(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種湯の存在する溶解専用転炉に含鉄冷材、酸素、底吹きノズルから石炭を供給して、溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉での所要精錬量の合計量の高炭素溶鉄を得、この高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得る転炉製鋼法において、
前記溶解専用転炉で高炭素溶鉄を製造し、脱硫装置で前記溶解専用転炉から供給された高炭素溶鉄を脱硫し、脱硫した高炭素溶鉄を前記精錬専用転炉に装入し、集塵装置で前記溶解専用転炉及び精錬専用転炉から供給されたダストを集塵し、塊成化装置で集塵装置から供給されたダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で塊成化装置から供給されたダスト塊を高温加熱して内装炭材を還元材として予備還元し、予備還元ダスト塊を高温状態で含鉄冷材の一部として種湯の存在する前記溶解専用転炉に供給し、主成分が鉄分であるダストを再使用することを特徴とする転炉製鋼におけるダスト利用方法。
【請求項２】
前記塊成化装置から供給されたダスト塊を１２００〜１３００℃で加熱して予備還元することを特徴とする請求項１に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
【請求項３】
溶解専用転炉及び精錬専用転炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化するときに、熱間圧延工程で発生するスケール及び、又は高炉にて発生する高炉ダストを混合することを特徴とする請求項１又は２に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
【請求項４】
予備還元炉での加熱を空気−ＬＮＧ，ＬＰＧ又はＣＯＧバーナー加熱雰囲気で行うことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種湯の存在する溶解専用転炉に含鉄冷材、炭材、酸素を供して、溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉での所要精錬量の合計量の高炭素溶鉄を得、この高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得る転炉製鋼法に関し、特に溶解専用転炉及び精錬専用転炉で発生する主成分が鉄分のダストの利用方法の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粒銑、型銑、製鉄所発生スクラップ等の固形含鉄冷材を原料とする転炉製鋼法として、従来、種湯の存在する溶解専用転炉に含鉄冷材、炭材、酸素を供給して、溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉での所要精錬量の合計量の高炭素溶鉄を得、この高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得る転炉製鋼法が知られており、また、溶解専用転炉で使用する炭材の硫黄含有量が高くて、高炭素溶鉄の硫黄含有量が高い場合、精錬専用転炉で酸素精錬前に、取鍋で脱硫処理することも知られている（特公平４−１１６０３号公報）。このような全量含鉄冷材を原料とする溶解専用転炉と精錬専用転炉からなる製鋼法において、溶解専用転炉と精錬専用転炉で鉄分を主成分するダストの発生を皆無にできない。従って、溶解専用転炉と精錬専用転炉で発生する鉄分を主成分するダストを効率的にリサイクルすることにより、ダストの処理問題を解決すると共に鉄歩留りを向上させる必要がある。
【０００３】
これに対し、従来、特公平４−３８８１３号公報に、溶解専用転炉と精錬専用転炉で発生するダストと１５％までの石灰分あるいは、３５％までの炭材を複合させて皿型造粒法、圧縮成形法等で塊成化し、転炉上方より自然落下により装入、再使用するに際し、転炉内ガス発生による上昇ガス流のために転炉外に逸散を防止するため、溶解専用転炉では粒度１０mm以上、精錬専用転炉では粒度５mm以上の塊成化ダストを再使用する方法が提案されている。そして同公報には、溶解専用転炉および精錬専用転炉にて発生したダストとダスト重量の１０％相当の石灰を混合し、皿型造粒法を用いて塊成化し、粒度５〜３０mmおよび１０〜３０mmの塊成化ダストを酸素供給中の精錬専用転炉および溶解専用転炉に、転炉上方より連続添加して再使用した結果、塊成化ダストの飛散ロスが皆無で、高位の鉄歩留りが得られたことが開示されている。この従来法によれば、発生ダストの処理の問題を解決できると共に発生ダストを鉄分として効率的に回収可能であり、有益である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶解専用転炉や精錬専用転炉で発生するダストは純酸素を供給、例えば上吹きを行っていることから、鉄分の大部分は酸化されている。酸化鉄、例えば酸化第一鉄を還元して溶融するには、純鉄の約４倍の熱量が理論的に必要となる。
従って、酸化鉄を含む塊成化ダストを、例えば溶解専用転炉にリサイクルすると、溶鉄を製造するために必要な熱量は、塊成化ダストをリサイクルしない場合に比べて増加する。
【０００５】
一方、酸素供給設備能力、炭材供給設備能力、集塵排ガス処理設備能力によって、溶解専用転炉の炉内熱供給速度（酸素供給速度、炭材供給速度）の上限は、固定されているので溶鉄を製造するために必要な熱量の増加により、溶鉄の生産速度は低下してくる、という問題点がある。
また、上述の還元に必要な熱源として純酸素と炭材、例えば石炭との燃焼熱を用いるために、その分だけ酸素、炭材原単位が増加し、炭材例えば石炭中のＳによる製造溶鉄中〔Ｓ〕の増加が問題となる。
【０００６】
本発明は、上記のような、ダストリサイクル使用時の、生産性低下、溶鉄中  〔Ｓ〕増加を抑制する方法を提供するものである。また本発明は、上記還元に必要な一次エネルギー量を削減する方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）種湯の存在する溶解専用転炉に含鉄冷材、酸素、底吹きノズルから石炭を供給して、溶解専用転炉での所要種湯量と別の精錬専用転炉での所要精錬量の合計量の高炭素溶鉄を得、この高炭素溶鉄を原料として精錬専用転炉で酸素精錬することにより所要成分の溶鋼を得る転炉製鋼法において、
前記溶解専用転炉で高炭素溶鉄を製造し、脱硫装置で前記溶解専用転炉から供給された高炭素溶鉄を脱硫し、脱硫した高炭素溶鉄を前記精錬専用転炉に装入し、集塵装置で前記溶解専用転炉及び精錬専用転炉から供給されたダストを集塵し、塊成化装置で集塵装置から供給されたダストに炭材を内装させて塊成化し、予備還元炉で塊成化装置から供給されたダスト塊を高温加熱して内装炭材を還元材として予備還元し、予備還元ダスト塊を高温状態で含鉄冷材の一部として種湯の存在する前記溶解専用転炉に供給し、主成分が鉄分であるダストを再使用することを特徴とする転炉製鋼におけるダスト利用方法。
（２）前記塊成化装置から供給されたダスト塊を１２００〜１３００℃で加熱して予備還元することを特徴とする請求項１に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
（３）溶解専用転炉及び精錬専用転炉で発生するダストに炭材を内装させて塊成化するときに、熱間圧延工程で発生するスケール及び、又は高炉にて発生する高炉ダストを混合することを特徴とする（１）又は（２）に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
（４）予備還元炉での加熱を空気−ＬＮＧ，ＬＰＧ又はＣＯＧバーナー加熱雰囲気で行うことを特徴とする（１）、（２）又は（３）に記載の転炉製鋼におけるダスト利用方法。
【０００８】
そして、請求項１に係る発明によれば、塊成化ダストを予備還元後、高温状態で溶解専用転炉に供給するため、溶解専用転炉に還元熱源としての酸素と炭材の供給量が低減され、酸素、炭材原単位が低減されるので、溶鉄の生産性の低下を抑制でき、また製造溶鉄中〔Ｓ〕の増加を抑制できる。
また、請求項３に係る発明によれば、スケール及び、又は高炉ダストを混合した塊成化ダストを予備還元して用いた場合も、スケール及び、又は高炉ダストを混合しない場合と同様に溶解専用転炉の酸素、炭材原単位が低減され、製造溶鉄中〔Ｓ〕の増加を抑制できる。特に、塊成化時に高炉ダストを混合した場合は、高炉ダストはカーボン分を多量に含むため、内装する炭材量を削減することが可能である。
また、請求項４に係る発明によれば、塊成化物の還元に酸素、炭材でなく空気−ＬＰＧ，ＬＮＧ又はＣＯＧを用いているので、還元に必要な一次エネルギー消費量を低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に基ずき詳細に説明する。図１に本発明の実施の形態の一例を示すプロセスフローを示す。
種湯の溶融鉄および溶融スラグが存在している溶解専用転炉１の炉内に供給された粒銑、型銑、製鉄所発生スクラップ等の固形含鉄冷材の溶解時には、例えば酸素上吹きランスから酸素が、底吹きノズルから非酸化性ガス、例えば窒素ガスをキャリアーガスとして石炭が吹き込まれる。
【００１０】
この溶解専用転炉１にて製造した高炭素溶鉄は、種湯分を炉内に残湯させて取鍋に出湯（注入）する。必要に応じて溶融スラグの一部を排滓する。出湯、出滓のための傾動時、含鉄冷材の一括装入時等の含鉄冷材の非溶解時には、底吹きノズルの閉塞を防止するため、底吹きノズルから非酸化性ガスが吹き込まれる。取鍋に出湯（注入）された高炭素溶鉄は、引き続き、ＫＲ、インジェクション等の脱硫設備２にて脱硫される。脱硫後の高炭素溶鉄は、精錬専用転炉３に装入（注入）されて酸素供給され脱炭処理する。この精錬専用転炉３は、例えば一般的な上底吹き転炉を用いている。
【００１１】
このような溶解専用溶転炉１、精錬専用転炉３でそれぞれ発生するダストは、ＯＧ方式の湿式集塵装置４にて回収され、ダストスラリーとなり、さらにフィルタープレス５による脱水後、塊成化装置、例えばパンペレタイザー６にバインダーとして石灰、還元材として石炭を追加混合して供給し、これによって、ペレット化される。この際、後述する、乾燥、加熱還元後、熱間にて溶解専用転炉に装入する際、炉内上昇ガス流で飛散してロスとならない粒径、例えば１０mm以上にする。
製造ペレットは、乾燥炉７に装入される。乾燥後、引き続き、例えば、回転炉床型予備還元炉８にて、空気−ＬＮＧバーナー加熱雰囲気で内装石炭を還元材として加熱還元される。
【００１２】
図６は本発明者等が調査した、ダスト組成：Ｔ．Ｆｅ＝６２％、Ｍ．Ｆｅ＝２１％、ＦｅＯ＝３４％，Ｆｅ2 Ｏ3 ＝２２％、バインダー（石灰）量：１０％、粒径：１０〜１５mm、水分：１％以下のダストペレットの石炭内装量、還元温度と予備還元率、即ち金属化率の関係を示す。ここで金属化率とはＭ．Ｆｅ／Ｔ．Ｆｅで定義される。図６から石炭内装量１０％（１５％）、１２００〜１３００℃で予備還元すれば、金属化率８０％（９０％）以上に予備還元できることが判る。
【００１３】
また、図７に同様のダスト組成に、高炉ダスト（例えばＴ．Ｆｅ＝４１％、Ｍ．Ｆｅ＝０．５％、Ｃ＝２３％）を混合した場合の石炭内装量と金属化率の関係を示す。高炉ダストを使用しない場合に比べてダスト塊成化時に内装する炭材量が少なくても金属化率９０％以上に予備還元できることが判る。スケール（例えば、Ｔ．Ｆｅ＝７４％、Ｍ．Ｆｅ＝０．５％、Ｃ＝０．５％）を混合した場合はスケールを混合しない場合と比べて差異は認められなかった。
【００１４】
還元後の高温ペレットは、例えば予熱した取鍋にて回収後に高温のままの状態で、種湯の溶鉄および溶融スラグが存在しているが酸素、石炭を供給しておらず、炉内ガス発生による上昇ガス流れのない溶解専用転炉１へ含鉄冷材の一部として一括装入する。このとき底吹きノズル閉塞防止のためにノズルに非酸化性ガス、例えば窒素ガスが吹き込まれ、高炭素溶鉄中に吹き込まれているが、そのガスの流量・流速は、酸素・石炭供給時（溶解操業時）の１／２０程度であり、５mm程度の粒度であっても高温還元ペレットの飛散ロスはない。
【００１５】
精錬専用転炉３の所要精錬量の高炭素溶鉄を得るために必要な残部の含鉄冷材は、粒銑、型銑、製鉄所発生スクラップ等を溶解専用転炉の装入シュートで高温予備還元ペレットの一部あるいは全部を溶解後に一括装入するか、あるいは粒銑を溶解専用転炉の炉上ホッパーから高温予備還元ペレット溶解中（酸素、石炭供給中）に連続添加する。
【００１６】
本発明者等は、図１に示す溶解専用転炉１および精錬専用転炉３の発生ダストに１０％石灰および１５％石炭を内装したダストペレットを製造し、水分１％以下まで乾燥後、予備還元炉でダストペレットの鉄ダストの金属化率を種々変更した予備還元ペレットを、種湯の溶鉄および溶融スラグが存在しているが酸素、石炭を供給していない溶解専用転炉に一括再装入する方法を用いて、溶解専用転炉へ装入するダストペレットの鉄ダストの金属化率ならびに装入温度を変化させ、溶解専用転炉での酸素原単位や石炭原単位を調査した。
【００１７】
溶解専用転炉でのダスト使用原単位１００kg/tonの場合の、ダスト金属化率と石炭、酸素原単位との関係を図２に示す。図２から予備還元の金属化率を高めると、溶解専用転炉での酸素ならびに石炭原単位が減少する。これは、金属化率が高まるほど、溶解専用転炉でのダスト還元熱が不要となってくるためである。
【００１８】
金属化率９０％の条件における、還元後ダストペレットの装入温度と石炭、酸素原単位との関係を図３に示す。溶解原料の温度が高くなるほど、溶解に必要な熱容量が低下してくるために、溶解専用転炉での酸素原単位や石炭原単位は低下する。
図２、図３から明らかなように、予備還元された高温状態のダストペレットを再使用する本発明では、ダストリサイクル使用時の酸素原単位、炭材原単位の増加を抑制することができる、すなわち、生産性の低下を抑制することができる。
【００１９】
また、予備還元炉では炭材、酸素ではなく、ＬＮＧ、空気を燃焼せしめているので、還元に必要な一次エネルギー消費量は、未還元・常温ダストペレットの還元に必要な熱源として酸素と石炭との燃焼熱を用いる方法（比較法）に比べて、図４に示すように削減できる。
【００２０】
さらに、本発明では、未還元常温ダストペレット再使用法（比較法）に比べて、石炭原単位の増加が少ないために石炭の使用に伴う製造溶鉄中〔Ｓ〕も図５に示すように低下する。その結果、脱硫コストは減少する。なお、図５において、ダスト以外に使用した他含鉄冷材は市中屑を用い、市中屑中の含有〔Ｓ〕は０．０１２％である。また、溶解およびダストに内装した石炭はＴ．Ｓ＝０．３５％のものを用いた。ダストの金属化率は９０％、その装入温度は１０００℃の条件で比較した。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
１００トン規模の転炉を改造して、高炭素溶鉄の存在する溶解専用転炉内に含鉄冷材を供給し、炉内に石炭を吹き込むと共に酸素を供給し含鉄冷材を溶解し高炭素溶鉄を得て、引き続き脱硫処理と精錬専用転炉にて脱炭処理を実施した。 この際に、溶解専用転炉ならびに精錬専用転炉から発生するダストに、バインダーとして１０％石灰および還元材として１５％石炭を内装して、パンペレタイザーで１０〜１５mmのペレットにして水分１％以下に乾燥後、１３００℃に加熱し、金属化率９０％に予備還元したペレットを溶解炉へ装入した。
【００２２】
具体的な、溶解手順や操業条件は以下の通りである。
前ヒートの種湯１００トンおよび溶融スラグ１０トンが存在する溶解専用転炉（上吹きランスおよび６本の底吹き羽口を装備）において、炉を傾動して、予め取鍋に入れておいた約１０００℃の還元後ペレット８トンを炉に装入し、引き続いて、酸素上吹を開始して、炉上から粒状の銑鉄５３トンを連続添加して、約６０トンの溶鉄を製造した。この際６本の底吹き羽口から、１．５mm以下の粒度の無煙炭（Ｔ．Ｓ＝０．３５％）を窒素ガスをキャリアーガスとして平均５００kg/minの速度で吹込んだ。なお、上吹きランスからの酸素供給流量は２４０００Nm3 ／hrである。
【００２３】
溶解中にはスラグ組成制御用の副原料として生石灰、軽焼マグネサイトを投入している。操業中の二次燃焼率は、ランス高さを制御することにより２０〜３０％の範囲（平均２５％）で制御できた。操業時間は約２３分であった。溶解終点の〔Ｃ〕は４．２５％、〔Ｓ〕は０．０４６％、温度は１３６０℃であり、溶解操業は順調に推移した。スラグ組成は、ＣａＯ＝４１％、ＭｇＯ＝１５％、ＳｉＯ2 ＝３３％であった。
【００２４】
上記溶解を２回繰り返し、約１２０トンとなった高炭素溶鉄を取鍋に受け、炉外の脱硫設備にて２５％Ｍｇと７５％石灰との混合粉を吹き込んで溶銑〔Ｓ〕＝０．００８％まで脱硫処理した。さらに、脱硫処理後の溶銑を取鍋から精錬専用転炉に注入して、酸素吹錬により脱炭処理を実施した。主な結果を表１中の実施例１として記載した。
【００２５】
（比較例１）
比較のために、予備還元していない常温ダストペレットを炉上から粒状の銑鉄と同様に連続添加した場合も実施し、表１に比較例１として併記した。
表１から、本発明が、比較例１に比べ、酸素使用量、石炭使用量が少なく、生産性が高く、かつ溶銑〔Ｓ〕も低いことが明らかである。
なお、この実施例１で使用した転炉設備において、酸素供給速度は製造設備の上限で使用しているために、比較例１では酸素供給速度を増加することができなかった。
【００２６】
【表１】
0004060986.tif 000002
【００２７】
（実施例２）
実施例１と同様に１００トン規模の転炉を改造して、高炭素溶鉄の存在する溶解専用転炉内に含鉄冷材を供給し、炉内に石炭を吹き込むと共に酸素を供給し含鉄冷材を溶解し高炭素溶鉄を得て、引き続き脱硫処理と精錬専用転炉にて脱炭処理を実施した。
この際に、溶解専用転炉ならびに精錬専用転炉から発生するダストに高炉ダストを５０％混合し、バインダーとして１０％石灰および還元材として１０％石炭を内装して、パンペレタイザーで１０〜１５mmのペレットにして水分１％以下に乾燥後、１３００℃に加熱し、金属化率９０％に予備還元したペレットを溶解炉へ装入した。
【００２８】
具体的な、溶解手順や操業条件は以下の通りである。
前ヒートの種湯１００トンおよび溶融スラグ１０トンが存在する溶解専用転炉（上吹きランスおよび６本の底吹き羽口を装備）において、炉を傾動して、予め取鍋に入れておいた約１０００℃の還元後ペレット８トンを炉に装入し、引き続いて、酸素上吹を開始して、炉上から粒状の銑鉄５３トンを連続添加して、約６０トンの溶鉄を製造した。この際６本の底吹き羽口から、１．５mm以下の粒度の無煙炭（Ｔ．Ｓ＝０．３５％）を窒素ガスをキャリアーガスとして平均５００kg/minの速度で吹込んだ。なお、上吹きランスからの酸素供給流量は２４０００Nm3 ／hrである。
【００２９】
溶解中にはスラグ組成制御用の副原料として生石灰、軽焼マグネサイトを投入している。操業中の二次燃焼率は、ランス高さを制御する事により２０〜３０％の範囲（平均２５％）で制御できた。操業時間は約２３分であった。溶解終点の〔Ｃ〕は４．３％、〔Ｓ〕は０．０５％、温度は１３６０℃であり、溶解操業は順調に推移した。スラグ組成は、ＣａＯ＝４５％、ＭｇＯ＝１５％、ＳｉＯ2 ＝３３％であった。
【００３０】
上記溶解を２回繰り返し、約１２０トンとなった高炭素溶鉄を取鍋に受け、炉外の脱硫設備にて２５％Ｍｇと７５％生石灰との混合分を吹き込んで溶銑〔Ｓ〕＝０．００８％まで脱硫処理した。さらに、脱硫処理後の溶銑を取り鍋から精錬専用転炉に注入して酸素吹錬により脱炭処理を実施した。主な結果を表２中の実施例２として記載した。
【００３１】
（比較例２）
比較のために、ダストと高炉ダストを混合して塊成化し予備還元していない常温のペレットを炉上から粒状の銑鉄を同様に連続添加した場合も実施し、表２に比較例２として併記した。
表２から、本発明が、比較例２に比べ、酸素使用量、石炭使用量が少なく、生産性が高く、かつ溶銑〔Ｓ〕も低いことが明らかである。
なお、この実施例２で使用した転炉設備において、酸素供給速度は製造設備の上限で使用しているために、比較例２では酸素供給速度を増加することができなかった。
【００３２】
【表２】
0004060986.tif 000003
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る本発明は、ダストリサイクル使用時の、生産性低下、溶鉄中〔Ｓ〕増加を抑制することができる。また、請求項３に係る発明は、高炉ダストを混合する場合、高炉ダストを使用しない場合に比べてダスト塊成化時に内装する炭材量が少なくても同等の金属化率以上に予備還元できる。スケールを混合した場合は請求項１に係る発明と同様の効果が得られる。さらに、請求項４に係る発明は、還元に酸素でなく空気を使用するために一次エネルギー使用量を削減できる等、工業的に優れた特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すプロセスフロー図。
【図２】ダスト金属化率と溶解炉石炭、酸素原単位との関係図。
【図３】還元後ダストの溶解炉装入温度と溶解炉石炭、酸素原単位との関係図。
【図４】ダスト中の鉄分の還元に必要な一次エネルギーの比較図。
【図５】製造溶鉄中〔Ｓ〕の比較図。
【図６】予備還元工程での石炭内装量、還元温度と金属化率との関係図。
【図７】予備還元工程での還元温度、還元時間１３００℃、還元時間１０分としたときの、ダストにスケール及び／又は高炉ダストを混合したときの内装石炭量と金属化率との関係図。
【符号の説明】
１  溶解専用転炉
２  脱硫設備
３  精錬専用転炉
４  湿式集塵装置
５  フィルタープレス
６  パンペレタイザー
７  乾燥炉
８  予備還元炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004060986.tif 000009
【図７】
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