(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌ガスを吹き込んで溶鉄中のスクラップを溶解する方法において、前記攪拌ガスを吹き込む羽口が内管と外管とで構成される二重管であって、内管に炭化水素ガスを、外管に不活性ガスをそれぞれ流すことを特徴とするスクラップの溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、攪拌ガスを吹き込んで行うスクラップの溶解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉から出銑された溶銑をトピードカーあるいは溶銑鍋等に収容し、脱Ｐや脱Ｓ、脱Ｓｉなどの溶銑予備処理が従来から行われている。この溶銑予備処理では、各種精錬剤の添加とガス攪拌あるいは機械攪拌が行われ、必要に応じてスクラップが装入され、スクラップの溶解も行われている。
【０００３】
転炉では脱炭精錬が行われ、必要に応じてスクラップが装入され、スクラップの溶解が同様に行われている。
【０００４】
上記の溶銑予備処理および転炉におけるスクラップの溶解速度は、いずれの場合も、スクラップの溶解速度が小さく、それぞれの処理時間が長くなるという問題がある。
【０００５】
処理時間が長くなるため、溶銑予備処理でスクラップを少量にしか使用できないため溶銑生産量の増産が困難となる。同様に、転炉でのスクラップの溶解量も少量に限定され溶鋼生産量を増産することが困難となる。
以下、溶銑と溶鋼とを溶鉄ともいう。
【０００６】
特開平８−１２０３１５号公報には、底吹き羽口から吹き込む底吹きガスにより溶銑のガス攪拌を行うことによって、溶銑予備処理時にスクラップを溶解する方法が開示されている。この方法は、スクラップの最小厚みに応じて攪拌動力を設定することを特徴としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スクラップは、廃品回収から得られた鉄屑、自動車の一部あるいはすべてをプレスされたスクラップ塊、製鉄所内で発生する鋳片塊、圧延板の切断片等から構成され、一つ一つの形や大きさは千差万別であり、スクラップの最小厚みに応じて攪拌動力を設定することは、実質的に困難である。
【０００８】
本発明の目的は、スクラップの最小厚み等の条件に制約されないスクラップの溶解方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、下記の知見を得た。
（Ａ）精錬容器に入れられた各種スクラップは、溶鉄よりも比重が大きいため容器底部に沈み、互いに重なり合った状態で存在する。そのため、各種スクラップの重なり合った内側部分では溶鉄の流動は小さくスクラップの溶解速度は小さい。
【００１０】
（Ｂ）従来の溶銑予備処理あるいは転炉脱炭精錬で使用する攪拌ガスは、通常、ＡｒまたはＮ2 などの不活性ガスが用いられている。
【００１１】
しかし、これらの不活性ガスは、溶鉄中で大きな気泡を形成し易く、溶鉄中での上昇速度が大きく、スクラップとの接触時間が短くなり、スクラップの溶解速度が低下しやすい。
【００１２】
大径の気泡は、各種スクラップの重なり合った内側部分に入り込みにくく、各種スクラップの大部分を占める内側部分の溶解速度が非常に小さくなる。従って、スクラップ全体の溶解速度が低下する。
【００１３】
（Ｃ）攪拌ガスとして、Ｏ2 またはＣＯ2 のように溶鉄中の炭素と反応して下記反応式に示すように、攪拌ガスの２倍のガス量が発生する攪拌ガスもある。
【００１４】
２Ｃ＋Ｏ2 ＝２ＣＯ
Ｃ＋ＣＯ2 ＝２ＣＯ
この場合、攪拌ガスの２倍のガスが発生してスクラップ回りの気泡による攪拌促進が可能となる。また、上記反応にともなう生成熱により気泡周囲の温度が上昇し、スクラップの溶解に有利である。
【００１５】
しかし、気泡径は、前記不活性ガスとほとんど同じである。しかも、気泡の近傍の溶鉄中の炭素濃度が上記の反応により低下し、溶鉄の融点が上昇し、粘度が上昇する。この結果、攪拌ガス量が２倍に増加する効果が、溶鉄中の炭素濃度の低下および溶鉄の粘度上昇効果で相殺され、スクラップの溶解速度は、攪拌ガスとして不活性ガスを使用した場合と、ほとんど同じになる。
従って、Ｏ2 またはＣＯ2 は、スクラップの攪拌ガスには適さない。
【００１６】
（Ｄ）気泡径を小さくし、かつ、攪拌ガス量の増量が期待できるガス種を検討した結果、炭化水素ガスが有効であることが判明した。
【００１７】
例えば、炭化水素ガス：メタン（ＣＨ4 ）を攪拌ガスとして使用すると、下記反応式に示すように、Ｃと２分子のＨ2 ガスに熱分解する。
【００１８】
ＣＨ4 ＝Ｃ＋２Ｈ2
前記反応式のＣＯ生成の場合と異なって、炭化水素が溶鋼中で熱分解して生成するＨ2 ガスは気泡径が小さくなる。微細化された気泡は、各種スクラップの重なり合った内側部分へも回り込んでスクラップ全体の溶解速度が増大する。
【００１９】
（Ｅ）しかし、炭化水素ガスを溶鉄中に吹き込んだ場合、炭化水素の熱分解時の吸熱反応で冷却され、炭化水素ガスの吹き込み羽口近傍で溶鉄が凝固し、吹き込み羽口が閉塞しやすくなる。
【００２０】
（Ｆ）従来から、炭化水素ガスは、二重管羽口の内管に流す酸素の発熱をキャンセルするために、吸熱材として二重管羽口の外管に用いられている。
【００２１】
しかし、例えば、溶銑予備処理で使用する炭化水素ガスに見合った酸素を使用すると、炭化水素ガスの約１０〜３０倍の酸素を使用することが必要になり、ほとんどの構成を酸素が占めることになり、前記のとおり、スクラップの攪拌ガスには適さない。
【００２２】
（Ｇ）攪拌ガス吹き込み用羽口の金属製パイプは、溶鉄に接した耐火物内を貫通しており、常温の攪拌ガスをパイプに供給しても、攪拌ガスは、パイプ内を通過する間に、溶鉄の熱で加熱され温度が上昇しやすくなる。
【００２３】
従って、攪拌ガスとして炭化水素ガスを使用すると、前記パイプ内で熱分解し吸熱反応ため攪拌ガス吹き込み用羽口が冷却され、閉塞し易くなる。この溶鉄の熱を遮断するためには、炭化水素ガスが流れるパイプの外側に断熱領域を確保すればよい。この着想に基づき、羽口を二重管構造とし、内管に炭化水素ガスを、外管に不活性ガスを流す方式が最も良いことが判明した。
【００２４】
（Ｈ）上底吹き形式の２ton 試験転炉に収容した溶銑を使用して溶銑脱Ｓｉ脱Ｐ処理中でのスクラップの溶解を行い、溶解速度の試験を行った。
【００２５】
Ｃｕ含有スクラップ２００ｋｇを転炉内に予め装入し、温度１３００℃の溶銑中の［Ｐ］濃度が０．１重量％（以下、単に％で重量％を表す）の溶銑１８００ｋｇを注銑した。上吹き酸素は溶銑温度を約１３００℃に保てる程度の流量である１Ｎｍ3 /minを流し、脱Ｓｉ脱Ｐフラックスを添加してスクラップの溶解を行った。
【００２６】
攪拌ガスは、底吹きで吹き込み下記のＡ〜Ｃの方法で溶銑脱Ｓｉ脱Ｐ処理を行ない比較した。
【００２７】
Ａ：二重管羽口を用いて内管に炭化水素ガスとしてプロパン（以下、Ｃ3 Ｈ8 で表す）：０．２Ｎｍ3/min、外管にＡｒ：０．０２Ｎｍ3/minを流した。
【００２８】
Ｂ１：単管羽口を用いて、Ａｒ流量：０．２２Ｎｍ3/min（炭化水素ガスの熱分解前の総ガス流量と同じ）の流量を流した。
【００２９】
Ｂ２：単管羽口を用いて、Ａｒ流量：０．８２Ｎｍ3/min（炭化水素ガスの熱分解後の総ガス流量と同じ）の２を流量を流した。
【００３０】
Ｃ：単管羽口を用いて、炭化水素ガスとしてＣ3 Ｈ8 ：０．２Ｎｍ3/minを流した。
【００３１】
なお、スクラップ中のＣｕ含有量は、５％であり、注銑前の溶銑中Ｃｕ濃度は０％であった。スクラップの溶解中の溶銑のサンプルを３０秒間隔で連続採取して溶銑中のＣｕ濃度変化を測定し、Ｃｕ濃度が一定になるまでの時間をスクラップの溶解時間とした。
【００３２】
その結果、ＡおよびＣの方法では溶解時間は２４０秒であり、Ｂ１の方法では、１０４０秒、Ｂ２方法では、６００秒必要であった。
【００３３】
以上から、炭化水素ガスを使用したスクラップの溶解速度が大きいことが確認できた。
なお、溶銑脱Ｓｉ脱Ｐの実際の操業での想定処理時間は５４０秒である。
【００３４】
また、上記のＣの方法の２４０秒は、所定の流量が流れたチャージの平均値である。
Ｃの方法では、２０チャージ同一条件で実験した場合に、所定の炭化水素ガス流量が流れたのは１８チャージであり、残りの２チャージでは羽口閉塞傾向となりが０．１５Ｎｍ3/minしか流れなかったが、Ａの方法では、全チャージで安定的に所定の炭化水素流量が流れた。
【００３５】
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。
【００３６】
（１）攪拌ガスを吹き込んで溶鉄中のスクラップを溶解する方法において、前記攪拌ガスを吹き込む羽口が内管と外管とで構成される二重管であって、内管に炭化水素ガスを、外管に不活性ガスをそれぞれ流すことを特徴とするスクラップの溶解方法。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施は、脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｓなどの溶銑予備処理におけるスクラップ溶解、転炉または電気炉等におけるスクラップ溶解に適用できる。
【００３８】
以下は、転炉における実施形態について説明する。
転炉では、溶銑装入前にスクラップを装入する。溶銑装入後、転炉炉口上部から転炉吹錬用ランスを転炉内に降下させ、酸素吹酸を行う。酸素吹酸の際に、炉底部に設けた単管羽口から炭化水素ガス、あるいは、内管と外管とで構成される二重管羽口の内管から炭化水素ガス、外管から不活性ガスを吹き込む。
【００３９】
二重管羽口の場合、内管、外管の２つのパイプ（ステンレス製）から構成されている。この二本のパイプの中間部（スリット部）には、クリアランスを一定にするためにスペーサーを設置、あるいは、いずれかのパイプに切り込みを入れて使用することが望ましい。
【００４０】
炭化水素ガスはメタン（ＣＨ4 ）、エタン（Ｃ2 Ｈ6 ）、プロパン（Ｃ3 Ｈ8 ）、ブタン（Ｃ4 Ｈ10）などのガスを単独あるいは混合して用い、不活性ガスとしてはＡｒまたはＮ2 ガス等の他に、ＣＯまたはＣＯ2 などのガスを単独あるいは混合して用いる。
【００４１】
二重管羽口の場合、炭化水素ガスと不活性ガスとの使用体積比率（炭化水素ガス／不活性ガス）は、１〜１００である。好ましくは、２〜５０である。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
本発明例１：２５０ton 転炉にスクラップを約２５ton 事前添加した後、溶銑を転炉に注銑し脱Ｐ処理を行った。
【００４３】
転炉底部の二重管羽口を使用し、攪拌ガスとして、内管にＣ3 Ｈ8 を２０Ｎｍ3/min、外管にＡｒを２Ｎｍ3 /min流し、転炉底吹き方式で行った。
酸素上吹き流量は、１２５Ｎｍ3/minとした。
【００４４】
試験は、５００チャージ実施した。
処理前の溶銑中の［Ｐ］濃度は、約０．１重量％であったが、溶銑中の［Ｐ］濃度が０．０２重量％以下にするため９分間の脱Ｐ処理を行った。
スクラップの解け残りチャージ比は、０／５００であった。
【００４５】
本発明例２：本発明例１と同条件下で、二重管羽口を単管羽口に変えて、Ｃ3 Ｈ8 を２０Ｎｍ3/min流した。
スクラップの解け残りチャージ比は、２／５００であった。
また、所定の流量の８０％以下しか流れなかったチャージの発生率は８％であった。
【００４６】
比較例１：本発明例１と同条件下で、二重管羽口を単管羽口に変えて、Ａｒを２２Ｎｍ3/min流した。
スクラップの解け残りチャージ比は、２７３／５００であった。
【００４７】
比較例２：本発明例１と同条件下で、二重管羽口を単管羽口に変えて、Ｃ3 Ｈ8 の熱分解（Ｃ3 Ｈ8 →３Ｃ＋４Ｈ2 ）後のガス流量に相当するＮ2 ガスを加えたＡｒ８２Ｎｍ3/min流した。
スクラップの解け残りチャージ比は、１４０／５００であった。
【００４８】
（実施例２）
本発明例１：２５０ton 転炉にスクラップを約２５ton 事前添加した後、溶銑を転炉に注銑し脱炭吹錬を行った。
【００４９】
二重管羽口を使用し、攪拌ガスは、内管にＣ3 Ｈ8 を２０Ｎｍ3/min、外管にＡｒを２Ｎｍ3/min流し、転炉底吹き方式で行った。
酸素上吹き流量は、１２５Ｎｍ3/minとした。
試験は、５００チャージ実施した。
【００５０】
約１０分間の脱炭吹錬で溶鋼中の［Ｃ］濃度が約０．０５％まで脱炭を行った。
スクラップの解け残りチャージ比は、０／５００であった。
【００５１】
本発明例２：本発明例１と同条件下で、二重管羽口を単管羽口に変えて、Ｃ3 Ｈ8 を２０Ｎｍ3/min流した。
スクラップの解け残りチャージ比は、１／５００であった。
【００５２】
比較例１：本発明例１と同条件下で、二重管羽口を単管羽口に変えて、Ａｒを２２Ｎｍ3/min流した。
スクラップの解け残りチャージ比は、３３４／５００であった。
【００５３】
比較例２：本発明例１と同条件下で、二重管羽口を単管羽口に変えて、Ｃ3 Ｈ8 の熱分解（Ｃ3 Ｈ8 →３Ｃ＋４Ｈ2 ）後のガス流量に相当するＮ2 ガスを加えたＡｒ８２Ｎｍ3/min流した。
スクラップの解け残りチャージ比は、１８０／５００であった。
【００５４】
また、溶鉄粒がスピッティングとなり転炉の炉口地金付着が著しくなり、連続操業ができなかったためデータは採取できなかった。
【００５５】
以上の実施例１および２から、本発明例が比較例より溶銑予備処理や転炉脱炭精錬においてスクラップの溶解を高速で行えることが確認できた。
【００５６】
【発明の効果】
本発明により、スクラップの最小厚み等の条件に制約されないでスクラップの溶解を高速で行うことが可能である。