JP2000336418A - 転炉吹錬方法 - Google Patents

転炉吹錬方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 上吹き条件およびスラグ条件を考慮した精度
の高い転炉吹錬指標を提案する。 【解決手段】 上底吹き型転炉における溶鋼の酸素吹錬
において、溶鋼中の炭素濃度が0.5%以下の領域で、下記
のICO 値を70以下にして吹錬する。 【数11】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼の転炉吹錬方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】脱炭精錬を効率よく進行させる手段とし
て、溶鋼の攪拌を強化することが効果的であることは広
く知られている。そのため、現在使用されている転炉の
ほとんどは、酸素上吹きジェットに加えて、溶鋼の攪拌
を目的として底吹き羽口を設置し、酸素、炭化水素、不
活性ガス等をこの底吹き羽口から溶鋼に吹き込んでいる
のが実状である。
【0003】この底吹き操作時の溶鋼攪拌力を評価する
ために、各種の吹錬指標が提案されている。
【0004】例えば、特開昭60−50108号公報に
は、特定の式で示される吹錬指標のBOC 値を所定の値に
するような総酸素供給速度にして、脱炭精錬をすること
により、スラク゛中への鉄損を少なくして耐火物の損耗を抑
制し、処理時間を短縮する方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、吹錬特性の推定精度が低いため、吹錬制御に用いる
ことができない。例えば、転炉吹錬中には、酸素供給用
の上吹き条件がランス高さの変更やノズル径の変更で変
化する場合があり、吹錬実績では、これらの上吹き条件
が変化した場合に、スラグ中の(T.Fe)濃度や溶鋼の酸素
活量が変化することが経験的にわかっている。しかし、
前記の吹錬指標BOC 値に、これらの上吹き条件の変更を
取り込んで計算しても、BOC 値はほとんど変化せず、BO
C 値では、これらの上吹き条件の変更を正しく評価でき
ないことが判明し、吹錬制御に適用できないことがわか
った。
【0006】また、同様に吹錬実績では、転炉吹錬中の
スラグ量の大小によりスラグ中の(T.Fe)濃度や溶鋼の酸
素活量が変化することが経験的にわかっているが、前記
BOC値はスラグに関し全く考慮していないため、これら
の因子を評価することができない。
【0007】本発明の目的は、上吹き条件およびスラグ
条件を考慮した精度の高い転炉吹錬指標を提案すること
により、転炉吹錬制御の精度を高めた転炉吹錬方法を提
供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者等は、試験を重ね
以下の知見を得た。 (A)上底吹き転炉では、鋼浴の攪拌は底吹きガスの攪
拌動力εで決まり、このεが小さい場合には、鋼浴内の
均一性が悪化し、精錬特性が悪化する。
【0009】(B)低炭素濃度域では脱炭速度は溶鋼側
の物質移動速度により支配されている(溶鋼側物質移動
律速)ことが知られている。ここでいう低炭素濃度域と
は、脱炭反応が酸素供給律速から溶鋼中の炭素移動律速
に転換した後の領域で、溶鋼中の炭素濃度が0.5%以下の
領域である。
【0010】この低炭素濃度域では、液側物質移動係数
が吹錬特性を支配することになる。この液側物質移動係
数は、乱流強度U'と相関関係があることが知られてい
る。
【0011】そこで、実際の転炉の約1/10の相似形
状の上底吹き転炉水モデル装置を用いて火点相当位置で
の乱流強度U'を調査するため、流速(m/S )を熱線流速
計で測定した。流速出力をアナログ/デジタル変換し、
コンピューターにサンプル周期10msで取り込み、統計処
理に十分なN数である30000 個のデータを各条件毎に採
取し、乱流強度U'を以下の式で求めた。ただし、UoはN
個の流速の平均値、Uは個々の流速の値である。
【0012】
【数2】
【0013】(C)底吹きの影響を底吹き攪拌動力εで
上吹きジェットの影響を浴液体へこみ深さL と浴深Loと
の比L/Loで整理すると、火点相当位置の乱流強度U'は、
底吹き攪拌動力εの2/3 乗に比例し、上吹きジェットに
よる浴液体へこみ深さL の指標であるL/Loの4/5 乗に比
例することが判明した。なお、底吹き攪拌動力εは、下
記式から求めることができる。
【0014】
【数3】
【0015】ただし、QB:浴液体1ton当たりの底吹きガ
ス流量(Nm3/min・ton)、T :浴液体絶対温度(K) 、ρ:
浴液体密度(kg/m3) 、g :重力加速度(m/s2)、Lo:浴深
(mm)、P :大気圧(Pa)である。
【0016】溶鋼のへこみ深さLの算出式は、転炉吹錬
中にマイクロ波を用いてへこみ深さL実測して得た下記
の経験式で算出できる。
【0017】
【数4】
【0018】但し、V :ノズル断面積当たりの上吹き酸
素流量[(Nm3/s)/m2]、d :ノズル径(ラバールノズルの
場合はスロート径)(mm)、h :上吹き酸素ランス高さ(m
m)、L :溶鋼のへこみ深さ(mm)である。
【0019】液側物質移動係数kは乱流強度U'の1/2 乗
に比例することから、液側物質移動係数kは下記の式で
表せることになる。
【0020】
【数5】
【0021】但し、Cは比例定数である。(D)次に、
溶鋼量2tonの上底吹き型試験転炉を用いて、実際に酸素
上吹きして脱炭吹錬を行い、脱炭速度定数αを求めた。
実験には上吹き酸素ランスとして、単孔、3孔、4孔、
6孔ノズルのランスを用いた。それぞれの吹錬条件から
溶鋼のへこみ深さLを計算し、浴深LoからL/Loを算出し
た。また、底吹き条件としては、転炉炉底に4本の底吹
き単管羽口を用いて所定のガス流量でArを流した。吹錬
中に連続して溶鋼およびスラグサンプルを採取した。溶
鋼サンプルから炭素濃度を分析し、その経時変化から脱
炭速度定数αを次式で求めた。
【0022】
【数6】
【0023】液側物質移動係数kと脱炭速度定数αは比
例関係にあるため、脱炭速度定数αは、ε1/3 ・(L/Lo)
2/5 と比例関係にあるはずである。
【0024】図1は、溶鋼1ton当たりのスラグ量Ws(kg/
ton)をパラメーターとして、ε1/3・(L/Lo)2/5 と脱炭
速度定数αとの関係をプロットしたグラフである。
【0025】同図に示すように、αとε1/3 ・(L/Lo)
2/5 との間には非常によい直線性が得られ、スラグ量Ws
(kg/ton)によりその傾きが変化することが判明した。
【0026】そこで、図1の傾きであるα・ε-1/3・(L
/Lo)-2/5を縦軸にとり、スラグ量Wsを横軸にとってプロ
ットした結果を図2に示す。
【0027】図2に示すように、α・ε-1/3・(L/Lo)
-2/5は、スラグ量Wsの-0.2乗に比例することが判明し
た。比例係数をCとして上記結果を下記式で表すことが
できる。
【0028】
【数7】
【0029】上記式を脱炭速度定数αで整理し、比例係
数Cを1とすると下記式が得られる。
【0030】
【数8】
【0031】(E)次に、送酸速度Q(Nm3/min・ton)と
脱炭速度d[C]/dt(=-α・[C])との比の絶対値はQ/( α・
[C])となり、これを下記のようにICO と定義する。
【0032】ICO=Q/(α・[C])このICO の定義式に上記
で得られた脱炭速度定数αの等式を代入すると下記式が
得られる。
【0033】
【数9】
【0034】このICO の意味するところは、ICO の定義
式の分子を構成する送酸速度が分母を構成する脱炭速度
よりも相対的に大きくなると、すなわちICO の値が大き
くなると、吹き込み酸素と溶鋼とが反応し易くなり、酸
化鉄生成量が増加し、スラグ中の(T.Fe)濃度が増大する
ということである。スラグ中の(T.Fe)濃度が増大すると
溶鋼歩留が低下し、溶鋼製造コストの悪化要因となり問
題となる。
【0035】また、ICO 値が大きいほど、鋼浴の攪拌力
あるいは上吹きジェットの吹き付け力が増大し、溶鋼の
スピッティング量が増加するため、同様に溶鋼歩留が低
下する。
【0036】そこで、溶鋼中の[C] 濃度が0.5%以下にお
けるICO 値と溶鋼歩留との関係を250ton転炉および160t
on転炉にて調査した。
【0037】図3、ICO 値と溶鋼歩留との関係を示すグ
ラフである。同図に示すように、ICO 値と溶鋼歩留との
間に極めてよい相関がみられ、ICO値が70以下で溶鋼歩
留が94% 以上が得られることが判明した。望ましくは、
50以下である。
【0038】ICO 値が70を超えると、供給酸素が溶鋼を
酸化することにより、溶鋼中の鉄がFeO となりスラグ中
へ吸収されるために溶鋼歩留が低下する。
【0039】また、ICO 値が大きいほど、鋼浴の攪拌力
が増大すると、鋼浴を構成する耐火物の損耗が激しくな
るおそれがあり、[C]<0.5%におけるICO 値と耐火物損耗
指数との関係を250ton転炉および160ton転炉にて同様に
調査した。
【0040】図4は、ICO 値と耐火物損耗指数との関係
を示すグラフである。
【0041】なお、耐火物損耗指数とは、ICO 値が70
のときの耐火物損耗量(mm)を1としたときの指数の
値である。
【0042】同図に示すように、ICO 値と耐火物損耗指
数との間に極めてよい相関がみられ、ICO 値が70以下で
耐火物損耗指数が1以下が得られることが判明した。望
ましくは、50以下である。ICO 値が70を超えると、鋼浴
の攪拌力が必要以上に増大し、耐火物損耗指数が増加す
る。また、スラグ中の(T.Fe)濃度も増加し、転炉側壁の
スラグラインの損耗が激しくなり、耐火物損耗指数が増
加する一因となる。
【0043】以上から、溶鋼歩留を高位に維持し、耐火
物損耗指数を低く維持するためには[C] が0.5%の低炭素
領域においてICO 値を70以下に維持することが必要であ
る。
【0044】以上の知見に基づいて本発明を完成でき
た。ここに本発明の要旨は、上底吹き型転炉における溶
鋼の酸素吹錬において、溶鋼中の炭素濃度が溶鋼中の
[C] 濃度が0.5%以下の領域で、下記のICO 値を70以下に
して吹錬することを特徴とする転炉吹錬方法である。
【0045】
【数10】
【0046】但し、Q :溶鋼1トン当たりの上吹き送酸
速度(Nm3/min・ton)、ε:攪拌動力密度(Watt/ton)、L
:上吹きジェットによる溶鋼のへこみ深さ(mm)、Lo:
溶鋼の浴深(mm)、Ws:スラグ量(kg/ton)、[C] :溶鋼中
の炭素濃度(重量%)。
【0047】
【発明の実施の形態】本発明法のICO 値を管理する操業
は、高炉から運搬された溶銑をそのまま、あるいは脱
硅、脱りん、脱硫などの溶銑処理を行った後、転炉に装
入し吹錬を行う際に適用する。より具体的には、溶銑装
入後、転炉炉口上部から転炉吹錬用ランスを転炉内に降
下させ、酸素吹酸を行い、炉底部に設けた羽口より攪拌
用のガスを吹き込む際の各操業条件を、溶鋼中の[C] 濃
度が0.5%以下の領域で、ICO 値が70以下になるように操
業管理を行う。
【0048】ICO 値を70以下にして吹錬することによ
り、転炉吹錬の制御精度を高め、スラグ中の(T.Fe)を低
減することによりスラグへの溶鋼ロスによる溶鋼歩留低
下を抑制できる。望ましいICO の値は50以下である。
【0049】
【実施例】表1に示す代表成分の溶銑250ton(温度1200
〜1300℃)を転炉に装入し、酸素ガスを各種上吹きラン
ス(48mmφx6孔、傾斜角10度)から溶鋼に上吹き吹錬
した。
【0050】
【表1】
【0051】上吹き吹錬の際に、転炉炉底に設けた4 本
の羽口(ステンレス製単管)から吹錬中にArガスを流し
て、溶鋼中の[C] 濃度が0.05% になるまで吹錬した。吹
錬初期の吹錬条件は上吹き酸素流量1000Nm3/min、底吹
きAr流量15Nm3/min(0.06Nm3/min・ton)、ランス高さ299
0mmとした。スラグ発生量は60kg/ton、転炉吹錬時の鋼
浴深さは2.0mであった。
【0052】上記条件でQ :4.0Nm3/min・ton 、ε:25
8Watt/ton、L/Lo:0.157、Ws:60となり、ICO 値は定義
式より、ICO :1.3/[C] で表せる。このまま、吹錬終点
の溶鋼中の[C] 濃度を0.05% まで吹錬すると、ICO 値は
最終的に26となると予想できる。そこで、溶鋼中の[C]
濃度が0.4%の時点で上底吹き条件を変更し、溶鋼中の
[C] 濃度が0.05% になるまで吹錬した。
【0053】表2は、溶鋼中の[C] 濃度が0.4%の時点で
上底吹き条件を変更し、溶鋼中の[C] 濃度が0.05% まで
吹錬したときのICO 値と溶鋼歩留、耐火物溶損指数とを
示す。
【0054】
【表2】
【0055】表2に示すように、ICO 値が70以下の値で
あれば、溶鋼歩留を95% 以上に、耐火物溶損指数を1未
満にすることができた。
【0056】
【発明の効果】本発明により、上吹き条件およびスラグ
条件を考慮した精度の高い転炉吹錬方法が可能となる。
【0057】より具体的には、転炉吹錬の制御精度を高
め、スラグ中の(T.Fe)を低減することによりスラグへの
溶鋼ロスによる溶鋼歩留低下を抑制できる。また、脱酸
剤使用量の削減、吹錬時間の短縮により、生産性向上お
よび耐火物損耗の防止が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶鋼1ton当たりのスラグ量Ws(kg/ton)をパラメ
ーターとして、ε1/3 ・(L/Lo)2/5 と脱炭速度定数αと
の関係をプロットしたグラフである。
【図2】図1の傾きであるα・ε-1/3・(L/Lo)-2/5を縦
軸にとり、スラグ量を横軸にとってプロットしたグラフ
である。
【図3】ICO 値と溶鋼歩留との関係を示すグラフであ
る。
【図4】ICO 値と耐火物損耗指数との関係を示すグラフ
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上底吹き型転炉における溶鋼の酸素吹錬
    において、溶鋼中の炭素濃度が0.5%以下の領域で、下記
    のICO 値を70以下にして吹錬することを特徴とする転炉
    吹錬方法。 【数1】 但し、Q :溶鋼1トン当たりの上吹き送酸速度(Nm3/min
    ・ton)、ε:攪拌動力密度(Watt/ton)、L :上吹きジェ
    ットによる溶鋼のへこみ深さ(mm)、Lo:溶鋼の浴深(m
    m)、Ws:スラグ量(kg/ton)、[C] :溶鋼中の炭素濃度
    (重量%)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009270136A (ja) * 2008-05-01 2009-11-19 Kobe Steel Ltd 一般銑を用いた極低炭素鋼の転炉吹錬方法
CN115323102A (zh) * 2022-07-29 2022-11-11 马鞍山钢铁股份有限公司 一种rh高效冶炼铝镇静钢的转炉冶炼方法

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