(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑（Ａ）を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑（Ｂ）を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑（Ａ）を脱硫処理することなく溶銑（Ｂ）と合わせ湯した後、該合わせ湯した溶銑を処理後のＳ濃度が０．００３mass％以下まで脱硫処理することを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
【請求項２】
合わせ湯する溶銑（Ａ）の質量ａと溶銑（Ｂ）の質量ｂが下記（1）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の溶銑の脱硫処理方法。
０＜ａ／（ａ＋ｂ）≦０．５      …（1）
【請求項３】
鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑（Ａ）を製造する工程が、シャフト型のキュポラを使用して行われることを特徴とする請求項１または２に記載の溶銑の脱硫処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑を効率的に脱硫処理するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼需要の増加に伴い、高炉で溶銑を製造する一貫製鉄所においても、市中に出回っている鉄系スクラップ（鉄屑）を有効に活用して、溶銑の生産弾力性を高める生産方式が検討されている。鉄系スクラップは、熱源に電気を用いる電気炉法で溶解されて溶鋼が製造されるのが一般的であるが、一貫製鉄所においては、温度が低下しても液相線温度が低いことや、次工程の転炉で吹錬するため低窒素化等の高品質化が得られる利点があるため、鉄系スクラップからの溶銑製造が望まれる場合もある。その場合には、溶銑を直接製造できるプロセスが効率的であるため、コークスを熱源とするシャフト型のキュポラ（スクラップ溶解炉）を使用するのが有効である。
【０００３】
キュポラは、原料の違いにより高炉に較べてスラグ比が少ないことや、一般に熱源として鋳物用コークスを使用するため溶銑と接する雰囲気中の酸素分圧が高い影響などにより、溶銑中のＳ（硫黄）濃度が高炉溶銑よりも高いのが特徴である。一般のキュポラでは、基本的に鋳鉄、鋳鋼を製造するため、厚板、薄板、鋼管等の鋼材に比較してＳの規格は高く、一貫製鉄所で要求されているＳ≦０．００３mass％までの低硫化は必要とされない。そのため、（i）出銑された溶銑を取鍋に受けて接種を兼ねたＭｇ処理を行う（例えば、非特許文献１）、（ii）出銑樋の途中で溶銑に脱硫剤を吹き込む（例えば、特許文献１）、などの脱硫処理を行うのが一般的である。
【非特許文献１】クリモト技報，Ｎｏ．４１（１９９９．９），p.７０−７３
【特許文献１】特開平２−２５０９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの方法では、Ｍｇを使用するため熱力学的平衡上、低硫化が困難であること（上記（i）の方法）、連続処理であるため反応処理時間を長くすることが難しいこと（上記（ii）の方法）、などの理由から、キュポラ溶銑をＳ≦０．００３mass％まで安定して処理することは困難である。
したがって本発明の目的は、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑を少ない石灰原単位で効率的に脱硫処理することができる溶銑の脱硫処理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、溶銑鍋を利用したインペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置と、キュポラの鋳床と傾注樋の間に設置した上吹き方式の脱硫装置を用いた実験を行い、キュポラから出銑した溶銑（キュポラ溶銑）と、高炉から出銑した溶銑（高炉溶銑）が並存する場合に、溶銑を効率的に脱硫処理できる方法について検討を行った。その結果、キュポラ溶銑は高炉溶銑よりも溶銑中のＳ濃度が高いため、処理後のＳ濃度が０．０１mass％以下程度のレベルであれば、初期Ｓ濃度が高い効果により脱硫石灰効率も高いが、処理後のＳ濃度が０．００３mass％以下の低濃度まで脱硫する場合には、脱硫石灰効率が非常に低くなることが判った。これに対して、キュポラ溶銑を脱硫処理することなく高炉溶銑と合わせ湯し、この合わせ湯した溶銑に脱硫処理を施した場合には、高炉溶銑とキュポラ溶銑が併存する製鉄設備においてキュポラ溶銑自体を脱硫処理する工程を有する場合に較べ、トータルの石灰（脱硫剤）使用量を少なくできることが判った。
【０００６】
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。
［1］鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑（Ａ）を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑（Ｂ）を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑（Ａ）を脱硫処理することなく溶銑（Ｂ）と合わせ湯した後、該合わせ湯した溶銑を処理後のＳ濃度が０．００３mass％以下まで脱硫処理することを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
［2］上記［1］の脱硫処理方法において、合わせ湯する溶銑（Ａ）の質量ａと溶銑（Ｂ）の質量ｂが下記（1）式を満足することを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
０＜ａ／（ａ＋ｂ）≦０．５      …（1）
［3］上記［1］または［2］の脱硫処理方法において、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑（Ａ）を製造する工程が、シャフト型のキュポラを使用して行われることを特徴とする溶銑の脱硫処理方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の溶銑の脱硫処理方法によれば、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑（Ａ）を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑（Ｂ）を製造する工程とが併存する製鉄設備において、溶銑（Ａ）を脱硫処理することなく溶銑（Ｂ）と合わせ湯し、この合わせ湯した溶銑を脱硫処理することにより、溶銑を少ない石灰原単位で効率的に脱硫処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、鉄系スクラップを主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑Ａ（＝キュポラ溶銑に代表されるので、以下便宜上「キュポラ溶銑Ａ」という）を製造する工程と、鉄鉱石を主原料とし、コークスを主たる熱源として溶銑Ｂ（＝高炉溶銑に代表されるので、以下便宜上「高炉溶銑Ｂ」という）を製造する工程とが併存する製鉄設備において、キュポラ溶銑Ａを脱硫処理することなく高炉溶銑Ｂと合わせ湯し、この合わせ湯した溶銑を脱硫処理するものである。
以下の説明において、“キュポラ”とは、炉頂部から鉄系スクラップとコークス等を装入し、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し、溶銑を製造する竪型溶解炉を意味するものとする。
【０００９】
ここで、キュポラの操業は、（i）原料の違いから高炉操業に較べてスラグ量が１／５程度と少ないこと、（ii）炉内の酸化度が高く、スラグ中酸化鉄濃度が高い上、スラグの塩基度も低いため、スラグ側への脱硫が行われにくく、硫黄分が溶銑側に分配されること、などのために溶銑中Ｓ濃度が高くなる。
また、本発明において、合わせ湯した溶銑（キュポラ溶銑Ａ＋高炉溶銑Ｂ）の脱硫処理後のＳ濃度は特に限定しないが、一般には、０．００３mass％以下である。
【００１０】
図１は、溶銑Ａを製造するキュポラ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。このキュポラ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。
【００１１】
このようなキュポラでは、炉頂の原料装入部１から鉄系スクラップとコークスなど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、石灰石、木炭や無煙炭等の炭材などを装入してもよい。
【００１２】
溶銑の脱硫反応では、溶銑中のＳが下記（2）式の反応によりＣａＳの形態でスラグ中に取り込まれるが、この時のスラグの脱硫能は、一般に下記（3）式（見かけの平衡式）に示す分配比Ｌｓで評価される。
ＣａＯ＋Ｓ＝ＣａＳ＋Ｏ      …（2）
Ｌｓ＝（Ｓ）／［Ｓ］＝（［Ｓ］ｉ／［Ｓ］ｆ−１）／ｗｓ      …（3）
但し  Ｌｓ：分配比（−）
（Ｓ）：スラグ中の硫黄濃度（mass％）
［Ｓ］：溶銑中の硫黄濃度（mass％）
［Ｓ］ｉ：処理前の溶銑中の硫黄濃度（mass％）
［Ｓ］ｆ：処理後の溶銑中の硫黄濃度（mass％）
ｗｓ：スラグ比（−）
【００１３】
上記のように分配比Ｌｓはスラグの脱硫能であり、スラグ組成が一定であれば、［Ｓ］ｉ濃度に応じた［Ｓ］ｆ濃度が決まることになる。したがって、［Ｓ］ｉ濃度が高くなれば［Ｓ］ｆ濃度も高くなってしまう。そこで、［Ｓ］ｆ濃度を下げるためには、スラグ比（石灰の原単位）を増加させる必要がある。
一般に、キュポラ溶銑Ａは高炉溶銑ＢよりもＳ濃度が数倍も高いため、キュポラ溶銑Ａを１回の処理でＳ≦０．００３mass％まで低濃度化するには、スラグ比を大きくしなければならなず、さきに述べたように脱硫石灰効率が非常に低くなる。これに対して、キュポラ溶銑Ａを高炉溶銑Ｂと合わせ湯した後、脱硫処理した場合には、キュポラ溶銑ＡのＳ濃度が高炉溶銑Ｂで薄まるため、脱硫石灰効率が悪化するまでには至らない。
【００１４】
また、キュポラ溶銑Ａを高炉溶銑Ｂに合わせ湯した際に、初期Ｓ濃度が高いほどスラグ比も高くなるが、スラグ比が高くなりすぎると処理容器（通常、溶銑鍋）のフリーボードが足りなくなり、スラグおよび溶銑が処理容器から溢れ出てしまい、実質的に処理が行えなくなる場合があることも判明した。そして、その限界が、合わせ湯するキュポラ溶銑Ａ（質量ａ）と高炉溶銑Ｂ（質量ｂ）の質量比として［ａ／（ａ＋ｂ）］≦０．５であることも判った。したがって、本発明では、下記（1）式を満足するようにキュポラ溶銑Ａと高炉溶銑Ｂを合わせ湯することが好ましい。
０＜ａ／（ａ＋ｂ）≦０．５      …（1）
以上のようにして溶銑の脱硫処理を行うことにより、キュポラ溶銑Ａと高炉溶銑Ｂとが併存する製鉄設備において、全体として少ない石灰原単位で溶銑のＳ濃度を目標値まで低下させることができる。
【実施例】
【００１５】
本発明例として、次のような脱硫処理を行った。高炉で出銑した高炉溶銑Ｂ（平均Ｓ濃度：０．０３mass％）を溶銑鍋に受銑し、この溶銑鍋をキュポラセンターまで鉄道で移動させて、キュポラで出銑したキュポラ溶銑Ａ（平均Ｓ濃度：０．０８mass％）と合わせ湯し、その後、溶銑鍋を脱硫センターへ移動させ、図２に示すようなインペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置を用い、溶銑鍋内の溶銑をＳ濃度：０．００２mass％まで脱硫処理した。この脱硫処理では、溶銑鍋６内の溶銑１１に対してシューター８から脱硫剤１３を添加し、インペラー７を用いて溶銑１１とスラグ１２を撹拌した。その他、図面において、９は溶銑鍋１を保持する台車、１０は脱硫剤用のホッパー５である。溶銑の処理量は２３０〜２４０ｔ／ｃｈであり、処理前の溶銑温度は１４００〜１４１０℃とした。粒径が３０ｍｍ以下の石灰を脱硫剤として使用し、インペラーの回転数は１２０〜１３０ｒｐｍ、脱硫処理時間は８〜１０ｍｉｎとした。
【００１６】
また、比較例として、次のような脱硫処理を行った。キュポラで出銑したキュポラ溶銑Ａ（平均Ｓ濃度：０．０８mass％）を、図３に示すようなキュポラの鋳床と傾注樋の間に設置した上吹き方式の脱硫装置を用い、Ｓ濃度：０．００２mass％まで脱硫処理した。この脱硫処理では、溶銑樋１４内を流れる溶銑１１に、溶銑樋１４の上方に設置した上吹きランス１５から脱硫剤を添加し、脱硫された溶銑１１が傾注樋を介して溶銑鍋内に落下し、溶銑鍋で受銑されるようにした。キュポラ溶銑Ａの平均通過量１．５ｔ／ｍｉｎ、平均出銑温度１５３０℃であり、上吹きには３ｍｍ以下の石灰を脱硫剤として使用した。
【００１７】
前記溶銑鍋中には、事前に脱硫処理された高炉溶銑Ｂ（平均Ｓ濃度：０．００２mass％）が規定量装入されており、上記のように出銑樋で脱硫処理されたキュポラ溶銑Ａの受銑時に、高炉溶銑Ｂが合わせ湯されるようにした。高炉溶銑Ｂの脱硫処理方法は、高炉溶銑Ｂを受銑した溶銑鍋を脱硫センターへ移動させ、本発明例と同様にインペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置（図２）を用い、溶銑鍋内の溶銑をＳ濃度：０．００２mass％まで脱硫処理した。溶銑の処理量は２３０〜２４０ｔ／ｃｈであり、処理前の溶銑温度は１４００〜１４１０℃とした。粒径が３０ｍｍ以下の石灰を脱硫剤として使用し、インペラーの回転数は１２０〜１３０ｒｐｍ、脱硫処理時間は８〜１０ｍｉｎとした。
【００１８】
以上のように、本発明例ではキュポラ溶銑Ａを脱硫処理することなく、高炉溶銑Ｂと合わせ湯し、しかる後、インペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置で脱硫処理した。これに対して、比較例ではキュポラ溶銑Ａを脱硫処理した後、既に脱硫処理した高炉溶銑Ｂと合わせ湯した。
合わせ湯するキュポラ溶銑Ａ（質量ａ）と高炉溶銑Ｂ（質量ｂ）について、質量比［ａ／（ａ＋ｂ）］とトータルの石灰原単位との関係を図４に示す。ここで、比較例でのトータルの石灰原単位は、キュポラ溶銑Ａを脱硫する石灰と高炉溶銑Ｂを脱硫する石灰の合計である。図４によれば、質量比［ａ／（ａ＋ｂ）］に関わりなく、比較例に較べて本発明例の方がトータルの石灰原単位が少なく、効率的な処理が行われていることが判る。なお、本発明例において質量比［ａ／（ａ＋ｂ）］が０．５を超えると、脱硫剤の量が多くなりすぎるため、スラグや溶銑が溶銑鍋から溢れ、安定した処理ができなくなる場合があった。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】キュポラとその基本的な操業形態を模式的に示す説明図
【図２】インペラーによる機械撹拌方式の脱硫装置を用いた脱硫処理の実施状況を示す説明図
【図３】キュポラの鋳床と傾注樋の間に設置した上吹き方式の脱硫装置を用いた脱硫処理の実施状況を示す説明図
【図４】実施例において、合わせ湯するキュポラ溶銑Ａ（質量ａ）と高炉溶銑Ｂ（質量ｂ）について、質量比［ａ／（ａ＋ｂ）］とトータルの石灰原単位との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００２０】
１  原料装入部
２  羽口
３  熱風管
４  排ガス出口
５  出銑口
６  溶銑鍋
７  インペラー
８  シューター
９  台車
１０  ホッパー
１１  溶銑
１２  スラグ
１３  脱硫剤
１４  溶銑樋
１５  上吹きランス
【図１】
0005163012.tif 000002
【図２】
0005163012.tif 000003
【図３】
0005163012.tif 000004
【図４】
0005163012.tif 000005