JP7136390B1 - 溶鉄の精錬方法 - Google Patents
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Abstract
高い冷鉄源率でも冷鉄源の溶け残りを抑止する溶鉄の精錬方法を提案する。転炉型容器内に収容・投入された冷鉄源および溶銑に対して、副原料を添加し上吹きランスより酸化性ガスを供給して溶鉄の精錬処理を行うにあたり、精錬処理前に、転炉型容器内に溶銑を装入する前に一括装入され冷鉄源の一部である前装入冷鉄源を、溶銑の装入量との和の０．１５倍以下の量だけ装入し、または装入せずに、炉上から添加され冷鉄源の一部または全部である炉上添加冷鉄源を、精錬処理中に投入し、さらに、上吹きランスの先端部、または上吹きランスとは別に設置した第２ランスの先端部に設けられ、燃料および支燃性ガスを噴出させる噴射孔を有するバーナーを用いて、精錬処理中の少なくとも一部の期間中、バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、副原料の一部である粉状副原料または粉状に加工した副原料を吹き込む方法である。
Description
本発明は、転炉型容器内に収容または投入された冷鉄源および溶銑に対して、副原料を添加するとともに上吹きランスより酸化性ガスを供給して溶鉄の精錬処理を行う方法であって、特に多量の冷鉄源を使用して処理を行なう方法に関する。
従来、溶銑段階で脱燐処理（以下、予備脱燐処理という）を行い、溶銑中の燐濃度をある程度除去してから転炉で脱炭吹錬を実施する製鋼方法が発展してきた。この予備脱燐処理では、溶銑中に石灰系媒溶剤とともに気体酸素等の酸素源を添加するため、酸素源が溶銑中の燐と反応する以外にも炭素や珪素とも反応して溶銑温度が上昇する。脱燐反応は熱力学的に低温が有利であるため、処理後の溶銑温度は冷却材を添加することによって１３００℃～１４００℃前後に制御されている。処理容器として、鍋、トーピードでは、攪拌も弱く、ランスを溶銑中へ浸漬するため、使用するスクラップの形状や量に制限がある。一方、転炉形式の炉では、底吹き攪拌力が大きく、ランスも浸漬しないためスクラップ溶解には有利である。
近年、地球温暖化防止の観点から、鉄鋼業界においても化石燃料の消費量を削減してＣＯ２ガスの発生量を減少させることが進められている。一貫製鉄所においては、鉄鉱石を炭素で還元して溶銑を製造している。この溶銑を製造するには鉄鉱石の還元などのために溶銑１ｔあたり、５００ｋｇ程度の炭素源を必要とする。一方、鉄スクラップなどの冷鉄源を転炉精錬での原料として溶鋼を製造する場合には、鉄鉱石の還元に必要とされる炭素源が不要となる。その際、冷鉄源を溶解するために必要なエネルギーを考慮しても、１ｔの溶銑を１ｔの冷鉄源に置き換えることで、約１．５ｔのＣＯ２ガス発生量低減につながる。つまり、溶鉄を用いた転炉製鋼方法において、冷鉄源の配合比率を増加させることがＣＯ２発生量低減につながる。ここで、溶鉄とは、溶銑および溶融した冷鉄源をいう。
冷鉄源の使用量を増加させるためには、冷鉄源の溶解に必要な熱量を供給する必要がある。前述のとおり、通常は溶銑中に不純物元素として含有されている炭素や珪素の反応熱で冷鉄源の溶解熱補償を行うが、冷鉄源の配合率が増加した場合には、溶銑中に含有されている炭素や珪素分だけでは熱量不足となる。
たとえば、特許文献１では、フェロシリコン、黒鉛、コークス等の昇熱剤を炉内に供給し、併せて、酸素ガスを供給して、冷鉄源を溶解するための熱補償を行う技術が提案されている。
また、前述の予備脱燐処理においては処理終了温度が１３００～１４００℃程度であり、冷鉄源として使用されている鉄スクラップの融点よりも低い温度である。そのため、予備脱燐吹錬においては、溶銑に含有されている炭素が、鉄スクラップ表層部分に浸炭することで、浸炭部分の融点が低下し、鉄スクラップの溶解が進行する。そのため、溶銑中に含有されている炭素の物質移動を促進することが鉄スクラップの溶解促進のために重要である。
たとえば、特許文献２には、底吹きガスの供給によって転炉内溶銑の攪拌を促進することで、冷鉄源の溶解を促進する技術が提案されている。
また、特許文献３には、上底吹き機能を有する転炉形式の炉を用いて溶銑の脱燐処理を行うにあたり、スクラップの全量もしくはその一部を、吹錬工程中に炉上から溶銑に添加し、吹錬工程に添加するスクラップの添加時期を、吹錬工程期間の前半までとする方法が提案されている。
しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。
特許文献１に記載の方法では、供給した昇熱剤の炭素や珪素の酸化燃焼に必要な酸素ガスを供給して熱補償するので、転炉での処理時間が延長し、生産性が低下するという問題が起こる。また、珪素の燃焼によってＳｉＯ２が発生するのでスラグの排出量が増加するという問題がある。
特許文献１に記載の方法では、供給した昇熱剤の炭素や珪素の酸化燃焼に必要な酸素ガスを供給して熱補償するので、転炉での処理時間が延長し、生産性が低下するという問題が起こる。また、珪素の燃焼によってＳｉＯ２が発生するのでスラグの排出量が増加するという問題がある。
前述のとおり、冷鉄源としての鉄スクラップの溶解は、浸炭によってその表層部分の炭素濃度が上がり、融点が下がることで進行する。このとき、溶銑の温度が低ければ低いほど、鉄スクラップ表面の浸炭部の炭素濃度が高位である必要がある。すなわち浸炭に時間を要するため、鉄スクラップの溶解に時間がかかる。特に鉄スクラップ近傍の溶銑の温度が溶銑の凝固温度程度まで低下した場合は、鉄スクラップ表層の炭素濃度が、溶銑中の炭素濃度と同程度になるまでの浸炭が必要となるため、溶解は大幅に停滞する。このため、特許文献２に記載された、攪拌力の増加を行っても、冷鉄源の溶解促進効果は小さい。
転炉内に冷鉄源と溶銑を装入した際には冷鉄源の顕熱によって溶銑温度が低下し、脱燐処理前半の、炉内の冷鉄源が溶解しきるまでの期間は、炉内溶鉄温度が溶鉄の凝固温度程度で推移をする。そのため、冷鉄源の配合比率が増加した場合、炉内溶鉄の温度が溶鉄の凝固温度程度で推移する時間が長くなる。
特許文献３に記載された方法では、脱燐処理前半の溶銑温度低下による冷鉄源の溶解の停滞は回避可能である。しかし、吹錬工程の前半に投入しないと吹錬時間中に溶解しきれず、溶け残りが発生する懸念がある。そのため、現実的な吹錬時間においては投入可能な冷鉄源の量に限界があり、冷鉄源の配合比率を１０％程度までとすることが限界である。現に特許文献２には、３００ｔの転炉型容器を用い１０～１２分間の吹錬時間で脱珪処理を行ない、最も少ない溶銑配合率は９０．９％（すなわち冷鉄源配合率は９．１％）であったことが記載されている。さらに冷鉄源の配合比率を上げた条件では、脱燐処理前半に炉上から投入する冷鉄源量が多くなりすぎ、脱燐処理前半の溶銑温度が低位となる。その結果として冷鉄源の未溶解が生じるという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高い冷鉄源の配合比率の条件でも冷鉄源の溶解熱補償のための熱源投入量やスラグ発生量の増大、および処理時間の延長を抑えつつ、冷鉄源の溶け残りの発生を抑止する溶鉄の精錬方法の提案を目的としている。
上記課題を有利に解決する本発明にかかる第一の溶鉄の精錬方法は、転炉型容器内に収容または投入された冷鉄源および溶銑に対して、副原料を添加するとともに上吹きランスより酸化性ガスを供給して溶鉄の精錬処理を行う方法であって、前記精錬処理に先立ち、前記転炉型容器内に前記溶銑を装入する前に該転炉型容器内に一括装入され前記冷鉄源の一部である前装入冷鉄源を、該溶銑の装入量との和の０．１５倍以下の量だけ装入し、または装入せずに、前記転炉型容器の炉上から添加され前記冷鉄源の一部または全部である炉上添加冷鉄源を、該精錬処理中に該転炉型容器内に投入し、さらに、前記上吹きランスの先端部、または前記上吹きランスとは別に設置した第２ランスの先端部に設けられ、燃料および支燃性ガスを噴出させる噴射孔を有するバーナーを用いて、前記精錬処理中の少なくとも一部の期間中、該バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、前記副原料の少なくとも一部である粉状副原料または粉状に加工した副原料を吹き込むものである。なお、本発明にかかる第一の溶鉄の精錬方法は、前記炉上添加冷鉄源の最長寸法が１００ｍｍ以下であることが好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
また、上記課題を有利に解決する本発明にかかる第二の溶鉄の精錬方法は、前記精錬処理が、溶鉄の脱炭処理であるところの第一の溶鉄の精錬方法である。なお、本発明にかかる第二の溶鉄の精錬方法は、前記精錬処理が、あらかじめ脱燐された溶銑を転炉型容器に装入して行なう脱炭処理であることが好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
また、上記課題を有利に解決する本発明にかかる第三の溶鉄の精錬方法は、前記精錬処理が、溶鉄の脱燐処理であるところの第一の溶鉄の精錬方法である。なお、本発明にかかる第三の溶鉄の精錬方法は、前記炉上添加冷鉄源に含有されている炭素濃度が０．３質量％以上であること、および前記脱燐処理終了後の溶鉄温度が１３８０℃以上であること、のいずれか一方または両方を満たすことが好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
また、上記課題を有利に解決する本発明にかかる第四の溶鉄の精錬方法は、第一の溶鉄の精錬方法について、前記精錬処理が、溶鉄の脱燐工程、中間排滓工程、および溶鉄の脱炭工程を、同一の転炉型容器において一連の処理として行なう脱燐脱炭処理であって、前記溶鉄の脱燐工程に先立ち、前記前装入冷鉄源を、前記溶鉄の装入量との和の０．１５倍以下の量だけ装入し、または装入せずに、前記炉上添加冷鉄源を、前記溶鉄の脱燐工程、および前記溶鉄の脱炭工程のいずれか一方、または両方の工程中に溶鉄に添加し、さらに前記溶鉄の脱燐工程、および前記溶鉄の脱炭工程のいずれか一方、または両方の工程中の少なくとも一部の期間中、前記バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、前記粉状副原料または前記粉状に加工した副原料を吹き込むものである。なお、本発明にかかる第四の溶鉄の精錬方法は、前記溶鉄の脱燐工程中に添加する前記炉上添加冷鉄源に含有されている炭素濃度が０．３質量％以上であること、および前記溶鉄の脱燐工程終了後の溶鉄温度が１３８０℃以上であること、のいずれか一方または両方を満たすことがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
本発明によれば、転炉型容器で溶鉄の精錬処理を行う際に使用する冷鉄源の総量（全冷鉄源量）のうち、当該精錬処理開始前に装入する冷鉄源量に上限を設け、溶鉄温度が十分に上昇した段階で炉上から冷鉄源を添加することで、精錬処理初期の溶鉄温度が低位で推移する時間を短くすることができ、溶銑装入量に対する全冷鉄源量の比率を上げた条件でも、冷鉄源の溶解の停滞を抑止することが可能である。また、溶鉄温度が十分に上昇した段階、すなわち精錬処理の後半に炉上から冷鉄源を投入し、処理終了までの期間が短い場合でも、炭素を０．３質量％以上含有している還元鉄のような冷鉄源であれば、スクラップと比較して融点が低く、速やかに溶解し、溶け残りを防止することが可能である。または、脱燐処理後の温度を１３８０℃以上に制御することで、冷鉄源の溶け残りを防止することが可能である。
さらに、酸化性ガスを上吹きするランスの先端部または上吹きランスとは別に設置したランスの先端部に、燃料および支燃性ガスを噴出させる噴射孔を有するバーナーを設け、該バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、粉状または粉状に加工した副原料を吹き込むことで、粉状または粉状に加工した副原料がバーナー火炎によって加熱され、伝熱媒体となって転炉型容器内の溶鉄に伝熱させることが可能である。その結果、着熱効率が向上して、昇熱剤として投入する炭素源や珪素源が少なくて済み、処理時間の大幅な延長や、スラグ発生量の増大を抑制することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
図１は、本発明の一実施形態の溶鉄の精錬方法に用いる上底吹き機能を有する転炉型容器１の概略縦断面図である。図２は、粉体供給機能を有するバーナーの構造を示すランス先端の概略図であって、図２（ａ）は縦断面図を表し、図２（ｂ）は、Ａ－Ａ視断面図である。図３は、上記実施形態の溶鉄の精錬方法の一例を示す概略図である。
たとえば、図３（ａ）では、転炉型容器１に、まず、スクラップシュート６より、炉内前置き用の冷鉄源２０としての鉄スクラップを転炉型容器１内に装入する。その後、図３（ｂ）では、装入鍋７を用いて転炉型容器１内に溶銑２１を装入する。スクラップシュート６から装入する冷鉄源量は、溶銑装入量との和の０．１５倍以下の量とするか、または、前装入しない。炉上投入の冷鉄源２２は炉上ホッパー８に準備しておく。炉上投入の冷鉄源２２としては、小径の鉄スクラップ（バラくず）、裁断された鉄スクラップ（チョッパーくず、シュレッダーくず）、小塊状の還元鉄などが使用できる。また、サイズの大きい鉄スクラップや塊状の還元鉄等は炉上ホッパーおよびコンベア等の搬送設備等でのハンドリングが可能となるように、裁断や破砕等して最長寸法が１００ｍｍ以下のサイズ（内寸が１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの箱に入るサイズ）とすることが好ましい。
図３（ｃ）では、溶銑装入後、酸化性ガスを上吹きするように構成された一のランス２から酸素ガスを溶鉄３に向けて上吹きする。炉底に設置された羽口４から、撹拌ガスとしてアルゴンガスやＮ２等の不活性ガスを供給し、溶鉄３を攪拌する。そして、昇熱剤や造滓材等の副原料を添加し、転炉型容器１内の溶鉄３を脱燐処理する。この際、粉石灰など粉状副原料や粉状に加工した副原料（以下、両者を併せて粉状副原料ともいう）を、酸化性ガスを上吹きする一のランス２に設けられた粉体供給管または一のランスとは別に設置した他のランス５に設けられた粉体供給管からキャリアガスを用いて供給する。ここで一のランス２の先端部、または一のランス２とは別に設置した他のランス５の先端部に、燃料および支燃性ガスを噴出させる噴射孔を有するバーナーをさらに設ける。そして脱燐処理中の少なくとも一部の期間中、粉体供給管から供給される粉状副原料を、該バーナーにより形成される火炎の中を通過するように吹き込む。図２に一のランス２とは別にランス５を設置し、ランス５の先端にバーナーを設けた場合のランス５の先端部を概略図で示す。中心に粉体供給管１１を配置し、その周囲に噴射孔を有する燃料供給管１２および支燃性ガス供給管１３を順に配置する。その外側は冷却水通路１４を有する外殻を備える。粉体供給管１１の外周部に設けられた噴射孔から、燃料ガス１６と支燃性ガス１７を供給してバーナー火炎を形成する。そして、前記粉状の副原料（粉体１５）を該バーナー火炎中で加熱する。そうすることで、粉状の副原料が伝熱媒体となるため、溶銑中への着熱効率を向上させることが可能となる。その結果、炭素源や珪素源のような昇熱剤の使用量を低減でき、脱燐処理時間の延長を抑止することが可能となる。粉体に効率的に伝熱させるためには、粉体１５のバーナー火炎内での滞留時間を確保することが重要である。酸化性ガスとしては、純酸素のほか、酸素とＣＯ２や不活性ガスとの混合ガスが適用できる。支燃性ガスとしては、空気や酸素富化空気、酸化性ガスが適用できる。供給する燃料としては、ＬＮＧ（液化天然ガス）やＬＰＧ（液化石油ガス）などの燃料ガス、重油などの液体燃料、コークス粉などの固体燃料が適用できるが、ＣＯ２発生量削減の観点からは、炭素源の少ない燃料が好ましい。
発明者らは、転炉型容器１を用い、キャリアガス流量やランス高さを種々変更して粉石灰のバーナー加熱試験を実施した結果、バーナー火炎内滞留時間を０．０５ｓ～０．１ｓ程度とすることで、高い着熱効率が得られることを見出した。火炎内滞留時間を確保するためには粉体が噴射されてから溶鉄面に到達するまでの時間を長くすることが有効である。具体的には、粉体の流速を下げることが有効である。しかし、配管内を輸送するためには一定流量のキャリアガスを供給する必要がある。現実的な操業条件において、粉体の流速は４０ｍ／ｓ～６０ｍ／ｓの範囲となる。したがって、前記火炎内滞留時間を確保するため、粉体吐出孔は溶鉄面から２～４ｍ程度の高さの位置とすることが好ましい。粉体副原料のバーナー加熱添加による着熱量増加相当分を見越して、炭素源や珪素源といった昇熱材投入量を減じることが好ましい。
図３（ｃ）では、脱燐処理の進行に伴って、スクラップシュート６から装入したスクラップ２０が溶解し、溶鉄温度が上昇してきたタイミングで、炉上から冷鉄源２２を投入する。炉上からの冷鉄源２２の投入を、溶鉄温度が上昇してきたタイミング以降、すなわち脱燐処理の後半に行なうと、冷鉄源２２の投入開始から処理終了までの期間が短くなり、冷鉄源の溶け残りが生じる可能性がある。しかし、炭素を０．３質量％以上含有している還元鉄のような冷鉄源を炉上投入冷鉄源として使用することで、脱燐処理後半に投入した場合でも溶け残りを防止することが可能である。また、炭素の含有量が少ないスクラップを炉上から投入する場合でも、前記バーナーランス等を活用し、脱燐処理後の温度を１３８０℃以上に制御することで冷鉄源の溶け残りを防止することが可能である。脱燐処理終了後、出湯もしくは中間排滓（図３（ｄ））を実施し、脱炭処理（図３（ｅ））を行う。この脱炭処理において、脱燐処理の後半と同様、冷鉄源２２の炉上添加とバーナー加熱を組み合わせて実施することができる。
上記例では、脱燐処理時に冷鉄源を装入および投入し、続けて脱炭処理する溶鉄の精錬方法を示したが、脱炭処理のみ独立に行う溶鉄の精錬処理やあらかじめ脱燐された溶銑を脱炭処理する溶鉄の精錬方法にも適用可能である。また、脱燐処理のみ独立に行う溶鉄の精錬方法に適用できるのはもちろんである。また、続けて行う脱燐工程と脱炭工程の一方にのみ適用することもできる。
なお本発明における精錬処理が、溶鉄の脱燐工程、中間排滓工程、および溶鉄の脱炭工程を、同一の転炉型容器において一連の処理として行なう脱燐脱炭処理の場合、転炉型容器の炉上から炉上添加冷鉄源を添加する時期は、脱燐工程や脱炭工程において炉内に酸化性ガスを供給している、いわゆる吹錬中の期間であり、脱燐工程終了後、一旦酸化性ガスの供給を停止して脱炭工程を開始するまでの期間や、中間排滓中は含まない。
なお、溶銑は高炉から出銑された溶銑に限らない。本発明は、キューポラ、誘導溶解炉、アーク炉等で得られた溶銑、またはこれら溶銑と高炉から出銑された溶銑を混合して得た溶銑等であっても同様に適用可能である。
（実施例１）
高炉から出銑された溶銑および、冷鉄源（スクラップ）を用いて、３３０ｔ規模の上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）にて、脱燐処理を行った。溶銑量およびスクラップシュートから投入する冷鉄源量、炉上から投入する冷鉄源量を種々変化させた。スクラップシュートから投入する冷鉄源としては鉄スクラップ、炉上から添加した冷鉄源としては、裁断加工したスクラップを用い、その炭素濃度は０．１質量％であった。その結果を表１に示す。
高炉から出銑された溶銑および、冷鉄源（スクラップ）を用いて、３３０ｔ規模の上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）にて、脱燐処理を行った。溶銑量およびスクラップシュートから投入する冷鉄源量、炉上から投入する冷鉄源量を種々変化させた。スクラップシュートから投入する冷鉄源としては鉄スクラップ、炉上から添加した冷鉄源としては、裁断加工したスクラップを用い、その炭素濃度は０．１質量％であった。その結果を表１に示す。
処理Ｎｏ．１～５では、冷鉄源としてスクラップを全量スクラップシュートから溶銑装入前に転炉内に装入し、脱燐処理を行った。脱燐処理後温度は１３５０℃に調整した。処理Ｎｏ．５のみ脱燐処理中に、上吹きランスとは別に設置した第２のランスの先端部に、燃料および支燃性ガスを噴出させる噴射孔を有するバーナーを設け、該バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、粉状の石灰５ｔを炉内に添加した。第２のランス高さは３．５ｍとし、粉体の搬送ガスを窒素ガスとしてその流量を２５Ｎｍ３／ｍｉｎとした。燃料ガスとしてはプロパンガスを用い、その流量は１５Ｎｍ３／ｍｉｎとした。支燃性ガスとして酸素ガスを７５Ｎｍ３／ｍｉｎで供給した。
処理Ｎｏ．６および７は、溶銑装入前に、スクラップシュートから装入する冷鉄源の量が溶銑装入量とスクラップ装入量との和の０．１５倍以下、すなわち、溶銑装入前に、スクラップシュートから装入する冷鉄源率を溶銑装入量との和の１５％以下（表１の「前装入冷鉄源率」。以下明細書では「冷鉄源率」と記載する。）とした上で、溶銑装入後に開始した脱燐処理中に、炉上から裁断スクラップもしくは還元鉄を投入した。脱燐処理後温度は１３５０℃に調整した。炉上から投入した冷鉄源に含有する炭素濃度は０．１質量％であった。さらに、処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱燐処理中にバーナーの適用を行った。
処理Ｎｏ．８は溶銑装入前に、スクラップシュートから装入する冷鉄源率を溶銑装入量との和の１５％以下として、溶銑装入後に開始した脱燐処理中に、炉上から裁断スクラップを投入した。脱燐処理後温度は１３５０℃に調整した。裁断スクラップの炭素濃度は０．１質量％であった。バーナーの適用は行わなかった。
バーナー火炎を通じて粉石灰を添加した条件（処理Ｎｏ．５～７）では、粉石灰が伝熱媒体となってバーナー火炎の熱を溶鉄およびスラグに伝えるので、バーナーを適用しない比較例（処理Ｎｏ．１～４および８）より着熱量が増加した。そのため、バーナー適用ありの条件では、炭素源や珪素源といった昇熱源の使用量を低減させることが可能となった。その結果、昇熱源を燃焼させるために必要な酸素量が低減し、脱燐処理時間を短縮できる効果が得られた。さらに、珪素源の燃焼によって発生するＳｉＯ２発生量が低減し、スラグ発生量が低下する結果が得られた。バーナーを適用しない比較例（処理Ｎｏ．１～４および８）では、冷鉄源率の増加に伴って、冷鉄源溶解熱補償のための熱源投入量、脱燐処理時間、スラグ排出量が増加した。ここで、昇熱剤投入量指数、脱燐処理時間指数、スラグ排出量指数はそれぞれ、投入した炭材やフェロシリコンなどの昇熱材の発熱量、精錬処理時間（脱燐処理時間）、スラグ排出量を、処理Ｎｏ.１の実績値で除した値である。
しかしながら、全装入量（溶銑＋前装入冷鉄源）に対する前装入冷鉄源率が１５％を超える条件（処理Ｎｏ．３、４および５）では、バーナー適用有無にかかわらずスクラップの溶け残りが生じた。
（実施例２）
処理Ｎｏ．９～１０は、実施例１と同様に脱燐処理するに際し、溶銑装入前に、スクラップシュートから装入する冷鉄源率を溶銑装入量との和の１５％以下とした。さらに溶銑装入後に開始した脱燐処理中に、炉上から冷鉄源を投入した。冷鉄源中の炭素濃度を０．１質量％～０．３１質量％まで変化させた。また、脱燐処理後の溶鉄温度を１３５０℃～１３８０℃に制御した。さらに、処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱燐処理中にバーナーの適用を行った。条件と結果をまとめて表２に示す。
処理Ｎｏ．９～１０は、実施例１と同様に脱燐処理するに際し、溶銑装入前に、スクラップシュートから装入する冷鉄源率を溶銑装入量との和の１５％以下とした。さらに溶銑装入後に開始した脱燐処理中に、炉上から冷鉄源を投入した。冷鉄源中の炭素濃度を０．１質量％～０．３１質量％まで変化させた。また、脱燐処理後の溶鉄温度を１３５０℃～１３８０℃に制御した。さらに、処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱燐処理中にバーナーの適用を行った。条件と結果をまとめて表２に示す。
表２から明らかなように、炉上から投入する冷鉄源に含有する炭素濃度が０．３質量％以上である（処理Ｎｏ．９）か、脱燐処理終了後の温度を１３８０℃以上確保する（処理Ｎｏ．１０）ことで、実施例１の処理Ｎｏ．６や７よりもさらに高い全冷鉄源率の条件でも冷鉄源の溶け残りの発生を抑止することが可能であった。ここで、全冷鉄源率は装入または投入した溶銑を含む鉄源全体の質量に対する冷鉄源の質量の百分率とする。
（実施例３）
実施例１と同様の条件にて、脱燐処理を行った。処理Ｎｏ．１１～１３では、溶銑装入前に、スクラップシュートから装入する冷鉄源率を溶銑装入量との和の１５％以下として、さらに溶銑装入後に開始した脱燐処理中に、炉上から還元鉄を投入した。還元鉄中の炭素濃度は０．５質量％であった。脱燐処理後の温度を１３５０℃に制御した。さらに、処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱燐処理中にバーナーの適用を行った。還元鉄の寸法を種々変更した結果、表３に示す結果が得られた。最長寸法を１００ｍｍ以下とすることで、コンベア等の搬送系トラブルを起こさず、安定して炉上投入することが可能であった。
実施例１と同様の条件にて、脱燐処理を行った。処理Ｎｏ．１１～１３では、溶銑装入前に、スクラップシュートから装入する冷鉄源率を溶銑装入量との和の１５％以下として、さらに溶銑装入後に開始した脱燐処理中に、炉上から還元鉄を投入した。還元鉄中の炭素濃度は０．５質量％であった。脱燐処理後の温度を１３５０℃に制御した。さらに、処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱燐処理中にバーナーの適用を行った。還元鉄の寸法を種々変更した結果、表３に示す結果が得られた。最長寸法を１００ｍｍ以下とすることで、コンベア等の搬送系トラブルを起こさず、安定して炉上投入することが可能であった。
（実施例４）
高炉から出銑された溶銑および、冷鉄源（スクラップ）を用いて、３３０ｔ規模の上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）にて、脱炭処理を行った。溶銑量およびスクラップシュートから投入する冷鉄源量、炉上から投入する冷鉄源量を種々変化させた。スクラップシュートから投入する冷鉄源としてはスクラップ、炉上から添加した冷鉄源としては、裁断加工したスクラップもしくは還元鉄を用い、その炭素濃度は０．１０質量％であった。脱炭処理後の温度は１６５０℃であった。さらに、処理Ｎｏ．１５については処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱炭処理中にバーナーの適用を行った。その結果を表４－１および４－２に示す。
高炉から出銑された溶銑および、冷鉄源（スクラップ）を用いて、３３０ｔ規模の上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）にて、脱炭処理を行った。溶銑量およびスクラップシュートから投入する冷鉄源量、炉上から投入する冷鉄源量を種々変化させた。スクラップシュートから投入する冷鉄源としてはスクラップ、炉上から添加した冷鉄源としては、裁断加工したスクラップもしくは還元鉄を用い、その炭素濃度は０．１０質量％であった。脱炭処理後の温度は１６５０℃であった。さらに、処理Ｎｏ．１５については処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱炭処理中にバーナーの適用を行った。その結果を表４－１および４－２に示す。
本発明の条件適用（Ｎｏ．１５）により、冷鉄源の溶け残りは生じず、かつ、昇熱剤、脱炭処理時間、スラグ排出量の増加もなかった。ここで、昇熱剤投入量指数、脱炭処理時間指数、スラグ排出量指数はそれぞれ、投入した炭材やフェロシリコンなどの昇熱材の発熱量、精錬処理時間（脱炭処理時間）、スラグ排出量を、処理Ｎｏ.１５の実績値で除した値である。
（実施例５）
高炉から出銑された溶銑および、冷鉄源（スクラップ）を用いて、３３０ｔ規模の上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）にて、脱燐処理を行い、中間排滓を実施したのちに脱炭吹錬を行った。溶銑量およびスクラップシュートから投入する冷鉄源量、炉上から投入する冷鉄源量を種々変化させた。スクラップシュートから投入する冷鉄源としてはスクラップ、炉上から添加した冷鉄源としては、裁断加工したスクラップもしくは還元鉄を用い、その炭素濃度は０．１０～０．８０質量％であった。脱燐処理後の温度は１３５０～１３８５℃まで変化させた。さらに、処理Ｎｏ．２１～２５については処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱炭処理中にバーナーの適用を行った。その結果を表５－１および５－２に示す。
高炉から出銑された溶銑および、冷鉄源（スクラップ）を用いて、３３０ｔ規模の上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）にて、脱燐処理を行い、中間排滓を実施したのちに脱炭吹錬を行った。溶銑量およびスクラップシュートから投入する冷鉄源量、炉上から投入する冷鉄源量を種々変化させた。スクラップシュートから投入する冷鉄源としてはスクラップ、炉上から添加した冷鉄源としては、裁断加工したスクラップもしくは還元鉄を用い、その炭素濃度は０．１０～０．８０質量％であった。脱燐処理後の温度は１３５０～１３８５℃まで変化させた。さらに、処理Ｎｏ．２１～２５については処理Ｎｏ．５と同じ条件で脱炭処理中にバーナーの適用を行った。その結果を表５－１および５－２に示す。
本発明の適用（処理Ｎｏ.２１～２５）により、冷鉄源の溶け残りは生じず、かつ、昇熱剤、精錬処理時間、スラグ排出量の増加もなかった。また、脱燐吹錬時に炉上から投入する冷鉄源に含有される炭素濃度が０．３質量％以上であるか、脱燐処理後の温度を１３８０℃以上とした条件（処理Ｎｏ．２３および２５）では、さらに高い全冷鉄源率を達成することができた。ここで、昇熱剤投入量指数、脱炭処理時間指数、スラグ排出量指数はそれぞれ、投入した炭材やフェロシリコンなどの昇熱材の発熱量、精錬処理時間（脱炭処理時間）、スラグ排出量を、処理Ｎｏ.２１の実績値で除した値である。
上記の実施例では、高炉から出銑された溶銑および、冷鉄源（スクラップ等）を用いて、転炉型容器で精錬処理を行なう例を示したが、キューポラ、誘導溶解炉、アーク炉等で得られた溶銑、または、これら溶銑と高炉から出銑された溶銑を混合して得た溶銑等であっても同様に適用可能であることを確認している。
本発明にかかる溶鉄の精錬方法によれば、冷鉄源の使用量を大幅に増やすことができ、昇熱剤として投入する炭素源や珪素源が少なくて済み、処理時間の大幅な延長や、スラグ発生量の増大を抑制することができるので、産業上有用である。
１ 転炉型容器
２ 酸化性ガス用上吹きランス
３ 溶鉄
４ 底吹き羽口
５ バーナーランス
６ スクラップシュート
７ 装入鍋
８ 炉上ホッパー
１０ バーナーランス先端部
１１ 粉体供給管
１２ 燃料供給管
１３ 支燃性ガス供給管
１４ 冷却水通路
１５ 粉体
１６ 燃料
１７ 支燃性ガス
１８ 冷却水
２０ 前装入スクラップ
２１ 溶銑
２２ 炉上添加冷鉄源
２３ スラグ
２ 酸化性ガス用上吹きランス
３ 溶鉄
４ 底吹き羽口
５ バーナーランス
６ スクラップシュート
７ 装入鍋
８ 炉上ホッパー
１０ バーナーランス先端部
１１ 粉体供給管
１２ 燃料供給管
１３ 支燃性ガス供給管
１４ 冷却水通路
１５ 粉体
１６ 燃料
１７ 支燃性ガス
１８ 冷却水
２０ 前装入スクラップ
２１ 溶銑
２２ 炉上添加冷鉄源
２３ スラグ
Claims (8)
- 転炉型容器内に収容または投入された冷鉄源および溶銑に対して、副原料を添加するとともに上吹きランスより酸化性ガスを供給して溶鉄の精錬処理を行う方法であって、
前記精錬処理に先立ち、前記転炉型容器内に前記溶銑を装入する前に該転炉型容器内に一括装入され前記冷鉄源の一部である前装入冷鉄源を、該溶銑の装入量との和の０．１５倍以下の量だけ装入し、または装入せずに、
前記転炉型容器の炉上から添加され前記冷鉄源の残部または全部である炉上添加冷鉄源を、該精錬処理中に該転炉型容器内に投入し、
さらに、前記上吹きランスの先端部、または前記上吹きランスとは別に設置した第２ランスの先端部に設けられ、燃料および支燃性ガスを噴出させる噴射孔を有するバーナーを用いて、
前記精錬処理中の少なくとも一部の期間中、該バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、前記副原料の少なくとも一部である粉状副原料または粉状に加工した副原料を吹き込む、溶鉄の精錬方法。 - 前記炉上添加冷鉄源の最長寸法が１００ｍｍ以下である請求項１に記載の溶鉄の精錬方法。
- 前記精錬処理が、溶鉄の脱炭処理である請求項１または請求項２に記載の溶鉄の精錬方法。
- 前記精錬処理が、あらかじめ脱燐された溶銑を転炉型容器に装入して行なう脱炭処理である請求項３に記載の溶鉄の精錬方法。
- 前記精錬処理が、溶鉄の脱燐処理である請求項１または請求項２に記載の溶鉄の精錬方法。
- 前記炉上添加冷鉄源に含有されている炭素濃度が０．３質量％以上であること、および前記脱燐処理終了後の溶鉄温度が１３８０℃以上であること、のいずれか一方または両方を満たす、請求項５に記載の溶鉄の精錬方法。
- 前記精錬処理が、溶鉄の脱燐工程、中間排滓工程、および溶鉄の脱炭工程を、同一の転炉型容器において一連の処理として行なう脱燐脱炭処理であって、
前記溶鉄の脱燐工程に先立ち、前記前装入冷鉄源を、前記溶鉄の装入量との和の０．１５倍以下の量だけ装入し、または装入せずに、
前記炉上添加冷鉄源を、前記溶鉄の脱燐工程、および前記溶鉄の脱炭工程のいずれか一方、または両方の工程中に溶鉄に添加し、
さらに前記溶鉄の脱燐工程、および前記溶鉄の脱炭工程のいずれか一方、または両方の工程中の少なくとも一部の期間中、前記バーナーにより形成される火炎の中を通過するように、前記粉状副原料または前記粉状に加工した副原料を吹き込む、請求項１または請求項２に記載の溶鉄の精錬方法。 - 前記溶鉄の脱燐工程中に添加する前記炉上添加冷鉄源に含有されている炭素濃度が０．３質量％以上であること、および前記溶鉄の脱燐工程終了後の溶鉄温度が１３８０℃以上であること、のいずれか一方または両方を満たす、請求項７に記載の溶鉄の精錬方法。
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