(57)【要約】【課  題】転炉型精錬炉から回収された有価金属とＣを多量に含有するダストを、転炉型精錬炉内の溶湯に添加するにあたって、ダスト中の有価金属の炉内歩留りを低下させず、しかも２次燃焼率を高水準に維持できるダストリサイクル方法を提供する。【解決手段】転炉型精錬炉の吹錬中に発生するダストを煙道内で回収し、ダストを熱間状態で転炉型精錬炉内の溶湯に添加するダストリサイクル方法において、上吹きランスから吹付ける酸素噴流を避けてダストを添加する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉型精錬炉の吹錬中に発生するダストを煙道内で回収し、前記ダストを熱間状態で前記転炉型精錬炉内の溶湯に添加するダストリサイクル方法において、上吹きランスから吹付ける酸素噴流を避けて前記ダストを添加することを特徴とするダストリサイクル方法。
【請求項２】
ダスト添加ランスを用いて前記ダストを添加することを特徴とする請求項１に記載のダストリサイクル方法。
【請求項３】
前記ダスト添加ランスから前記ダストを添加する方向が、前記上吹きランスに対して30〜90°の範囲内を満足することを特徴とする請求項２に記載のダストリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉型精錬炉、特に脱炭炉，鉄浴型溶融還元炉，転炉型スクラップ溶解炉等で溶銑や溶鋼を精錬する際に発生するダストを煙道内で回収し、それを熱間状態で転炉型精錬炉内の溶銑や溶鋼に添加するダストリサイクル方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、製鋼分野では、転炉内の溶銑にクロム鉱石あるいは鉄鉱石等の鉱石原料と、コークス等の炭材とを添加し、鉱石原料を溶融還元することによって、鉱石原料中の有価金属を回収する技術が普及している。このような溶融還元を行なう場合には、通常、 大量の加熱・還元エネルギーが必要となる。また、溶融還元に限らず、転炉で行なう他の処理においても加熱・還元エネルギーを多量に消費する場合がある。
【０００３】
たとえば高炉から出銑した溶銑を原料として脱炭処理を行なう一般的な転炉操業において、鉱石やスクラップを大量に転炉内に供給し、加熱・還元および溶解を行なうことがある。また、転炉を用いたステンレス鋼の脱炭吹錬では、メタル中のCrの酸化ロスを削減するために、吹錬初期の段階で高温に昇熱しなければならない。
【０００４】
生産性を高水準に維持しつつ、このような転炉操業を行なうためには、エネルギー源としての炭材と、これを燃焼させる酸素ガスとを可能な限り高速で供給する必要がある。
通常、転炉内に保持した溶銑あるいは溶鋼（以下、 溶湯という）への酸素ガスの供給は、その大部分の量を上吹きランスを用いて行なうが、 上記した要求に従い酸素ガスの供給を増加させると、ダストの発生が増大するという問題が生じる。 このダスト発生速度の増大は、製造する溶鋼の歩留りの低下、およびその後のダスト処理コストの増大等を来たす。
【０００５】
そこで、本出願人は特開2001-152258 号公報において、転炉で発生したダストをサイクロン式集塵機で回収し、熱間状態のダストをランスを介して炉内に直接リサイクルする発明を提案した。
ところで上記のようなダストは、溶湯の脱炭反応によって生じるＣＯガス気泡がはじけることに起因するもの、あるいは溶湯から金属成分が直接蒸発することに起因するものが主体と考えられ、これらは所謂メタル系ダストと呼ばれている。
【０００６】
また転炉型精錬炉で溶融還元を行なう場合は、スラグ中の Cr2Ｏ3 やFeＯを還元するために、コークスや無煙炭等が使用される。特に無煙炭は熱崩壊性が良く、 炉内に添加すると微細になり、鉱石中の Cr2Ｏ3 やFeＯとＣとの反応界面積が増大し、効率良く還元反応が進行する。しかしながら炭材が微細になることによって、炉外への飛散量が増大し、一部は所謂炭材系ダストとなる。
【０００７】
転炉型精錬炉から発生するダストには、これらのメタル系ダストおよび炭材系ダストが混在している。したがって転炉型精錬炉から発生するダストを煙道内から回収し、転炉型精錬炉内の溶湯に添加（以下、ダストリサイクルという）することによって、メタル分やＣ分の炉内歩留りが向上する。また、回収したダストを冷却せず高温の状態（以下、 熱間状態という）で添加すると、転炉型精錬炉の熱エネルギーの損失を軽減できる。
【０００８】
転炉型精錬炉として転炉を用いる場合の熱供給源は、一般に、上吹きランスから噴射される酸素噴流と溶湯中のＣとのＣＯ反応による１次燃焼、および１次燃焼で発生したＣＯガスの二次燃焼から発生する燃焼熱である。特に２次燃焼による発熱量は大きく、 溶湯への熱エネルギー供給速度を増大させる方法として、２次燃焼率の増大は極めて有効である。溶融還元では、鉱石の還元時に大量の熱を消費することから、安価な鉱石の使用量を増大するためには、２次燃焼率の増大は重要な技術的課題となっている。
【０００９】
ここで２次燃焼とは、溶鉄の酸素精錬により炉内で発生したＣＯガスを、炉内上部の空間でＣＯ2 にまで燃焼させることを指し、２次燃焼率は転炉排ガス組成の 100×（ vol％ＣＯ2 ）／｛（ vol％ＣＯ）＋（ vol％ＣＯ2 ）｝で表わされる。
本発明者らは、溶融還元において、煙道内で回収したダストを熱間状態でリサイクルすると２次燃焼率が大きく低下し、結果的に鉱石の添加量が低下してしまう現象を見出し、その原因と対処方法について鋭意研究，検討した。
【００１０】
【特許文献１】
特開2001-152258 号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、転炉型精錬炉から回収された有価金属とＣを多量に含有するダストを、転炉型精錬炉内の溶湯に添加するにあたって、ダスト中の有価金属の炉内歩留りを低下させず、しかも２次燃焼率を高水準に維持できるダストリサイクル方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記した２次燃焼率の低下の原因について、種々の調査を行なった。まず熱崩壊性の異なる炭材を用いて、それぞれダストリサイクルの有無での２次燃焼率が変化する度合を調査した。ここで熱崩壊性の異なる炭材とは、炉内に添加した後の炭材の微細化の程度の違いを指し、非常に微細化するものを炭材Ａとし、炭材Ａよりも微細化しないものを炭材Ｂとする。その結果、炭材Ａより微細化しない炭材Ｂを使用した場合では、ダストリサイクルの有無による２次燃焼率の低下はほとんど認められないのに対して、非常に微細化する炭材Ａを使用した場合では、ダストリサイクルを行なうことによって２次燃焼率が大きく低下することを見出した。
【００１３】
発明者らは、それぞれの炭材に対して、ダストの成分を調査した。その結果、 リサイクルダスト中のＣ濃度の差異が大きく異なり、 非常に微細化する炭材Ａを使用した場合では、ダスト中のＣ濃度が炭材Ｂを使用した場合よりもかなり高くなっていることを見出した。したがって炭材Ａを使用した場合では、Ｃ分を多く含んだダストをリサイクルする際に、下記の反応により２次燃焼率が低下していると判断した。
【００１４】
Ｃ＋ＣＯ2 →２ＣＯ                ・・・ (1)
Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2             ・・・ (2)
これらの反応は吸熱反応であるため、２次燃焼で生成した熱量が相殺されてしまい、溶融還元では鉱石の添加量が低減してしまう。
発明者らは、上記した２次燃焼率の低下現象を抑制するべく、リサイクルダストの添加方向について検討し、本発明をなすにいたった。
【００１５】
すなわち本発明は、転炉型精錬炉の吹錬中に発生するダストを煙道内で回収し、ダストを熱間状態で転炉型精錬炉内の溶湯に添加するダストリサイクル方法において、上吹きランスから吹付ける酸素噴流を避けてダストを添加することを特徴とするダストリサイクル方法である。
前記した発明においては、好適態様として、ダスト添加ランスを用いてダストを添加することが好ましい。また、ダスト添加ランスからダストを添加する方向が、上吹きランスに対して30〜90°の範囲内を満足することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
発明者らは、上記した (1)式および (2)式に起因する２次燃焼率の低下現象を抑制するべく、リサイクルダストの添加方向について検討した。実験では転炉型精錬炉として上底吹き転炉を使用した。なお、使用した転炉内の上吹きランスとダスト添加ランスの位置関係を図１に示す。転炉から回収したダストを添加するにあたって、鉱石を投入するランス（以下、 鉱石投入ランスという）をダスト添加ランスとして使用し、添加高さ（すなわちダスト添加ランス先端の高さ）は酸素ランス高さと同一とした。なお図１中の矢印は、ダストの添加方向を示し、θは、上吹きランス２の中心とダスト添加ランス３の中心とを結ぶ線に対するダスト添加方向のなす角度（以下、ダスト添加角度という）である。
【００１７】
こうしてダスト添加角度θを種々変化させて、Cr鉱石の溶融還元吹錬を行なった。Cr鉱石の溶融還元を行なうときに発生するダストには、Ｃと有価金属（すなわちCr）が多量に含まれている。そこで上底吹き転炉からダストを回収し、熱間状態でダストリサイクルを行ないながら、２次燃焼率とCr歩留りを調査した。その結果は表１に示す通りである。
【００１８】
なお表１中の発明例１〜３は、ダストの添加方向が酸素ランスからの酸素噴流と干渉しない例である。比較例１は、ダストの添加方向が酸素ランスからの酸素噴流と干渉する例であり、比較例２，３は、添加されたダストが転炉１壁面に衝突した後、酸素噴流の上昇流や炉内反応で発生したガスの上昇流に巻き込まれて炉外へ排出される例である。比較例４は、ダストを添加しない例である。
【００１９】
【表１】
2004204271.tif 000003
【００２０】
ここで２次燃焼率指数とは、ダスト添加を行なわない場合（すなわち比較例４）の２次燃焼率を1.00とし、ダストを添加した場合の２次燃焼率を各々比率で表わした値である。またCr歩留り指数とは、ダスト添加を行なわない場合（すなわち比較例４）のCr歩留りを1.00とし、ダストを添加した場合のCr歩留りを各々比率で表わした値である。
【００２１】
表１に示したデータから、ダスト添加角度と２次燃焼率指数との関係をグラフで示したのが図２であり、ダスト添加角度とCr歩留り指数との関係をグラフで示したのが図３である。
図２から明らかなように、ダスト添加角度θが０〜30°の範囲内では、２次燃焼率が大きく低下するが、ダスト添加角度θが30°を超えると、２次燃焼率の低下はほとんど認められなかった。この結果から、 (1)式および (2)式の吸熱反応は酸素噴流近傍の２次燃焼領域で起こっていると推定できる。
【００２２】
したがって、有価金属とＣを多量に含有するダストを転炉型精錬炉の煙道から回収し、次いでそのダストを転炉型精錬炉内の溶湯に添加（すなわちダストリサイクル）する際に、酸素噴流を避けて、ダストが酸素噴流と干渉しないようにする必要があることが分かる。そのためには、ダスト添加角度θを30°以上とするのが好ましい。
【００２３】
また回収したダストを熱間状態で添加すると、転炉型精錬炉の熱エネルギーの損失を軽減できる。
しかしながら、ダスト添加角度θを過剰に大きくすると、Cr歩留りが低下するという問題が生じる。つまり図３から明らかなように、ダスト添加角度θが０〜90°まではCr歩留りの減少量は小さいものの、ダスト添加角度θが90°を超えるとCr歩留りが大幅に減少する。これは、添加されたダストが、炉内反応に寄与する前に炉内反応によって発生したガスの上昇流に巻き込まれて炉外へ排出されるためと考えられる。したがって、Cr歩留りの低下抑制の観点から、ダスト添加角度θを90°以下とするのが好ましい。
【００２４】
つまり、転炉型精錬炉から回収された有価金属とＣを多量に含有するダストを、転炉型精錬炉内の溶湯に添加するにあたって、Cr歩留りを低下させず、しかも２次燃焼率を高水準に維持するためには、ダスト添加角度θが30〜90°の範囲内を満足することが好ましい。
【００２５】
【実施例】
160ton規模の上底吹き転炉でCr鉱石の溶融還元吹錬を行ない、２次燃焼率およびCr鉱石の添加歩留りを調査した。
操業の手順は以下の通りである。すなわち、溶銑を転炉内に装入した後、底吹き羽口を介して酸素ガスを 100Ｎｍ3 ／min で吹き込むとともに、上吹きランスを介して純酸素ガスを 550Ｎｍ3 ／min で吹き込んだ。同時に炉上に設けた副原料投入シユートから塊コークスおよび造滓剤（すなわち生石灰，珪石）を炉内に投入して、昇熱および造滓を行なった。
【００２６】
次いで、溶融還元吹錬を実施し、サブランスを用いて溶湯温度を測定した。Cr鉱石投入量の適正値は、この溶湯温度の測定値に基づいて決定した。
溶融還元吹錬ではCr鉱石と炭材を連続投入し、特にCr鉱石は鉱石投入ランスを用いて添加した。また溶融還元吹錬中に発生するダストは、サイクロン式集塵機で回収し、 熱間状態で鉱石投入ランスを介して、炉内へのリサイクルを実施した。また煙道から排ガスを適宜サンプリングし、２次燃焼率を調査した。その結果は表１に示す通りである。
【００２７】
表１から明らかなように発明例１〜３は、比較例１〜４に比べて、２次燃焼率を高水準に維持し、かつCr歩留りの低下を抑制できることが確かめられた。
なお、上記した例は転炉精錬におけるCr鉱石の溶融還元吹錬を行なった場合の例であるが、本発明は鉄鉱石，マンガン鉱石，ニッケル鉱石等の炭素還元が可能な鉱石、およびその他の塊状化鉱石，予備還元鉱石等にも効果的に適用できる。また転炉精錬におけるスクラップ等の冷鉄源の使用量を増大させる上でも効果を発揮することは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、転炉型精錬炉から回収された有価金属とＣを多量に含有するダストを転炉型精錬炉内の溶湯に添加するにあたって、ダスト中の有価金属の炉内歩留りを低下させず、しかも２次燃焼率を高水準に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転炉内の酸素ランスとダスト添加ランスの位置関係を示す配置図である。
【図２】ダスト添加角度と２次燃焼率指数との関係を示すグラフである。
【図３】ダスト添加角度とCr歩留り指数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  転炉
２  酸素上吹きランス
３  ダスト添加ランス
θ  ダスト添加角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004204271.tif 000006