特許 7400845 溶鉄の精錬方法

(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】2023-12-11

(45)【発行日】2023-12-19

(54)【発明の名称】溶鉄の精錬方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 1/02 20060101AFI20231212BHJP

   C21C 5/30 20060101ALI20231212BHJP

   C21C 5/32 20060101ALI20231212BHJP

   C21C 5/46 20060101ALI20231212BHJP

   C21C 5/28 20060101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

C21C1/02 110

C21C5/30 A

C21C5/32

C21C5/46 101

C21C5/28 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022013859

(22)【出願日】2022-02-01

(65)【公開番号】P2022117976

(43)【公開日】2022-08-12

【審査請求日】2022-09-26

(31)【優先権主張番号】P 2021014532

(32)【優先日】2021-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村上 裕美

(72)【発明者】

【氏名】天野 勝太

(72)【発明者】

【氏名】根岸 秀光

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 太

(72)【発明者】

【氏名】中瀬 憲治

【審査官】池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０４７３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８４５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０９４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１７９８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６３８２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２１Ｃ １／０２

Ｃ２１Ｃ １／００ － ３／００

Ｃ２１Ｃ ５／０２ － ５／０６

Ｃ２１Ｃ ５／５２ － ５／５６

Ｃ２１Ｃ ５／００

Ｃ２１Ｃ ５／２８ － ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶銑を装入した転炉型容器内に粉状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行なう溶鉄の予備処理吹錬もしくは脱炭吹錬方法であって、
前記溶鉄は冷鉄源を含み、
前記上吹きランスとは別に、独立して昇降可能なバーナーランスを１本以上設け、
前記溶鉄の精錬に適した前記上吹きランスのランス高さと、
前記冷鉄源の熱補償に適する前記バーナーランスのランス高さをそれぞれ同時に実現し、
前記バーナーランスは、粉体供給管と該バーナーランスの先端から燃料及び燃焼用の支燃性ガスを吹き込む噴射孔とを有し、バーナー火炎の噴射が可能なように形成され、
伝熱媒体として粉状副原料を前記粉体供給管を通じてキャリアガスにより前記バーナー火炎中にガス搬送し、前記バーナー火炎の中を通過させて加熱して前記転炉型容器内に装入し、前記バーナー火炎の熱を前記溶銑へ伝熱させることを特徴とする、溶鉄の精錬方法。

【請求項2】

前記キャリアガスを支燃性ガスとすることを特徴とする、請求項１に記載の溶鉄の精錬方法。

【請求項3】

前記バーナーランスの先端から吐出される前記キャリアガスの吐出速度を１５ｍ／ｓ以上３３０ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶鉄の精錬方法。
ここで、キャリアガスの吐出速度は、以下の関係式で定義するものとする。
キャリアガスの吐出速度（ｍ／ｓ）＝（１／６０）×キャリアガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）／キャリアガス吐出孔断面積（ｍ^２）

【請求項4】

前記バーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離を３．０ｍ以上とすることを特徴とする、請求項１～３いずれか１項に記載の溶鉄の精錬方法。

【請求項5】

前記バーナーランスの先端から噴射される前記バーナー火炎の長さが前記バーナーランスの先端から前記溶鉄浴面までの距離に対して、８５～１０５％となるように酸素比を設定することを特徴とする、請求項４に記載の溶鉄の精錬方法。
ここで、前記酸素比は、支燃性ガス中実供給酸素量／完全燃焼に必要な理論酸素量である。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶鉄の精錬方法に関する。より詳しくは、溶鉄の精錬における溶鉄への熱付与技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、製鉄業における冷鉄源（スクラップ）の使用拡大の需要が高まっている。循環型社会の構築のために、鉄源リサイクルは必要不可避であるうえ、昨今のＣＯ_２ガス削減の需要からも冷鉄源（スクラップ）の使用量を増大させることは不可欠である。冷鉄源（スクラップ）は、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）である鉄鉱石と異なり、溶製プロセスに還元工程を要さないためＣＯ_２ガス排出量の低減が可能であり、高炉－転炉法においても冷鉄源（スクラップ）の使用量は増加の一途をたどっている。

【0003】

高炉－転炉法は、原料である鉄鉱石（Ｆｅ_２Ｏ_３）を還元剤であるコークス（Ｃ源）とともに高炉へ装入し、炭素（Ｃ）濃度が４．５～５．０質量％程度の溶銑を溶製し、転炉にて溶製した溶銑を装入して不純物成分である炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）を酸化除去する製鋼プロセスである。高炉での溶銑製造時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ＣＯ_２ガス低減につながる。上記のことから、温室効果ガスの排出量の削減と生産活動の維持の両立のためには冷鉄源（スクラップ）の使用量を増やしていくことが必要不可欠である。すなわち、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ＣＯ_２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。

【0004】

一方、冷鉄源（スクラップ）の使用量を増加させるためには、冷鉄源（スクラップ）の溶解に必要な熱量を供給する必要がある。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。すなわち、冷鉄源（スクラップ）の未使用時に比べ、冷鉄源（スクラップ）の使用時は、冷鉄源（スクラップ）顕熱相当の熱が溶銑から奪われるため、その分の熱補償が必要となる。既知の熱補償技術として炭材やシリコンカーバイド等の熱源となる昇熱剤を投入することが知られている。
しかしながら、炭材は、そのうちに含まれる硫黄分がピックアップし、溶鉄の成分に悪影響を及ぼすため使用し得る量に限りがある。また、シリコンカーバイドなどのシリコンを含む昇熱材は、塩基度の担保のため同時に石灰の使用量を使用する必要がある。その結果、石灰の使用量が増えスラグ量が増えるため、産廃処分費用等により高コストとなり、デメリットが大きい。以上から硫黄等の不純物成分のピックアップが少なく、かつ低コストである熱補償技術が必要とされている。

【0005】

このような観点から、たとえば、特許文献１では粉体の石灰を主体とする脱リン媒溶剤を酸素ガスによって搬送し、バーナーによる燃焼火炎中を通過させて加熱し精錬用酸素ガスとともに溶鉄浴面に吹き付けて添加する技術が提供されている。本技術によれば、バーナー火炎を溶鉄浴面に吹き付けるのみの場合、熱の利用効率は数１０％以下にとどまるが、バーナー火炎の熱を粉体に伝熱し、予熱粉体を直接湯に侵入させることで熱の利用効率が向上することが可能であると提案されている。本技術によれば、溶銑の汚染なく熱を供給できるうえ、スラグ量が増えることもなく、熱源を副原料として投入する場合に比べ自由度が高く昇熱コストも安価である。

【0006】

たとえば、特許文献２では前記バーナー技術に関して、精錬用のランスとは別系統のバーナー機能を有するランスを使用し、ランス中心から熱源兼伝熱媒体として微粉炭を自由落下させ火炎中で予熱し熱補償を行う技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００５－３３６５８６号公報

【文献】特開２００７－９２１５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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に記載された溶銑の脱燐処理方法では、送酸ランスにバーナー機能を組み合わせた一体型のランスを採用している。この一体型のランスは、溶鉄の精錬に望ましいとされる溶鉄浴面からノズル先端までの距離（ランス高さ）と熱補償に適するランス高さとの間に乖離がある。すなわち、このような一体型のランスでは、酸素吹錬に適する溶鉄浴面からノズル先端までの距離（ランス高さ）と熱補償に適するランス高さの両者を両立させることは、困難である。

【0009】

例えば、転炉における脱炭吹錬の末期では、鉄の過酸化を防ぐため送酸流量を絞る一方で、脱炭反応の促進に撹拌力の付与が必要となる。このため、一般に溶銑の飛散によるランスへの地金付着が課題とならない範囲までランス高さを低下させる。また、大流量・低動圧のソフトブロー噴流が要求される脱炭吹錬の初期から中期においても、過剰にランス高さを高くすることは、スロッピング等の操業を悪化させることが知られている。

【0010】

この理由は、噴流が必要以上に低動圧になり、上吹きランスから供する酸素ガスが溶銑上に存在するスラグ層に遮られ、スラグの過酸化を招くためである。上記のことから転炉における精錬用送酸ランスのランス高さは、一般的に溶鉄浴面から２～３ｍ程度の範囲内で使用する場合がほとんどである。一方で、熱補償の観点では、バーナー火炎の熱を伝熱媒体である粉体に十分伝熱させるため、粉体がバーナー火炎中に可能な限り長時間滞留することが要求される。しかしながら、一体型のランスの場合では、ランスの高さの上限が精錬特性により決まってしまい、自由度が小さく着熱効率が悪化する。

【0011】

また、特許文献２に示すような自由落下型のランスにてランス高さを大きくすると、転炉内では送酸ランスから浴面へ吹き込まれるガスの反射や、溶銑から発生するＣＯガス、または撹拌のために転炉炉底から吹き込む底吹きガスなどの種々の高温ガスが炉口から転炉外へ抜け出る流れが発生する。このため、伝熱媒体が飛散し、溶銑への侵入歩留まりが悪化するという課題がある。

【0012】

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、高い冷鉄源比率の条件でも冷鉄源の熱補償を行うことができ、特に溶鉄の精錬に望ましいとされるランス高さと熱補償に適するランス高さをそれぞれ同時に実現し、伝達媒体の歩留まりを十分に確保することにより溶鉄への着熱効率を向上させた溶鉄の精錬方法の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を有利に解決する本発明にかかる溶鉄の精錬方法は、溶銑を装入した転炉型容器内に粉状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行なう溶鉄の予備処理吹錬または脱炭吹錬方法であって、前記上吹きランスとは別に、独立して昇降可能なバーナーランスを１本以上設け、前記バーナーランスは、粉体供給管と該バーナーランスの先端から燃料及び燃焼用の支燃性ガスを吹き込む噴射孔とを有し、バーナー火炎の噴射が可能なように形成され、伝熱媒体として粉状副原料を前記粉体供給管を通じてキャリアガスにより前記バーナー火炎中にガス搬送し、前記バーナー火炎の中を通過させて加熱して前記転炉型容器内に装入し、前記バーナー火炎の熱を前記溶銑へ伝熱させることを特徴とする。

【0014】

なお、本発明にかかる溶鉄の精錬方法は、
（１）前記キャリアガスを支燃性ガスとすること、
（２）前記バーナーランスの先端から吐出される前記キャリアガスの吐出速度を１５ｍ／ｓ以上３３０ｍ／ｓ以下とし、ここで、キャリアガスの吐出速度は、以下の関係式
キャリアガスの吐出速度（ｍ／ｓ）＝（１／６０）×キャリアガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）／キャリアガス吐出孔断面積（ｍ^２）で定義するものとすること、
（３）前記バーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離を３．０ｍ以上とすること、
（４）前記バーナーランスの先端から噴射される前記バーナー火炎の長さが前記バーナーランスの先端から前記溶鉄浴面までの距離に対して、８５～１０５％となるように酸素比を設定すること、ここで、前記酸素比は、支燃性ガス中実供給酸素量／完全燃焼に必要な理論酸素量である、
などがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、送酸用ランスである上吹きランスと熱補償用バーナーランスとをそれぞれ独立型とすることで、各ランスのランス高さに自由度が生まれるため、溶鉄の予備処理吹錬もしくは脱炭吹錬による溶鉄の精錬に望ましいとされるランス高さと、熱補償に適するランス高さをそれぞれ同時に実現することが可能である。また、本発明によれば、バーナーランスの伝熱媒体キャリアガスを不活性ガスに比べ安価な支燃性ガスとすることで、溶鉄の精錬プロセスの低廉化が可能である。さらに、本発明によれば、バーナーランスから吐出されるキャリアガスの吐出速度を担保することで伝熱媒体のバーナー火炎内滞留時間を十分確保することができる。さらに、本発明によれば、バーナーランス高さを３．０ｍ以上とすることで伝熱媒体のバーナー火炎内滞留時間を十分に確保し、溶鉄への着熱効率が向上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に用いる転炉の概要を示す縦断面模式図である。

【図2】本発明の一実施形態にかかるバーナーの概略図であって、（ａ）はランス先端の縦断面図を示し、（ｂ）は噴出孔の下方から眺めた下面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

[第１実施形態]
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ランスの構造を示すバーナー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。

【0019】

たとえば、転炉型容器１に、まず、図示しないスクラップシュートより、炉内前置き用の冷鉄源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、図示しない装入鍋を用いて転炉型容器１内に溶銑を装入する。スクラップシュート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。炉上投入の冷鉄源は、炉上ホッパーに準備しておく。炉上投入の冷鉄源としては、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、裁断や破砕等することが望ましい。

【0020】

溶銑装入後、酸化性ガスを上吹きするように構成された上吹きランス２から酸素ガス（酸化性ガス）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Ｎ_２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１５を、酸化性ガスを上吹きする上吹きランス２とは別に設置したバーナーランス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。図２にバーナーランス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、粉状副原料１５を該バーナー火炎中で加熱する。そうすることで、粉状副原料１５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。

【0021】

このように、本実施形態の溶鉄の精錬方法は、送酸用ランスである上吹きランスとバーナーランスとをそれぞれ独立型とするランスを採用しているので、各ランスのランス高さに自由度が生まれるため、溶鉄の精錬に望ましいとされるランス高さと、熱補償に適するランス高さをそれぞれ同時に実現することが可能である。このため、本実施形態の溶鉄の精錬方法は、溶鉄の予備処理吹錬もしくは脱炭吹錬に好適に適用することができる。

【0022】

以上、本実施形態の溶鉄の精錬方法によれば、粉状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内の溶鉄に伝熱させることが可能である。その結果、本実施形態の溶鉄の精錬方法によれば、溶鉄への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の量が少なくて済み、脱燐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。

【0023】

[第２実施形態]
第２実施形態の溶鉄の精錬方法は、上記実施形態において、粉状副原料をバーナー火炎に搬送するためのキャリアガスを支燃性ガスとすることを特徴とする。発明者らは抜熱を最小限にするために、上記キャリアガスとして支燃性ガスを採用した。キャリアガスとして、転炉型容器１内において起こり得る反応に全く寄与しない不活性ガスを使用する場合、その不活性ガスのコストが余分にかかるうえ、キャリアガスの抜熱により溶鉄への着熱効率が悪化する。

【0024】

本実施形態の溶鉄の精錬方法は、燃料の燃焼に必要な支燃性ガスとキャリアガスを同一とし、転炉型容器の系全体のガス使用量を削減することで、ガス顕熱による抜熱量を小さくすることが可能である。また、脱炭炉においては窒素が溶鉄中にコンタミネーションすることが問題となる。このため、キャリアガスを不活性ガスとする際にはアルゴン（Ａｒ）のような高価なガスを採用する必要があり、コスト面でも不利である。

【0025】

加えて、本実施形態の溶鉄の精錬方法は、支燃性ガスをキャリアガスとすることで粉状副原料の搬送の系統と支燃性ガスの供給の系統を同一系統に集約することが可能となる。その結果、溶鉄の精錬方法に採用されるバーナーランスの構造が単純になる。また、上記バーナーランスは、軽量化する。さらに、バーナーランスを製造するためのコストの低減や溶鉄の精錬に必要な設備負荷の低減につながる。

【0026】

なお、本実施形態の溶鉄の精錬方法に採用される支燃性ガスには、空気や酸素富化空気、酸化性ガス（純酸素のほか、酸素とＣＯ_２や不活性ガスとの混合ガス）が挙げられる。これらの支燃性ガスの中でも、溶鉄へのコンタミネーションの原因となることや排ガスの管理や処理設備が煩雑になること及びキャリアガスそのもののコストを考慮すると酸素が最も望ましい。

【0027】

以上、本実施形態の溶鉄の精錬方法によれば、粉状副原料をバーナー火炎に搬送するためのキャリアガスとして安価な支燃性ガスを採用することにより、キャリアガスとして不活性ガスを採用する場合に比べて溶鉄を精錬するためのコストの低廉化が可能である。

【0028】

[第３実施形態]
第３実施形態の溶鉄の精錬方法は、上記実施形態において、バーナーランスの先端から吐出されるキャリアガスの吐出速度（吐出流速）を１５ｍ／ｓ以上３３０ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする。ここで、キャリアガスの吐出速度は、以下の関係式で定義するものとする。
キャリアガスの吐出速度（ｍ／ｓ）＝（１／６０）×キャリアガス流量（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）／キャリアガス吐出孔断面積（ｍ^２）
加えて発明者らは、転炉型反応容器試験においてキャリアガス流量やバーナーランス高さを種々変更して、伝熱媒体である粉体（粉状副原料）石灰のバーナーランス加熱試験を実施した。その結果、粉体（粉状副原料）の溶鉄到達率（以下、「歩留まり」と定義する。）の観点から粉体（粉状副原料）の投射による装入には、キャリアガスに少なくとも１５ｍ／ｓ以上の流速を持たせる必要があることを確認している。その理由は、キャリアガスの吐出流速を上げることで、伝熱媒体である粉体（粉状副原料）の速度も上昇し、粉体（粉状副原料）の溶鉄到達率歩留まりを８０％以上にできるからである。さらに、発明者らは、上記キャリアガスの吐出速度として、特に８０ｍ／ｓ以上とすることにより、歩留まりが９０％を超えることを確認している。なお、本実施形態において、バーナーランスの先端から吐出されるキャリアガスの吐出速度の上限は、３３０ｍ／ｓである。その理由は、伝熱媒体の溶鉄浴面衝突時の溶鉄飛散の抑制の観点から音速程度（３３１．５ｍ／ｓ－空気中）であり、また火炎内滞留時間を０．０３５秒以上に担保できるからである。

【0029】

本実施形態の溶鉄の精錬方法において、歩留まりが低いと粉体（粉状副原料）についた熱が溶鉄につかず、排ガスとともに系外に逃げてしまうため歩留まりの確保は重要な課題である。なお、本実施形態において、歩留まりの評価は、スラグを採取し石灰濃度を分析から求め、マスバランスから算出した。

【0030】

以上、本実施形態の溶鉄の精錬方法によれば、バーナーランスの先端から吐出されるキャリアガスの吐出速度を１５ｍ／ｓ以上３３０ｍ／ｓ以下とすることにより、伝熱媒体の歩留まりを８０％以上にすることができ、その結果、バーナー火炎から得た伝熱媒体の熱を溶鉄に効率よく伝熱することができる。

【0031】

[第４実施形態]
第４実施形態の溶鉄の精錬方法は、上記実施形態において、バーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離を３．０ｍ以上とすることを特徴とする。すなわち、本実施形態の溶鉄の精錬方法は、キャリアガスの吐出速度（吐出流速）を担保した上でバーナー火炎内の粉状副原料の滞留時間を確保している。

【0032】

このような観点から、本実施形態の溶鉄の精錬方法において、バーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離を３．０ｍ以上とすることが望ましい。一方、本実施形態の溶鉄の精錬方法において、バーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離の上限は、炉口以下である必要がある。その理由は、炉口からランス先端が吐出すると排気設備にバーナー火炎の熱が付き設備を破損する一因となるためである。なお、転炉型容器内に設置されている耐火物の損耗や、炉内の地金付きにより炉内の状況は時々刻々と変化するため、定期的にサブランスプローブを用いた溶鉄の浴面測定を実施し、正確な溶鉄の浴面高さを把握しておくことが望ましい。

【0033】

以上、本実施形態の溶鉄の精錬方法によれば、バーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離を３．０ｍ以上とすることにより、バーナー火炎内の粉状副原料の滞留時間を確保することができ、その結果、伝熱媒体である粉状副原料が有している熱を溶鉄に効率よく伝熱することができる。

【0034】

[第５実施形態]
第５実施形態の溶鉄の精錬方法は、上記実施形態において、前記バーナーランスの先端から噴射される前記バーナー火炎の長さが前記バーナーランスの先端から前記溶鉄浴面までの距離に対して、８５～１０５％となるように酸素比を設定することを特徴とする。ここで、酸素比は、支燃性ガス中実供給酸素量／完全燃焼に必要な理論酸素量である。

【0035】

また、本特許に記載するような混合燃焼型バーナーでは、バーナーランスのノズル出口以降で燃料と燃焼用の支燃性ガスとが混合し、炉内温度により着火してバーナー火炎が形成される。このバーナー火炎の長さは、酸素比と相関を持つ。前述の実施形態の通り、バーナー火炎内において、粉状副原料の滞留時間を確保することは着熱効率の担保のため重要である。

【0036】

しかしながら、設定したバーナーランス高さ（ＬＨ）よりもバーナー火炎の長さが短くなる場合、バーナー火炎内における粉状副原料の滞留時間は短くなってしまうことが課題となる。また、設定したバーナーランス高さ（ＬＨ）よりもバーナー火炎の長さが長くなる場合、粉状副原料が溶鉄浴面に到達するまでに燃料の燃焼が完了せず着熱効率が悪化することが課題となる。

【0037】

これらの課題を解決するため、あらかじめ使用するバーナーランスの酸素比毎のバーナー火炎の長さを調査した。その結果、バーナーランスの先端からのバーナー火炎の長さが、バーナーランス先端から溶鉄浴面までの距離の比（バーナー火炎の長さ／バーナーランス高さ（ＬＨ））が８５％以上１０５％以下であることが望ましいことが判明した。本実施形態において、バーナー火炎の長さとは、供した燃料ガスが混合燃焼により完全燃焼するまでの距離をいう。また、バーナー火炎の長さが前記バーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離に対して１００％を超える場合とは、浴面到達時に供した燃料ガスの一部が未燃の場合である。

【0038】

以上、本実施形態の溶鉄の精錬方法によれば、バーナー火炎の長さをバーナーランス高さ（ＬＨ）の８５％以上１０５％以下とすることにより、粉状副原料のバーナー火炎内滞留時間を確保することができ、溶鉄への着熱効率を向上することができる。

【0039】

[他の実施形態]
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステム、または装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。

【0040】

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に供給され、内蔵されたプロセッサによって実行される場合にも適用可能である。本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体も本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例】

【0041】

図１に示す転炉型容器１と同様の形式を有する、容量３４０トンの上底吹き転炉（酸化性ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）を用いて、溶鉄の脱炭精錬を行った。酸化性ガス吹錬用上吹きランス２は、先端部に５個のラバールノズル型の噴射ノズルを持つものを用いた。ノズルの噴射角度を１５°として、上吹きランス２の軸心に対して同一円周上に等間隔に配置したものを使用した。なお、噴射ノズルのスロート径ｄｔは７３．６ｍｍ、出口径ｄｅは７８．０ｍｍである。

【0042】

先ず、転炉１内に鉄スクラップ１０ｔを装入した。その後、予め脱硫処理及び脱燐処理を施した３２０トンの溶銑を転炉に装入した。

【0043】

次いで、底吹き羽口４から、攪拌用ガスとしてアルゴンガスを溶鉄３中に吹き込みながら、上吹きランス２から、酸化性ガスとして酸素ガスを溶鉄３浴面に向けて吹き付け、溶鉄３の脱炭精錬を開始した。鉄スクラップの装入量は、脱炭精錬終了後の溶鋼温度が１６５０℃となるように調整した。

【0044】

その後、脱炭精錬中に伝熱媒体である粉状副原料投入用のバーナーランス５から、ＣａＯ系媒溶剤として生石灰を投入して、溶融鉄中の炭素濃度が０．０５質量％となるまで脱炭精錬を行った。生石灰の投入量は、炉内に生成されるスラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ_２)）が３．０となるように調整した。燃料ガスとしてＬＮＧを使用し、燃料燃焼用の支燃性ガスである酸素ガスを空燃比が１．２となるように流量制御した。

【0045】

＜発明例（試験Ｎｏ．２～９）、比較例（試験Ｎｏ．１，１０）＞
試験Ｎｏ．１～１０においても図１に示す転炉型容器１と同様の形式を有する、容量３４０トンの上底吹き転炉（酸化性ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）を用いて、溶鉄の脱りん精錬を行った。冷鉄源としてスクラップ２０トンを全量スクラップシュートから転炉内に装入したのち、溶銑を３００トン装入し脱燐処理を行った。なお、溶銑条件は炭素濃度４．５質量％、リン濃度０．１４０質量％、シリコン濃度０．３５質量％とした。脱Ｐ吹錬は溶銑１トンあたりの脱Ｓｉ外酸素が１５Ｎｍ^３となるよう送酸吹錬を行った。脱燐処理後温度は１３８０℃に調整した。酸化性ガス吹錬用上吹きランス２は、先端部に８個のラバールノズル型の噴射ノズルを持つものを用いた。ノズルの噴射角度を１６°として、上吹きランス２の軸心に対して同一円周上に等間隔に配置したものを使用した。なお、噴射ノズルのスロート径ｄｔは５０ｍｍ、出口径ｄｅは５４ｍｍである。そして、試験Ｎｏ．１～９は、脱燐処理中に、上吹きランスとは別に設けて設置したバーナーランスの先端部に、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バーナー火炎の中を通過するように、伝熱媒体として粉状副原料である石灰５ｔを炉内に添加した。

【0046】

試験Ｎｏ．１～１０では、管径が０．０６１９ｍ、断面積が０．００３００９ｍ^２の粉状副原料供給管を用いて、伝熱媒体である粉体（粉状副原料）を供給し、溶鉄の精錬を行った。試験Ｎｏ．１～１０において、粉体（粉状副原料）を搬送するためのキャリアガスの流量、粉体の吐出速度を変化させて溶鉄の精錬を行い、粉体（粉状副原料）の歩留まりを算出し、その評価を行った。結果を表１に示す。なお、粉体（粉状副原料）の歩留まりは、以下のように定義され、算出される。
歩留まり＝スラグ分析値から計算されるスラグ中の副原料重量／供給副原料の総重量

【0047】

なお、表１において、粉体の歩留まりの判定基準は、以下の通りである。
◎：歩留まりが９０％以上である。
〇：歩留まりが９０％未満、８０％以上である。
×：歩留まりが８０％未満である。粉体（粉状副原料）が自由落下、粉体（粉状副原料）の吐出速度が不十分である。

【0048】

【表1】

【0049】

表１から明らかなように、発明例（試験Ｎｏ．２～９）は、比較例（試験Ｎｏ．１）に対し、伝達媒体である粉状副原料として使用した石灰の歩留まりが向上していることから、溶鉄への着熱効率が格段に向上している。具体的に発明例（試験Ｎｏ．２～９）に示されるように、伝達媒体のキャリアガスの搬送ガス流量を３．０Ｎｍ^３／ｍｉｎ以上に設定して、キャリアガスの吐出速度（粉体速度）を１５．０ｍ／ｓ以上とすることにより、粉状副原料の歩留まりを８０％以上にすることができることが判明した。すなわち、発明例（試験Ｎｏ．２～９）は、溶鉄の精錬に望ましいとされるランス高さと、熱補償に適するランス高さをそれぞれ同時に実現し、粉状副原料の歩留まりを８０％以上にすることができるので溶鉄への着熱効率を格段に向上できることを示している。しかしながら、キャリアガス吐出流速が３６０ｍ／ｓであり、３３０ｍ／ｓを超える比較例（試験Ｎｏ.１０）では、スピッティングの発生が著しくなった。

【0050】

＜発明例（試験Ｎｏ．１３～１５）、比較例（試験Ｎｏ．１１～１２）＞
試験Ｎｏ．１１～１５では、粉体吐出速度が８３ｍ／ｓとなるように一定に設定し（試験Ｎｏ．５と同一条件）、バーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離であるバーナーランス高さ（ＬＨ）を変化させ、溶鉄の精錬を行った。試験Ｎｏ．１１～１５において、粉体のバーナー火炎内滞留時間、溶鉄への着熱効率（％）を測定し、その判定（評価）を行った。結果を表２に示す。また、着熱効率（％）は、燃料ガスの燃焼による入熱量（ＭＪ）に対する溶鉄温度の変化から計算した着熱量（ＭＪ）の百分率（％）で表す。

【0051】

なお、表２において、着熱効率（％）の判定は、以下の通りである。
〇：着熱効率が８０％以上である。
×：着熱効率が８０％未満である。

【0052】

【表2】

【0053】

表２から明らかなように、発明例（試験Ｎｏ．１３～１５）は、比較例（試験Ｎｏ．１１～１２）に対し格段に着熱効率が向上した。具体的に発明例（試験Ｎｏ．１３～１５）に示されるように、バーナーランス高さ（ＬＨ）を３．０ｍ以上に設定し、粉状副原料のバーナー火炎内滞留時間を確保することにより、溶鉄への着熱効率を格段に向上することができることが判明した。これに対して、比較例（試験Ｎｏ．１１～１２）は、バーナーランス高さ（ＬＨ）を３．０ｍ未満に設定し、粉状副原料のバーナー火炎内滞留時間を十分に確保することができないため、溶鉄への着熱効率が８０％に満たないものとなっていることが判明した。

【0054】

＜発明例（試験Ｎｏ．２０～２１）、比較例（試験Ｎｏ．１６～１９）＞
試験Ｎｏ．１６～２１では、粉体吐出速度が８３ｍ／ｓ、バーナーランス高さ（ＬＨ）が３．５ｍとなるように一定に設定（試験Ｎｏ．１４と同一条件）し、酸素比を変化させて、溶鉄の精錬を行った。試験Ｎｏ．１６～２１において、バーナー火炎の長さ（火炎長）、火炎長／バーナーランス高さ（ＬＨ）、粉体のバーナー火炎内滞留時間、溶鉄への着熱効率（％）を測定し、その判定（評価）を行った。

【0055】

なお、表３において、着熱効率の判定は、以下の通りである。
〇：着熱効率が８０％以上である。
△：着熱効率が８０％未満～４０％以上である。
×：着熱効率が４０％未満である。

【0056】

【表3】

【0057】

表３から明らかなように、発明例（試験Ｎｏ．２０～２１）は、比較例（試験Ｎｏ．１６～１９）に対し格段に着熱効率（％）が向上した。具体的に発明例（試験Ｎｏ．２０～２１）に示されるように、バーナーランスの先端から噴射されるバーナー火炎の長さがバーナーランスの先端から前記溶鉄浴面までの距離に対して、８５～１０５％となるように酸素比を設定することにより、溶鉄への着熱効率を８０％以上とすることができることが判明した。これに対して、比較例（試験Ｎｏ．１６～１９）は、バーナー火炎の長さがバーナーランスの先端から溶鉄浴面までの距離に対して、８５～１０５％となるように酸素比が設定されていないので、溶鉄への着熱効率が８０％に満たないものとなっていることが判明した。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明の溶鉄の精錬方法によれば、溶鉄の精錬に望ましいとされるランス高さと、熱補償に適するランス高さをそれぞれ同時に実現することができ、溶鉄への着熱効率（％）が向上することが可能であるので、産業上有用である。また、転炉形式に限らず、熱源を必要とするプロセスに適用して好適である。

【符号の説明】

【0059】

１ 転炉型容器
２ 上吹きランス（酸化性ガス用）
３ 溶鉄
４ 底吹き羽口
５ バーナーランス
１０ バーナーランス先端部
１１ 粉体供給管（粉状副原料供給管）
１２ 燃料供給管
１３ 支燃性ガス供給管
１４ 冷却水通路
１５ 粉体（粉状副原料）
１６ 燃料
１７ 支燃性ガス
１８ 冷却水

【図1】

【図2】