JP6237664B2 - アーク炉の操業方法及び溶鋼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷鉄源を溶解するアーク炉の操業方法及びアーク炉の操業方法で得られた溶湯から溶鋼を製造する溶鋼の製造方法に関するものである。

アーク炉では、鉄スクラップなどの冷鉄源をアーク熱で溶解し、その後、転炉などで精錬して、溶鋼を製造する。アーク炉設備では、アーク熱を生成するため、電力を多量に消費する。この電力消費量を抑えることを目的として、溶解中にアーク炉の溶解室から発生する排ガスを利用して冷鉄源を予熱したり、溶湯中の炭素濃度を上げたりする、冷鉄源の溶解方法が提案されている。

特許文献１には、溶解室と、溶解室に直結し、溶解室で発生する排ガスが導入されるシャフト型の予熱室と、を具備したアーク炉を用い、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように、冷鉄源を予熱室へ供給しながら、溶解室の冷鉄源をアークにて加熱して冷鉄源を溶解する際に、アーク炉から出湯する溶湯の炭素濃度を１ｍａｓｓ％以上とすることが提案されている。特許文献１には、溶湯の炭素濃度を高くして、鉄の液相線温度（融点）を低くすることで、出湯温度を低くして、少ない電力量で冷鉄源を溶解することが可能である旨が記載されている。

特開２０１０−２６５４８５号公報

アーク炉から得られた溶湯を、次工程の設備（転炉など）で精錬処理をして鉄鋼材料を製造する場合において、精錬処理では熱を要する場合もあり、溶湯中の炭素を熱源として利用するために、炭素濃度が高い溶湯が求められる場合がある。特許文献１に記載の発明で、溶湯中の炭素濃度を高めることはできるものの、溶解室中の溶湯上にスラグ量が増加してくると、溶解室に投入した炭材がスラグでブロックされてしまい、溶湯に溶解しない炭材が生じる可能性がある。

本発明は上記問題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、冷鉄源を使用して溶湯を生成する際に、溶湯に加えられる炭材を十分に活用して、溶湯中に溶解する炭素量（炭素歩留）を向上させることのできるアーク炉の操業方法を提供することである。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）溶解室を有するアーク炉の溶解室に冷鉄源を装入し、前記冷鉄源を前記溶解室でアーク加熱にて溶解するアーク炉の操業方法であって、前記冷鉄源の溶解で生成される溶湯に浸漬させた状態の炭材吹き込み浸漬ランスを通じて、前記溶湯中に炭材を吹き込むとともに、前記溶湯上に生成するスラグ中に酸素を吹き込むことを特徴とするアーク炉の操業方法。
（２）前記スラグ中に炭材を吹き込むことを特徴とする上記（１）に記載のアーク炉の操業方法。
（３）前記スラグに向けて炭材を投入することを特徴とする上記（１）または（２）に記載のアーク炉の操業方法。
（４）前記炭材がバイオマス由来であることを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のアーク炉の操業方法。
（５）上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のアーク炉の操業方法によって製造された溶湯を転炉で精錬して溶鋼を得ることを特徴とする溶鋼の製造方法。

本発明によれば、冷鉄源を使用して溶湯を製造する際に、溶湯に加えられる炭材を十分に活用して、溶湯中に溶解する炭素量を向上させることができる。

アーク炉設備の鉛直断面図である。 図１に示すアーク炉設備とは別の形態のアーク炉設備の鉛直断面図である。

本発明は、溶解室を有するアーク炉を用い、冷鉄源を溶解室に装入しアーク加熱にて溶解することで、溶解室に溶湯を生成することとし、溶湯に浸漬させた状態の炭材吹き込み浸漬ランスを通じて、溶湯中に炭材を吹き込むとともに、溶湯上に生成するスラグ中に酸素を吹き込むものである。炭材吹き込み浸漬ランスから炭材を溶湯に直接吹き込むことによって、溶湯上に生成されたスラグで炭材がブロックされることなく溶湯に溶解し、吹き込んだ炭材の量のほとんどを、溶湯中に溶解する炭素の増加量分に寄与させ得る。

溶湯中に溶解する炭素量を向上させると、溶湯中の鉄の液相線温度（融点）は低くなり、出湯温度を低くできるので、少ない電力使用量で迅速に溶解することが可能となる。更には、溶湯に炭材を直接吹き込むとともにスラグ中に酸素を吹き込むことで、溶湯中の炭材を燃やして、冷鉄源を加熱したり溶湯の温度をより短時間で高めることができ、電力使用量を更に抑えることもできる。

本発明の実施形態の一例を図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施に用いるアーク炉の実施形態の一例を示すものであり、溶湯に浸漬させた状態の炭材吹き込み浸漬ランス９０を通じて、溶湯１７に炭材を添加するアーク炉設備の鉛直縦断面図である。

アーク炉１は溶解室２と予熱室３とを有する。アーク炉１の内壁は耐火物で構築され、底部に炉底電極６が設けられた溶解室２の上部には、シャフト型の予熱室３と水冷構造の炉壁４とが配置され、予熱室３で覆われない炉壁４の上部開口部は、開閉自在な水冷構造の炉蓋５で覆われている。炉蓋５を貫通して、溶解室２内へ上下移動可能な黒鉛製の上部電極７が設けられ、直流式のアーク炉１の基部が構成されている。炉底電極６と上部電極７とは直流電源（図示せず）に連結し、炉底電極６と上部電極７との間でアーク１９を発生させる。

予熱室３の上方には、走行台車２４に吊り下げられた底開き型の供給用バケット１３が設けられ、供給用バケット１３から、予熱室３の上部に設けた開閉自在な供給口２０を介して冷鉄源１５が予熱室３内に装入される。予熱室３の上端に設けられたダクト２１は集塵機（図示せず）に連結し、溶解室２で発生する高温の排ガスは、予熱室３及びダクト２１を順に通って吸引され、予熱室３内の冷鉄源１５は予熱される。予熱された冷鉄源１５は、次に溶解室２内で溶解される冷鉄源１５の量に応じて、溶解室２内に落下し、溶解室２へ装入される。

溶解室２には、炉蓋５を貫通した状態で上下移動可能な炭材吹き込み浸漬ランス９０と炭材吹き込みランス９とが設けられている。炭材吹き込み浸漬ランス９０は、その先端が、後述するように生成される溶湯１７に浸漬するように炉蓋５に設けられており、空気や窒素などを搬送用ガスとして、コークス、チャー、石炭、木炭、黒鉛、バイオマス炭など、もしくはこれらの混合物の炭材が、溶湯１７に吹き込まれる。炭材は、バイオマス由来であることが好ましい。コークスは硫黄（Ｓ）を含有しているが、バイオマス由来とすることで炭材からのＳ混入を防止できるからである。更には、バイオマスはカーボンニュートラルであることから地球温暖化の原因の一つである二酸化炭素の排出量を低減することができる。

炭材吹き込み浸漬ランス９０と炭材吹き込みランス９とに加えて、炉蓋５を貫通した状態で上下移動可能な酸素吹き込みランス８が炉蓋５に設けられている。酸素吹き込みランス８は、その先端が溶湯１７上に生成されるスラグ１８に接触するように配置され、酸素吹き込みランス８から、酸素がスラグ１８中に吹き込まれる。

溶解室２の予熱室３を設置した部位の反対側には、その炉底に、扉２２で出口側を押さえ付けられて内部に詰め砂またはマッド剤が充填された出鋼口１１と、その側壁に、扉２３で、出口側を押さえ付けられて内部に詰め砂またはマッド剤が充填された出滓口１２とが設けられている。この出鋼口１１の鉛直上方に対応する部位の炉蓋５には、バーナー１０が取り付けられている。バーナー１０は、重油、灯油、微粉炭、プロパンガス、天然ガスなどの化石燃料やバイオマス燃料を、空気または酸素若しくは酸素富化空気により溶解室２内で燃焼させる。バーナー１０は必要に応じて取り外すことができる。溶湯１７を出湯する際に、冷鉄源１５が溶解していない場合があり、その場合に、冷鉄源１５及び溶湯１７をバーナー１０で加熱することが可能になる。

アーク炉１の操業では、まず、供給用バケット１３より予熱室３内に冷鉄源１５を装入する。予熱室３内に装入された冷鉄源１５は、溶解室２内にも装入され、やがて予熱室３が冷鉄源１５で充填される。溶解室２内へ冷鉄源１５を均一に装入するべく、炉蓋５を開けた状態で、予熱室３と反対側の溶解室２内に冷鉄源１５や炭材を装入してもよいし、冷鉄源１５の装入の際に、溶銑を溶解室２に装入してもよい。溶銑を使用することで、溶銑の有する熱により、電力使用量を大幅に削減できる。溶銑は供給用取鍋（図示せず）や溶解室２に連結する溶銑樋（図示せず）にて溶解室２に装入できる。

次いで、炉底電極６と上部電極７との間に直流電流を給電しつつ上部電極７を降下させ、炉底電極６と上部電極７との間、または、装入された冷鉄源１５と上部電極７との間でアーク１９を発生させ、アーク熱により冷鉄源１５を溶解することで、溶湯１７が生成される。そして、溶湯１７上に溶融スラグ（単に「スラグ」とも呼ぶ）１８が生成されることになるが、要すればフラックスを冷鉄源１５に添加しておき、フラックスを溶解して溶融スラグ１８を生成させてもよい。溶融スラグ１８によって溶湯１７が保温される。溶融スラグ１８の量が多すぎる場合には、操業中でも出滓口１２から溶融スラグ１８を排出できる。

通電後、溶湯１７及び溶融スラグ１８が形成されたら、図１に示すように、炭材吹き込み浸漬ランス９０を溶湯１７に浸漬させて、溶湯１７中に炭材を吹き込むとともに、酸素吹き込みランス８を溶融スラグ１８中に挿入し、酸素を溶融スラグ１８中に吹き込む。これにより、溶湯１７に直接吹き込まれた炭材は、溶湯１７中に溶解することとなり、溶湯１７の炭素濃度が上昇する。また、スラグ中に吹き込まれる酸素が、溶湯１７中に溶解する炭素と反応して燃焼熱が生じ、溶湯１７の温度が上昇し、冷鉄源１５の溶解が促進され、ひいては、電力消費量を抑えることができる。

溶湯１７中の炭素が酸素と反応して生成される反応生成物のＣＯガスが溶融スラグ１８をフォーミングさせる。よって、アーク１９が溶融スラグ１８に包まれるので、アーク１９の着熱効率が上昇する。また、大量に発生する高温のＣＯガスと、このＣＯガスが燃焼して生成するＣＯ_２ガスとが、予熱室３内の冷鉄源１５を効率良く予熱する。

また、酸素を溶融スラグ１８に吹き込むとともに、炭材吹き込みランス９から炭材を溶融スラグ１８中に吹き込むことが好ましい。溶融スラグ１８に吹き込まれる酸素によって、溶融スラグ１８中に吹き込まれる炭材が、溶湯１７中の炭材よりも積極的に燃焼して燃焼熱が生じ、冷鉄源１５の予熱効率を向上させる。

溶解室２内の冷鉄源１５の溶解に伴い、予熱室３内の冷鉄源１５は溶解室２内で溶解された量に応じて、溶解室２内に自由落下して減少するので、この減少分を補うために供給用バケット１３から予熱室３へ冷鉄源１５を装入してもよい。この冷鉄源１５の予熱室３内への装入は、冷鉄源１５が予熱室３と溶解室２とに連続して存在する状態を保つように、連続的または断続的に行う。その際に、予熱室３と溶解室２とに連続して存在する冷鉄源１５の量を、１回の出湯量の５０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましい。予熱室３と溶解室２とに連続して存在する冷鉄源１５の量が低下すると、排ガス温度を利用したスクラップ予熱効果が低下するからである。

このようにして冷鉄源１５及び溶湯１７を加熱して冷鉄源１５を溶解し、溶解室２内に溶湯１７を溜めると共に、溶湯１７の炭素濃度を測定し、必要により、酸素吹き込みランス８からの酸素吹込量及び炭材吹き込み浸漬ランス９０からの炭材吹込量を調整して溶湯１７の炭素濃度（最終的な目標値）を１．０ｍａｓｓ％以上４．３ｍａｓｓ％以下に調整することが好ましい。溶湯１７の炭素濃度を上げていくと、鉄の液相線温度（融点）を下げる効果が生じ、溶湯１７の炭素濃度が１．０ｍａｓｓ％以上になると、鉄の液相線温度（融点）を下げる効果が顕著になり、出湯温度を低くして、冷鉄源を少ない電力使用量で迅速に溶解することが可能となるからである。また、溶湯１７の炭素濃度を４．３ｍａｓｓ％以下にするのは、炭素濃度が４．３ｍａｓｓ％までは鉄の液相線温度が下がり続けるが、それを超えると、鉄の液相線温度が上がってしまい、液相線温度を下げられないからである。

溶融スラグ１８に吹き込む酸素量（Ｎｍ^３／トン−溶湯）は、溶融スラグ１８に供給された炭材の炭素を完全に燃焼させる量以上とすることが好ましい。溶融スラグ１８に吹き込まれる酸素が完全に消費され、溶融スラグ１８に供給された炭素が全て燃焼すれば、溶湯１７の昇温が効率的に行われることになる。但し、溶融スラグ１８に酸素を吹き込み過ぎると、溶湯１７に溶解している炭素が積極的に燃焼し、溶湯１７中の炭素濃度が低下して、鉄の液相線温度（融点）が下がりにくくなる。そこで、更には、溶融スラグ１８に吹き込む酸素量（Ｎｍ^３／トン−溶湯）は、溶湯１７中の炭素の最終的な目標濃度を超えた余剰分の炭素と、溶融スラグ１８に投入された炭素と、の両方を完全に燃焼させる量以下とすることが好ましい。

炭素と酸素との反応における化学量論比からすれば、理想的には、１（ｋｇ／トン−溶湯）の炭素が燃焼するためには、概ね１（Ｎｍ^３／トン−溶湯）の酸素が必要となる。但し、アーク炉１の実際の操業において、溶融スラグ１８に吹き込んだ全酸素量のうち、炭素の燃焼に実際に消費される酸素量の割合を表す酸素の歩留りは１００％となることはなく、概ね５０％程度となる。なぜならば、アーク炉１の内部から外部へ気体が漏れるなどして、溶融スラグ１８に吹き込まれた酸素は全て燃焼に消費されないからである。酸素の歩留りが５０％の場合には、１（ｋｇ／トン−溶湯）の炭素が燃焼するためには、２（Ｎｍ^３／トン−溶湯）の酸素が必要となる。

例えば、炭素濃度が０．１％の溶湯が１８０トンあり、該溶湯中の炭素濃度を４．１％まで上昇させる場合には、溶湯１７に炭材を７２００ｋｇ（＝１８０トン×０．０４）吹き込むことになる。更には、例えば、酸素で燃焼させる分、１００（ｋｇ／トン−溶湯）多めに炭材を溶湯１７に吹き込み、更に、２００（Ｎｍ^３／トン−溶湯）の酸素を溶融スラグ１８に吹き込むことで、１００（ｋｇ／トン−溶湯）分の炭材が燃焼して、ＣＯによるフォーミングが生じる上に、溶湯１７の温度が上昇する。また、酸素で燃焼させる分、例えば、１００（ｋｇ／トン−溶湯）の炭材と、２００（Ｎｍ^３／トン−溶湯）の酸素と、の両方を溶融スラグ１８に吹き込んでもよい。これにより、溶融スラグ１８中の炭素燃焼による溶湯１７の温度上昇を図りつつ、溶湯１７中の炭素濃度を効果的に高く保ち、溶湯１７を、液相線温度（融点）が下がった状態とできる。よって、より短い操業時間で、冷鉄源１５を溶解させ、溶湯１７を出湯させることが可能となる。

溶湯１７を目標量生成したら、傾動装置（図示せず）により溶解室２を傾動して出湯口１１から溶湯１７を出湯する。出湯後、出滓口１２から溶融スラグ１８を排滓し、次いで、溶解室２を傾動装置にて水平に戻し、出湯口１１及び出滓口１２内に詰め砂又はマッド材を充填した後、次回の冷鉄源１５の溶解を開始する。

出湯された溶湯１７は、脱硫を行う脱硫工程などの精錬処理を経て、転炉で脱炭処理を行い、溶鋼を得る。また、アーク炉からの溶湯の少なくとも一部を高炉溶銑と混合して、脱硫を行う脱硫工程を経て、転炉で脱炭処理を行い、溶鋼を得てもよい。

次に、図１に示す形態とは別形態のアーク炉１を、図２を参照して説明する。図２は、溶解室２への炭材を供給するに際し、炭材吹き込みランス９と炭材供給装置２５とを併用した場合を示している。図２に示す形態のアーク炉１において、図１と共通する構成は、図１と同一の符号で示しかつ説明を省略する。図２に示すアーク炉１において、溶解室２の上方には、ホッパー２６と、ホッパー２６の下部に設けた切り出し装置２８と、その上端が切り出し装置２８に連結し、その下端が炉蓋５を貫通する供給シュート２９とで構成される炭材供給装置２５が設置されている。

ホッパー２６には、図１での形態で用いたものと同様の炭材２７を収納し、該炭材２７の装入量を、切り出し装置２８にて制御しつつ、供給シュート２９を介して溶解室２に直接投入できる。炭材２７を溶解室２にこのように投入することによって、溶融スラグ１８に吹き込まれる酸素と反応する炭素分を供給する。ホッパー２６からの投入による炭材２７の装入量は、炭材吹き込みランス９での吹き込みに比べて、単位時間当たりの炭材の装入量をより大きくすることができる。

冷鉄源１５は、鉄スクラップ、鉄屑、直接還元鉄、冷銑などの鉄を主成分とするものであり、高炭素含有冷鉄源を含むことが好ましい。特に、冷鉄源１５が、高炭素含有冷鉄源を含む場合には、溶湯中の炭素濃度が高くなる傾向がある。よって、溶湯中の鉄の融点は低くなり、出湯温度を低くしやすくできるので、少ない電力使用量で迅速に溶解しやすくなる。高炭素含有冷鉄源とは、炭素濃度が１．０ｍａｓｓ％以上の冷鉄源であり、例えば、直接還元鉄（炭素濃度；１〜２ｍａｓｓ％）や冷銑（炭素濃度；３〜５ｍａｓｓ％）などであり、炭素濃度の低い鋼を主体とした鉄スクラップに比べて格段に炭素含有量が多い冷鉄源である。また、冷銑とは高炉や溶融還元炉、またはキュポラなどで製造された溶銑を凝固させたものである。更に、これらの高炭素含有冷鉄源は不純元素の少ないことから、鉄スクラップに起因するＣｕ、Ｓｎ、Ｃｒなどの不純物元素を希釈することもできる。

上記実施形態では、アーク炉１が直流式の場合について説明したが、アーク炉１を交流式としてもよい。

以上のようにして、冷鉄源を溶解することで、溶湯中の炭素を、後の精錬処理で用いる熱源として利用するために、溶解する炭素量が高い溶湯を生成することができる。

図２に示すアーク炉１を用いて冷鉄源１５を溶解して溶湯１７を生成するアーク炉の操業を行った。溶解室２は、炉径７．２ｍ、高さ４ｍであり、予熱室３は、幅３ｍ、長さ５ｍ、高さ７ｍ、炉容量が１８０トンである。冷鉄源１５としては鉄スクラップを用い、炭材としてコークスを用いた。

まず、予熱室３に約７０トンの常温の鉄スクラップを装入し、次いで、溶解室２に５０トンの常温の鉄スクラップと１トンのコークスを装入して直径３０インチの黒鉛製上部電極７を用い、容量が、最大で７５０Ｖ、最大で１３０ＫＡの電源により、鉄スクラップの溶解を開始して、溶湯１７を生成した。この時の電圧を５５０Ｖに設定した。通電直後、鉄スクラップに生石灰と蛍石とに加えた。生石灰及び蛍石は加熱されて溶融スラグ１８となり、酸素吹き込みランス８から溶湯１７上の溶融スラグ１８に酸素を吹き込むとともに、炭材吹き込み浸漬ランス９０から溶湯１７中にコークスを吹き込んだ。酸素吹き込みランス８からの酸素ガス吹込量は１５（Ｎｍ^３／トン−溶湯）、及び、炭材吹込量（炭材量）は５２（ｋｇ／トン−溶湯）とした。なお、本実施例におけるアーク炉１の操業において、溶融スラグ１８に吹き込んだ全酸素量のうち、炭素の燃焼に実際に消費される酸素量の割合を表す酸素の歩留りは５０％程度となる。

その後、予熱室内の鉄スクラップが溶解につれて下降したら、供給用バケットにて鉄スクラップを予熱室に装入し、予熱室内の鉄スクラップ高さを一定の高さに保持しながら溶解を続け、そして、溶解室内に１４０トン以上の溶湯が生成した時点で、１４０トンの溶湯を取鍋に出湯した。出湯後、再び、前述と同様に鉄スクラップを予熱室及び溶解室に装入し溶解して、溶湯を生成し、溶湯量が１４０トン以上になったら、再び１４０トン出湯した。出湯後の溶湯は、トータル２８０トンである（本発明例１）。

炭材吹き込み浸漬ランス９０からの炭材の吹込量及び溶湯１７中の炭素の最終的な目標濃度（出湯Ｃ濃度）を変更した以外は本発明例１と同様にアーク炉１で溶湯１７を生成した（本発明例２及び３）。

炭材吹き込み浸漬ランス９０からの炭材の吹込量を変更し、炭材吹き込みランス９から炭材を溶解室２に供給するか、あるいは、炭材吹き込みランス９及び炭材供給装置２５の両方から炭材を溶解室２に供給した以外は、本発明例１と同様にアーク炉１で溶湯１７を生成した（本発明例４及び５）。

炭材供給装置２５及び炭材吹き込みランス９の両方から炭材を供給するとともに、炭材吹き込み浸漬ランス９０からの炭材の吹込量及び酸素吹き込みランス８から吹き込まれる酸素ガス吹込量を変更した以外は、本発明例１と同様にアーク炉１で溶湯１７を生成した（本発明例６）。本発明例６において、酸素ガス吹込量（Ｎｍ^３／トン−溶湯）は、溶融スラグ１８に供給された炭材の炭素を完全に燃焼させる量以上であり、出湯Ｃ濃度は４．１ｍａｓｓ％であるが、それを超える余剰分の炭素も燃焼させる量としてある。本発明例６では、溶融スラグ１８に吹き込まれる酸素が完全に消費され、溶湯１７中の炭素の一部及び溶融スラグ１８に供給された炭素が全て燃焼し、溶湯１７の昇温が行われることになる。

炭材吹き込み浸漬ランス９０からの炭材を、コークスでなくヤシガラ（ＰＫＳ）炭とした以外は、本発明例１と同様にアーク炉１で溶湯１７を生成した（本発明例７）。

次に、本発明例１〜７と比較すべく、炭材吹き込み浸漬ランス９０からの炭材を溶湯１７に吹き込まずに、炭材吹き込みランス９及び炭材供給装置２５から炭材を溶解室２に加えた以外は、本発明例１と同様にアーク炉１で溶湯１７を生成した（比較例）。

本発明例１〜７及び比較例の操業条件及び結果を表１に示す。

表１に示す「炭材歩留（−）」は、溶解室２及び／または溶湯１７に吹き込んだ炭材の量に対する溶湯１７中の炭素量を意味し、溶湯１７中の炭素濃度は、蛍光Ｘ線装置を用いて測定した。また、「ｔａｐ−ｔａｐ時間」とは、出湯開始時刻から次の出湯開始時刻までの時間である。この時間が小さいほど、アーク炉１で冷鉄源１５を、時間の観点から効率良く溶解できたことになる。「電力原単位」は、例えば２８０トンの溶湯を生成するのに掛かった電力量（ｋＷｈ）を２８０トンで割った値（ｋＷｈ／トン−溶湯）である。

本発明例１と本発明例４〜７及び比較例において、出湯Ｃ濃度を４．１ｍａｓｓ％と同じ値としてある。表１から、出湯Ｃ濃度を同じとした操業で、溶湯中に溶解する炭素量、電力原単位及び出湯Ｃ濃度を目標値とするのに掛る時間が、どのように変わるかを確認できる。本発明例２及び３では、出湯Ｃ濃度を４．１ｍａｓｓ％ではないが、本発明例１と比べると、炭材吹き込み浸漬ランス９０からの炭材の吹込量を変更することによって、溶湯中に溶解する炭素量がどのように変わるかを確認できる。

本発明例１〜７では炭材吹き込み浸漬ランスから炭材を溶湯に直接吹き込んでいるので、炭材がスラグでブロックされることはなく、炭材歩留を比較例より高めることができている。まず、本発明例１では、炭材歩留を比較例より高めることができている。溶解室（溶湯）に加えられる炭材がスラグでブロックされることはないので、炭材を十分に活用し溶湯に効率良く溶解させれたことがわかる。よって、出湯Ｃ濃度が同じである比較例に対して炭材量が少なくできている。加えて、炭材を溶湯に効率良く溶解させることができた分、比較例に比べて、電力原単位を低下させ、ｔａｐ−ｔａｐ時間も短くできている。

本発明例２及び３では、本発明例１よりも出湯Ｃ濃度が低く炭材量が少ない。特に本発明例３では、出湯Ｃ濃度が低いので液相線温度が高くなり、出湯温度が高くなっている。また、ｔａｐ−ｔａｐ時間及び電力原単位が悪化している。しかしながら、本発明例２及び３のいずれでも、炭材吹き込み浸漬ランス９０から炭材を溶湯に直接吹き込んでおり、比較例よりも炭材歩留は向上し、炭材を溶湯に効率良く溶解させることができている。

本発明例４及び５では、炭材歩留を比較例より高めることができており、溶解室に供給される炭材の合計量は、出湯Ｃ濃度が同じである比較例よりも少なくできている。更には、溶融スラグ１８に加えられた炭材を積極的に燃焼させることにより、電力原単位を小さくし、ｔａｐ−ｔａｐ時間を短かくできている。

本発明例６では、炭素の目標濃度（４．１ｍａｓｓ）以上となる量の炭材を溶湯１７に直接吹き入れ且つ溶融スラグ１８に炭材を供給するとともに、溶融スラグ１８に供給される炭材及び目標濃度以上となる量の炭材の全てを燃焼させる量の酸素を溶融スラグ１８に吹き入れている。これにより、本発明例６では、本発明例１〜５に比べて、溶融スラグ１８内及び溶湯１７内で炭素の燃焼が促進され、電力原単位を小さくなるとともに、ｔａｐ−ｔａｐ時間が大幅に短くなり、時間の観点から効率的に炭材を溶湯１７に溶解させることができたとわかる。

本発明例７では、本発明例１に比べ、出湯Ｓ濃度が抑えられていることがわかる。

本発明のアーク炉の操業方法では、溶湯中の炭素を、後の精錬処理で用いる熱源として利用するために、供給されている炭素量に対して、溶解する炭素量が高位となっている溶湯を生成できたことがわかる。加えて、スラグに吹き込まれる酸素量やスラグに供給される炭素量を調整することによって、溶湯の生産性の向上や電力原単位の低減が図ることもできたことがわかる。

１ アーク炉
２ 溶解室
３ 予熱室
４ 炉壁
５ 炉蓋
６ 炉底電極
７ 上部電極
８ 酸素吹き込みランス
９ 炭材吹き込みランス
１０ バーナー
１１ 出鋼口
１２ 出滓口
１３ 供給用バケット
１５ 冷鉄源
１７ 溶湯
１８ 溶融スラグ（スラグ）
１９ アーク
２０ 供給口
２１ ダクト
２２ 扉
２３ 扉
２４ 走行台車
２５ 炭材供給装置
２６ ホッパー
２７ 炭材
２８ 切り出し装置
２９ 供給シュート
９０ 炭材吹き込み浸漬ランス

Claims (4)

1. 溶解室を有するアーク炉の溶解室に冷鉄源を装入し、前記冷鉄源を前記溶解室でアーク加熱にて溶解するアーク炉の操業方法であって、
   前記冷鉄源の溶解で生成される溶湯に浸漬させた状態の炭材吹き込み浸漬ランスを通じて、前記溶湯中に炭材を吹き込むとともに、
   前記溶湯上に生成するスラグ中に酸素及び炭材を、当該酸素の吹き込み量をスラグ中に吹き込む炭材の炭素を完全に燃焼させる量以上として、吹き込むことを特徴とするアーク炉の操業方法。
2. 前記スラグに向けて炭材を投入することを特徴とする請求項１に記載のアーク炉の操業方法。
3. 前記炭材がバイオマス由来であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーク炉の操業方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアーク炉の操業方法によって製造された溶湯を転炉で精錬して溶鋼を得ることを特徴とする溶鋼の製造方法。

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