CONARC：転炉と電気炉の融合による優れた製鋼

CONARC製鋼プロセス

CONARC製鋼プロセスは、マンネスマン・デマグ・ヒュッテテクニーク（現SMSジーマグ）によって開発されました。このプロセス開発の目的は、従来のトップブロー転炉製鋼と電気炉（EAF）の両方の利点を活用することです。プロセス名「CONARC」は、二つのプロセスの融合（CONverter ARCing）を表しています。この技術は、電気炉での溶銑使用量増加に基づき、エネルギー回収の最適化と生産性最大化を目指しています。熱鉄、直接還元鉄（DRI）、スクラップなど、あらゆる種類と配合の原料を使用でき、炭素鋼からステンレス鋼まで、全グレード・全品質の鋼製造に対応可能です。製品要求に応じて、CONARCプロセスの後工程として取鍋炉や真空脱ガス装置が配置されます。

CONARCプロセスの主要設備

CONARCプロセスの基本設備は、同一の耐火物裏打ち炉本体2基、両炉に共通の可動式電極構造（1組の電極）、両炉共通の電源（変圧器等）、両炉共通の可動式水冷トップ酸素ランスシステムで構成されます。あるいは、各炉に固定式トップランスを1基ずつ設置して酸素吹き込みを行うことも可能です。各炉本体底部に底部攪拌装置を統合するオプション、プロセス要件に応じて燃料、炭素、酸素を吹き込むバーナーおよびインジェクターシステムを炉本体に導入するオプションも用意されています。その他重要なシステムとして、原料・溶剤供給システム、ガス洗浄・エネルギー回収システムがあります。典型的なCONARCプロセスフローを図1に示します。

図1 CONARCプロセスフロー

炭素鋼製造におけるCONARCプロセス

CONARCプロセスの基本概念は、一方の炉で脱炭を行い、もう一方の炉で電気溶解を行うことです。炭素鋼製造用CONARCプロセスは2段階に分かれます。第1段階は転炉プロセスで、トップランスから溶銑へ酸素を吹き込んで脱炭を行います。第2段階は電気アークプロセスで、電気エネルギーを用いて固体原料の溶解と溶湯の取り出し温度までの過熱を行います。

典型的なプロセスは、前ヒートの取り出し後に炉内に残した「液体ヒール（液体踵）」への溶銑装入で始まります。その後トップ酸素ランスを位置決めし、酸素吹き込みを開始します。この転炉フェーズでは、浴中の炭素、シリコン、マンガン、リン含有量が低減されます。これらの反応は大量の熱を発生する発熱反応です。発生熱を利用し、浴の過熱を防ぐためにスクラップやDRIなどの冷原料を装入します。冷原料の装入は炉本体の過熱防止にも役立ちます。脱炭プロセス完了後、トップランスをスルーイングで退避させ、電極を運転位置に移動させます。これで第2フェーズであるアークフェーズが始まります。このアークフェーズでは、所望の取り出し重量を達成するために、スクラップやDRIなどの残りの固体原料を浴に装入し、浴温度を目標値まで上昇させます。目標温度達成後、アークを終了し、取り出し前に脱スラグを行います。

CONARCプロセスでは、2基の炉本体のうち、一方がトップランスを用いた転炉モードで運転されている間、もう一方が電気炉モードで運転されます。CONARCプロセスの原理を図2に示します。

図2 CONARCプロセスの原理

エネルギー回収

廃熱回収には2段階ボイラーシステムが用いられます。第1段階では、CONARCプロセスからの排ガスを、旋回式エルボ、後燃焼室、高温ガスラインで構成されるボイラーシステムに導き、600℃まで冷却します。これらのコンポーネントは蒸気発生用の圧力部品として設計されています。

第2段階では、排ガスをこの用途向けに特別に開発された垂直通過ボイラーで200℃まで冷却します。

このエネルギー回収システムは、一方では排ガスの必要冷却を実現し、他方では熱エネルギーの大部分を蒸気発生に利用し、製鋼所内でさらに活用できるようにしています。

利点

本プロセスには以下の利点があります。

• 原料投入に関する高い柔軟性：スクラップ、溶銑、DRIを、鋼品質要求、入手可能性、単価に応じて様々な混合比で使用可能。
• CONARCコンセプトにより、100%スクラップ/100%DRIの純粋なEAF操作から純粋な転炉操作まで、全範囲をカバー可能。
• CONARC炉は単なる電気溶解ユニットではなく化学反応器としても機能するため、バージン材料使用量増加によりトランプ元素濃度を制御可能。
• シリコン、リン、硫黄含有量が変動する溶銑にも問題なく対応可能。
• 高リン溶銑（最大0.2%）処理にも優位性あり。DRIを冷却材として添加する簡易な温度制御、石灰添加、スラグドアからの常時スラグオーバーフローによるリン酸化物豊富なスラグの除去など、複数の側面が効率的な脱リンを実現。
• タップ・トゥ・タップタイム40分未満が容易に達成可能。
• エネルギー資源に関する大きな柔軟性。
• 効率的なエネルギー回収システムによりCO₂排出量を削減。
• 本プロセスの効果的なエネルギー回収システムは、製鋼所のエネルギー効率に著しく持続的に貢献。
• 電力系統への擾乱が少ない。