JP2016037619A

JP2016037619A - 脱りん予備処理溶銑を用いる転炉の操業方法

Info

Publication number: JP2016037619A
Application number: JP2014159713A
Authority: JP
Inventors: 脩司上原; Shuji Uehara; 政樹宮田; Masaki Miyata
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2034-08-05
Also published as: JP6347174B2

Abstract

【課題】脱炭吹錬後の転炉内へ残留させた脱炭スラグを短時間で急速に固化することにより、生産性を低下することなく、次チャージの脱炭吹錬の際に、固化した脱炭スラグを再利用する。
【解決手段】脱りん予備処理を実施済みの溶銑を転炉に装入し、生石灰およびＭｇＯ源を添加して装入塩基度を３〜５、脱炭スラグ中（ＭｇＯ）を６〜１２％とする条件で脱炭吹錬を行う。出鋼後に脱炭吹錬終了時に炉内に存在した脱炭スラグの５０％以上を転炉内に残留させて、転炉内の残留脱炭スラグへ粒径が１０ｍｍ以下の脱炭スラグ固化剤を残留脱炭スラグに対して１５〜１９％添加して、脱炭スラグ固化剤の添加終了後２分間以内に次チャージの脱りん予備処理実施済み溶銑の装入を開始して脱炭吹錬を行う。
【選択図】なし

Description

本発明は、脱りん予備処理溶銑を用いる転炉の操業方法に関する。

近年、溶銑予備処理の発展に伴い、転炉へ装入される溶銑の殆どが脱りん、脱硫処理されたものとなっている。その結果、転炉での主反応は専ら脱炭のみになりつつあり、さらに転炉でスラグを造成して精錬する必要がなくなったために少量スラグ操業が行われるようになった。

この少量スラグ操業において、転炉から脱炭スラグを排出せずに脱炭スラグが溶融状態を維持したままで次チャージの注銑を行うと、脱炭スラグ中にはＦｅＯが多量に含まれているため、（１）式による突沸が生じて危険である。

ＦｅＯ＋［Ｃ］＝ＣＯ＋［Ｆｅ］・・・・・（１）
このため、少量スラグ操業においても転炉から脱炭スラグを排出しなければならず、脱炭スラグ中のＣａＯやＭｎＯ、さらには有価金属成分（粒鉄や酸化鉄）をロスしていた。

この問題を解決するため、例えば特許文献１には、脱炭スラグを転炉外へ排出せずにスラグ固化剤（軽焼ドロマイトまたは生ドロマイト）を装入して脱炭スラグを固化した後に、次チャージの注銑を行う方法（本明細書では「脱炭スラグ炉内残しリサイクル操業方法」ともいう）が開示されている。

すなわち、脱炭スラグ炉内残しリサイクル操業方法では、還元、回収し切れていない粒鉄や酸化鉄を含有する脱炭スラグを、次チャージの脱炭吹錬へリサイクルして次チャージで脱炭吹錬中に還元、回収する。

もちろん、脱炭スラグ炉内残しリサイクル操業方法を用いることにより、脱炭スラグ中に含まれるＣａＯ分は何度も再利用できるので、ＣａＯ原単位および排出する脱炭スラグ原単位を大幅に削減することができる。

特許第３４８６８８９号明細書

最近では脱りん吹錬が７〜１０分間程度で終了するため、脱りん炉のサイクルタイムは脱炭炉のサイクルタイムに近い。このため、脱炭スラグ炉内残しリサイクル操業方法を実施する際にも、脱炭スラグの固化時間を極力短くする必要がある。しかし、特許文献１に記載された方法では、脱炭スラグを固化するのに少なくとも２分間を要するため、脱炭炉のサイクルタイムが長くなるという課題がある。

本発明の目的は、脱炭吹錬後の転炉内に残留させた脱炭スラグを例えば２分間以下の短時間で急速に固化することにより、生産性を低下することなく、次チャージの脱炭吹錬に固化した脱炭スラグを再利用する、脱りん予備処理溶銑を用いる転炉の操業方法（脱炭スラグ炉内残しリサイクル操業方法）を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、脱炭スラグ炉内残しリサイクル操業方法を実施するに際し、脱炭スラグ固化剤の粒径を小さくするとともに、脱炭吹錬後の炉内に残留させた脱炭スラグ量に対して脱炭スラグ固化剤を適正量添加することにより、上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成した。本発明は、以下に列記のとおりである。

（１）脱りん予備処理を実施済みの溶銑を転炉に装入し、生石灰およびＭｇＯ源を添加して装入塩基度を３〜５、脱炭スラグ中（ＭｇＯ）を６〜１２質量％とする条件で脱炭吹錬を行い、出鋼後に該脱炭吹錬終了時に炉内に存在した脱炭スラグの５０質量％以上を当該転炉内に残留させて、該転炉内の残留脱炭スラグへ粒径が１０ｍｍ以下の脱炭スラグ固化剤を前記残留脱炭スラグに対して１５〜１９質量％添加して、該脱炭スラグ固化剤の添加終了後２分間以内に次チャージの脱りん予備処理実施済み溶銑の装入を開始して脱炭吹錬を行うこと
を特徴とする脱りん予備処理溶銑を用いる転炉の操業方法。

（２）前記脱炭スラグ固化剤は、軽焼ドロマイト、生ドロマイト、石灰石または生石灰の一種または二種以上の組み合わせである（１）項に記載された脱りん予備処理溶銑を用いる転炉の操業方法。

本発明における残留脱炭スラグの粒径は、１０ｍｍ四方の網目を通過した残留脱炭スラグの粒径を１０ｍｍ以下とし、通過しなかった残留脱炭スラグの粒径を１０ｍｍ超えとする。

また、本発明では、炉内の残留脱炭スラグの量は、転炉を傾動して炉口からスラグを排出する際の「炉体傾動角」から推定して求められる。脱炭スラグは比較的流動性が高いため、炉体傾動角と炉内の残留脱炭スラグの量とには良い相関関係があり、この相関関係を活用して求められる。なお、この相関関係は、生成スラグ量をマスバランス計算から推定し、炉体傾動角毎の排出スラグ量を測定することにより、求められる。

本発明によれば、脱炭吹錬後の転炉内へ残留させた脱炭スラグを短時間で急速に固化することにより、生産性を低下することなく、次チャージの脱炭吹錬の際に、固化した脱炭スラグを再利用することができる。

さらに、本発明によれば、脱炭スラグの顕熱を次チャージの溶銑へ回収して熱裕度を確保でき、脱炭スラグに含まれる粒鉄およびＦｅＯを還元、回収でき、脱炭スラグに含まれるＣａＯを回収してＣａＯ原単位の削減を図ることができるとともに、脱炭スラグの排出量を削減することもできる。

本発明を実施するための形態を説明する。以降の説明では、含有濃度に関する「％」は、特に断らない限り質量％の意味で用いる。

本発明では、脱りん予備処理を実施済みの溶銑を転炉に装入し、生石灰およびＭｇＯ源を添加して装入塩基度を３〜５、脱炭スラグ中（ＭｇＯ）を６〜１２％とする条件で脱炭吹錬を行う。

装入物や添加物中の質量から計算される脱炭スラグの装入塩基度は、低塩基度過ぎると突沸等の異常反応を起こすために３以上とし、またスラグ滓化性確保のために５以下とする。

また、脱炭スラグ中（ＭｇＯ）濃度は、炉壁耐火物中のＭｇＯの溶出を抑制するため、脱炭スラグ中へのＭｇＯ飽和溶解度である６％以上とし、またスラグ滓化性確保のために１２％以下とする。

そして、出鋼後にこの脱炭吹錬終了時に転炉内に存在した脱炭スラグの５０％以上を転炉内に残留させて、転炉内の残留脱炭スラグへ粒径が１０ｍｍ以下の脱炭スラグ固化剤を残留脱炭スラグに対して１５〜１９％添加する。そして、脱炭スラグ固化剤の添加終了後２分間以内に次チャージの脱りん予備処理実施済み溶銑の装入を開始して脱炭吹錬を行うことにより、脱炭スラグ炉内残しリサイクル操業を行う。

従来は、例えば特許文献１に開示されるように、脱炭スラグ固化剤を、残留脱炭スラグに対して２０％以上の添加する必要があった。

これに対し、本発明では、脱炭スラグ固化剤の粒径を１０ｍｍ以下と小さくするとともに、脱炭吹錬後の炉内に残留させた脱炭スラグ量に対して脱炭スラグ固化剤を１５〜１９％という少量添加することにより、脱炭吹錬後の転炉内へ残留させた脱炭スラグを短時間で急速に固化することができる。

平均的に脱炭吹錬終了時の脱炭スラグ中のＣａＯ濃度は４０％程度であるから、用いる脱炭スラグ固化剤中のＣａＯ質量比率が、ＭｇＯを除く９５％とすると、残留脱炭スラグに添加した固化剤量に依存して増える次チャージの転炉内スラグ量は、２５％程度になる。

したがって、転炉内スラグの７５％を残留させて、それに脱炭スラグ固化剤を１５〜１９％添加すると、次チャージで添加する生石灰量はゼロであり、炉内スラグ量は前チャージと同じレベルが維持されることになる。

ただし、脱炭スラグを転炉外へ排出せずに脱炭スラグ固化剤を装入して脱炭スラグを固化した後に次チャージの注銑を行う操業では、炉内スラグ量を厳密に同レベルに維持する必要性はないため、本発明の効果を享受するためには５０％以上を残留させることが適切であるし、１００％を残留させる場合もあってよい。平均的に７５％を残留させれば十分である。このように、残留脱炭スラグに対する脱炭スラグ固化剤の添加量は、残留脱炭スラグの量に依存する。

このように脱炭スラグ固化剤の添加量を少量で済ませることができたため、脱炭スラグの全量残しの比率も高めることができる。なお、脱炭精錬での脱燐用として新たなスラグを少し（例えば１５ｋｇ／ｔ程度）は生成させなければならないため、脱炭スラグを全量残留すると、脱炭脱燐精錬の条件によっては、炉内スラグ量が多くなり過ぎる場合が発生するが、本発明によれば、炉内スラグ量が多くなり過ぎる場合の発生比率を低減させることができる。

なお、転炉内の残留脱炭スラグの固化は、前のチャージの吹錬終了時点からの経過時間に影響されるが、本発明では前のチャージの吹錬終了から次のチャージの溶銑装入までの時間が設備稼働率向上の観点から９分間以内という操業上の制約があるために、脱炭スラグ固化剤の添加終了時から次のチャージの注銑開始時までを２分間以内とする。

そのため、実際上あり得るバラツキを考慮に入れて、後述する実施例では、脱炭スラグ固化剤の添加終了時から１．５分間経過後の次チャージの溶銑装入開始時までに大きなフレーム発生等の問題が無いことを条件とする。

残留脱炭スラグ量に対する脱炭スラグ固化剤の添加量の比率は、小さくできるほど、後の脱炭吹錬時の自由度が高まるために好ましいが、本発明では１５％以上で安定的に脱炭スラグの固化効果を得られる。この１５％に対して、脱炭スラグ量の推測誤差を考慮に入れて、さらに４％の上積み誤差を含めた範囲が、本発明で規定する１５〜１９％の範囲である。

残留脱炭スラグ量に対する脱炭スラグ固化剤の添加量の比率が２０％以上になると、常に問題が発生するわけではないが、この比率は小さく安定しているほうが炉内スラグ量や生石灰使用量を平均的に少なくできる効果があるので、操業上好ましい。

本発明において用いる脱炭スラグ固化剤としては、軽焼ドロマイト、生ドロマイト、石灰石または生石灰の一種または二種以上の組み合わせが例示される。軽焼ドロマイト、生石灰、石灰石の粒径を１０ｍｍ以下と小さくすることにより、脱炭スラグ固化剤と溶融脱炭スラグとの接触界面積が増えて、これにより、効率よく脱炭スラグを固化できる。

生石灰のスラグ固化能力と石灰石のスラグ固化能力とは同程度である。生石灰では他の固化剤のように熱分解反応（生ドロマイト：ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２、ＭｇＣＯ_３→ＭｇＯ＋ＣＯ_２、石灰石：ＣａＣＯ_３→ＣａＯ＋ＣＯ_２）を生じないので、脱炭スラグを固化する能力は低いように思われるが、固化したスラグをミクロ観察したところ、生石灰粒中に脱炭スラグ中の溶融ＦｅＯが浸潤していたことが判明した。そのため、脱炭スラグ中の（％ＦｅＯ）は見掛け上低下し、脱炭スラグの融点が上昇して固化が迅速に進行すると考えられる。

このように、脱炭スラグ固化剤として生石灰を用いても、その粒径を１０ｍｍ以下と細粒化して脱炭スラグとの接触界面積を増やして、脱炭スラグ中ＦｅＯを生石灰中へ取り込むことにより、脱炭スラグを迅速に固化できる。

このようにして、本発明によれば、脱炭吹錬後の転炉内へ残留させた脱炭スラグを短時間で急速に固化することにより、生産性を低下することなく、次チャージの脱炭吹錬の際に、固化した脱炭スラグを再利用することができる。

以下に示す実施例により本発明の効果を確認した。
本実施例では、脱炭吹錬の終点における溶鋼中［％Ｃ］は０．０３〜０．３％とした。［％Ｃ］が低過ぎると脱炭スラグ中ＦｅＯ質量濃度が高くなって鉄ロスが過大となってしまう。一方、［％Ｃ］が高過ぎると脱炭スラグ中（ＦｅＯ）濃度が低く融点が高いので、脱炭スラグの固化速度に及ぼす脱炭スラグ固化剤の粒径や量の影響を定量評価し難くなってしまうためである。また、脱炭吹錬の終点での溶鋼温度は約１６４０〜１６８０℃とした。

脱りん溶銑（［Ｃ］約３．７％、［Ｓｉ］＝Ｔｒ．、［Ｍｎ］約０．１％、［Ｐ］約０．０２％）約２７０ｔｏｎを転炉へ装入し、上吹きランスからＯ_２ガス６５０００Ｎｍ^３／ｈｒを吹き付け、底吹き羽口からＣＯ_２ガス２０００Ｎｍ^３／ｈｒを吹き込んで脱炭吹錬を行った。

副原料としては、生石灰（ＣａＯ約９５％）、珪石（ＳｉＯ_２約１００％）、軽焼ドロマイト（ＣａＯ約６０％、ＭｇＯ約３４％）を主に用いた。また、脱炭スラグ炉内残しリサイクル操業では、脱炭スラグ固化剤として、軽焼ドロマイト、生ドロマイト（ＣａＣＯ_３約５９％、ＭｇＣＯ_３約４１％）、石灰石（ＣａＣＯ_３約１００％）、生石灰を用いた。

なお、本実施例では、脱炭スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比）、（ＭｇＯ）濃度があまり大きく変化しないように、副原料の添加量を調整した。例えば、脱炭スラグ固化剤として軽焼ドロマイトを用いた場合は、その分だけ脱炭吹錬中に添加する量を減らした。脱炭スラグ固化剤として石灰石を用いた場合にも、その分だけ脱炭吹錬中に添加する量を減らした。

装入物や添加物中の質量から計算される脱炭スラグの装入塩基度は３〜５とした。脱炭スラグ中（ＭｇＯ）濃度は、６〜１２％とした。脱炭スラグの生成量はおよそ３０ｋｇ／ｔとなるようにし、脱炭スラグ炉内残し量は２０ｋｇ／ｔとし、一部実験では全量（３０ｋｇ／ｔ）を炉内に残した。

注銑時突沸の有無は、固化剤の添加終了後、約２分間経過後に注銑した時の突沸について有無を判断した。

処理条件および結果を表１にまとめて示す。なお、表１に示す結果は、全て、ほぼ同一条件で５チャージ実施した結果の平均値である。

残留脱炭スラグに対する脱炭スラグ固化剤の合計量の割合が１５〜１９％である本発明例（条件Ｎｏ．５，７，９，１２〜１４）では、脱炭吹錬後の転炉内に残留させた脱炭スラグを短時間で急速に固化でき、また、次チャージの注銑時に突沸を生じなかった。このため、生産性を低下することなく、次チャージの脱炭吹錬に固化した脱炭スラグを再利用することができた。

これに対し、条件Ｎｏ．１〜３，１１では、添加した脱炭スラグ固化剤の粒径が本発明の範囲の上限を超えたため、脱炭吹錬後の転炉内へ残留させた脱炭スラグを短時間で急速に固化することができず、次チャージの注銑時に突沸を生じた。

条件Ｎｏ．４，６，１０では、残留脱炭スラグに対する脱炭スラグ固化剤の合計量の割合が本発明の範囲を下回ったため、脱炭スラグの固化効果を安定的に得られなくなり、次チャージの注銑時に突沸を生じた。

さらに、条件Ｎｏ．８では、添加した脱炭スラグ固化剤の粒径が本発明の範囲の上限を超えたため、脱炭吹錬後の転炉内へ残留させた脱炭スラグを短時間で急速に固化することができず、次チャージの注銑時に突沸を生じた。なお、本条件では、残留脱炭スラグに対する脱炭スラグ固化剤の合計量の割合が本発明の範囲を上回ったため、炉内スラグ量が増加し、好ましい操業条件とはならなかった。

上記の結果は、軽焼ドロマイト、生石灰、石灰石の粒径を小さくしたことにより、溶融脱炭スラグとの接触界面積が増えて、効率よく脱炭スラグを固化できたために得られた。なお、脱炭スラグ固化剤の必要量は、炉内スラグ残し量に依存する。すなわち、他の脱炭スラグ固化剤である生ドロマイトの必要量も同様である。

Claims

脱りん予備処理を実施済みの溶銑を転炉に装入し、生石灰およびＭｇＯ源を添加して装入塩基度を３〜５、脱炭スラグ中（ＭｇＯ）を６〜１２質量％とする条件で脱炭吹錬を行い、出鋼後に該脱炭吹錬終了時に炉内に存在した脱炭スラグの５０質量％以上を当該転炉内に残留させて、該転炉内の残留脱炭スラグへ粒径が１０ｍｍ以下の脱炭スラグ固化剤を前記残留脱炭スラグに対して１５〜１９質量％添加して、該脱炭スラグ固化剤の添加終了後２分間以内に次チャージの脱りん予備処理実施済み溶銑の装入を開始して脱炭吹錬を行うこと
を特徴とする脱りん予備処理溶銑を用いる転炉の操業方法。
前記脱炭スラグ固化剤は、軽焼ドロマイト、生ドロマイト、石灰石または生石灰の一種または二種以上の組み合わせである請求項１に記載された脱りん予備処理溶銑を用いる転炉の操業方法。