鋼の転炉精錬方法

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【発明の名称】	鋼の転炉精錬方法
【発明者】	【氏名】渡辺恭二【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目２番３号ＪＦＥスチール株式会社内【氏名】長谷川輝之【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目２番３号ＪＦＥスチール株式会社内【氏名】池田正文【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目２番３号ＪＦＥスチール株式会社内【氏名】沖本伸一【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目２番３号ＪＦＥスチール株式会社内【氏名】日野忠昭【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目２番３号ＪＦＥスチール株式会社内
【要約】	【課題】転炉精錬での熱源としてＦｅ－Ｓｉ合金やコークス等の炭材を使用すると、鉄歩留まりの低下や［Ｓ］及び［Ｎ］の汚染があり、対象鋼種や使用量が制限されるため、これらに替わってプラスチックを熱源とした転炉精錬方法を提供する。【解決手段】上底吹き型転炉１での鋼の転炉精錬方法において、鉄鉱石、ミルスケール、製鉄ダスト、磁選粉、及び鋼の切削屑のいずれか１種以上とプラスチックとを、プラスチックの重量比が１１ｗｔ％以上となるように混合し、この混合物を転炉炉口２から炉内に装入する。その際、混合物をプラスチックをバインダーとしたブリケットとしても良い。

【特許請求の範囲】
【請求項１】上底吹き型転炉での鋼の転炉精錬方法において、鉄鉱石、ミルスケール、製鉄ダスト、磁選粉、及び鋼の切削屑のいずれか１種以上とプラスチックとを、プラスチックの重量比が１１ｗｔ％以上となるように混合し、この混合物を転炉炉口から炉内に装入することを特徴とする鋼の転炉精錬方法。
【請求項２】前記混合物をプラスチックをバインダーとしたブリケットとすることを特徴とする請求項１に記載の鋼の転炉精錬方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチックを炉内に装入し、プラスチックの含有する炭化水素を熱源として利用した鋼の転炉精錬方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】転炉精錬では、主原料を溶銑とスクラップとし、この溶銑の有する顕熱と溶銑中に含まれる〔Ｃ〕や〔Ｓｉ〕の酸化による発熱とを熱源として、次工程の要求する溶鋼温度を確保している。そして、主原料中の溶銑の比率（溶銑配合率という）を、生産量の変動やスクラップ価格の変動等から常時最適条件となるように変動させている。
【０００３】しかし、溶銑配合率を低くすると転炉精錬における熱源が減少し、その結果、次工程の要求する溶鋼温度の確保が困難となる場合には、熱源としてＦｅ－Ｓｉ合金やコークス等の炭材を炉内に追加装入し、熱源の不足を補ってきた。特に、近年の脱珪や脱燐を目的とした溶銑予備処理により溶銑中〔Ｃ〕や〔Ｓｉ〕が低下すると共に、転炉精錬における熱源の不足が一層顕著となってきた。
【０００４】しかし、Ｆｅ－Ｓｉ合金の追加装入は、スラグ中のＳｉＯ₂ 量を増加させる。このＳｉＯ₂ の増加分に対応してスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）を調整するために、生石灰やドロマイト等のフラックス装入量が増大する。その結果、炉内スラグ量の増加を招き、Ｆｅ歩留りの低下等が発生する。又、コークス等炭材の追加装入は、炭材中に含有される〔Ｓ〕及び〔Ｎ〕の溶鋼への汚染があり、対象鋼種や使用量が制限される。
【０００５】このように、転炉精錬での熱源不足を補うのに、都合のよい装入物や精錬方法はなく、止むなく溶銑配合率を高め、生産量の確保は断念した操業が行なわれてきた。
【０００６】一方、廃プラスチック及び廃ゴム等の炭化水素系物質の廃物回収処理が社会問題となっており、その処理方法について鉄鋼精錬においても種々の試みがなされている。
【０００７】例えば、特開昭５３－５３５０４号公報には、転炉精錬初期に石灰石等の熱分解によりＣＯ₂ ガスを発生する物質と同時にプラスチックを添加し、発生するＣＯ₂ ガスの還元剤としてプラスチックを利用する方法や、特開平２－２２５６１０号公報には、転炉を用いてコークスの燃焼熱でスクラップを溶解する際に、プラスチックをコークスの助燃剤として利用する方法や、特開平７－１１３２０号公報には溶銑予備処理の際、酸素含有ガスと共に廃プラスチック及び廃ゴムを溶銑中にインジェクションし、廃プラスチック及び廃ゴムの燃焼熱を利用する方法が開示されているが、未だ十分に有効利用されていないのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、プラスチックが燃焼する際に高発熱量（４，０００～１０，０００ｋｃａｌ／ｋｇ）の燃焼熱を有していることと、及び、ポリプロピレンやポリエチレン等のプラスチックは、主成分が〔Ｃ〕と〔Ｈ〕であり〔Ｓ〕を含有していないことに着目して成されたもので、その目的とするところは、プラスチックを安価に廃物処理すると共に、プラスチックをＦｅ－Ｓｉ合金やコークス等炭材に替わる熱源として有効利用した鋼の転炉精錬法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る本発明の鋼の転炉精錬方法は、上底吹き型転炉での鋼の転炉精錬方法において、鉄鉱石、ミルスケール、製鉄ダスト、磁選粉、及び鋼の切削屑のいずれか１種以上とプラスチックとを、プラスチックの重量比が１１ｗｔ％以上となるように混合し、この混合物を転炉炉口から炉内に装入することを特徴とするものである。
【００１０】使用するプラスチックの種類はポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の〔Ｓ〕を含有せず、且つ熱可塑性のプラスチックであれば特に制限はなく、廃物回収されたプラスチック（廃プラスチック）であっても何ら支障はない。これらプラスチックは〔Ｃ〕、〔Ｈ〕、〔Ｏ〕から構成されるものが主である。
【００１１】転炉精錬では、主原料である溶銑とスクラップの他に、副原料として生石灰、蛍石、ドロマイト等の造滓材と、鉄鉱石、ミルスケール、製鉄ダスト、磁選粉、及び機械工場で発生する鋼の切削屑等の温度調整用の冷却材と、更に成分調整用の各種合金鉄を使用する。これらの副原料やスラグとプラスチックとの比重を比較すると、プラスチックの比重が０．９～１．０に対して、生石灰は３．０～３．２、鉄鉱石、ミルスケール、及び製鉄ダスト等の酸化鉄形状の冷却材は４．８～５．３、磁選粉や切削屑の金属鉄形状の冷却材は６．５～７．５であり、又、炉内スラグは約３．０程度であり、プラスチックの比重が相対的に小さいことが分る。
【００１２】プラスチックの燃焼熱を転炉内の溶融スラグ又は溶銑に有効に着熱させなければ、プラスチックの炉内装入の効果は発揮されない。プラスチックを単体で装入すると、プラスチックは比重が小さいため、溶融スラグ上で浮遊して燃焼してしまい、溶融スラグ又は溶銑への着熱は期待できず、溶銑の熱源不足の解消にはならない。そこで溶融スラグより比重の大きい上記冷却材と共に転炉炉口より投入して装入することで、プラスチックは冷却材と共に溶融スラグ中に巻き込まれ、溶融スラグ中で燃焼するので、溶融スラグへの着熱効果が高くなる。そして、溶融スラグは底吹きガスにより溶銑と攪拌されているので、溶融スラグの熱は溶銑に迅速に伝達され、熱源不足を補うことになる。又、転炉精錬後の溶鋼中〔Ｓ〕の増加を殆ど考慮する必要がなく熱源不足を補うことができる。
【００１３】生石灰等の造滓材の比重は溶融スラグと同等であり、溶融スラグ中を貫通する推進力が小さく、又、合金鉄は酸素吹錬終了後に炉内に装入されるので、どちらもプラスチックを装入する媒体とするには不適当である。
【００１４】混合物中のプラスチックの重量比が１０ｗｔ％以下の場合は、プラスチックの含有量が少なく、昇熱効果が期待できない。又、プラスチックの重量比が高くなると、混合物の見掛け比重が小さくなり、上記の理由で着熱効果が低下するので、プラスチックの重量比の上限は、９５ｗｔ％程度とすることが望ましい。
【００１５】又、請求項２に係る本発明の鋼の転炉精錬方法は、請求項１の発明において、混合物をプラスチックをバインダーとしたブリケットとすることを特徴とするものである。
【００１６】使用するプラスチックは熱可塑性を有しているので、プラスチックと冷却材とを混練することで、混練の際に発生する摩擦熱を利用してプラスチックを溶融させ、容易にブリケットとすることができる。ブリケット化することで、ミルスケール、製鉄ダスト等の粉体状の冷却材の飛散ロスが減少し、装入歩留りが向上すると共に、ブリケットはプラスチック単体の比重より大きくなるので、プラスチック燃焼熱の着熱効率も向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明を適用した上底吹き型転炉設備の縦断面の概要図である。以下図面に基づき本発明を説明する。
【００１８】転炉設備は、転炉１と、転炉１の炉口２から転炉１内へと上下移動可能な上吹き酸素ランス３と、炉口２を覆うダクト７を介して転炉１からの発生ガスを回収する図示せぬガス回収装置と、ホッパー８、８ａ、切り出し装置９、９ａ及びシュート１０にその一部を示す原料装入装置とから構成される。尚、シュート１０はダクト７を貫通して炉口２の直上に至り、炉口２から原料が炉内に装入される。そして転炉１には、炉底を貫通する底吹き羽口４と、側壁を貫通する出鋼口６とが設置されている。底吹き羽口４からは、ガス導入管５を介してＡｒガスや窒素ガス等の攪拌用ガスや精錬用酸素ガスが底吹きガスとして吹き込まれる。
【００１９】先ず、転炉１内に主原料として溶銑１１とスクラップとを装入する。溶銑１１は必要に応じて脱硫、脱燐の予備処理を実施する。そして、生石灰、蛍石、ドロマイト等の造滓材を図示せぬ原料装入装置より装入し、炉内に溶融スラグ１２を形成する。更に、必要に応じて、ホッパー８に収納されたプラスチックとホッパー８ａに収納された冷却材とを、切り出し装置９、９ａにより各々所定量切り出し、プラスチックと冷却材との混合物として、シュート１０を介して炉口２より炉内に装入する。その後、上吹き酸素ランス３から酸素ガスを吹きつけ、底吹き羽口４から底吹きガスを吹き込んで、酸素吹錬を開始する。そして、酸素吹錬中においても、プラスチックと冷却材との混合物の所定量を、シュート１０を介して炉口２より適宜炉内に装入する。
【００２０】冷却材は、鉄鉱石、ミルスケール、製鉄ダスト、磁選粉、及び機械工場で発生する鋼の切削屑のいずれか１種以上を適宜選択して使用する。プラスチックは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の〔Ｓ〕を含有せず、且つ熱可塑性のプラスチックであれば特に制限はなく、これらの混合物であっても、又、廃プラスチックであっても、勿論構わず使用できる。尚、冷却材は炉内で還元されＦｅとなるので、資源の有効活用がなされる。
【００２１】プラスチックと冷却材との混合物中のプラスチックの重量比は１１ｗｔ％以上の範囲で、転炉精錬の操業条件に合った任意の値に選択して決めれば良い。それは、転炉精錬の熱バランスの観点から見れば、プラスチックの重量比が低い場合は、冷却材代替となり、重量比が高い場合はＦｅ－Ｓｉ合金等の昇熱材代替となるからである。
【００２２】この混合物中のプラスチックの重量比を、冷却材による冷却効果とプラスチックの燃焼熱による昇熱効果とがバランスする重量比とすることで、転炉精錬の熱収支に全く影響を及ぼすことなく、プラスチックと冷却材との混合物を装入することができる。この重量比は、上記プラスチックの場合、約３３ｗｔ％である。この場合は、転炉精錬での熱バランスを考慮する必要がないので、混合物の増装入が可能となる。そして、増装入の際に冷却材として粉体状の製鉄ダストを用いた場合には、資源の有効活用が推進する。但し、増装入により混合物を溶解・燃焼するために酸素吹錬時間が延長するので、操業条件と照らし合わせて行なう必要がある。
【００２３】尚、プラスチック中には水素が含有されているので、炉内装入後、分解して水素ガスが発生する。転炉１からの発生ガスを燃焼ガスとして回収する場合には、ガス組成が爆発範囲に入らないようにするため、精錬中の脱炭反応によるＣＯガスの発生量が多く、発生ガス中のＣＯガス濃度が高位安定し、酸素ガス濃度が低下した時期に、混合物を装入することが必要となる。従来より、水素ガスに対する臨界酸素ガス濃度は５ｖｏｌ％であることは知られており、酸素ガス濃度が５ｖｏｌ％以下であれば問題はない。又、ガスを回収せず、燃焼させる場合には混合物の装入時期を制限する必要はない。
【００２４】こうして酸素吹錬が終了したら、必要に応じて図示せぬ原料装入装置からＦｅ－Ｍｎ合金やＳｉ－Ｍｎ合金等を装入し、その後図示せぬ傾動装置にて転炉１を傾動させ、出鋼口６より溶鋼と溶融スラグとを排出して転炉精錬を終了する。
【００２５】プラスチックと冷却材との混合物をブリケット化して使用する場合には、例えば、ホッパー８にはプラスチックの重量比が１５ｗｔ％のブリケット（ブリケットＡ）を、ホッパー８ａにはプラスチックの重量比が８０ｗｔ％のブリケット（ブリケットＢ）を収納し、冷却材として使用する場合にはブリケットＡを、昇熱材として使用する場合にはブリケットＢを使用して、使い分けることが望ましい。又、ブリケットＡとブリケットＢとを所定の比率で切り出し装置９、９ａにて切り出し、混合して使用すれば、前述した冷却効果と昇熱効果とがバランスする範囲に調整することもできる。このように、プラスチックの重量比が高いブリケットと低いブリケットを２種類使用することで、種々の操業条件に対処できるので望ましい。
【００２６】ブリケット化は、冷却材とプラスチックとを混練し、摩擦熱にてプラスチックを溶融させ、プラスチックをバインダーとすることで容易になされる。更に、昇温したガスを混練機に導入すれば、ブリケット化が促進される。ブリケットのサイズは５ｍｍ～１００ｍｍ程度とすれば良い。
【００２７】
【実施例】図１に示す転炉設備における本発明の実施例を以下に説明する。
【００２８】本発明の実施例で使用した上底吹き型転炉の設備仕様を表１に示す。転炉容量は１チャージ（以下、「ｃｈ」と記す）約２５０トンで、底吹きガスは攪拌用としてＡｒガスを用いた。
【００２９】
【表１】

【００３０】そして本実施例における転炉操業条件と代表的な溶銑成分の例を表２に示す。溶銑は機械攪拌式脱硫装置を用い、脱硫処理を施してある。
【００３１】尚、本発明の効果を理解し易くするために、転炉操業条件のうち表２に示すように、装入溶銑温度を１３３０℃、出鋼溶鋼温度を１６４０℃、溶銑配合率を９０ｗｔ％の一定の条件とし、更に、造滓材装入量、及び合金鉄装入量も一定の条件とした。これに伴い、プラスチックの発熱量とバランスさせるために鉄鉱石の使用量を変化させた。
【００３２】
【表２】

【００３３】表３に本発明の実施例で使用した廃物回収された高密度ポリエチレンの成分例を示す。本実施例では冷却材として、製鉄ダストの１つである転炉排ガスダスト（以下、「ＯＧダスト」と記す）、鉄鉱石、切削屑及びミルスケールを使用した。表４に冷却材として主に使用したＯＧダストの成分例を示す。
【００３４】
【表３】

【００３５】
【表４】

【００３６】プラスチックと冷却材との混合物の形態は、実施例１～６では単にプラスチックと冷却材とを混ぜ合わせたもの（以下「混合体」と呼ぶ）とし、実施例７～１３では予めブリケット化したものを用いた。そして、混合物中のプラスチックの重量比は１５～８５ｗｔ％の範囲で変更した。このプラスチックの重量比の調整は、混合体とした実施例１～６ではプラスチックと冷却材とを別々に収納する各ホッパーからの切り出し量を調節して所定の配合とした。又、ブリケットの場合は以下に示す２方法で行なった。実施例７～１１ではプラスチックの重量比が１５ｗｔ％と８５ｗｔ％の２種類のブリケットを用意し、各ホッパーの切り出し量を調整して所定の配合とし、又、実施例１２～１３は予め目標とするプラスチックを配合したブリケットを作成し、これを用いた。
【００３７】ブリケットは、高速混練機によりプラスチックと冷却材とを混練し、更にプレスロールにて圧縮・成形して製造した。ブリケットの粒度は２０ｍｍを標準として、５ｍｍ、５０ｍｍも製造した。
【００３８】本実施例では発生ガスを回収するために、転炉への混合物の装入時期は、酸素吹錬開始から約５分後の発生ガス中のＣＯガス濃度が約７８ｖｏｌ％で酸素ガス濃度が１ｖｏｌ％になった時点とし、混合物を約１トン／ｍｉｎの速度で装入し、混合物の装入量は１トン／ｃｈ、２トン／ｃｈ、及び５トン／ｃｈの３水準で実施した。
【００３９】この条件で鋼を溶製した結果を表５に示す。尚、表５に示す鉄歩留向上量とは、鉄鉱石や混合物中の冷却材として装入される鉄源の従来例に対する増装入分が還元され、Ｆｅとなった量を示したものである。
【００４０】
【表５】

【００４１】表５から明らかように、本発明の実施例では従来例に比較して鉄歩留りの向上及びガス回収増が得られた。そして混合物中のプラスチック重量比が３３ｗｔ％を境として、３３ｗｔ％未満では鉄鉱石の装入量が従来例に比較して減少し、逆に３３ｗｔ％を超えると増加すること、即ち、プラスチックの重量比が３３ｗｔ％を境に、混合物は冷却材と昇熱材との異なる機能を有することが分る。
【００４２】そして、本実施例の転炉精錬過程においては、鋼中〔Ｓ〕及び〔Ｎ〕のピックアップは全く認められなかった。
【００４３】本発明においてはプラスチック中の〔Ｃ〕及び〔Ｈ〕を燃焼させるため酸素ガスを余分に使用した結果、操業に支障のない範囲での酸素吹錬時間の延長があったものの、鉄歩留りが向上し且つガス回収が増加するので、ブリケットの製造コストと照らし合わせてもメリットがある結果となった。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、溶鋼中〔Ｓ〕及び〔Ｎ〕のピックアップを懸念することなく転炉精錬における溶鋼温度の制御を行なうことが可能となり、鉄歩留りの向上や排ガスの回収増が達成され、合わせてプラスチックの廃物処理も行なえるので、極めて有用な発明である。

【出願人】	【識別番号】０００００１２５８【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社【住所又は居所】東京都千代田区内幸町二丁目２番３号
【出願日】	平成８年１１月５日（１９９６．１１．５）
【代理人】	【識別番号】１００１１６２３０【弁理士】【氏名又は名称】中濱泰光
【公開番号】	特開２００３－３０１２１１（Ｐ２００３－３０１２１１Ａ）
【公開日】	平成１５年１０月２４日（２００３．１０．２４）
【出願番号】	特願２００３－１４４４１２（Ｐ２００３－１４４４１２）