行うことができることが判る。なお、B/Aが0.75未満の試験では、炉頂ガス温度も高くなり、設備の許容する範囲で操業を実施した。この試験では、ヘビー屑のなかでも特に入手が容易なH2を使用したが、H2以外のヘビー屑(HS,H1,H3,H4)を用いた場合でも、同様の結果が得られた。
このように、ヘビー屑を多く含む見かけ嵩密度が小さい鉄源を用いる場合、B/Aを0.75以上に制御することが重要であることが判った。
0.75≦B/A …(1)
但し A=[羽口から吹き込む合計ガス量(Nm3/sec)]/[羽口位置での炉内水平断面積(m2)]
B:炉に装入する鉄源の見かけ嵩密度(t/m3)
また、羽口から吹き込むガスが熱風である場合、単純に吹き込みガス量(熱風量)を低減すると供給される酸素量が少なくなるため、出銑量が低下することになるが、これに対しては、熱風の一部を酸素に置換すればよい。すなわち、羽口から吹き込む熱風に酸素または酸素含有ガスを添加すればよい。
また、本発明の製造方法は、特に、鉄源としてヘビー屑を主体としたものを用いる場合に有用である。
上記(1)式を満足するように操業を行う場合、当該操業で装入予定の各種鉄源の嵩密度を事前に測定しておき、この測定値に基づき、各種鉄源の配合割合から炉に装入する鉄源の見かけ嵩密度を求める。
2 ホッパー
3 羽口
4 熱風管
5 排気ダクト
6 噴射ノズル
7 集塵装置
30 羽口管
Claims (1)
- 竪型スクラップ溶解炉において、(社)日本鉄源協会・鉄スクラップ検収統一規格で規格化された鉄系スクラップのうちのヘビー屑を70mass%以上含む鉄源とコークスを炉内に装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から、酸素を添加した熱風を吹き込んで溶銑を製造する方法であって、
下記(1)式を満足するように操業を行うことを特徴とする竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法。
0.75≦B/A …(1)
但し A=[羽口から吹き込む合計ガス量(Nm3/sec)]/[羽口位置での炉内水平断面積(m2)]
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