TWI409338B - Removal of copper from steel scrap - Google Patents

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Yasuo Kishimoto
Futoshi Ogasawara
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Description

鋼屑中之銅的除去方法
本發明係關於一種在使用鋼屑(鐵系屑)(steel scrap)作為鐵源而製造高級鋼時除去導致品質上出問題之鋼屑中之銅的(remove copper或removal of copper)方法。
製鋼過程中所使用之鐵源主體係將鐵礦石在高爐中還原而得的熔化生鐵(hot metal)，但亦使用相當大的量之於鋼鐵材料之加工步驟中所產生的鋼屑、或伴隨建築物及機械製品等之老朽化而產生的鋼屑。於高爐中製造熔化生鐵時，需要用以使鐵礦石還原且熔融之極大能量，相對於此，鋼屑僅需熔解熱，因此於製鋼過程中使用鋼屑時，具有可減少鐵礦石之還原熱之能量使用量的優點。因此，就節省能量及藉由減少CO2 而防止地球溫室效應之觀點而言，亦期待促進鋼屑利用。
先前，多數情況是將鋼屑直接投入至轉爐、電爐等製鋼爐內而使用。但若使用各種鋼屑作為鐵源，則難以調整所製造之熔鋼的成分。又，轉爐具有如下缺點：由於其係利用熔化生鐵中碳之燃燒熱作為鋼屑之熔解熱，因此若提高鋼屑之調配比率則難以在下一步驟中維持必需的溫度。另一方面，電爐之能量效率低，於能量使用量方面存在缺點。因此近年來受到注目的方法係，使用能量效率高之豎型爐(shaft furnace)，在轉爐之前一步驟中以簡易且低成本的方法熔解鋼屑，儘可能形成均勻之組成。
然而，對鋼屑進行再生利用時，該等鋼屑所伴有的以銅及錫為代表之雜質元素(tramp element)，在鋼屑熔解過程中不可避免地混入至熔化鐵中。雜質元素係有損鋼之性質的成分，因而必須保持在一定濃度以下。因此困境係使用可能含有銅或錫之低級鋼屑來作為製造高級鋼之鐵源。但是，若考慮到近年來鋼屑產生量之增加及增加使用鋼屑以減少CO2 產生的先決條件，則必須進行低級鋼屑之再生利用。
作為使用目前之低級鋼屑而唯一有效的實用技術係如下方法：將鋼屑進行物理性分解，用人力或磁力篩選等方法將有害部分分離，將分離了有害部分者調配至幾乎不含有害成分之原料中，在鋼材之材料特性上無問題的範圍內使用。但是，藉由此種方法，不可能對用過汽車等之鋼屑進行大量地再生利用，作為應對今後預測的鋼屑大量產生時代之鋼屑中的銅除去技術，並未獲得充分的解決方法。
另一方面，對於混入至熔化鐵後之脫銅方法，公知的是以下所述之原理性發明。即，使含銅高碳熔化鐵與FeS-Na2 S系熔劑(flux)接觸，使熔化鐵中之銅成分形成Cu2 S而於熔劑中分離除去的原理性技術見解，揭示於在「鐵與鋼」vol. 74(1988)No. 4. p. 640所記載之報告(今井正等)(非專利文獻1)、及在「鐵與鋼」vol. 77(1991)No. 4. p. 504所記載之報告(王潮等)(非專利文獻2)。該技術作為銅除去技術，相對於上述物理性除去方法而言，提出更廣應用之可能性。
作為基於該原理性技術見解之脫銅處理方法，於日本專利特開平4-198431號公報(專利文獻1)中揭示有以下方法：使含銅鋼屑增碳熔融而形成含銅高碳熔化鐵後，與以Na2 S為主成分之熔劑接觸反應，使熔化鐵中之銅成分形成Cu2 S而於Na2 S系熔劑中分離除去。
但利用上述原理性技術見解之方法會使硫(S)成分自Na2 S系熔劑混入至熔化鐵中。又，熔劑熔融而形成於熔化鐵上之渣中的Cu濃度、與熔化鐵中之Cu濃度之比(即分配比)最高為30左右，因此必須對渣進行充分攪拌以不使分配比降低。
又，於專利文獻1中對脫銅後之高碳熔化鐵之脫硫並未進行全部揭示。進而，於專利文獻1中，藉由自反應容器(熔化生鐵鍋)之底部吹入Ar氣所致之熔化生鐵與渣的攪拌來進行脫銅處理，但渣之攪拌不充分，又，在熔化生鐵鍋之底部安裝氣體吹入送風口而使設備變得複雜。進而為了彌補攪拌不足，而使用具備電加熱裝置以保持1200～1500℃之反應溫度、並以阻斷與大氣接觸的有蓋反應容器，但設備變得大型化。
因此，專利文獻1所記載之技術、進而上述原理性技術見解作為實用化技術時，仍殘留有課題。
本發明係鑒於上述情況而成者，其目的在於提供一種使用含銅之鋼屑作為鐵源製造高級鋼時，可有效地且無需大型設備地除去鋼屑中之銅的方法。
用以解決上述課題的第1發明之鋼屑中之銅的除去方法之特徵在於：將含銅之鋼屑進行增碳(addition of carbon)熔解而製造製鋼用熔化生鐵，其後，使用含硫熔劑除去該熔化生鐵所含之銅，繼而除去熔化生鐵所含之硫。
第2發明如第1發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，上述含硫熔劑以Na2 S為主成分(main component 或mainly comprising of)。
第3發明如第1或第2發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，使用以Na2 CO3 為主成分之材料及鐵-硫合金來作為上述含硫熔劑之起始原料。
第4發明如第1至第3發明中任一發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，藉由上述含硫熔劑除去銅之前的熔化生鐵之溫度為1200℃以上、1500℃以下，碳濃度為2質量%以上，銅濃度為0.1質量%以上、1.0質量%以下。
第5發明如第4發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，藉由上述含硫熔劑除去銅之前的熔化生鐵之溫度為1250℃以上、1350℃以下。
第6發明如第1至第5發明中任一發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，藉由上述含硫熔劑除去銅之前的熔化生鐵之硫濃度為0.01質量%以上。
第7發明如第1至第6發明中任一發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，藉由機械攪拌式精煉裝置(refining equipment with mechanical stirrers)來進行上述熔化生鐵所含之銅的除去處理。
第8發明如第1至第6發明中任一發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，將含硫熔劑與輸送用氣體(carrier gas)一併吹入至反應容器(refining vessels)中之熔化生鐵中，來進行上述熔化生鐵所含之銅的除去處理。
再者，將含硫熔劑之至少一部分吹入添加(噴射添加)即可。又，可將含硫熔劑之起始原料(例如蘇打灰以及硫化鐵(ferro sulphur))的至少一部分與輸送用氣體一併吹入至反應容器中之熔化生鐵中，來進行第8發明之應用。於吹入起始原料之一部分時，可僅吹入不含硫之起始原料(例如蘇打灰)，亦可用其他方法供給含硫之起始原料(例如硫化鐵)。
第9發明如第1至第8發明中任一發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，使用在內部形成有焦炭床(coke bed)之豎型爐將上述含銅之鋼屑進行增碳熔解。
第10發明如第1至第6發明中任一發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，使用在內部形成有焦炭床之豎型爐將上述含銅之鋼屑進行增碳熔解，向自該豎型爐朝著熔化生鐵保持容器流過鑄床傾斜流道(tilting runner at casthouse)的熔化生鐵供給上述含硫熔劑而除去熔化生鐵中之銅。
第11發明如第1至第10發明中任一發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，藉由機械攪拌式精煉裝置來進行上述熔化生鐵所含之硫的除去處理。
第12發明如第1至第11發明中任一發明之鋼屑中之銅的除去方法，其中，於藉由上述含硫熔劑除去銅後之熔化生鐵中混合高爐熔化生鐵，其後，將混合有高爐熔化生鐵之熔化生鐵中所含之硫除去。
以下，對本發明進行具體說明。
<熔化生鐵之製造及脫銅處理>
若將含銅之鋼屑進行增碳熔解而製造含碳之製鋼用熔化生鐵，則鋼屑中之銅大致全量熔解於熔化生鐵中。本發明中，作為除去該銅之方法，係使含硫熔劑與熔化生鐵接觸，使熔化生鐵中之銅形成硫化銅(Cu2 S)而於含硫熔劑中分離除去。作為含硫熔劑，較佳為以鹼金屬或鹼土金屬之硫化物為主成分者。為了提高含硫熔劑中之含硫量，可混合鐵-硫合金(硫化鐵)。
特佳為以Na2 S為主成分之熔劑。於以Na2 S為主成分之熔劑時，若使用工業上廣泛利用之Na2 CO3 (蘇打灰)作為Na源，使用鐵-硫合金(硫化鐵)作為硫源，則於成本方面及脫銅效率方面極為有利。即，藉由使以Na2 CO3 為主成分之材料、鐵-硫合金與熔化生鐵接觸，而於熔劑中生成Na2 S，其作為熔劑中之主成分而發揮脫銅作用，因此無須事先特意製造Na2 S。
考慮到成本或脫銅效率、以及目標銅濃度等，含硫熔劑中之硫量或熔劑之使用量適當選定即可。於以Na2 S為主成分之熔劑時，就更有效地除去銅之觀點而言，較理想的是熔劑中之Na2 S的莫耳分率約為0.2以上。於其他含硫熔劑(例如以鹼金屬或鹼土金屬之硫化物為主成分者)時亦同樣，較理想的是含硫物質之S以莫耳分率計約為0.2以上。再者，於使用以Na2 CO3 為主成分之材料以及鐵-硫合金時，較佳為兩者以重量比計為1：0.4～1：4左右，又，作為S之莫耳分率，所估計的生成Na2 S以莫耳分率計約為0.2以上即可。
然而，藉由含硫熔劑之脫銅雖在原理上得到確認，但為分配比(熔劑中之Cu濃度與熔化生鐵中之Cu濃度之比)較低之製程，因此為了促進脫銅，較為有效的是，藉由添加含硫熔劑來促進形成於反應容器內之渣側的物質移動。因此，較為有效的是亦對渣層進行攪拌。特別是本發明中在熔化生鐵階段進行脫銅處理，但熔化生鐵之溫度域(1200～1400℃)低於熔鋼之溫度域(1550～1700℃)，渣之流動性亦低，因此藉由對渣進行攪拌來促進脫銅之效果較大。
作為同時攪拌熔化生鐵及存在於熔化生鐵上之渣的方法，亦可採用以下方法：自浸漬於反應容器內之熔化生鐵中的噴射槍(injection lance)或設置於反應容器之底部的送風口吹入攪拌用氣體，而攪拌渣與熔化生鐵。但是，若使用機械攪拌式精煉裝置進行脫銅處理，則可獲得更良好的攪拌。
作為機械攪拌式精煉裝置，代表性的是使用葉輪(impeller)(亦稱為「攪拌翼」)之攪拌。即方法為：使葉輪(通常自上方)浸漬於澆桶(ladle)狀反應容器內所容納之熔化生鐵中，以軸心為旋轉軸使該葉輪旋轉，而強制性攪拌熔化生鐵及添加於熔化生鐵上之含硫熔劑。於機械攪拌式精煉裝置中，投入於熔化生鐵上之含硫熔劑充分進入熔化生鐵內，從而熔化生鐵與含硫熔劑之攪拌以極高效率進行。例如，機械攪拌式與專利文獻1所示之氣體攪拌法相比，使渣進入至熔化生鐵中的效果更高，並且攪拌得到明顯改善。
又，自浸漬於熔化生鐵中之噴射槍將輸送用氣體與粉末狀含硫熔劑一併吹入至熔化生鐵中的方法、所謂熔劑吹入法亦為較佳的處理方法。此時，吹入至熔化生鐵中之粉末狀含硫熔劑與熔化生鐵直接接觸，且新的未反應之含硫熔劑連續與熔化生鐵接觸，因此表現出與促進渣側之物質移動時同等的效果，並促進熔化生鐵與含硫熔劑之反應。又，由於輸送用氣體亦發揮出作為攪拌用氣體之功能，因此雖然攪拌強度不如機械攪拌式精煉裝置，但熔化生鐵與熔化生鐵上渣之攪拌與氣體攪拌法等相比，可特別良好地進行。
於該脫銅處理時，為了防止大氣混入至環境氣體，可將Ar氣等惰性氣體或丙烷等還原性氣體供給於熔化生鐵浴面上。
於脫銅處理後，藉由添加含硫熔劑而將所形成之渣除去至系統外。
於本發明中，脫銅處理前之熔化生鐵、即將含銅之鋼屑進行增碳熔解而製造的含碳之製鋼用熔化生鐵之溫度、或碳‧銅‧硫等組成，可根據處理設備之方式‧能力或熔化生鐵‧熔劑之特性而適當確定。以下敍述其標準。
脫銅處理前之熔化生鐵之溫度較佳為1200℃以上、1500℃以下，較理想的是1250℃以上、1350℃以下。若熔化生鐵溫度未滿1200℃，則擔心因低溫而引起之熔劑及熔化生鐵本身之固化‧凝固。特別是若考慮到其後之脫硫步驟或轉爐脫碳步驟中的保證溫度，則較理想的是1250℃以上。另一方面，若熔化生鐵溫度為1500℃以上，則無法忽視因高溫而導致的熔劑蒸發。即，於抑制含硫熔劑之蒸發而有效地進行脫銅反應時，熔化生鐵溫度越低越好，因此，為了有效地進行脫銅反應，較理想的是熔化生鐵溫度為1350℃以下。
又，較佳為脫銅處理前之熔化生鐵中之碳濃度為2質量%以上。至於熔化生鐵中之銅形成硫化銅之反應，在熱力學上熔化生鐵中之碳濃度越高則越容易進行，為2質量%以上時，硫化銅之生成反應特別顯著地進行。另一方面，若脫銅處理前之熔化生鐵中之碳濃度未滿2質量%，則熔化生鐵之液相線溫度上升，而產生熔化生鐵附著於容器壁等之問題。再者，即便含有飽和濃度之碳亦無問題。
脫銅處理前之熔化生鐵中之銅濃度較佳為0.1質量%以上、1.0質量%以下。若脫銅處理前之熔化生鐵中之銅濃度超過1.0質量%，則除去銅所必需的含硫熔劑之量會變得過大，而在實用上造成較大負擔。另一方面，若脫銅處理前之熔化生鐵中之銅濃度未滿0.1質量%，則不實施脫銅處理，亦可例如用含銅量較低的熔化生鐵進行稀釋等而應用於高級鋼。
進而，作為脫銅處理前之熔化生鐵之硫濃度，較佳為0.01質量%以上，更佳為0.05質量%以上。若脫銅處理前之熔化生鐵之硫濃度未滿0.01質量%，則硫自含硫熔劑熔解至熔化生鐵中的量會變得過大，從而導致含硫熔劑之利用效率降低而不經濟。硫濃度之上限無須特別規定，若為過高濃度，則會對脫硫處理造成障礙，因此較理想的是0.5質量%以下。
作為脫銅處理前之上述以外之熔化生鐵的成分，若為基本上與目標鋼相對應之組成，則無問題。作為更佳之組成，較理想的是例如矽濃度為0.5質量%以下，錳濃度為0.5質量%以下。若超過該等濃度，則於脫銅處理中因該等成分之氧化而產生的氧化矽及氧化錳會向渣轉移而使渣量增大，從而對渣處理造成較大負荷。又，氧化矽及氧化錳不過多存在，會進一步改善含硫熔劑之脫銅反應的效率。
再者，於將含銅之鋼屑進行增碳熔解而製造之製鋼用熔化生鐵中，視需要混合自高爐出鐵之熔化生鐵(以下，稱為「高爐熔化生鐵」)，其後，可使用含硫熔劑將混合之熔化生鐵所含的銅除去。
至於含銅之屑鐵的組成，所得之熔化生鐵中之銅濃度為0.1質量%以上即可。由於可藉由高爐熔化生鐵進行稀釋，因此來自該屑鐵之熔化生鐵之銅濃度的上限可容許至1.0質量%左右。再者，低級屑鐵之銅濃度通常處於上述範圍內。
作為將含銅之鋼屑進行增碳熔解而製造熔化生鐵之步驟，有使用電爐之方法、使用轉爐之方法、使用豎型爐之方法等，特佳為使用在內部形成有焦炭床之豎型爐的方法。
此處，所謂在內部形成有焦炭床之豎型爐，係指以下所示之裝置：即，自豎型爐之上部裝入含銅之鋼屑及焦炭、進而視需要裝入造渣劑(fluxes)，自設置於豎型爐之下部的送風口送入空氣、富氧空氣、氧氣等，較佳為以熱風形式進行送風而使焦炭燃燒，藉由焦炭之燃燒熱而使含銅之鋼屑及造渣劑在爐內熔解，並自爐底部之出鐵口取出熔化生鐵及熔融渣(liquid slag)。自爐底部之出鐵口所取出之熔化生鐵流過設置於爐前之鑄床(casthouse)的耐火物製鑄床傾斜流道，並落下至配置於鑄床傾斜流道之前端下方的熔化生鐵鍋(hot-metal transfer ladle)等熔化生鐵保持容器，而容納於熔化生鐵保持容器內。又，於內部形成有焦炭床之豎型爐中，自爐底至送風口之上方或較高位置的範圍內會僅填充焦炭，將其燃燒而使裝入至焦炭之上部的含銅之鋼屑熔解。將爐底所填充之焦炭稱為「焦炭床」，由於該焦炭床燃燒而消耗，因此為了一面補充焦炭床一面繼續熔解，而自爐體之上部裝入焦炭。含銅之鋼屑熔解而生成之熔融鐵(molten iron)流下焦炭之間隙，藉由焦炭進行增碳而生成熔化生鐵。該於內部形成有焦炭床之豎型爐與電爐等相比，能量效率較高。
於使用此種在內部形成有焦炭床之豎型爐而製造熔化生鐵時，與高爐熔化生鐵相比，熔化生鐵中之硫濃度通常變高。利用該硫濃度較高之狀態，可特別有利地進行使用含硫熔劑之脫銅。即，由於熔化生鐵中之硫濃度較高，因此硫自含硫熔劑向熔化生鐵中之移動已較少，從而可顯著提高含硫熔劑之利用效率。再者，高爐熔化生鐵之硫濃度受到原料影響，但若除運轉最初或停止送風後啟動時等情況以外，則通常為0.04質量%以下。
於使用豎型爐熔解含銅之鋼屑時，自出鐵口取出之熔化生鐵流過鑄床傾斜流道而落下‧注入至熔化生鐵保持容器中。因此，可藉由上方添加、與氣體一併噴附、與氣體一併吹入等方式將含硫熔劑供給至流過該鑄床傾斜流道之熔化生鐵，從而進行脫銅處理。供給至流過鑄床傾斜流道之熔化生鐵的含硫熔劑，不僅在熔化生鐵流過鑄床傾斜流道之期間對熔化生鐵實施脫銅處理，而且還藉由自鑄床傾斜流道落下至熔化生鐵保持容器而與熔化生鐵劇烈攪拌，而有效地對熔化生鐵進行脫銅處理。此時，藉由在熔化生鐵保持容器中預先另外放入含硫熔劑，而可進一步促進脫銅反應。再者，僅利用該鑄床傾斜流道中之脫銅處理而產生脫銅不足時，可使用上述方法、例如機械攪拌式精煉裝置或熔劑吹入法等進一步實施脫銅處理。
本發明之脫銅後的熔化生鐵中之銅濃度根據鋼之利用目的進行設定即可，通常約為0.25質量%以下左右。
<脫硫處理>
伴隨著脫銅處理，含硫熔劑中之硫不可避免地向熔化生鐵中轉移，因此熔化生鐵中之硫濃度上升。並且，就脫銅效率之觀點而言，自脫銅前之階段提高硫濃度之情況亦較多。因此，於進行脫銅處理之後，進而進行將熔化生鐵中之硫除去的處理。脫硫處理係使脫硫劑作用於熔化生鐵而進行的，作為具體方式，可為公知之利用機械攪拌式精煉裝置之方法、利用自槍吹入粉末之方法、使用轉爐之方法等任一種方法。例如可利用機械攪拌式精煉裝置進行脫銅處理後，將所生成之渣除去，其後再利用相同的機械攪拌式精煉裝置進行脫硫處理。藉由該方法，在脫銅‧脫硫兩方面可有效利用藉由機械攪拌之極高的攪拌效果。
作為脫硫劑，可使用以CaO為主成分之脫硫劑、以碳化鈣為主成分之脫硫劑、以蘇打灰為主成分之脫硫劑、金屬Mg等各種脫硫劑。
又，於實施脫硫處理時，將高爐熔化生鐵追加混合於實施了脫銅處理之熔化生鐵中，其後，對混合之熔化生鐵進行脫硫處理。進而，可於脫硫處理後之熔化生鐵中混合高爐熔化生鐵。
於脫硫處理之前，將供於脫銅處理之含硫熔劑自反應容器除去。若於未除去含硫熔劑之狀態下進行脫硫處理，則有可能含硫熔劑中之硫化銅(Cu2 S)分解而回到熔化生鐵中，從而導致熔化生鐵中之銅濃度上升。除渣作業可為公知之使用撇渣器(slag skimmer)之方法、使用吸渣機之方法、將熔化生鐵容納容器傾斜而排出容器內之渣之方法等任一種方法，選擇適合於各製鐵所保有的設備狀況之方法即可。
本發明之脫硫後的熔化生鐵中之硫濃度根據鋼之利用目的進行設定即可，通常約為0.25質量%以下左右。
如以上所說明，根據上述方法，可於將含銅之鋼屑進行增碳熔解後，將鋼屑所帶來的熔化生鐵中之銅於含硫熔劑中分離除去，因此藉由將鋼屑進行物理性分解後再用磁力篩選等而分離除去的方法，可將難以分離的銅有效地分離。又，於銅除去處理後，進行將含硫熔劑所帶來的熔化生鐵中之硫除去的處理，因此可自含銅之鋼屑有效地獲得銅及硫較少的熔化生鐵。
(實施例) (實施例1)
實施以下試驗：使用在內部形成有焦炭床之豎型爐，將含銅之鋼屑熔解而製造製鋼用熔化生鐵，使用以FeS-Na2 S為主成分之熔劑將該熔化生鐵進行脫銅處理，於脫銅處理後，進而使用CaO系脫硫劑進行脫硫處理。
脫銅處理係以如下3個水準來實施，即，於鍋形狀反應容器中裝入約5噸之上述製鋼用熔化生鐵，於機械攪拌式精煉裝置中，將以FeS-Na2 S為主成分之熔劑(熔劑中之Na2 S的莫耳分率為0.4)投入至熔化生鐵上，將用耐火物被覆之葉輪浸漬於熔化生鐵中，使葉輪旋轉而攪拌熔化生鐵及熔劑來進行脫銅處理之情形(試驗No. 1)；自浸漬於反應容器內之熔化生鐵中的噴射槍吹入攪拌用氣體而攪拌熔化生鐵，並添加以FeS-Na2 S為主成分之熔劑來進行脫銅處理之情形(試驗No. 2)；自浸漬於反應容器內之熔化生鐵中的噴射槍將輸送用氣體與以FeS-Na2 S為主成分之熔劑一併吹入添加至熔化生鐵中來進行脫銅處理之情形(試驗No. 3)。於任一試驗中，每1噸熔化生鐵中投入200kg以FeS-Na2 S為主成分之熔劑。
於脫銅處理後，將所生成之渣除去，然後試驗No. 1、試驗No. 2及試驗No. 3均係於機械攪拌式精煉裝置中，將用耐火物被覆之葉輪浸漬於熔化生鐵中，使葉輪旋轉而攪拌熔化生鐵及脫硫劑來實施脫硫處理。表1表示熔化生鐵中之銅濃度及硫濃度之演變、以及熔化生鐵溫度之演變。
如表1所示，於機械攪拌式精煉裝置中藉由葉輪攪拌熔化生鐵及含硫熔劑之試驗No. 1中，熔化生鐵中之銅濃度自0.33質量%大幅降低至0.10質量%。又，於吹入添加含硫熔劑之試驗No. 3中，與試驗No. 1同樣，熔化生鐵中之銅濃度自0.30質量%大幅降低至0.11質量%。相對於此，於藉由攪拌用氣體攪拌熔化生鐵並添加含硫熔劑之試驗No. 2中，雖進行脫銅，但脫銅率較低，可確認較佳為藉由機械攪拌式精煉裝置進行脫銅處理。
由試驗No. 1及試驗No. 3可知，藉由進行脫硫處理，最終可獲得銅濃度及硫濃度均較低之熔化生鐵，並且可無問題地用作高級鋼用熔化生鐵。
(實施例2)
進行以下試驗：使用溫度、組成不同的製鋼用熔化生鐵來實施脫銅處理及脫銅處理後之脫硫處理(試驗No. 4～15)。
至於脫銅處理，係於鍋形狀反應容器中裝入約5噸之製鋼用熔化生鐵，自設置於鍋上之精煉劑供給用漏斗添加脫銅精煉用熔劑來進行。作為脫銅精煉用熔劑，係於每噸熔化生鐵中使用40kg之鐵-硫合金(硫化鐵、含硫量：48質量%)、以及於每噸熔化生鐵中使用30kg之蘇打灰(Na2 CO3 )。於試驗No. 15中，作為脫銅精煉用熔劑，係於每噸熔化生鐵中使用53kg之鐵-硫合金(硫化鐵、含硫量：36質量%)、以及於每噸熔化生鐵中使用30kg之蘇打灰(Na2 CO3 )。
作為鍋內熔化生鐵之攪拌方法，係使用將用耐火物被覆之葉輪浸漬於熔化生鐵中，使葉輪旋轉而攪拌熔化生鐵及熔劑來進行之方法。
在所有試驗中於脫銅處理後將所生成之渣除去，在除去渣後，於機械攪拌式精煉裝置中實施脫硫處理。至於脫硫處理，係於每噸熔化生鐵中投入20kg之CaO系脫硫劑，將用耐火物被覆之葉輪浸漬於熔化生鐵中，使葉輪旋轉而攪拌熔化生鐵及脫硫劑來進行。表2對脫銅處理前後以及脫硫處理後之熔化生鐵溫度及熔化生鐵成分進行一覽性表示。再者，至於表2所示以外之熔化生鐵成分，矽濃度為0.05～0.4質量%，錳濃度為0.05～0.4質量%，磷濃度為0.02～0.2質量%之範圍。
於試驗No. 4～9及15中，係熔化生鐵之溫度為1200℃以上、1500℃以下，碳濃度為2質量%以上，銅濃度為0.1質量%以上、1.0質量%以下，硫濃度為0.01質量%以上之條件、即本發明之較佳條件的範圍；脫銅率(=處理後熔化生鐵中銅濃度/處理前熔化生鐵中銅濃度)為0.4以上，可確認脫銅可良好地進行。另一方面，於試驗No. 10～12中，由於係在超出本發明之較佳條件的條件下實施脫銅處理，因此脫銅率(=(處理前熔化生鐵中銅濃度一處理後熔化生鐵中銅濃度)×100/處理前熔化生鐵中銅濃度)未滿40%。又，試驗No. 13及14雖然處於硫濃度為0.01質量%以上之較佳的條件下，但未滿足更佳之0.05質量%以上，因此脫銅率停留在40%附近(但未滿40%)。
(實施例3)
實施以下試驗：使用在內部形成有焦炭床之豎型爐，將含銅之鋼屑熔解而製造製鋼用熔化生鐵，使用包含作為起始原料的蘇打灰(Na2 CO3 )及鐵-硫合金(硫化鐵)之熔劑對該熔化生鐵進行脫銅處理，於脫銅處理後，在脫銅處理後之熔化生鐵中混合高爐熔化生鐵，使用CaO系脫硫劑對該混合之熔化生鐵進行脫硫處理。
於豎型爐中所製造之製鋼用熔化生鐵之溫度為1400℃、碳濃度為4.0質量%、銅濃度為0.30質量%、硫濃度為0.11質量%。
至於脫銅處理，係於鍋形狀反應容器中裝入約60噸之上述製鋼用熔化生鐵，於機械攪拌式精煉裝置中，於每噸熔化生鐵上投入35kg之蘇打灰及50kg之鐵-硫合金(合金中硫濃度為48質量%)，將用耐火物被覆之葉輪浸漬於熔化生鐵中，使葉輪旋轉而攪拌熔化生鐵及熔劑來進行。脫銅處理後之熔化生鐵之銅濃度為0.14質量%，硫濃度為0.44質量%。
使用撇渣器將藉由脫銅處理而生成之渣除去後，於鍋形狀反應容器中混合脫銅處理後之熔化生鐵約60噸以及高爐中所製造之高爐熔化生鐵約240噸。混合後之熔化生鐵之銅濃度為0.03質量%，硫濃度為0.09質量%。
於機械攪拌式精煉裝置中，對混合後之熔化生鐵，於每噸熔化生鐵中投入20kg之CaO系脫硫劑，將用耐火物被覆之葉輪浸漬於熔化生鐵中，使葉輪旋轉而攪拌熔化生鐵及脫硫劑來實施脫硫處理。脫硫處理後之熔化生鐵之銅濃度為0.03質量%，硫濃度為0.01質量%。
(實施例4)
進行用以更詳細地調查熔化生鐵溫度對脫銅率所造成之影響的試驗。於鍋形狀反應容器中裝入約5噸之製鋼用熔化生鐵而進行脫銅試驗(試驗No. 16～22)。自設置於鍋上之精煉劑供給用漏斗添加脫銅精煉用熔劑。作為脫銅精煉用熔劑，使用鐵-硫合金(硫化鐵、含硫量：48質量%)以及蘇打灰(Na2 CO3 )。作為鍋內熔化生鐵之攪拌方法，係使用將用耐火物被覆之葉輪浸漬於熔化生鐵中，使葉輪旋轉而攪拌之方法。表3對試驗條件及試驗結果進行一覽性表示。至於脫銅處理前之熔化生鐵成分中除了表3所記載以外的成分，係調製成碳為4.5～4.7質量%，矽為0.20質量%，錳為0.15質量%，磷為0.050質量%而進行試驗。
圖1表示脫銅處理前之熔化生鐵溫度與脫銅率之關係。於熔化生鐵溫度為1250～1500℃之範圍中，熔化生鐵溫度越低則可獲得脫銅率越高之結果。但，於1200℃之試驗水準中，脫銅率降低至33.3%。一般認為其原因係由於低溫化而使脫銅精煉用熔劑之反應性惡化。根據本結果可知，較理想的是藉由將熔化生鐵溫度設定為1250～1350℃之範圍而可獲得超過50%之較高脫銅率。
(實施例5)
對在鍋形狀反應容器中所容納之約5噸製鋼用熔化生鐵，實施經由噴射槍將脫銅精煉用熔劑吹入至熔化生鐵中來進行的脫銅處理試驗(試驗No. 23～29)。試驗係將被覆耐火物之噴射槍浸漬於鍋內之熔化生鐵中，以氮氣為輸送用氣體將脫銅精煉用熔劑之一部分或全部通過噴射槍吹入至熔化生鐵中。除了自噴射槍吹入添加以外，可自鍋上之精煉劑供給用漏斗進行上方添加。
於脫銅精煉用熔劑中使用鐵-硫合金(硫化鐵、含硫量：48質量%)以及蘇打灰(Na2 CO3 )。表4對試驗條件及試驗結果進行一覽性表示。至於脫銅處理前之熔化生鐵成分中除了表4所記載以外的成分，係將碳調製成4.5～4.7質量%，將矽調製成0.20質量%，將錳調製成0.15質量%，將磷調製成0.050質量%，熔化生鐵溫度設定為1400℃。
再者，至於噴射槍之浸漬深度，將熔化生鐵之浴深設為H(m)，將自熔化生鐵浴面至噴射槍前端之距離設為L(m)時，若L/H為0.3以上，則藉由另外實驗確認所吹入之熔劑可有助於脫銅反應。又，作為所用之噴射槍的規格，若可經受浸漬於熔化生鐵內而吹入熔劑之處理，則可使用任意規格。進而，至於輸送用氣體流量與熔劑吹入速度之關係，若為不在噴射槍內發生熔劑堵塞之程度，則亦不會對冶金特性造成任何影響。若輸送用氣體之種類亦為惰性氣體，則並無問題，例如可使用Ar氣。
於試驗No. 23～28中，雖然改變噴射槍之添加比例，但對脫銅率而言並無較大差異，為50%左右，並可確認與使用機械攪拌式精煉裝置時大致同等。又，於試驗No. 27中，進行自噴射槍僅吹入添加蘇打灰之試驗，於試驗No. 28中，進行僅吹入添加硫化鐵之試驗，但任一試驗中脫銅率均為同等。
根據以上結果確認，不使用機械攪拌式精煉裝置而使用藉由噴射槍添加熔劑之一部分或全部的方法，亦可進行脫銅處理。
再者，於試驗No.29中，自噴射槍僅吹入氮氣，並自鍋上之精煉劑供給用漏斗進行上方添加脫銅精煉用熔劑，但脫銅率為40%，即便進行機械攪拌，與噴射方式相比亦處於低位。
(產業上之可利用性)
根據本發明，可在將含銅之鋼屑進行增碳熔解後，將鋼屑所帶來之熔化生鐵中之銅於含硫熔劑中分離除去，因此將鋼屑進行物理性分解後再用磁力篩選等進行分離除去的方法，可有效地將難以分離之銅分離。又，於銅除去處理後，進行含硫熔劑所帶來之熔化生鐵中之硫除去處理，因此可自含銅之鋼屑高效地獲得銅及硫較少的熔化生鐵，其結果係可將含銅之鋼屑用作高級鋼之鐵源，並促進低級鋼屑之利用。
進而使用在內部形成有焦炭床之豎型爐而製造含硫量相對較高之熔化生鐵並對其進行脫銅，藉此可進一步改善脫銅效率，又可改善經濟性等。
圖1係表示脫銅處理前之熔化生鐵溫度(橫軸：℃)、與脫銅處理之脫銅率(縱軸：%)之關係的圖。

Claims (14)

  1. 一種鋼屑中之銅的除去方法，其係將含銅之鋼屑進行增碳熔解而製造製鋼用熔化生鐵，其後，使用含硫熔劑除去該熔化生鐵所含之銅，繼而除去熔化生鐵所含之硫，其中，於脫銅處理前之碳濃度為2質量%以上，及於脫銅處理前之熔化生鐵溫度為1200℃以上、1500℃以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，上述含硫熔劑以Na2 S為主成分。
  3. 如申請專利範圍第1項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，使用以Na2 CO3 為主成分之材料及鐵-硫合金，作為上述含硫熔劑之起始原料。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，藉由上述含硫熔劑除去銅之前的熔化生鐵之溫度為1200℃以上、1500℃以下，碳濃度為2質量%以上，銅濃度為0.1質量%以上、1.0質量%以下。
  5. 如申請專利範圍第4項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，藉由上述含硫熔劑除去銅之前的熔化生鐵之溫度為1250℃以上、1350℃以下。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，藉由上述含硫熔劑除去銅之前的熔化生鐵之硫濃度為0.01質量%以上。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的除 去方法，其中，藉由機械攪拌式精煉裝置來進行上述熔化生鐵所含之銅的除去處理。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，將含硫熔劑與輸送用氣體一併吹入至反應容器中之熔化生鐵中，來進行上述熔化生鐵所含之銅的除去處理。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，將含硫熔劑之起始原料的至少一部分與輸送用氣體一併吹入至反應容器中之熔化生鐵中，來進行上述熔化生鐵所含之銅的除去處理。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，使用在內部形成有焦炭床之豎型爐，將上述含銅之鋼屑進行增碳熔解。
  11. 如申請專利範圍第6項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，使用在內部形成有焦炭床之豎型爐，將上述含銅之鋼屑進行增碳熔解。
  12. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，使用在內部形成有焦炭床之豎型爐，將上述含銅之鋼屑進行增碳熔解，向自該豎型爐朝著熔化生鐵保持容器流過鑄床傾斜流道的熔化生鐵供給上述含硫熔劑而除去熔化生鐵中之銅。
  13. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的 除去方法，其中，藉由機械攪拌式精煉裝置來進行上述熔化生鐵所含之硫的除去處理。
  14. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋼屑中之銅的除去方法，其中，於藉由上述含硫熔劑除去銅後之熔化生鐵中混合高爐熔化生鐵，其後將混合有高爐熔化生鐵之熔化生鐵所含之硫除去。
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