(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄浴とこの鉄浴上の泡状鉱滓層とを含む電気アーク放電炉内における、８０重量％以上について３ｍｍ以下の粒度を有する微粒状直接還元鉄の、溶解方法であって、前記炉の運転中に、前記炉の蓋を貫通しており冷却されている一つ以上のランスを通り、上から前記ランスの開口部を通って前記泡状鉱滓層内で且つ前記鉄浴上へ、前記直接還元鉄が送り込まれる、方法において、
前記直接還元鉄が重力のみにより搬送ガスを使用しないで前記ランスを通って前記鉄浴上へ落下し、その際に前記ランスの開口部の各々が前記泡状鉱滓層内にあり、前記ランスを通して前記鉄浴に送り込まれる前記直接還元鉄の分担分が鉄材料の全装填量に対して８５〜１００重量％である、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ランスの各々は垂直に移動可能なように形成されており、その開口部が前記炉の運転中に３〜１００ｃｍの一定の距離で前記鉄浴の表面上方に維持される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炉が炭素含有材料とＯ2含有ガスとの導入のための羽口を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記直接還元鉄が３００〜１０００℃の範囲内の温度で前記炉内へ導入されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記鉄浴が溶銑又は溶鋼であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鉄の浴と溶鉄上の泡状鉱滓層とを含む電気アーク放電炉内における、８０重量％以上について３ｍｍ以下の粒度を有する微粒状直接還元鉄の、溶解方法であって、炉の運転中に、炉の蓋を貫通している一つ以上のランスを通り、上からランスの開口部を通って泡状鉱滓層内で且つ鉄浴上へ、直接還元鉄が送り込まれる、方法に関する。直接還元鉄は、当業者には鉄スポンジ又はＤＲＩとも呼ばれている。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法はＤＥ１９６  ０８  ５３０  Ａ１に記述されており、主にＣＯ2からなる搬送ガスによってランスを通して鉄浴上へ直接還元鉄が吹き込まれる。これによって、搬送ガスとしての空気の使用のために生じるＦｅＯの形成と、これに関連する鉱滓の不十分な発生と、鋼溶解物中への空中窒素の吹き入れに起因する鋼品質の低化とが、回避されている。
【０００３】
米国特許第５，４３３，７６７号には、少なくとも二つの流動床内での微粒状鉄鉱石の直接還元が記述されており、高温還元ガスが流動化ガスとしても使用されている。微粒状鉄スポンジが製造され、これがその後に溶解反応炉内で１５００〜１７００℃の温度で溶融され更に還元される。微粒状鉄スポンジの製造は、米国特許第５，６０３，７４８号にも記述されている。
【０００４】
本発明の根底には、高温状態においても、簡単な方法で、十分に損失がなく、形成される排ガス量が少ない状態で、炉の運転中に鉄浴に微粒状直接還元鉄を供給すること、という課題がある。本発明によれば、このことは、直接還元鉄が重力のみにより搬送ガスを使用しないでランスを通って鉄浴上へ落下するという冒頭に述べた方法によって、成就する。微粒状直接還元鉄の他に、その他の粒状又は塊状の鉄材料、例えば、クズ鉄、高圧ブリケット状の鉄又は銑鉄もまた、鉄浴中へ与えることができる。ランスを通して供給される微粒状直接還元鉄の分担分は、全装填量に対して、通常は８５〜１００重量％である。
【０００５】
炉の運転中は、鉄浴からガスが絶えず上昇しており、このガスは排ガスとして炉の蓋を通して上方へ運び去られる。排ガス量を少なく維持することが経済性の理由から望ましい。取り入れられた直接還元鉄は、まず、多かれ少なかれ泡状である鉱滓層に達し、そこで直接に溶かされるか又はその重量と電流で発生する浴の運動とによって鉄浴内へ埋没する。泡状鉱滓層は、ランスを経て運び込まれた微粒状直接還元鉄が上昇ガスによって運び去られ炉から流出されて鉄の損失が増加することを、防止する。ランスを通して吹き込まれる搬送ガスをやめることによって、この損失が少なく維持される。運び去られた鉄は、付着物として炉の上部領域内又は排ガス導管内に付着し従って炉の運転を中断させる可能性もある。
【０００６】
電気アーク放電炉は、直流又は交流による公知の方法で運転することができる。浴の表面までの電極の距離がバッチ運転中に略一定のままであるように、炉の蓋を通して挿入されている電極を垂直に移動可能なように形成することと炉の運転中に徐々に引き上げることとも、公知である。
【０００７】
微粒状直接還元鉄は一つ又は複数のランスによって上から炉の蓋を通して鉄浴に与えられ、その際もし必要であれば、ランスに水冷装置を装備することができる。ランスの開口部が鉄浴の溶鉄と接触することを防止することが好ましい。各ランスは垂直に調整可能なように形成されており、その開口部が炉の運転中に略一定の距離で鉄浴の表面上方に維持される。ランスは、電極と同様に、上昇する鉄浴面に依存して上方へ引き上げることができる。鉄浴の表面からの各ランスの開口部の距離は３〜１００ｃｍであって大抵の場合は５〜５０ｃｍであることが好ましい。その際に、直接還元鉄が上昇ガスによって炉の蓋へ向かって上方へ極力運び去られないように、ランス開口部が常に泡状鉱滓層内に維持されるよう配慮されている。
【０００８】
炭素と酸素との別個の付加によって、それ自体としては公知な方法で、安定な泡状鉱滓層が鉄浴上で発達しそこで炉の運転中は維持されたままであるよう、配慮することができる。この層は、微粒状直接還元鉄を再酸化から保護する反応区域である。同時に、電極を酸化から保護し且つアーク放電から溶解物への熱伝達を改善するために、鉱滓層が電極の浸漬を可能にしている。
【０００９】
鉄浴には、浴下羽口を通して炭素含有材料とＯ2含有ガスとが供給される。炭素含有材料は固体、液体又はガス状であることができ、Ｏ2含有ガスとして通常は工業純粋酸素が用いられる。浴下羽口は、任意に例えば炉底又は側壁に配置することができる。ＣＯの部分的な後燃焼を引き起こすために、Ｏ2含有ガスの導入のための一つ又は複数の注入ポンプを、泡状鉱滓の上方のガス空間が有していることが、好ましい。
【００１０】
炉の鉄浴は、通常は少なくとも９０重量％について溶鉄からなっている。溶銑又は溶鋼を製造するために炉を使用することができる。溶融金属は、炉から、１３００〜１７００℃の範囲内の温度で、好ましくは銑鉄の場合には少なくとも１３５０℃及び鋼の場合には少なくとも１５５０℃で、取り出される。
【００１１】
本方法の形態の可能性が、図面を参照して説明される。
【００１２】
【発明を実施するための最良の形態】
図１及び２の電気アーク放電炉（１）は、内張りをされた炉床（２）と取り外し可能な蓋（３）とを有している。炉床は少なくとも一つの底電極（４）を備えている。上部電極（５）と三つの内側中空ランス（６）とが、蓋（３）の開口を通って敷設されて、上から炉の内部へ突出しており、三つのランスのうちの二つのみが図１中に見えている。上部電極（５）及びランス（６）の数も、図面中とは異なって選択することができる。ランス（６）は、図面中に示されていない水冷装置を備えている。
【００１３】
運転中は、炉（１）内で鉄浴（８）が浴面（８ａ）まで達している。浴面（８ａ）上には、炉の運転中に泡状鉱滓からなる層（９）が発生し、このことは望ましい。浴下羽口（１０）及び（１１）を通して炭素含有材料及び／又はＯ2含有ガスが鉄浴（８）内へ導入される。二重ランス（１２）−図２参照−によって、酸素及び炭素含有材料を、開放されている炉扉（１３）を通して鉱滓層（９）内へ吹き込み、それによって、それ自体としては公知な方法で泡の形成を増加させることができる。浴上方に斜めに配置されている横方向注入ポンプ（１４）によって公知な方法で酸素を浴上へ吹き込むことができる。水平注入ポンプ（１５）が、ＣＯを後燃焼させるために、酸素供給に、同様に公知な方法で、役に立つ。
【００１４】
上部電極（５）は、同様に公知であるように、鉄浴の上昇する液体位置にも拘らず浴面（８ａ）までのその距離が略一定に維持されるように、垂直に調整することができる。ランス（６）を通して微粒状直接還元鉄が、大した損失もなく鉄浴（８）によって受け入れられるように、図示されていない貯蔵容器から炉（１）内へ運び入れられる。この目的のために、ランス（６）の開口部（６ａ）が泡状鉱滓層（９）内の浴面（８ａ）上方の比較的短い距離にある。上部電極（５）と同様にランス（６）も垂直に上方へ移動させることができ、これによって浴面（８ａ）からのランス（６）の開口部（６ａ）の所望の一定の距離が守られる。この距離は、通常は３〜１００ｃｍ、好ましくは５〜５０ｃｍの範囲内にあり、炉の運転中は一定に維持されることが好ましい。直接還元鉄は、高温ででも、例えば還元設備から来ている３００〜１０００℃の温度ででも、ランス（６）を通して炉内へ取り入れることができる。
【００１５】
炉（１）はバッチ式に運転され、溶解段階の最後に、閉鎖可能な湯出し開口（１６）を通して溶銑又は溶鋼が取り出される（図２を参照）。
【００１６】
図３及び４の交流で運転される電気アーク放電炉（１ａ）は三つの上部電極（５）を有しており、それらのうちで図３には一つだけが見えている。その他の点では、関連符号は既に図１及び２と一緒に説明された意味を有している。
【００１７】
【実施例】
図３及び４に示されているように、これは、三相交流で運転される電気アーク放電炉でできている。炉は傾斜可能に形成されている。炉床（２）は１５０ｔの鉄溶解物の収容能力を有しており、電流は１００ＭＶＡのトランスから供給される。三つの電極（５）は黒鉛からなっており、鉄浴からのそれらの距離は５ｃｍのところで一定に維持される。
【００１８】
より長い停止後に最初の直接還元鉄が炉内へ与えられる前に、まず４０ｔのクズ鉄の部分的な溶解によって１５６０℃の溶融浴が作られる。１．２ｍｍの上限粒度を有する直接還元鉄が三つの水冷ランス（６）を通してこの浴に送り込まれ、この直接還元鉄は微粒鉱石直接還元設備から来ており６５０℃の温度を有している。この直接還元鉄は、金属鉄の他に７重量％のＦｅＯ、４重量％のＳｉＯ2、２重量％のＡｌ2Ｏ3及び１重量％のＣを更に含んでいる。ランス（６）の開口部（６ａ）は浴面（８ａ）から８ｃｍの距離を有しており、この距離は制御されて全溶解段階に亘って一定に維持される。直接還元鉄の供給速度は、ランス当たり１．２ｔ／分である。
【００１９】
浴下羽口（１１）を通して、１分当たり５Ｎｍ3の工業純粋酸素と軽重油の形態の２５ｋｇの炭素とが炉内へ導入され、更に１分当たり３００ｋｇの石灰が供給される。更に、安定な泡状鉱滓層の形成を助けるために、それ自体としては公知な方法で調整可能なように形成されており且つ鉱滓層（９）内へ浸っている二重ランス（１２）を通して、少量の酸素と炭素とが吹き入れられる。１６３０℃の鋼溶解物が製造され、この鋼溶解物は１時間の運転時間後に炉から取り出される。炉に供給された直接還元鉄、炭素、酸素及び石灰の量は、１６３０℃の温度で、０．１重量％のＣ含量を有する１５０ｔの鋼量になる。形成された鉱滓は、２．５の塩基度（重量比ＣａＯ／ＳｉＯ2）を有している。湯出し後、３０ｔの鋼が炉内に留まっており、これによって、クズ鉄が溶かされなくても、次の溶解の際に直接還元鉄の供給を直ちに開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  概略表示されている、直流で運転される電気アーク放電炉を貫いている、図２中の線Ｉ−Ｉによる垂直断面図である。
【図２】  図１中の線ＩＩ−ＩＩによる水平断面図である。
【図３】  図４中の線ＩＩＩ−ＩＩＩによって切断されている、交流で運転される電気アーク放電炉の、図１に類似する図である。
【図４】  図３中の線ＩＶ−ＩＶに沿う水平断面図である。
【符号の説明】
１    アーク炉
２    炉床
３    蓋
４    底電極
６    ランス
【図１】
0004287044.tif 000002
【図２】
0004287044.tif 000003
【図３】
0004287044.tif 000004
【図４】
0004287044.tif 000005