(57)【要約】【課題】鉄スクラップや直接還元鉄等の冷鉄源から極めて低コストで連続鋳造鋳片を製造する方法を提供する。【解決手段】溶解室２と、その上部に直結するシャフト型の予熱室３とを備えたアーク溶解設備１を用い、冷鉄源１５が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を予熱室へ供給しながら、溶解室内の冷鉄源をアーク１８により溶解し、この溶解によって生成した溶湯１６を、溶解室から連続鋳造設備３１の鋳型３２内に直接注入して連続鋳造鋳片３５を得る。連続鋳造設備がタンディッシュを有する場合には、溶解室からタンディッシュ内に溶湯を直接注入する。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解室と、その上部に直結するシャフト型の予熱室とを備えたアーク溶解設備を用い、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を予熱室へ供給しながら、溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、この溶解によって生成した溶湯を、溶解室から連続鋳造設備の鋳型内に直接注入して連続鋳造鋳片を得ることを特徴とする、鋼の製造方法。
【請求項２】
溶解室と、その上部に直結するシャフト型の予熱室とを備えたアーク溶解設備を用い、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を予熱室へ供給しながら、溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、この溶解によって生成した溶湯を、溶解室から連続鋳造設備のタンディッシュ内に直接注入し、次いで、タンディッシュから鋳型内に注入して連続鋳造鋳片を得ることを特徴とする、鋼の製造方法。
【請求項３】
前記溶解室内に酸素又は炭材を吹き込み、溶解室内の溶湯の炭素濃度を調整することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄スクラップや直接還元鉄等の冷鉄源から連続鋳造鋳片を効率良く製造することの可能な、鋼の製造方法に関し、詳しくは、アーク溶解設備と連続鋳造設備とを直結させ、冷鉄源から低コストで連続鋳造鋳片を製造することの可能な、鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼用アーク溶解設備では、アーク発生用電極から発生するアーク熱により鉄スクラップや直接還元鉄等の冷鉄源を加熱・溶解し、精錬して溶鋼を製造するが、多くの電力を消費するため、溶解中にアーク溶解設備の溶解室から発生する高温の排ガスを利用して冷鉄源を予熱し、予熱した冷鉄源を溶解することで電力使用量を削減する方法が多数提案されている。
【０００３】
例えば、特公平６−４６１４５号公報（以下「先行技術１」と記す）には、溶解室に直結したシャフト型の予熱室を設け、溶解室内と予熱室内とに１ヒート分の冷鉄源を溶解毎に装入して、この冷鉄源を排ガスで予熱しつつ溶解する設備が開示されている。先行技術１では、予熱室が溶解室に直結されているので冷鉄源の保持・搬送用設備が必要でなく、そのため、これら設備の設備トラブルを懸念することなく排ガス温度を上昇させ、冷鉄源の予熱温度を上げることができるので、電力削減効果に優れるが、１ヒート分の溶鋼量を溶解する毎に予熱室内の全ての冷鉄源を溶解して出湯するため、次ヒートの最初に溶解される冷鉄源の予熱ができず、排ガスの有効利用という点では十分とはいえない。
【０００４】
この問題を解決すべく、特開平１０−２９２９９０号公報（以下「先行技術２」と記す）が本発明者等により提案されている。先行技術２では、溶解室と、その上部に直結するシャフト型の予熱室とを備えたアーク溶解設備を用い、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を連続的又は断続的に予熱室へ供給しながら、溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、溶解室内に所定量の溶鋼が溜まった時点で、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態で溶鋼を出湯する溶解方法としているので、予熱室内及び溶解室内には常に冷鉄源が存在して、次ヒートの最初に溶解される冷鉄源も予熱され、電力使用量の大幅な削減が達成される。
【０００５】
ところで、先行技術２により効率良く溶解されて生成した溶湯は、一旦、取鍋等の溶湯保持容器内に出湯され、クレーン等により連続鋳造設備まで搬送された後、連続鋳造設備のタンディッシュに注湯され、タンディッシュから鋳型に鋳込まれて連続鋳造鋳片が製造されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、先行技術２によれば、効率良く溶湯が製造されるが、溶湯を保持するための溶湯保持容器や出湯後の連続鋳造設備までの搬送設備、更には、連続連続鋳造（「連々鋳」とも呼ぶ）の際の取鍋交換装置等が必要であり、設備投資額のアップのみならず、取鍋等溶湯保持容器の耐火物の定期的な修理による運転費も必要であり、効率的な製造方法とは言い難い。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、先行技術２により得た溶湯を、取鍋やクレーン等を用いずに、安価に連続鋳造鋳片にすることが可能な、鋼の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼の製造方法は、溶解室と、その上部に直結するシャフト型の予熱室とを備えたアーク溶解設備を用い、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を予熱室へ供給しながら、溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、この溶解によって生成した溶湯を、溶解室から連続鋳造設備の鋳型内に直接注入して連続鋳造鋳片を得ることを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明に係る鋼の製造方法は、溶解室と、その上部に直結するシャフト型の予熱室とを備えたアーク溶解設備を用い、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を予熱室へ供給しながら、溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、この溶解によって生成した溶湯を、溶解室から連続鋳造設備のタンディッシュ内に直接注入し、次いで、タンディッシュから鋳型内に注入して連続鋳造鋳片を得ることを特徴とするものである。
【００１０】
又、第３の発明に係る鋼の製造方法は、第１又は第２の発明において、前記溶解室内に酸素又は炭材を吹き込み、溶解室内の溶湯の炭素濃度を調整することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように、予熱室への冷鉄源の供給を継続しながら溶解室内の冷鉄源を溶解するので、予熱室内及び溶解室内には常に冷鉄源が存在し、次ヒートの最初に溶解される冷鉄源も予熱され、電力使用量の大幅な削減が達成される。そして、生成した溶湯を、溶解室内から直接連続鋳造設備の鋳型又はタンディッシュに注入するので、溶湯を保持するための取鍋等の溶湯保持容器（以下、「溶湯保持容器」を代表して「取鍋」と記す）や取鍋を搬送するためのクレーン等の搬送設備、更には、連続鋳造設備では連々鋳を行うためのターレットやレードルカー等の取鍋交換設備が不要であり、製造コストを大幅に削減することができる。又、タンディッシュを用いず、溶解室から直接連続鋳造設備の鋳型に注入する場合には、タンディッシュに費やすコストさえも削減することができる。この場合、溶解室内で溶湯中の炭素濃度の調整を行うことにより、種々の鋼種に対応することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。先ず最初に、第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、アーク溶解設備の溶解室から直接連続鋳造用鋳型に溶湯を注入する状態を示す概略図である。
【００１３】
図１において、内部を耐火物で施工され、底部に底部電極６を備えた溶解室２の上部には、シャフト型の予熱室３と水冷構造の側壁４とが配置され、側壁４の上部開口部は開閉自在な水冷構造の上蓋５で覆われている。この上蓋５を貫通して、溶解室２内へ上下移動可能な黒鉛製の上部電極７が設けられている。底部電極６と上部電極７とは直流電源（図示せず）に連結し、底部電極６と上部電極７との間で、加熱源となるアーク１８を発生させる。
【００１４】
予熱室３の上方には、鉄スクラップや直接還元鉄、更には冷銑等を溶解用の冷鉄源１５として供給するための底開き型の供給用バケット１４が走行台車２２に吊り下げられて設けられており、この供給用バケット１４から、予熱室３の上部に設けられた開閉可能な開閉蓋１９を介して、冷鉄源１５が予熱室３内に装入される。又、予熱室３の上部には集塵機（図示せず）に連結するダクト２０が設けられており、溶解室２で発生する高温の排ガスは、予熱室３及びダクト２０を経由して排出される。その際、予熱室３を通過する排ガスにより、予熱室３内に装入された冷鉄源１５が予熱される。
【００１５】
上蓋５を貫通して、溶解室２内を上下移動可能な酸素吹き込みランス８と炭材吹き込みランス９とが設けられ、酸素吹き込みランス８からは酸素が溶解室２内に吹き込まれ、そして、炭材吹き込みランス９からは空気や窒素等を搬送用ガスとしてコークス、チャー、石炭、木炭、黒鉛等の等の炭材が溶解室２内に吹き込まれる。
【００１６】
溶解室２の予熱室３が直結されている側とは反対側の部位には、その底部に出湯口１２が設けられている。出湯口１２の直上には、その先端が出湯口１２に嵌合するストッパー１１が設置され、ストッパー１１の上下動により、出湯口１２から流出する溶湯１６の流量が制御されるようになっている。又、出湯口１２の近傍の側壁には、扉２１で出口側を押さえ付けられて内部に詰め砂又はマッド剤が充填された出滓口１３が設けられている。そして、出湯口１２の鉛直上方に対応する部位の上蓋５には、バーナー１０が取り付けられている。バーナー１０は、重油、灯油、微粉炭、プロパンガス、天然ガス等の化石燃料を、空気又は酸素若しくは酸素富化空気により溶解室２内で燃焼させる。尚、溶解室２は傾動装置（図示せず）により出湯口１２側に傾動可能になっている。このようにして直流式アーク溶解設備１が構成されている。
【００１７】
一方、直流式アーク溶解設備１の下方には連続鋳造設備３１が配置されている。この連続鋳造設備３１には、タンディッシュが設置されておらず、直流式アーク溶解設備１の出湯口１２の鉛直方向直下に連続鋳造設備３１の鋳型３２が配置され、出湯口１２から直接鋳型３２内に溶解室２内の溶湯１６を注入可能な構造になっている。図１では、出湯口１２及び鋳型３２の設置数は１つのみであるが、それぞれ２つ以上設置することもできる。連続鋳造設備３１は、スラブ鋳造用、ブルーム鋳造用、ビレット鋳造用のどれであってもよい。断面サイズの異なる鋳型３２を準備して、適宜鋳造する鋳型３２を切り替えることで、断面サイズの異なる連続鋳造鋳片３５を得ることもできる。
【００１８】
このような構成の直流式アーク溶解設備１及び連続鋳造設備３１を用いて、冷鉄源１５から低コストで連続鋳造鋳片３５を得るに際しては、以下の如く溶解し、そして鋳造する。
【００１９】
先ず、供給用バケット１４によって予熱室３内に冷鉄源１５を装入する。装入された冷鉄源１５は、予熱室３を経由して溶解室２内にも装入され、やがて予熱室３内を充填する。尚、冷鉄源１５を溶解室２内へ均一に装入するために、上蓋５を開けて予熱室３と反対側の溶解室２内に直接装入しても良い。
【００２０】
次いで、底部電極６と上部電極７との間に直流電流を給電しつつ上部電極７を昇降させ、底部電極６と上部電極７との間、又は、装入された冷鉄源１５と上部電極７との間でアーク１８を発生させる。そして、発生するアーク熱により冷鉄源１５を溶解して溶湯１６を生成させる。溶湯１６の生成に伴い、生石灰、蛍石等のフラックスを溶解室２内に装入して溶融スラグ１７を溶湯１６上に形成させ、溶湯１６の酸化を防止すると共に溶湯１６の保温を図る。溶融スラグ１７の量が多すぎる場合には、溶解中でも出滓口１３から排滓することができる。
【００２１】
溶湯１６の生成に伴い、予熱室３内の冷鉄源１５は、溶解室２内で溶解された量に見合って予熱室３内を自由落下して減少するので、この減少分を補うために供給用バケット１４から予熱室３へ冷鉄源１５を装入する。この冷鉄源１５の予熱室３内への装入は、冷鉄源１５が予熱室３と溶解室２とに連続して存在する状態を保つように、連続的又は断続的に行う。
【００２２】
溶湯１６の生成する頃から、酸素吹き込みランス８から酸素を、又、炭材吹き込みランス９から炭材を、溶解室２内の溶湯１６又は溶融スラグ１７中に吹き込むことが好ましい。吹き込まれて溶湯１６中に溶解した炭材又は溶融スラグ１７中に懸濁した炭材は、吹き込まれる酸素と反応して燃焼熱を発生し、補助熱源として作用して電力使用量を節約する。同時に、反応生成物のＣＯガスが溶融スラグ１７をフォーミングさせ、アーク１８が溶融スラグ１７に包まれた、所謂スラグフォーミング操業となるので、アーク１８の着熱効率が上昇する。
【００２３】
又、酸素及び炭材の吹き込みに伴い、大量に発生する高温のＣＯガスと、このＣＯガスが燃焼して生成するＣＯ２　ガスとが、予熱室３を通りダクト２０を経由して排出される。この排ガスによって予熱室３内の冷鉄源１５は効率良く予熱される。この炭材の吹き込み量は、酸素吹き込み量に対応して決める。即ち、吹き込まれる酸素の化学当量に合わせて炭材を吹き込むことにより、溶湯１６中の炭素濃度を制御することができ、所定の炭素濃度の溶湯１６が得られる。
【００２４】
このようにして冷鉄源１５を溶解し、溶解室２内に出湯口１２から鋳型３２への注入が可能なレベルまで溶湯１６が溜まったなら、ストッパー１１を開口し、鋳型３２内への溶湯１６の注入を開始する。これ以降、ストッパー１１の開度を調整することによって鋳型３２内の湯面位置を制御しながら、溶湯１６を連続的に鋳型３２内に注入して連続鋳造し、連続鋳造鋳片３５を得る。この場合、溶解室２内の溶湯量に応じて連続鋳造鋳片３５の引き抜き速度を調整する。尚、図１では溶解室２から鋳型３２への注入流が大気中を落下する所謂「オープン鋳造」であるが、出湯口１２の下部に浸漬ノズルを設置することにより、大気を遮蔽した鋳造も可能である。
【００２５】
このようにして冷鉄源１５を溶解し、生成した溶湯１６を鋳造することで、予熱効率が極めて高い状態で溶解操業を行うことができ、溶解に費やす電力原単位を大幅に低減することが可能となると共に、溶解室２から鋳型３２に直接注入するので、取鍋、搬送用クレーン、タンディッシュ、取鍋交換設備が不要であり、設備費及び運転費の大幅な低減が可能となる。
【００２６】
次いで、第２の実施の形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態を示す図で、アーク溶解設備の溶解室から連続鋳造設備のタンディッシュに溶湯を直接注入する状態を示す概略図である。
【００２７】
図２に示すように、第２の実施の形態では、連続鋳造設備３１Ａがタンディッシュ３３を備えている点が前述した第１の実施の形態と異なる点であり、連続鋳造設備３１Ａのタンディッシュ３３がアーク溶解設備１の出湯口１２の鉛直方向直下に設置されている。タンディッシュ３３にはストッパー３４が設置されており、このストッパー３４によって各鋳型３２内に注入される溶湯量が調整されるようになっている。その他は、図１に示す第１の実施の形態例と同一であり、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。
【００２８】
この場合の冷鉄源１５の溶解方法は、前述した第１の実施の形態と同一であり、前述した方法と同一の方法により溶解室２内に溶湯１６を生成させる。そして、溶解室２内に連続鋳造設備３１Ａで鋳造するに十分な量の溶湯１６が溜まったなら、ストッパー１１を開口し、タンディッシュ３３内に溶湯１６を注入する。そして、タンディッシュ３３内に十分な量の溶湯１６が溜まったなら、ストッパー３４を開口してそれぞれの鋳型３２内への溶湯１６の注入を開始する。以降、ストッパー３４の開度を調整することによって鋳型３２内の湯面位置を制御しながら、溶湯１６を連続的に鋳型３２内に注入し、連続鋳造鋳片３５を得る。この場合、タンディッシュ３３内の溶湯量に応じて連続鋳造鋳片３５の引き抜き速度を調整する。図２では溶解室２からタンディッシュ３３への注入流及びタンディッシュ３３から鋳型３２への注入流がオープン鋳造であるが、大気を遮蔽するためのノズルを設置することにより、大気を遮蔽した鋳造も可能である。
【００２９】
このようにして冷鉄源１５を溶解し、生成した溶湯１６を鋳造することで、予熱効率が極めて高い状態で溶解操業を行うことができ、溶解に費やす電力原単位を大幅に低減することが可能となると共に、溶解室２からタンディッシュ３３に直接注入するので、取鍋、搬送用クレーン、取鍋交換設備が不要であり、設備費及び運転費の大幅な低減が可能となる。
【００３０】
尚、上記説明では直流式アーク溶解設備の場合について説明したが、交流式アーク溶解設備でも全く支障なく本発明を適用することができる。又、溶解室２における予熱室３と出湯口１２との位置関係は溶解室２の中心に対して１８０度の対向する位置に限るものではなく、９０度の位置であっても良い。
【００３１】
【実施例】
［実施例１］
図１に示す直流式アーク溶解設備及び連続鋳造設備を用いた実施例を以下に説明する。溶解室は、直径６．２ｍ、高さ３．５ｍであり、予熱室は、幅３．６ｍ、長さ３．６ｍ、高さ６ｍの直方体形状である。この溶解室に出湯口を３箇所設置した。そして出湯口の数に対応して、用いた連続鋳造設備は３ストランド型であり、鋳型断面サイズは１７５ｍｍ角である。
【００３２】
先ず、予熱室内及び溶解室内に７０トンの鉄スクラップを装入し、２８インチの黒鉛製上部電極を用い、最大６００Ｖ、１００ｋＡの電源容量でアークを形成して鉄スクラップを溶解した。溶鋼の生成に伴って、生石灰と蛍石とを添加して溶融スラグを形成し、次いで、酸素吹き込みランスから酸素を、炭材吹き込みランスからコークスを溶融スラグ中に吹き込んだ。酸素及びコークスの吹き込みにより、溶融スラグはフォーミングして、上部電極の先端は溶融スラグ中に埋没した。この時の電圧をおよそ４５０Ｖに設定した。
【００３３】
予熱室内の鉄スクラップが溶解に伴って下降したならば、供給用バケットにより鉄スクラップを予熱室に供給し、予熱室内の鉄スクラップ高さを一定の高さに保持しながら溶解を続け、溶解室内のストッパーレベルまで溶鋼が生成した時点で、ストッパーを開口し、炭素濃度が約０．１ｍａｓｓ％に調整された、およそ１５６０℃の溶鋼を出湯口から鋳型内に注入し、鋳片引き抜き速度を３．０ｍ／分として連続鋳造した。この場合の電力原単位は、溶鋼１トン当たり１８０ｋＷｈであり、極めて低い値であった。
【００３４】
［実施例２］
図２に示す直流式アーク溶解設備及び連続鋳造設備を用いた実施例を以下に説明する。用いたアーク溶解設備は、溶解室に設けた出湯口が１箇所であること以外は、実施例１と同一仕様である。又、用いた連続鋳造設備は、４ストランド型であり、鋳型断面サイズは１４０ｍｍ角である。
【００３５】
先ず、予熱室内及び溶解室内に７０トンの鉄スクラップを装入し、２８インチの黒鉛製上部電極を用い、最大６００Ｖ、１００ｋＡの電源容量でアークを形成して鉄スクラップを溶解した。溶鋼の生成に伴って、生石灰と蛍石とを添加して溶融スラグを形成し、次いで、酸素吹き込みランスから酸素を、炭材吹き込みランスからコークスを溶融スラグ中に吹き込んだ。酸素及びコークスの吹き込みにより、溶融スラグはフォーミングして、上部電極の先端は溶融スラグ中に埋没した。この時の電圧をおよそ４５０Ｖに設定した。
【００３６】
予熱室内の鉄スクラップが溶解に伴って下降したならば、供給用バケットにより鉄スクラップを予熱室に供給し、予熱室内の鉄スクラップ高さを一定の高さに保持しながら溶解を続け、溶解室内のストッパーレベルまで溶鋼が生成した時点で、溶解室に設置されたストッパーを開口し、炭素濃度が約０．１ｍａｓｓ％に調整された、およそ１５６０℃の溶鋼を出湯口からタンディッシュ内に注入し、そして、タンディッシュ内の溶鋼高さが所定の高さになった時点でタンディッシュに設置されたストッパーを開口して鋳型内に注入し、鋳片引き抜き速度を３．３ｍ／分として連続鋳造した。この場合の電力原単位は溶鋼１トン当たり１８０ｋＷｈであり、極めて低い値であった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように予熱室への冷鉄源の供給を継続しながら溶解室内の冷鉄源を溶解するので、予熱効率の極めて高い状態で溶解することができ、電力原単位を大幅に低減することが可能になると共に、生成した溶湯を溶解室から直接連続鋳造設備に注入するので、取鍋やクレーン及び取鍋交換設備等の設備が不要となり、設備費及び運転費の大幅な低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、アーク溶解設備の溶解室から直接連続鋳造用鋳型に溶湯を注入する状態を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図で、アーク溶解設備の溶解室から直接連続鋳造設備のタンディッシュに溶湯を注入する状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１　直流式アーク溶解設備
２　溶解室
３　予熱室
６　底部電極
７　上部電極
８　酸素吹き込みランス
９　炭材吹き込みランス
１０　バーナー
１１　ストッパー
１２　出湯口
１３　出滓口
１４　供給用バケット
１５　冷鉄源
１６　溶湯
１７　溶融スラグ
１８　アーク
３１　連続鋳造設備
３１Ａ　連続鋳造設備
３２　鋳型
３３　タンディッシュ
３４　ストッパー
３５　連続鋳造鋳片
【図１】
2004035952.tif 000003
【図２】
2004035952.tif 000004