(57)【要約】【課題】  主たる鉄源として銅含有鋼屑を使用し、該鋼屑中の銅を硫黄含有フラックスにより除去して高級鋼用溶鋼を製造するに際し、大がかりな設備を必要とせず、且つ、鋼屑中の銅を少ない硫黄含有フラックスで効率良く除去することができ、最終的には銅含有量及び硫黄含有量ともに少ない溶鋼を製造する。【解決手段】  本発明の溶鋼の製造方法は、鋼屑を鉄源として溶鋼を製造するにあたり、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に磁力選別及び／または比重選別が施された鋼屑を加炭溶解して製鋼用溶銑を製造し、その後、該溶銑に含まれる銅を硫黄含有フラックスを用いて除去し、次いで、溶銑に含まれる硫黄を除去し、更に、硫黄を除去した溶銑に脱炭精錬を施して溶鋼を製造することを特徴とする。【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼屑を鉄源として溶鋼を製造するにあたり、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に磁力選別及び／または比重選別が施された鋼屑を加炭溶解して製鋼用溶銑を製造し、その後、該溶銑に含まれる銅を硫黄含有フラックスを用いて除去し、次いで、溶銑に含まれる硫黄を除去し、更に、硫黄を除去した溶銑に脱炭精錬を施して溶鋼を製造することを特徴とする、鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【請求項２】
加炭溶解して製鋼用溶銑を製造する際に硫黄源を添加し、または、加炭溶解後の製鋼用溶銑に硫黄源を添加して、銅除去処理前の溶銑中の硫黄濃度を０．０５質量％以上に調製することを特徴とする、請求項１に記載の鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【請求項３】
前記硫黄含有フラックスの出発原料として、Ｎａ2ＣＯ3を主成分とする材料及び鉄−硫黄合金を使用することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【請求項４】
前記硫黄含有フラックスによって銅を除去する前の溶銑は、温度が１２５０℃以上１３５０℃以下、炭素濃度が２質量％以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【請求項５】
前記溶銑に含まれる銅の除去処理を機械攪拌式精錬装置で行うことを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【請求項６】
前記溶銑に含まれる銅の除去処理を、硫黄含有フラックスを搬送用ガスとともに反応容器中の溶銑に吹き込んで行うことを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【請求項７】
前記磁力選別及び／または比重選別が施された鋼屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて加炭溶解することを特徴とする、請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【請求項８】
前記磁力選別及び／または比重選別が施された鋼屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて加炭溶解し、該竪型炉から溶銑保持容器への鋳床樋を流れる溶銑に前記硫黄含有フラックスを供給して溶銑中の銅を除去することを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【請求項９】
前記硫黄含有フラックスによって銅を除去した後の溶銑に高炉溶銑を混合し、その後、高炉溶銑を混合した溶銑に含有される硫黄を除去することを特徴とする、請求項１ないし請求項８の何れか１つに記載の鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主たる鉄源として鋼屑（鉄系スクラップ）を使用して高級鋼用の溶鋼を製造する方法に関し、詳しくは、鋼屑を使用して高級鋼を製造する場合に品質上の問題となる鋼屑中の銅を除去して、鋼屑から高級鋼用の溶鋼を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鋼過程で使用する鉄源は、鉄鉱石を高炉で還元して得られる溶銑が主体であるが、鉄鋼材料の加工工程で発生する鋼屑や、建築物及び機械製品などの老朽化に伴って発生する鋼屑も、かなりの量が使用されている。高炉での溶銑の製造には、鉄鉱石を還元し且つ溶融するための多大なエネルギーを要するのに対し、鋼屑は溶解熱のみを必要としており、製鋼過程で鋼屑を利用した場合には、鉄鉱石の還元熱分のエネルギー使用量を少なくすることができるという利点がある。従って、省エネルギー及びＣＯ2削減による地球温暖化防止の観点からも、鋼屑利用の促進が望まれている。
【０００３】
ところで、鋼屑を再生利用する際に、これら鋼屑に随伴する銅及び錫に代表されるトランプエレメントが、鋼屑溶解の過程で不可避的に溶鉄中に混入する。トランプエレメントは鋼の性質を損なう成分であり、一定の濃度以下に保つ必要がある。このため、高級鋼を製造する鉄源として、従来、銅や錫を含む恐れのある低級鋼屑を使用することは困難であった。しかしながら、近年の鋼屑発生量の増加及びＣＯ2発生削減のための鋼屑増使用の要請を勘案すると、低級鋼屑の再生利用を進めることは極めて重要である。
【０００４】
現在の低級鋼屑を使用するための実用技術としては、鋼屑を物理的に分解し、有害な部分を人力や磁力選別及び／または比重選別などの方法で分離し、有害な部分を分離したものを、有害成分をほとんど含有しない原料に配合して、鋼材の材料特性上問題のない範囲内で使用する以外に、有効な方法はない。このような方法では、使用済み自動車などの鋼屑を大量に再生利用することは不可能であり、今後予想される鋼屑多量発生時代に対応する鋼屑中の銅の除去技術としては、十分な解決策には成り得ない。
【０００５】
一方、溶鉄に混入した後の脱銅方法について、以下に述べる原理的発明が公知になっている。即ち、含銅高炭素溶鉄とＦｅＳ−Ｎａ2Ｓ系フラックスとを接触させ、溶鉄中の銅成分をＣｕ2Ｓとしてフラックス中に分離除去する原理的技術知見が、非特許文献１及び非特許文献２に報告されている。この技術は、銅の除去技術として、前述の物理的除去方法に対して、より広い適用の可能性を提案するものである。但し、この方法では、Ｎａ2Ｓ系フラックスなどの硫黄含有フラックスから硫黄（Ｓ）成分が溶鉄中に混入し、溶銑中の硫黄濃度が上昇するという問題がある。また、硫黄含有フラックスが溶融して溶鉄上に形成されるスラグ中のＣｕ濃度と溶鉄中のＣｕ濃度との比である分配比が高々３０程度であり、スラグに充分な撹拌を与えて分配比を低下させないようにする必要がある。
【０００６】
この原理的技術知見に基づいた脱銅処理方法として、特許文献１には、含銅鋼屑を加炭溶融して含銅高炭素溶鉄とした後、Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックスと接触反応させて、溶鉄中の銅成分をＣｕ2ＳとしてＮａ2Ｓ系フラックス中に分離除去する方法が開示されている。
【０００７】
但し、特許文献１では、脱銅処理後の高炭素溶鉄の脱硫については言及していない。また、反応容器（溶銑鍋）の底部からのＡｒガス吹き込みによる溶銑とスラグとの撹拌で脱銅処理を行っているが、スラグの撹拌は不充分である。これを補うために、１２００〜１５００℃の反応温度を保持するための電気加熱装置を備えるとともに、大気との接触を断つための有蓋の反応容器を使用しているが、設備が大がかりであり、実用化技術としては確立されたものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−１９８４３１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】今井正等、鉄と鋼、vol.74（1988）No.4．p．640
【非特許文献２】王潮等、鉄と鋼、vol.77（1991）No.4．p．504
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、主たる鉄源として銅含有鋼屑を使用し、該鋼屑中の銅を硫黄含有フラックスにより除去して高級鋼用溶鋼を製造するに際し、鋼屑中の銅を、大がかりな設備を必要とせず、且つ、少ない硫黄含有フラックスで効率良く除去することができ、最終的には銅含有量及び硫黄含有量ともに少ない溶鋼を製造する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】
上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、鋼屑を鉄源として溶鋼を製造するにあたり、シュレッダー処理、及び、該シュレッダー処理後に磁力選別及び／または比重選別が施された鋼屑を加炭溶解して製鋼用溶銑を製造し、その後、該溶銑に含まれる銅を硫黄含有フラックスを用いて除去し、次いで、溶銑に含まれる硫黄を除去し、更に、硫黄を除去した溶銑に脱炭精錬を施して溶鋼を製造することを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、第１の発明において、加炭溶解して製鋼用溶銑を製造する際に硫黄源を添加し、または、加炭溶解後の製鋼用溶銑に硫黄源を添加して、銅除去処理前の溶銑中の硫黄濃度を０．０５質量％以上に調製することを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、第１または第２の発明において、前記硫黄含有フラックスの出発原料として、Ｎａ2ＣＯ3を主成分とする材料及び鉄−硫黄合金を使用することを特徴とするものである。
【００１４】
第４の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記硫黄含有フラックスによって銅を除去する前の溶銑は、温度が１２５０℃以上１３５０℃以下、炭素濃度が２質量％以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
第５の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記溶銑に含まれる銅の除去処理を機械攪拌式精錬装置で行うことを特徴とするものである。
【００１６】
第６の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記溶銑に含まれる銅の除去処理を、硫黄含有フラックスを搬送用ガスとともに反応容器中の溶銑に吹き込んで行うことを特徴とするものである。
【００１７】
第７の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、第１ないし第６の発明の何れかにおいて、前記磁力選別及び／または比重選別が施された鋼屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて加炭溶解することを特徴とするものである。
【００１８】
第８の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記磁力選別及び／または比重選別が施された鋼屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて加炭溶解し、該竪型炉から溶銑保持容器への鋳床樋を流れる溶銑に前記硫黄含有フラックスを供給して溶銑中の銅を除去することを特徴とするものである。
【００１９】
第９の発明に係る鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法は、第１ないし第８の発明の何れかにおいて、前記硫黄含有フラックスによって銅を除去した後の溶銑に高炉溶銑を混合し、その後、高炉溶銑を混合した溶銑に含有される硫黄を除去することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、銅含有鋼屑を、先ずシュレッダー処理して破砕し、シュレッダー処理後に磁力選別及び／または比重選別による予備脱銅処理を実施するので、線材や板材などとして銅含有鋼屑に含有される金属銅の一部は除去され、次いで、この磁力選別及び／または比重選別した後の鋼屑を加炭溶解して製造される溶銑においては、硫黄含有フラックスを用いて溶銑中の銅を分離・除去するので、鋼屑を物理的に分解した後に磁力選別及び／または比重選別などで分離除去する従来方法では分離困難であった銅を効率良く分離することができ、銅含有量の少ない溶銑を得ることが実現される。また、シュレッダー処理後の磁力選別及び／または比重選別により、銅含有鋼屑に含まれる銅の一部が分離・除去されるので、硫黄含有フラックスを用いた溶銑の脱銅処理の負荷が軽減され、硫黄含有フラックスの使用量を削減することが可能となる。また更に、銅の除去処理後に、硫黄含有フラックスから持ち来たされる溶銑中の硫黄の除去処理を行うので、銅含有鋼屑から銅及び硫黄の少ない溶銑を効率良く得ることができ、その結果、銅含有鋼屑を高級鋼の鉄源として利用可能となり、低級鋼屑の利用が促進される。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００２２】
銅含有鋼屑を加炭溶解して炭素を含有する製鋼用溶銑を製造すると、鋼屑中の銅はほぼ全量が溶銑中に溶解する。本発明では、この銅を除去する手段として、先ず、銅含有鋼屑をシュレッダー処理して細かく破砕し、破砕された鋼屑（シュレッダー屑）を磁力選別及び／または比重選別して、銅含有鋼屑中の金属銅を除去し、次いで、この磁力選別及び／または比重選別した後のシュレッダー屑を加炭溶解して製造される溶銑において、硫黄含有フラックスを用いて脱銅処理を実施する。つまり、鋼屑段階と溶銑段階との２回の工程で銅含有鋼屑中の銅を除去する。
【００２３】
使用済み自動車や廃家電製品などの銅含有鋼屑に含まれる銅は、電気配線などとして使用される金属銅が主体であり、このような銅含有鋼屑をシュレッダー処理することにより、鋼屑中に混入していた金属銅の一部は鋼屑とは剥離される。このシュレッダー屑を磁力選別及び／または比重選別することにより、銅含有鋼屑中に混入していた金属銅の一部は分離・除去される。尚、破砕されたシュレッダー屑は、通常、ガラスや合成樹脂などを除去するために、目開き寸法が５〜６０ｍｍ程度の篩分器で篩い分けされており、この篩い分け工程でも、細粒の金属銅は除去される。本発明では、このようにして銅含有鋼屑中の銅を予め除去し、この磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑を加炭溶解して製造した溶銑に対して更に脱銅処理を施す。
【００２４】
本発明では、この溶銑段階における脱銅手段として、硫黄含有フラックスを溶銑と接触させ、溶銑中の銅を硫化銅（Ｃｕ2Ｓ）として硫黄含有フラックス中に分離除去する方法を用いる。硫黄含有フラックスとしては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の硫化物を主成分とするものが好適である。硫黄含有フラックス中の硫黄含有量を高めるためにＦｅＳ（硫化鉄）を混合してもよい。特に好適なのは、Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックスである。Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックスの場合、Ｎａ源として、Ｎａ2Ｓ及びその水和物、ＮａＯＨ、Ｎａ2ＳＯ4、Ｎａ2Ｓ2Ｏ3、Ｎａ2ＣＯ3（ソーダ灰）などが挙げられるが、特に工業的に広く利用されているＮａ2ＣＯ3を使用し、硫黄源として鉄−硫黄合金（フェロサルファー）を使用すれば、コスト面で有利である。硫黄含有フラックスの組成としては、効率的な銅除去の観点から、フラックス中のＮａ2Ｓのモル分率が０．２以上であることが望ましい。
【００２５】
ところで、硫黄含有フラックスによる脱銅は、原理的に確認されているが、分配比（フラックス中のＣｕ濃度と溶銑中のＣｕ濃度との比）の低いプロセスであるため、脱銅を十分に進行させるには、硫黄含有フラックスを添加することにより反応容器内に形成されるスラグ側の物質移動を促進させる必要がある。このためには、スラグ層も撹拌することが重要である。特に、本発明では溶銑段階で脱銅処理しており、溶銑の温度域（１２００〜１４００℃）は溶鋼の温度域（１５５０〜１７００℃）に比較して低温であり、スラグの流動性も低く、スラグの撹拌が重要である。
【００２６】
溶銑及び溶銑上に存在するスラグを同時に攪拌する方法として、反応容器内の溶銑に浸漬させたインジェクションランスまたは反応容器の底部に設置した羽口から攪拌用ガスを吹き込んで、スラグと溶銑とを攪拌する方法も採り得るが、本発明においては、良好な攪拌が得られることから、機械攪拌式精錬装置を用いて脱銅処理を行うことが好ましい。機械攪拌式精錬装置としては、インペラ（「攪拌羽根」ともいう）を使用した撹拌が代表的である。つまり、取鍋状の反応容器内に収容された溶銑にインペラを浸漬させ、このインペラを、軸心を回転軸として回転させ、溶銑及び溶銑上に添加された硫黄含有フラックスを強制的に攪拌する方法である。機械攪拌式精錬装置では、溶銑上に投入された硫黄含有フラックスが溶銑内に充分に巻き込まれ、溶銑とスラグとの撹拌が充分に行われる。一方、特許文献１に示されたガス撹拌法では、スラグは溶銑中に巻き込まれ難く撹拌は不充分である。
【００２７】
また、溶銑に浸漬させたインジェクションランスから搬送用ガスとともに粉体状の硫黄含有フラックスを溶銑中に吹き込み添加する方法、所謂フラックス吹き込み法も好ましい処理方法である。この場合、溶銑中に吹き込まれた粉体状の硫黄含有フラックスは溶銑と直接接触し、しかも、新たな未反応の硫黄含有フラックスが連続的に溶銑と接触するので、スラグ側の物質移動を促進させた場合と同等の効果が発現し、溶銑と硫黄含有フラックスとの反応が促進される。また、搬送用ガスは攪拌用ガスとしても機能するので、機械攪拌式精錬装置ほどの攪拌強度はないものの、溶銑と溶銑上スラグとの攪拌が行われる。
【００２８】
この脱銅処理の際、雰囲気への大気の混入を防ぐために、Ａｒガスなどの不活性ガスやプロパンなどの還元性ガスを溶銑浴面上に供給してもよい。脱銅処理後、硫黄含有フラックスを添加することによって形成されたスラグを系外に除去する。
【００２９】
本発明において、脱銅処理前の溶銑、つまり、磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑を加炭溶解して製造される、炭素を含有する製鋼用溶銑の温度は、１２００℃以上１５００℃以下、望ましくは１２５０℃以上１３５０℃以下であることが好ましい。溶銑温度が１２００℃未満では、低温に起因するフラックス及び溶銑自体の固化・凝固が懸念される。特に、その後の脱硫工程や転炉脱炭工程での温度保証を考慮すると、１２５０℃以上とすることが望ましい。一方、１５００℃以上では、高温によるフラックスの蒸発が無視できない。つまり、硫黄含有フラックスの蒸発を抑えて効率的に脱銅反応を行うには、溶銑温度は低いほど好ましく、従って、効率的な脱銅反応のためには、溶銑温度を１４００℃以下、更に好ましくは１３５０℃以下とすることが望ましい。
【００３０】
また、脱銅処理前の溶銑中の炭素濃度は２質量％以上が好ましい。溶銑中の銅が硫化銅となる反応は、熱力学的に溶銑中の炭素濃度が高いほど進行しやすいことが知られている。脱銅処理前の溶銑中の炭素濃度が２質量％未満では、硫化銅の生成反応が充分に起こらないことに加え、溶銑の液相線温度が上昇し、溶銑の容器壁への付着などが問題となる。また更に、脱銅処理前の溶銑中の銅濃度は０．１質量％以上１．０質量％以下であることが好ましい。脱銅処理前の溶銑中の銅濃度が１．０質量％を超えると銅の除去に必要な硫黄含有フラックスの量が過大となり、実用上の負荷が大きい。特に、硫黄含有フラックスの量を抑える観点から、脱銅処理前の溶銑中の銅濃度を０．５質量％以下とすることが望ましい。一方、０．１質量％未満の場合には、脱銅処理を施さなくても、例えば、銅含有量の低い溶銑で希釈するなどして対処可能である。
【００３１】
更に、脱銅処理前の溶銑の硫黄濃度としては、０．０５質量％以上が好ましい。脱銅処理前の溶銑の硫黄濃度が０．０５質量％未満では、硫黄含有フラックスから溶銑中への硫黄の溶解量が過大となり、硫黄含有フラックスの利用効率が低くなり経済的でない。硫黄濃度の上限は特に規定する必要はないが、余りに高濃度であると脱硫処理に支障を来すので、０．５質量％以下とすることが望ましい。
【００３２】
そこで、本発明においては、脱銅処理前の溶銑の硫黄濃度を０．０５質量％以上０．５質量％以下とするために、磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑を加炭溶解して製鋼用溶銑を製造する際に硫黄源を添加するか、または、加炭溶解後の製鋼用溶銑に硫黄源を添加することが好ましい。硫黄源としては、鉄−硫黄合金（フェロサルファー）が好適である。勿論、硫黄源を添加しなくても、加炭溶解後の溶銑中硫黄濃度が０．０５質量％以上０．５質量％以下の範囲の場合には、硫黄源を添加する必要はない。
【００３３】
脱銅処理前の上記以外の溶銑の成分としては、例えば珪素濃度は０．５質量％以下、マンガン濃度は０．５質量％以下が望ましい。これらの濃度を超えると、脱銅処理中のこれら成分の酸化により生じる酸化珪素及び酸化マンガンがスラグに移行してスラグ量が増大し、スラグ処理が困難になるだけでなく、酸化珪素及び酸化マンガンが硫黄含有フラックスの脱銅反応を阻害する恐れがある。
【００３４】
尚、磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑を加炭溶解して製造した製鋼用溶銑に、必要に応じて高炉から出銑された溶銑（以下、「高炉溶銑」と呼ぶ）を混合して銅濃度を希釈し、その後、混合した溶銑に含まれる銅を、硫黄含有フラックスを用いて除去するようにしてもよい。
【００３５】
磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑を加炭溶解して溶銑を製造する工程としては、電気炉を用いた方法、転炉を用いた方法、竪型炉を用いた方法などがある。
【００３６】
ここで、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉とは、竪型炉の上部から、磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑及びコークス、更には必要に応じて造滓剤を装入し、竪型炉の下部に設けた羽口から、空気、酸素富化空気、酸素ガス、熱風などを送風してコークスを燃焼させ、コークスの燃焼熱によって前記シュレッダー屑及び造滓剤を溶解し、炉底部の出湯口から溶銑及び溶融スラグを取り出す装置である。炉底部の出湯口から取り出された溶銑は、炉前の鋳床に設けられた耐火物製の鋳床樋を流れ、鋳床樋の先端下方に配置される溶銑鍋などの溶銑保持容器に落下して、溶銑保持容器内に収容される。
【００３７】
この場合、竪型炉の炉底から羽口の上方或る高さ位置までの範囲にはコークスだけを詰め、これを燃焼してコークスの上部に装入した磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑を溶解している。炉底に詰めるコークスを「炭材ベッド」と呼び、この炭材ベッドは燃焼して消耗するので、これを補いながら溶解を継続するために、炉体の上部からコークスを装入する。磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑が溶解して生成される溶融鉄は、コークスの間隙を流下し、コークスにより加炭されて溶銑が生成される。この内部に炭材ベッドを形成した竪型炉は、電気炉などに比較してエネルギー効率が高いことが知られている。
【００３８】
このような、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて溶銑を製造する場合、高炉溶銑に比して溶銑中の硫黄濃度は一般的に高くなる。但し、製造される溶銑の硫黄濃度が０．０５質量％未満の場合には、前述したように、竪型炉に硫黄源を装入し、製造される溶銑の硫黄濃度が０．０５質量％以上０．５質量％以下の範囲に調製することが好ましい。溶銑中の硫黄濃度が高いことにより、硫黄含有フラックスから溶銑中への硫黄の移動が少なくて済み、硫黄含有フラックスの利用効率が上昇する。つまり、硫黄含有フラックスの硫黄源を減少させることができる。
【００３９】
竪型炉を用いて磁力選別及び／または比重選別後のシュレッダー屑を溶解する場合には、出湯口から取り出された溶銑は鋳床樋を流れて溶銑保持容器に落下・注入されるので、この鋳床樋を流れる溶銑に、上置き添加する、ガスとともに吹き付ける、ガスとともに吹き込むなどして硫黄含有フラックスを供給することで、脱銅処理を行うことができる。鋳床樋を流れる溶銑に供給された硫黄含有フラックスは、溶銑が鋳床樋を流れる期間、溶銑に脱銅処理を施すのみならず、鋳床樋から溶銑保持容器への落下により溶銑と激しく攪拌され、溶銑の脱銅処理が効率的に行われる。この場合、溶銑保持容器に予め硫黄含有フラックスを別途入れ置きすることにより、脱銅反応がより一層促進される。尚、この鋳床樋での脱銅処理のみでは脱銅が不足する場合には、前述した機械攪拌式精錬装置やフラックス吹き込み法を用いて更に脱銅処理を施すことができる。
【００４０】
硫黄含有フラックスを用いた脱銅処理に伴い、硫黄含有フラックス中の硫黄が不可避的に溶銑中に移行するため、溶銑中の硫黄濃度は上昇する。従って、脱銅処理を行った後、更に、溶銑中の硫黄を除去する処理を行う。この脱硫処理は、公知の機械攪拌式精錬装置による方法、ランスからの粉体吹き込みによる方法、転炉を使用する方法などの何れであってもよい。脱硫剤としては、ＣａＯを主成分とする脱硫剤、カルシウム・カーバイドを主成分とする脱硫剤、ソーダ灰を主成分とする脱硫剤、金属Ｍｇなど種々の脱硫剤を使用することができる。機械攪拌式精錬装置で脱銅処理を行った後、生成したスラグを除去し、その後、同じ機械攪拌式精錬装置で脱硫処理を行ってもよい。また、脱硫処理を実施する場合に、高炉溶銑を、脱銅処理を施した溶銑に混合して硫黄濃度を希釈し、その後、混合した溶銑の脱硫処理を行ってもよい。更には、脱硫処理後の溶銑に高炉溶銑を混合してもよい。
【００４１】
脱硫処理に先立ち、脱銅処理に供した硫黄含有フラックスを反応容器から除去することが必要である。硫黄含有フラックスを除去しないまま、脱硫処理すると、硫黄含有フラックス中の硫化銅（Ｃｕ2Ｓ）が分解して溶銑に戻り、溶銑中の銅濃度が上昇する恐れがあるからである。スラグ除去作業は、公知のスラグドラッガーを用いた方法、スラグ吸引機による方法、溶銑収容容器を傾けて容器内のスラグを排出する方法などの何れでもよく、各製鉄所の保有する設備状況に適したものを選択すればよい。また、脱硫処理後にも、脱硫処理により生成したスラグを反応容器から除去することが必要である。
【００４２】
脱硫処理した溶銑を転炉に装入して、転炉内に酸素ガスを上吹きまたは底吹きして溶銑の脱炭精錬を実施し、所定量まで脱炭精錬して溶鋼を製造する。製造された溶鋼は、銅及び硫黄の含有量が、高炉溶銑から製造した溶鋼と同等であり、自動車外面用鋼板や厚板高張力鋼板などの高級鋼に何ら問題なく運用可能である。
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、銅含有鋼屑を、先ずシュレッダー処理して破砕し、シュレッダー処理後に磁力選別及び／または比重選別を実施するので、線材や板材などとして銅含有鋼屑に含有される金属銅の一部は除去され、次いで、この磁力選別及び／または比重選別後の鋼屑を加炭溶解して製造される溶銑においては、硫黄含有フラックスを用いて溶銑中の銅を分離・除去するので、鋼屑を物理的に分解した後に磁力選別及び／または比重選別などで分離除去する従来方法では分離困難であった銅を効率良く分離することができ、銅含有量の少ない溶銑を得ることが実現される。また、シュレッダー処理後の磁力選別及び／または比重選別により、銅含有鋼屑に含まれる銅の一部が分離・除去されるので、硫黄含有フラックスを用いた溶銑の脱銅処理の負荷が軽減され、硫黄含有フラックスの使用量を削減することが可能となる。また更に、銅の除去処理後に、硫黄含有フラックスから持ち来たされる溶銑中の硫黄の除去処理を行うので、銅含有鋼屑から銅及び硫黄の少ない溶銑を効率良く製造することが可能となる。その結果、銅含有鋼屑を高級鋼の鉄源として利用可能となり、低級鋼屑の利用が促進される。
【実施例１】
【００４４】
使用済み自動車や廃家電製品などからなる銅を含有するプレス鋼屑を、シュレッダー処理して破砕し、破砕して得られたシュレッダー屑を磁力選別装置で磁着物と非磁着物とに選別し、この磁着物を、目開き寸法が５０ｍｍの篩分器で篩い分けして細粒分を除去した。この篩い分けされたシュレッダー屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて加炭溶解して製鋼用溶銑を製造し、次いで、この溶銑を、ＦｅＳ−Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックスを用いて脱銅処理し、脱銅処理後にＣａＯ系脱硫剤を用いて脱硫処理し、脱硫処理後、更に溶銑を小型試験転炉に装入して脱炭精錬を施し、銅を含有するプレス鋼屑から溶鋼を製造する試験を実施した。
【００４５】
脱銅処理は、以下の３種類の方法で実施した。即ち、鍋形状の反応容器に約５トンの前記製鋼用溶銑を装入し、機械攪拌式精錬装置において、ＦｅＳ−Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックス（フラックス中のＮａ2Ｓのモル分率０．４）を溶銑上に投入し、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及びフラックスを攪拌して行う方法（試験Ｎo.１）と、反応容器内の溶銑に浸漬させたインジェクションランスから搬送用ガスとともにＦｅＳ−Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックスを溶銑中に吹き込んで添加して行う方法（試験Ｎo.２）と、反応容器内の溶銑に浸漬させたインジェクションランスから攪拌用ガスを吹き込んで溶銑を攪拌しながらＦｅＳ−Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックスを添加して行う方法（試験Ｎo.３）との３水準で実施した。何れの試験でも、ＦｅＳ−Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックスを溶銑トンあたり１００ｋｇ投入した。
【００４６】
また、比較のために、使用済み自動車や廃家電製品などからなる、銅を含有するプレス鋼屑を、シュレッダー処理することなく、そのまま竪型炉に装入して溶解し、製鋼用溶銑を製造し、この溶銑に脱銅処理、脱硫処理及び脱炭精錬を施す試験も実施した（試験Ｎo.４）。この試験では、製造した溶銑に、上記の試験Ｎo.１と同一方法で、脱銅処理を実施した。
【００４７】
試験Ｎo.１、試験Ｎo.２、試験Ｎo.３及び試験Ｎo.４ともに、脱銅処理後、生成したスラグを除去し、その後、機械攪拌式精錬装置において、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及び脱硫剤を攪拌して脱硫処理を実施した。脱硫剤としては生石灰を主成分とするもの（９５質量％生石灰―５質量％蛍石）を使用し、この脱硫剤を溶銑トンあたり１５ｋｇ投入した。
【００４８】
更に比較のために、銅を含有するプレス鋼屑を、シュレッダー処理することなくそのまま竪型炉に装入して製造した溶銑に対して、上記の試験Ｎo.１と同一方法で１回目の脱銅処理を行い、その後、生成したスラグを除去した後に再度ＦｅＳ−Ｎａ2Ｓを主成分とするフラックスを溶銑トンあたり１００ｋｇ投入して２回目の脱銅処理を行い、その後、生成したスラグを除去した後に、試験Ｎo.１と同一方法で脱硫処理を実施する試験も行った（試験Ｎo.５）。また更に、銅を含有するプレス鋼屑をそのまま竪型炉に装入して製造した溶銑に対して、前記試験Ｎo.５と同一方法で２回の脱銅処理と１回の脱硫処理とを実施し、１回目の脱硫処理後、生成したスラグを除去し、その後に、再度生石灰を主成分とする脱硫剤を溶銑トンあたり１５ｋｇ投入してインペラ撹拌による２回目の脱硫処理を実施する試験も行った（試験Ｎo.６）。
【００４９】
表１に、脱銅処理前から脱硫処理終了までの溶銑の銅濃度及び硫黄濃度の推移、並びに、溶銑温度の推移を示す。脱銅処理前の溶銑成分は、表１に記載以外の成分については、炭素を４．５〜４．７質量％、珪素を０．２０質量％、マンガンを０．１５質量％、燐を０．０５０質量％に調製し、溶銑温度は１３５０℃近傍に調整した。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
表１に示すように、鉄源として磁力選別後のシュレッダー屑を使用した試験Ｎo.１〜３では、脱銅処理前の溶銑中銅濃度は０．２０質量％であり、脱銅処理後の溶銑中銅濃度は、脱銅処理方法の如何に拘らず大差なく、それぞれ０．０８質量％、０．０９質量％、０．１０質量％へと低下していた。
【００５２】
一方、鉄源として、銅を含有するプレス鋼屑を、シュレッダー処理せずにそのまま使用した、試験Ｎo.４，５，６では、脱銅処理前の溶銑中銅濃度は０．４０質量％であり、試験Ｎo.１〜３に比較して大幅に上昇した。その結果、試験Ｎo.４では、溶銑トンあたり１００ｋｇの硫黄含有フラックスでは脱銅用フラックスが不足して、十分な脱銅処理は不可能であった。また、試験Ｎo.５では、脱銅処理を２回行ったために、銅濃度は試験Ｎo.１〜３と同等になったが、溶銑温度が低下し、その後の脱硫処理工程での溶銑温度が低くなり、２回の脱銅処理で溶銑中硫黄濃度が上昇したこともあいまって、効率的な脱硫処理が不可能であった。また、試験Ｎo.６では、脱銅処理を２回及び脱硫処理を２回行ったため、合計で溶銑トンあたり２００ｋｇの硫黄含有フラックス及び３０ｋｇの脱硫剤を使用することになり、非経済であるだけでなく、脱硫工程での温度が低く、効率的な脱硫処理が不可能であった。
【００５３】
試験Ｎo.１〜３では、脱硫処理することで、最終的に銅濃度及び硫黄濃度ともに低い溶銑を経済的に得ることができ、この溶銑を用いて小型試験転炉にて生石灰を造滓剤として脱炭精錬することで、銅含有量が０．１質量％以下、硫黄含有量が０．０２０質量％以下の溶鋼を安定して製造することができ、高級鋼用の溶鋼として問題なく使用できることが確認できた。
【実施例２】
【００５４】
使用済み自動車や廃家電製品などからなる銅を含有するプレス鋼屑を、シュレッダー処理して破砕し、破砕したシュレッダー屑を、磁力選別装置で磁着物と非磁着物とに選別した。この磁着物を、目開き寸法が５０ｍｍの篩分器で篩い分けして細粒分を除去し、この篩い分けされたシュレッダー屑を、内部に炭材ベッドを形成した竪型炉を用いて溶解して製鋼用溶銑を製造し、この溶銑を、出発原料としてソーダ灰（Ｎａ2ＣＯ3）及び鉄−硫黄合金（フェロサルファー）からなるフラックスを用いて脱銅処理し、脱銅処理後、高炉溶銑を混合して銅濃度及び硫黄濃度を希釈し、混合した溶銑に対してＣａＯ系脱硫剤を用いて脱硫処理する試験を実施した。
【００５５】
竪型炉で製造した製鋼用溶銑の温度は１４００℃、炭素濃度は４．０質量％、銅濃度は０．３０質量％、硫黄濃度は０．１１質量％であった。
【００５６】
脱銅処理は、鍋形状の反応容器に前記製鋼用溶銑約６０トンを装入し、機械攪拌式精錬装置において、溶銑トンあたりソーダ灰３５ｋｇ及び鉄−硫黄合金（合金中硫黄濃度４８質量％）５０ｋｇを溶銑上に投入し、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及びフラックスを攪拌して行った。脱銅処理後の溶銑の銅濃度は０．１９質量％、硫黄濃度は０．２４質量％であった。
【００５７】
脱銅処理により生成したスラグをスラグドラッガーで除去した後、脱銅処理後の溶銑約６０トンと、高炉で製造された高炉溶銑約２４０トンとを鍋形状の反応容器で混合した。混合後の溶銑の銅濃度は０．０４質量％、硫黄濃度は０．０５質量％であった。
【００５８】
混合後の溶銑に対して、機械攪拌式精錬装置において、ＣａＯ系脱硫剤を溶銑トンあたり１０ｋｇ投入し、耐火物で被覆したインペラを溶銑に浸漬させ、インペラを回転して溶銑及び脱硫剤を攪拌して脱硫処理を実施した。脱硫処理後の溶銑の銅濃度は０．０４質量％、硫黄濃度は０．００５質量％であり、高級鋼用の溶銑として、何ら問題のないことが確認された。