(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉内にスクラップを装入するに際して、装入するスクラップ量を全装入原料に対して１５重量％以上とし、高炉内原料装入頂部においてスクラップとコークスとが均一に混合された状態になるように装入することを特徴とする高炉へのスクラップ装入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高炉の生産性および操業安定性を確保しながら、比較的多量のスクラップを高炉で溶解できる高炉へのスクラップ装入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクラップは従来、電気炉やキュポラによって溶解され、鋼として再利用されているが、電気炉の電力費やキュポラ用コークスの価格が高くかつ熱効率が悪いので、製造コストが高くなる欠点があった。このため大量生産ができ、かつ熱効率の良い高炉において、鉄鉱石に代わる鉄源としてスクラップの溶解、製錬を行うことが期待されている。
【０００３】
この場合、スクラップの高炉内への装入方法は、例えば特開昭62-127411 号公報に示されているが、スクラップを装入コンベア上に直接切り出すとコンベアベルトを損傷させるという問題点があるため、これを避けるためにスクラップホッパは常に装入コンベア上の鉱石類ホッパの最下流側に設置し、かつ鉱石類ホッパから装入コンベア上に切り出された鉱石類の上にスクラップを切り出すようにしている。すなわち、スクラップを鉱石類に混合して高炉内に装入する方法が一般的であった。
【０００４】
しかし、この方法により高炉内に装入されたスクラップはその軟化・溶融挙動が鉱石や焼結鉱と異なるために、軟化・溶融過程において鉱石層中に不均一な通気吹き抜け部を生成し、炉内ガス流分布を乱し、高炉の安定操業を阻害していた。そしてこの傾向はスクラップ使用比率が多ければ多いほど問題となった。
また、特開平5-295410号公報には高炉の炉頂中心部にスクラップあるいは粒鉄を集中させて装入し、炉芯部に炭素未飽和の鉄の液滴を滴下させることにより炉芯部に蓄積している粉コークスを選択的に消費させ、高炉操業の安定を図る方法が開示されている。
【０００５】
しかし、この方法は炉中心部にのみスクラップを装入する方法であるので本質的に多量のスクラップを使用する技術ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決し、高炉の生産性および操業安定性を確保しながら、比較的多量のスクラップを高炉で溶解できる高炉へのスクラップ装入方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題解決のための手段】
本発明は、高炉内にスクラップを装入するに際して、装入するスクラップ量を全装入原料に対して１５重量％以上とし、高炉内原料装入頂部においてスクラップとコークスとが均一に混合された状態になるように装入することを特徴とする高炉へのスクラップ装入方法である。
【０００８】
【作用】
スクラップは緻密な金属であり、その融点が1530℃と銑鉄の1140℃に比較して著しく高い。鉄鉱石を高炉で還元する場合、炉内で昇温、還元され海綿鉄を生成するとともに軟化し、融着層を形成し、コークスとの接触により浸され、次いで溶解、滴下する。一方、スクラップの場合には、炉内で軟化しにくく、スクラップを単独に高炉に装入する場合や鉱石類と混合して高炉に装入する場合は、コークスとの接触面積が狭く侵炭、溶解に時間がかかるという問題点がある。
【０００９】
本発明者らは、スクラップを高炉で多量使用した場合に従来に比べて炉内がどのように変化するかを広範に実験・検討した結果、
(1) 軟化融着帯が羽口レベルよりも下に下がり、炉下部の通気、通液を悪化させ炉の安定操業を阻害する。
(2) 滴下帯で溶解しきれないスクラップが羽口に当り、羽口を座屈させる。
(3) 侵炭が不十分な溶融スクラップの滴下により炉壁部及び炉床部の炭素系耐火物を侵食してしまう。
等の問題が発生することを見出した。
【００１０】
本発明者らは、何故このような現象が発生するのかを把握するために、スクラップの高炉内での溶解挙動、すなわち荷重、昇温・還元、軟化・溶融挙動をシミュレートした荷重軟化実験を行った。図２は荷重軟化実験装置の概略説明図である。この装置は常用1600℃、最大1800℃で用いることのできる雰囲気タンマン炉10で高炉炉内環境を正確に再現する装置であり、100mm 径の黒鉛るつぼ１、黒鉛発熱体２、混合ガス供給装置３、ガス予熱炉４、荷重負荷装置５から主に構成される。なお、図中ＴＣ１、ＴＣ２、ＴＣ３は温度計である。また、６は荷重負荷用黒鉛ロッド棒、７は 165mm径、長さ1100mmのアルミナ炉芯管であり、黒鉛るつぼ１中には、スクラップ８とコークス９が装入されている。なお、11は滴下物サンプリング装置、12はガスサンプリング装置、13はその分析計である。
【００１１】
コークス９とスクラップ８を図３（ａ）に示すように層状装入した場合と図３（ｂ）に示すように混合装入した場合の、滴下速度、滴下スクラップ中炭素濃度、るつぼの侵食等を測定した。この時の試料装入量は表１に示すように、スクラップとコークスとの装入体積（嵩）を同じにするように設定した。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
昇温速度10℃/minで1600℃まで加熱し、その後は1600℃で保持した。このときの荷重はいずれも2.5kg/cm2 とした。
滴下量の時間変化を図４に、滴下スクラップ中の炭素濃度の時間変化を図５に示した。
図４に示すように、図２の滴下物サンプリング装置11により採取されたスクラップの重量の時間変化から求めたスクラップの滴下速度は混合装入の方が速いことがわかる。
【００１４】
図５に示す滴下したスクラップ中に含まれる炭素濃度の時間変化から、混合装入の方はスクラップが炭素飽和状態になって滴下しているのに対し、層状装入では未飽和で滴下していることがわかる。
実験終了後、るつぼの重量（Ｗ）を測定したが、その消耗率（Ｗ／Ｗ0 ）を図６に示す。なお、Ｗ0 は実験開始前のるつぼの重量である。これより層状装入では、スクラップがるつぼを侵食したため、大幅に重量が減少していることが分かる。
【００１５】
以上のように、これらの実験結果からスクラップとコークスの混合装入の場合はスクラップとコークスの層状装入の場合と比較して（ａ）溶け落ち速度が極端に速くなり、（ｂ）溶け落ち溶鉄中の炭素濃度が飽和状態になり、炉床、炉壁の耐火物を損傷する可能性が低減することが分かった。
本発明では、スクラップとコークスを混合して装入するので、上述したような作用・効果を伴い、多量にスクラップを装入した場合にも、高炉の生産性および操業の安定性が達成できると考えられる。
【００１６】
なお、スクラップの素性・種類は、特に限定されないが、自家発生屑の鋼屑（磁選済）やシュレッダー屑等が望ましい。また、そのサイズは、前処理等により50から 200mm程度に揃えておくことが望ましい。
また高炉への装入順は、スクラップとコークスの混合装入に次いで鉱石類（焼結鉱）を装入してもよく、スクラップが比較的少量のときはコークスの単一装入に次いでスクラップとコークスの混合装入、次いで鉱石類（焼結鉱）を装入してもよい。
【００１７】
【実施例】
内容積4500Nm3 の高炉を用いてスクラップ装入操業を従来法および本発明法により行った。
従来法では、ベルトコンベアー上にまず焼結鉱を切出し、その上にスクラップを切り出した。この場合スクラップはほぼ均一に焼結鉱と混合し、炉内に装入される。なお、この場合スクラップの装入量は全装入原料の１５重量％とした。
【００１８】
一方、本発明法では、ベルトコンベアー上にまずコークスを切り出し、その上にスクラップを切り出した。この場合スクラップはほぼ均一にコークスと混合し、炉内に装入される。なお、この場合スクラップの装入量は、約１００日間全装入原料の１５重量％とし、次の約１００日間全装入原料の２５重量％とした。
なお、いずれもスクラップはサイズ 150mm以下の国内市中屑のシュレッダー屑由来のものを使用した。またコークス比はいずれも一定の 450kg/tとし、送風温度、送風圧力もそれぞれ1200℃、3.5kg/cm2 を目標にした。
【００１９】
従来法および本発明法での高炉操業結果を図１に示す。
従来法では、羽口から未溶融のスクラップの塊が頻繁に観察され、さらにその未溶融スクラップの降下によると思われる羽口の座屈トラブルも頻発した。融着帯根部高さの変動によると推定される送風圧力の変動も大きく、全装入原料中に占めるスクラップの比率は15％程度が限度であった。また出銑量は約 9000 ｔ／日であった。
【００２０】
一方、本発明法では、スクラップの溶解が促進され、未溶融のスクラップが羽口レベルまで降下してくることはほとんどなくなり、結果として羽口の座屈発生件数もほぼ０となった。送風圧力の変動も大幅に減少し、全原料中に占めるスクラップの比率を大幅に上昇させることができ、溶銑コストの低減が可能となった。また出銑量は約 11000ｔ／日であった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、スクラップとコークスとを混合して高炉に装入するので、スクラップの溶解が促進され、高炉操業を安定化することができた。その結果、従来不可能であった、高いスクラップ比での安定した高炉操業が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来法ならびに本発明法での高炉操業結果を示すグラフ。
【図２】荷重軟化実験装置の概略説明図。
【図３】荷重軟化実験のスクラップとコークスの装入状態を示す説明図。
【図４】スクラップとコークスの装入方法とスクラップの滴下速度の関係を示すグラフ。
【図５】スクラップとコークスの装入方法と炭素濃度の時間変化を示すグラフ。
【図６】実験終了後のるつぼ重量の消耗率を示すグラフ。
【符号の説明】
１  黒鉛るつぼ
２  黒鉛発熱体
３  混合ガス供給装置
４  ガス予熱炉
５  荷重負荷装置
６  荷重負荷用黒鉛ロッド棒
７  アルミナ炉芯管
８  スクラップ
９  コークス
10  雰囲気タンマン炉
11  滴下物サンプリング装置
12  ガスサンプリング装置
13  ガス分析計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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