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公開番号2025014496
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2023117094
出願日2023-07-18
発明の名称還元鉄の溶解方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類C21C 5/52 20060101AFI20250123BHJP(鉄冶金)
要約【課題】還元鉄の投入速度を抑制することなく、電気炉を用いた溶鋼の製造の生産性をより向上させること。
【解決手段】本発明に係る還元鉄の溶解方法では、電気炉の炉内に投入された還元鉄を溶解するにあたって、炉内に投入される還元鉄のうち、式(1)で表される関係を満足するような還元鉄の総体積が、投入される全還元鉄の総体積の70%以上になるようにする。
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【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
電気炉の炉内に投入された還元鉄を溶解する還元鉄の溶解方法であって、
前記炉内に投入される前記還元鉄のうち、以下の式（１）で表される関係を満足するような還元鉄の総体積が、投入される全還元鉄の総体積の７０％以上になるようにして操業する、還元鉄の溶解方法。
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2025014496000017.tif
36
157
ここで、上記式（１）において、
θ
ｂ
＝（Ｔ
ｂ
－Ｔ
ｍ
）／（Ｔ
ｍ
－Ｔ
０
）：無次元バルク温度
Ｔ
ｍ
：還元鉄の融点［単位：℃］
Ｔ
０
：還元鉄の投入温度［単位：℃］
Ｔ
ｂ
：炉内に存在する溶鋼バルクの温度［単位：℃］
ｋ
ＣＯ，ｍ
：還元鉄の融点Ｔ
ｍ
における反応速度定数
ａ
Ｃ
：還元鉄中のＣのモル分率
ａ
ＦｅＯ
：還元鉄中のＦｅＯのモル分率
ｒ
０
：還元鉄の球換算半径
ρ
１
：還元鉄の密度
ρ
２
：投入後に還元鉄の周囲に形成される凝固シェルの密度
α
１
：還元鉄の温度拡散係数
α
２
：投入後に還元鉄の周囲に形成される凝固シェルの温度拡散係数
λ
２
：投入後に還元鉄の周囲に形成される凝固シェルの熱伝導率
Ｃ
ｐ１
：還元鉄の比熱
ΔＨ：還元鉄の溶解潜熱
ΔＨ
Ｒ
：還元鉄におけるＣＯガス発生反応の反応熱
Ｃ
Ｒ
：ＣとＦｅＯのうち少ない方の成分のモル濃度
ε：還元鉄のボイド率
である。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記炉内に投入される前記還元鉄の全量が、前記式（１）で表される関係を満足する、請求項１に記載の還元鉄の溶解方法。
【請求項３】
前記還元鉄として、ホットブリケットアイアン（ＨｏｔＢｒｉｑｕｅｔｔｅｄＩｒｏｎ：ＨＢＩ）を用い、
前記炉内に投入される前記ホットブリケットアイアンのうち、以下の式（２）で表される関係を満足するようなホットブリケットアイアンの総体積が、投入される全ホットブリケットアイアンの総体積の７０％以上になるようにして操業する、請求項１に記載の還元鉄の溶解方法。
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2025014496000018.tif
26
134
ここで、上記式（２）は、前記式（１）の右辺を、前記ホットブリケットアイアンが示す物性値に基づき定数化したものである。
【請求項４】
前記炉内に投入される前記ホットブリケットアイアンの全量が、前記式（２）で表される関係を満足する、請求項３に記載の還元鉄の溶解方法。
【請求項５】
前記還元鉄として、直接還元鉄（ＤｉｒｅｃｔＲｅｄｕｃｅｄＩｒｏｎ：ＤＲＩ）を用い、
前記炉内に投入される前記直接還元鉄のうち、以下の式（３）で表される関係を満足するような直接還元鉄の総体積が，投入される全直接還元鉄の総体積の７０％以上になるようにして操業する、請求項１に記載の還元鉄の溶解方法。
TIFF
2025014496000019.tif
26
134
ここで，上記式（３）は、前記式（１）の右辺を、前記直接還元鉄が示す物性値に基づき定数化したものである。
【請求項６】
前記炉内に投入される前記直接還元鉄の全量が、前記式（３）で表される関係を満足する、請求項５に記載の還元鉄の溶解方法。
【請求項７】
前記炉内に、前記還元鉄と併せて鉄スクラップを投入し、
前記鉄スクラップが溶解するまでの消費エネルギーに対応する温度低下をΔＴとしたときに、前記溶鋼バルクの温度Ｔ
ｂ
に換えて（Ｔ
ｂ
－ΔＴ）を用いて、θ
ｂ
＝（Ｔ
ｂ
－Ｔ
ｍ
）／（Ｔ
ｍ
－Ｔ
０
）を算出する、請求項１～６の何れか１項に記載の還元鉄の溶解方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元鉄の溶解方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電気炉を用いた還元鉄溶解による溶鋼製造技術が注目されている。電気炉の操業では、炉内に存在する溶鋼プールの上方から連続的又は間欠的に投入された還元鉄を溶解する。このような電気炉を用いた還元鉄溶解において、高いエネルギー効率及び還元効率を実現するために、近年、様々な技術が提案されている（例えば、以下の特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２００１－５１５１３８号公報
【非特許文献】
【０００４】
村山武昭、小野陽一、川合保治、鉄と鋼、６３、１０９９ページ、１９７７年
Ｋ．ＭｏｒｉａｎｄＴ．Ｓａｋｕｒａｙａ，Ｔｒａｎｓ．ＩＳＩＪ，２２，ｐ．９８４，１９７７年
Ｑ．ＪｉａｏａｎｄＮ．Ｊ．Ｔｈｅｍｅｌｉｓ，ＣａｎａｄｉａｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＱｕａｒｔｅｒｌｙ，３２，ｐ．７５，１９９３年
Ｔ．ＹａｇｉａｎｄＹ．Ｏｎｏ，Ｔｒａｎｓ．ＩＳＩＪ，８，ｐ．３７７，１９６８年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶鋼中に投入された還元鉄は、溶鋼よりも軽い物質であるために、溶鋼中の液面近傍に浮遊した状態で存在している。また、還元鉄は、鉄の融点よりも低い温度であるため、投入に伴い還元鉄の周囲に存在する溶鋼が凝固して、還元鉄の周りに凝固シェルが形成されることが知られている。
【０００６】
還元鉄の周囲に凝固シェルが形成されてしまうと、還元鉄を溶解するためには、まず、周囲の凝固シェルを溶解させなくてはならなくなる。そのため、投入した還元鉄が溶解するのにより多くの時間を要するようになり、生産性の観点から好ましくない。また、近くに存在している凝固シェル同士が結合すると、複数の還元鉄が大きな塊状となった、いわゆるアイスバーグが形成され、還元鉄の溶解に更に時間を要してしまう。
【０００７】
以上のような観点から、還元鉄溶解により溶鋼を製造するような電気炉操業においては、還元鉄の投入位置における溶鋼の凝固やアイスバーグ形成を防止するために、還元鉄の投入速度を抑える必要があると考えられ、生産性の向上にあたっての問題となると考えられる。
【０００８】
以上のような観点から、還元鉄の投入速度を抑制することなく、電気炉を用いた溶鋼の製造の生産性をより向上させることが可能な技術が希求されていると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、還元鉄の投入速度を抑制することなく、電気炉を用いた溶鋼の製造の生産性をより向上させることが可能な、還元鉄の溶解方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために、まず、凝固シェルが形成されていく過程について着目した。この際、溶鋼中に投入された一般的な固体に関する知見として、溶鋼からの熱伝達が大きくなれば、溶鋼中に存在する固体の周囲に形成される凝固シェルの厚みは小さくなることが知られていた。そこで、かかる知見を参考に、本発明者らは、溶鋼から投入された還元鉄への熱伝達を促進することを着想した。
（【００１１】以降は省略されています）

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