(57)【要約】【課題】高生産性及び低コストで溶銑を製造でき、かつ安定した操業を行うことができる、竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法を提供することである。【解決手段】本発明の竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法は、竪型スクラップ溶解炉１０の炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口１３から熱風を吹き込み、前記コークスの燃焼熱で前記鉄系スクラップを溶解することにより溶銑を製造する方法であって、下記式（１）及び式（２）を満たすようにプレス成型した鉄系スクラップを竪型スクラップ溶解炉内に装入する。  ０．０４×Ｒ＋０．８５≦ρ・・・（１）  ０＜Ｒ≦１０・・・（２）〔上記式（１）において、ρは、プレス成型後の鉄系スクラップの嵩密度（ｇ／ｃｍ３）である。上記式（１）及び式（２）において、Ｒは、鉄系スクラップ中の異物の含有割合（質量％）である。〕【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型スクラップ溶解炉の炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から熱風を吹き込み、前記コークスの燃焼熱で前記鉄系スクラップを溶解することにより溶銑を製造する方法であって、
下記式（１）及び式（２）を満たすようにプレス成型した鉄系スクラップを竪型スクラップ溶解炉内に装入する、竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法。
０．０４×Ｒ＋０．８５≦ρ・・・（１）
０＜Ｒ≦１０・・・（２）
〔上記式（１）において、ρは、プレス成型後の鉄系スクラップの嵩密度（ｇ／ｃｍ３）である。上記式（１）及び式（２）において、Ｒは、鉄系スクラップ中の異物の含有割合（質量％）である。〕
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、竪型スクラップ溶解炉を用い、鉄系スクラップを主体とする鉄源をコークスの燃焼熱により溶解して溶銑を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されているように、竪型スクラップ溶解炉（以下、単に「溶解炉」とも称する。）を用いて、鉄系スクラップを溶解して溶銑を製造する方法が知られている。この製造方法では、通常、溶解炉の炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、かつ炉下部に設けられた複数の羽口（送風羽口）から熱風を吹き込む。そして、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップを溶解し、溶銑を得ることができる。
【０００３】
鉄系スクラップとして、加圧成型した鉄系スクラップを用いる場合がある。例えば、特許文献２には、加圧成型したスクラップにさらに凹部を設けることで、昇温性及び溶解性を向上させた鉄系スクラップが開示されている。
【０００４】
特許文献３には、効率的でかつ安定した操業を行うことを目的として、例えば嵩密度の異なる複数の鉄系スクラップを混合して見かけの嵩密度を調整した鉄系スクラップを、溶解炉を用いて溶解する方法が開示されている。ここで、その複数の鉄系スクラップの１つとして、嵩密度０．９ｔ／ｍ３のプレス成型品を用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５６−１５６７０９号公報
【特許文献２】特開２０００−１９２１５６号公報
【特許文献３】特開２０１１−６８９８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
溶銑の製造コストを低減する方法の一つとして、安価な鉄系スクラップを用いることが知られている。安価な鉄系スクラップは、鉄純分が低く、例えば、鉄以外の金属片、ビニール、プラスチック、土砂のような鉄以外の異物が多く含まれている。異物が含まれる鉄系スクラップを溶解炉に装入した場合、異物の一部は、排ガスとともに集塵設備へ運ばれる。
【０００７】
集塵設備には、通常、溶解炉内で発生した粉塵等の異物を捕集するための網やストレーナ等が設置されており、これらは定期的に又は捕集物の量に応じて不定期に、清掃や交換が行われている。鉄系スクラップに含まれる異物は、排ガスとともに溶解炉内から集塵装置に運ばれ、その大きさによって、網やストレーナに捕集される。
【０００８】
異物を多く含む安価なスクラップを溶解炉内に装入した場合、集塵装置で捕集される異物の量も増える。そのため、網やストレーナでの集塵能力が低下したり、網やストレーナの清掃頻度や交換頻度が増加することにより、操業が阻害されることがある。
【０００９】
溶解炉に装入前の鉄系スクラップから異物を除去すれば、上述したような集塵装置への悪影響は避けられるはずである。しかし、スクラップから異物を除去するための設備や人件費等のコストが必要となるため、このコストが、安価な鉄系スクラップを使用することによる安価化の効果を相殺してしまう。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高生産性及び低コストで溶銑を製造でき、かつ安定した操業を行うことができる、竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鉄系スクラップをプレス成型すれば、異物を鉄系スクラップ内部に押し込んで離脱しにくくできるので、異物を溶解炉内でコークスの燃焼熱により完全に燃焼させ、集塵装置への飛散を抑制できるのではないかと考えた。
【００１２】
本発明と目的は違うが、成型した鉄系スクラップを用いること自体は、特許文献２及び３に開示されている。特許文献２では鉄系スクラップの形状が規定されており、特許文献３では嵩密度が０．９ｔ／ｍ３の鉄系スクラップのプレス成型品を使用することが開示されている。
【００１３】
しかし、本発明者らが、実際に鉄系スクラップをプレス成型したところ、鉄系スクラップ中に含まれる異物量によって、プレス後の異物の挟み込まれ方の程度には大きな差があることが分かった。特に鉄系スクラップ中に異物が多く含まれている場合には、プレス後の嵩密度が低いとプレス成型品から異物が離脱しやすいことと、成型品自体の強度、即ち、スクラップの固定の程度が低くなることが分かった。
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、溶解炉に装入する前に、鉄系スクラップを所定の嵩密度以上となるようにプレス成型することで、溶解炉内での鉄系スクラップ中の異物の飛散を顕著に抑制でき、これにより集塵装置で捕集される異物の量を減らすことができることを見出し本発明に至った。
上記課題は、以下の手段によって解決される。
【００１５】
［１］  竪型スクラップ溶解炉の炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から熱風を吹き込み、前記コークスの燃焼熱で前記鉄系スクラップを溶解することにより溶銑を製造する方法であって、
下記式（１）及び式（２）を満たすようにプレス成型した鉄系スクラップを竪型スクラップ溶解炉内に装入する、竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法。
０．０４×Ｒ＋０．８５≦ρ・・・（１）
０＜Ｒ≦１０・・・（２）
〔上記式（１）において、ρは、プレス成型後の鉄系スクラップの嵩密度（ｇ／ｃｍ３）である。上記式（１）及び式（２）において、Ｒは、鉄系スクラップ中の異物の含有割合（質量％）である。〕
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、溶解炉への装入前に、鉄系スクラップを所定の嵩密度以上となるようにプレス成型することで、溶解炉内での鉄系スクラップ中の異物の飛散を効果的に抑制できる。これにより、異物を多く含む安価な鉄系スクラップを用いた場合でも、集塵装置への異物の飛散を抑制できるので、集塵装置の清掃頻度や、設備の交換頻度を抑えることができる。したがって、本発明の竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法は、高生産性及び低コストで溶銑を製造でき、かつ安定した操業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】竪型スクラップ溶解炉の一例を示す模式図である。
【図２】本発明例と比較例の実施例についての、式：ρ−（０．０４×Ｒ＋０．８５）の計算値と異物飛散率（％）との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
また、本発明でいう鉄系スクラップ中に含まれる「異物」とは、例えば、鉄以外の金属片、ビニール、プラスチック、土砂のような鉄以外の成分のことをいう。
【００１９】
竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑の製造方法では、竪型スクラップ溶解炉の炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップを溶解することにより溶銑を製造する。
【００２０】
図１は、溶銑の製造方法に用いることができる溶解炉の一例を示す模式図である。
【００２１】
溶解炉１０は、例えば、炉体１１、炉頂に設けられた原料装入部１２、炉下部の周方向において適当な間隔で設けられる複数の羽口１３、羽口１３に熱風を供給する熱風管１４、排ガスダクト１５、及び集塵装置１６を備える。
【００２２】
溶解炉１０の大きさ等に本質的な制限はないが、実質的に操業可能又は操業上有利なサイズとして、通常は、炉高が６ｍ以上１０ｍ以下程度、羽口１３が設けられた位置での炉内径が２ｍ以上４ｍ以下程度である。
【００２３】
溶解炉１０では、原料装入部１２から鉄系スクラップとコークスが装入され、かつ複数の羽口１３から熱風が吹き込まれる。そして、溶解炉１０内で、コークスの燃焼ガスの熱によって鉄系スクラップが溶解され、溶銑が製造される。製造された溶銑は、炉底部の出銑口（図示せず）から炉外に取り出される。
【００２４】
原料である鉄系スクラップとコークスは、溶解炉内に同時に装入してもよいし、交互に装入してもよい。また、溶解炉１０に装入する主たる原料は、鉄系スクラップとコークスであるが、それ以外に、例えば、銑鉄、還元鉄、ダスト・スラッジ類の塊成物、鉄鉱石等の鉄源、木炭や無煙炭等の炭材などを装入してもよい。
【００２５】
溶銑の製造方法では、下記式（１）及び式（２）を満たすようにプレス成型した鉄系スクラップを、溶解炉内に装入する。
０．０４×Ｒ＋０．８５≦ρ・・・（１）
０＜Ｒ≦１０・・・（２）
上記式（１）において、ρは、プレス成型後の鉄系スクラップの嵩密度（ｇ／ｃｍ３）である。上記式（１）及び式（２）において、Ｒは、鉄系スクラップ中の異物の含有割合（質量％）である。
【００２６】
溶解炉内に装入する鉄系スクラップの少なくとも一部に、上記式（１）及び式（２）を満たすようにプレス成型した鉄系スクラップを用いれば、本発明の効果を得ることができる。したがって、溶解炉内に装入する鉄系スクラップとして、例えば、プレス成型した鉄系スクラップと、異物を含まない又は異物の含有割合が低い鉄源とを混合したものを用いることができる。
また、本発明の効果をより有効に得る観点からは、溶解炉内に装入する鉄系スクラップのうち１０％以上に、上記式（１）及び式（２）を満たすようにプレス成型した鉄系スクラップを用いることが好ましい。また、溶解炉内に装入する鉄系スクラップの全てに、上記式（１）及び式（２）を満たすようにプレス成型した鉄系スクラップを用いることとしてもよい。
【００２７】
鉄系スクラップには、溶銑の製造コストを低減する観点から、安価な鉄系スクラップを用いることが有効である。ただし、安価な鉄系スクラップは、通常、プラスチック、ビニール、土砂など、鉄以外の異物を多く含んでいる。そのため、溶解炉１０に、この安価な鉄系スクラップをそのまま装入すると、鉄系スクラップに含まれる異物（特に、比重の小さいものやサイズの小さいもの）の一部が、排ガスダクト１５を通って集塵装置１６に飛散する。異物の飛散量が多い場合、集塵装置１６において、異物を捕集する部位の清掃や交換頻度が増加し、操業が阻害されることになる。
【００２８】
図２は、式：ρ−（０．０４×Ｒ＋０．８５）の計算値と異物飛散率（％）との関係を表すグラフである。この式は、上記式（１）の右辺から左辺を引いた式であり、この式が０より大きいということは式（１）を満たすということを示している。図２に示すとおり、この式が０よりも大きい本発明例（図２の点線より右側の白丸）では、異物飛散率（％）が０．０１％以下という非常に低い値となっていることが分かる。ここで、異物の飛散率は、「溶解炉内に装入した鉄系スクラップ中の異物の総質量」に対する「異物の飛散量」を示したものである。異物の飛散率が低いということは、溶解炉内に装入した鉄系スクラップ中の異物が飛散せずに溶解炉内で完全に燃焼し、飛散しなかったということを示している。本発明の要件を満たす本発明例と、本発明の要件を満たさない比較例の実施条件及び評価条件については、後述する実施例で詳細に説明する。
【００２９】
図２に示すように、上記式（１）の嵩密度を満たすようにプレス成型した鉄系スクラップを用いた本発明例では、異物の飛散率を激減させることができる。これは、上記式（１）の嵩密度を満たすようにプレス成型すると、異物を鉄系スクラップ内部に押し込めて脱離しにくくできるので、異物を溶解炉内でコークスの燃焼熱によって完全に燃焼させ、集塵装置への飛散量を激減させることができたためであると考えられる。
【００３０】
本発明の効果を得る観点からは、鉄系スクラップ中の異物の含有割合Ｒには上限はない。ただし、通常使用される異物を含有する鉄系スクラップは、異物の含有割合Ｒが１０質量％以下であり、かつ異物の含有割合Ｒが１０質量％以下の場合に本発明の効果が得られることを確認できたため、本発明での含有割合Ｒの上限は１０質量％と規定している。また、異物が多すぎると溶銑の製造効率が低下するので、溶銑の生産効率を低くしすぎないようにする観点からは、異物の含有割合Ｒを７．５質量％以下とすることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の効果を得る観点からは、鉄系スクラップ中の異物の含有割合Ｒは、０質量％より大きくする必要がある。また、異物を多く含む安価な鉄系スクラップを用いて製造コストを抑える観点からは、スクラップが安価であれば異物の含有量は特に制限されるものではないが、一般には異物含有量が増えるほどスクラップ価格は下がるため、鉄系スクラップ中の異物の含有割合Ｒを、２質量％以上とすることが好ましく、５質量％以上とすることがより好ましい。
【００３２】
鉄系スクラップ中の異物の含有割合Ｒは、プレス成型の前後で変化しないため、成型前又は成型後のいずれで測定してもよい。鉄系スクラップ中の異物の含有割合Ｒの測定方法としては、例えば、装入する鉄系スクラップの一部を、鉄成分と異物とに分けて、それぞれの質量を測定し、全質量（鉄成分と異物の合計質量）に対する異物の質量で含有割合Ｒを算出することができる。なお、この方法で測定する場合には、成型前の方が鉄成分と異物とを分けやすいので、成型前に測定することが好ましい。
【００３３】
成型後の鉄系スクラップのサイズは、鉄系スクラップ中の異物の飛散防止の観点からは特に制限はないが、鉄系スクラップのサイズが大きいと溶解炉に装入する際に炉壁に直接ぶつかることがある。そのため、溶解炉への装入時に、炉壁の内貼りの耐火物や炉体に損傷を与えにくくする観点から、成型後の鉄系スクラップの最大径を、溶解炉の最少直径の０．５倍以下とすることが好ましい。
【００３４】
また、成型後の鉄系スクラップの重量についても特に制限はないが、鉄系スクラップを溶解炉の炉頂部に運ぶ際の装置を安定して稼働できる重量とすることが好ましい。
【００３５】
プレス成型の方法については、上記式（１）を満たす嵩密度になれば特に制限はない。しかし、スクラップの形状については、例えば、鋼塊や形鋼のような変形しにくいものが入っていると、プレス機の能力によっては所定の嵩密度が得られない場合があるため、プレス成型の前に、成型後の鉄系スクラップの寸法より大きい鋼塊、形鋼は予め除いたものを用いることが望ましい。
【００３６】
また、溶解炉に装入する鉄系スクラップの装入量についても特に規定はない。ただし、スクラップ中の異物が溶解炉内で燃焼することにより、様々な成分のガスやスラグが発生することがある。そのため、予め鉄系スクラップ中の異物の量及び種類を把握し、溶解炉内で発生するガス種及びスラグの量を分析及び推定し、ガス回収、排ガス規制、及びスラグ処理等に影響のないように、鉄系スクラップの装入量を決定することが望ましい。
【００３７】
コークスとしては、本発明の効果が得られる範囲で、鋳物用コークス及び高炉用コークスを、特に制限なく用いることができる。
【００３８】
以上で説明した本発明の実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。すなわち、本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【実施例】
【００３９】
＜鉄源の準備＞
鉄源は、需給及び経済性を考慮して、複数の種類の鉄源を混合して用いるのが一般的である。本実施例では、広く一般に用いられている一般社団法人日本鉄源協会が制定する鉄スクラップ規格（２００８年６月制定）のうち、等級がＨＳ（厚さ６ｍｍ以上、幅５００ｍｍ以下×長さ７００ｍｍ以下）に相当する鉄系スクラップを主として用いた。この規格はスクラップのサイズに係わるものであり、成分の規格ではない。また、製鉄所内で発生した銑鉄や製品の屑も、上記ＨＳに相当する鉄系スクラップと混合し、鉄源として用いた。また、鉄源としては、下記の市中屑とは異なり、異物を含有しないものを用いた。
【００４０】
＜市中屑の準備＞
市中屑として、上記と同様のスクラップ規格で、等級がＨ２（厚さ３ｍｍ以上６ｍｍ未満、幅５００ｍｍ以下×長さ１２００ｍｍ以下）に相当するものと、等級がＨ３（厚さ１ｍｍ以上３ｍｍ未満、幅５００ｍｍ以下×長さ１２００ｍｍ以下）に相当するものの混合品を準備した。市中屑には、異物として、鉄以外の金属片、ビニール、プラスチック片、土砂などが含まれている。
【００４１】
＜装入する鉄系スクラップＳ１〜Ｓ２４の準備＞
実施例で用いた鉄系スクラップＳ１〜Ｓ２４は、上記の鉄源と、上記の市中屑のプレス成型品とを、鉄源中の鉄成分と市中屑中の鉄成分との質量割合が、表１に記載の割合となるように混合したものである。
【００４２】
また、鉄系スクラップＳ１〜Ｓ２４で用いた各市中屑と同じロットの市中屑を、鉄と鉄以外の異物とに分別して、それぞれの重さを秤で測定した。そして、全質量（鉄と異物の合計質量）に対する異物の質量の割合を算出することで、異物の含有割合Ｒ（質量％）を算出した。
【００４３】
鉄系スクラップＳ１〜Ｓ２４で用いた市中屑は、それぞれ、一辺が０．５９ｍ以上０．７５ｍ以下の範囲内である直方体形状となるようにプレス成型し、表１に記載の嵩密度ρとなるようにした。プレス成型後の市中屑の嵩密度ρは、プレス成型後の鉄系スクラップの体積と重さをそれぞれ測定し、１ｃｍ３当たりの質量（ｇ／ｃｍ３）で求めた。なお、プレス成型の方法については、スクラップの成型が可能な方法であれば特に限定されない。
【００４４】
＜溶銑の製造＞
図１で示した炉体及び集塵装置等を備えた溶解炉を用い、溶解炉の炉頂に設けられた原料装入部から、溶解炉内に鉄系スクラップとコークスを交互に装入し、複数の羽口から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱を用いて鉄系スクラップを溶解し、溶銑（銑鉄）を製造した。コークスはスクラップ１ｔあたり２００ｋｇを装入した。
溶銑の製造条件１〜２４では、それぞれ対応する鉄系スクラップＳ１〜Ｓ２４を用いて、下記表１に示す条件で溶銑を製造した。溶解炉の炉体としては、炉高が８ｍ、炉内径が３．４ｍであるものを用いた。
【００４５】
また、集塵装置には、溶解炉内で発生した粉塵等の異物が排ガスとともに運ばれてくるので、メッシュサイズ５ｍｍの網で異物を捕集した。
【００４６】
＜評価＞
下記式により異物飛散率（％）を算出して、本発明例と比較例の溶銑の製造方法を評価した。
異物飛散率（％）＝［異物の飛散量（ｋｇ／ｈｏｕｒ）／異物の総質量（ｋｇ／ｈｏｕｒ）］×１００
なお、上記式において、異物飛散率（％）は質量基準の割合であり、異物の飛散量と、異物の総質量は下記に示す方法で求めた。
【００４７】
また、式：ρ−（０．０４×Ｒ＋０．８５）の計算値と、異物飛散率（％）との関係を、図２に示す。なお、式：ρ−（０．０４×Ｒ＋０．８５）は、上記式（１）「０．０４×Ｒ＋０．８５≦ρ」の右辺から左辺を引いた式であり、この式が０より大きいということは、式（１）を満たすということを示している。つまり、式：ρ−（０．０４×Ｒ＋０．８５）が、０以上になるものが本発明例であり、０より小さいものが比較例である。
なお、上記式中、ρは、成型した市中屑の嵩密度（ｇ／ｃｍ３）であり、Ｒは、市中屑中の異物の含有割合（質量％）である。
【００４８】
（異物の総質量の算出）
溶銑の製造条件１〜２４のそれぞれにおいて、下記式により異物の総質量（ｋｇ／ｈｏｕｒ）を算出した。算出値は表１に示す。
異物の総質量（ｋｇ／ｈｏｕｒ）＝［出銑量（ｔ／ｈｏｕｒ）×１０００×鉄系スクラップの全鉄分中の市中屑の鉄分の割合（質量％）×市中屑における異物の含有割合Ｒ（質量％）／（１００−市中屑における異物の含有割合Ｒ（質量％））］／１００
【００４９】
（異物の飛散量の測定）
溶銑の製造条件１〜２４のそれぞれにおいて、集塵装置で回収した１時間当たりの異物の回収量（ｋｇ）を、異物の飛散量（ｋｇ／ｈｏｕｒ）として測定した。測定値は、表１に示す。
【００５０】
【表１】
2020059891.tif 000003
【００５１】
表１及び図２からわかるように、本発明例の溶銑の製造方法では、溶解炉内での鉄系スクラップ中の異物の飛散を顕著に抑制できることが分かった。
【００５２】
したがって、本発明例の溶銑の製造方法では、異物を多く含む安価な鉄系スクラップを用いた場合でも、集塵装置への異物の飛散を抑制できるので、集塵装置の清掃頻度や、設備の交換頻度を抑えることができる。
よって、本発明例の溶銑の製造方法では、高生産性及び低コストで溶銑を製造でき、かつ安定した操業を行うことができることが分かった。
【符号の説明】
【００５３】
１０  溶解炉（竪型スクラップ溶解炉）
１１  炉体
１２  原料装入部
１３  羽口
１４  熱風管
１５  排ガスダクト
１６  集塵装置
【図１】
2020059891.tif 000004
【図２】
2020059891.tif 000005