(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉を除く竪型炉に、粉鉱石とギーセラー最高流動度MFが logMF＞0.5 の石炭を混合し、1℃/sec以上の加熱速度で350〜550 ℃の成形温度まで加熱し、この成型温度で加圧成形して得た炭材内装塊成化物を、コークスとともに炉頂部から装入し、送風口から予熱した空気を吹き込み前記炭材内装塊成化物を還元、溶融することを特徴とする溶銑製造方法。
【請求項２】
前記加圧成形を行う際の成形圧が1.5ton/cm以上である請求項１に記載の溶銑製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料に炭材内装塊成化物を使用した、高炉を除く竪型炉による溶銑製造方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶銑製造方法の一つとして、溶鉱炉いわゆる高炉による方法がある。高炉法では原料として良質な焼成鉱、ペレットとコークスを使用するため付帯設備として焼結工場やペレット工場、コークス工場等が必要となり生産設備が大規模なものとなる。一方、鉄鉱石粉を主原料に、還元剤である炭材を混合して塊成化した炭材内装塊成化物を還元した還元鉄を電気炉等の溶解炉で溶解して溶銑を製造する方法があり、この方法は焼結工場やペレット工場、コークス工場等が必要でないため、生産設備は自ずと小規模なものとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高炉法は溶銑の大量生産には適しているが、上記付帯設備からの有害物質（NOX 、SOX 、ダイオキシン等）と高炉からのスラグの排出量が多く、また高炉からＢガスが多量に発生し高炉自体の反応炉としての熱効率も低い。また、高炉法では燃料としてコークスを使用しているので、炉内でのコークスの劣化（粉化）を抑制し、通気性を確保するために高強度のコークスが必要となる。そのためには強粘結炭が必要であるが、強粘結炭は埋蔵量が少なく、かつ高価である。したがって、高炉法に代わる溶銑製造方法が望まれている。
【０００４】
また、上記塊成化物を還元した還元鉄を溶解炉で溶解する溶銑製造法は、生産設備は小規模であるが、使用する塊成化物が、固体炭材粉、例えば石炭粉と鉱石粉、製鉄所発生ダスト（炭素、酸化鉄等の混合物）等の酸化鉄粉（以下、粉鉱石という）にバインダーを添加して冷間成形したものであると、バインダーが高価であるためコスト高になり、バインダーにセメント類を使用すると竪型炉で溶解する際に、セメント類がスラグ化し、スラグ比が上昇し通液性が悪化すること等の問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、生産設備が小規模で、操業の起動、停止が容易で、かつNOX 、SOX 等の有害物質とスラグの排出量が少ない溶銑製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
その要旨は、高炉を除く竪型炉に、粉鉱石とギーセラー最高流動度MFが logMF＞0.5 の石炭を混合し、1℃/sec以上の加熱速度で350〜550 ℃の成形温度まで加熱し、この成型温度で加圧成形して得た炭材内装塊成化物を、コークスとともに炉頂部から装入し、送風口から予熱した空気を吹き込み前記炭材内装塊成化物を還元、溶融することを特徴とする溶銑製造方法である。
【０００７】
また、前記加圧成形を行う際の成形圧を1.5ton/cm以上とする溶銑製造方法である。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の溶銑製造方法で使用する炭材内装塊成化物は粉鉱石と還元剤である石炭粉とを混合し、 350〜550 ℃で熱間成形することによって、バインダーを添加することなく炭材内装塊成化物を成形することができる。このためには、還元剤である石炭には、ギーセラー最高流動度MFが logMF＞0.5 の石炭を用いる。
【００１１】
以下に、本発明の溶銑製造方法で使用する炭材内装塊成化物について説明する。還元剤である石炭は、 260℃を超えると乾留反応が始まり軟化溶融し、 550℃を超えると固化する。したがって、 350〜550 ℃の温度域で粉鉱石と石炭を混合し加圧成形すると、粉鉱石粒子間の空隙に溶融した石炭が容易に浸入し、粉鉱石同士を強固に連結することができる。このため、バインダーが不要となり還元鉄の品位を高め、ひいては溶銑の品位を高めることができる。さらに、還元された炭材内装塊成化物の還元、溶解時にセメント類を使用したバインダーによるスラグ発生がないため、竪型炉内でのスラグ比上昇による通液性の悪化が本発明法では問題とならない。また、スラグ量そのものを低減することができる。
【００１２】
また、最高流動度付近の温度で成形すると炭材内装塊成化物の密度が高くなり、圧潰強度も高くなるので、搬送時、溶解炉装入時および竪型炉内での割れや粉化を抑制することができる。その結果、炭材内装塊成化物の製品歩留りが向上し、還元、溶解時の竪型炉内の通気性も良好となる。また、炭材内装塊成化物の密度が高くなると、鉱石粉と炭材との接触が密になり、還元されやすくなり還元時間が短くなる。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度MFが logMF＞1 である石炭を使用し、 350〜550 ℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いる。
【００１３】
使用する石炭のギーセラー最高流動度MFが logMF＞0.5 である場合は、 1℃/sec以上の加熱速度で成形温度まで加熱し、 350〜550 ℃で熱間成形する。熱間成形時、成形温度までの石炭の昇熱速度が大きくなると軟化溶融性が向上するため、加熱速度は 1℃/sec以上の加熱速度で加熱する。特に、ギーセラー最高流動度 logMFが 1以下の場合は、加熱速度を規制することが、密度および圧潰強度の高い炭材内装塊成化物を得る上で重要なことである。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度MFが logMF＞0.5 である石炭を使用した場合は、 1℃/sec以上の加熱速度で加熱し 350〜550 ℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いる。
【００１４】
さらに、使用する石炭のギーセラー最高流動度MFが logMF＞0.5 である場合は、 1℃/sec以上の加熱速度で成形温度まで加熱し、1.5ton/cm 以上の成形圧で 350〜550 ℃で熱間成形する。炭材内装塊成化物は、熱間成形時に加圧成形することにより粉鉱石粒子間の空隙に溶融した石炭が十分に浸入し、粉鉱石同士が強固に連結したものとなる。成形圧が小さいと粉鉱石粒子間の空隙への溶融した石炭の浸入しが不十分となり、密度および圧潰強度の高い炭材内装塊成化物を得ることができないので、熱間成形時の成形圧は1.5ton/cm 以上とする。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度MFが logMF＞0.5 である石炭を使用し、 1℃/sec以上の加熱速度で加熱し、1.5ton/cm 以上の成形圧で 350〜550 ℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いる。なお、炭材内装塊成化物の大きさは20mm〜80mm径のものが好ましい。また、ギーセラー最高流動度はJIS M 8801ギーセラー流動度試験法に基づいて測定する。
【００１５】
なお、上記炭材内装塊成化物は、特願平10-081540 号還元鉄用塊成化物およびその製造方法に詳細に開示してある炭材内装塊成化物の製造方法に基づいて製造することができる。
【００１６】
次に、上記炭材内装塊成化物を使用した溶銑製造方法について説明する。炭材内装塊成化物を溶解する溶解炉には高炉を除く竪型炉を用いる。高炉の除く竪型炉としては、図１に示すように、竪型炉１の下部に出銑口２のある湯溜まり部、湯溜まり部の上方に複数の送風口３、炉頂部に原料装入口４を設けた形式で、キュポラを使用することができる。
【００１７】
炭材内装塊成化物の溶解にあたっては、先ず竪型炉内に初込めコークス５を詰め、その上にコークス６と炭材内装塊成化物７を原料装入口４から原料装入口の高さまで装入する。コークスと炭材内装塊成化物の装入方法は、コークスと炭材内装塊成化物を予め均一に混合して装入してもよく、高炉のように、コークスと炭材内装塊成化物を交互に層状に装入してもよい（図１参照）。その後、送風口３から 900〜1300℃程度の温度に予熱した空気を送風し、コークス５、６を燃焼することにより送風口近傍を約2000℃の高温場にする。そしてこの高温ガスは炉内上方に向かって上昇し、炉内を降下してくる炭材内装塊成化物を効率よく加熱する。図２に、炉内の温度変化とガス成分変化を模式的に示す。
【００１８】
送風口近傍では、空気中のO2および吹き込みO2とコークスおよび補助燃料が反応してCO2 が発生する。さらに、このCO2 はコークスおよび未燃焼の補助燃料と反応してCOを発生する。反応式は下記の通りである。
【００１９】
O2＋C →CO2 
CO2 ＋C →2CO
【００２０】
したがって、炉内上方に向かって上昇する高温ガスはCOが主体である。CO分圧を図３に示すFe-C-O系平衡図（全圧0.1MPa）中の斜線領域内に入るように制御することによって、還元域で、表面の再酸化を防止し、炭材内装塊成化物を還元鉄まで還元することができる。
【００２１】
還元域では、炉内の炭材内装塊成化物は、還元に必要な炭素量以上の石炭が内装されているため、温度が1200℃以上になると直接還元反応（吸熱反応）が急速に進行して還元される。また、炉内を上昇してくるCOによって炭材内装塊成化物は間接還元もされる。上記のように直接還元は吸熱反応であるため、図２に示すように、直接還元反応が起こっている領域では炉内温度の上昇は停滞する。反応式は下記の通りである。
【００２２】
Fe2O3 ＋3C→2Fe ＋3CO   （直接還元反応）
Fe2O3 ＋3CO →2Fe ＋3CO2（間接還元反応）
CO2 ＋C →2CO
【００２３】
溶融滴下域では、還元された炭材内装塊成化物（還元生成物）は、炭材内装塊成化物中の余分の炭材と、装入されているコークスにより浸炭されて融点が下がるので、低い温度で溶融滴下する。融点以上の温度に加熱された還元生成物は、溶融滴下し、湯溜まり部に溜まり、ここで溶銑とスラグに分離される。出銑時は、先に溶銑が出銑口２から排出され、その後、少量のスラグが出銑口から排出される。送風口から下の溶融滴下域では、コークスは燃焼しないので、溶融滴下域の温度は1500℃程度である。
【００２４】
出銑口から排出された溶銑は、溶銑のまま製鋼に使用してもよく、鋳型に鋳込み型銑にしてもよく、あるいは炉前でコークスと炭材から浸入する S分を除去する脱硫処理や成分調整等を行ったのち鋳型に鋳込み鋳物製品にしてもよい。本発明法では造滓剤である副原料を必要としないので、スラグの発生量は少ない。スラグは、出銑口の上方に出滓口を設け、そこから排出してもよい。炭材内装塊成化物の竪型炉での装入から溶融滴下までの時間は約20分から40分程度の短いものである。
【００２５】
炭材内装塊成化物の還元、溶融滴下が進行し、炉内の原料レベルが低下すると、既述のように、コークスと炭材内装塊成化物を原料装入口４から装入し、炉内の原料レベルを一定に維持することで連続操業が可能である。
【００２６】
炭材内装塊成化物とともに装入するコークス６は、熱源のほかに炉内での通気性の確保（スペーサー）と還元される炭材内装塊成化物への加炭剤（浸炭剤）の働きをする。
【００２７】
熱源となるコークスは、補助燃料としての微粉炭、プラスチック、重油等で代替でき、補助燃料を使用することにより高価なコークスの使用量を低減することができる。前記補助燃料は、図４に示すように、送風口３に設けた補助燃料管８から予熱した空気とともに炉内に吹き込む。なお、補助燃料としてのプラスチックは産業廃棄物、一般廃棄物から回収したものでよく、熱源になればポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の種類は問わない。また大きさは15mm以下が好ましい。さらに、補助燃料の燃焼率を向上するには、酸素を同時に吹き込み、送風した空気中の酸素の比率を高めることが有効である。また、酸素の吹き込みは、全吹き込み量に対する窒素量が減少することになり炉内圧力損失の低減に有効である。
【００２８】
高炉法では装入から出銑まで約８時間を要するのに、本発明法では装入から溶融滴下までの時間が30分前後と短いので、炉高を低くできコークスに加わる荷重が低下するので、強粘結炭による高価なコークスの配合量を低減することができる。また、炉上部から排出される高温排ガスは回収して、炭材内装塊成化物を製造する際の熱間成形時の熱源に利用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明の溶銑製造方法は、原料に炭材内装塊成化物を使用し、溶解炉に高炉を除く竪型炉を使用するため、付帯設備としての焼結工場やペレット工場、コークス工場等が不要となるため、NOx 、SOx 等の有害物質の排出がなくなり、生産設備も小規模で、操業の起動、停止が容易なものとなる。また、炭材内装塊成化物は脈石等の不純物の少ない粉鉱石等の酸化鉄粉を使用し、溶解時の造滓剤となる副原料を必要としないのでスラグの発生量が少なく、したがってスラグの排出量が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する図で、溶解に使用する竪型炉の概念図である。
【図２】実施例で使用した竪型炉内の温度変化とガス成分変化の一例を模式的に示す図である。
【図３】  Fe-C-O系平衡図（全圧0.1MPa）である。
【図４】本発明で使用する竪型炉の送風口に設けた補助燃料管の概念図である。
【符号の説明】
１…竪型炉、２…出銑口、３…送風口、４…原料装入口、５…初込めコークス、６…コークス、７…炭材内装塊成化物、８…補助燃料管。
【図１】
0003881805.tif 000002
【図２】
0003881805.tif 000003
【図３】
0003881805.tif 000004
【図４】
0003881805.tif 000005