図面 (/)

技術 鉄鉱石の還元方法

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 谷川寛弥松澤玲洋
出願日 2016年5月18日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-099631
公開日 2017年11月24日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2017-206740
状態 特許登録済
技術分野 炭素鋼又は鋳鋼の製造 銑鉄の精製;鋳鉄の製造;転炉法以外の製鋼
主要キーワード 推算法 焼石灰 鉄鋼製品 冷却不足 溶銑予備処理後 CaO濃度 投入シュート Fe濃度
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年11月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

鉄鉱石を高効率で還元させて、溶銑温度の適正化、脱P効率の向上、及び、鉄分ロスの低減を可能にする鉄鉱石の還元方法を提供する。

解決手段

転炉型溶銑予備処理における鉄鉱石の還元方法であり、転炉10内のスラグ11の塩基度を0.5以上1未満、かつ、スラグ11の粘度を0.15Pa・s以下にして、転炉10内に鉄鉱石を投入する第1工程と、転炉10内に石灰系原料を投入してスラグ11の塩基度を上昇させ、1以上1.5以下に調整する第2工程とを有する。

概要

背景

転炉型溶銑予備処理を行う場合、脱P(脱りん)に適した溶銑温度に調整するため、冷却材である固体酸化鉄として、鉄鉱石ダストミルスケール等を、溶銑投入することが一般的である。
例えば、特許文献1には、溶銑が装入された第1の転炉内焼石灰等の副原料を投入し、スラグ塩基度を1〜4に調整した後、吹錬を開始し、鉄鉱石を投入して溶銑温度を1250〜1400℃に調整しながら脱P吹錬を行い、この吹錬の終了後、第1の転炉から脱P溶銑を出銑し、これを第2の転炉に装入して本吹錬を行う方法が開示されている。
また、特許文献2、3には、脱Pに必要な、スラグと溶湯の反応界面積、及び、溶銑温度を確保するため、全酸素に対する固体酸素源(鉄鉱石、焼結鉱、ミルスケール等)の比率制約しながら、固体酸素源の投入のタイミングを適正化することで、溶銑中のP濃度を低減させ、汎用鋼を確実に溶製する方法が開示されている。

概要

鉄鉱石を高効率で還元させて、溶銑温度の適正化、脱P効率の向上、及び、鉄分ロスの低減を可能にする鉄鉱石の還元方法を提供する。転炉型溶銑予備処理における鉄鉱石の還元方法であり、転炉10内のスラグ11の塩基度を0.5以上1未満、かつ、スラグ11の粘度を0.15Pa・s以下にして、転炉10内に鉄鉱石を投入する第1工程と、転炉10内に石灰系原料を投入してスラグ11の塩基度を上昇させ、1以上1.5以下に調整する第2工程とを有する。

目的

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鉄鉱石を高効率で還元させて、溶銑温度の適正化、脱P効率の向上、及び、鉄分ロスの低減を可能にする鉄鉱石の還元方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

転炉型溶銑予備処理における鉄鉱石還元方法において、転炉内スラグ塩基度を0.5以上1未満、かつ、スラグの粘度を0.15Pa・s以下にして、前記転炉内に鉄鉱石を投入する第1工程と、前記転炉内に石灰系原料を投入してスラグの塩基度を上昇させ、1以上1.5以下に調整する第2工程とを有することを特徴とする鉄鉱石の還元方法。

請求項2

請求項1記載の鉄鉱石の還元方法において、前記石灰系原料の一部又は全部が、前記転炉又は他の転炉で発生したスラグであることを特徴とする鉄鉱石の還元方法。

技術分野

0001

本発明は、鉄鋼製品の製造における転炉精錬方法係り、更に詳細には、脱Siと脱Pを行う転炉型溶銑予備処理における鉄鉱石還元方法に関する。

背景技術

0002

転炉型溶銑予備処理を行う場合、脱P(脱りん)に適した溶銑温度に調整するため、冷却材である固体酸化鉄として、鉄鉱石やダストミルスケール等を、溶銑投入することが一般的である。
例えば、特許文献1には、溶銑が装入された第1の転炉内焼石灰等の副原料を投入し、スラグ塩基度を1〜4に調整した後、吹錬を開始し、鉄鉱石を投入して溶銑温度を1250〜1400℃に調整しながら脱P吹錬を行い、この吹錬の終了後、第1の転炉から脱P溶銑を出銑し、これを第2の転炉に装入して本吹錬を行う方法が開示されている。
また、特許文献2、3には、脱Pに必要な、スラグと溶湯の反応界面積、及び、溶銑温度を確保するため、全酸素に対する固体酸素源(鉄鉱石、焼結鉱、ミルスケール等)の比率制約しながら、固体酸素源の投入のタイミングを適正化することで、溶銑中のP濃度を低減させ、汎用鋼を確実に溶製する方法が開示されている。

先行技術

0003

特開2002−60826号公報
特開2011−219817号公報
特開2011−219818号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、鉄鉱石は、ダスト等と比較して粒径が大きく、またFe2O3を主体とした組成であることから、溶解と還元に時間を要する。そのため、鉄鉱石の溶解と還元が不十分となり、溶銑温度の冷却不足や、脱P効率の低下、還元不足による鉄分ロスが発生する。
なお、この現象は、特に、鉄鉱石を大量に投入し、短時間で処理しようとする場合に顕著になる。

0005

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鉄鉱石を高効率で還元させて、溶銑温度の適正化、脱P効率の向上、及び、鉄分ロスの低減を可能にする鉄鉱石の還元方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
(1)転炉型溶銑予備処理における鉄鉱石の還元方法において、
転炉内のスラグの塩基度を0.5以上1未満、かつ、スラグの粘度を0.15Pa・s以下にして、前記転炉内に鉄鉱石を投入する第1工程と、
前記転炉内に石灰系原料を投入してスラグの塩基度を上昇させ、1以上1.5以下に調整する第2工程とを有することを特徴とする鉄鉱石の還元方法。

0007

(2)前記石灰系原料の一部又は全部が、前記転炉又は他の転炉で発生したスラグであることを特徴とする(1)に記載の鉄鉱石の還元方法。

発明の効果

0008

本発明に係る鉄鉱石の還元方法は、転炉内のスラグの塩基度と粘度を所定の範囲内にして、転炉内に鉄鉱石を投入する第1工程を有するので、鉄鉱石の溶解速度を向上できる。そして、石灰系原料を用いてスラグの塩基度を上昇させ、所定の範囲内に調整する第2工程を行うので、鉄鉱石の還元反応を促進でき、スラグ中FeO濃度を低減できる。
従って、鉄鉱石を高効率で還元して、溶銑温度の適正化と脱P効率の向上を達成しながら、鉄分ロスの低減を図ることができる。このため、特に鉄鉱石を大量に投入し短時間で処理する場合に、本発明の効果がより顕著になる。

0009

ここで、石灰系原料に転炉で発生したスラグを用いる場合、石灰系原料として使用可能な、例えば、生石灰石灰石の使用量を低減、更には、ゼロにできるため、ランニングコストの低減が図れて経済的である。

図面の簡単な説明

0010

本発明の一実施の形態に係る鉄鉱石の還元方法の説明図である。
スラグの塩基度が鉄鉱石とダストの溶解速度へ及ぼす影響を示したグラフである。

0011

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る鉄鉱石の還元方法は、転炉10を用いた溶銑予備処理(転炉型溶銑予備処理)方法であり、転炉10内のスラグ11の塩基度と粘度を所定の範囲内にして、鉄鉱石投入シュート15で転炉10内に鉄鉱石を投入する第1工程と、転炉10内に石灰系原料を投入してスラグ11の塩基度を上昇させ、所定の範囲内に調整する第2工程とを有し、従来よりも鉄鉱石を高効率で還元可能な方法である。
以下、詳しく説明する。

0012

準備工程
まず、転炉(上底吹き転炉)10内へ溶銑12を装入する。
このとき、必要に応じて鉄スクラップを、転炉10内に、溶銑12装入前に予め配置することも、また、溶銑12装入後に投入することもできる。
転炉10内へ溶銑12を装入した後は、転炉10の下部に設けられた底吹きノズル13から、不活性ガス(例えば、Arガスアルゴンガス)やN2ガス(窒素ガス)等)を吹込み、撹拌しながら、以下の各工程を行う。

0013

(第1工程)
ここでは、転炉10内のスラグ11の塩基度を、0.5以上1未満、かつ、スラグ11の粘度を0.15Pa・s以下に調整して、転炉10内に鉄鉱石を投入する。このスラグ11の塩基度は、「{スラグ中のCaO濃度(質量%)}/{スラグ中のSiO2濃度(質量%)}」で表される(以下、単に塩基度、又は、C/Sとも記載する)。また、鉄鉱石は、Fe2O3を主成分(例えば、70質量%以上、更には80質量%以上)とするものである。
上記したスラグ11の塩基度は、以下の試験に基づいて規定した。

0014

試験は、Arガス雰囲気下で、鉄製るつぼ内で溶融させたスラグ100gをArガスで撹拌しながら、このスラグに予熱した試料50gを投入して行った。この試料には、鉄鉱石(FeO:0.14質量%、Fe2O3:97.94質量%)と、比較としてダスト(FeO:30.78質量%、Fe2O3:55.75質量%)を用いた。
また、試料(鉄鉱石とダスト)を投入するスラグは、FeOを25質量%含有し、残りがCaOとSiO2とからなり、CaOとSiO2の比率を変えて、塩基度を0.6と1.0にそれぞれ調整した。なお、スラグの温度は1350℃とした。

0015

試料投入から3分後にスラグを採取し、試料中の全Fe濃度T.Fe(質量%)と試料中の金属Fe濃度M.Fe(質量%)をそれぞれ分析して、以下の式で換算FeO濃度(質量%)を求めた。
(換算FeO濃度)={(T.Fe)−(M.Fe)}/56×72
この換算FeO濃度(質量%)から初期のFeO濃度(30質量%)を引いたものを3分で除した、スラグ中の換算FeO濃度の上昇速度(%/分)を、試料の溶解速度として評価した。

0016

図2に、試験結果を示す。
鉄鉱石を、塩基度が1以上2以下のスラグ(転炉10内)に上方から添加した場合、鉄鉱石の溶解が大きく阻害されるため、スラグの塩基度を1未満にした。
例えば、図2に示すように、スラグの塩基度(C/S)が1.0の場合、溶解速度は、ダストが鉄鉱石よりも良好な傾向が得られた。しかし、スラグの塩基度を0.6まで低下させることで、鉄鉱石の溶解速度を塩基度が1.0の場合よりも上昇させることができると共に、ダストと同程度にまで上昇できることがわかった。

0017

なお、スラグの塩基度を0.5未満まで低下させた場合、スラグ中のSiO2量が過剰となってスラグの粘性が高くなる。このため、鉄鉱石をスラグの上方から添加した場合、鉄鉱石がスラグ層捕捉され易くなり、鉄鉱石の溶解と還元が阻害されて好ましくない。
以上の知見に基づいて、スラグ11の塩基度を0.5以上1未満(好ましくは、下限を0.6、上限を0.9、更には0.8)とした。

0018

また、スラグの粘度は、以下の知見に基づいて規定した。
上記したように、スラグの粘性が高いと、鉄鉱石をスラグの上方から添加した場合に、鉄鉱石がスラグ層に捕捉され易くなり、鉄鉱石の還元が阻害されて好ましくない。
上記したスラグの塩基度の範囲内において、鉄鉱石をスラグ層に捕捉されにくくするには、スラグ11の粘度を0.15Pa・s以下にする必要がある。

0019

この粘度の下限値については、粘度の低下と共に、鉄鉱石がスラグ層に捕捉されにくくなることから、特に規定していないが、スラグの組成等を考慮すれば、例えば、0.10Pa・s程度である。
上記したスラグ11の粘度は、スラグ11の組成等に基づき、飯田らによる推算粘度式(飯田孝道、外4名、「溶融スラグガラスの粘性−物性工学アプローチによる多成分系複雑液体の高精度な粘度推算法−」、アグネ技術センター、2003年6月25日、p.124)を用いて算出(推定)できる。

0020

なお、鉄鉱石の添加は、スラグ11の塩基度と粘度を、上記した範囲内にして行えばよく、具体的には、溶銑予備処理で生成するSiO2量と、転炉10内に投入されるCaO源(例えば、生石灰、石灰石、リサイクルスラグ)とのバランスから、塩基度が0.5以上1未満、かつ、粘度が0.15Pa・s以下となるタイミングで行う。ここで、スラグ11の粘性を低下させる方法としては、例えば、鉄鉱石と比較してFeO濃度が高い(例えば、20質量%以上、更に25質量%以上の)ダスト等を、転炉10内に投入する方法を用いることが望ましい。

0021

(第2工程)
上記した第1工程で、転炉10への鉄鉱石の投入が全量完了した後、転炉10内に石灰系原料を投入して、スラグ11の塩基度を第1工程での塩基度よりも上昇させ、1以上1.5以下(好ましくは、1.1以上1.5未満、更には1.2以上1.5未満)に調整する。
鉄鉱石の投入が終了した後のスラグ11はFeO濃度が高くなる(例えば、20質量%以上)。このため、石灰系原料を投入して上記した範囲内に塩基度を調整し、FeOの還元を促進して、FeO濃度を低下させたスラグにすることにより、鉄分ロスを低減できる。なお、スラグの塩基度が1.5超の場合、副原料の溶解不良を招いて、脱Pが阻害される。

0022

ここで、石灰系原料には、例えば、生石灰、石灰石、リサイクルスラグ等のいずれか1又は2以上を組合わせて使用できるが、経済性の観点から、石灰系原料の一部又は全部にリサイクルスラグを用いることが好ましい。
このリサイクルスラグは、上記した転炉10の過去の操業又は他の転炉で発生したスラグであり、塩基度が例えば、3〜4程度のものである(前記した第1工程で記載のリサイクルスラグも同様)。

0023

このように、スラグ11の塩基度を上昇させて、1以上1.5以下にした後(にした時点で)、ランス14を用いて上吹き送酸する吹錬を行う。
これにより、転炉10内へ鉄鉱石を上方から添加する場合において、鉄鉱石を高効率で還元させることができるため、溶銑温度の適正化、脱P効率の向上、鉄分ロスの低減が可能になる。

0024

なお、上記したように、本発明の鉄鉱石の還元方法は、転炉10内への鉄鉱石の上方添加に有効であるため、鉄鉱石の投入量については特に規定していない。
しかし、鉄鉱石を高効率で還元させることができることから、本発明の鉄鉱石の還元方法による効果は、特に、鉄鉱石を大量に投入し、短時間で処理しようとする場合に顕著になる。

0025

従って、鉄鉱石の投入量は、例えば、溶銑1トンあたり数kg程度でもよいが、溶銑1トンあたり15kg以上、更には、30kg以上にすることが、本発明の効果の観点から好ましい。一方、投入量の上限値については、実際の操業を考慮すれば、例えば、50kg程度である。
また、溶銑予備処理の処理時間(吹錬時間)は、例えば、10分以下(更には5分以下)である。一方、処理時間の下限値は、例えば、処理する溶銑の量にもよるが、2分程度である。

0026

(第3工程)
上記した吹錬が終了した後は、転炉10を傾動させ、生成した炉内のスラグ11を転炉10の炉口から排滓する。そして、転炉10内に新たに生石灰を添加した後、ランス14を用いて上吹き送酸する吹錬を行う。
この吹錬が終了した後、転炉10を傾動させ、溶製した溶鋼を出鋼口16から出鋼する。
なお、図1中の符号17は、転炉10の内面に付着し固化したスラグである。

0027

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、転炉を用いた溶銑予備処理において、転炉内の400トンの溶銑に対して鉄鉱石を投入した。
この溶銑中のSi濃度は0.5質量%、溶銑と鉄スクラップの合計質量に対する溶銑の質量(即ち、HMR)は90質量%、溶銑の温度は約1350℃、にした。
以下に、鉄鉱石を転炉内に投入する際の手順を示す。

0028

まず、転炉型溶銑予備処理を行うことで生成するSiO2と、投入されるCaO源(生石灰、石灰石、リサイクルスラグ)とのバランスから、スラグの塩基度(C/S)が0.5〜1.2の範囲、スラグの粘度が0.12〜0.21Pa・sとなるタイミングで、鉄鉱石を30〜36kg/トン(kg/t)投入した。この鉄鉱石の投入量は、必要脱P量等に応じて、溶銑予備処理後の温度で1270〜1320℃を目標温度として決定した(以上、第1工程)。
次に、鉄鉱石の投入が全量完了したタイミングで、リサイクルスラグ(石灰系原料)を投入し、スラグの塩基度(C/S)を上昇させて、0.9〜1.6に調整した。
そして、ランスによる吹錬を開始した後、10分以下で終了した(以上、第2工程)。
試験条件と結果を表1に示す。

0029

0030

実施例1〜5は、第1工程でスラグの塩基度と粘度を適正範囲内(塩基度:0.5以上1未満、粘度:0.15Pa・s以下)にして、転炉内に鉄鉱石を投入した後、第2工程でスラグの塩基度を上昇させて適正範囲内(1以上1.5以下)にした場合の試験条件と結果である。
この場合、鉄鉱石の溶解速度を向上させることができ、吹錬を10分行った溶銑予備処理後の溶銑温度を、目標温度±10℃の範囲に下げることができた。これにより、溶銑中のP濃度を37×10−3質量%以下に低減でき、しかも、スラグ中のFeO濃度を19質量%以下に低減できた。

0031

一方、比較例1、3は、第1工程でのスラグの塩基度を適正範囲外(比較例1:1.2、比較例3:1.1)にし、比較例1、2は、第1工程でのスラグの粘度を適正範囲外(比較例1:0.21Pa・s、比較例2:0.20Pa・s)にした場合の試験条件と結果である。なお、比較例1〜3の第2工程でのスラグの塩基度は適正範囲内にしている。
この場合、鉄鉱石の溶解速度が低下し、溶銑予備処理後の溶銑温度を、目標温度に対し25℃以上までしか低減できなかった。このため、溶銑中のP濃度が40×10−3質量%以上に上昇し、スラグ中のFeO濃度も20質量%以上に上昇した。

0032

また、比較例4、5は、第2工程でのスラグの塩基度を適正範囲外(比較例4:0.9、比較例5:1.6)にした場合の試験条件と結果である。なお、第1工程でのスラグの塩基度と粘度は適正範囲内にしている。
この場合、比較例4は、スラグの塩基度が適正範囲の下限値未満であったため、FeOの還元を促進できず、スラグ中のFeO濃度が高くなり、また、比較例5では、スラグの塩基度が適正範囲の上限値超であったため、溶銑中のP濃度が上昇した。

0033

以上のことから、本発明の鉄鉱石の還元方法を用いることで、鉄鉱石を高効率で還元させて、溶銑温度の適正化、脱P効率の向上、及び、鉄分ロスの低減が図れることを確認できた。
なお、上記した実施例1〜5では、転炉内に鉄鉱石を30〜35kg/トン投入した場合について説明したが、鉄鉱石の投入量が、数kg/トン〜50kg/トン程度の範囲内でも、実施例1〜5の結果と略同様の傾向が得られた。

実施例

0034

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の鉄鉱石の還元方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

0035

10:転炉、11:スラグ、12:溶銑、13:底吹きノズル、14:ランス、15:鉄鉱石投入シュート、16:出鋼口、17:スラグ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 黒崎播磨株式会社の「 出鋼口スリーブ」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】内層に低黒鉛材質を配置した出鋼口スリーブにおいて耐用性を向上する。【解決手段】内層2とこの内層2の外側の本体層3とを備え、これら内層2及び本体層3は、それぞれマグネシアと黒鉛とを主体とする内層... 詳細

  • JFEスチール株式会社の「 混銑車、混銑車の使用方法及び混銑車の大型化方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】除滓処理工程や精錬処理工程における既存の固定設備の改造を必要とせず、さらに、大型化の改造を施した混銑車と施していない混銑車とが混在した状態でも操業をすることが可能な、混銑車、混銑車の使用方法及... 詳細

  • 日本製鉄株式会社の「 排滓システム及び排滓方法」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】ドラッガーによる排滓の際、簡便な方法で排滓効率を高めることが可能な技術を開示する。【解決手段】少なくとも一方向に傾けることが可能な鍋と、鍋を傾けた状態で、鍋の傾き方向に動作して、鍋に収容された... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ