(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉄に酸素または酸素含有物を添加する精錬炉において、該精錬炉内の溶鉄中に炭化水素を添加し、該精錬炉内で発生する排ガス中の水素濃度を２〜２０容量％とすることを特徴とする溶鉄の精錬方法。
【請求項２】
炭化水素の添加速度を制御して排ガス中の水素濃度を２〜２０容量％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】
排ガスを燃料ガスとして回収することを特徴とする請求項１または２に記載の溶鉄の精錬方法。
【請求項４】
炭化水素を多重管の最外管以外の流路から溶鉄中に添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶鉄の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鉄に酸素または酸素含有物を添加する精錬方法に関し、特に炭化水素を攪拌ガスとして使用する溶鉄の精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精錬炉（転炉やＡＯＤ等）や予備処理炉（トピード、取鍋等）では、溶鉄の脱炭、脱りんまたは脱珪などの精錬を行っている。これらの各種の炉（以下、総称して精錬炉ともいう）で溶鉄に酸素または酸素含有物を添加して精錬が行われ、攪拌ガスとしてＣＯ、ＣＯ2 、Ａｒ、Ｎ2 等が使用されている。
【０００３】
例えば、底吹き転炉や上底吹き転炉では、特開平５−１７９３３２号公報に示されているように、底吹き二重管羽口を用いて内管から酸素、外管から冷却用の炭化水素が添加されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
同公報には、炭化水素の過剰添加は不経済であるという観点から可能な限り低減することが提案されているが、炭化水素の分解によって発生する水素を積極的に攪拌ガスとして活用するという考え方はなく、炭化水素の添加は専ら酸素ガスの冷却ガスとしての機能が重視されていた。
【０００５】
本発明の目的は、溶鉄に酸素または酸素含有物を添加し、炭化水素を攪拌ガスとして添加する精錬方法において、炭化水素を溶鉄の攪拌ガスとして使用し鉄歩留まりが大きく、発熱量の高い燃料ガスを得ることが可能な精錬方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、溶鉄に酸素または酸素含有物を添加する精錬時に炭化水素を攪拌ガスとして用いる試験を重ねた結果、下記の知見を得た。
（Ａ）炭化水素の添加速度が小さ過ぎる場合には発生した水素ガスは溶鉄中に溶解してしまい攪拌には全く寄与しないこと、炭化水素の添加速度が大き過ぎる場合には発生した水素ガスのほとんどが吹き抜け状態となり攪拌には全く寄与しないことがわかった。
（Ｂ）この炭化水素の添加速度の大小は一義的に定められるものではなく、例えば同じ炭化水素の添加速度であっても、精錬前の溶鉄中の水素濃度や精錬中の溶鉄成分によって定まる水素の飽和溶解度が異なれば、溶鉄中への溶解に消費される水素量は変化し、分解水素が吹き抜け状態になる水素量も変化する。そのため添加した炭化水素が攪拌に寄与する割合も変化する。
（Ｃ）添加した炭化水素の攪拌効果を評価する方法を検討した結果、排ガス中の水素濃度をある特定範囲とすることにより攪拌効果を大きくすることができ、鉄歩留まりが大きく、しかも排ガスを発熱量の高い燃料ガスとして回収することが可能であることがわかった。
【０００７】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記のとおりである。
（１）溶鉄に酸素または酸素含有物を添加する精錬炉において、該精錬炉内の溶鉄中に炭化水素を添加し、該精錬炉内で発生する排ガス中の水素濃度を２〜２０容量％とすることを特徴とする溶鉄の精錬方法。
（２）炭化水素の添加速度を制御して排ガス中の水素濃度を２〜２０容量％とすることを特徴とする上記（１）に記載の溶鉄の精錬方法。
（３）排ガスを燃料ガスとして回収することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の溶鉄の精錬方法。
（４）炭化水素を多重管の最外管以外の流路から溶鉄中に添加することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の溶鉄の精錬方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、溶鉄に酸素または酸素含有物を添加し、攪拌ガスとして炭化水素を使用する精錬炉において適用できる。
【０００９】
精錬炉としては、転炉やＡＯＤなどの精錬炉に加えて、鍋、トピードなどの輸送容器も使用できる。
【００１０】
これらの精錬炉を使用して、溶鉄の脱硅、脱りん、脱炭などの溶鉄処理精錬を行なうことができる。
【００１１】
使用する酸素は、例えば工業用の純酸素が使用でき、酸素含有物は、鉱石等の酸化鉄が使用できる。
【００１２】
炭化水素は攪拌用に添加され、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ6 、Ｃ3 Ｈ8 、Ｃ4 Ｈ10などを単独あるいは混合して用いることができる。
【００１３】
また、例えば炭化水素としてＣ3 Ｈ8 を使用した場合には、下記の分解反応で１ｍｏｌのＣ3 Ｈ8 から４ｍｏｌの水素が生成する。この増量効果と水素の効果で攪拌が促進される。
【００１４】
Ｃ3 Ｈ8 ＝３Ｃ＋４Ｈ2
以下に、転炉で脱炭精錬する例で本発明を具体的に説明する。
（１）転炉吹錬において炭化水素を底吹きしながら溶鉄の炭素濃度を０．０５％まで酸素吹錬し、この吹錬終了時（以下、終点ともいう）にスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度を測定する。
（２）スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度は、酸素吹錬での鉄歩留まりの指標でありその濃度が高いほど、溶鉄が酸素により酸化されて酸化鉄となり鉄歩留が低下することを示す。
【００１５】
図１は酸素吹錬時の排ガス中の水素濃度と終点でのスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度との関係を示すグラフである。
【００１６】
排ガス中の水素濃度が２容量％（以下、単に％で容量％を表す）未満では底吹きした炭化水素の分解により発生した水素は、溶鉄中での溶解に消費されて溶鉄の攪拌に寄与しないためスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度が高く、鉄歩留まりが低下する。また、排ガス中の水素濃度が２０％超では分解生成した水素が吹き抜け状態となり、同様にスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度が高く、鉄歩留まりが低下する。
【００１７】
ここで、溶鉄の攪拌効果とスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度との関係は、次のように考えることができる。
【００１８】
攪拌効果が大きいと酸素と炭素が反応し易くなり、相対的に鉄と酸素との反応が抑制されスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度を低く抑制でき、鉄歩留まりの低下も抑制できる。
【００１９】
一方、攪拌効果が小さいと酸素と炭素の反応が困難となり、相対的に大部分を占める鉄と酸素との反応が容易となりスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度が高くなり、鉄歩留まりも低下する。
【００２０】
以上から、本発明では排ガス中の水素濃度を２〜２０％に管理することでスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度を低く抑制でき、鉄歩留まりの低下も抑制できることがわかった。
【００２１】
排ガス中の水素濃度を２〜２０％に制御する手段は種々あるが、最も効果的な方法が炭化水素の添加速度を調整する方法であることがわかった。
【００２２】
炭化水素の添加速度を調整する際には、排ガス中の水素濃度をリアルタイムで観測し炭化水素の添加速度を調整することが望ましい。
具体的には、０．０１３〜０．２m3 (標準状態） /min・ｔである。
【００２３】
なお、従来は単に冷却用であるため、０．００５〜０．０１２m3 (標準状態）/min・ｔであった。
【００２４】
また、鋼種や精錬前条件がある程度一定している場合には、経験的に定めることができる炭化水素の添加速度で排ガス中の水素濃度を２〜２０％に制御してもよい。
【００２５】
脱炭反応で生じたＣＯガスを回収して燃料ガスとして使用することは、周知であるが、さらに排ガス中に水素が含有されれば、発熱量の高い燃料ガスとして使用することができる。
【００２６】
図２は、排ガス中の水素濃度と排ガス発熱量指数との関係を示すグラフである。
【００２７】
なお、排ガス発熱量指数とは、排ガス中の水素濃度が０．２％のときの排ガス発熱量を基準に指数化したものである。
【００２８】
同図に示すように、排ガス中の水素濃度が２％以上では、排ガスの発熱量を高くする効果が顕著になり、２０％超では水素吹き抜けによる攪拌効果が低下し、脱炭速度が低下し、その結果排ガス中のＣＯ濃度が低下するため、排ガスの発熱量は頭打ちとなる。
【００２９】
上記の結果から、水素含有排ガスを回収して燃料ガスとして利用するには、排ガス中の水素濃度範囲を２〜２０％とするのがよい。望ましくは、５〜１５％である。
【００３０】
排ガスを燃料ガスとして回収する方法は、転炉ガス等の回収に一般的に使用されている方法でよい。すなわち、排ガスを炉口フードを使用して吸引し、集塵装置で除塵した後にガスホルダータンクに回収する方法等が使用できる。
【００３１】
炭化水素の添加口は、単管でもよいが、炭化水素の分解は吸熱反応であり、添加口が冷却され、溶鉄が添加口に固着し易くなり、炭化水素の流量制御等が困難になるおそれがある。従って、添加口の炭化水素分解時の冷却を防止するために、二重管または三重管等の多重管を用いることが望ましい。
【００３２】
すなわち、添加口に二重管を使用する場合、内管に炭化水素を供給し、外管に不活性ガスを供給することにより、外側の不活性ガスが断熱材の役目を果たし添加口の冷却を防止することができる。
【００３３】
また、添加口の大きさに余裕があれば、三重管も有効であり、最も内側の内管または内管の外側の中管に炭化水素を供給し、最も外側の外管に不活性ガスを供給することにより、最も外側の外管を通る不活性ガスが断熱材の役目を果たし添加口の冷却を防止することができる。
【００３４】
多重管に供給される断熱用の不活性ガスとしてはＡｒ、Ｎ2 、ＣＯ、ＣＯ2 などが単独あるいは混合したもので使用できる。
【００３５】
【実施例】
２５０トン転炉に溶鉄を装入し、底吹き羽口から攪拌ガスを添加して溶鉄を攪拌しつつ上吹きランスから酸素を上吹きして吹錬を行った。底吹き羽口の添加口は二重管構造で、内管に炭化水素としてＣ3 Ｈ8 を、外管にＡｒガスを流した。
【００３６】
上吹き酸素流量は７５０m3 (標準状態）/minとして、炭素濃度０．０５％まで脱炭吹錬した。吹錬開始後、排ガスを炉口フードの集塵装置で回収し除塵した後に回収タンクに収容し、精錬中の排ガス中の水素濃度はオンラインでモニターした。
【００３７】
排ガス中の水素濃度は底吹きに用いた炭化水素の流量を調整することで行った。
表１に排ガス中の水素濃度とスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度および排ガス発熱量指数との関係を示した。
【００３８】
【表１】
0003646591.tif 000002
【００３９】
なお、Ｎｏ．１の試験は、炭化水素を導入しなかった場合であるが、排ガス中には０．２％の水素が存在しており、この水素分は、副原料あるいは耐火物中の水分によるものと考えられる。
【００４０】
排ガス発熱量指数は、この炭化水素を導入しなかったＮｏ．１の試験での発熱量を基準にした指数で表している。
【００４１】
同表に示すように、排ガス中の水素濃度が２〜２０％の範囲にあれば、スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度を１４％以下にすることができ、排ガス発熱量指数を１．２にすることができた。
【００４２】
この結果、鉄歩留まりが大きく、排ガスの発熱量の高い燃料ガスを得ることができた。
【００４３】
【発明の効果】
本発明により、溶鉄の攪拌効果を大きくすることにより鉄歩留まりが大きく、発熱量の高い燃料ガスを得ることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸素吹錬時の排ガス中の水素濃度と終点でのスラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度との関係を示すグラフである。
【図２】排ガス中の水素濃度と排ガス発熱量指数との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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