JP2016180161A

JP2016180161A - 鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP2016180161A
Application number: JP2015061903A
Authority: JP
Inventors: 知宜窪田; Tomoyoshi Kubota; 智史大山; Tomoji Oyama; 亀田　澄広; Sumihiro Kameda; 澄広亀田; 秀栄田中; Hideshige Tanaka
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: JP6269974B2

Abstract

【課題】フリーＣａＯを高濃度で含有する転炉スラグを、スラグボリュームを増加することなく、従来技術よりも増して再利用することができる鋼の溶製方法を提案する。
【解決手段】転炉で溶銑を脱炭吹錬して溶鋼を製造する際、好ましくは出鋼温度を１６６０℃以下として溶製するチャージに対して、脱炭吹錬で発生したＰ_２Ｏ_５濃度が３ｍａｓｓ％以下の転炉スラグを造滓材として上記転炉に溶銑１ｔあたり１０ｋｇ超え投入することを特徴とする鋼の溶製方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼の溶製方法に関し、具体的には、転炉で溶銑を脱炭吹錬して鋼を溶製する際、転炉スラグを有効に再利用する鋼の溶製方法に関するものである。

製鉄所内で発生する高炉スラグや製鋼スラグ、ダスト等の産業廃棄物については、従来、路盤材や埋め立て等に使用されてきた。しかし、近年、環境保護の観点等から、積極的に再利用することが行われており、例えば、製鋼工程で発生する転炉スラグ（脱炭スラグ、脱Ｐスラグ）には未滓化のＣａＯが多く含まれることに着目し、焼結原料に添加されるＣａＯ分の代替品として使用したり、転炉スラグとして再利用したりする技術等が提案されている。

後者の例としては、例えば、特許文献１には、路盤材に適さないフリーＣａＯ濃度が５ｍａｓｓ％以上の高フリーＣａＯ濃度の転炉スラグの再利用方法として、溶銑予備脱燐銑の脱炭吹錬で発生した転炉スラグのうち、フリーＣａＯ濃度が５ｍａｓｓ％以上のものを、吹錬後のスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が３．０以上５．０以下となり、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が４．０ｍａｓｓ％以下となるよう、転炉に投入して、溶銑予備脱燐処理を実施していない溶銑の脱燐剤の一部として使用する技術が提案されている。

特開２０１０−２４２１６５号公報

上記特許文献１の技術により、高フリーＣａＯ濃度の転炉スラグの再利用が可能となった。しかし、その使用可能量は、溶銑１ｔあたり最大で１０ｋｇでしかない。
また、転炉スラグ中に含まれる未滓化のＣａＯは、一般に５〜１０ｍａｓｓ％程度であるため、転炉スラグを、石灰分の代替材として用いると、スラグ全体のボリュームが増加し過ぎて、鉄歩留りの低下を招いたり、スラグフォーミングが起こって転炉操業に支障を来したりするという問題がある。

本発明は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フリーＣａＯを高濃度で含有する転炉スラグを、従来技術よりも増して再利用することができる鋼の溶製方法を提案することにある。

発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。その結果、転炉に投入して再利用する転炉スラグのＰ_２Ｏ_５濃度を３ｍａｓｓ％以下に制限するとともに、投入する対象を１６６０℃以下の低温出鋼材の限定することで、転炉への投入量を大幅に増大することができることを見出し、本発明を開発するに至った。

上記知見に基く本発明は、転炉で溶銑を脱炭吹錬して溶鋼を製造する際、脱炭吹錬で発生したＰ_２Ｏ_５濃度が３ｍａｓｓ％以下の転炉スラグを造滓材として上記転炉に投入することを特徴とする鋼の溶製方法を提案する。

本発明の上記鋼の溶製方法は、上記転炉スラグの投入を、出鋼温度を１６６０℃以下として溶製するチャージに対して行うことを特徴とする。

また、本発明の上記鋼の溶製方法は、上記転炉スラグを、溶銑１ｔあたり１０ｋｇ以上投入することを特徴とする。

また、本発明の上記鋼の溶製方法は、上記転炉スラグの投入を、脱炭吹錬後の溶鋼中Ｃ濃度を０．１ｍａｓｓ％以下として溶製するチャージに対して行うことを特徴とする。

本発明によれば、再利用する転炉スラグのＰ_２Ｏ_５濃度を制限するとともに、投入する対象チャージを低温出鋼材に限定することで、スラグボリュームを大きく増加させることなく、溶銑１ｔあたり１０ｋｇを超える転炉スラグを再利用することができるので、石灰の使用量を削減したり、スラグ中への鉄ロスを抑制して鉄歩留りを向上したりすることが可能となる。

実施例の発明例と比較例の鉄歩留りと鉄ロスを示すグラフである。

転炉スラグを転炉での鋼の溶製における造滓材として再利用する目的は、転炉スラグ中には、未滓化のＣａＯ、すなわち、フリーＣａＯが多量に含まれているため、これを脱燐剤や脱硫剤として添加している石灰の代替材として使用することにより、転炉スラグの再利用率向上と、副原料コストの低減を図るためである。しかし、転炉スラグ中に含まれるＣａＯ濃度は５〜１０ｍａｓｓ％程度（塊石灰の１／２０程度）であるため、多量に投入する必要があり、スラグボリュームが増大してスラグ中への鉄ロスが増加し、鉄歩留りの低下を招く。また、スラグボリュームが増大すると、フォーミングを起こして生産性を阻害する。そのため、従来技術においては、転炉スラグの使用量は、溶銑１ｔあたり１０ｋｇ以下に制限されていた。

そこで、本発明は、転炉で溶銑を脱炭吹錬して溶鋼を製造する際、造滓材として転炉に投入する転炉スラグを、Ｐ_２Ｏ_５濃度が３ｍａｓｓ％以下のものに限定するとともに、転炉スラグを投入する対象を低温で出鋼するチャージ、好ましくは１６６０℃以下の温度で出鋼するチャージに制限することで、投入する転炉スラグ量を溶銑１ｔあたり１０ｋｇ超えとすることを可能とした技術である。

ここで、転炉に投入する転炉スラグのＰ_２Ｏ_５濃度を３ｍａｓｓ％以下に限定する理由について説明する。
転炉で鋼を溶製する場合、低温出鋼材では、吹錬終了後のスラグ中のＰ_２Ｏ_５濃度は、通常、４ｍａｓｓ％以上となる。したがって、再利用する転炉スラグのＰ_２Ｏ_５濃度を４ｍａｓｓ％未満に制限した場合には、上記Ｐ_２Ｏ_５濃度の差分が脱燐に寄与するので、転炉スラグ中に含まれる未滓化ＣａＯ分以上の脱Ｐ能を発揮し、その分、造滓材として投入する石灰の量を削減することができるだけでなく、転炉スラグの添加量を削減し、スラグボリュームの増加を抑制することができるので、それらによる鉄ロスをも低減することができる。

さらに、本発明で再利用する転炉スラグ中に含まれるトータルＦｅ（Ｔ．Ｆｅ）は１６〜１９ｍａｓｓ％程度であることが好ましい。というのは、転炉での脱炭吹錬終了時のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度とほぼ同等であるので、投入した転炉スラグとの鉄分収支はゼロとなり、削減した塊石灰がスラグとなって系外に持ち出される鉄分を削減することができるので、鉄歩留りのさらなる向上を図ることができるからである。

しかし、Ｐ_２Ｏ_５濃度が４ｍａｓｓ％未満であっても、３ｍａｓｓ％超えでは、上記効果が小さく、溶銑１ｔあたりの転炉スラグ投入量を特許文献１の技術を上回る１０ｋｇ超えを安定して実現することができない。そこで、本発明では、再利用する転炉スラグ中のＰ_２Ｏ_５濃度を３ｍａｓｓ％以下に制限する。好ましくは２．６ｍａｓｓ％以下である。

ここで、本発明における転炉スラグの投入量は、溶銑１ｔあたり１０ｋｇ超えとすることが好ましい。１０ｋｇ以下では、特許文献１に開示の従来技術と違いはないからである。より好ましくは１５ｋｇ以上、さらに好ましくは２０ｋｇ以上である。なお、転炉スラグの投入量の上限については、転炉に無煙炭やコークス、Ｆｅ−Ｓｉ等の追加熱源を投入する必要を生じない範囲内であればよく、特に制限はない。

また、本発明を適用する対象を、出鋼温度が低いチャージに限定する理由は、低温で生成する転炉スラグほど、脱炭吹錬終了後の転炉スラグのＰ分配比（スラグ中Ｐ濃度／溶鋼中のＰ濃度）が高く、したがって、転炉スラグ中のＰ_２Ｏ_５濃度が高くなるからである。具体的には、出鋼温度を１６６０℃以下とするチャージに限定するのが好ましい。出鋼温度が１６６０℃を超えると、転炉スラグ中のＰ_２Ｏ_５濃度が４ｍａｓｓ％未満となり、本発明の効果を享受できなくなるおそれがあるからである。なお、本発明は、出鋼温度が１６４０℃以下のチャージに対して適用するのが好ましい。

なお、上記のように１６６０℃以下の温度で出鋼する鋼種としては、極低炭素鋼用鋼のように、脱炭吹錬後の溶鋼中Ｃ濃度（出鋼Ｃ）を０．１ｍａｓｓ％以下として溶製するものがある。したがって、脱炭吹錬後の溶鋼中Ｃ濃度を０．１ｍａｓｓ％以下として溶製するチャージに対して本発明を適用し、転炉スラグを投入することが好ましい。

また、転炉スラグを投入するタイミングは、通常の造滓材と同じタイミングでよく、例えば、脱炭吹錬開始時から徐々に添加するのが好ましい。

Ｐの含有量が０．１０ｍａｓｓ％以上の溶銑を上底吹き転炉で脱炭吹錬してＣ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０２０ｍａｓｓ％以下の鋼を、出鋼温度を１６６０℃以下として溶製する際、造滓材として転炉スラグを溶銑１ｔあたり１０ｋｇ超え投入する本発明の鋼の溶製方法（発明例）と、転炉スラグを溶銑１ｔあたり１０ｋｇ以下投入する従来技術の鋼の溶製方法（比較例）とを比較する実験を各々５０チャージずつ実施した。
なお、上記実験に用いた転炉スラグは、本発明例では、Ｔ．Ｆｅ濃度が１７〜１９ｍａｓｓ％、Ｐ_２Ｏ_５濃度が２．５〜２．６ｍａｓｓ％のものを、また、比較例では、Ｔ．Ｆｅ濃度が１７〜１９ｍａｓｓ％、Ｐ_２Ｏ_５濃度が３．２〜３．５ｍａｓｓ％のものを用いた。また、転炉スラグの投入量は、本発明例では、溶銑１ｔあたりの投入量は、１５ｋｇ以上を目標とし、追加の熱源を投入しないで済む最大量とし、また、比較例では、スラグボリュームが増加し、鉄ロスが増大するのを防止するため、１０ｋｇ／ｔ以下の量に制限した。

表１に、上記実験における脱炭吹錬条件（溶銑中のＰ濃度、ＣａＯ投入量、転炉スラグ投入量）、出鋼温度、出鋼成分（Ｃ，Ｐ濃度）、脱炭吹錬後の転炉スラグの塩基度、スラグボリュームおよび鉄ロスを示した。この結果から、使用した溶銑中のＰ濃度および脱炭吹錬後の溶鋼中のＰ濃度は、従来技術を適用した比較例および本発明を適用した発明例とで差はないが、溶銑１ｔあたりの転炉スラグの投入量は、比較例では２．７ｋｇでしかないのに対して、本発明例では２２．２ｋｇと、目標を大幅に上回る量の転炉スラグを投入できている。また、ＣａＯの投入量は、比較例が２１．２ｋｇ／ｔであるのに対し、本発明例では１４．２ｋｇ／ｔと約２／３に削減できており、鉄ロスも、比較例が８．６４ｋｇ／ｔであるのに対して、本発明例では４．７２ｋｇ／ｔと約１／２まで低減されている。しかも、スラグボリュームは、比較例と本発明例とで差はない。その結果、図１に示したように、本発明の鉄歩留りは９７．８９％と、比較例の９７．０７％に対して約０．８％も向上している。なお、表２には、本発明例と比較例の脱炭吹錬後の転炉スラグの平均成分組成を示したが、両スラグの組成に違いはない。
以上の結果から、本発明によれば、スラグボリュームを増加させることなく、溶銑１ｔあたり１０ｋｇを超える転炉スラグを再利用することが可能となるだけでなく、石灰の使用量を削減し、かつ、鉄歩留りを向上することができることが確認された。

Claims

転炉で溶銑を脱炭吹錬して溶鋼を製造する際、脱炭吹錬で発生したＰ_２Ｏ_５濃度が３ｍａｓｓ％以下の転炉スラグを造滓材として上記転炉に投入することを特徴とする鋼の溶製方法。
上記転炉スラグの投入を、出鋼温度を１６６０℃以下として溶製するチャージに対して行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼の溶製方法。
上記転炉スラグを、溶銑１ｔあたり１０ｋｇ以上投入することを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の溶製方法。
上記転炉スラグの投入を、脱炭吹錬後の溶鋼中Ｃ濃度を０．１ｍａｓｓ％以下として溶製するチャージに対して行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼の溶製方法。