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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-11
(45)【発行日】2023-07-20
(54)【発明の名称】含鉄材の溶解方法
(51)【国際特許分類】
   C21C 5/28 20060101AFI20230712BHJP
【FI】
C21C5/28 A
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2019170860
(22)【出願日】2019-09-19
(65)【公開番号】P2021046591
(43)【公開日】2021-03-25
【審査請求日】2022-05-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】内山 拓也
【審査官】國方 康伸
(56)【参考文献】
【文献】特開平11-181513(JP,A)
【文献】特開昭62-047417(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C21C 1/00- 7/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶解炉を用いて含鉄材を溶解する方法であって、
第1の含鉄材を溶解炉に装入して溶解する第1の溶解工程と、
第2の含鉄材を前記溶解炉に装入して溶解する第2の溶解工程と、
前記第1の溶解工程および前記第2の溶解工程によって得られた溶融鉄を出銑する出銑工程とを含み、
前記第1の含鉄材のSインプット原単位は、前記第2の含鉄材のSインプット原単位よりも大きく、
前記第1の溶解工程において、脱硫および排滓を実施する、含鉄材の溶解方法。
【請求項2】
前記第1の含鉄材は、還元鉄を主体とする、請求項1に記載の含鉄材の溶解方法。
【請求項3】
前記第2の含鉄材は、スクラップを主体とする、請求項1または2に記載の含鉄材の溶解方法。
【請求項4】
前記第1の含鉄材のSインプット原単位は、2.0~3.5kg/tであり、前記第2の含鉄材のSインプット原単位は、0.3~1.5kg/tである、請求項1から3のいずれかに記載の含鉄材の溶解方法。
【請求項5】
前記第1の溶解工程後に前記第2の溶解工程を実施し、
前記第1の溶解工程の開始後であって前記出銑工程前に出銑を実施せず、
前記第1の溶解工程後であって前記出銑工程前に脱硫および排滓を実施しない、請求項1から4のいずれかに記載の含鉄材の溶解方法。
【請求項6】
前記第2の溶解工程後に前記第1の溶解工程が実施され、
前記第2の溶解工程の開始後であって前記出銑工程前に出銑を実施せず、
前記第2の溶解工程の開始後であって前記第1の溶解工程前に脱硫および排滓を実施しない、請求項1から4のいずれかに記載の含鉄材の溶解方法。
【請求項7】
第1の溶解工程において得られる溶融鉄の量は、第2の溶解工程において得られる溶融鉄の量よりも大きい、請求項1から6のいずれかに記載の含鉄材の溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、含鉄材の溶解方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高炉または電気炉を用いることなく溶融鉄を製造するために、種々の技術が提案されている。このような技術の一つとして、炭材の燃焼によって含鉄材(含鉄冷材または冷鉄源ともいう。)を溶解させる技術(冷鉄源熔解法)が知られている。
【0003】
例えば、特許文献1には、含鉄材を溶解して製造する高炭素溶銑の製造コストを低減する方法について開示されている。特許文献1に開示された方法では、スクラップよりも安価な含鉄材として脱硫スラグ内から破砕と磁力選別で回収された鉄屑を利用し、石炭よりも安価な炭材として廃タイヤを利用することで、高炭素溶銑の製造コストを低減することができる。特に、特許文献1には、上記のような硫黄含有量(Sインプット原単位)の大きい原料を利用する場合でも、鉄歩留りの低下無く、高炭素溶銑を得ることができる溶解方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2001-335822号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、操業コストを低減する手法としては、特許文献1に開示された方法のように安価原料を利用する他に、サイクルタイムを短縮することが考えられる。
【0006】
そこで、本発明は、含鉄材の溶解に関して、サイクルタイムを短縮するという観点に着目して操業コストを低減する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一実施形態に係る含鉄材の溶解方法は、溶解炉を用いて含鉄材を溶解する方法であって、
第1の含鉄材を溶解炉に装入して溶解する第1の溶解工程と、
第2の含鉄材を前記溶解炉に装入して溶解する第2の溶解工程と、
前記第1の溶解工程および前記第2の溶解工程によって得られた溶融鉄を出銑する出銑工程とを含み、
前記第1の含鉄材のSインプット原単位は、前記第2の含鉄材のSインプット原単位よりも大きく、
前記第1の溶解工程において、脱硫および排滓を実施する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、含鉄材を溶解して溶融鉄を製造する際の操業コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1図1は、本発明の一実施形態に係る溶解方法で用いられる炉設備の一例を示す概略図である。
図2図2は、本実施形態に係る溶解方法が備える工程を示す概念図である。
図3図3は、第1の溶解工程における含鉄材の装入および溶解を説明するための図である。
図4図4は、第1の溶解工程における排滓を説明するための図である。
図5図5は、第2の溶解工程における含鉄材の装入を説明するための図である。
図6図6は、第2の溶解工程における含鉄材の溶解を説明するための図である。
図7図7は、出銑工程を説明するための図である。
図8図8は、本発明の他の実施形態に係る溶解方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態に係る含鉄材の溶解方法について説明する。本実施形態に係る溶解方法は、含鉄材を炭材の燃焼によって溶解する冷鉄源溶解工程に関する。なお、含鉄材は、含鉄冷材または冷鉄源とも呼ばれる製鉄原料である。含鉄材としては、スクラップの他、還元鉄、地金、および難使用屑等が用いられる。本明細書において還元鉄とは、製鉄工程で発生した製鉄ダストを造粒後予備還元したものをいう。また、炭材としては、例えば、微粉炭および廃タイヤ等を用いることができる。
【0011】
(設備構成)
まず、本実施形態に係る溶解方法で用いられる炉設備について簡単に説明する。ただし、本発明を実施するための炉設備は以下に説明する炉設備に限定されず、公知の炉設備を用いて本発明を実施することができる。
【0012】
図1は、本実施形態に係る溶解方法で用いられる炉設備の一例を示す概略図である。本実施形態では、炉設備10として、転炉設備が用いられる。炉設備10は、含鉄材を溶解するための溶解炉(転炉)12、溶解炉12の上部から酸素を供給するための上吹きランス14、および溶解炉12の底部から炭材を供給するための複数の底吹き羽口16を備えている。
【0013】
溶解炉12の内部には、酸化マグネシウムを主成分とする塩基性耐火物(不図示)が内張りされている。また、溶解炉12には、溶融鉄を取り出すための出銑ノズル12aが設けられている。なお、炉設備10としては、公知の転炉設備を用いることができるので、詳細な説明は省略する。
【0014】
(含鉄材の溶解方法)
次に、本実施形態に係る含鉄材の溶解方法について詳細に説明する。図2は、本実施形態に係る溶解方法が備える工程を示す概念図である。図2に示すように、本実施形態に係る溶解方法は、第1の溶解工程、第2の溶解工程および出銑工程を備えている。本実施形態では、第1の溶解工程、第2の溶解工程および出銑工程を1サイクルの溶解処理として、この溶解処理を繰り返し実施する。以下、各工程について説明する。
【0015】
図2に示すように、まず、第1の溶解工程において、含鉄材が装入されるとともに、装入された含鉄材が溶解される。含鉄材の装入方法は特に限定されないが、例えば、図3に示すように、小型の含鉄材20を利用する場合には、上吹きランス14を溶解炉12内に装入した状態で、溶解炉12の上方から含鉄材20を装入することができる。
【0016】
なお、図3に示すように、第1の溶解工程において含鉄材20を装入する際には、溶解炉12内には、前回の溶解処理で生成された溶融鉄30の一部(種湯)およびスラグ32の一部が残存している。本実施形態では、例えば、底吹き羽口16から溶融鉄30に炭材を吹き込むとともに、上吹きランス14、または上吹きランス14と底吹き羽口16とから酸素を供給しつつ、溶解炉12の上部から含鉄材20および副材(不図示)を投入することによって、含鉄材20の溶解が実施される。なお、副材は、溶融鉄30の温度、およびスラグ32の塩基度(CaO含有量/SiO含有量)を調整するために投入される。副材としては、例えば、石灰またはドロマイトを用いることができる。
【0017】
本実施形態においては、第1の溶解工程において供給される全ての含鉄材が第1の含鉄材に対応し、後述する第2の溶解工程において供給される全ての含鉄材が第2の含鉄材に対応する。第1の溶解工程において供給される含鉄材(第1の含鉄材)のSインプット原単位(kg/t)は、第2の溶解工程において供給される含鉄材(第2の含鉄材)のSインプット原単位よりも大きい。なお、Sインプット原単位は、含鉄材1トンあたりの硫黄含有量を示す。Sインプット原単位の値は、含鉄材の含有S濃度を適宜の化学分析により計測することによって求められる。
【0018】
本実施形態では、第1の溶解工程において供給される含鉄材(第1の含鉄材)の平均Sインプット原単位は、例えば、2.0~3.5kg/tであり、第2の溶解工程において供給される含鉄材(第2の含鉄材)の平均Sインプット原単位は、例えば、0.3~1.5kg/tである。本実施形態では、第1の含鉄材として、還元鉄等のダスト系原料、ならびに不純物を比較的多く含む地金および難使用屑等を用いることができる。本実施形態では、第1の含鉄材は、還元鉄を主体(例えば、質量%で50%以上)として含む。また、第2の含鉄材は、スクラップを主体(例えば、質量%で50%以上)として含む。
【0019】
上記のように、本実施形態では、第1の溶解工程において供給される含鉄材のSインプット原単位は、第2の溶解工程において供給される含鉄材のSインプット原単位よりも大きい。言い換えると、第1の溶解工程で供給される含鉄材の硫黄含有量は比較的大きい。そこで、第1の溶解工程において、含鉄材を溶解して得られた溶融鉄に対して脱硫を実施する。本実施形態では、例えば、底吹き羽口16から溶融鉄30に窒素およびアルミニウム炭を吹き込むことによって、溶融鉄30に対して脱硫を実施する。
【0020】
また、第1の溶解工程において、上記脱硫を実施した後、スラグ32から溶融鉄30への復硫を抑制するために排滓を実施する。本実施形態では、図4に示すように、溶解炉12を出銑ノズル12aとは反対側に傾けて、溶解炉12からスラグ32を排出する。これにより、第1の溶解工程が終了する。
【0021】
図2に示すように、第1の溶解工程後、第2の溶解工程において、含鉄材が再度装入される。含鉄材の装入方法は特に限定されないが、例えば、図5に示すように、比較的大型の含鉄材22を利用する場合には、溶解炉12を傾けて、溶解炉12上に設けられたシュート(不図示)から含鉄材22を装入することができる。
【0022】
その後、図6に示すように、底吹き羽口16から溶融鉄30に炭材を吹き込むとともに、上吹きランス14、または上吹きランス14と底吹き羽口16とから酸素を供給しつつ、溶解炉12内に副材(不図示)を装入することによって、含鉄材22の溶解が実施される。なお、第2の溶解工程においても、含鉄材の溶解時に、溶解炉12の上部から副材とともにダスト系原料等の含鉄材を装入してもよい。ただし、第2の溶解工程において装入される含鉄材(第2の含鉄材)のSインプット原単位が、第1の溶解工程において装入される含鉄材(第1の含鉄材)のSインプット原単位よりも小さくなるように、装入する含鉄材の量および種類を調整する必要がある。
【0023】
上述したように、本実施形態では、第2の溶解工程において供給される含鉄材のSインプット原単位は、第1の溶解工程において供給される含鉄材のSインプット原単位よりも小さい。言い換えると、第2の溶解工程で供給される含鉄材の硫黄含有量は比較的小さい。このため、第2の溶解工程において脱硫を実施しなくても、溶融鉄30の硫黄含有量を十分に抑制できる。また、第2の溶解工程で供給される含鉄材の硫黄含有量が小さいので、第2の溶解工程においては、スラグの生成が抑制される。このため、本実施形態では、図2に示すように、脱硫および排滓を実施することなく第2の溶解工程を終了し、続いて出銑工程を実施する。
【0024】
出銑工程では、図7に示すように、溶解炉12を出銑ノズル12a側に傾けて、第1の溶解工程および第2の溶解工程において製造された溶融鉄30を、出銑ノズル12aから取り出す。取り出された溶融鉄30は、図示しない取鍋に注がれ、製鋼用の原料として製錬設備等に搬送される。なお、出銑工程では、溶解炉12内の溶融鉄30の全量を排出することはせず、所定量の溶融鉄30を残存させておく。
【0025】
本実施形態に係る溶解方法では、上述の第1の溶解工程、第2の溶解工程および出銑工程を繰り返すことによって、含鉄材を順次溶解し、溶融鉄30を製造することができる。
【0026】
なお、本実施形態に係る溶解方法では、上述したように、第1の溶解工程において供給される含鉄材として、還元鉄等のダスト系原料が用いられる。この場合、スクラップを主体とする含鉄材を用いる場合に比べて、含鉄材を溶解するためにより多くのエネルギーが必要になる。このため、本実施形態では、図2に示すように、第1の溶解工程における溶解時間を、第2の溶解工程における溶解時間よりも長くして、十分な溶解能力を確保することが好ましい。
【0027】
また、本実施形態に係る溶解方法では、第1の溶解工程において、ダスト系原料等の低コストの含鉄材を利用できる。このため、本実施形態では、1サイクルの溶解処理によって製造される溶融鉄(1サイクルの出銑量)の半分以上の溶融鉄を、第1の溶解工程において含鉄材から製造することが好ましい。これにより、溶融鉄の製造コストを低減することができる。
【0028】
(本実施形態の効果)
本実施形態に係る溶解方法では、1サイクルの溶解処理において、含鉄材の溶解を2回実施するのに対して(第1の溶解工程における溶解および第2の溶解工程における溶解)、脱硫、排滓および出銑は、それぞれ1回のみ実施される。この場合、1サイクルの溶解処理において、非溶解作業(脱硫、排滓および出銑)が実施される時間を短くすることができる。これにより、溶解処理のサイクルタイムを短縮することができ、操業コストを低減することができる。
【0029】
また、本実施形態では、第1の溶解工程において低コストの含鉄材を用いることができる。このため、第1の溶解工程における溶融鉄の製造量をできるだけ大きくすることによって、操業コストを十分に低減することができる。
【0030】
(他の実施形態)
上述の実施形態では、1サイクルの溶解処理において、脱硫、排滓および出銑がそれぞれ1回のみ実施される場合について説明したが、1サイクルの溶解処理において、脱硫、排滓および出銑のいずれかの実施回数が1回であればよい。言い換えると、1サイクルの溶解処理において、脱硫、排滓および出銑のいずれかが2回実施されてもよい。したがって、例えば、第2の溶解工程において、脱硫および/または排滓が実施されてもよい。この場合でも、1サイクルの溶解処理において含鉄材の溶解を2回実施するのに対して、出銑は1回であるので、非溶解作業の時間を短くできる。同様に、例えば、第1の溶解工程において出銑が実施されてもよい。この場合も、脱硫および排滓の実施回数は1回のみとなり、非溶解作業の時間を短くできる。ただし、溶解処理のサイクルタイムを短縮する観点から、1サイクルの溶解処理において実施される脱硫、排滓および出銑の回数は、それぞれ1回であることが好ましい。
【0031】
上述の実施形態では、第1の溶解工程を実施した後に、第2の溶解工程を実施する場合について説明したが、第2の溶解工程を実施した後に第1の溶解工程を実施してもよい。すなわち、図8に示すように、第2の溶解工程、第1の溶解工程および出銑工程をこの順に実施してもよい。
【符号の説明】
【0032】
10 炉設備
12 溶解炉
12a 出銑ノズル
14 上吹きランス
16 底吹き羽口
20,22 含鉄材
30 溶融鉄
32 スラグ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8