JP2009256716A

JP2009256716A - 溶銑容器内での冷鉄源溶解方法

Info

Publication number: JP2009256716A
Application number: JP2008105960A
Authority: JP
Inventors: Koji Morita; 浩二森田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: JP5315764B2

Abstract

【課題】新たな熱源を使用することなく、従来よりも多くの冷鉄源を溶銑に溶解させることができ、溶鋼の生産量を経済的に向上できる溶銑容器内での冷鉄源溶解方法を提供する。
【解決手段】溶銑容器内に冷鉄源を装入した後、高炉からの溶銑を受銑して、溶銑に冷鉄源を溶解させる方法において、溶銑への冷鉄源の溶解に伴う溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％が、溶銑の温度降下に伴う溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％以上となるように、溶銑容器内に装入する冷鉄源の装入量及び含有Ｃ濃度のいずれか一方又は双方を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶銑容器内に冷鉄源を装入した後、高炉からの溶銑を受銑して、溶銑に冷鉄源を溶解させる方法に関する。

製鉄所においては、高炉で製造した溶銑を、溶銑容器（例えば、トピードカー）に受銑し、その輸送途中で、脱珪、脱硫等の処理を行った溶銑を、転炉装入鍋を介して転炉に装入し、吹錬を行って鋼を製造している。吹錬により鋼を製造する方法では、高炉から受銑した溶銑だけでなく、溶銑の含有している成分（Ｃ、Ｓｉ）を燃焼させて得られる熱源を利用して溶銑に固体の冷鉄源（例えば、スクラップ）を溶かすことで、その生産量を向上させている。
この冷鉄源の溶銑への溶解方法としては、例えば、トピードカー内に予め冷鉄源を投入し、溶銑を受銑することにより、転炉での溶銑配合率（ＨＭＲ）の低下を可能とする方法がある。この方法としては、例えば、特許文献１に、トピードカー内に５０〜１００トンの溶銑を残し、その中に冷鉄源（屑鉄）を投入する方法がある。また、特許文献２には、溶銑排出後のトピードカー内に冷鉄源を投入して、その冷鉄源によりトピードカーの放熱ロスを低減する方法がある。

特開昭４９−７９９１１号公報特開昭５４−１４２１１６号公報

しかしながら、製鋼工程の操業において、炭素分を含んだ冷鉄源を、炭素飽和状態の溶銑に溶解させた場合、溶銑の温度低下と過飽和の炭素により、溶銑の溶存炭素が余剰となるため、大気に放出される。この炭素分は、転炉であれば、燃焼源として燃焼させ、熱源として活用できるものの、前記した溶解方法の場合には、炭素を大気に放散するのみであり、エネルギーロスが発生する。このため、冷鉄源を溶銑に溶解するための熱源が減少し、溶銑への冷鉄源の溶解量を、新たな熱源を使用することなく、更に増やすことができず、溶鋼の生産量を経済的に向上させることができなかった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、大気に放出される炭素量を低減し、新たな熱源を使用することなく、従来よりも多くの冷鉄源を溶銑に溶解させることができ、溶鋼の生産量を経済的に向上できる溶銑容器内での冷鉄源溶解方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）溶銑容器内に冷鉄源を装入した後、高炉からの溶銑を受銑して、該溶銑に前記冷鉄源を溶解させる方法において、
前記溶銑への前記冷鉄源の溶解に伴う前記溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％が、前記溶銑の温度降下に伴う該溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％以上となるように、前記溶銑容器内に装入する前記冷鉄源の装入量及び含有Ｃ濃度のいずれか一方又は双方を決定することを特徴とする溶銑容器内での冷鉄源溶解方法。

（２）前記溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％は、前記冷鉄源による前記溶銑の温度降下と、前記溶銑を前記高炉から転炉へ搬送する間の前記溶銑の温度降下に伴うものであることを特徴とする（１）記載の溶銑容器内での冷鉄源溶解方法。

（３）前記溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％と、該溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％は、それぞれ以下の式で求めることを特徴とする（２）記載の溶銑容器内での冷鉄源溶解方法。
ΔＣ_１＝Ａ_１−（Ｗ_１×Ａ_１＋Ｗ_２×Ａ_２）／（Ｗ_１＋Ｗ_２）
ΔＣ_２＝ｆ_{（ΔＴ１）}＋ｆ_{（ΔＴ２）}
ここで、Ａ_１は溶銑のＣ濃度（質量％）、Ａ_２は冷鉄源の平均Ｃ濃度（質量％）、Ｗ_１は溶銑量（質量）、Ｗ_２は冷鉄源量（質量）、ｆ_{（ΔＴ１）}とｆ_{（ΔＴ２）}はΔＴ１とΔＴ２の関数、ΔＴ１は冷鉄源１トンあたりの溶銑の温度降下（℃）、ΔＴ２は高炉から転炉へ搬送する間の溶銑の温度降下（℃）である。

本発明に係る溶銑容器内での冷鉄源溶解方法は、溶銑への冷鉄源の溶解に伴う溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％が、溶銑の温度降下に伴う溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％以上となるように、冷鉄源の装入量と含有Ｃ濃度を決定するので、大気に放出される炭素量を低減、更には無くすことができる。これにより、新たな熱源を使用することなく、従来よりも多くの冷鉄源を溶銑に溶解できるので、熱源の有効活用が図れ、溶鋼の生産量を経済的に向上できる。

また、溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％は、冷鉄源による溶銑の温度降下と、溶銑を高炉から転炉へ搬送する間の溶銑の温度降下に伴うものである場合、溶銑の溶存Ｃが大気に放出されないように、冷鉄源の装入量と含有Ｃ濃度を、更に細かく決定できる。これにより、更に熱源の有効活用が図れ、溶鋼の生産量を経済的に向上できる。
そして、溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％と、溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％を、それぞれ式を用いて求める場合、溶銑容器内に装入する冷鉄源の種類、及びその装入量の決定作業が容易であり、作業性が良好になる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は冷鉄源の溶銑への装入原単位と冷鉄源の溶銑への溶解前後における溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１及び溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２との関係を示す説明図である。

本発明の一実施の形態に係る溶銑容器内での冷鉄源溶解方法は、溶銑容器（例えば、トピードカー）内に冷鉄源を装入した後、高炉からの溶銑を受銑して、溶銑に冷鉄源を溶解させる方法であり、炭素飽和状態の溶銑の含有炭素分（以下、炭素をＣともいう）が析出して大気へ放出されることなく、その後に行う転炉操業において、熱源として有効活用する方法である。以下、詳しく説明する。

まず、溶銑容器内に予め冷鉄源を前置きした後、高炉から溶銑を受銑する。
この冷鉄源は、例えば、鉄スクラップ、型銑等であり、そのうちの１種類を溶銑容器内に装入する場合は、その含有Ｃ濃度が、また、複数種類を装入する場合は、その平均含有Ｃ濃度が、溶銑のＣ濃度未満となるものを使用する。
高炉から受銑した溶銑は、その製造過程により、炭素飽和状態となっている。このため、冷鉄源を、この炭素飽和状態の溶銑に溶解させた場合、溶銑の温度が低下するため、溶銑の飽和Ｃ濃度が減少し、大気へ放出されることになる。

従って、溶銑の温度降下に伴う溶銑の溶存Ｃの析出量以上に、溶銑のＣ濃度を冷鉄源で希釈すれば、溶銑の溶存Ｃが大気へ放出されることを防止できることが分かる。
即ち、溶銑への冷鉄源の溶解に伴う溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％（以下、単にΔＣ_１ともいう）が、冷鉄源による溶銑の温度降下に伴う溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％（以下、単にΔＣ_２ともいう）以上となるように、溶銑容器内に装入する冷鉄源の種類（含有Ｃ濃度）とその装入量を決定する。
更に、溶銑容器に受銑された溶銑は、高炉から転炉へ搬送される間に、溶銑の温度降下を招くため、この温度降下による溶銑の溶存Ｃの析出量が、上記した溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％に含まれることが好ましい。

なお、溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％と、溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％は、それぞれ以下の式で求めることが可能である。
ΔＣ_１＝Ａ_１−（Ｗ_１×Ａ_１＋Ｗ_２×Ａ_２）／（Ｗ_１＋Ｗ_２）・・・（１）
ΔＣ_２＝ｆ_{（ΔＴ１）}＋ｆ_{（ΔＴ２）} ・・・（２）
ここで、Ａ_１は溶銑のＣ濃度（質量％）、Ａ_２は冷鉄源の平均のＣ濃度（質量％）、Ｗ_１は溶銑量（質量）、Ｗ_２は冷鉄源量（質量）、ｆ_{（ΔＴ１）}とｆ_{（ΔＴ２）}はΔＴ１とΔＴ２の関数（例えば、係数が２．５４×０．０００１）、ΔＴ１は冷鉄源１トンあたりの溶銑の温度降下（℃）、ΔＴ２は高炉から転炉へ搬送する間の溶銑の温度降下（℃）である。

ここで、上記した（１）式、（２）式を使用し、溶銑容器内に装入する冷鉄源の含有Ｃ濃度ごとに、冷鉄源の装入量と冷鉄源による溶銑の温度降下に伴う溶銑の溶存Ｃの析出量との関係を算出した結果の一例について、図１を参照しながら説明する。
溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％の算出に際しては、溶銑の溶存Ｃ濃度を４．７質量％とし、含有Ｃ濃度が１質量％（細実線）、２質量％（点線）、３質量％（一点鎖線）、及び４質量％（二点鎖線）の各冷鉄源の装入量を、それぞれ溶銑１トンあたり０を超え３０ｋｇ以下の範囲で変化させた。また、溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％の算出に際しては、（ΔＴ１＋ΔＴ２）×２．５４×０．０００１、冷鉄源による溶銑の温度降下を溶銑１トンあたり０．９（℃／ｋｇ）、溶銑を高炉から転炉へ搬送する間の溶銑の温度降下を１５０℃とし、冷鉄源の装入量を、溶銑１トンあたり０を超え３０ｋｇ以下の範囲で変化させた（太実線）。
これにより、図１に示す結果が得られた。

この図１において、前記したΔＣ_１を示す各線がΔＣ_２を示す線以上となるように、溶銑容器内に装入する冷鉄源の装入量及びＣ濃度のいずれか一方又は双方を決定する。
具体的には、図１において、例えば、冷鉄源を溶銑１トンあたり２０ｋｇ溶解させようとするならば、前記したΔＣ_１がΔＣ_２以上となる含有Ｃ濃度が１質量％と２質量％の冷鉄源を、溶銑容器内に装入すれば、炭素の大気への放出が抑制、更には防止できることが分かる。なお、冷鉄源の装入量とＣ濃度の決定に際しては、図１を使用することなく、演算手段により、ΔＣ_１とΔＣ_２をそれぞれ算出し、その数値比較を行ってもよい。
このように、冷鉄源が装入され、更に溶銑が受銑された溶銑容器を、転炉へ搬送し、引き続き転炉操業を行って、溶鋼を製造する。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、溶銑容器内に、炭素量が０．１〜４．５質量％の冷鉄源（ここでは、鉄スクラップを使用）を５〜５０トン前置きした後、高炉から、炭素量が４．５〜４．８質量％の溶銑を４５０〜５００トン受銑して、試験を行った。この試験条件と、各試験条件から算出されたΔＣ_１とΔＣ_２と、その試験結果を、表１にそれぞれ示す。

なお、表１に示す溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１は、表１に示す溶銑の重量及び炭素量と冷鉄源の重量及び炭素量を使用し、前記した式（１）により求めた。この溶銑の炭素量は、出銑時と搬送後の溶銑の炭素濃度を化学分析して測定し、この差分より析出した炭素量を計算することで求めている。
また、溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２は、表１に示す冷鉄源起因と搬送起因の溶銑温度降下量を使用し、前記した式（２）、具体的には｛（冷鉄源起因の溶銑温度降下量）＋（搬送起因の溶銑温度降下量）｝×２．５４×０．０００１により求めた。この溶銑温度降下量は、過去の操業実績より求めた値である。また、２．５４×０．０００１は、溶銑温度の降下に伴う溶存炭素の析出量（飽和炭素の変化量）に基づく値である。
そして、試験結果は、溶銑への冷鉄源の溶解に際し、新たな熱源を使用する必要があったか否かにより判定した。

表１に示す実施例１〜１０は、溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１が、溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２以上（ΔＣ_１−ΔＣ_２≧０）であり、新たな熱源を使用する必要がなく、試験結果も良好であった（○）。
一方、比較例１〜５は、冷鉄源の炭素量が高く、溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１が、溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２未満（ΔＣ_１−ΔＣ_２＜０）であり、新たな熱源を使用することなく、溶銑へ冷鉄源を溶解させることができなかった（×）。
以上の結果から、本発明の溶銑容器内での冷鉄源溶解方法を使用することで、新たな熱源を使用することなく、従来よりも多くの冷鉄源を溶銑に溶解させることができ、溶鋼の生産量を経済的に向上できることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の溶銑容器内での冷鉄源溶解方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％と、溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％を、それぞれ（１）式、（２）式を使用して求めた場合について説明したが、希釈量ΔＣ_１質量％と析出量ΔＣ_２質量％が得られるのであれば、これらの式を使用することに限定されるものではない。例えば、（２）式の溶銑の飽和Ｃ濃度は、Ｊ．Ｃｈｉｐｍａｎの式（Ｃ％＝１．３４＋ｆ（Δｔ）×Ｔ_１）を使用してもよく、またＦｅ−Ｃ系平衡状態図を用いてもよい。なお、ｆ（Δｔ）は、前記した溶銑温度の降下に伴う溶存炭素の析出量に基づく値、即ち２．５４×０．０００１であり、Ｔ_１は、冷鉄源１トンあたりの溶銑温度降下（℃）である。

冷鉄源の溶銑への装入原単位と冷鉄源の溶銑への溶解前後における溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１及び溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２との関係を示す説明図である。

Claims

溶銑容器内に冷鉄源を装入した後、高炉からの溶銑を受銑して、該溶銑に前記冷鉄源を溶解させる方法において、
前記溶銑への前記冷鉄源の溶解に伴う前記溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％が、前記溶銑の温度降下に伴う該溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％以上となるように、前記溶銑容器内に装入する前記冷鉄源の装入量及び含有Ｃ濃度のいずれか一方又は双方を決定することを特徴とする溶銑容器内での冷鉄源溶解方法。
請求項１記載の溶銑容器内での冷鉄源溶解方法において、前記溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％は、前記冷鉄源による前記溶銑の温度降下と、前記溶銑を前記高炉から転炉へ搬送する間の前記溶銑の温度降下に伴うものであることを特徴とする溶銑容器内での冷鉄源溶解方法。
請求項２記載の溶銑容器内での冷鉄源溶解方法において、前記溶銑のＣ濃度の希釈量ΔＣ_１質量％と、該溶銑の溶存Ｃの析出量ΔＣ_２質量％は、それぞれ以下の式で求めることを特徴とする溶銑容器内での冷鉄源溶解方法。
ΔＣ_１＝Ａ_１−（Ｗ_１×Ａ_１＋Ｗ_２×Ａ_２）／（Ｗ_１＋Ｗ_２）
ΔＣ_２＝ｆ_{（ΔＴ１）}＋ｆ_{（ΔＴ２）}
ここで、Ａ_１は溶銑のＣ濃度（質量％）、Ａ_２は冷鉄源の平均Ｃ濃度（質量％）、Ｗ_１は溶銑量（質量）、Ｗ_２は冷鉄源量（質量）、ｆ_{（ΔＴ１）}とｆ_{（ΔＴ２）}はΔＴ１とΔＴ２の関数、ΔＴ１は冷鉄源１トンあたりの溶銑の温度降下（℃）、ΔＴ２は高炉から転炉へ搬送する間の溶銑の温度降下（℃）である。