JP2018178260A - 転炉製鋼方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 1基の転炉を用いて溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、溶製される溶鋼の燐濃度を低くすることができると同時に生産性及び冷鉄源の溶解効率を高める。【解決手段】 本発明に係る転炉製鋼方法は、転炉内に溶銑を装入する第1工程と、転炉内の溶銑を脱珪処理する第2工程と、第2工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第3工程と、転炉内にCaO系媒溶剤を供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐処理する第4工程と、第4工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第5工程と、転炉内に残留させた溶銑を脱炭精錬する第6工程と、からなり、第6工程で発生したスラグを第4工程の脱燐処理で再利用し、且つ、第4工程で発生したスラグを第2工程の脱珪処理で再利用する。【選択図】 図2

Description

本発明は、転炉内に装入された溶銑を酸素吹錬して、溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法に関する。
製鋼スラグの発生量の低減、及び、溶鋼の品質向上のために、転炉で脱炭精錬する前に、溶銑に対して脱珪処理、脱燐処理、脱硫処理の予備処理が行われている。そのうちで転炉を用いた溶銑の脱燐処理では、酸素ガス供給流量(「送酸速度」ともいう)を大きくすることができ、高速処理が可能である。一方、溶鋼の生産量を増加する場合は、本来、脱炭精錬に使用する転炉を用いて予備処理を行うので、転炉を用いた溶銑の脱燐処理は困難となる。
また、製鋼工程における炭酸ガスの発生量低減のためには、鉄源として冷鉄源を配合して溶銑比率を低下することが有効である。転炉設備はスクラップシュートなどを用いて多量の冷鉄源の投入が可能であるが、冷鉄源を溶解するための熱補償が転炉での精錬で必要となる。
溶銑の脱燐処理は送酸しながら生石灰などのCaO系媒溶剤を添加して行うが、溶銑中の炭素も酸化除去され、その結果、溶銑の潜熱が低下する。したがって、転炉での脱炭精錬で高価なFe−Si合金などの発熱材の添加を行わない前提では、溶銑に対して脱燐処理を実施せずに冷鉄源の溶解を促進するか、脱燐処理の実施かの選択を行う必要がある。
従来、転炉での溶銑脱燐と冷鉄源の溶解とを合理的に両立させる目的で、特許文献1及び特許文献2には、脱珪・脱燐処理及び脱炭精錬を、脱珪・脱燐処理で生成したスラグを排滓する排滓工程を挟んで1つの転炉で連続して行う転炉製鋼方法が提案されている。この精錬方法では脱珪・脱燐処理後に転炉を傾動させて排滓し、引き続き脱炭精錬を実施し、脱炭精錬後のスラグは炉内に残留させて次のチャージの溶銑を装入し、次のチャージの脱珪・脱燐処理を開始している。
一方、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6には、転炉を用いた溶銑の予備処理において、前半の脱珪処理後に転炉を傾動させて脱珪処理で生成したスラグを排滓し、引き続き、転炉内に残留させた脱珪処理後の溶銑及びスラグに対してCaO系媒溶剤を添加するとともに酸素ガスを吹錬して溶銑の脱燐処理を行う、溶銑の予備処理方法が提案されている。尚、炉内のスラグを一旦排出し、新たなスラグを炉内に形成する、特許文献1〜6で開示される精錬方法を、「ダブルスラグ法」とも称している。
また、特許文献7には、転炉製鋼工程における冷鉄源溶解の効率向上を目的として、転炉内に冷鉄源と溶銑を装入する第1工程と、酸素ガスを吹込んで脱珪処理及び脱炭精錬を行う第2工程と、次いで酸素ガスの吹込みを停止して転炉内に比表面積0.5〜11.0m/tonの冷鉄源を装入する第3工程と、次いで転炉内に生石灰を装入した後に酸素ガスを吹込んで脱炭精錬と同時に脱燐処理を行ない、更に、出鋼する第4工程と、を有する精錬方法が提案されている。つまり、1回の転炉精錬で、冷鉄源を転炉内に2回装入する技術が提案されている。
特開2000−328123号公報 特開2001−192720号公報 特開2013−189714号公報 国際公開第2013/012039号 特開2013−231237号公報 特開2013−227664号公報 特開2013−133484号公報
しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。
即ち、特許文献1、2に開示される、転炉製鋼方法にダブルスラグ法を適用した、脱珪・脱燐処理→排滓工程→脱炭精錬の場合には、前半の脱珪・脱燐処理の段階で溶銑の燐濃度が十分に低下せず、且つ、排滓を完全に行うことはできないために、後半の脱炭精錬では溶製される溶鋼の低燐化が困難であるという問題がある。
一方、特許文献3〜6に開示される、溶銑予備処理にダブルスラグ法を適用した、脱珪処理→排滓→脱燐処理の場合には、脱燐処理後の溶銑の燐濃度を低くすることができ、且つ、脱炭精錬は別の転炉で行うために、溶製される溶鋼の低燐化が可能であるが、2基の転炉を用いるために生産性が低いという問題がある。
特許文献7に開示される、冷鉄源を転炉内に2回装入する技術では、2回目の冷鉄源装入時に炉内に脱珪処理で生成した低塩基度で高粘性のスラグが存在するので、装入した冷鉄源が炉内のスラグでコーテイングされた状態となり、精錬中の溶解効率が低下するという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、1基の転炉を用い、転炉内に装入された溶銑を酸素吹錬して、溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、溶製される溶鋼の燐濃度を低くすることができると同時に、転炉の生産性及び冷鉄源の溶解効率を高めることのできる転炉製鋼方法を提供することである。
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]1基の転炉で溶銑を精錬して溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法であって、転炉内に溶銑を装入する第1工程と、転炉内にCaO系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内の溶銑を脱珪処理する第2工程と、転炉を傾動させて第2工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第3工程と、転炉を直立位置に戻し、転炉内にCaO系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐処理する第4工程と、転炉を再度傾動させて第4工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第5工程と、転炉を直立位置に戻し、転炉内にCaO系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内に残留させた溶銑を脱炭精錬する第6工程と、からなり、第6工程で発生したスラグを次のチャージ以後の第4工程の脱燐処理でCaO系媒溶剤として再利用し、且つ、第4工程で発生したスラグを次のチャージ以後の第2工程の脱珪処理でCaO系媒溶剤として再利用する転炉製鋼方法。
[2]第1工程での転炉内に溶銑を装入する前、第3工程の後、第5工程の後の期間のうちの少なくとも1つの期間で、冷鉄源を転炉内へ装入する、上記[1]に記載の転炉製鋼方法。
[3]第1工程での転炉内に溶銑を装入する前に冷鉄源を転炉内に装入し、更に、第3工程の後及び/または第5工程の後に、転炉内に冷鉄源を装入する、上記[1]に記載の転炉製鋼方法。
[4]第1工程での転炉内に溶銑を装入する前、第3工程の後、第5工程の後の各期間における冷鉄源の装入量は、いずれの期間も、転炉に装入する総鉄源の10質量%以下とする、上記[2]または上記[3]に記載の転炉製鋼方法。
本発明によれば、1基の転炉で溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、脱珪処理、脱燐処理及び脱炭精錬を別々に実施し、且つ、脱珪処理及び脱燐処理の後にはそれぞれ排滓を行い、炉内にスラグを3回形成させるので、溶銑に含有されていた燐の炉外への排出が促進され、脱炭精錬後の溶鋼の燐濃度を安定して低くすることが実現される。また、脱炭精錬で生成する脱炭スラグをCaO源として次のチャージ以後の脱燐処理に再利用し、且つ、脱燐処理で生成する脱燐スラグをCaO源として次のチャージ以後の脱珪処理に再利用するので、系外に排出されるスラグは脱珪スラグだけとなり、スラグの排出量が軽減されるのみならず、脱珪スラグは塩基度が低く、未溶解CaOによるスラグの膨張がないので、スラグの利材化が容易となる。更に、本発明では、1基の転炉を用いて炉内の溶湯を炉外に排出することなく精錬するので、転炉の生産性の低下が抑制される。
また、本発明においては、冷鉄源を複数回に分けて添加可能であり、冷鉄源の溶解が促進され、炭酸ガス発生量の軽減に寄与する。
本発明に係る転炉製鋼方法を実施する際に用いる転炉の概略断面図である。 本発明に係る転炉製鋼方法を工程順に示す概略図である。
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図1は、本発明に係る転炉製鋼方法を実施する際に用いる転炉の概略断面図であり、図2は、本発明に係る転炉製鋼方法を工程順に示す概略図である。尚、図1は、図2−(C)の第2工程の脱珪処理を示す図である。
本発明に係る転炉製鋼方法では、図1に示すような上底吹き可能な転炉1を用いる。上吹きは、転炉1の内部を昇降可能な上吹きランス2を介して、上吹きランス2の先端から酸素源として酸素含有ガスを溶銑5に向けて供給して行われる。酸素含有ガスとしては、酸素ガス、酸素富化空気、空気、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用することができる。図1では、酸素含有ガスとして酸素ガス8を使用した例を示している。ここで、酸素ガス8とは工業用純酸素である。底吹きは、転炉1の底部に設けられた底吹き羽口3を介して行われる。底吹きガス9としては、酸素ガスを含むガスでも、或いはアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスのみでもよく、溶銑中に吹き込むことにより溶銑5の攪拌を強化して冷鉄源の溶解を促進する機能を有するものであればよい。
本発明においては、溶銑5の精錬に1基の転炉1を使用し、溶銑予備処理のうちの脱珪処理、脱燐処理を実施し、且つ、脱珪処理後及び脱燐処理後に排滓を実施し、更に、脱燐処理を施した溶銑に対して脱炭精錬を実施して、溶銑から溶鋼を溶製する。
本発明に係る転炉製鋼方法では、図2−(A)に示すように、転炉1にスクラップシュート10を介して冷鉄源7を装入する。尚、冷鉄源7の転炉1への装入は本発明を実施する上で必須条件ではないが、製鋼工程における炭酸ガスの発生量を低減するために、冷鉄源7の転炉1への装入を行うことが好ましい。
次いで、図2−(B)に示すように、転炉1に、装入鍋11を介して高炉から出銑され、必要に応じて脱硫処理の施された溶銑5(以下、「高炉溶銑5」と記す)を装入する(第1工程)。
その後、この転炉内の高炉溶銑5に、酸素源として酸素ガス8を供給して、図2−(C)に示すように、脱珪処理を実施する(第2工程)。高炉溶銑5に含有される珪素と酸素源中の酸素とが反応(Si+2O→SiO)して脱珪処理が進行する。この脱珪反応による珪素の酸化熱で溶銑温度が上昇し、溶銑中の冷鉄源7の溶解が促進される。
この脱珪処理前及び/または脱珪処理中に、生成するスラグ6の塩基度([質量%CaO]/[質量%SiO])(以下、単に「塩基度」とのみ表示することもある)を調整するために、CaO系媒溶剤を転炉1に添加する。脱珪処理において生成するスラグ6は「脱珪スラグ」とも呼ばれるので、以下、脱珪処理で生成するスラグ6を「脱珪スラグ6」と記す。
具体的には、脱珪処理後の脱珪スラグ6の塩基度が0.5〜1.5の範囲内となるように、CaO系媒溶剤を転炉1に添加する。
本発明においては、脱珪処理におけるCaO系媒溶剤として、脱珪処理の後工程の脱燐処理で生成するスラグ(脱燐処理で生成するスラグを「脱燐スラグ」と称す)を再利用する。これにより、脱燐スラグ中のCaO分が脱珪処理におけるCaO源として活用される。当然ではあるが、当該チャージよりも以前に行われた脱燐処理で生成した脱燐スラグを再利用する。
脱珪スラグ6の塩基度を0.5以上に制御する理由は、脱珪スラグ6の塩基度が0.5未満になると、脱珪処理中に、再利用する脱燐スラグに含有されていた3CaO・Pなる燐酸化物が分解し、分解した燐が高炉溶銑5に戻り(この現象を「復燐」という)、脱珪処理後の溶銑14の燐濃度が脱珪処理前よりも高くなることが起こるからである。脱珪スラグ6の塩基度が高くなるほど復燐は起こらず、したがって、脱珪スラグ6の塩基度を0.8以上にすることが好ましい。一方、脱珪スラグ6の塩基度が1.5を超えると、脱珪スラグ6の融点が上昇して、脱珪スラグ6の排滓時に排滓率が悪化するので、脱珪スラグ6の塩基度を1.5以下に制御する。
脱燐スラグを再利用する際に、溶融状態の脱燐スラグをスラグ保持容器に保持し、スラグ保持容器から溶融状態の脱燐スラグを転炉1に装入してもよく、また、脱燐スラグを冷却して固化させ、固化した脱燐スラグを破砕し、または、破砕せず、塊状または粉体状の脱燐スラグを転炉1に装入してもよい。脱燐スラグの塩基度は1.5〜3.5であるので、CaO系媒溶剤として機能する。脱燐スラグ以外のCaO系媒溶剤としては、生石灰、ドロマイト、炭酸カルシウムなどが使用できる。
脱珪処理のための酸素源としては、上吹きランス2からの酸素ガス8のみでもよく、また、酸素ガス8に酸化鉄(図示せず)を併用してもよい。短時間で行われる脱珪処理中に目標とする塩基度の脱珪スラグ6を形成させるためには、CaO系媒溶剤の滓化を促進させる機能を有する酸化鉄を使用することが効果的であるが、本発明では、CaO系媒溶剤として、溶融過程を経たプリメルトの脱燐スラグを使用するので、酸素ガス8のみを用いて脱珪処理を行っても、十分に目標とする塩基度の脱珪スラグ6を形成させることができる。更に、精錬容器として、強攪拌が可能な転炉1を使用するので、酸素ガス8のみを用いても、十分に目標とする塩基度の脱珪スラグ6を形成させることができる。
この脱珪処理のあとに、図2−(D)に示すように、転炉1を傾動させて、排滓工程を設け、脱珪処理で発生した、SiOを大量に含む脱珪スラグ6の少なくとも一部を転炉1の炉口から排出する(第3工程)。
脱珪処理で発生したSiOを極力炉外に排出するために、排滓率(排滓率(質量%)=(排出スラグ質量)×100/(脱珪処理終了時の炉内スラグ質量))を50質量%以上とすることが好ましい。50質量%以上の排滓率を確保するために、脱珪スラグ6の塩基度を0.5〜1.1の範囲に調整し、且つ、脱珪スラグ6の温度を1280℃以上に調整することが好ましい。
脱珪スラグ6の排滓後、転炉1を、炉口を上方に向けた直立位置に戻し、転炉内に残留させた脱珪処理後の溶銑14(以下、「脱珪溶銑14」と記す)にCaO系媒溶剤及び酸素源を供給して、図2−(E)に示すように、脱珪溶銑14に対して脱燐処理を実施する(第4工程)。脱燐処理において生成するスラグは「脱燐スラグ」とも呼ばれるので、以下、脱燐処理で生成するスラグ12を「脱燐スラグ12」と記す。
脱燐処理においては、炉内の脱燐スラグ12の塩基度は1.5〜3.5の範囲に調整する。スラグの塩基度が高いほどスラグの燐酸化物(3CaO・Pなる)の吸収能が高くなって脱燐反応が促進されるので、脱燐反応を促進するために、脱燐スラグ12の塩基度を1.5以上に制御する。一方、脱燐スラグ12の塩基度が3.5を超えると、滓化性が悪くなり、脱燐反応が遅くなるので、脱燐スラグ12の塩基度を3.5以下に制御する。
本発明では、脱燐スラグ12の塩基度を調整するためのCaO系媒溶剤として、脱燐処理の後工程の脱炭精錬で生成するスラグ(脱炭精錬で生成するスラグを「脱炭スラグ」と称す)を再利用する。これにより、脱炭スラグ中のCaO分が脱燐処理におけるCaO源として活用される。当然ではあるが、当該チャージよりも以前に行われた脱炭精錬で生成した脱炭スラグを再利用する。
脱炭スラグを再利用する際に、溶融状態の脱炭スラグをスラグ保持容器に保持し、スラグ保持容器から溶融状態の脱炭スラグを転炉1に装入してもよく、また、脱炭スラグを冷却して固化させ、固化した脱炭スラグを破砕し、または、破砕せず、塊状または粉体状の脱炭スラグを転炉1に装入してもよい。脱炭スラグの塩基度は2.5〜5.0であるので、CaO系媒溶剤として機能する。
脱炭スラグ以外のCaO系媒溶剤としては、生石灰、ドロマイト、炭酸カルシウムなどが使用できる。但し、これらに限定されず、CaOを50質量%以上含有し、必要に応じてフッ素やアルミナなどの他の成分を含有するものも、脱燐処理時のCaO系媒溶剤として使用することができる。このCaO系媒溶剤の添加方法としては、粒状及び塊状のものは炉上のホッパーから、粉状のものは上吹きランス2を介するなどして投入することができる。
この脱燐処理工程において使用する酸素源は、脱珪処理と同様に、上吹きランス2からの酸素ガス8を主体とするが、一部酸化鉄を使用しても構わない。
脱珪溶銑14に含有される燐は供給される酸素源中の酸素に酸化されて燐酸化物(P)となり、この燐酸化物が、CaO系媒溶剤の滓化によって形成され、脱燐精錬剤として機能する脱燐スラグ12に3CaO・Pなる安定形態の化合物として取り込まれ、脱珪溶銑14の脱燐反応が進行する。脱燐反応が進行して脱珪溶銑14の燐濃度が所定の値に低下したなら、脱燐処理を終了する。
後工程の脱炭精錬によって溶製される溶鋼の燐濃度を安定して低下するためには、脱燐処理後の溶銑15(以下、「脱燐溶銑15」と記す)の燐濃度が0.040質量%以下になるまで、脱燐処理を行うことが好ましい。
この脱燐処理のあとに、図2−(F)に示すように、転炉1を再度傾動させて、排滓工程を設け、脱燐処理で発生した、3CaO・Pを含有する脱燐スラグ12の少なくとも一部を転炉1の炉口からスラグ保持容器(図示せず)に排出する(第5工程)。
スラグ保持容器内の脱燐スラグ12を、前述したように、溶融状態のまま、または、冷却して固化させた後に、次のチャージ以後の脱珪処理におけるCaO系媒溶剤として再利用する。
脱燐処理で発生した3CaO・Pを極力炉外に排出するために、排滓率(排滓率(質量%)=(排出スラグ質量)×100/(脱燐処理終了時の炉内スラグ質量))を50質量%以上とすることが好ましい。
脱燐スラグ12の排滓後、転炉1を、炉口を上方に向けた直立位置に戻し、転炉内に残留させた脱燐処理後の脱燐溶銑15にCaO系媒溶剤及び酸素源を供給して、図2−(G)に示すように、脱燐溶銑15に対して脱炭精錬を実施する(第6工程)。
脱炭精錬においては、炉内のスラグ13の塩基度は2.5〜5.0に調整する。これは、脱炭精錬では、脱燐処理で得られた脱燐溶銑15を脱燐処理よりも更に低い濃度まで脱燐する必要があり、そのためには、塩基度の下限値を脱燐処理よりも高める必要があるからである。一方、脱炭精錬は、脱燐処理に比較して上吹き酸素ガス流量が多く、溶湯の攪拌が強いので、塩基度が5.0以下であれば炉内のスラグ13は十分に滓化する。脱炭精錬において生成するスラグは「脱炭スラグ」とも呼ばれるので、以下、脱炭精錬で生成するスラグ13を「脱炭スラグ13」と記す。
脱炭精錬で使用するCaO系媒溶剤としては、生石灰、ドロマイト、炭酸カルシウムなどが使用できる。但し、これらに限定されず、CaOを50質量%以上含有し、必要に応じてフッ素やアルミナなどの他の成分を含有するものも、脱炭精錬時のCaO系媒溶剤として使用することができる。このCaO系媒溶剤の添加方法としては、粒状及び塊状のものは炉上のホッパーから、粉状のものは上吹きランス2を介するなどして投入することができる。また、脱炭精錬において使用する酸素源は、上吹きランス2からの酸素ガス8を主体とする。
脱炭精錬後、図2−(H)に示すように、転炉1を出湯口4が設置された側に傾動させて、溶製された転炉内の溶鋼16を出湯口4を介して取鍋などの溶鋼保持容器(図示せず)に出鋼する。
溶鋼16の出鋼後、炉口が下方に位置するように転炉1を傾動させ、炉口から炉内の脱炭スラグ13をスラグ保持容器(図示せず)に排出する。スラグ保持容器内の脱炭スラグ13を、前述したように、溶融状態のまま、または、冷却して固化させた後に、次のチャージ以後の脱燐処理におけるCaO系媒溶剤として再利用する。
脱炭スラグ13が排出された後の転炉1に、図2−(A)に示すように冷鉄源7を転炉1に装入し、更に、図2−(B)に示すように高炉溶銑5を転炉1に装入し、次のチャージの脱珪処理を開始する。
本発明に係る転炉製鋼方法において、生産性の向上及び炭酸ガスの排出量削減のために、冷鉄源7を可能な限り多く装入することが好ましい。この観点から、第1工程での転炉内に溶銑を装入する前、第3工程の後、第5工程の後の期間のうちの少なくとも1つの期間で、転炉内へ冷鉄源を装入することが好ましい。特に、前述したように、第1工程での、高炉溶銑5を転炉1に装入する前に転炉1に冷鉄源7を装入し、更に、脱珪処理(第2工程)で生成した脱珪スラグ6を排滓する第3工程の後、及び/または、脱燐処理(第4工程)で生成した脱燐スラグ12を排滓する第5工程の後に、転炉内に冷鉄源7を装入することがより好ましい。転炉内への冷鉄源の装入量は、冷鉄源の未溶解を抑制する観点から、いずれの期間も、転炉に装入する総鉄源の10質量%以下とすることが好ましい。冷鉄源7の総装入量が同じ場合も、冷鉄源7を分散して装入することで、冷鉄源7の溶解が促進される。ここで、総鉄源とは、当該チャージにおいて転炉内へ装入される溶銑の質量及び冷鉄源の質量の和である。
また、冷鉄源7の装入量を多くする場合には、冷鉄源7の溶解に高炉溶銑5が含有する珪素の燃焼熱を利用することが好ましい。したがって、その場合には、高炉鋳床での脱珪処理は行わないことが望ましい。
以上説明したように、本発明によれば、1基の転炉1で高炉溶銑5から溶鋼16を溶製する転炉製鋼方法において、脱珪処理、脱燐処理及び脱炭精錬を別々に実施し、且つ、脱珪処理及び脱燐処理の後にはそれぞれ排滓を行い、炉内にスラグを3回形成(トリプルスラグ法)させるので、高炉溶銑5に含有されていた燐の炉外への排出が促進され、転炉製鋼方法にダブルスラグ法を適用した場合に問題であった、脱炭精錬後の溶鋼16の低燐化を安定して実現することが可能となる。また、脱炭精錬で生成する脱炭スラグ13をCaO源として次のチャージ以後の脱燐処理に再利用し、且つ、脱燐処理で生成する脱燐スラグ12をCaO源として次のチャージ以後の脱珪処理に再利用するので、系外に排出されるスラグは脱珪スラグ6だけとなり、スラグの排出量が軽減されるのみならず、脱珪スラグ6は塩基度が低く、未溶解CaOによるスラグの膨張がないので、スラグの利材化が容易となる。更に、本発明では、1基の転炉1を用いて炉内の溶湯を炉外に排出することなく精錬するので、転炉1の生産性の低下が抑制される。
図1に示すような容量300トンの転炉を用いて本発明に係る転炉製鋼方法を実施した(本発明例1)。また、比較のために、排滓を脱燐処理後の1回のみとする、脱燐処理後に脱燐溶銑を出湯し、別の転炉に装入して脱炭精錬を行う、または、脱炭スラグや脱燐スラグを再利用しない試験操業(比較例1〜3)も実施した。
表1に、本発明例1及び比較例1〜3における、転炉を用いた脱珪処理、脱燐処理、脱炭精錬での上吹き酸素ガス及び攪拌用の底吹き窒素ガスの供給条件、吹錬時間、精錬する溶銑の質量を示す。
また、表2に本発明例1及び比較例1〜3の試験条件を示す。表2に示すように、本発明例1及び比較例1〜3では冷鉄源を装入しないで試験した。
比較例1は、脱珪・脱燐処理→排滓→脱炭精錬のダブルスラグ法、比較例2は、脱珪処理→排滓→脱燐処理→出湯→別の転炉に再装入→脱炭精錬のダブルスラグ法、比較例3は、脱珪処理→排滓→脱燐処理→排滓→脱炭精錬のトリプルスラグ法であるが、脱炭スラグ及び脱燐スラグの再利用を行わない条件である。本発明例1は、脱珪処理→排滓→脱燐処理→排滓→脱炭精錬のトリプルスラグ法であり、且つ、脱炭スラグを脱燐処理へ再利用し、脱燐スラグを脱珪処理へ再利用した。
本発明例1におけるスラグの再利用方法は、脱炭精錬で発生した脱炭スラグは、一旦冷却し、1mm以下に粉砕したものを次のチャージ以後の脱燐処理において上吹きランスから酸素ガスとともに脱珪溶銑に向けて投射した。また、脱燐処理で発生した脱燐スラグは、クレーンで傾動可能な専用スラグ鍋(スラグ保持容器の1種)に溶融状態のまま保持し、次のチャージの脱珪処理において、冷鉄源の装入を行う場合は、冷鉄源の装入→溶銑装入後にスラグ鍋から転炉内に装入し、冷鉄源の装入を行わない場合は、溶銑装入後にスラグ鍋から転炉内に装入して、CaO源として再利用した。
本発明例1及び比較例1〜3における冶金特性、生産性、CaO系媒溶剤原単位を表3に示す。表3は、各試験とも20チャージの平均値であり、表3の総処理時間は、精錬開始の溶銑装入から最終の脱炭精錬終了、出鋼、排滓までの時間である。
比較例1は、脱珪・脱燐処理後の排滓のみであり、したがって、総処理時間が短い。しかしながら、脱珪・脱燐処理後の排滓時点の溶銑中燐濃度が高く(0.055質量%)、また、排滓率が60質量%であったため、脱炭精錬中に炉内に残留する燐量が多く、脱炭精錬後の溶鋼の燐濃度が高かった(0.012質量%)。
比較例2は、脱珪処理後の排滓に加え、脱燐処理後に出湯して排滓し、脱燐溶銑を別の転炉に再度装入するので、総処理時間が長いという問題があった。しかし、脱燐処理によって脱燐溶銑は低燐化されており、且つ、脱燐スラグがほぼ完全に炉外に除去されるため、脱炭精錬後の溶鋼の燐濃度は低かった。
比較例3は、トリプルスラグ法であり、比較例1に比べて総処理時間は長いが、出湯・再装入を行う比較例2に対しては総処理時間が短い。また、脱燐溶銑は低燐化されており、脱燐スラグがほぼ完全に炉外に除去される比較例2と比べると脱燐スラグの除去率は低いものの、脱炭精錬後の溶鋼の低濃化が実現されていた。但し、スラグを再利用していないので、生石灰原単位は28kg/溶鋼−tと高位であった。
比較例1〜3に対して、本発明例1では、比較例3と同等の生産性、冶金特性であり、脱炭スラグを脱燐処理へ再利用し、且つ、脱燐スラグを脱珪処理へ再利用しているので、生石灰原単位は20kg/溶鋼−tと低位であった。
次に、冷鉄源の転炉への装入時期及び装入量を変化させて冷鉄源の溶解状況を比較する試験を行った(本発明例2〜8)。
精錬方法は、本発明例1と同一であり、脱珪処理→排滓→脱燐処理→排滓→脱炭精錬のトリプルスラグ法で、且つ、脱炭スラグを脱燐処理へ再利用し、脱燐スラグを脱珪処理へ再利用した。本発明例2〜8で、冷鉄源の装入量は、転炉に装入する総鉄源の25質量%の一定とした。つまり、総鉄源を300トンとし、1チャージあたり225トンの高炉溶銑に対して、1チャージあたり75トンの冷鉄源を装入した。75トンの冷鉄源のうちで、60質量%分の45トンの冷鉄源は、厚さ10mm以上の重量屑を切断したものを使用し、残りの40質量%分の30トンは、厚さ10mm未満の軽量屑を使用した。本発明例2〜8における冷鉄源の装入条件を表4に示す。
表4に示すように、総鉄源の合計25質量%分の冷鉄源を溶解するにあたり、本発明例2では、高炉溶銑の装入前に5質量%(軽量屑=15トン)、脱珪スラグの排滓後に10質量%(軽量屑=15トン、重量屑=15トン)、脱燐スラグの排滓後に10質量%(重量屑=30トン)の冷鉄源を転炉内に装入した。
本発明例3では、高炉溶銑の装入前に、75トンの全ての冷鉄源を転炉内に装入し、本発明例4では、高炉溶銑の装入前に15質量%(軽量屑=30トン、重量屑=15トン)、脱珪スラグの排滓後に10質量%(重量屑=30トン)の冷鉄源を転炉内に装入した。
本発明例5では、高炉溶銑の装入前に10質量%(軽量屑=15トン、重量屑=15トン)、脱珪スラグの排滓後に15質量%(軽量屑=15トン、重量屑=30トン)の冷鉄源を転炉内に装入し、本発明例6では、高炉溶銑の装入前に5質量%(重量屑=15トン)、脱珪スラグの排滓後に15質量%(軽量屑=15トン、重量屑=30トン)、脱燐スラグの排滓後に5質量%(軽量屑=15トン)の冷鉄源を転炉内に装入した。
本発明例7では、高炉溶銑の装入前に5質量%(重量屑=15トン)、脱珪スラグの排滓後に5質量%(軽量屑=15トン)、脱燐スラグの排滓後に15質量%(軽量屑=15トン、重量屑=30トン)の冷鉄源を転炉内に装入し、本発明例8では、高炉溶銑の装入前に15質量%(軽量屑=15トン、重量屑=30トン)、脱珪スラグの排滓後に5質量%(軽量屑=15トン)、脱燐スラグの排滓後に5質量%(重量屑=15トン)の冷鉄源を転炉内に装入した。
本発明例3では、脱珪処理後の排滓時、及び、脱燐処理後の排滓時に転炉を傾動させた際に、炉底に未溶解の冷鉄源が確認された。また、脱炭精錬後の出鋼後に、炉内に残留させた脱炭スラグに混じって未溶解の冷鉄源が確認された。
本発明例4及び本発明例5では、本発明例3と同様に、脱珪処理後の排滓時、及び、脱燐処理後の排滓時に未溶解の冷鉄源が一部炉底に観察された。また、脱炭精錬後の出鋼後に、炉内に残留させたスラグに混じって少量の未溶解の冷鉄源が観察された。
本発明例6〜本発明例8では、本発明例4及び本発明例5に比較して、冷鉄源の残留量は少ないものの、炉底や脱炭精錬後の出鋼後に炉内に残留させたスラグに混じって未溶解の冷鉄源が僅かに確認された。
これに対して、本発明例2においては、脱珪処理の排滓時、脱燐処理後の排滓時、及び、脱炭精錬後の排滓時に未溶解の冷鉄源は確認されなかった。
このように、同一量の冷鉄源を装入する場合でも、冷鉄源の装入時期を分散させることで、炉底への未溶解冷鉄源の付着や、スラグとの混合による冷鉄源の未溶解が軽減されることがわかった。また、冷鉄源を分散させる場合でも、各工程、即ち、溶銑装入前、脱珪処理後の排滓後、脱燐処理後の排滓後において、総鉄源の10質量%を超える量の冷鉄源を装入すると、炉底への未溶解冷鉄源の付着や、スラグとの混合による冷鉄源の未溶解が発生する。したがって、溶銑装入前、脱珪処理後の排滓後、脱燐処理後の排滓後に転炉内に装入する冷鉄源の量は、いずれの期間も、総鉄源の10質量%以下に制御することが好ましいことが確認できた。尚、冷鉄源の溶解挙動の比較を行った本発明例2〜本発明例8における脱珪反応、脱燐反応及び脱炭反応の冶金特性は本発明例1と同様であった。
1 転炉
2 上吹きランス
3 底吹き羽口
4 出湯口
5 高炉溶銑
6 脱珪スラグ
7 冷鉄源
8 酸素ガス
9 底吹きガス
10 スクラップシュート
11 装入鍋
12 脱燐スラグ
13 脱炭スラグ
14 脱珪溶銑
15 脱燐溶銑
16 溶鋼

Claims (4)

  1. 1基の転炉で溶銑を精錬して溶銑から溶鋼を溶製する転炉製鋼方法であって、
    転炉内に溶銑を装入する第1工程と、
    転炉内にCaO系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内の溶銑を脱珪処理する第2工程と、
    転炉を傾動させて第2工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第3工程と、
    転炉を直立位置に戻し、転炉内にCaO系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐処理する第4工程と、
    転炉を再度傾動させて第4工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する第5工程と、
    転炉を直立位置に戻し、転炉内にCaO系媒溶剤を供給し、且つ、転炉内の溶銑を底吹きガスによって攪拌しつつ上吹きランスから酸素ガスを溶銑に供給して転炉内に残留させた溶銑を脱炭精錬する第6工程と、
    からなり、
    第6工程で発生したスラグを次のチャージ以後の第4工程の脱燐処理でCaO系媒溶剤として再利用し、且つ、
    第4工程で発生したスラグを次のチャージ以後の第2工程の脱珪処理でCaO系媒溶剤として再利用する転炉製鋼方法。
  2. 第1工程での転炉内に溶銑を装入する前、第3工程の後、第5工程の後の期間のうちの少なくとも1つの期間で、冷鉄源を転炉内へ装入する、請求項1に記載の転炉製鋼方法。
  3. 第1工程での転炉内に溶銑を装入する前に冷鉄源を転炉内に装入し、更に、第3工程の後及び/または第5工程の後に、転炉内に冷鉄源を装入する、請求項1に記載の転炉製鋼方法。
  4. 第1工程での転炉内に溶銑を装入する前、第3工程の後、第5工程の後の各期間における冷鉄源の装入量は、いずれの期間も、転炉に装入する総鉄源の10質量%以下とする、請求項2または請求項3に記載の転炉製鋼方法。
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