(57)【要約】【課題】冷鉄源の溶解において、浴全体での攪拌を促進し着熱効率を高め、併せて、ダストの低減を図る着熱効率の優れた冷鉄源溶解方法を提供する。【解決手段】上吹きランスと底吹きノズルを備える溶解炉で冷鉄源を溶解する溶解方法において、（ａ）溶鉄浴の表面に、（ａ−１）上吹きランスの中心軸線を中心とし、上吹きランスによるガス噴流の中心線が浴表面に到達する点と上記中心軸線との間の距離を半径とする噴流到達領域、及び、（ａ−２）上記噴流到達領域を囲む噴流到達外領域を設定し、（ｂ）底吹きノズルから吹き込むガスの流量につき、（ｂ−１）上記噴流到達領域に吹き込むガスの流量をＱ１、（ｂ−２）上記噴流到達外領域に吹き込むガスの流量をＱ２とし、（ｃ）流量比率Ｒ＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を０．０５＜Ｒ＜０．３の範囲に制御して冷鉄源を溶解する。【選択図】　　　図１
2004100028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上吹きランスと底吹きノズルを備える溶解炉で冷鉄源を溶解する溶解方法において、
（ａ）溶鉄浴の表面に、
（ａ−１）上吹きランスの中心軸線を中心とし、上吹きランスによるガス噴流の中心線が浴表面に到達する点と上記中心軸線との間の距離を半径とする噴流到達領域、及び、
（ａ−２）上記噴流到達領域を囲む噴流到達外領域、
を設定し、
（ｂ）底吹きノズルから吹き込むガスの流量につき、
（ｂ−１）上記噴流到達領域に吹き込むガスの流量をＱ１、
（ｂ−２）上記噴流到達外領域に吹き込むガスの流量をＱ２、
とし、
（ｃ）流量比率Ｒ＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を０．０５＜Ｒ＜０．３の範囲に制御して冷鉄源を溶解する、
ことを特徴とする着熱効率の優れた冷鉄源溶解方法。
【請求項２】
前記距離の中の最長の距離を半径とすることを特徴とする請求項１に記載の着熱効率の優れた冷鉄源溶解方法。
【請求項３】
前記流量比率Ｒを０．１５＜Ｒ＜０．２５の範囲に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の着熱効率の優れた冷鉄源溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上底吹き溶解炉でスクラップのような冷鉄源を溶解する場合において、溶鉄浴における攪拌・混合を促進し、着熱効率を高める冷鉄源溶解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、スクラップ（冷鉄源）を多量に再利用する溶解技術が開発されているが、ＣＯ２発生量の削減等の地球環境問題を解決するリサイクル技術の一つとして、より一層の着熱効率の向上が望まれている。
【０００３】
冷鉄源の溶解においては、熱源として炭材（例えば、微粉炭）を使用するが、ＣＯ２の発生量を低減するためには、炭材の使用量を低減する必要があり、そのためには、炭材の燃焼で発生する熱を如何に効率よく溶鉄浴に伝えるか、即ち、着熱効率を如何に高めるかが重要な課題となる。
【０００４】
溶解炉における着熱は、主に２つの機構によると考えられている。１つは、火点で生成したＦｅＯが溶鉄浴中に巻き込まれて着熱する機構であり、他は、ランスからの火炎噴流が溶鉄浴に吹き付けられることによって熱の移動が生じて着熱する機構である。
【０００５】
いずれの機構においても、発生した熱を如何に効率よく溶鉄浴に伝達するかが重要な課題であるが、溶鉄浴全体における攪拌・混合を促進すれば、着熱効率の向上を期待することができる。
【０００６】
従来、転炉型の反応容器を用いる溶解技術においては、火点直下への物質移動を促進するという観点から、火点直下で強攪拌を行う技術が各種提案されている。例えば、その技術の一つとして、上部ランスからの酸素噴射範囲内にある炉底に複数の羽口を配置した上底吹転炉が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、上記公報開示の上底吹転炉においては、炉底羽口からのガス流は上記酸素噴射範囲内に限られてしまうので、浴全体でみたとき、攪拌・混合は必ずしも促進されず、攪拌効果は小さい。
【０００８】
また、スラグ浴の攪拌を促進するという観点から、火点直下外にのみ底吹き羽口を設置して攪拌し、炉壁近傍に偏在するスラグ浴への物質移動を促進することにより、精錬反応を促進しつつスラグ浴の過剰酸化を抑制する上下吹錬用転炉が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
しかし、上記上下吹錬用転炉は、火点直下での攪拌がない分、溶鉄浴全体における攪拌はそれ程促進されず、結局、攪拌効果は小さいものである。
【００１０】
また、底吹き精錬容器と上吹きランスを組み合せた底吹き上吹き精錬装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
上記の精錬装置は、上吹き多孔ノズルから吹き込むガス流と炉底羽口から吹き込むガス流の干渉効果を高めれば攪拌効果が向上するという知見に基づいて、炉底に、複数の羽口が、直径線から隔たった偏心位置に列状に配置され、かつ、上吹き多孔ノズルが、羽口を含まない容器二等分領域に多くの火点を形成するように配置されているものであるが、上記公報の攪拌効果に係る記載によれば、上記干渉効果と攪拌効果との関連は明確でなく、攪拌効果は、むしろ、上向き多孔ノズルの配置態様に大きく依存するものであるといえる。
【００１２】
また、底吹き羽口を炉底の直径線と平行な線上に、所定の条件を満足するように配設した底吹き機能を持つ転炉が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１３】
上記特許文献４開示の転炉は、炉内における攪拌効果を減退させることなく、鋼浴振動を減少させ、炉体振動の低減を図るべく、上記所定の条件が設定されているものであり、攪拌効果の向上を目的とするものではない。
【００１４】
しかも、特許文献３開示の底吹き上吹き精錬装置と特許文献４開示の転炉は、いずれも、複数の底吹き羽口を、炉底の直径線から隔たった偏心位置に列状（直径線と平行な線上）に配置（配設）するものであるところ、このような配置（配設）の底吹き羽口から吹き込むガス流と上吹き多孔ノズルから吹き込むガス流の干渉効果が攪拌にどのように影響するかは、未だ定量的に解明されていない。
【００１５】
このように、従来技術においては、反応効率や物質移動の効率にのみ重点を置き、浴の攪拌の促進、改善を目指しているが、転炉のような溶解炉で冷鉄源を溶解する場合においては、従来技術の目指すところと異なり、火点で生成した熱や、上吹きガス噴流が保持する熱を、如何に効率良く溶鉄浴に伝達するかが重要な課題であって、そのためには、溶鉄浴全体における攪拌の促進、改善を目指すことが必要である。
【００１６】
従って、転炉のような溶解炉で冷鉄源を溶解する場合における技術課題は、局所的な攪拌の促進、改善を図る従来技術で解決することはできず、新たな視点に基づく解決が求められている。
【００１７】
【特許文献１】
特公昭６１−４００１２号公報
【特許文献２】
特公昭６１−４００１１号公報
【特許文献３】
特公昭６１−６０８８２号公報
【特許文献４】
特公昭６２−１０２８４号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、冷鉄源の溶解に係る上記技術課題に鑑み、冷鉄源を溶解する溶解炉において、溶鉄浴全体における攪拌の促進、改善を図ることにより、着熱効率を高め、併せて、溶解作業に伴うダストの発生を低減する着熱効率の優れた冷鉄源溶解方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述したように、冷鉄源の溶解においては、火点で生成した熱や、上吹きガス噴流が保持する熱を如何に効率よく溶鉄浴に伝達するかが重要な課題である。
【００２０】
一般に、熱伝達量は２つの物質間の温度差に比例するが、溶解炉で冷鉄源を溶解する場合、浴全体における攪拌を促進し、火点内外の溶鉄浴をより一層混合すれば、浴全体の温度が均一化し、その結果、温度の高い火点直下部と溶鉄浴間の温度差が増大して、溶鉄浴に伝達する熱量が増大すると考えられる。
【００２１】
そこで、本発明者は、溶鉄浴全体において攪拌をより促進する手法について鋭意検討した。その結果、火点直下での底吹きガス量が多い場合は、底吹きガス流と上吹きガス噴流との干渉が顕著になって、浴全体としての攪拌機能は低下し、一方、火点直下での底吹きガス量が少ない場合は、火点直下の浴での攪拌力が不足して、火点外の浴だけでの攪拌になってしまい、浴全体としての攪拌機能は低下することが判明した。
【００２２】
即ち、本発明者は、火点直下の攪拌力には最適な範囲が存在すること、具体的には、上吹きガス噴流と底吹きガス流の過剰な干渉を抑制しつつ、火点直下の内外（浴全体）で高い攪拌機能を確保して着熱効率の向上を図るには、火点直下における底吹きガス流量を適正な範囲に調整し、火点直下の溶鉄浴では、むしろ弱攪拌を指向し、一方、火点外の溶鉄浴では強攪拌を指向すべきことを見出した。
【００２３】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次のとおりである。
【００２４】
（１）　上吹きランスと底吹きノズルを備える溶解炉で冷鉄源を溶解する溶解方法において、
（ａ）溶鉄浴の表面に、
（ａ−１）上吹きランスの中心軸線を中心とし、上吹きランスによるガス噴流の中心線が浴表面に到達する点と上記中心軸線との間の距離を半径とする噴流到達領域、及び、
（ａ−２）上記噴流到達領域を囲む噴流到達外領域、
を設定し、
（ｂ）底吹きノズルから吹き込むガスの流量につき、
（ｂ−１）上記噴流到達領域に吹き込むガスの流量をＱ１、
（ｂ−２）上記噴流到達外領域に吹き込むガスの流量をＱ２、
とし、
（ｃ）流量比率Ｒ＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を０．０５＜Ｒ＜０．３の範囲に制御して冷鉄源を溶解する、
ことを特徴とする着熱効率の優れた冷鉄源溶解方法。
【００２５】
（２）　前記距離の中の最長の距離を半径とすることを特徴とする前記（１）に記載の着熱効率の優れた冷鉄源溶解方法。
【００２６】
（３）　前記流量比率Ｒを０．１５＜Ｒ＜０．２５の範囲に制御することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の着熱効率の優れた冷鉄源溶解方法。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明について詳細に説明する。本発明者は、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構造の上底吹き転炉２（容量５ｔｏｎ）を用いて冷鉄源を溶解する溶解実験を繰り返して行い、本発明で規定するガスの流量比率Ｒ＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）の最適範囲を見出した。
【００２８】
上記上底吹き転炉２において、上吹きランス１の各ランス孔の噴流中心線３が浴面に到達する位置をＰ１とし、そのＰ１点から鉛直下方向に延長した線が炉底と交わる点をＰ２とし、上吹きランス１の中心軸線６を延長して炉底と交わる点をＰ３とし、このＰ３を中心にして、Ｐ２とＰ３の距離を半径とする円領域を噴流到達領域７とする。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、上底吹き転炉２の炉底には、底吹きノズルＢ１〜Ｂ６が、噴流到達領域７（本発明で規定する（ａ−１）の領域）に２個、その外側の領域即ち、噴流到達外領域８（本発明で規定する（ａ−２）の領域）に４個配置されている。
【００３０】
上底吹き転炉２（容量５ｔｏｎ）に３ｔｏｎの種湯と２ｔｏｎのスクラップ（冷鉄源）を投入し、上吹きランス１と底吹きノズルＢ１〜Ｂ６から燃料として吹き込む炭材（例えば、微粉炭）の量、上吹きランス１から吹き込む酸素の流量、及び、底吹きノズルから吹き込むＮ２ガスの流量を一定にし、さらに、溶解時間を一定にして、底吹きノズルから噴流到達領域７及び噴流到達外領域８に吹き込むＮ２ガスの流量の比率Ｒを変えてスクラップを溶解し、溶鉄浴の着熱性を評価するため、溶解後の溶鉄温度を測定した。
【００３１】
なお、上記溶解実験において、上吹きランス１として、噴流吐出角θが全て１２°の４孔ノズルを有するランスを使用した。
【００３２】
噴流到達領域７に配置した底吹きノズルＢ３とＢ４から吹き込むＮ２ガスの流量をＱ１、噴流到達外領域８に配置した底吹きノズルＢ１、Ｂ２、Ｂ５、及び、Ｂ６から吹き込むＮ２ガスの流量をＱ２とし、噴流到達領域７に吹き込むＮ２ガスの流量比率Ｒ＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）と溶解後の溶鉄温度の関係を図２に示す。
【００３３】
上記溶解実験において、溶鉄浴に加えた総熱量は一定であるから、溶鉄温度が高い（１４１０℃以上）ということは、溶鉄浴における着熱効率が高いということである。
【００３４】
Ｒ値が０．０５以下の条件下では、溶鉄温度が１４１０℃未満である。これは、噴流到達領域７の火点直下における攪拌が不足し、着熱効率が低下したことによる。また、Ｒ値が０．３以上の条件下では、同様に、溶鉄温度は１４１０℃未満である。これは、溶鉄浴中において上吹きガス噴流と底吹きガス流の干渉が顕著になり、その結果、溶鉄浴全体において攪拌機能が低下し、着熱効率が低下したことによる。
【００３５】
従って、Ｒ値を０．０５＜Ｒ＜０．３の範囲に制御すれば、上吹きガス噴流と底吹きガス流の干渉に起因する攪拌機能の低下を抑制して、溶鉄浴全体においてより一層の攪拌を促進し、その結果、高い着熱効率を得ることができる。
【００３６】
Ｒ値の好ましい範囲は、図２からも明らかなように、溶解後溶鉄温度が一番高くなる０．１５〜０．２５である。
【００３７】
なお、上記溶解実験では、上吹きランス１として、噴流吐出角θが同じ４孔１２°ノズルを有するランスを使用したが、噴流吐出角が異なる孔を複数有するランスを使用してもよい。その場合は、Ｐ３と最も離れているＰ２との距離を半径とする円領域を噴流到達領域７とする。
【００３８】
【実施例】
次に、実施例について説明するが、実施例で採用する条件は一例であり、本発明は、上記条件により限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
１００ｔｏｎ規模の上底吹き転炉を用いて本発明を実施した。表１に実施条件を示す。１４００〜１４０５℃の種湯１００ｔｏｎに５０ｔｏｎのスクラップ（冷鉄源）を装入し、底吹きノズルから、燃料の炭材（微粉炭）を、溶解後の溶鉄温度が１４００〜１４１０℃となるように供給量を調整して供給し、溶解を実施した。
【００４０】
この時、炭材の供給量（１７〜２０ｔｏｎ）に比例して、酸素の吹込量（１００００〜１２０００Ｎｍ３）を制御した。なお、上吹きランスとして、４孔２０°ノズルのランスと６孔１２°ノズルのランスを用いた。
【００４１】
底吹きノズルは、図１に示すように、噴流到達領域７に２個、噴流到達外領域８に４個設置し、噴流到達領域７に設置した底吹きノズルＢ３とＢ４から吹き込む総Ｎ２ガス流量をＱ１、噴流到達外領域に設置した底吹きノズルＢ１、Ｂ２、Ｂ５、及び、Ｂ６から吹き込む総Ｎ２ガス流量をＱ２として、噴流到達領域７に吹き込むガスの流量比率Ｒ＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を変えて溶解した。
【００４２】
図３に、各ランス条件（４孔２０°ノズルと６孔１２°ノズル）におけるＲ値と溶解に要した炭材の使用量との関係を示す。図３から、Ｒ値を０．０５＜Ｒ＜０．３の範囲に制御すると、溶鉄浴における着熱効率が向上し、炭材使用量を低減できることが分かる。
【００４３】
【表１】
2004100028.tif 000003
【００４４】
（実施例２）
実施例１と同じ条件で溶解実験を行い、噴流到達領域に位置する底吹きノズルの溶損量とＲ値の関係を調査した。その結果を図４に示す。図４から、Ｒ値を０．０５＜Ｒ＜０．３の範囲に制御すると、底吹きノズルの溶損量の増大を回避できることが分かる。このことは、火点直下で、溶鉄浴に過剰な攪拌力が付与されず、攪拌が浴全体において行われ、溶鉄温度が均一化したことを意味している。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、冷鉄源の溶解において、浴全体における攪拌がより一層促進され、浴温度が均一化されるので、浴における着熱効率が向上し、併せて、溶解作業に伴うダストの発生が低減する。さらに、本発明によれば、火点直下の浴における強攪拌・高温状態を回避して、底吹きノズルの溶損量を低減することができる。
【００４６】
したがって、本発明は、ＣＯ２発生量の削減等の地球環境問題を解決するリサイクル技術として有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】上底吹き転炉の構造を示す図である。
【図２】ガスの流量比率Ｒ＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）と溶解後の溶鉄温度の関係を示す図である。
【図３】Ｒ値と溶解に要した炭材の使用量との関係を示す図である。
【図４】噴流到達領域に位置する底吹きノズルの溶損量とＲ値の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…上吹きランス
２…上底吹き転炉
３…噴流中心線
４…スラグ浴
５…溶鉄浴
６…ランス中心軸線
７…噴流到達領域
８…噴流到達外領域
θ…噴出角
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６…底吹きノズル
【図１】
2004100028.tif 000004
【図２】
2004100028.tif 000005
【図３】
2004100028.tif 000006
【図４】
2004100028.tif 000007