JP2015224387A - フォーミング鎮静剤とフォーミング鎮静方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精錬容器として容積が小さい転炉型の精錬容器を用いる場合であっても、確実にスロッピングを防止することができるフォーミング鎮静方法を提供すること。【解決手段】溶銑の酸化精錬工程において発生するガス気泡がスラグ中に滞留し、スラグの体積を膨張させて生じるフォーミングを鎮静するフォーミング鎮静方法であって、酸化精錬中にスラグ表層部に衝撃力を与えてガス気泡抜気孔を形成する水蒸気の発生源を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、フォーミング鎮静剤とフォーミング鎮静方法に関するものである。

溶銑の酸化精錬工程において、精錬容器の中ではスラグに含まれる酸化鉄と、溶銑に含まれる炭素との反応によりＣＯガスが発生する。このガスにより、スラグが泡立つ現象がフォーミングである。フォーミングが精錬容器の口を超える高さに達すると、スロッピングと呼ばれる、スラグの溢れが生じる。特に、精錬容器として容積が小さい転炉型の精錬容器を用いる場合には、スロッピングが発生しやすく、安定操業の障害となっている。

スラグのフォーミングは、微細なガス気泡がスラグ中に滞留してスラグの体積が膨張することによって生じるが、この気泡の滞留時間は気泡径に反比例するため、滞留時間が長くなる微細な気泡ほど、フォーミングを増長することが知られている。そこで、ガスを大量に発生する物質（以下、ガス発生物質。例えば、炭素粉等の炭素を主成分とする物質や、炭酸水素ナトリウム等の水分を含有する物質。）を添加することで、微細気泡の凝集合を促進し、気泡を粗大化して破泡させることでフォーミングを鎮静する技術が知られており、例えば、特許文献１には、フォーミングしているスラグに炭素粉を５〜１００ｋｇ／分の速度で吹き付けてフォーミングを鎮静する技術が開示されている。

しかし、溶銑の酸化精錬工程において発生するスラグは非常に粘性が高く、かつ表面からの抜熱による温度低下で固相率が高くなっているため、特許文献１のようにフォーミングしているスラグに炭素粉を吹き付けた場合、炭素粉がスラグ表層に留まり、微細気泡の凝集合を促進する効果が、その周囲の限られた範囲でのみしか発現せず、十分なフォーミング鎮静効果が得られずに、スロッピングを確実には防止することが出来ない問題があった。

特開平５−２８７３４８号公報

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、精錬容器として容積が小さい転炉型の精錬容器を用いる場合であっても、酸化精錬工程で確実にスロッピングを防止することができるフォーミング鎮静剤とフォーミング鎮静方法を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明のフォーミング鎮静剤は、溶銑の酸化精錬工程において発生するガス気泡が精錬容器内のスラグ中に滞留し、スラグの体積を膨張させて生じるフォーミングを鎮静するフォーミング鎮静剤であって、酸化精錬中にスラグ表層部に衝撃力を与えてガス気泡抜気孔を形成する水蒸気の発生源を有することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のフォーミング鎮静剤において、前記の水蒸気の発生源として、水分を１０ｋｇ以上５０ｋｇ未満含有することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のフォーミング鎮静剤において、前記の精錬容器が転炉型精錬容器であることを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するためになされた本発明のフォーミング鎮静方法は、請求項４記載の発明であり、溶銑の酸化精錬工程において発生するガス気泡がスラグ中に滞留し、スラグの体積を膨張させて生じるフォーミングを鎮静するフォーミング鎮静方法であって、精錬容器の炉口から、水分の含有量が１０ｋｇ以上５０ｋｇ未満である鎮静剤の投入を行い、該鎮静剤から水蒸気が発生する際の衝撃力によってスラグの表層部分にガス気泡抜気孔を形成し、前記スラグ中に滞留したガス気泡を抜気することを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項４記載のフォーミング鎮静方法において、前鎮静剤の投入は、フォーミングによりスラグの表面から炉口までの高さが、溶銑の表面から炉口までの高さの１５％〜２０％となったタイミングで行うことを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項４記載のフォーミング鎮静方法において、前記鎮静剤の投入位置が、「炉口の中心から半径×２/３」の範囲より外周側であることを特徴とするものである。

請求項７記載の発明は、請求項４記載のフォーミング鎮静方法において、前記の精錬容器が転炉型精錬容器であることを特徴とするものである。

前記のように、スラグは非常に粘性が高くかつ固相率が増大（例えば体積比で固相率が７０％以上１００％以下）して、スラグ表層部に皮をはったような状態となっているため、溶銑の酸化精錬工程において発生するガス気泡がスラグ表層部中、又は表層部直下に滞留し、スラグの体積を膨張させてフォーミングが生じ、フォーミングが精錬容器の口を超える高さに達すると、スロッピングが発生する。本発明によれば、精錬容器の炉口から、水分の含有量が１０ｋｇ以上５０ｋｇ未満である鎮静剤の投入を行い、該鎮静剤から水蒸気が発生する際の衝撃力によってスラグの表層部分に固相率の低いスラグからなるガス気泡抜気孔を形成し、前記スラグ中に滞留したガス気泡を抜気する方法を採用することにより、確実にフォーミングを鎮静し、スロッピングを防止することができる。

本実施形態の方法に用いる装置の全体説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１に示すように、本実施形態に用いる転炉型の精錬容器１には、精錬容器１の内部を上下移動可能な、上吹きランス２が設置され、酸素ガス及び上吹き精錬剤が溶銑３に向けて吹き付けられる構造となっている。

溶銑の酸化精錬工程において、スラグ４の表層部分５は、固相率が７０％〜１００％の状態の、いわゆる「皮を張った」状態となっている。この「皮」部分は、スラグ４の表面から５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲に及ぶ。ただし、炉口７の中心部分は、上吹きランス２から吹き付ける酸素が溶銑３浴面に形成する火点からの伝熱により、「皮を張った」状態とはなり難く、「皮」部分は「炉口７の中心〜半径×２/３」の範囲より外周側に集中している。

スラグ４と溶銑３の界面では、スラグ４に含まれる酸化鉄と溶銑３に含まれる炭素との反応によりＣＯガス６が発生し、液相のスラグ内を略鉛直上方に移動していくが、前記のように、スラグ４の表層部分５(特に、「炉口７の中心〜半径×２/３」の範囲より外周側のスラグ表層部)は固相率が高くなっているため、ＣＯガス６の大気中への放出が妨げられる。大気中への放出を妨げられてスラグ４内に滞留したＣＯガス６は、スラグ４の泡立ち（以下、フォーミング）を誘発する。

従来、前記の「皮」部分が精錬容器１の炉口７を超える高さまでフォーミングが進むと、スロッピングを生じていたのに対し、本実施形態では、図１に示すように、炉口７から鎮静剤８の投入を行い、鎮静剤８から急激に発生する水蒸気による衝撃力によってスラグ４の表面にガス気泡抜気孔９を形成し、ＣＯガス６の大気中への放出を促すことにより、フォーミングの鎮静化を図っている。ガス気泡抜気孔は固相率の低いスラグからなるので、容易にＣＯガスを大気中への放出することが可能である。衝撃力により固相率の高いスラグ表層部に亀裂が生じると表層部下の高温で流動性のある固相率の低いＣＯガス気泡を有するスラグが表層部に浸入し易いので、浸入した固相率の低いスラグを経路としてスラグ中のＣＯガス気泡を大気中へ放出することが出来ると本発明者らは考えている。

鎮静剤８は、水分の含有量が１０ｋｇ以上５０ｋｇ未満であるものを使用する。水分の含有量が１０ｋｇ未満の場合、発生する水蒸気による衝撃力が不足して固相率の低いスラグからなるガス気泡抜気孔９をスラグ表層部に十分に形成することができない。一方、水分の含有量が５０ｋｇ以上の場合、発生する水蒸気による衝撃力によってランスや転炉耐火物などの設備を破損する確率が高くなる他、炉内の溶銑と反応して水蒸気爆発を起こす可能性があり、好ましくない。尚、精錬容器には、通常、径の比較的大きな炉口があるので、前記の水分含有鎮静剤を炉口から投入しても水蒸気の衝撃力は開放され易いので、水蒸気爆発を予防することが可能である。但し、前記の水分の含有鎮静剤を、不透水性物質で構成される容器に収納した状態で投入する場合には、不透水性物質が難燃性の場合には、収納容器内で水蒸気爆発を起こす懸念があるので、不透水性物質は易燃性とするか、前記の収納容器の上部に開口部を設けておくことが望ましい。

水蒸気の発生源を含有せしめる鎮静剤原料としては、吸水性の良い物質が好ましく、例えば、パルプ屑、ソーダ灰（ソーダ灰の塊成化物含む）、製鋼スラグ（粒度は限定されないが、例えば５０ｍｍアンダー（篩目５０ｍｍの篩下）でも良い）等が好ましい。また、鎮静剤として好適な水分範囲を得るには、パルプ屑、ソーダ灰の市販品は、通常乾燥質量であるので、前記の鎮静剤原料に必要質量の水を含浸させて、酸化精錬１回当りに供給される鎮静剤でとして、含水質量増加分を１０ｋｇ以上５０ｋｇ未満とすればよい。製鋼スラグも同様にして、水分含有量を求めることが出来る。

ガス気泡抜気孔９の形成箇所は、「皮」部分が集中する箇所（「炉口７の中心〜半径×２/３」の範囲より外周側）に少なくとも１個以上とする。特に、炉口７の中心部を挟んで、お互いに反対方向に２箇所以上とすることが好ましい。

鎮静剤８の投入タイミングは、フォーミングにより、スラグ４の表面から炉口７までの高さが、溶銑３の表面から炉口７までの高さの１５％〜２０％となったタイミングで行うことが好ましい。２０％超の場合には、ＣＯガス６が十分にスラグ２内に滞留しておらず、フォーミング鎮静効果が発現しにくいことがある。一方、１５％未満の場合には、すでにフォーミングが精錬容器の炉口７高さ近くにまで達しており、固相率の低いスラグからなるガス気泡抜気孔９の形成によってＣＯガス６の大気中への放出を促しても、間に合わず、一部のスラグが炉外に逸出することがある。スラグ４の表面高さは、一般に用いられているマイクロ波や超音波を用いたスラグレベル計測装置により測定することができる。

容量１６０ｍ³の上底吹き転炉型溶銑予備処理炉に、高炉から出銑した２８０ｔonの溶銑を装入し、底吹きガスとして窒素ガスと酸素ガス、上吹きガスとして酸素ガスを用いて酸化精錬し、溶銑の脱燐処理を行った。溶銑面から炉口までの高さは５．２ｍである。鎮静剤の投入領域は、いづれの例も「炉口の中心〜炉口半径×２/３」の範囲より外周側）とした。また、前記の鎮静剤の投入タイミング（％）は、投入開始時のスラグ表面から炉口までのスラグ高さ÷溶銑表面から炉口までの高さ×１００で求めた値である。ここで「スラグ表面から炉口までのスラグ高さ」は、炉口縁内の上方に設けた超音波スラグレベル計の測定で求め、「溶銑表面から炉口までの高さ」は、溶銑とスクラップの装入量から計算により求めた。
（実施例１）
実施例１では、スラグフォーミング高さが溶銑面から４．３ｍの時点（鎮静剤の投入タイミングは１７．３（％））で、水分の質量含有率が５％であるパルプ屑を原料とした鎮静剤３００ｋｇ（鎮静剤の水分含有量１５Ｋg）を転炉上方のランスの左右各１箇所から投入した。この場合、急激に発生した水蒸気による衝撃で、スラグ表面の皮張りが破れ、固相率の低いスラグからなるガス気泡抜気孔の形成によって滞留した気泡が放出されてフォーミングが鎮静した。スロッピングは発生しなかった。
（実施例２）
実施例２では、スラグフォーミング高さが溶銑面から４．６ｍの時点（鎮静剤の投入タイミングは１３．５（％））で、水分の質量含有率が１２％であるパルプ屑を原料とした鎮静剤２００ｋｇ（鎮静剤の水分含有量２４Ｋg）を転炉上方のランスの左右各１箇所から投入した。この場合、急激に発生した水蒸気による衝撃で、スラグ表面の皮張りが破れ、滞留した気泡が放出されてフォーミング高さが維持された。スロッピングは発生しなかった。
（実施例３）
実施例３では、スラグフォーミング高さが溶銑面から４．２ｍの時点（鎮静剤の投入タイミングは１９．２（％））で、結晶水の質量含有率が６３％であるソーダ灰を主成分とする鎮静剤５０ｋｇ（鎮静剤の水分含有量３１．５Ｋg）を転炉上方のランスの左右各１箇所から投入した。この場合、急激に発生した水蒸気による衝撃で、スラグ表面の皮張りが破れ、滞留した気泡が放出されてフォーミング高さが維持された。スロッピングは発生しなかった。
（比較例１）
比較例では、スラグフォーミング高さが溶銑面から４．２ｍの時点（鎮静剤の投入タイミングは１９．２（％））で、水分を含有しない市販のパルプ屑を原料とする鎮静剤を５００ｋｇを転炉上方のランスの左右各１箇所から投入した。スラグ表面に落下した鎮静剤はスラグの表面が皮張りを生じていたためにスラグ表面で燃焼消滅し、スラグ表層部に固相率の低いスラグからなるガス気泡抜気孔を形成することができず、フォーミングは鎮静せず、スロッピングに到りそうになったので、途中で酸化精錬を中止した。

１ 精錬容器
２ 上吹きランス
３ 溶銑
４ スラグ
５ 表層部分
６ ＣＯガス
７ 炉口
８ 鎮静剤
９ ガス気泡抜気孔

Claims (7)

1. 溶銑の酸化精錬工程において発生するガス気泡が精錬容器内のスラグ中に滞留し、スラグの体積を膨張させて生じるフォーミングを鎮静するフォーミング鎮静剤であって、酸化精錬中にスラグ表層部に衝撃力を与えてガス気泡抜気孔を形成する水蒸気の発生源を有することを特徴とするフォーミング鎮静剤。
2. 前記の水蒸気の発生源として、水分を１０ｋｇ以上５０ｋｇ未満含有することを特徴とする請求項１記載のフォーミング鎮静剤。
3. 前記の精錬容器が転炉型精錬容器であることを特徴とする請求項１記載のフォーミング鎮静剤。
4. 溶銑の酸化精錬工程において発生するガス気泡がスラグ中に滞留し、スラグの体積を膨張させて生じるフォーミングを鎮静するフォーミング鎮静方法であって、
   精錬容器の炉口から、水分の含有量が１０ｋｇ以上５０ｋｇ未満である鎮静剤の投入を行い、該鎮静剤から水蒸気が発生する際の衝撃力によってスラグの表層部分にガス気泡抜気孔を形成し、前記スラグ中に滞留したガス気泡を抜気することを特徴とするフォーミング鎮静方法。
5. 前鎮静剤の投入は、フォーミングによりスラグの表面から炉口までの高さが、溶銑の表面から炉口までの高さの１５％〜２０％となったタイミングで行うことを特徴とする請求項４記載のフォーミング鎮静方法。
6. 前記鎮静剤の投入位置が、「炉口の中心から半径×２/３」の範囲より外周側であることを特徴とする請求項４記載のフォーミング鎮静方法。
7. 前記の精錬容器が転炉型精錬容器であることを特徴とする請求項４記載のフォーミング鎮静方法。