WO1997012065A1

WO1997012065A1 - Procede de fusion de ferrailles contenant de l'etain

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Publication number: WO1997012065A1
Application number: PCT/JP1996/002835
Authority: WO
Inventors: Hiroaki Ishida; Yoshiki Ito; Takaiku Yamamoto
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 1998-03-27
Also published as: DE69617198T2; US5902375A; KR980700435A; DE69617198D1; EP0792939B1; KR100250672B1; EP0792939A4; EP0792939A1

Description

明紬書

発明の名称錫めつき鉄系スクラップの溶解方法

技術分野

この発明は、羽口を備えた筒型炉を使用して溶解熱源に電力を用いずに化石燃料を用いてスクラップを溶解する方法であって、特に嵩比重の低い錫めつき鉄系のスクラップ（例えば、錫めつき鋼板スクラップ）を有効に活用して、高品位の転炉鋼相当鋼や特殊鋼の製造に使用できる錫含有量の少ない溶鉄を製造するとともに、再利用可能な形で錫が回収できる錫めつき鉄系スクラップの溶解方法に関する。背景技術

日本学術振興会、素材プロセシング 69委員会第 1 分科会、第 2分科会合同研究会（平成 2年 8月）における報告によれば、鉄系スクラップとしての鋼スクラップの発生量は鋼材の蓄積量の増加とともに年々 1 00万トン程度の割合で増加し、西暦 2000年の時点では市中スクラップ（市中屑）の発生量は約 4000万トン/年となり、粗鋼生産量の 45 %に達すると予想されている。

現在、市中屑の溶解製品化は大部分が電気炉で行われている。特に近年は、製品種の拡大とコスト低減とを図るべく、電気炉でスクラップや不純物希釈用の直接還元鉄を溶解し、連続铸造して圧延するという、いわゆるミニミル方式が採用されつつある。

一方、一貫製鉄所では、上述のスクラップ増に対処し、高炉集約化の中で粗鋼生産量の変動に対応できる鉄源を確保するため、溶解熱源に電力を用いずにスクラップを溶解する技術の開発が進められている。

近年、消費構造の高极化に伴って表面処理鋼の市中屑も増加しつつあり、その一つに錫めつき鋼板スクラップ（市中屑としては「ぶりき缶屑」と言われる）がある。

錫（以下、 Snと記す）は、製鋼段階で除去することができない元素であり、しかも、鋼中に Snが 0. 04 %程度以上残留すると、熱間加ェ性ゃ靭性等が低下するので、 Snめっき鋼板スクラップを鉄源として再利用する際の Sn除去技術が下記のようにいくつか提案されてい

O o

A法（特開平 4 - 1 98429号公報および同 4 - 1 98430号公報参照）鋼板表面のめっき部分を除去するため、 Snめっき鋼板スクラップを 300〜 1 200 °Cに加熱して硫化雰囲気で処理し、 Snを Sn Sに形態変化させ、この Sn Sを機械的に分離あるいは蒸発させる。次に上底吹き転炉形式の炉を用い、上吹き酸素ジエツトが鉄浴に直接接触しないように鉄浴上にスラグを形成して酸素を上吹きし、適量の S (硫黄）を含有する炭材と、上記硫化雰囲気処理の Snめっき鋼板スクラップを連続装入して溶解する。これにより酸素吹き付け点の Sボテンシャルが高くなり、低沸点（約 1230 °C ) の Sn Sが形成されるので、 Fe (鉄）に対する Snの優先蒸発が可能となり、 Sn含有量が 0. 05重量％以下の溶湯が得られ、その後通常の製鋼処理を行って低 Sn溶鐧を製造する方法である。

B法（特開平 5 - 9600号公報参照）：

筒型炉内にコークスとスクラップまたはスクラップおよび鉄鉱石とを層伏に充¾し、各充填層に一次羽口、二次羽口から支燃性ガスを吹き込んで溶解、還元を行う方法（特開平 1 - 29071 1号公報に開示される方法）を用い、不純物が少ないスクラップを装入した筒型炉で不純物低含有の溶銑を製造し、ぶりき缶屑（Sn含有量か例えば 0. 63重量）のような不純物が高いスクラップを装入した別の筒型炉で不純物高含有の溶銑を製造する。そして 2基の炉で製造した溶銑を合わせ湯し、例えば Sn： 0. 06重量％の溶銑を得る方法である。

C法（特開平 7 - 20731 3号公報参照）：

筒型炉内にコ一クスとスクラッブとを層伏に充塡し、一次羽口および二次羽口から支燃性ガスを吹き込んで溶解を行う方法である。上記スクラップの少なくとも一部として錫めつき鋼板スクラップを用い、二次羽口の支燃性ガス吹き込み量を調整して平均二次燃焼率を 50 %以上に制御し、 Sn 0 ₂濃縮ダストの形態にして除去する。

なお、上述の特開平 5 - 9600号公報、特開平 1 - 29071 1号公報および特開平 7 - 2073 1 3号公報の発明は、いずれも本出願人または本発明者らが提案したものである。ところで、上述の従来技術には、それぞれ下記のような問題があ ο

A法：

スクラップ表面の Sn除去のため、硫化雰囲気処理装置を設ける必要があり、この予備処理工程が溶解工程の前に不可欠である。また酸素吹き付け点の鉄の蒸発を抑制するため、上吹き酸素ジュッ卜が直接鉄浴に接触しないようにするには、相当量のスラグを造滓する必要がある。この場合、スラグ中の Fe O絶対量が増加するので鉄歩留が低下する上に、耐火物損耗が大きくなる等の問題が生じる恐れがある。さらに、スラグ脱硫はほとんど行われず、逆に溶鉄が加硫されるため脱硫処理が必須となる。

B法：

羽口を備えた筒型炉を用いる溶解法であるが、本質的な脱 Sn技術ではなく、いわば合わせ湯による希釈法であるため、同時出銑が可能な別の溶解炉が必要となる。そのため、設備費、操業費およびコスト面から経済性に劣る。また、二次燃焼率および排ガスの発熱量などは考慮外である。

C法：

羽口を備えた筒型垆を用いる溶解法であり、また本質的な脱 Sn方法である。しかし、二次羽口からの支燃性ガス吹き込み量を調整し、平均二次燃焼率を 50 %以上に制御する必要がある。そのため、排ガスの発熱量が低下して経済的価値が小さくなる傾向がある。発明の開示

本発明は、上記課題のうち、特に筒型炉を用いて Snめっき鐧板スクラップを包含する嵩密度の低い Snめっき鉄系スクラップを含む原料を溶解する場合における経済性上の問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、二次燃焼率の制御、すなわち、二次燃焼率を高く制御することなく、排ガスが有する力ロリ — （潜熱量）を向上することができ、かつ高い脱 Sn効率を達成することができる Snめっき鉄系スクラップの溶解方法を提供することにある。

本発明は、次の（1 ) および（2) の Snめっき鉄系スクラップの溶解方法を要旨とする。

( 1 ) 炉上部に原料装入用と排ガス回収用の開口部を、炉底部および /または下部炉壁に一次羽口を、上部炉壁に二次羽口をそれぞれ備えた筒型炉を用い、その炉底から一次羽口を含むレベルまでコークス充塡層を、その上部に二次羽口を含むレベルまで鉄系スクラップを主体とする充塡層をそれぞれ形成させた後、一次羽口から支燃性ガスまたは支燃性ガスと燃料とを、二次羽口から支燃性ガスをそれぞれ吹き込む鉄系スクラップの溶解方法であって、鉄系スクラップの少なくとも一部としてルーズパッキングの錫めつき鉄系スクラップを用い、二次羽口から吹き込む支燃性ガス量を調整して、ガスの二次燃焼率を制御しながら溶解することを特徴とする錫めつき鉄系スクラップの溶解方法である。以下、この溶解方法を、単に「第一の溶解方法」という。

上記のコークス充塡層は、コークスおよび所要の造滓剤からなるものである。上記の「ルーズパッキングの錫めつき鉄系スクラップ J とは、例えば、 Snめっき鋼板製のぶりき缶を「コ」字型、「 L J 字型、「V」字型または「W」字型に変形させたもの（以下、コの字型変形屑という）、およびまたはシュレッダーしたもの（以下、シュレッダー屑という）の集合体（以下、ルーズパッキング屑という）を指す。

上記の二次燃焼率とは、下記の（1 )式で定義されるものである。二次燃焼率（）

= (C0₂体積％) / { (C0₂体積 + (CO体積） } X 100

· · · ( 1 ) ただし、（C0₂体積％) および（CO体積は、いずれも炉の開口部における排ガス組成を示す。

上記の第一の溶解方法において、ガスの二次燃焼率を 10 %以上 50 %未満に制御するのが望ましい。

(2)炉上部に原料装入およびガス排出用の開口部、炉下部炉壁および/または炉底部に羽口をそれぞれ備えた筒型炉を用い、その炉底から羽口を含むレベルまでコークス充塡層を、その上部に鉄系スクラップ充塡層をそれぞれ形成させた後、羽口から支燃性ガスを吹き込む鉄系スクラップの溶解方法であって、鉄系スクラップとして非錫めつき鉄系スクラップおよび錫めつき鉄系スクラップを用い、非錫めつき鉄系スクラップに先だって錫めつき鉄系スクラップを充塡し、錫めつき鉄系スクラップをコークス充墳層と非錫めつき鉄系スクラップ充塡層との間に保持して溶解することを特徴とする錫めつき鉄系スクラップの溶解方法である。以下、この溶解方法を、単に「第二の溶解方法」という。

この第二の溶解方法では、ガスの二次燃焼率を 10 %以上 50 %未満に制御するのが望ましいが、 30 %以上 50 %未満の高い二次燃焼率を達成するには、コークスは铸物用コークスを用いるのが望ましい。

さらに、第二の溶解方法に用いられる筒型炉として、さらに炉上部炉壁に二次羽口を備えたものを用いることができる。この場合には、コークスは高炉用のものを用いるのが望ましい。

図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の第一の溶解方法の実施に用いる筒型炉とその炉内装入物状態を示す概略の縦断面図である。

図 2は、本発明の第二の溶解方法の実施に用いる筒型炉とその炉内装入物状態を示す概略の縱断面図であり、図 3は、本発明の第二の溶解方法の実施に用いる筒型炉の他の例として、さらに炉上部炉壁に二次羽口を備えた炉と炉内装入物状態を示す概略の縦断面図であ O o

図 4 は、本発明の第一の溶解方法の実施に用いる筒型炉における脱 Snフローを説明する図である。

図 5 は、本発明の第一の溶解方法の効果を確認するための実施例 1 における配合条件を示す図であり、図 6は、そのときの試験結果を示す図である。

図 7は、本発明の第二の溶解方法の効果を確認するための実施例 2における配合条件を示す図であり、図 8は、そのときの試験結果を示す図である。発明を実施するための最良の形態

I . 第一の溶解方法について

図 1 に基づいて本発明の第一の溶解方法を実施するための炉の構成例を説明する。図 1 は、筒型炉とその炉内装入物の状態を示す概略の縱断面図である。

筒型炉 1 は、その炉上部にダストを含有する排ガス 1 1の回収および原料の装入を行うための開口部 2を有する。この開口部 2の上方には、集塵装置、ガスおよびその熱回収設備等に接続する着脱可能なダクトが設置されるが、それらは周知の構造のものでよいので、図示は省略してある。筒型炉 1 の下部炉壁には、 0₂含有ガスなどの支燃性ガスと、必要に応じてさらに微粉炭、重油、天然ガスなどの液体または気体の燃料とを吹き込む一次羽口 3を備えている。同じく上部炉壁には、支燃性ガスを吹き込む二次羽口 4 を備えている。図 1 の例ではさらに、炉底に支燃性ガスや CaO などの脱硫剤を吹き込むための炉底一次羽口 5が設けられているが、これは必須の一次羽口ではない。すなわち、一次羽口は下部炉壁およびノまたは炉底に設ける。一次羽口を炉底のみに設ける場合には、この炉底一次羽口 5が支燃性ガスまたは支燃性ガスと燃料とを吹き込むものとなる。一次羽ロを炉底のみまたは下部炉壁のみとする場合、いずれも、 CaO などの脱硫剤を？) き込むことは許容される。炉底には溶鉄 9およびスラグ 1 0を排出するための排出口 6がある。

望ましい羽口配置は次のとおりである。

一次羽口は、下部炉壁では炉底から 0. 8m程度上部に 4本（水平方向で 90 ° 間隔）、炉底では排出口 6 の両側に各 1 本の計 2本である。二次羽口は、炉底から 1 . 4m程度上部に 4 本（水平方向で 90 ° 間隔）である。

上記の筒型炉 1 を用いて Snめっき鉄系スクラップを含む原料を溶解するには、図 1 に示すようにまず、コークスおよび所要の珪石、石灰石、蛇紋岩、蛍石などの造滓剤を下部炉壁の一次羽口 3 を含むレベルまで装入して、コークス充塡層 7を形成する。望ましいコークスと造滓剤との容積比の範囲は 0. 0 1〜0. 3 程度、コークス充埂層 7 の望ましい嵩密度の範囲は 0. 8〜1 . 0 t /m ³ (平均 0. 9 t /ra ³ ) 程度である。コークス充塡層 7の望ましい厚さの範囲は 1 00〜 300nira程度である。

次に、 Snめっき鉄系スクラップ 8 - 1を単独でまたは自家発生屑などの低不純物クラップ 8 -2とともに、必要に応じて鉄鉱石等の鉄源を装入して、コークス充塡層 7の上部の筒型炉 1 の少なくとも二次羽口 4 を含むレベルまでスクラップ充塡層 8 を形成する。

本発明の第一の溶解方法ではこのとき、スクラップ充墳層 8内の空隙を確保してこの層内においてガスと Snめつき鉄系スクラップとの接触を向上させるために、スクラップの少なくとも一部としてル一ズパッキング屑を用いる。

ルーズパッキング屑は、前述のように、ぶりき缶をプレス成形して複数枚束ねた形伏の従来のぶりき缶ブレス屑ではなく、「コの字型変形屑」およびノまたは「シュレッダ一屑」の単なる集合体である。

「コの字型変形屑」は、ぶりき缶を個々にダイスを用いて「コ j の字型または「 L」の字型等に変形させたものの単なる集合体である。「シュレッダー屑」は、ぶりき缶をシュレッダ一マシンにかけて破砕したものの単なる集合体である。

上記 3種類の屑の嵩密度の範囲は、ブリキ缶プレス屑では 3.0〜 2.6t/ra³ (平均 2.8t/m³)であるが、「コの字型変形屑」では 1.4〜1. 0t/m³(平均 1.2t/ra³)に約 60%小さくなる。「シュレッダ一屑」では 1.6〜1.0t/ra³ (平均 1.3t/m³)である。

このようなルーズパッキング屑および他の自家発生の低不純物鉄スクラップなどの原料を用いて、スクラップ充塡層 8の嵩密度の範囲か 1.0〜2· 6t/m³ (平均 1.8t/m³)程度になるように充塡する。このとき、ルーズパッキング屑の内の「コの字型変形屑」と「シュレツダー屑」との比率は任意である。また、スクラップ充墳層 8 の嵩密度を上記範囲とすることができる場合には、前述のようにスクラップ全量をルーズパッキング屑単独とすることもできる。

上記のように充塡した後、コ一クス充塡層 7 に下部炉壁の一次羽口 3 および/または炉底一次羽口 5から支燃性ガスなどを吹き込み、下記（2)式の部分燃焼反応を生じさせ、高温の COガスを発生させるとともに、コ一クス充塡層 7を高温に保つ。

C + ( 1 /2) 0₂ → CO + 29. 400 kca l /krao l · C · . · (2) 上記（2)式で発生した COガスは、スクラップ充塡層 8内で二次羽口 4から吹き込まれる支燃性ガスと反応し、下記（3)式にしたがつて二次燃焼を起こす。その反応熱により、スクラップが加熱、溶解される。

C0 + ( 1 /2) 0₂ → C0₂ + 67. 590 kca l /krao l - CO · · · ( 3) このとき、二次羽口 4から吹き込む支燃性ガスの流量を調整して、開口部 2における二次燃焼率（前記（1 )式参照）を制御する。二次燃焼率の望ましい範囲は 1 0 %以上 5 0 %未満である。

二次燃焼率が 5 0 %を超えると排ガス中の C0比率が減少し、その発熱量が低下するので経済性が悪化するが、 5 0 %未満であれば排ガスの発熱量が増加し、製鋼から圧延までの工程で必要とするエネルギーを補うことができる。一方、二次燃焼率が 1 0 を下回ると、溶解効率、すなわち生産性が低下し、さらに脱 Snのための C0₂ の発生を確保することが困難となり、脱 Sn率も低下する。

このようにして、ルーズパッキング屑の表層の Snを、 Sn 0 ₂ダストとして排ガスとともに炉外に排出させて回収すると共に、 Sn含有量の少ない銑鉄を製造する。さらに、同時に CO比率の高い高発熱量の排ガスを回収して燃料として活用する。

本発明の第一の溶解方法の基本的な技術思想は、炉下部で発生させた C0ガスの二次燃焼率を望ましくは前記の範囲のように制御しながら、昇温過程初期の低温時に溶融するルーズパッキング屑の表層の Snを（炉底へ滴下したり、母材に拡散する前に）酸化させ、 Sn0₂ ダストとして炉外に排出して、 Sn含有量の低い銑鉄を低コストで製造するとともに、高い発熱量をもつ排ガスを回収することにある。本発明の第一の溶解方法における脱 Sn機構は、次の a〜 dように考えられる。

a . 前記（2)式で発生した高温の COガスは、コ一クス充塡層内を上昇し、スクラップ充塡層内において、前記（3)式による二次燃焼によって、 1 700〜 1 900°Cの二次燃焼ガスを生成する。

b . 二次燃焼ガスは、ルーズパッキング屑の相互間の空隙を通過してルーズパッキング屑を表面から内部にかけて急速に加熱し、ガス温度自体は降下しながらスクラップ充塡層内を上昇する。そして、連続的に装入される次回溶解用のコークス充埴層およびスクラップ充填層と熱交換して、排ガス温度 200〜 500°Cで開口部から排出される。

c . 冷材として炉内に装入されたルーズパッキング屑は、スクラップ充埴層内の存在位置によって昇温速度が異なるが、その表面から急速に昇温を開始する。そして、ルーズパッキング屑の表面層温度が 232°C ( Snの融点）に達すると、 Snめっき層（通常、厚さ 40 x l 0 _ ⁶ m 程度）は直ちに溶融し、ルーズパッキング屑内を通過する二次燃焼ガス中の C0₂ガスによって酸化されて、固相の Sn0 ₂ 薄層がめっき層と母材の接合面から剝離した状態で形成される。したがって、昇温初期に溶融した Snが充填層内を滴下して炉底に溜まったり、母材中に Snが拡散したりして、製造溶銑中に Snが濃縮されるようなことはなくなる。

d . 母材から剝離した固相の Sn0₂表面薄層は、スクラップ充墳層內の空隙を通過して上昇する前記温度の高温の二次燃焼ガスによつて加熱され、母材の昇温に優先して昇温する。その昇温過程で微粉化した一部の Sn0₂は二次燃焼ガスの上昇気流に随伴して上昇し、排ガスダストとなって開口部から炉外に排出される。母材表面に残存した Sn 0₂薄層は、母材である鋼材が溶解する前に二次燃焼ガス生成温度近くまで昇温する。 Sn0₂は 1 800°C以上で融解せずに昇華するので、スクラップ充塡層内の空隙を通過して Sn0₂蒸気が上昇し、上昇中に冷却されて微钿な排ガスダストとなって炉外に排出される。本発明者らは、以上の脱 Sn機構がスクラップ充塡層内の空隙によつて影響を受けることを知見した。すなわち、ガスと Snめっき鉄系スクラップ表面との接触状況を良くすることが脱 Snに最も必要なフアクターであり、従来のような C 0 ₂ が高濃度の二次燃焼ガスを発生させる必要がないことを実験によつて見いだした。

図 4 は、本発明の第一の溶解方法における脱 Snフローを説明する図である。図示するように、発生した COガスおよび C0 ₂ ガスは、スクラップの加熱、溶融、 Snの酸化および Sn0 ₂の剝離 · 昇華の各段階で、 Snめっき鋼板スクラップ表面と接触する。一部の Sn0₂は二次燃焼ガスの上昇気流に随伴して上昇し、排ガスダストとなって開口部から炉外に排出される。

すなわち、スクラップ充塡層の嵩密度を適正範囲に維持して空隙を多くし、 Snめっき鋼板スクラップ表面とガスとの接触面積を大きくとれば、図 4 に示す脱 Snフローにおける加熱、溶融、酸化および排ガスによる Sn0 ₂の随伴上昇および排出が促進される。

本発明者らが、溶解操業を中断して炉内のスクラップ充墳層から採取した「コの字型変形屑」を調査した結果によれば、この屑は依然として装入前の「コの字」または「 Lの字」などの状態に近い凹凸状の形状を維持し、かつ、その表面は赤褐色を呈していたので、ガスとの接触面積が大きかったことが実証された。

よって、本発明の第一の溶解方法では、スクラップの少なくとも一部として前述のルーズパッキング屑を用い、上部炉壁に設けた二次羽口から吹き込む支燃性ガス量を調整して、二次燃焼率を制御しながら溶解することとした。

本発明の第一の溶解方法では、前記の機構および作用効果に基づいて、 Snめつき鉄系スクラップ表面の Snめつき層を Sn0₂に形態変化させて炉外に排出し除去することができる。したがって、脱 Sn予備処理工程や合わせ湯工程を追加せず、また高価な電力を用いずに 1 基の炉により、高品位鋼の製造に使用可能な Sn含有量の低い溶銑を製造しながら、高発熱量の排ガスを回収することができる。 I . 第二の溶解方法について

図 2および図 3に基づいて、本発明の第二の溶解方法を実施するための筒型炉の構成例を説明する。

図 2は、二次羽口を備えない筒型炉とその炉內充填の状態を示す概略の縱断面図である。

この筒型炉 1 は図示のように、その上部にダスト含有排ガス 1 1の排出と原料の装入とを行うための開口部 2を有する。この筒型炉 1 の上方には、集塵装置ゃ排ガスの熱回収設備等に接続する開口部 2 に着脱可能なダクトが設置されるが、前述の図 1 の場合と同様に、図示は省略してある。

筒型炉 1 の炉下部炉壁もしくは加えてさらに炉底部には、酸素含有ガス等の支燃性ガスと、必要に応じて微粉炭、重油、天然ガス等の液体または気体の燃料とを吹き込む羽口 3および/または^底羽口 5が設けられる。炉底部には、溶銑 9およびスラグ 10を排出する排出口 6がある。

望ましい羽口配置は、炉下部炉壁の羽口 3では炉底から 0. 8m程度上部に 4本（水平方向で 90° 間隔）、炉底羽口 5では中心から 0. 4ra の位置に 4本である。図 2 に示す筒型炉 1 を用いて Snめっき鉄系スクラップを溶解するには、まずコークス、望ましくは铸物用コ一クスならびに所要の珪石、石灰石、蛇紋岩および蛍石などの造滓材を筒型炉 1 内に投入して、炉下部炉壁の羽口 3を含むレベルまでコークス充墳層 7 を形成する。次に、先ず Snめつき鉄系スクラップ 12 - 1 を炉底から 2.4m程度のレベルまで装入し、その後、非 Snめっき鉄系スクラップ 12— 2 を装入してスクラップ充塡層 12を炉底から 3.4m程度のレベルまで形成する。このようにして、 Snめつき鉄系スクラップ 12— 1 がコークス充埴層 7 と非 Snめっき鉄系スクラップ 12— 2の充塡層との間に保持される状態とする。

铸物用コークスとは铸物製造に用いられるものである。これは、比較的サイズが大きく、かつ緻密性がよいために、燃焼性の低いコークスである。粒径の望ましい範囲は 100〜 200mm 程度、嵩密度の望ましい範囲は 0.5〜0.8t/m³ 程度である。

铸物用コークスと造滓材との容積比の望ましい範囲は 0.02〜0.2 程度、コ一クス充塡層 7の望ましい嵩密度の範囲は 0.7〜1.2t/m³( 平均 0.9t/m³)程度である。

非 Snめつき鉄系スクラップとは、スクラップ中の Sn含有量が 0.01 %重量未溝の低 Snスクラップのことであり、例えば、ぶりき缶屑以外の多くのスクラップがこれに相当する。 Snめっき鉄系スクラップとは、スクラップ中の Sn含有量が 0.1 重量％以上の高 Snスクラップのことであり、いわゆるぶりき缶屑に相当する。上記二種類の鉄系スクラップは多種の鉄屑の集合体であるため、その嵩密度の範囲は 1 〜 3 t/ra³ (平均 2 t/m³) 程度とばらついている。

上記のように筒型炉 1 に充塡した後、コークス充塡層 7 に羽口 3 もしくは羽口 3 および炉底羽口 5から支燃性ガスを吹き込み、下記 (4)式の完全燃焼反応を生じさせてコークス充墳層 9 を高温に保つ。 (4)式で生じた高温の C0₂ ガスは周囲のコータスと下記（5)式の力一ボンソリユーション反応を起こす。

C +0₂→ C0₂ + 96990kcal/kraol - C · · · (4)

C0₂ + C→ 2 CO- 38190kcal/kmol - C · · · (5) 望ましい支燃性ガスは空気または酸素を富化した空気など、その流量の望ましい範囲は 1000〜 10000Nm³/hr 程度である。

上記（5)式の反応の進行度合いは、コークスの性状によって変化する。すなわち铸物用コークスのように比較的サイズが大きく、力、つ緻密性がよいために燃焼性が低い場合には、（5)式のカーボンソリューシヨン反応は遅く、かつ反応量が小さい。このため、前記の (1)式で示す二次燃焼率の範囲は 30%以上 50%未満となる。本発明の第二の溶解方法では、さらに二次羽口を設けた筒型炉を用いてもよい。これを図 3により説明する。

図 3は、さらに二次羽口を備えた筒型炉とその炉内充塡の状態を示す概略の縱断面図である。図 3において、図 2に示す羽口 3は一次羽口 3、炉底羽口 5 は炉底一次羽口 5 と表現する。さらに、二次羽口 4の望ましい配置は、炉底から 1.4m程度上部の炉上部炉壁に 6 本（水平方向で 60° 間隔）である。

図 3の筒型炉 1 を用いて Snめつき鉄系スクラップを溶解するには、まず、望ましくは高炉用コークスを用いて図 2の場合と同様に一次羽口 3を含むレベルまでコークス充塡層 7を形成する。次に図 2 の場合と同様に、 Snめつき鉄系スクラップ 12— 1 を装入し、その後、非 Snめっき鋼スクラップ 12— 2を装入してスクラップ充塡層 12を形成する。

高炉用コータスとは、溶鉱炉で溶銖製造に用いられるものである。これは、铸物用に比べてサイズが小さく、かつ緻密性が悪いために、燃焼性の高いコークスである。粒径の望ましい範囲は 20〜70匪程度、嵩密度の望ましい範囲は 0.5~0.6t/m³ 程度である。

高炉用コークスと造滓材との容積比の望ましい範囲は 0.03〜 0.3 程度、またコークス充 ¾層 7の望ましい嵩密度の範囲は 0.6 〜1.0t /m³ (平均 0, 8t/ra³)程度、望ましい層厚の範囲は 100〜500mra 程度でめ O。

高炉用コ一クスを溶解燃料として使用する場合には、上記のように筒型炉 1 に充塡した後、一次羽口 3、 5から支燃性ガスを吹き込むとともに、コークス充塡層 7 に二次羽口 4 から支燃性ガスを吹き込み、前記（4)式の完全燃焼反応を生じさせてコークス充填層 7 を高温に保つ。前記（4)式で生じた高温の C0₂ ガスは、高炉用コークスと前記（5)式のカーボンソリューション反応を起こす。

高炉用コークスのように比較的サイズが小さく、かつ緻密性が悪いため燃焼性が高い場合には、前記（5)式のカーボンソリューション反応が急速に進行し、かつその反応量が大きい。したがって高炉用コークスを使用した場合には、排ガス 11の二次燃焼率は低くなるので、さらに二次羽口 3から支燃性ガス吹き込み、その流量を調整して前記（3)式の二次燃焼反応を発生させ、望ましい二次燃焼率の範囲である 10%以上 50%未満に制御する必要がある。このようにして、スクラップ充塡層 12を加熱、溶解する。

支燃性ガスの望ましい流量の範囲は、一次羽口で 1000〜 10000Nm³ /hr 程度、二次羽口で 500〜5000Nra³/hr程度である。

二次燃焼率が 50%以上になると、排ガス中の CO比率すなわち力口リ一が減少するので、経済的メリットが少なくなる。二次燃焼率が 10%以上 50%未満であれば、製鋼から圧延までの工程で必要とするエネルギーを確保することが可能である。一方、二次燃焼率が 10% 未満になると脱 Snのための C0₂ の発生を確保することが困難となり、脱 Sn率が低下する。また、スクラップの溶解効率すなわち生産性が低下してしまうので、経済的メリットが少なくなる。

本発明の第二の溶解方法において連镜溶解を行う場合には、充墳層のレベルを逐次計測し、レベルが低下すれば次回溶解用の Snめつき鉄系スクラップを先行して充填し、次に非 Snめっき鋼スクラップを充填するようにすればよい。

本発明の第二の溶解方法の基本的な技術思想は、前述した第一の溶解方法の場合と同様である。すなわち、垆內で発生させた COガスの二次燃焼率を、望ましくは前述の範囲に制御する。これとともに Snめっき鉄系スクラップの加熱過程において、スクラップ表面のめつき層に存在し低温時に溶融する Sn (融点は 232°C ) を炉底へ滴下させ、またはめつき鋼板の母材側に拡散させる前に酸化させて Sn0₂ ダストとして炉外に排出させることにより、 Sn含有量の低い銑鉄を低コス卜で製造するとともに高カロリ一の排ガスを回収する。

したがって、本発明の第二の溶解方法における脱 Sn機構も、前述の第一の溶解方法での a〜 dの脱 Sn機構で説明できる。しかし、このような脱 Sn機構は、スクラップ充塡層内の Snめつき鉄系スクラップ表層の昇温速度によって影響を受ける。すなわち、高温の二次燃焼ガスで Snめっき鉄系スクラップの表層を急速に加熱することが、脱 Sriに最も必要なファクターであり、従来のように二次燃焼率をできるだけ高く制御して高濃度の C0₂ を含有する二次燃焼ガスを発生させるのは、脱 Snにおいては効率的ではない。よって、 Snが母材中に拡散する前に、いかに速く Snめっき鋼板スクラップの表層を加熱させた後、いかに速く C0₂ ガスによって Snを酸化させ、固相の Sn0₂ 薄層を母材から剝離させるかが重要なのである。

本発明の第二の溶解方法のようにスクラップの充塡順序を、まず Snめつき鉄系スクラップ、次いで非 Snめつき鉄系スクラップとすれば、より下部に位置する Snめつき鉄系スクラップは非 Snめつき鉄系スクラップに比べて急速に加熱され、昇温速度が速くなる。また、非 Snめっき鉄系スクラップを炉上から投入する際に、その落下衝撃力を有効利用して Snめっき鉄系スクラッブ表面の固相の Sn0₂薄層を母材から剝離させる効果も得られる。

スクラップの母材表面に残存した Sn0₂薄層は 1 800°C以上では融解せずに昇華するので、脱 Snを促進するには、その Sn0₂蒸気を急速に冷却して微細ダストとして排ガスとともに炉外に排出させる操作が重要である。本発明の第二の溶解方法で採用するスクラップの充塡順序であれば、非 Snめっき鉄系スクラップが炉の上部に存在し、 Sn めっき鉄系スクラップがコ一クス充塡層と非 Snめつき鉄系スクラップ充埴層との間に保持される状態で加熱、溶解することかできるため、 Sn0₂蒸気を急速に冷却させる効果が得られる。

このような理由に基づいて本発明の第二の溶解方法では、非 Snめつき鉄系スクラップの装入に先だって、まず Snめっき鉄系スクラップを充塡することとした。そのため、本発明の第二の溶解方法では、第一の溶解方法と同様に、前記の脱 Sn機構および作用効果に基づいて、 Snめつき鉄系スクラップ表層の Snを Sn 0₂に形態変化させて炉外に排出し除去することができる。したがって、脱 Sn予備処理や合わせ湯工程を追加せずに、また高価な電力を用いずに 1 基の炉によつて、高品位鋼の製造に使用可能な Sn含有量の低い溶鉄を製造しながら、高カロリーの排ガスを回収することができる。

I . 実施例

本発明の第一の溶解方法、および第二の溶解方法の効果を実施例 1 および実施例 2に基づいて説明する。

〔実施例 1 〕本発明の第一の溶解方法の効果を確認するため、図 1 に示す装置構成の筒型炉（直径 1.5m、炉底から炉口までの高さ 3.6πι、内容積 6 . Om³) を用い、スクラップ配合条件および平均二次燃焼率を変化させて溶鉄の連続製造試験を実施し、脱 Sn率、排ガスの発熱量及びダスト排出量などを調査した。

羽口位置は次のとおりとした。

—次羽口（下部炉壁）：伊底から 0.8ra上部に 4本

(水平方向で 90° 間隔）

一次羽口（^底）：排出口の両側に各 1本

二次羽口：炉底から 1.4m上部に 4本（水平方向で 90° 間隔）これらの二次羽口は、支燃性ガスと N₂ガスとの切替え吹き込みができるようにした。

使用した鉄源はつぎのとおりとした。

所内発生鋼屑（鉄純度 99%) ：最大寸法 400關角、嵩比重 3.5t/

ID³の Snを含まないもの

ルーズパッキング屑： Sn含有量が 0.30%重量％の「コの字型変形屑」および「シュレッダー屑 j

ぶりき缶プレス屑： Sn含有量は 0.30%重量％

支燃性ガスは 0₂、コークスは粒度 20〜70 の塊状のもの、燃料は 200メッシュ篩下が 80重量％以上の微粉炭を使用した。下記の表 1 にコークスおよび微粉炭の組成を示す。また、このとき採用した操業条件を図 5 に示す。

表 1 (重量 )

区分 C H 0 Si0₂ i ₂0, CaO MgO 水分コークス 88.0 0.5 0.0 6.9 3.5 0.3 0.3 2.0 微粉炭 75.0 4.3 8.0 7.6 3.8 0.3 0.3 2.0 (本発明例 1 )

図 5 に示す配合条件にしたがい、図 1 に示すような充填層構造の原料装入を実施した後、平均二次燃焼率が 18%になるように二次羽口から 0₂を吹き込まずに、下部炉壁の一次羽口から 800Nm³/Hr の 0₂ 、炉底一次羽口から 200Nra³/Hr の 0₂と、さらに下部炉壁の一次羽口から 150NraVHr の N₂で気送された 1200 kg/Hrの微粉炭とをコ—クス充塡層に吹き込んだ。

このとき、二次羽口の閉塞を防止するために、図 5 の操業条件に示すように二次羽口から最少量の N₂ガスをを吹き込んだ。

溶解が進行してスクラップ充塡層高が低くなると、次回連続溶解用のコークス、スクラップを装入して充塡層を形成した。このようにして、 1 回の出銑量 7.5トンの溶銑を連続的に製造した。

(本発明例 2 )

図 5 に示す配合条件にしたがい、図 1 に示すような充塡層構造の原料装入を実施した後、一次羽口の吹き込み条件は本発明例 1 と同じとし、平均二次燃焼率が 41%または 40%になるように二次羽口力、ら 400Nm³/Hr の 0₂をコークス充塡層に吹き込んだ。

溶解が進行してスクラップ充壙層高が低くなると、次回連続溶解用のコークス、スクラップを装入して充塡層を形成した。このとき、二次羽口の前面にはコータスが存在し、スクラップは存在しないので、図 5の操業条件に示すように 0₂吹き込みを最少量の N₂ガ吹き込みに切り替えた。このようにして、 1 回の出銑量 7.5トンの溶銑を連続的に製造した。

(本発明例 3 )

図 5 に示す配合条件にしたがい、図 1 に示すような充塡層構造の原料装入を実施した後、一次羽口の吹き込み条件は実施例 1 および 2 と同じとし、平均二次燃焼率が 55%または 53%になるように二次羽口から 550Nm³/Hrの 0₂をコ一クス充塡層に吹き込んだ。溶解が進行してスクラップ充塡層高が低くなると、次回連続溶解用のコークスおよびスクラップを装入して充墳層を形成した。このとき、二次羽口の前面にコ一タスが存在し、スクラップが存在しないので、図 5の操業条件に示すように 0₂吹き込みを最少量の N₂ガス吹き込みに切り替えて溶解を完了させた。このようにして、 1 回の出銑量 7.5トンの溶銑を連棕的に製造した。

(比較例 1 )

図 5に示す配合条件にしたがい、その他の条件は本発明例 1 と略々同一とした。

(比較例 2 )

図 5に示す配合条件にしたがい、その他の条件は比較例 1 と略々同一とした。

図 6 は、実施例 1 における試験結果を示す。図 6 に示す脱 Sn率は、装入鉄源中の計算 Sn重量（装入 Sn重量）および図 6に示す製造溶銑中の Sn含有率と出鉄量とから計算した製造溶鉄中の Sn重量を用いて、同図の下記（注）に示す式により求めた値である。

図 6 に示すように脱 Sn率は、本発明例 1 では 72%または 70%、本発明例 2では 81%または 80%、本発明例 3では 85%または 81%に達し、比較例 1 の場合の 53%に比べて約 20〜30%向上した。

本発明例 1 では脱 Sri率が高く、しかも排ガス発熱量は、二次燃焼率が略々同じである比較例 1 の場合と比べて大差のない高い発熱量となった。また本発明例 1 では、脱 Sn率は比較例 2 と比べて略々同等であるが、排ガス発熱量は約 1.8 倍近く高くなつた。本発明例 2 の場合、比較例 2 と比べて脱 Sn率は高く、かつ二次燃焼率が約 40% であるため、排ガス発熱量も高くなつた。本発明例 3の場合、脱 Sn 率は高いが、二次燃焼率が 50%を超えているため、排ガス発熱量は比較例 1 よりも低下した。しかし、排ガス発熱量は比較例 2 と略々同等となった。

比較例 1 では、排ガス発熱量を高くすることはできたが、脱 Sn率を高くすることはできなかった。比較例 2では、脱 Sn率を高くすることはできたが、排ガス発熱量を高くすることはできなかった。

このように、本発明の第一の溶解方法は脱 Sn率が同一の条件では高発熱量の排ガスを回収することができるものであり、経済的優位性を持っていることが明らかである。〔実施例 2〕

本発明の第二の溶解方法の効果を確認するため、図 3に示す装置構成の筒型炉を用い、スクラッブの充塡条件および平均二次燃焼率を変化させて溶銑の連続製造試験を実施し、脱 Sn率、排ガスカロリ一およびダスト排出量などを調査した。このとき、一次羽口のみを用いた場合（実施例 1 ) と、さらに二次羽口を用いた場合（実施例 2〜 4 ) の効果を確認している。

筒型炉：直径は 1.5m

炉底から炉口までの高さは 3.6m

内容積は 6.0m³

羽口配置：一次羽ロは垆底から 0.8m上部に 4本（水平方向で 90° 間隔）

二次羽ロは炉底から 1.4ra上部に 6本（水平方向で 60° 間隔）

用いる鉄源は、鉄系スクラップとして次のとおりとした。

非 Snめっき鋼スクラップ：最大寸法 400mm 角、嵩密度 2.5t/m³ の鋼屑、 Sn含有量は 0.001 重量％

Snめつき鋼板スクラップ：最大寸法 150mm 角、嵩密度 1.5t/ra³ のぶりき缶屑、 Sn含有量は 0. 20重量％支燃性ガスは空気、コ一クスは粒径 20〜70raraの塊状の高炉用コ一クスを使用した。コータスの組成を下記表 2に示し、このとき採用した操業条件を図 7に示す。

表 2 (重量

(本発明例 1 )

図 7に示す配合条件に従い、図 3に示すような充塡層構造の原料装入を実施した。二種類のスクラップの充填順序は、まず先に Snめつき鋼板スクラップ、次に非 Snめっき鐧スクラップとした。その後、平均二次燃焼率が 15 %になるように、一次羽口から空気を吹き込んで溶解した。ただし、二次羽口から空気の吹き込みは行わなかつた。一次羽口のみの吹込みでは、前記（3)式に示す二次燃焼反応が起こらないので、本来、二次燃焼率を高めることができない。しかし、平均二次燃焼率が 15 %にできるのは、一次羽口前で前記（5)式で示す力一ボンソリューション反応が完全に進行するのではなく、前記（4)式で生じた C0₂ ガスが存在する領域が炉内に在るからである。

溶解が進行してスクラップ充塡層の高さが低くなれば、次回連続溶解用のコ一クスおよびスクラップを装入して充填層を形成した。このようにして 1 回の出銑量 7. 5 t onの溶銑を連続的に製造した。 (本発明例 2 )

図 7に示す配合条件に従い、図 3に示すような充塡層構造の原料装入を実施した。二種類のスクラッブの充塡順序は、本発明例 1 と同様に、まず先に Snめっき鉄系スクラップ、次に非 Snめっき鋼スクラップとした。その後、平均二次燃焼率が 1 5 %になるように、一次羽口に加えてさらに二次羽口から空気を吹き込んで溶解した。溶解が進行してスクラップ充填層の高さが低くなれば、次回連続溶解用のコ一クスおよびスクラップを装入して充塡層を形成した。このようにして 1 回の出銑量 7. 5 t onの溶銑を連続的に製造した。

(本発明例 3 )

本発明例 2 と同様に図 7 に示す配合条件に従い、図 3 に示すような充壙層構造の原料装入を実施した。二種類のスクラップの充填順序は、まず先に Snめっき鋼板スクラップ、次に非 S nめっき鐧スクラップとした。その後、平均二次燃焼率が 30 %になるように二次羽口からの空気流量を調整して溶解した。その後は、本発明例 1 および 2 と同様に連続充填、溶解を行い、 1 回の出銑量 7. 5 t onの溶銑を製造した。

(本発明例 4 )

本発明例 2 と同様に図 7 に示す配合条件に従い、図 3 に示すような充塡層構造の原料装入を実施した後、平均二次燃焼率が 45 %になるように二次羽口からの空気流量を調整して溶解した。その後は、本発明例 1 および 2 と同様に連続充塡、溶解を行い、 1 回の出銑量 7. 5 t onの溶銑を製造した。

(比較例 1 )

図 7 に示す配合条件に従い、図 3 に示すような充塡層構造とは異なり原料装入順序を変えて実施した。すなわち、二種のスクラップの充填順序は、まず先に非 Snめっき鋼スクラップ、次に Snめっき鋼板スクラップとした。その後、平均二次燃焼率が 1 5 %になるように一次羽口に加えてさらに二次羽口から空気を吹き込んで溶解した。溶解が進行してスクラップ充塡層の高さが低くなれば、次回連続溶解用のコークスおよびスクラップを装入して充塡層を形成した。このようにして 1 回の出銑量 7. 5 t onの溶銑を連続的に製造した。

(比較例 2 )

図 7に示す配合条件に従い、比較例 1 と同様の二種のスクラップの充埴順序とした。その後、平均二次燃焼率が 30 %になるように二次羽口から空気を吹き込んで溶解した。その後は比較例 1 と同様に連続充塡、溶解を行い、 1 回の出鉄量 7. 5 t onの溶銖を製造した。

(比較例 3 )

図 7に示す配合条件に従い、比較例 1 および 2 と同様の二種のスクラップの充塡順序とした。その後、平均二次燃焼率が 45 %になるように、二次羽口から空気を吹き込んで溶解した。その後は比較例

1 および 2 と同様に連続充塡、溶解を行い、 1 回の出銑量 7. 5 t onの溶銑を製造した。

図 8 は、実施例 2における試験結果を示す。実施例 1 の試験結果と同様に、図 8 に示す脱 Sn率は、装入鉄源中の計算 Sn重量（装入 Sn 重量）および表 3に示す製造溶銑中の Sn含有率と出銑量から計算した製造溶銑中 Sn重量を用いて、同図の下記（注）に示す式により求めた値である。

図 8 に示すように、脱 Sn率に関し、本発明例 1 では 56 %となり、比較例 1 、 2および 3に比べて向上しているが、本発明例 2、 3および 4 より低い値になっている。さらに、本発明例 2、 3および 4 ではそれぞれ 70、 75および 78 %に達し、比較例 1 、 2および 3の場合のそれぞれ 33、 35および 40 %に比べて、およそ 2倍に向上した。しかも本発明例 2、 3および 4では、溶銑中の S n含有率を 0. 04重量％、すなわち鋼材の品質に悪影響を及ぼさない程度まで減少できた。

排ガス力口リ —は、本発明例ではいずれも高い脱 Sn率にもかかわらず、 1200kca l /Nm ³以上の高カロリーとなった。一方、比較例の結果のとおり、従来の方法で 1 200kca l /Nm³以上の高力口リー排ガスを得る場合には、 40 %以下の脱 Sn率しか達成できなかった。

また、特開平 7 — 20731 3号公報の方法（前記 C法）によると、脱 Sn率を 79 %にするには平均二次燃焼率を 72 %を設定する必要があつた。この排ガスは、カロリー計算すると高々 530 kca l /Nra ³に過ぎないので、同じ脱 Sn率が得られる本発明例 3 と比較すれば、排ガス力口リーは半分以下にも満たない。

このように本発明方法は、高脱 Sn率の条件下で高力口リーの排ガスを回収することができるので、その経済的優位性が高い。産業上の利用可能性

本発明方法によれば、脱 Sn予備処理工程や合わせ湯工程を追加せず、また高価な電力を用いずに 1 基の炉により、高品位鋼の製造に使用可能な Sn含有量の低い溶銑を製造しながら、高発熱量の排ガスを回収することができる。また、 Sn0₂が濃縮された排ガスダストは Sn源として有効に利用することができる。したかって、本発明の錫めっき鉄系スクラップの溶解方法は、表面処理鋼等の市中屑の溶解分野において利用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 炉上部に原料装入用と排ガス回収用の開口部を、炉底部および zまたは下部炉壁に一次羽口を、上部炉壁に二次羽口をそれぞれ備えた筒型伊を用い、その炉底から一次羽口を含むレベルまでコークス充塡層を、その上部に二次羽口を含むレベルまで鉄系スクラップを主体とする充塡層をそれぞれ形成させた後、一次羽口から支燃性ガスまたは支燃性ガスと燃料とを、二次羽口から支燃性ガスをそれぞれ吹き込む鉄系スクラップの溶解方法であって、跌系スクラップの少なくとも一部としてルーズパッキングの錫めつき鉄系スクラップを用い、二次羽口から吹き込む支燃性ガス量を調整して、ガスの二次燃焼率を制御しながら溶解することを特徴とする錫めつき鉄系スクラップの溶解方法。

2 . ガスの二次燃焼率を 10 %以上 50 %未満に制御することを特徴とする請求項 1 に記載の錫めつき鉄系スクラップの溶解方法。

3 . 炉上部に原料装入およびガス排出用の開口部、炉下部炉壁および Zまたは炉底部に羽口をそれぞれ備えた筒型炉を用い、その炉底から羽口を含むレベルまでコークス充塡層を、その上部に鉄系スクラップ充塡層をそれぞれ形成させた後、羽口から支燃性ガスを吹き込む鉄系スクラップの溶解方法であって、鉄系スクラップとして非錫めつき鉄系スクラップおよび錫めつき鉄系スクラップを用い、非錫めつき鉄系スクラップに先だって錫めつき鉄系スクラップを充塡し、錫めつき鉄系スクラップをコークス充塡層と非錫めつき鉄系スクラップ充填層との間に保持して溶解することを特徵とする錫めつき鉄系スクラッブの溶解方法。

4. 炉上部炉壁に二次羽口を備えた筒型炉を用いることを特徴とする請求項 3に記載の錫めつき鉄系スクラップの溶解方法。

5. ガスの二次燃焼率を 10%以上 50%未満に制御することを特徵とする請求項 4 に記載の錫めつき鉄系スクラップの溶解方法。