JP2006241478A

JP2006241478A - 転炉操業方法

Info

Publication number: JP2006241478A
Application number: JP2005054349A
Authority: JP
Inventors: Akira Kato; 加藤　　明; Michihiro Kuwayama; 道弘桑山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】ＭｇＯ質の耐火煉瓦が内張りされた製鋼用の転炉で使用済みのＭｇＯ−Ｃ煉瓦をドロマイト或いは軽焼ドロマイトの代替物として使用するに際し、大量の使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を投入してもスラグのフォーミングを抑えることができ、その結果大量の使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を安定して使用可能とし、しかも転炉内張り煉瓦の損耗を従来と同様に抑制する。
【解決手段】使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を、５ｍｍ以下の粒径のものが８０質量％以上になるように破砕・調製し、次いで、このようにして破砕・調整した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を、溶銑２を転炉４へ装入する前に転炉に装入し、その後溶銑を装入して溶銑に脱炭精錬を実施する。その際に、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を溶銑トン当たり１ｋｇ以上の装入量になるように転炉内に装入することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶銑に酸素ガスを供給して溶銑の脱炭精錬を行う製鋼用の転炉操業方法に関し、詳しくは、使用済みのＭｇＯ−Ｃ煉瓦を利用して転炉に内張りされたＭｇＯ質煉瓦の損耗を抑制することのできる転炉の操業方法に関するものである。

溶銑を収容し、この溶銑に上吹きランスを介して酸素ガスを上吹きする、或いは、炉底に設置した羽口から酸素ガスを底吹きして、溶銑の脱炭精錬を実施する製鋼用の転炉では、耐スポーリング性及びスラグに対する耐食性に優れることから、内張り煉瓦（「ワーク煉瓦」ともいう）としてＭｇＯ−Ｃ煉瓦が広く使用されている。しかし、耐食性に優れるＭｇＯ−Ｃ煉瓦といえども溶融状態のスラグと接触すると煉瓦は溶損するので、内張りされたＭｇＯ−Ｃ煉瓦のスラグによる溶損防止を目的として、転炉内に造滓材としてドロマイト（ＭｇＣＯ₃ ・ＣａＣＯ₃ ）或いはこれを焼成して得られる軽焼ドロマイトなどのＭｇＯ含有物質を装入し、炉内に生成されるスラグ中のＭｇＯ濃度を飽和溶解度に維持し、内張りされたＭｇＯ−Ｃ煉瓦からＭｇＯがスラグ中に溶出すること、即ちＭｇＯ−Ｃ煉瓦のＭｇＯの溶損を抑制した操業が広く行われている。このＭｇＯ含有物質の炉内投入によるスラグ組成の制御技術と、内張りされるＭｇＯ−Ｃ煉瓦自体の材質改善技術とが相俟って、転炉の使用回数は大幅に向上した。

ところで、このような操業であっても内張りされたＭｇＯ−Ｃ煉瓦もやがては損耗して所定の厚みが確保できなくなる。所定の厚みが確保できなくなると、内張りされたＭｇＯ−Ｃ煉瓦は解体されて、新品のＭｇＯ−Ｃ煉瓦が新たに施工される。解体されて発生した使用済みのＭｇＯ−Ｃ煉瓦は、その表面に地金が付着したり、内部に地金、酸化鉄、スラグなどが浸潤したりしているために再使用の障害となり、その殆どが産業廃棄物として処理されてきた。しかし、近年、廃棄処分するにも回収費や運搬費などの高揚から処理コストが高くなるうえに、処分場を確保することも困難となってきており、これらに対処すべく、使用済みのＭｇＯ−Ｃ煉瓦を有効活用する方法が多数提案されている。

例えば、特許文献１には、使用済みのＭｇＯ含有煉瓦を２０ｍｍ以下の粒径に粉砕し、この粉砕した使用済みのＭｇＯ含有煉瓦を、転炉などのＭｇＯを主成分とする耐火物を内張りした精錬炉或いは精錬用容器に、内張り耐火物の損耗抑制の目的で添加されているドロマイト及び軽焼ドロマイトの代替物として投入する技術が提案されている。

また、特許文献２には、使用済みのＭｇＯ含有煉瓦を５ｍｍ以下の粒径に粉砕し、これにバインダー及び水を添加し、混練してブリッケット状に成型したスラグ濃度調整用ＭｇＯブリッケトが提案されている。このブリケットをドロマイト或いは軽焼ドロマイトの代替物として使用するというものである。特許文献２によれば、使用済み煉瓦を破砕すると、粒径が５ｍｍ以下の破砕物が多量に発生し、この破砕物は、原料切り出し装置における詰まりの原因となったり、転炉装入時に集塵機に吸い込まれて歩留まりが低下したりして使用し難いという問題があったが、ブリッケット状に成型することで、これらの問題が解消されるとしている。

更に、特許文献３には、使用済みのＭｇＯ煉瓦の破砕物など粒径が１〜１０ｍｍのＭｇＯを含有するスラグ成分調整材を、上吹きランスから製鋼用の転炉内に吹き込み、ＭｇＯ系内張り耐火物の損耗を抑制する方法が提案されている。
特開平６−１１６６１７号公報特開平１０−３１７０４０号公報特開２０００−３０２７１２号公報

特許文献１〜３などに提案された方法により、産業廃棄物として処理される使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦は減少してきた。しかし、これらの方法には以下の問題点があることも明らかになった。

即ち、ＭｇＯ−Ｃ煉瓦には１５〜２５質量％の炭素（黒鉛）が含有されており、特許文献１〜３のように使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を転炉精錬中に投入すると、炉内に生成されるスラグ中の鉄酸化物と使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦中の炭素とが下記の（１）式に示す反応を起こしＣＯガスが生成する。このＣＯガスによってスラグの泡立（以下、「フォーミング」と記す）が発生し、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の投入量が多い場合には、スラグのフォーミングが激しく、酸素吹錬を阻害するという問題の生ずることが明らかとなった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＭｇＯ質の耐火煉瓦が内張りされた製鋼用の転炉で使用済みのＭｇＯ−Ｃ煉瓦をドロマイト或いは軽焼ドロマイトの代替物として使用するに際し、大量の使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を投入してもスラグのフォーミングを抑えることができ、その結果大量の使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を安定して使用可能とし、しかも転炉内張り煉瓦の損耗を従来と同様に抑制することのできる転炉操業方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る転炉操業方法は、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を、５ｍｍ以下の粒径のものが８０質量％以上になるように破砕・調製し、次いで、このようにして破砕・調整した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を、溶銑を転炉へ装入する前に転炉に装入し、その後溶銑を装入して溶銑に脱炭精錬を施すことを特徴とするものである。

第２の発明に係る転炉操業方法は、第１の発明において、前記破砕・調製した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を溶銑トン当たり１ｋｇ以上の装入量になるように転炉内に装入することを特徴とするものである。

本発明によれば、５ｍｍ以下の粒径のものが８０質量％以上になるように破砕・調製した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を、溶銑を添加する前に製鋼用の転炉に装入するので、炉内に装入された使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦は、粒径が細かいことも寄与して迅速に昇温し、炉内の酸化性雰囲気下で使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦中の炭素は酸化され、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦中の炭素含有量は減少する。そのため、溶銑を装入した以降の脱炭精錬では、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦がスラグ中に溶融しても、スラグ中の鉄酸化物と使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦中の炭素との反応が抑制され、スラグのフォーミングが抑制される。即ち、従来、ＭｇＯ質内張り煉瓦の損耗を抑制するために使用していたドロマイトや軽焼ドロマイトの代替物として、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を大量に使用することが可能となり、従来と同等のＭｇＯ質内張り煉瓦の使用回数を達成できるのみならず、省資源、廃棄物処理コストの削減など、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を具体的に説明する。製鉄所で使用されている製鋼用の転炉などから発生する使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を回収する。ＭｇＯ−Ｃ煉瓦である限り、煉瓦中のＭｇＯ含有量及び炭素含有量が異なっていても分別して回収する必要はなく、まとめて回収する。当然ながら、他の組成の煉瓦が混入することは避けることが好ましい。使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦には、その表面に地金やスラグが付着したり、地金やスラグと接触して変質したりする部分が存在するが、本発明では、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦をスラグの組成調整用として再利用するので、地金やスラグが付着していても、また変質部が存在していてもスラグ組成の調整には何ら支障とならず、従って、地金やスラグ及び変質した部分を選別・除去する必要はなく、そのまま破砕しても構わない。但し、付着物のために破砕作業が阻害される場合には、付着物を除去することとする。

次いで、回収した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦をジョークラッシャー、ロールクラッシャーなどの破砕機で破砕し、５ｍｍ以下の粒径に破砕されたものが８０質量％以上となるように粒度を調製する。これは、次のようにして得ることができる。

１つ目の方法は、破砕した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を目開き寸法が５ｍｍの篩分機を用いて分級し、５ｍｍの篩分機を通過したものだけを回収する方法である。この場合、全てが５ｍｍ以下となり、５ｍｍの篩分機を通過しないものは破砕機に循環させ再度破砕する。２つ目の方法は、破砕した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を目開き寸法が５ｍｍの篩分機を用いて分級し、回収した５ｍｍ以下のＭｇＯ−Ｃ煉瓦に、５ｍｍの篩分機を通過しないＭｇＯ−Ｃ煉瓦を２０質量％以下の配合比率で混合させる方法である。３つ目の方法は、５ｍｍ以下の粒径の破砕物が８０質量％以上となる目開き寸法を破砕物の粒度分布などから予め把握しておき、この目開き寸法の篩分機を用いて破砕した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を分級し、篩分機を通過したものだけを回収する方法である。この場合も篩分機を通過しないものは、破砕機に循環させ再度破砕する。更に、その他の方法であってもよい。また、破砕機の仕様などから、破砕するだけで明らかに５ｍｍ以下のサイズになる場合には、分級する必要はない。

このようにして、破砕され、所定の粒度分布に調製された使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物を、１０ｋｇ単位或いは２０ｋｇ単位など適宜の質量毎にフレコン袋に収容し、転炉原料置き場に仮置きする。そして、このフレコン袋に収容された使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物を、ドロマイト或いは軽焼ドロマイトの代替物として、図１に示すような製鋼用の転炉で使用する。図１は、本発明で用いた上底吹き型の製鋼用転炉設備１の１例を示す概略断面図である。

図１に示すように、製鋼用転炉設備１には、その内部に溶銑２を収容し溶銑２の脱炭精錬を実施するための転炉本体４と、転炉本体４の内部に挿入され、上下方向の移動が可能である、転炉本体４の内部へ酸素ガスを供給するための上吹きランス８と、転炉本体４の炉口を覆い、転炉本体４から発生するガスを集塵機（図示せず）へ導入するためのフード９と、成分調整用の合金鉄、スラグ３を形成するための生石灰などの造滓材、ミルスケール及び鉄鉱石などの鉄源系副原料などを転炉本体４の内部へ投入・添加するための、フード９を貫通したシュート１０と、スクラップなどを転炉本体４の内部に供給するためのスクラップシュート１１と、を備えている。転炉本体４の内張り煉瓦５は、全部或いは一部が、ＭｇＯ−Ｃ煉瓦などのＭｇＯ質煉瓦で施工されており、シュート１０の上部には、合金鉄、造滓材、鉄源系副原料などを収容するためのホッパー（図示せず）がそれぞれ設置されている。内張り煉瓦５と転炉本体４の鉄皮との間には、永久煉瓦が施工されているが、図１では省略している。

また、転炉本体４には、その底部に、窒素ガスまたはＡｒガスなどの攪拌用ガスを吹き込むための複数の底吹き羽口７が設けられ、また、その側壁上部には、脱炭精錬して生成する溶鋼を出鋼するための出鋼口６が設けられている。スクラップシュート１１は、クレーンによって、吊り上げられて移動すると共に傾斜して積載したスクラップなどを転炉本体４の内部に供給するものであるが、図１ではクレーンを省略している。尚、図１に示す製鋼用転炉設備１では、上吹きランス８から酸素ガスを供給するが、転炉本体４の底部に別途酸素ガス供給用羽口を設け、この羽口から酸素ガスを底吹きするようにしてもよい。

転炉原料置き場に仮置きされた、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物を収容したフレコン袋を、スクラップシュート１１に積載し、スクラップシュート１１を用いて転炉本体４に装入する。この使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦破砕物の転炉本体４への装入時期は、溶銑２を転炉本体４へ装入するよりも以前とする。溶銑２の装入前である限り、スクラップ或いは他の成分調整用金属などと同時に投入してもよい。

転炉本体４の内部は、前チャージに精錬した溶鋼の出鋼からの経過時間にもよるが、およそ１１００℃〜１３００℃の高温であり、転炉本体４に装入されたフレコン袋は直ちに燃焼し、フレコン袋に収容された使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物は炉内に散らばる。使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物はサイズが小さいこともあって直ちに加熱され、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦中の炭素は酸化されて、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の炭素濃度は減少する。加熱された使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物は炉内に残留する前チャージのスラグ３と反応し、その一部は溶融する。

使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物を転炉本体４に装入した後、所定量の溶銑２を転炉本体４に装入し、更に、必要ならば、生成するスラグ３の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）を確保するための生石灰や、スラグ組成を調整するためのドロマイト或いは焼成ドロマイトなどの造滓材、及び、鉄鉱石やミルスケールなどの鉄源系副原料を、シュート１０を介して投入し、上吹きランス８から酸素ガスを供給して溶銑２の脱炭精錬を実施する。ドロマイト及び焼成ドロマイトは、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦のみでは投入されるＭｇＯ量が不足する場合の補充材である。そして、所定量の酸素ガスを供給し、溶銑２が脱炭精錬されて生成する溶鋼の炭素濃度が所定の値になったなら、酸素ガスの供給を停止し、転炉本体４を傾転して出鋼口６から溶鋼を取鍋などの溶鋼保持容器（図示せず）に出鋼し、一方、スラグ３は別途炉口から受滓容器に出湯し、一連の転炉操業を完了する。この操業を繰り返し実施する。

転炉本体４に装入した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物は、脱炭精錬によって生成されるＳｉＯ₂ 、及び添加した造滓材や副原料などと反応してスラグ３を形成する。このスラグ３は、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦及びドロマイトなどから持ち来されるＭｇＯによって、ＭｇＯ濃度がＭｇＯの飽和溶解度近傍の高い濃度に維持されるので、内張り煉瓦５を構成するＭｇＯ質煉瓦からスラグ３へのＭｇＯの溶出が抑制され、内張りされたＭｇＯ質耐火煉瓦の溶損が抑えられる。

また、添加した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦中の炭素は酸化され、スラグ３を形成する際には添加した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦中には炭素がほとんどなくなっているので、前述した（１）式に示す、スラグ中の鉄酸化物と、添加した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦中の炭素との反応は極めて少なく、その結果、スラグ３のフォーミングが抑制される。

図１に示す容量が３００トンの製鋼用転炉設備を用いて約３００トンの溶銑の脱炭精錬を実施する際に、破砕した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の転炉本体への装入量、装入時期、及び、サイズを変更した合計８回の試験（試験Ｎo.１〜８）を実施し、炉内に生成するスラグのフォーミングに及ぼすこれらの影響を調査した。表１に、試験Ｎo.１〜８における、破砕した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の転炉本体への装入量、装入時期、及び、サイズを示す。使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦破砕物の装入量は溶銑トン当たりの原単位で表しており、サイズは粒径が５ｍｍ以下の破砕物の質量比率（質量％）で表示している。

表１に示すように、粒径５ｍｍ以下の破砕物の質量比率が８０質量％以上である使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物を、溶銑を装入する前に転炉本体内に装入した試験Ｎo.１〜５では、何れの場合もスラグのフォーミングは発生しなかった。これに対して、粒径５ｍｍ以下の破砕物の質量比率が８０質量％以上である使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物を、溶銑を装入した後に転炉本体内に装入した試験Ｎo.７、及び、溶銑を装入する前に装入したものの、粒径５ｍｍ以下の破砕物の質量比率が６０質量％である試験Ｎo.８では、スラグのフォーミングが発生した。試験Ｎo.６では、溶銑を装入した後に使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物を装入しているにも拘わらずスラグのフォーミングが発生していないが、これは、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦破砕物の装入量が少ないことから、前述した（１）式により発生するＣＯガスの絶対量が少なく、そのためにスラグのフォーミングが発生しなかったものと思われる。

以上の結果から、粒径５ｍｍ以下の破砕物の質量比率が８０質量％以上である使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物を、溶銑を装入する前に転炉本体内に装入することで、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物の装入原単位が１．０ｋｇ／ｔ以上を超える範囲であっても、スラグにフォーミングを発生させることなく、使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦の破砕物をドロマイト或いは焼成ドロマイトの代替物として使用できることが分かった。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲の試験には「本発明例」と表示し、それ以外の試験には「比較例」と表示した。

本発明で用いた上底吹き型の製鋼用転炉設備の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１製鋼用転炉設備
２溶銑
３スラグ
４転炉本体
５内張り煉瓦
６出鋼口
７底吹き羽口
８上吹きランス
９フード
１０シュート
１１スクラップシュート

Claims

使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を、５ｍｍ以下の粒径のものが８０質量％以上になるように破砕・調製し、次いで、このようにして破砕・調整した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を、溶銑を転炉へ装入する前に転炉に装入し、その後溶銑を装入して溶銑に脱炭精錬を施すことを特徴とする転炉操業方法。
前記破砕・調製した使用済みＭｇＯ−Ｃ煉瓦を溶銑トン当たり１ｋｇ以上の装入量になるように転炉内に装入することを特徴とする、請求項１に記載の転炉操業方法。