JP2013053363A

JP2013053363A - 取鍋からのスラグの除滓方法

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Publication number: JP2013053363A
Application number: JP2011194278A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Nakasuga; 貴光中須賀; Atsushi Tatsuki; 篤田附; Koichiro Semura; 康一郎瀬村; Josef Heiss; ジョセフハイス
Original assignee: Voestalpine Stahl GmbH; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Voestalpine Stahl GmbH; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: JP5535156B2

Abstract

【課題】スラグを短時間で除滓することができるようにする。
【解決手段】取鍋内のスラグを機械的に除滓するに際して、取鍋に設置するスラグ除滓用バブリング孔に関し、第１領域１０内にスラグ除滓用バブリング孔を１つ以上設置すると共に、第２領域１１内に、スラグ除滓用バブリング孔を１つ以上設置し、さらに、取鍋の縦横比を１．５以下としてき、スラグ３を機械的に除滓するときには、スラグ除滓用バブリング孔から吹き込むガス流量の合計を適正化すると共に、ガス流量比も適正化し、第１領域１０及び第２領域１１以外の第３領域１２におけるガス流量の合計を第１領域１０及び第２領域１１の合計の１／４以下にする。
【選択図】図５

Description

本発明は、取鍋からのスラグの除滓方法に関する。

従来より、製鋼工場では、高炉から出銑した溶銑を取鍋に装入し、この溶銑に対して脱硫などの溶銑予備処理を行ったり、脱りん処理、脱炭処理などの一次精錬や二次精錬を行うことが一般的である。溶銑予備処理、一次精錬、二次精錬などの処理では、取鍋内に装入した溶銑や溶鋼に石灰等の精錬剤を添加して処理を実施しており、この処理ではスラグが生成する。各処理で生成したスラグは、次の工程において反応効率を低下させる虞があるため、次の処理前にスラグを取り除くスラグ排滓処理を行う。スラグ除滓処理を効果的に行う方法は様々開発されてきており、特許文献１〜３に示すような技術がある。

特許文献１には、溶湯容器内の溶融金属及び溶融スラグから溶融スラグを分離除去する方法において、溶湯容器の底部若しくは側壁に設置したポーラスプラグを介して又は溶湯容器の上部開口から溶融金属中にガスを導入し、溶融金属中を浮上する気泡の流れによって溶融スラグを選択的に溶融金属から排出する特徴とするスラグの除去方法が開示されている。

特許文献２には、溶銑鍋又は溶鋼鍋等を傾動せしめた状態で鍋底部に設けた通気性煉瓦により不活性ガスを吹き込みスラグを鍋上縁排出口より排出することを特徴とするスラグ排出方法が開示されている。
特許文献３には、傾転した容器内溶融金属に浸漬ランスを介して気体同伴処理材を吹き込むスラグを生成させると共に、該溶融金属内を浮上する気泡の作用で該溶融金属内に旋回流れを形成させ、生成スラグを該旋回流れにのせて容器の一端に浮上集積させつつ、該生成スラグを容器外へ掻き出す溶融金属のスラグ除去方法が開示されている。

なお、スラグの除去を目的とするものではないが、精錬用の取鍋に関する技術、特に取鍋にポーラスプラグを設置したものとして特許文献４〜７に示すものが開示されている。
特許文献４には、底部にガス吹き込み用のプラグ、上部に取鍋底部側壁と同心円上に３本の通電加熱用電極を備えた精錬用取鍋であって、前記プラグは前記精錬用取鍋の底部を２分割した一方に偏在させて複数配置され、かつ、前記プラグが配置される取鍋底部側壁の内径（Ｄ）と該取鍋底部側壁と同心である前記プラグが配置される直径（ｄ）との関係が、ｄ／Ｄ＝０．５０〜０．８０を満足し、さらに、前記プラグが配置される直径（ｄ）と電極の中心を通る円の直径（Ａ）との関係が、ｄ＞１．５Ａを満足することを特徴とする溶鋼の精錬用取鍋が開示されている。

特許文献５には、取鍋底部に不活性ガス吹込み用のポーラスプラグを配設した取鍋脱ガス処理装置において、複数のポーラスプラグを、前記取鍋の中心からの水平距離が該取鍋半径の１／２以上となる様な位置に弧状に配設し、該弧の中心角が６０〜２７０度となる様に構成してなることを特徴とする取鍋脱ガス処理装置が開示されている。
特許文献６には、底部にガス吹き用の吹込みプラグを２つ以上有する溶鋼精錬用取鍋であって、前記吹込みプラグの設置される取鍋底部の側壁の内径をＤとしたときに、隣接する吹込みプラグの中心間の距離が、Ｄ／６以上Ｄ／４以下であることを特徴とする溶鋼精錬用取鍋が開示されている。

特許文献７には、底壁中心に底吹プラグを備えた溶融金属精錬用取鍋において、底壁中心から底壁半径の０．３５倍の同心円範囲以内に第２の底吹プラグを設置したことを特徴
とする溶融金属精錬用取鍋が開示されている。

特開昭５７−０６０１８１号公報特公昭４９−００７７６９号公報特開昭６１−２４６３０５号公報特許第３７２１８７２号公報特開平０５−３１１２２９号公報特開２０１０−０７０８１５号公報特許第３３０５９５１号公報

特許文献１〜３では、溶融金属（溶湯）内にガスを吹き込み、ガスの気泡によってスラグを排出することが開示されている。とはいえ、特許文献１〜３の技術では、ガスを吹き込むポーラスプラグ等の位置が特定されておらず、単にガスを吹き込むことを主眼としたものとなっており、取鍋から効果的にスラグが排出されるか甚だ疑問である。
さて、特許文献４〜７には、ガスを吹き込むポーラスプラグの位置が開示されているものの、これらの技術は、精錬効率を考慮してポーラスプラグの位置を定めたものであり、スラグを排滓するときの状況を考慮して位置設定はなされていない。

即ち、特許文献１〜７の技術を用いても、ガスを吹き込んでスムーズにスラグを排滓方向に移動させ、移動したスラグを短時間で排滓することはできなかったのが実情である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、スラグ除滓用バブリング孔の配置、スラグ除滓用バブリング孔から吹き込むガス流量及び取鍋の縦横比を適正にすることによって、スラグを短時間で除滓することができる取鍋からのスラグの除滓方法を提供することを目的とする。

本発明の技術的手段は、取鍋内のスラグを機械的に除滓するに際して、前記取鍋に設置するスラグ除滓用バブリング孔に関し、前記取鍋の底面を平面視して底面の中心を原点とし、スラグの除滓方向をｘ軸方向（除滓方向がマイナス）とし、ｘ軸と直交する方向をｙ方向としたとき、式（１）〜（３）を満たす第１領域内に、前記スラグ除滓用バブリング孔を１つ以上設置すると共に、式（４）〜（６）を満たす第２領域内に、前記スラグ除滓用バブリング孔を１つ以上設置し、さらに、前記取鍋の縦横比を１．５以下としてき、前記スラグを機械的に除滓するときには、前記スラグ除滓用バブリング孔から吹き込むガス流量の合計を式（７）に満たすようにし、ガス流量比を式（８）を満たすようにし、前記第１領域及び第２領域以外の第３領域におけるガス流量の合計を式（９）を満たすようにすることを特徴とする。

本発明によれば、スラグ除滓用バブリング孔の配置、スラグ除滓用バブリング孔から吹き込むガス流量及び取鍋の縦横比を適正にすることによって、スラグを短時間で除滓することができる。

スラグドラッガーでスラグを機械的に排滓する図である。側面視で不活性ガスの流れを示す図である。平面視で裸湯形状を示す図である。スラグ除滓用バブリング孔の個数を変化させたときのスラグ流れ図である。実機におけるスラグ除滓用バブリング孔の設置位置を示す図である。水モデルにおける流量と実機における流量との関係図である。水モデルでのスラグの状況を示した図である。水モデルにおけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第１図である。水モデルにおけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第２図である。水モデルにおけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第３図である。水モデルにおけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第４図である。水モデルにおけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第５図である。水モデルにおけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第６図である。水モデルにおけるスラグ除滓用バブリング孔の設置位置を示す図である。実機におけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第１図である。実機におけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第２図である。実機におけるスラグ除滓用バブリング孔の位置を示す第３図である。取鍋の縦横比と、除滓速度又は溶湯の歩留との関係図である。不活性ガスを吹き込むときの取鍋の傾動角度と、除滓速度又は溶湯の歩留との関係図である。第１領域及び第２領域のガス流量の合計と、除滓速度又は溶湯の歩留との関係図である。第１領域及び第２領域のガス流量比と、除滓速度又は溶湯の歩留との関係図である。第３領域のガス流量と、除滓速度又は溶湯の歩留との関係図である。スラグドラッガーにてスラグを掻き出す際の取鍋１の傾動角度と、除滓速度又は溶湯の歩留との関係図である。実機において実施例及び比較例での除滓速度と、溶湯の歩留との関係図である。スラグの粘度と、第１領域及び第２領域の合計流量との関係図である。

本発明の取鍋からのスラグの除滓方法について説明する。
製鋼工場では、高炉から出銑した溶銑を取鍋に装入し、この溶銑に対して脱硫などの溶銑予備処理を行ったり、脱りん処理、脱炭処理などの一次精錬や二次精錬を行うことが一般的である。
溶銑予備処理、一次精錬、二次精錬などの処理では、取鍋内に装入した溶銑や溶鋼に石灰等の精錬剤を添加して処理を実施していて、この処理ではスラグが生成する。各処理で生成したスラグは、次の工程において反応効率を低下させる虞があるため、次の処理前に取り除くスラグ排滓処理を行う。なお、説明の便宜上、溶銑と溶鋼とをまとめて溶湯ということがある。

図１に示すように、スラグ排滓処理では、取鍋１（溶銑を装入したり溶鋼を装入する容器）内の溶湯２に浮かぶスラグ３に対してスラグドラッガー４などの除滓装置を用いて、スラグ３を機械的に除去している。それに加え、本発明では、スラグ排滓処理を行うに際して、短時間で取鍋１内のスラグ３の残留量を減少することができるように、取鍋１に設置するスラグ除滓用バブリング孔５の位置、スラグ除滓用バブリング孔５から吹き込むガス流量などを適正化している。なお、図１は、溶銑用の取鍋を例示したものである。

以下、取鍋（溶銑鍋）からのスラグの除滓方法について詳しく説明する。
スラグ除滓処理では、取鍋１を傾動した後、取鍋１に設置したスラグ除滓用バブリング孔５から不活性ガスを吹き込み、溶湯２に浮くスラグ３を除滓側の鳥口７（排滓側の開口部）へ移動させ（排滓方向にスラグ３を動かす）、排滓方向に移動してきたスラグ３をスラグドラッガー４にて掻き出すことになる。スラグ３を排滓する場合には、溶湯２に浮くスラグ３を出来るだけ、烏口７に移動させることが良いが、スラグ除滓用バブリング孔５の位置によって不活性ガスの浮上挙動が異なり、これにより、スラグ３の動きも変化する。以下、説明の便宜上、スラグドラッガー４から見て、烏口７を手前側、烏口７とは反対側を奥側ということがある。

図２に示すように、不活性ガスの浮上挙動を側面視で見たとき、不活性ガスが取鍋１の円筒部（胴部）８に当たって奥側から手前側に向かうケース１と、不活性ガスが取鍋１の胴部８に当たらずにスラグ３用バブリング孔からそのまま上昇を続けるケース２とがある。ケース１では、不活性ガスが胴部８にあたってから向きを変えて奥側から手前側へ向かうため、スラグ３は不活性ガスへ押されて手前側に向かいやすい。一方、ケース２であっても、取鍋１を傾動したとき不活性ガスが中心部９よりも奥側に上がる場合であれば、ス
ラグ３は不活性ガスに押されて手前側に向かい易い。なお、図２（ａ）は、溶鋼用の取鍋の場合を示し、図２（ｂ）は、溶銑用の取鍋の場合を示している。

また、図３に示すように、平面視でスラグ３の移動状態（スラグ３除去処理時において湯面上の状況）を見たとき、スラグ３と溶銑との分かれ方（裸湯形状）は、湯面上において溶湯２とスラグ３との境界部分が一様となる一様パターン（楕円型、直線型）と、境界部分が山型となる山型パターン（反楕円型、Ｗ型）と、境界部分が谷型となる谷型パターン（分離型）との３つのパターンとなる。

図３に示すように、奥側から手前側に向けてスラグ３をスラグドラッガー４によって掻き出す場合、スラグ３は奥側にあるよりも手前側に一様に移動するほどスラグ３を掻き出し易い。そのため、裸湯形状が一様パターンとなる楕円型や直線型では、スラグ３が奥側から手前側に移動し、烏口７とスラグ３の境界部分との最大距離も短いため、スラグ３の除滓を考えたとき、除滓時間は短くなる。

一方、裸湯形状が山型パターンとなる反楕円型やＷ型では、スラグ３は奥側から手前側に移動するものの一部のスラグ３は中心部よりも奥側になることがあり、その結果、一様パターンに比べて少し排滓時間は長くなる傾向にある。また、裸湯形状が谷型パターンとなる分離型では、烏口７と境界部分との最大距離が最も長く、さらに、スラグ３が分離してしまうため最も排滓時間は長くなる。

ここで、スラグ除滓用バブリング孔５の位置と個数とを考慮することとする。図４に示すように、スラグ除滓用バブリング孔５を奥側に１つ設置した場合は、裸湯形状が山型パターンになり易く、奥側に２つ設置した場合は、一様パターンになり易く、奥側に３つ設置した場合は、山型パターンになることもある。
以上をまとめると、スラグ除滓用バブリング孔５に不活性ガスを吹き込んだ時に、裸湯形状が一様パターンになるように、スラグ除滓用バブリング孔５の位置や個数を設定することが必要である。

発明者らは、スラグ除滓用バブリング孔５から不活性ガスを吹き込んだときに一様パターンになるようなスラグ除滓用バブリング孔５の位置について、様々な実験等により検証を行った。
その結果、図５に示すように、取鍋１の底面（底部）を平面視して底面の中心を原点とし、スラグ３の除滓方向をｘ軸方向とし、ｘ軸と直交する方向をｙ方向としたとき、式（１）〜（３）を満たす第１領域１０内にスラグ除滓用バブリング孔５を少なくとも１つ以上設置すると共に、式（４）〜（６）を満たす第２領域１１内に、スラグ除滓用バブリング孔５を少なくとも１つ以上設置することによって、各領域に設置したそれぞれのスラグ除滓用バブリング孔５から吹き込む不活性ガスの気泡によりスラグ３の移動をスムーズにし、裸湯形状を一様パターンにすることができる。ｘ軸方向に関しては、除滓方向と反対方向をプラス（＋）とすることとしていて、除滓方向はマイナス（−）となる。図５に示す「●」又は「○」は、スラグ除滓用バブリング孔５を示している。以下、取鍋１を平面視した各図において「●」は、スラグ除滓用バブリング孔５を示している。

つまり、式（１）に示すラインＡと、式（２）に示すラインＣと、式（３）に示すラインＤ、取鍋１の内縁Ｅとで囲まれた第１領域１０内に１個以上のスラグ除滓用バブリング孔５を設置する。また、式（４）に示すラインＡ’と、式（５）に示すラインＣ’と、式（６）に示すラインＤ’、取鍋１の内縁Ｅとで囲まれた第２領域１１内に１個以上のスラグ除滓用バブリング孔５を設置する。

ここで、ラインＡ及びＡ’は、取鍋１を傾動していないときは、取鍋１の中心部９よりも手前側に位置するものの、取鍋１を傾動させたときに不活性ガスが奥側のスラグ３を手前側に移動できるかどうかの限界位置である。ラインＣ及びＣ’、ラインＤ及びＤ’は、それぞれ山型パターンや谷型パターンにならない限界位置である。
さて、上述したように、第１領域１０や第２領域１１内にスラグ除滓用バブリング孔５を設置することによって、裸湯形状を一様パターンとしスラグ３を手前側に集めることができることが期待できる。

スラグ除滓用バブリング孔５を適正に設置した場合であっても、当該スラグ除滓用バブリング孔５から吹き込む不活性ガスの流量はスラグ３の移動に影響を与えることが考えられる。そこで、発明者らは、第１領域１０や第２領域１１内に設置したスラグ除滓用バブリング孔５から吹き込む不活性ガスの流量も様々な角度から検証を行った。
その結果、スラグ除滓用バブリング孔５から吹き込むガス流量の合計を式（７）に満たすようにすることが良い。

式（７）は、第１領域１０内のスラグ除滓用バブリング孔５から吹き込む不活性ガスの流量と、第２領域１１内のスラグ除滓用バブリング孔５から吹き込む不活性ガスの流量との合計が上下限値を示したものである。スラグ３の種類、即ち、スラグ３の粘度によってスラグ３の移動しやすさが変化するため、下限値はスラグ３の粘度に関連付けた数値とし
ている。ガス流量の合計が下限値を下回ってしまうと、裸湯の領域が小さく、スラグ３が手前側に十分に寄ることがなく、除滓効率が低下してしまう虞がある。

一方、ガス流量の合計を大きくするとスラグ３が移動し易くなるものの、上限値を超えてしまうと、不活性ガスを吹き込んだ時に湯面（浴面）の変動が大きくなり、スプラッシュが頻発して操業が難しくなったり、鉄歩留が低下することがある。また、スラグ３が溶湯２に巻き込まれてしまいスラグ３中のＭ-Ｆｅ濃度が高くなり、その結果、大気による酸化によってスラグ３中のＦｅＯ濃度が増加して鉄歩留が低下する。スラグ３と溶湯２とが反応してしまい復硫が発生したりスラグ３フォーミングが発生することがあり、この点でも、操業が難しくなったり、復硫によって後処理による反応を低下させてしまう要因となる。したがって、ガスの流量の合計は、式（７）を満たす必要がある。

なお、スラグ３の粘度μは、式（Ａ）によって求めることができ、この粘度μの求め方は、「溶融スラグ・ガラスの粘性、アグネ技術センター、東京、２００３、ｐ６８−６９，ｐ１１９−１２１、ｐ１２４−１２５」の文献に記載されている。

上述したように、ガスの流量の合計が式（７）を満たしたとしても、第１領域１０のスラグ除滓用バブリング孔５からのガス流量と、第２領域１１のスラグ除滓用バブリング孔
５からのガス量とに大きな偏りがあると、一様パターンになりにくいことがある。第１領域１０のスラグ除滓用バブリング孔５からのガス量と第２領域１１のスラグ除滓用バブリング孔５からのガス量とが一致（同じ）であることが理想的な状態ではあるが、第１領域１０のガス量と第２領域１１のガス量との比であるガス流量比が式（８）を満たすようにすれば、問題なく一様パターンにすることができる。

上述したように、第１領域１０や第２領域１１にスラグ除滓用バブリング孔５を適正に配置して、適正に不活性ガスを吹き込むことによって、スラグ３を一様に手前側に移動させることができる。
さて、第１領域１０や第２領域１１以外の第３領域１２にスラグ除滓用バブリング孔５を配置した場合、第３領域１２のスラグ除滓用バブリング孔５から吹き込まれた不活性ガスによってスラグ３の移動が妨げられる可能性がある。しかしながら、仮に、第３領域１２にスラグ除滓用バブリング孔５を設置したとしても、第３領域１２に配置したスラグ除滓用バブリング孔５から吹き込まれた不活性ガスによってスラグ３の移動を阻害しない程度であれば、第３領域１２にスラグ除滓用バブリング孔５を設置してもよい。即ち、本発明では、第３領域１２におけるスラグ除滓用バブリング孔５から吹き込んだガス流量の合計が式（９）を満たせば、問題ないとしている。

式（９）に示すように、第３領域１２のスラグ除滓用バブリング孔５からのガス流量が、第１領域１０及び第２領域１１のスラグ除滓用バブリング孔５からのガス流量の１／４以内であれば、第３領域１２のスラグ除滓用バブリング孔５の影響もなく第１領域１０及び第２領域１１のスラグ除滓用バブリング孔５のガスによってスラグ３を手前側に移動させることができる。

さて、取鍋１には様々な形状があり、取鍋１の形状によっても不活性ガスの浮上挙動が異なる。そこで、上述したように、スラグ除滓用バブリング孔５の位置、スラグ除滓用バブリング孔５から吹き込むガス流量の規定に加え、本発明では、取鍋１の適正な形状を規定するために取鍋１の縦横比（高さと幅の比）を１．５以下としている。即ち、取鍋１において取鍋１内の底面（底部）から上端までの直線距離をｌ（エル）とし、取鍋１の半径（内壁から中心部９までの平均半径）をｒとしたとき、縦横比であるｌ（エル）／２ｒの値が１．５以下となる取鍋１を対象としている。縦横比が１．５よりも大きい場合、縦長の取鍋１となるため不活性ガスが中心部に寄りやすく、奥側にスラグ３が残留し易い。したがって、縦横比は１．５以下としている。

以上まとめると、スラグ除滓用バブリング孔５に関し、式（１）〜（３）を満たす第１領域１０内にスラグ除滓用バブリング孔５を１つ以上設置すると共に、式（４）〜（６）を満たす第２領域１１内にスラグ除滓用バブリング孔５を１つ以上設置し、さらに、取鍋１の縦横比を１．５以下としてき、スラグ３をスラグドラッガー４などによって機械的に除滓するときには、第１領域１０及び第２領域１１のスラグ除滓用バブリング孔５から吹き込むガス流量の合計を式（７）に満たすようにし、ガス流量比を式（８）を満たすよう
にし、第３領域１２におけるガス流量の合計を式（９）を満たすようにしている。

ここで、スラグ除滓用バブリング孔５から不活性ガスを吹き込む際には、取鍋１の傾動角度αを６°以上１０°以下にしている。傾動角度αが小さく６°未満であるとき、不活性ガスを吹き込んだとしても奥側にスラグ３が残り易く、傾動角度αが大きく１０°よりも大きいと溶湯２がこぼれ落ちる可能性がある。そのため、不活性ガスを吹き込むときの取鍋１の傾動角度αは６°〜１０°の領域としている。

スラグ３を手前側に移動し、スラグドラッガー４などで移動したスラグ３を外側に掻き出すときは、さらに、取鍋１の傾動角度αを１５°以上４５°以下にしている。通常、取鍋１の搬送時や攪拌精錬時に溶湯２が外側に、こぼれないように取鍋１のフリーボード（溶湯２から取鍋１上端までの直線距離）を５００ｍｍ以上に設定している。そのため、取鍋１内のスラグ３を外側へ掻き出すには、少なくとも取鍋１の傾動角度αを１５°以上にする必要がある。一方、傾動角度αを大きくし過ぎると、手前側から奥側までの距離が長くなり、スラグドラッガー４で奥側にあるスラグ３を掻き出し難くなると共に除滓時間も長くなる。また、不活性ガスが中心部に寄りやすくなるため、スラグ３が山型パターンになり易い。このようなことを考えると、取鍋１の傾動角度αの限界は４５°であり、スラグドラッガー４でスラグ３を掻き出すときの傾動角度αは１５〜４５°の領域にすることが必要である。

表１〜８は、水モデルを用いて本発明の方法にてスラグ３を除滓した実施例と、本発明とは異なる方法にてスラグ３を排滓した比較例とをまとめたものである。

まず、水モデルについて説明する。
水モデルでは、取鍋１を模した容器に、スラグ除滓用バブリング孔５を模したポーラスプラグを設置する。また、容器の傾動角度を０°の状態で当該容器に溶湯２を模した水と、スラグ３を模したスラグ３模擬剤（低密度ポリエチレン）を入れる。その後、ポーラス
プラグからガスを吹き込んで、容器の傾動角度を２０°、３０°、４０°にしてスラグ３模擬剤（低密度ポリエチレン）を観察した。水モデルにてガスを吹き込むにあたっては、図６に示すように、２ｇＨｓ／Ｕｍ²（Ｈｓ：スラグ３の厚み、Ｕｍ²：鉄−スラグ３界面での鉄平均流速［ｍ²／ｓ］）の相似を仮定して流量を決定した。裸湯率を、裸湯率＝水の面積÷（水の面積＋スラグ模擬剤の面積）とし、手前からスラグ３と水とが分かれる境界部での最大距離を求めた。なお、その他の水モデルの実験条件は、表９の通りである。

実施例及び比較例において、第１領域１０及び第２領域１１にポーラスプラグ（スラグ除滓用バブリング孔５）が配置されている状況を適否「○」とした。ｘ１、ｙ１は、第１領域１０において１つめのポーラスプラグの設置座標を示し、ｘ２、ｙ２は、２つめのポーラスプラグを設置座標を示している。ｘ’１、ｙ’１は、第２領域１１において１つめのポーラスプラグの設置座標を示し、ｘ’２、ｙ’２は、２つめのポーラスプラグを設置座標を示している。ｘ’’１、ｙ’’１は、第３領域１２において１つめのポーラスプラグの設置座標を示し、ｘ’’２、ｙ’’２は、２つめのポーラスプラグを設置座標を示している。

Ｑ_(x1、_y1)は、第１領域１０において、１つめのポーラスプラグからのガス流量を示し、Ｑ_(x2、_y2)は、２つめのポーラスプラグからのガス流量を示している。Ｑ_total(1)は、第１領域１０のガス流量の合計を示している。Ｑ_(x'1、_y'1)は、第２領域１１において、１つめのポーラスプラグからのガス流量を示し、Ｑ_(x'2、_y'2)は、２つめのポーラスプラグからのガス流量を示している。Ｑ_total(2)は、第２領域１１のガス流量の合計を示している。Ｑ_(x''1、_y''1)は、第３領域１２において、１つめのポーラスプラグからのガス流量を示し、Ｑ_(x''2、_y''2)は、２つめのポーラスプラグからのガス流量を示している。Ｑ_total(3)は、第３領域１２のガス流量の合計を示している。

水モデルの実施例及び比較例において、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、手前側に低密度ポリエチレンが集まり、スラグ３と水との状況が図３に示したような一様パターンであれば、合格「○」とし、山型パターンや谷型パターン、旋回流が発生してスラグ３が回転した場合は不合格「×」とした。また、第１領域１０及び第２領域１１にポーラスプラグ（スラグ除滓用バブリング孔５）が配置されている状況を適否「○」とした。

図８〜１３は、水モデルの実施例及び比較例において第１〜第３領域に設置したポーラスプラグの位置を示したものである。図１４は水モデルの実施例及び比較例におけるポーラスプラグの設置をまとめたものである。
図７〜１４及び表に示すように、実施例では、ポーラスプラグを第１領域１０及び第２領域１１に設置して、適正な流量でガスの吹き込みを行うと、裸湯形状が一様パターンとなり、スラグ３が手前に移動することから非常にスラグ３の除滓がスムーズに行うことができると考えられる。裸湯形状が一様パターンとなるとき、裸湯率は２０％以上を超えている。一方、比較例では、ポーラスプラグが第１領域１０及び第２領域１１外であったり、ガスの吹き込み量が適正でないと、裸湯形状が山型や谷型になることが多く、裸湯率も
２０％未満となり、最大距離も実施例に比べて長くなる傾向にある。

このように、水モデルの結果を見てみると、裸湯形状、裸湯率、最大距離は、取鍋１の形状（縦横比）、スラグ除滓用バブリング孔５（ポーラスプラグ）の位置、ガス流量に大きな影響を受けることが分かる。
発明者らは、このような水モデルの結果を踏まえ、実機に本発明に規定したスラグ除滓用バブリング孔５（ポーラスプラグ）の位置、ガス流量（不活性ガスの流量）について検証を行った。実機における実施条件は、表１０に示す通りとした。

表１１〜１９は、実機を用いて本発明の方法にてスラグ３を除滓した実施例と、本発明とは異なる方法にてスラグ３を排滓した比較例とをまとめたものである。

実機では、スラグ除滓用バブリング孔５（ポーラスプラグ）を設置した取鍋１に、高炉処理、脱珪処理（脱Ｓｉ）、脱硫処理（脱Ｓ）、脱りん処理（脱Ｐ）、脱炭処理（転炉）、二次精錬処理（溶鋼）のいずれかの処理を行った後の溶湯２を装入した。その後、傾動角度α＝０〜１５°の領域内で取鍋１を傾け、この状態でポーラスプラグ５から０．３８
〜３．５ＮＬ／ｍｉｎ／ｔの窒素（不活性ガス）を吹き込み、スラグ３を移動させた。そして、さらに、傾動角度α＝１５〜４８°の領域内で取鍋１を傾けて、スラグドラッガー４にてスラグ３を排滓した。目視にて裸湯率が９０％以上となった時点でスラグドラッガー４による排滓を終了し、取鍋１の傾動角度αを０°として取鍋１の傾動を終了した。なお、除滓時間は、傾動角度α＝０〜１５°の領域内で取鍋１を傾けて不活性ガスを吹き込んでから取鍋１の傾動を終了するまでの間とした。実機における表に示したパラメータは表２０の通りである。なお、Ｚ_m、_i は、取鍋を水平にしたとき（傾けていないとき）の溶湯浴面からポーラスプラグ５までの垂直距離である。Ｈ_m、_i は、取鍋を傾動したときの溶湯浴面からポーラスプラグ５までの垂直距離である。

図１５〜１７は、実機での実施例及び比較例において第１〜第３領域１２に設置したポーラスプラグ５の位置を示したものである。図５は実機での実施例及び比較例におけるポーラスプラグ５の設置をまとめたものである。
図１５〜１７及び表に示すように、実施例では、ポーラスプラグ５を第１領域１０及び第２領域１１に設置して、適正な流量でガスの吹き込みを行うと、裸湯形状が一様パターンとなり、スラグ３が手前に移動することから非常にスラグ３の除滓がスムーズに行うことができ、除滓時間も６分以内とすることができた。実機においても水モデルと同様に裸湯形状が一様パターンとなるとき、裸湯率は２０％以上を超えている。一方、比較例では、ポーラスプラグ５が第１領域１０及び第２領域１１外であったり、ガスの吹き込み量が適正でないと、裸湯形状が山型や谷型になることが多く、裸湯率も２０％未満となり、最大距離も実施例に比べて長くなる傾向にある。

図１８は、取鍋１の縦横比と、除滓速度又は溶湯２歩留との関係をまとめたものである。縦横比が１．５よりも大きくなると、不活性ガスのガス気泡が湯面の中心部などに寄り易くスラグ３が残留してしまい、除滓速度が低下した。一方、縦横比が１．５以内であれば、溶湯２の歩留、除滓速度共に高い結果が得られた。
図１９は、不活性ガスを吹き込むときの取鍋１の傾動角度と、除滓速度又は溶湯２歩留との関係をまとめたものである。傾動角度αが６°未満では奥側にスラグ３が残留することに起因して除滓速度が急激に低下した。また、傾動角度が１０°を超えると、不活性ガスを吹き込んだ時に湯面安定までに時間が掛かった。また、溶銑飛散による鉄ロスも多く、溶湯２の歩留、除滓速度共に低下した。一方、傾動角度が６〜１０°では、溶湯２の歩留、除滓速度共に高い結果が得られた。

図２０は、第１領域１０及び第２領域１１のガス流量の合計と、除滓速度又は溶湯２歩留との関係をまとめたものである。スラグ３の粘性に比べて合計のガス流量が小さすぎると除滓速度が低く、合計のガス流量が５．６ＮＬ／ｍｉｎ／ｔを超えて大きすぎても溶湯
２の飛散による鉄ロスも多く、湯面が安定しないこともあり、溶湯２の歩留、除滓速度共に低下した。一方、スラグ３状態（粘度）に応じて必要最小量以上のガス流量を流せば、溶湯２の歩留、除滓速度共に高い結果が得られた。

図２１は、第１領域１０及び第２領域１１のガス流量比と、除滓速度又は溶湯２歩留との関係をまとめたものである。第１領域１０と、第２領域１１とのどちらか一方のガス流量が大き過ぎてバランスが悪いと、除滓速度や溶湯２の歩留が低下することがあった。ガス流量比は、最適な領域があり、式（８）を満たす領域では、溶湯２の歩留、除滓速度共に高い結果が得られた。なお、第１領域１０のガス流量と第２領域１１のガス流量とが同じであるとき、即ち、ガス流量比が１であるときが除滓速度も溶湯２の歩留も最も良い結果を得られた。

図２２は、第３領域のガス流量と、除滓速度又は溶湯の歩留との関係をまとめたものである。第３領域１２にポーラスプラグ５があり不活性ガスを吹き込むと、当該不活性ガスによってスラグ３の移動を阻害するため好ましくないが、式（９）に示すように、第１領域１０や第２領域１１のガス流量の合計に比べて、第３領域１２のガス流量が１／４以下であれば、除滓速度も溶湯２の歩留も低下することが無かった。

図２３は、スラグドラッガー４にてスラグ３を掻き出す際の取鍋１の傾動角度と、、除滓速度又は溶湯２歩留との関係をまとめたものである。上述したように、フリーボードを５００ｍｍ以上に設定されているため、少なくともスラグドラッガー４で排滓するときの傾動角度を１５°にしないとスラグ３を掻き出すことができない（未処理）。一方、取鍋１を傾動し過ぎて傾動角度を４５°よりも大きくしてしまうと、スラグドラッガー４による除滓処理が非常に難しくなり、除滓時間が長くなる。

図２４は、実機において実施例及び比較例での除滓速度と、溶湯２の歩留との関係をまとめたものである。図２４に示すように、本発明の規定を満たす実施例は、本発明の規定を満たさない比較例に比べ、除滓速度も溶鉄の歩留も非常に向上させることができた。なお、スラグの粘度μと第１領域１０と第２領域１１との流量の合計との関係は図２５となった。

以上、本発明によれば、スラグ除滓用バブリング孔５の配置、スラグ除滓用バブリング孔５から吹き込むガス流量を適正にすることによって、スラグ３を短時間で除滓することができる。実機における実施例では、除滓時間を６分以内とし、除滓終了後の取鍋１内のスラグ３の残留量を０．１５ｋｇ／ｔにすることができ、除滓速度、歩留、除滓率も比較例に比べて非常に向上させることができた。

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する領域を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１取鍋
２溶湯
３スラグ
４機械除去装置
５スラグ除滓用バブリング孔
７鳥口
８円筒部（胴部）
９中心部
１０第１領域
１１第２領域
１２第３領域

Claims

取鍋内のスラグを機械的に除滓するに際して、
前記取鍋に設置するスラグ除滓用バブリング孔に関し、前記取鍋の底面を平面視して底面の中心を原点とし、スラグの除滓方向をｘ軸方向（除滓方向がマイナス）とし、ｘ軸と直交する方向をｙ方向としたとき、式（１）〜（３）を満たす第１領域内に、前記スラグ除滓用バブリング孔を１つ以上設置すると共に、式（４）〜（６）を満たす第２領域内に、前記スラグ除滓用バブリング孔を１つ以上設置し、さらに、前記取鍋の縦横比を１．５以下としてき、
前記スラグを機械的に除滓するときには、前記スラグ除滓用バブリング孔から吹き込むガス流量の合計を式（７）に満たすようにし、ガス流量比を式（８）を満たすようにし、前記第１領域及び第２領域以外の第３領域におけるガス流量の合計を式（９）を満たすようにすることを特徴とする取鍋からのスラグの除滓方法。