JP2001107125A - 精錬時のスラグフォーミングの抑制方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォーミング抑制効果を有する攪拌ガスを選
定することにより、スラグフォーミングを抑制できる精
錬方法を提供する。 【解決手段】 （１）溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬
方法において、攪拌ガスとして水素ガスを使用し、水素
ガス流量を溶鉄トン当り０．０４Ｎｍ³ ／(min・ｔ）以
上とする。（２）溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方法
において、攪拌ガスとして炭化水素を使用し、該炭化水
素が分解して発生する水素ガス流量を溶鉄トン当り０．
０４Ｎｍ³ ／(min・ｔ）以上とする。（３）溶鉄中に攪
拌ガスを添加する精錬方法において、攪拌ガスとして炭
化水素を使用し、該炭化水素が分解して発生する水素ガ
ス流量を溶鉄トン当り０．０４〜４．０Ｎｍ³ ／(min・
ｔ）とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶鉄の脱燐、脱硫、
脱珪または脱炭精錬中に発生するスラグフォーミング
（以下、単にフォーミングともいう）の抑制方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高炉から出銑された溶銑（以下、溶鉄と
もいう）をトピードカーまたは溶鉄鍋に収容し、そのま
まあるいは別の溶鉄処理用反応容器に移し替えて、脱燐
や脱硫、脱珪などの予備処理を行う方法が従来から行わ
れている。この予備処理では、各種精錬剤の添加とガス
吹き込み攪拌または攪拌羽根による機械攪拌が行われて
いる。

【０００３】これらの予備処理を行った後、溶鉄は転炉
に装入され上吹き、底吹き、または上底吹きされた酸素
ガスにより脱炭精錬が行われる。

【０００４】予備処理および転炉のいずれの場合も、添
加したフラックスやスラグが泡状となるいわゆるフォー
ミング（泡立ち）現象を処理中あるいは出湯時に起こし
易く、それが甚だしい場合には容器からフラックスやス
ラグが横溢して処理速度の低下等を引き起こす場合があ
る。

【０００５】例えば、ある容器にて酸素を吹きながら精
錬中にスラグがフォーミングすると酸素流量を低下させ
たり、精錬後にフォーミングが鎮静するまで出湯を待つ
などの操作が入り、全体の生産効率が低下するという問
題があった。また、スラグ中にはＦｅＯ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ あ
るいは粒鉄などの鉄含有物が含まれており、スラグが横
溢することにより鉄ロスを引き起こし鉄歩留まりが低下
するという問題があった。

【０００６】例えば、文献（鉄と鋼、６９（１９８
３）、Ｓ１３５）には、ＣＯまたはＣＯ₂ ガスを溶鉄中
に吹き込むとフォーミングを助長することが知られ、Ａ
ｒガスであるとフォーミングが緩和されることが報告さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらのガスに代わる
フォーミング抑制効果を有する攪拌ガスの選定が望まれ
ていた。

【０００８】本発明の目的は、フォーミング抑制効果を
有する攪拌ガスを選定することにより、スラグフォーミ
ングを抑制できる精錬方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、るつぼ内で
人為的にスラグフォーミングを起こし、Ｘ線透過法によ
りスラグ中に気泡の挙動を調査し、下記の知見を得た。

【００１０】（ａ）スラグフォーミングとは、スラグ中
の微細気泡が分散・滞留して状態であり、この微細気泡
を合体大型化すると、スラグからの離脱速度が大きくな
り、スラグフォーミングを抑制できることがわかった。

【００１１】しかし、外部からスラグ中にＡｒ、Ｎ₂ 、
ＣＯ、ＣＯ₂ またはＯ₂ などのガスを吹き込んでも、こ
の微細気泡を合体大型化する効果が無いことが判明し
た。

【００１２】一方、Ｈ₂ ガスをスラグ中に吹き込むと、
スラグ中の微細気泡が合体大型化し、スラグからの離脱
速度が大きくなり、スラグフォーミングを抑制できるこ
とがわかった。

【００１３】（ｂ）次に、小型試験転炉で水素ガスを炉
底羽口から溶鉄に吹き込む実験を行い、上記の基礎実験
結果と同様にフォーミング抑制効果があることを確認し
た。

【００１４】しかし、この小型試験転炉で水素を底吹き
した場合、配管接続部からリークした水素による小爆発
が発生するおそれがある。

【００１５】従って、実操業では、このような小爆発で
あっても安全の観点から完全に回避する必要があり、配
管内では水素ガスに分解せずに精錬炉内に入って水素ガ
スに分解する炭化水素をフォーミング抑制ガスとして利
用することを着想した。

【００１６】（ｃ）試験転炉にて溶鉄脱珪あるいは溶鉄
脱燐、あるいは脱炭などの酸素上吹き吹錬実験を行い、
転炉の底吹き羽口から炭化水素を流したところ、従来Ａ
ｒ、Ｎ₂ 、ＣＯ、ＣＯ₂ またはＯ₂ ガス底吹きで発生す
るフォーミングによる炉口からスラグのの横溢が見られ
なかった。

【００１７】しかし、炭化水素ガスが分解して生成する
水素ガス量が多過ぎると、スピッティングが発生し易く
なるため水素ガス量に上限が存在することが判明した。

【００１８】なお、転炉上底吹き精錬で使用する底吹き
ガスは、例えば２重管を使用して内管に酸素、外管に炭
化水素（酸素の冷却剤として使用：酸素量に対して３〜
１０％の流量比）を入れた操業を実施している。

【００１９】しかし、炭化水素が分解して生成したＨ₂
ガスは下記反応でＨ₂ Ｏガスに変化するためＨ₂ ガスの
添加効果を発揮することができない。

【００２０】Ｈ₂(外管：炭化水素分解ガス）＋１／２Ｏ
₂ （内管：底吹きガス）＝Ｈ₂ Ｏ また、上記炭化水素量の１０倍以上のＯ₂ ガスを底吹き
ガスとして使用すると、フォーミング抑制効果がなく、
底吹きガスとしてＯ₂ ガスを使用することは適当ではな
い。

【００２１】（ｄ）ガス種をＣＨ₄ 、Ｃ₂ Ｈ₆ 、Ｃ₃ Ｈ
₈ 、Ｃ₄ Ｈ₁₀と種々変更し、さらにこれらの炭化水素ガ
スを混合して用いたが、いずれも分解後に発生する水素
ガス量が適正範囲であればスピッティングを抑制しなが
らスラグフォーミングを抑制できることを確認した。

【００２２】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は、下記の通りである。

【００２３】（１）溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方
法において、攪拌ガスとして水素ガスを使用し、水素ガ
ス流量を溶鉄トン当り０．０４Ｎｍ³ ／（min ・ｔ）以
上とすることを特徴とする精錬時のスラグフォーミング
の抑制方法。

【００２４】（２）溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方
法において、攪拌ガスとして炭化水素を使用し、該炭化
水素が分解して発生する水素ガス流量を溶鉄トン当り
０．０４Ｎｍ³ ／（min ・ｔ）以上とすることを特徴と
する精錬時のスラグフォーミングの抑制方法。

【００２５】（３）溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方
法において、攪拌ガスとして炭化水素を使用し、該炭化
水素が分解して発生する水素ガス流量を溶鉄トン当り
０．０４〜４．０Ｎｍ³ ／（min ・ｔ）とすることを特
徴とする精錬時のスラグフォーミングの抑制方法。

【００２６】

【発明の実施の形態】溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬
プロセスは、溶鉄脱珪、脱硫、脱燐および脱炭プロセス
がある。

【００２７】上記プロセスで攪拌ガスとして添加する炭
化水素は、溶鉄中で分解して水素ガス（以下、Ｈ₂ ガス
ともいう）を発生する。

【００２８】この分解後に発生する水素ガス量が適正範
囲であればスピッティングを抑制しながらスラグフォー
ミングを抑制できる。

【００２９】分解後の水素ガス流量は、ＣＨ₄ ならＣ＋
２Ｈ₂ となるためＣＨ₄ 流量の２倍、Ｃ₃ Ｈ₈ なら３Ｃ
＋４Ｈ₂ となるためＣ₃ Ｈ₈ 流量の４倍として算出す
る。

【００３０】溶鉄トン（以下、単にｔともいう）当りの
水素流量が０．０４Ｎｍ³ ／(min・ｔ）未満では、スラ
グフォーミングによりスラグの横溢が発生する。

【００３１】４．０Ｎｍ³ ／(min・ｔ）超では底吹きガ
ス流量が大きく成り過ぎスピッティングが急激に増加す
る。

【００３２】したがって、スラグフォーミングを抑制す
るには、水素流量を０．０４Ｎｍ³／（min ・ｔ）以上
とすればよいが、スピッティングを抑制しながら、スラ
グフォーミングを抑制するには、分解後の水素ガス流量
は溶鉄トンあたり０．０４〜４．０Ｎｍ³ ／(min・ｔ）
の範囲とすればよい。望ましい範囲は、０．１〜３．０
Ｎｍ³ ／(min・ｔ）である。

【００３３】以下に、転炉底吹き羽口を一実施態様例と
して炭化水素を吹き込む方法について説明する。

【００３４】使用する底吹き羽口は単管でもよいが、羽
口の冷却を防止するために二重管を用いることが望まし
い。

【００３５】二重管は内管および外管の２つの管から構
成され、内管に炭化水素を、外管に不活性ガスを導入す
る。

【００３６】外管に不活性ガスを導入する理由は、炭化
水素の内管内での分解を防止できるからである。すなわ
ち不活性ガスは、外管に不活性ガスを流すことで内管を
保護する断熱材としての機能が期待でき、内管内での炭
化水素の分解を防止できる。

【００３７】この結果、底吹き羽口は、炭化水素分解時
の吸熱（冷却）による冷却を免れ、羽口付近への溶鉄付
着トラブルを回避できる。

【００３８】単管または二重管の内管に導入する炭化水
素はＣＨ₄ 、Ｃ₂ Ｈ₆ 、Ｃ₃ Ｈ₈ 、Ｃ₄ Ｈ₁₀等を単独ま
たは混合して用いる。

【００３９】二重管の外管に導入する不活性ガスはＡ
ｒ、Ｎ₂ 等を単独または混合して用いる。

【００４０】上記に、本発明の一実施態様例として転炉
での底吹き例を示したが、転炉以外の精錬容器（溶鉄予
備処理や二次精錬等）での底部あるいは側面に設けた羽
口だけでなく耐火物で被覆された昇降型ランスも適用可
能である。

【００４１】

【実施例】２５０トン転炉に溶鉄を装入し、脱燐剤を添
加して上吹きランスから酸素を吹き付け、底吹き羽口か
ら攪拌ガスを流して溶鉄脱燐試験を行った。

【００４２】酸素上吹き流量は１２５Ｎｍ³ ／min の同
条件で行い、底吹き羽口（単管または２重管を使用）か
ら攪拌ガスのガスの種類を変えて溶鉄中の［Ｐ］濃度が
０．０２質量％以下まで脱燐処理した。表１に試験結果
を示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】なお、横溢したスラグ量を炉下で回収して
質量を計測し、炉内添加スラグに対する割合を求めてス
ラグ横溢率（質量％）とした。

【００４５】また、炉内にスラグ上面位置を確認するた
めの探査棒（プローブ）を昇降させてフォーミング高さ
を測定し、炉内フリーボード高さとの比を％表示で表し
フォーミング高さ比（Ｆ値）とした。

【００４６】このＦ値が０％の時ははフォーミングなし
の状態を意味し、Ｆ値が１００％の時はフォーミングし
たスラグ面が炉口と同じ高さになっていることを示して
いる。スラグが炉口から横溢した場合は＞１００で表示
した。

【００４７】さらに、転炉内の炉口から下方１ｍの高さ
に飛散溶鉄回収箱を設置し、スピッティングにより飛散
した鉄粒子量を測定した。Ｎｏ．１１での回収鉄粒子量
を基準としたＳ値（回収鉄粒子量ｋｇ／Ｎｏ．１１回収
鉄粒子量ｋｇ）でスピッティング量を評価した。

【００４８】評価は、スラグ横溢率が０％でＳ値が１．
２以下の試験結果に◎印、スラグ横溢率が１％以上の試
験結果に×印、スラグ横溢率が０％でＳ値が５以上の試
験結果に○印を付けた。

【００４９】表１の本発明例の試験番号１〜２、および
１１〜１９に示すように、溶鉄トン当りの水素流量が
０．０４〜４Ｎｍ³ ／（min ・ｔ）であると、スラグ横
溢率が０％でありＦ値も８２％以下で安定していた。し
かもＳ値は１．２以下でありスピッティングの問題が特
に発生しなかった。

【００５０】炭化水素を使用しない従来例の試験番号３
〜７の結果は、スラグ横溢率が１〜１３％でありフォー
ミングを抑制できなかった。

【００５１】溶鉄トン当りの水素流量が０．０４Ｎｍ³
／（min ・ｔ）未満である比較例の試験番号８〜１０の
結果は、スラグ横溢率が３〜４％でありフォーミングを
抑制できなかった。

【００５２】また、溶鉄トン当りの水素流量が４．０Ｎ
ｍ³ ／（min ・ｔ）を超える比較例の試験番号２０〜２
１の結果は、スラグ横溢率が０％でありＦ値も３４．３
％以下と非常に安定しているが、Ｓ値が５．２〜８．４
と高くスピッティングを抑制することができなかった。

【００５３】従って、フォーミングおよびスピッティン
グを抑制するには、水素流量を０．０４〜４．０Ｎｍ³
／（min ・ｔ）とすることが必要であることがわかっ
た。

【００５４】

【発明の効果】本発明により、スラグフォーミングを抑
制できる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方法に
   おいて、攪拌ガスとして水素ガスを使用し、水素ガス流
   量を溶鉄トン当り０．０４Ｎｍ³ ／(min・ｔ) 以上とす
   ることを特徴とする精錬時のスラグフォーミングの抑制
   方法。
2. 【請求項２】 溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方法に
   おいて、攪拌ガスとして炭化水素を使用し、該炭化水素
   が分解して発生する水素ガス流量を溶鉄トン当り０．０
   ４Ｎｍ³ ／(min・ｔ) 以上とすることを特徴とする精錬
   時のスラグフォーミングの抑制方法。
3. 【請求項３】 溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方法に
   おいて、攪拌ガスとして炭化水素を使用し、該炭化水素
   が分解して発生する水素ガス流量を溶鉄トン当り０．０
   ４〜４．０Ｎｍ³ ／(min・ｔ）とすることを特徴とする
   精錬時のスラグフォーミングの抑制方法。