(57)【要約】【課題】竪型スクラップ溶解炉を用いた鉄系スクラップを原料とする溶銑の製造方法において、安定した操業を行いつつ、溶銑を高い生産性で且つ低コストに製造する。【解決手段】炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部の複数の羽口から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップを溶解する方法であって、熱風に酸素を富化し、且つ炉内に装入する鉄系スクラップ及び／又はコークスを事前に乾燥処理又は予熱する。炉内での酸素の供給が適正化されることでコークスの燃焼と鉄系スクラップの溶解が炉全体で適切に生じ、しかも炉頂温度の低下が抑えられることで排ガス管内での腐食性ガスの結露やダストの炉内蓄積などが抑えられる。このため、炉頂温度の低下による操業上のトラブルを生じることなく、溶銑を高い生産性で且つ低コストに製造することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型スクラップ溶解炉において、炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップを溶解することにより溶銑を製造する方法であって、
前記熱風に酸素を富化し、且つ炉内に装入する鉄系スクラップ及び／又はコークスを事前に乾燥処理及び／又は予熱することを特徴とする竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑製造方法。
【請求項２】
鉄系スクラップ及び／又はコークスを、下記（1）式を満足するように乾燥処理及び／又は予熱することを特徴とする請求項１に記載の竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑製造方法。
ΔＴs＋(2×ΔＴc×Ｃo)／1000＋50×ΔＷs＋(50×Ｃo×ΔＷc)／1000
≧GTt−GTm    …(1)
ただし、
ΔＴs（℃）：予熱による鉄系スクラップ温度の上昇幅
ΔＴc（℃）：予熱によるコークス温度の上昇幅
ΔＷs（mass％）：乾燥処理及び／又は予熱による鉄系スクラップ水分含有率の低下幅
ΔＷc（mass％）：乾燥処理及び／又は予熱によるコークス水分含有率の低下幅
Ｃo（kg/溶銑ton）：コークス比
GTt（℃）：炉頂部における目標排ガス温度
GTm（℃）：炉頂部における実績排ガス温度
【請求項３】
算術平均粒径が１２０ｍｍ以下のコークスを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竪型スクラップ溶解炉を用い、コークスの燃焼熱により鉄系スクラップを溶解して溶銑を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、竪型溶解炉を用いて鉄系スクラップを溶解するプロセスが知られており（例えば、特許文献１）、このプロセスでは、竪型溶解炉の炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口（送風羽口）から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップを溶解することにより溶銑が得られる。
【特許文献１】特開昭５６−１５６７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようなプロセスにおいて鉄系スクラップを溶解し、溶銑を製造する場合、以下のような問題がある。
（1）生産量を高めるには送風酸素富化が有効であるが、この酸素富化を行うと炉頂温度が低下し、腐食性ガスが結露して排ガス管の腐食を引き起こしたり、ダストが排出されずに炉内に蓄積し、ガス通気性が低下するなどの問題を生じる。
（2）使用するコークスの粒径が小さいと、コークスが早く燃焼してしまうため、燃焼により生じたＣＯ２が炉内を上昇する過程でコークスと反応する、所謂ソリューションロス反応（吸熱反応）が生じやすくなり、このため発熱量が下がり、出銑量が低下するという問題がある。これを防止するためには、高価な鋳物用コークスの使用比率を高める必要があり、製造コストの上昇を招いてしまう。
【０００４】
したがって本発明の目的は、以上のような課題を解決し、竪型スクラップ溶解炉を用いて鉄系スクラップを溶解し、溶銑を製造する方法において、安定した操業を行いつつ、溶銑を高い生産性で且つ低コストに製造することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、炉装入原料（鉄系スクラップ、コークス）を乾燥・予熱し、好ましくはその条件を最適化することにより、上記課題を適切に解決できることを見出した。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
【０００６】
［1］竪型スクラップ溶解炉において、炉頂部から鉄系スクラップとコークスを装入し、炉下部に設けられた複数の羽口から熱風を吹き込み、コークスの燃焼熱で鉄系スクラップを溶解することにより溶銑を製造する方法であって、
前記熱風に酸素を富化し、且つ炉内に装入する鉄系スクラップ及び／又はコークスを事前に乾燥処理及び／又は予熱することを特徴とする竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、鉄系スクラップ及び／又はコークスを、下記（1）式を満足するように乾燥処理及び／又は予熱することを特徴とする竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑製造方法。
ΔＴs＋(2×ΔＴc×Ｃo)／1000＋50×ΔＷs＋(50×Ｃo×ΔＷc)／1000
≧GTt−GTm    …(1)
ただし、
ΔＴs（℃）：予熱による鉄系スクラップ温度の上昇幅
ΔＴc（℃）：予熱によるコークス温度の上昇幅
ΔＷs（mass％）：乾燥処理及び／又は予熱による鉄系スクラップ水分含有率の低下幅
ΔＷc（mass％）：乾燥処理及び／又は予熱によるコークス水分含有率の低下幅
Ｃo（kg/溶銑ton）：コークス比
GTt（℃）：炉頂部における目標排ガス温度
GTm（℃）：炉頂部における実績排ガス温度
【０００７】
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、算術平均粒径が１２０ｍｍ以下のコークスを用いることを特徴とする竪型スクラップ溶解炉を用いた溶銑製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、生産性を高めるために排ガス量が増大しても、送風酸素富化を行い且つ炉装入原料を事前に乾燥・予熱することにより、炉内での酸素の供給が適正化されることでコークスの燃焼と鉄系スクラップの溶解が炉全体で適切に生じ、しかも炉頂温度の低下が抑えられることで排ガス管内での腐食性ガスの結露やダストの炉内蓄積などが抑えられる。このため、炉頂温度の低下による操業上のトラブルを生じることなく、溶銑を高い生産性で且つ低コストに製造することができる。また、算術平均粒径が１２０ｍｍ以下の小粒径のコークスを使用しても同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明で用いる竪型スクラップ溶解炉（以下、単に「溶解炉」という）とその基本的な操業形態を模式的に示している。図において、１は炉頂に設けられる原料装入部、２は炉下部の周方向において適当な間隔で設けられる複数の羽口（送風羽口）、３はこの羽口２に熱風を供給する熱風管、４は排ガス出口、５は出銑口である。この溶解炉の大きさ等に本質的な制限はないが、実質的に操業可能若しくは操業上有利なサイズとして、通常は、羽口位置での炉内径が２〜４ｍ程度、炉高が６〜１０ｍ程度である。
図２は、羽口２の拡大図であり、この例では、羽口２を構成する羽口管２０の先端部が炉内壁６から炉内に突き出ている。この羽口数に制限はないが、通常、４〜１０本程度である。
【００１０】
このような溶解炉では、炉頂の原料装入部１から鉄系スクラップとコークスを装入するとともに、複数の羽口２から熱風を吹き込み、コークスの燃焼ガスの熱で鉄系スクラップを溶解し、溶銑とする。生成した溶銑は炉底部の出銑口５から炉外に取り出される。
原料である鉄系スクラップとコークスは、炉内に同時に装入してもよいし、交互に装入してもよい。また、主たる炉装入原料は鉄系スクラップとコークスであるが、それ以外に、例えば、銑鉄、還元鉄、ダスト・スラッジ類の塊成物、鉄鉱石等の鉄源、木炭や無煙炭等の炭材などを装入してもよい。
【００１１】
生産量を高めるためには送風酸素富化が有効であるが、送風酸素富化を行うと熱風中のＮ２の割合が少なくなるため着熱効率が上昇し、炉頂温度が低下する。炉頂温度が低下すると、先に述べたように腐食性ガスが結露して排ガス管の腐食が引き起こされたり、ダストが排出されずに炉内に蓄積し、ガス通気性が低下するなどの問題を生じる。このような問題に対して、本発明では、熱風に酸素を富化し、且つ炉内に装入する鉄系スクラップ及び／又はコークスを事前に乾燥処理及び／又は予熱する。またその際、好ましくは鉄系スクラップ及び／又はコークスを下記（1）式を満足するように乾燥処理及び／又は予熱する。
【００１２】
ΔＴs＋(2×ΔＴc×Ｃo)／1000＋50×ΔＷs＋(50×Ｃo×ΔＷc)／1000
≧GTt−GTm    …(1)
ただし、
ΔＴs（℃）：予熱による鉄系スクラップ温度の上昇幅
ΔＴc（℃）：予熱によるコークス温度の上昇幅
ΔＷs（mass％）：乾燥処理及び／又は予熱による鉄系スクラップ水分含有率の低下幅
ΔＷc（mass％）：乾燥処理及び／又は予熱によるコークス水分含有率の低下幅
Ｃo（kg/溶銑ton）：コークス比
GTt（℃）：炉頂部における目標排ガス温度
GTm（℃）：炉頂部における実績排ガス温度
【００１３】
このように熱風に酸素富化を行い且つ炉装入原料を事前に乾燥・予熱することにより、炉内での酸素の供給が適正化されることでコークスの燃焼と鉄系スクラップの溶解が炉全体で適切に生じ、しかも炉頂温度の低下が抑えられることで排ガス管内での腐食性ガスの結露やダストの炉内蓄積などが抑えられることになる。
酸素富化の形態としては、例えば、（a）予め熱風に酸素を添加し、これを羽口に供給する方法、（b）羽口内に酸素を供給し、羽口内で熱風と混合する方法、（c）羽口内に酸素噴射ノズルを配置し、この酸素噴射ノズルから炉内に向けて酸素を噴射し、その外側から熱風を噴射する方法、など任意の方法を採ることができる。
【００１４】
酸素富化率（＝送風中の酸素濃度の増加分）に特に制限はないが、送風酸素富化の効果を得るためには、一般には２vol％以上の酸素富化率とすることが好ましい。一方、酸素富化率が過剰であると、羽口前温度の上昇によって羽口抜熱量が徒に増大するとともに、羽口耐火物の溶損頻度が増大するおそれがある。また、炉径方向での温度分布が大きくなってガス流れの制御が困難になる等の問題を生じやすい。このため酸素富化率は５０vol％程度を上限とするのが好ましい。
【００１５】
本発明では、炉頂温度を確保するために、鉄系スクラップ及び／又はコークスを事前に乾燥処理及び／又は予熱する。炉頂温度とは炉頂出口における排ガス温度のことであり、炉装入時における原料（鉄系スクラップ及び／又はコークス）の水分含有率が低いほど、また原料温度が高いほど、炉頂温度を高くすることができる。炉頂温度が１３０℃を下回ると腐食性ガス（ＮＯｘ，ＳＯｘ）の結露などが生じやすくなるため、炉頂温度は１３０℃以上に維持されることが好ましい。したがって本発明では、例えば、炉頂温度が１３０℃以上に維持されるよう、鉄系スクラップ及び／又はコークスを乾燥処理及び／又は予熱する。
【００１６】
鉄系スクラップ及び／又はコークスを事前に乾燥処理及び／又は予熱するに当たり、炉頂温度を測定し、この実績炉頂温度に基づいて上記（1）式にしたがい乾燥処理及び／又は予熱することにより、炉頂温度を目標温度、すなわち腐食性ガスが結露しない温度或いはダストの排出が円滑になされる温度とすることができる。
ここで、上記（1）式は、炉装入物の潜顕熱の差（炉装入物温度、水分蒸発熱）が排ガス温度の差になって現れることを関連づけたものである。上記（1）式において、左辺第一項は予熱による鉄系スクラップ顕熱上昇分であり、１℃の上昇で排ガス温度は１℃の上昇が見込まれる。左辺第二項は予熱によるコークス顕熱上昇分であり、これも１℃の上昇で排ガス温度は１℃の上昇が見込まれる。但し、このコークス顕熱上昇分はコークス比により変化するため、コークス比を考慮するとともに、排ガス温度への影響も考慮して係数を掛けている。左辺第三項は乾燥処理又は予熱による鉄系スクラップの水分蒸発熱分であり、排ガス温度への影響を考慮して係数を掛けている。左辺第四項は乾燥処理又は予熱によるコークスの水分蒸発熱分であり、コークス比により変化するためコークス比を考慮するとともに、排ガス温度への影響も考慮して係数を掛けている。
【００１７】
鉄系スクラップやコークスを事前に乾燥処理又は予熱する方法に特別な制限はなく、例えば、乾燥処理は、適当な熱源を用いて乾燥してもよいし、屋根付きヤードで長期間保管して自然乾燥を行ってもよい。また、予熱はロータリーキルン等の加熱設備を用いて行ってもよい。
【００１８】
鉄系スクラップの溶解を低コストに行うためには、製鉄用コークスのような粒径の小さい安価なコークスの使用比率を高める必要がある。このような観点からは、本発明でも算術平均粒径が１２０ｍｍ以下のコークスを用いるのが好ましい。しかし、使用するコークスの径が小さいとコークスが早く燃焼してしまうために、コークスの燃焼で生じたＣＯ２が炉内を上昇する過程でコークス（Ｃ）と反応する、所謂ソリューションロス反応（ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ：吸熱反応）が生じやすくなり、このソリューションロス反応により発熱量が下がり、出銑量が低下するという問題がある。図３は、算術平均粒径がそれぞれ１６０ｍｍと６５ｍｍのコークスを用いて操業を行った場合の炉高方向でのガス組成分布の一例を示したものであり、これによれば、大粒径のコークスを用いると、コークスの燃焼速度が遅いため、羽口から炉中段にかけて徐々にＯ２濃度が低下し、一方、ＣＯ２濃度は上昇する。Ｏ２濃度が相当分低下した炉中段より上方ではソリューションロス反応が起こり得るが、コークス粒径が大きいため反応速度が遅く、このため炉中段より上方ではＣＯ２濃度がピークを維持し、ＣＯ濃度は低レベルを維持する。これに対して小径のコークスを用いると、ＣＯ２濃度は炉下部でピークとなり、そこから炉中段にかけてソリューションロス反応によって急激に低下（したがって、ＣＯ濃度が急増）している。
【００１９】
このようなコークスの小径化に伴う問題に対しては、本発明のように熱風に酸素を富化することが有効である。コークスの小径化によりソリューションロス（吸熱反応）の増加は避けられず、このような吸熱の増加による出銑量の低下への対応としては、吸熱を補うべく燃焼を増加させる必要がある。この時、単に送風量を増加させると排ガス量が増加し、排ガス処理系の許容量を超えてしまう。これに対して、送風量自体は増加させずに送風酸素富化を行えば、排ガス量を抑えつつ燃焼を増加させることができる。したがって、コークス小径化に伴う熱量不足を補うことができる。
【００２０】
本発明において算術平均粒径が１２０ｍｍ以下の安価なコークスを用いる場合、コークスの粒径があまりに小さいと、送風酸素富化を行って出銑量の低下が避けられないため、使用するコークスの算術平均粒径は４０ｍｍ以上であることが好ましい。算術平均粒径が１２０ｍｍ以下のコークスとしては、通常、製鉄用コークス（通常、算術平均粒径：２５〜８０ｍｍ程度）と鋳物用コークス（通常、算術平均粒径：１５０〜２５０ｍｍ程度）を適宜混合して用いる。
なお、算術平均粒径とは、平均粒径＝(Σai×Ｘi)／(Σai)（但し、Ｘi：代表粒径、ai：割合）で求められる粒径である。
【実施例】
【００２１】
図４は、羽口高さ位置での炉内径Ｄが２．１ｍの溶解炉を用いた操業（コークス比：１３０ｋｇ／ｔ）における操業条件及び操業結果（送風圧力、炉頂温度、出銑量、酸素富化率、スクラップ装入温度）の推移を示したものである。本実施例では、操業途中の段階から予熱した鉄系スクラップ（予熱スクラップ）の炉内装入を行った。
本実施例では、ベース操業条件での操業中、Ａ時点で出銑量増加の要求があり、酸素富化率の増加で出銑量を増加させた。しかし、酸素富化率の増加により炉頂温度が低下するとともに、送風圧力も次第に増加し且つ変動量も大きくなった。この送風圧力の増加や圧力変動の増加は、ダストの炉外への排出（排ガスに随伴した排出）が阻害されたことによるものと考えられる。そこで、Ｂ時点から炉装入スクラップをそれまでの常温スクラップ（公称温度２５℃）から予熱スクラップ（公称温度６５℃）に切り替えた。スクラップの予熱は、実効内容積が３ｍ３の容器内にスクラップを入れ、容器側壁に設けられた熱風導入口から熱風（３００℃）を吹き込むことにより行い、予熱後直ちに炉内に装入した。また、スクラップの予熱温度は、現状の炉頂温度よりも４０℃高い目標炉頂温度を設定して、上記（1）式に従い計算して調整した。その結果、炉頂温度は次第に上昇して目標炉頂温度に達し、これに伴い送風圧力も次第に低下し且つ変動量も小さくなった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明で使用する竪型スクラップ溶解炉とその基本的な操業形態を模式的に示す説明図
【図２】図１の竪型スクラップ溶解炉の羽口の拡大図
【図３】算術平均粒径がそれぞれ１６０ｍｍと６５ｍｍのコークスを用いて操業を行った場合の炉高方向でのガス組成分布の一例を示す説明図
【図４】実施例の操業における操業条件及び操業結果（送風圧力、炉頂温度、出銑量、酸素富化率、スクラップ装入温度）の推移を示すグラフ
【符号の説明】
【００２３】
１  原料装入部
２  羽口
３  熱風管
４  排ガス出口
５  出銑口
６  炉内壁
２０  羽口管
【図１】
2008150667.tif 000002
【図２】
2008150667.tif 000003
【図３】
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【図４】
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