(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェロアロイを電気アーク炉中で製造する方法であって、（ａ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｂ）別の炭素供給源の混合物を、前記方法の電源投入段階の少なくとも一部の間に、前記炉の中に供給すること、および
前記炉の電力消費、前記炉中にある前記溶融物の組成、および前記溶融物温度のいずれか一つ以上に基づいて、前記電源投入段階の間に、前記炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物の供給開始時間を算定すること
を含んでなる、方法。
【請求項２】
フェロアロイを電気アーク炉中で製造する方法であって、（ａ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｂ）別の炭素供給源の混合物を、前記方法の第一の電源投入段階の少なくとも一部の間に、前記炉の中に供給し、さらに（ａ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｂ）別の炭素供給源の混合物を、前記方法の第二の電源投入段階の間に、前記電気アーク炉の中に供給すること、および
前記炉の電力消費、前記炉中にある前記溶融物の組成、および前記溶融物温度のいずれか一つ以上に基づいて、前記電源投入段階の間に、前記炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物の供給開始時間を算定すること
を含んでなる、方法。
【請求項３】
フェロアロイを電気アーク炉中で製造する方法であって、
（ａ）フェロアロイ用の供給原料の最初の装入物を前記炉に供給すること、
（ｂ）第一の電源投入段階で運転し、前記炉の１個以上の電極と前記固体供給原料装入物との間にアークを発生させ、前記炉中に熱を発生させ、前記固体供給原料装入物を融解させること、
（ｃ）前記第一の電源投入段階への第一の期間の後、（ｉ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｉｉ）別の炭素供給源の混合物の前記炉中への供給を開始すること、
（ｄ）前記第一の電源投入段階の最後に、前記フェロアロイ供給原料のさらなる装入物を前記炉に供給すること、
（ｅ）前記アークを再発生させることにより、第二の電源投入段階で運転すること、
（ｆ）前記第二の電源投入段階への第一の期間の後、（ｉ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｉｉ）別の炭素供給源の混合物の前記炉中への注入を開始すること、および
（ｇ）前記第二の電源投入段階の最後に、溶融されたフェロアロイを前記炉から排出すること
を含んでなる、方法。
【請求項４】
前記炭素含有ポリマーが、ゴム（合成または天然）および他のポリマー、例えばポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエンスチレン、およびＡＰＳのいずれか一種以上を含んでなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記他の炭素供給源が、コークス、カーボンチャー（carbon char）、木炭およびグラファイトのいずれか一種以上を含んでなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記炉に前記混合物を供給している時間中、前記材料混合物における前記炭素含有ポリマーと前記他の炭素供給源の比率を変化させることを含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記炉に前記混合物を供給している時間中、前記炭素含有ポリマーと前記他の炭素供給源の前記混合物の流量を一定に維持することを含んでなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記炉に前記混合物を供給している時間中、前記炭素含有ポリマーと前記他の炭素供給源の前記混合物の流量を変化させることを含んでなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記電源投入段階の間に、前記炭素含有ポリマーと前記他の炭素供給源の前記混合物の連続供給を維持する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記炭素含有ポリマーが、前記混合物の総重量の２０〜６０重量％を構成する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記炭素含有ポリマーが、前記混合物の総重量の２５〜３５重量％を構成する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一の電源投入段階の間に前記炉に供給される前記炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の前記混合物が、前記第二の電源投入段階の間に供給される前記混合物と同一である、請求項２または３に記載の方法。
【請求項１３】
前記電源投入段階の間に、酸素含有ガス、例えば酸素、を前記炉の中に注入することを含んでなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気アーク炉または他の好適な冶金用炉でフェロアロイ（例えば鋼）を製造する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
NEW SOUTH INNOVATIONS PTY LTD名義の国際公開公報ＷＯ２００６／０２４０６９（以下「国際公開公報」と呼ぶ）は、電気アーク炉におけるフェロアロイを製造する方法であって、スラグ発泡剤として機能する非凝集炭素含有ポリマーを炉に供給することを特徴とする方法を開示している。
【０００３】
国際公開公報には、「非凝集炭素含有ポリマー」なる用語が、「細かい、および粗い、粒状の、および粒子状のポリマーの両方を包含し、ＥＡＦ廃粉塵または鋼粉塵と共に形成されるポリマーを除外することを意図する」ものとして定義されている。国際公開公報には、ポリマーおよびＥＡＦ廃粉塵または鋼粉塵を含んでなるそのような凝集した固体は、スラグ発泡剤として機能しないことが記載されている。
【０００４】
国際公開公報には、典型的には、非凝集炭素含有ポリマーが、それが少なくとも部分的に燃焼して炭素質残留物を生じるように電気アーク炉の中に装入されることが記載されている。国際公開公報には、この炭素質残留物が、その後酸化してスラグ発泡を引き起こすこと、および還元剤または再浸炭剤（recarburiser）としてさらに機能し得ること、も記載されている。
【０００５】
国際公開公報には、典型的には、炭素含有ポリマーが、原子Ｃ、Ｈおよび所望によりＯだけを含んでなること、および他の元素（例えばＮ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ、ハロゲン、等）がポリマー中に存在し得るが、これらの他の元素は、フェロアロイ製造を妨害し得ること、および／または不純物、汚染物、有害ガス、等を発生し得ることを記載している。国際公開公報には、炭素含有ポリマーを慎重に選択することにより、有害ガスおよび他の有害または危険な生成物の発生を回避できることを記載している。国際公開公報には、好適な炭素含有ポリマーの一つはポリエチレンであるが、他のプラスチック、例えばポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエンスチレン、ＡＰＳ、等も使用できることを記載している。
【０００６】
国際公開公報中の開示の上記説明は、この国際公開公報が、オーストラリアまたはその他の地域における一般的な常識の一部であることを認めるものとして解釈されるべきではない。
【０００７】
国際公開公報中の開示は相互参照により本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【０００８】
出願人は、メルボルンおよびシドニーにある出願人の電気アーク炉施設で鋼形態のフェロアロイの製造方法について試行を重ねた。
【０００９】
その結果、出願人は、鋼の製造における非凝集炭素含有ポリマー効果的な使用にとって重要なパラメータを特定した。
【００１０】
さらに、この試行の結果、出願者は、鋼（および他のフェロアロイ）を製造する特別な方法を開発した。この方法は、非凝集および凝集炭素含有ポリマーの使用を含む。
【００１１】
さらに、この試行の結果、出願者は、非凝集および凝集炭素含有ポリマーを電気アーク炉または他の好適な冶金用炉に首尾よく供給して、炉で鋼を製造する上記の方法を行うための技術を開発した。
【００１２】
特に、出願人が開発した技術は、（ａ）非凝集および凝集炭素含有ポリマーと他の材料の混合、（ｂ）炉中への材料流量を含む、混合物の炉への供給、（ｃ）炉の上流における混合物の材料取扱、および（ｄ）炉中の温度計測および全体的な熱制御のような分野に焦点が当てられているが、これらに限定されるものではない。
【００１３】
本発明によれば、フェロアロイ、例えば鋼、を電気アーク炉または他の好適な冶金用炉中で製造する方法であって、（ａ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｂ）別の炭素供給源の混合物を、前記方法の電源投入段階の少なくとも一部の間に、前記炉の中に供給することを含んでなる、方法が提供される。
【００１４】
より詳しくは、本発明によれば、フェロアロイ、例えば鋼、を電気アーク炉または他の好適な冶金用炉中で製造する方法であって、（ａ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｂ）別の炭素供給源の混合物を、前記方法の第一の電源投入段階の少なくとも一部の間に、炉の中に供給すること、および前記炭素含有ポリマーと別の炭素供給源のさらなる混合物を、前記方法の第二の電源投入段階の間に、電気アーク炉の中に供給することを含んでなる、方法が提供される。
【００１５】
より詳しくは、本発明によれば、フェロアロイを電気アーク炉または他の好適な冶金用炉中で製造する方法であって、
（ａ）フェロアロイ用の供給原料の最初の装入物を炉に供給すること、
（ｂ）第一の電源投入段階で運転し、炉の１個以上の電極と固体供給原料装入物との間にアークを発生させ、炉中に熱を発生させ、固体供給原料装入物を融解させること、
（ｃ）第一の電源投入段階への第一の期間の後、（ｉ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｉｉ）別の炭素供給源の混合物の前記炉中への供給を開始すること、
（ｄ）第一の電源投入段階の最後に、フェロアロイ供給原料のさらなる装入物を前記炉に供給すること、
（ｅ）アークを再発生させることにより、第二の電源投入段階で運転すること、
（ｆ）第二の電源投入段階への第一の期間の後、（ｉ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｉｉ）別の炭素供給源の混合物の前記炉中への注入を開始すること、および
（ｇ）第二の電源投入段階の最後に、溶融されたフェロアロイを前記炉から排出すること
を含んでなる、方法が提供される。
【００１６】
本方法は、炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物を、本方法の非電源投入段階の間に注入することを含むものであってもよい。
【００１７】
炭素含有ポリマーは、本明細書に記載される非凝集ポリマーであってもよい。
【００１８】
典型的には、非凝集炭素含有ポリマーは、国際公開公報中に記載されているようなものである。
【００１９】
非凝集炭素含有ポリマーは、ゴム（合成または天然）および他のポリマー、例えばポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエンスチレン、およびＡＰＳのいずれか一種以上を含むものであってよい。典型的には、該ポリマーは、エネルギー供給源としての二次的な機能を有する。
【００２０】
炭素含有ポリマーは、凝集炭素含有ポリマーであってよい。そのような凝集物の例には、炭素含有ポリマーおよび一種以上の融材、酸化鉄（例えば黒皮）、およびバッグハウス固体（bag house solids）の凝集物が含まれる。
【００２１】
典型的には、さらなる炭素供給源は、国際公開公報に記載されている供給源であり、例えば、燃料として作用することができ、さらに、スラグ発泡に貢献でき、還元剤または再浸炭剤として作用することができる。
【００２２】
他の炭素供給源は、コークス、カーボンチャー、木炭およびグラファイトのいずれか一種以上を含むものであってよい。
【００２３】
炉のオペレーターは、任意の好適なパラメータを用いて、前記電源投入段階の間に、炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物の供給開始時間を算定することができる。
【００２４】
例えば、オペレーターは、炉の電力消費、炉中にある溶融物の組成、および溶融物温度の一つ以上に基づいて、そのような供給の開始時間を決定することができる。
【００２５】
電源投入段階における電源投入時間は、炭素含有供給源および他の炭素供給源の供給開始時間の指標としても使用できる。
【００２６】
上述のこれらの材料の混合物における炭素含有供給源および他の炭素供給源の好ましい比率は、特定の炉に応じて変えることができる。
【００２７】
上述のこれらの材料の混合物における炭素含有供給源および他の炭素供給源の比率は、炉に混合物を供給している時間中に変化させることができる。
【００２８】
炭素含有供給源および他の炭素供給源の混合物の流量は、炉に混合物を供給している時間中、一定であってもよいし、変化させてもよい。
【００２９】
電源投入段階における炭素含有供給源および他の炭素供給源の混合物の連続的または断続的な供給があってもよい。
【００３０】
炭素含有ポリマーは、混合物の総重量の２０〜６０重量％を構成することができる。
【００３１】
より典型的には、炭素含有ポリマーは、混合物の総重量の２０〜５０重量％を構成する。
【００３２】
典型的には、炭素含有ポリマーは、混合物の総重量の２０〜４０重量％を構成する。
【００３３】
好ましくは、炭素含有ポリマーは、混合物の総重量の２０〜３５重量％を構成する。
【００３４】
第一の電源投入段階の間に炉に供給される炭素含有供給源と他の炭素供給源の混合物は、第二の電源投入段階の間に供給される混合物と同じものであってよい。
【００３５】
あるいは、混合物は、材料および／または材料比率の点で、異なっていてよい。
【００３６】
典型的には、炭素含有供給源と他の炭素供給源の混合物の各成分のサイズおよび密度は、混合物の混合および炉への移送のための材料取扱要件を考慮して選択される。各成分を、炉から遠く離れた所で予備混合し、炉に近い所で混合物として貯蔵し、本方法の運転中に必要に応じて、パイプラインを経由して炉に供給することができる。あるいは、各成分を炉の近くで個別に貯蔵し、必要に応じて混合し、炉に移送することもできる。材料取扱の検討には、混合物を均質な混合物として、すなわち密度が実質的に均一で成分の偏析が最少である混合物として形成すること、および混合物を炉に効率的に、すなわちパイプの詰まりを回避しながら移送できることが含まれる。
【００３７】
典型的には、炭素含有供給源のサイズは、６ｍｍ未満、好ましくは４ｍｍ未満になるように選択される。
【００３８】
典型的には、本方法は、電源投入段階の間に、酸素含有ガス、例えば酸素、を炉の中に注入することを含む。
【００３９】
本方法は、本方法の進行中に、本明細書に記載されるようにスラグプロファイル(slag profile)を監視すること、および監視しているスラグプロファイルを考慮して炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物の注入を制御することを含んでしてもよい。
【００４０】
用語「スラグプロファイル」は、本方法の運転の指標を（直接または間接的に）示すスラグの特徴、例えば酸化鉄のレベル、を意味する。
【００４１】
スラグプロファイルは、連続的または断続的に監視することができる。
【００４２】
供給原料の最初のおよびさらなる装入物は、固体装入物でよい。一方または両方の装入物は、少なくともいくらかの溶融金属を含んでもよい。
【００４３】
本発明によれば、冶金用炉、例えば電気アーク炉、であって、前記炉中でフェロアロイを製造する方法の間に、（ｉ）スラグ発泡剤として作用可能な炭素含有ポリマーと（ｉｉ）別の炭素供給源の混合物を前記炉に供給するための材料取扱装置を備えた、炉も提供される。
【００４４】
典型的には、材料取扱装置は、炭素含有ポリマーおよび他の炭素供給源を貯蔵するための別個の複数のホッパーと、炭素含有ポリマーおよび他の炭素供給源を炉に移送するためのパイプラインと、炭素含有ポリマーおよび他の炭素供給源のそれぞれの供給ラインへの流量を、これらの材料の混合物がパイプライン中で形成し、炉に移送および供給されるように制御するための制御バルブとを備える。
【００４５】
典型的には、材料取扱装置は、混合物を取り込んでパイプラインに沿って混合物を移送するための送風機を備える。
【００４６】
典型的には、材料取扱装置は、炭素含有ポリマーを、他の炭素供給源を導入する地点の上流でパイプラインに供給するように配置する。
【００４７】
炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物は、任意の好適な装置によって炉に供給されてよい。
【００４８】
例えば、混合物は、炉の側部または天井部にある開口部を通して炉内に伸びる一個以上のランスを経由して、炉の中に注入することができる。
【００４９】
その他の注入方法の選択肢としては、側壁および／または天井を通って伸びる一個以上の一体化されたバーナー／注入装置および炉内に伸びる消耗型ランスがある。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明により電気アーク炉中で鋼を製造する方法の一実施態様に関する時系列である添付の図面を参照しつつ、例を用いて本発明をさらに説明する。
【００５２】
図に示される時系列の下記に述べる事項は、出願人のシドニーの電気アーク設備における試行過程で開発されたものである。
【００５３】
一般的に、フローシートを含む、出願人により試行の結果として開発された技術は、本明細書記載の非凝集炭素含有ポリマーと他の材料の混合、混合物の炉への供給、炉の上流における混合物の材料取扱、および炉中の温度計測および全体的な熱制御のような分野に焦点を当てたものであるが、これに限定されない。
【００５４】
他の電気アーク炉で鋼を製造するための適切な時系列をケース・バイ・ケースで容易に開発できるであろうことは容易に理解されうる。
【００５５】
この図面に関して、鋼の製造用の第一の固体供給原料を、スクラップ装入物の形態で電気アーク炉に２分間で供給する。
【００５６】
炉に装入した後、炉の電極に電力を供給し、酸素（または他の好適な酸素含有ガス）を炉中に注入する。電極と固体供給原料との間にアークを発生させ、それによって、固体装入物を徐々に融解させる熱を発生させる。
【００５７】
約３ＭＷｈの電力を炉に供給した後（これは典型的には第一の電源投入段階へ入ってから３分間経過後である）、石灰およびマグネシアの形態にある融材の炉中への注入を開始する。これらの材料は、炉中で生じる溶融材料上にスラグを形成するために供給される。３ＭＷｈの数値は、電極がスクラップを「貫通」して、炉の底部にある重質溶融物上にアークを生じるのに必要な電力に相当する。
【００５８】
約８ＭＷｈの電力を炉に供給した後（これは典型的には第一の電源投入段階へ入ってから８分間経過後である）、ゴムの形態にある非凝集炭素含有ポリマーとコークスの形態にある他の炭素供給源の混合物を、炉の中に注入する。８ＭＷｈの数値は、溶融材料の均一な浴および液体スラグが生じ始める時に相当する。混合物の注入を、一定流量で、第一の電源投入（および酸素注入）段階の最後まで４分間続行する。混合物は、炉の中に伸びるランスを経由して注入する。ゴム／コークス混合物は、燃料として作用し、ゴム／コークスの燃焼により発熱する。燃焼生成物を含むゴム／コークスは、国際公開公報に記載されているように、スラグ発泡剤としても作用する。
【００５９】
鋼の製造用の、スクラップ装入物の形態にある供給原料の第二の装入物を、第一の電源投入段階の最後に続く２分間の間に炉に供給する。
【００６０】
第二の供給原料装入物を装入した後、炉に対する電源投入および酸素（または他の好適な酸素含有ガス）注入を再開し、炉は第二の電源投入段階の運転を開始する。
【００６１】
第二の供給原料装入物に続いて約３ＭＷｈの電力が炉に供給された後（これは典型的には第二の電源投入段階へ入ってから３分間経過後である）、石灰およびマグネシアの形態にある融材を炉に供給し、炉中におけるスラグの所要レベルの維持をもたらす。
【００６２】
第一の供給原料装入段階から約２０ＭＷｈの電力が炉に供給された後（これは典型的には第二の電源投入段階でさらに５分間経過後である）、ゴムとコークスの混合物を、ランスを経由して炉の中に再度注入し、混合物の注入を、一定流量で、第二の電源投入（および酸素注入）段階の最後まで続行する。典型的には、第二の電源投入（および酸素注入）段階は２４〜２８分間に及ぶ。
【００６３】
第二の電源投入段階終了後、溶融鋼およびスラグを炉から２分間の間に排出させる。
【００６４】
排出の最後に、新しいスクラップの装入物を炉に供給して本方法を繰り返す前の、２分間のターンアラウンド時間がある。
【００６５】
出願人のシドニーおよびメルボルンの電気アーク炉設備における試行に基づいて今までに得られた結果から、本発明には下記の可能性があることが示される。
（ａ）スラグ発泡工程の速度が速くなる。
（ｂ）電気消費量の低減が達成される、これは石炭火力発電所で発電している場合、温室効果ガスの放出が減少することを意味する。
（ｃ）必要な注入材料の量が低減されることにより、全体的な製造コストが下がる。
（ｄ）「排出から、次の排出まで」の時間、すなわち１バッチの溶融鋼を製造するのに要する時間の尺度、が短縮されることにより、炉の生産性が向上する。
【００６６】
さらに、非凝集炭素含有ポリマーの使用は、埋め立て処理から転用する大きな可能性を有する。
【００６７】
上記の知見は、重大な成果である。
【００６８】
本発明の精神および範囲から離れることなく、上述した本発明の方法の実施態様に多くの修正を加えてもよい。
【００６９】
例を通じて実施態様を鋼の製造の内容について説明したが、本発明は、それに限定されず、フェロアロイの製造全般に拡張される。
【００７０】
さらに、実施態様を電気アーク炉における鋼の製造の内容について説明したが、本発明は、それに限定されず、任意の好適な冶金用容器における鋼およびフェロアロイの製造全般にも拡張される。
【００７１】
さらに、実施態様は、非凝集炭素含有ポリマーの使用を含むが、本発明は、それに限定されず、凝集炭素含有ポリマーの使用に拡張される。
【００７２】
さらに、実施態様は、非凝集炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物を、炉の中に伸びる２個以上のランスの１個を通して混合物を注入することにより供給することを含むが、本発明は、それに限定されず、任意の好適な装置を使用して混合物を炉の中に供給することにも拡張される。
【００７３】
さらに、実施態様は、炉に装入し、および他の材料を炉に装入するための特定の時間を含むが、本発明は、これらの時間に限定されず、任意の好適な時間にも拡張される。さらに、本発明は、炉に材料を連続的に装入する状況にも拡張される。
【００７４】
さらに、実施態様は、電源投入段階の一部で、非凝集炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物を一定流量で連続的に注入することを含むが、本発明は、それに限定されず、電源投入段階の間の断続的注入および／または可変流量、および必要であれば、本方法の他の非電源投入段階にも拡張される。
【００７５】
さらに、実施態様は、スラグ発泡剤として石灰およびマグネシアの使用を含むが、本発明は、それに限定されず、任意の好適な材料の使用にも拡張される。
【００７６】
さらに、実施態様は、石灰およびマグネシアを第一の電源投入段階の間および第二の電源投入段階の間に供給することを含むが、本発明は、それに限定されず、電源投入の間および電源投入の後に、これらの、および他の融材をスクラップと共に加えることにも拡張される。
【００７７】
さらに、実施態様は、本方法を二つの電源投入段階で運転することを含むが、本発明は、それに限定されず、一つまたは他の任意の好適な数の電源投入段階で運転することにも拡張される。
【００７８】
さらに、実施態様は、非凝集炭素含有ポリマーと他の炭素供給源の混合物の供給を記載しているが、本発明は、成分の一つだけを本方法の他の時間に供給することにも拡張される。
【図１】
0005490800.tif 000002