JP3333339B2 - 脱炭滓をリサイクルする転炉製鋼法 - Google Patents

脱炭滓をリサイクルする転炉製鋼法

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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は脱炭滓をリサイクルする
転炉製鋼法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】製鋼トータルコストのミニマム化や低燐
鋼の安定溶製に関して、従来、溶銑の脱燐法として、
(1)トピードカー内の溶銑に対して脱燐用フラックス
(酸化鉄、生石灰等)をインジェクションして予備脱燐
を行う方法、(2)取鍋内の溶銑に対して脱燐用フラッ
クスをインジェクション、もしくは吹き付けを行い予備
脱燐を行う方法、あるいは、(3)2基の転炉を用い
て、一方で脱燐を行い、他方で脱炭を行う方法(例え
ば、特開昭63−195210号公報)が用いられてい
る。しかしながら、(1),(2)の方法は、(T・F
e)が低く(CaO/SiO2 )が高いスラグを用いる
ため脱燐と同時に脱硫反応が進行するという利点がある
ものの、酸化剤として鉄鉱石やスケール粉に代表される
酸化鉄を用いているため、処理中に温度が低下し、次工
程である転炉でのスクラップ消費量が低下し溶鋼生産量
が低減するという問題がある。一方、(3)の方法にお
いては、酸化剤としては酸素ガスを用い、脱燐処理時の
温度制御のためにスクラップを用いることができるた
め、スクラップ消費量の低下はないものの、溶銑脱燐処
理と脱炭とを別の反応容器で行うため、溶銑の移し変え
に伴う熱ロスが発生しスクラップの消費量を低減させて
いる。
【0003】さらに、特開平4−072007号公報に
おいては、溶銑の装入、脱燐脱硫精錬、排滓、脱炭精
錬、出鋼、脱炭スラグを残したまま次チャージの溶銑装
入、という工程を連続する溶鋼製造法が開示されてい
る。この方法では、溶銑の移し変えに伴う熱ロスは発生
しないが、脱炭スラグは(T・Fe)が高いため溶融状
態で次チャージの溶銑を装入すると、溶銑中の炭素と急
激に反応し溶銑とスラグが炉外に噴出する、いわゆる突
沸が起こるという問題がある。これを回避するために、
溶銑装入前に、石灰石やスクラップを冷材としてスラグ
に添加し、転炉を数回傾動させるという手法がとられて
いるが、長時間を有するため生産性を著しく阻害すると
いう問題がある。
【0004】ところで、特開昭61−56223号公報
においては、転炉へのスラグコーティング方法として、
炉内に残留させた脱炭滓に上吹きランスから空気又は遅
反応性ガスを吹き付け、スラグを炉壁へはね上げる方法
が開示されている。しかし、この方法では短時間で効率
的にスラグを炉壁へはね上げる条件や炉底耐火物の溶損
を防止する条件や、その状態で次チャージ溶銑を受銑し
た時の突沸回避条件に関する記述がなく、そのままでは
適用できないという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特開平4−
072007号公報に開示された技術における、溶銑装
入時の突沸を回避するために長時間を有するため生産性
を著しく阻害するという問題や、特開昭61−5622
3号公報に開示された技術における、短時間で効率的に
スラグを炉壁にはね上げる条件や炉底耐火物の溶損を防
止しつつ突沸を回避する条件に関する記述がなく、その
ままでは適用できないという問題を解決し、突沸の危険
がなく高い生産性をもって脱炭滓のリサイクルを可能に
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、炉内に残
留させた脱炭滓に上吹きランスからガスを吹き付けスラ
グを炉壁へはね上げる方法において、適正な条件を選択
した場合、短時間で効率的にスラグを炉壁へはね上げる
条件と炉底耐火物の溶損を防止する条件とが両立できる
ことを明らかにした。本発明はこの知見に基づきなされ
たものである。
【0007】その要旨とするところは、(1)上吹きラ
ンスから酸素を供給し、かつ、鋼浴をガス撹拌せしめる
上底吹き転炉型精錬装置を用いて、前チャージで生成し
たスラグを排出することなく溶銑を受銑する工程(工程
1)、温度を1200〜1450℃とした条件で上吹き
ランスから酸素を供給する溶銑の脱燐精錬工程(工程
2)、炉を傾動させ工程2で生成したスラグを排出する
工程(工程3)、炉を直立させ上吹きランスから酸素を
供給して脱炭せしめる工程(工程4)、生成した溶鋼を
出鋼する工程(工程5)を連続して実施する転炉製鋼法
において、工程5の後、スラグを炉内に残留させた状態
で炉を直立させ、工程4と同一、もしくは、他の上吹き
ランスから窒素,Ar,CO,CO2 の1種、もしく
は、2種以上を混合せしめたガスを80〜250Nm3
Hr・ton の流量で、上吹きガスによりスラグに形成させ
る計算上のへこみ深さ(LS )とスラグ厚(LSO)の比
(LS/LSO)が2〜15となるように吹き付けた後、
工程1を実施することを特徴とする脱炭滓をリサイクル
した転炉製鋼法にある。
【0008】また、(2)前記(1)記載の転炉製鋼法
において、工程5に際して溶鋼を出鋼する際に、溶鋼の
浴深(LMO)とスラグ厚(LSO)の比(LMO/LSO)が
1〜5の範囲で溶鋼を炉内に残留させることを特徴とす
る脱炭滓をリサイクルする転炉製鋼法にある。
【0009】さらに、(3)前記(2)記載の転炉製鋼
法において、工程5の後、スラグと溶鋼を炉内に残留さ
せた状態で炉を直立させた後、炭材を添加することを特
徴とする脱炭滓をリサイクルする転炉製鋼法にある。
【0010】ここで、上吹きガスによるキャビティー深
さLs (m)はノズル径d(mm)、ランスとスラグ面間
の距離h(mm)、ノズル個数nとすると次式で計算され
る。 Ls =(7/2)×{Lh ×exp(−0.78×h/
h )}/100 Lh =63×(F×W×60/(n×d))2/3 また、溶鋼の浴深LMO(m)、スラグ厚LSO(m)の計
算は、溶鋼密度を7(g/cm3 )、スラグ密度を2(g
/cm3 )として転炉の幾何学的形状から計算できる。
【0011】
【作用】図1は、本発明の実施形態を模式的に示したも
のである。前チャージで生成したスラグ6を排出するこ
となく溶銑4を受銑する工程(工程1)、温度を120
0〜1450℃とした条件で上吹きランス2から酸素7
を供給して精錬する溶銑の脱燐精錬工程(工程2)、炉
を傾動させ工程2で生成したスラグ5を排出する工程
(工程3)、炉を直立させ上吹きランス2から酸素7を
供給して脱炭せしめる工程(工程4)、生成した溶鋼4
を出鋼する工程(工程5)、スラグ6を炉内に残留させ
た状態で炉を直立させ、工程4と同一、もしくは、他の
上吹きランス2から窒素,Ar,CO,CO2 の1種、
もしくは、2種以上を混合せしめたガス8を吹き付ける
工程(工程6)とからなっている。ここで、より効率を
上げるには、工程5で溶鋼4を完全に排出せずに、一部
を残留させ、さらに、炭材を添加した後にガスを吹き付
けることが望ましい。
【0012】まず、工程6の適正条件について以下に説
明する。本発明は、残留したスラグ6を短時間で効率的
に飛散させ凝固せしめることが重要である。これによ
り、次チャージの溶銑4を装入した際に溶銑とスラグの
急激な反応による突沸を抑制することが可能となる。本
技術においては、上吹きガスによる飛散は、スラグを微
細な粒子に分けて空間を飛散させることで抜熱を促進し
飛散中に凝固させることが目的である。これは、スラグ
コーティングが目的の場合には、スラグ粒子は飛散中に
凝固するのではなく、炉壁に到達した後に凝固せしめる
必要があるとの本質的に異なる点である。
【0013】従って、上吹きガスとしては、スラグ中に
残留している粒鉄と反応し発熱しないものである、窒
素,Ar,CO,CO2 の1種、もしくは、2種以上を
混合せしめたガスに限定される。流量として80〜25
0Nm3 /Hr・ton の範囲が適正であり、これよりも少な
い場合にはガスの冷却能が小さく、スラグ粒子が飛散中
に凝固できず、多すぎる場合には転炉炉体からのガスに
よる抜熱が大きくなるため転炉耐火物温度が大きく低下
し炉寿命を悪化させる。
【0014】一方、ガスの流速の最適範囲は、図2に示
すようにスラグに形成させる計算上のへこみ深さ
(LS )とスラグ厚(LSO)の比(LS /LSO)が2〜
15となる範囲である。これよりも小さい場合にはガス
の運動エネルギーが小さいためスラグ粒子が充分な量だ
け飛散できず未凝固スラグが炉底に残存し、次チャージ
の溶銑装入時に突沸を招き、これよりも大きい場合には
上吹きガスが炉底を激しくアタックし耐火物寿命に悪影
響を与える。
【0015】ここで、より効果的に実施するためには、
図3に示すように、工程5に際して溶鋼を、溶鋼の浴深
(LMO)とスラグ厚(LSO)の比(LMO/LSO)が1〜
5の範囲で炉内に残留させることが良い。これは、上吹
きガスのエネルギーにより液体を小さな粒子に引きちぎ
る場合、粘性の高いスラグのみに対するよりも、粘性の
低い溶鋼と共存させた方が容易であることと、密度が大
きい溶鋼が存在することにより、上吹きガスのエネルギ
ーの炉底耐火物に作用する割合が大きく低下し、炉底耐
火物損耗が軽減される上、底吹きノズルへのスラグの差
込みによる閉塞も回避されるためである。1よりも少な
い場合には、溶鋼量が少なすぎるために溶鋼を残留させ
た効果がなく、5よりも多い場合には出鋼歩留が悪化す
る上、残留溶鋼が次チャージでは冷材として作用するた
め熱的に損失が大きくなる。
【0016】さらに、溶鋼を残留させた場合には、スラ
グとともに酸素濃度が高い溶鋼粒子も飛散、凝固するた
め、2分以下という短時間の上吹きの後に次チャージの
溶銑を受銑した時の突沸を完全に回避する場合には、炭
材を添加し酸素をCOガスとして除去しておくとより良
い。
【0017】なお、工程2で温度を1200℃よりも低
くした場合には、工程4の吹き止め時に必要な温度まで
温度が充分に上昇せず、1450℃よりも高くした場合
には脱燐平衡上、脱燐反応が起こりにくく多量の生石灰
が必要となるため効率的ではない。
【0018】
【実施例】表1に示す実施例は175トン上底吹き転炉
を用いて図1に示した工程で行った。底吹きガスは窒素
ガス、もしくは、酸素ガスと羽口冷却用ガスを用い、上
吹きランスより酸素ガスを吹き付けた。工程2では、上
方より塊状の生石灰を蛍石とともに投入し、(CaO)
/(SiO2 )を1.6〜3.1に制御した。処理中温
度はスクラップや鉄鉱石を投入することで1200〜1
450℃とした。工程4では、上方より塊状の生石灰を
投入し、(CaO)/(SiO2 )を3.1〜4.8に
制御し、吹き止めの炭素濃度は0.25〜0.02%、
温度は1580〜1680℃とした。
【0019】工程6に際しては工程2,4と同一のラン
スからガスを供給した。上吹きランスは孔径、孔数を変
化させ、ランス先端からスラグ面までの距離を変化させ
Sを調整した。残留スラグ量は約50kg/tであり、厚
さ(LSO)は約30cmであった。表1の試験番号の1か
ら12は本発明の実施例であり、次チャージの溶銑を突
沸することなく受銑することができ、また、耐火物の損
耗もなかった。試験番号13,14はLS /LSOが小さ
すぎる場合で、試験番号15はLS /LSOは適正でもガ
ス流量が小さすぎる場合であるが、いずれも次チャージ
の溶銑装入時に突沸が発生している。試験番号16,1
7はガス流量が大きすぎる場合と、LS/LSOが大きす
ぎる場合であるが、いずれも耐火物の損耗が激しかっ
た。
【0020】ここで、上記試験のいずれの場合も工程2
での脱燐率は70〜90%と高く、また、工程4で所定
の吹き止め温度を得ることに問題は生じなかった。尚、
試験番号18として、工程6は試験番号2と同一とし工
程2の温度を1490℃とした場合には脱燐率が67%
と悪化し、逆に、温度を1125℃とした場合(試験番
号19)には工程4での発熱量が不足し高価な無煙炭を
使用する必要が生じた。
【0021】試験番号20以降として、工程6と工程2
は試験番号2と同一とし、ランスは35mm径の4孔ノズ
ルを用い窒素ガスをスラグ面から2.5m上方より吹き
付け、工程5に際して溶鋼を炉内に残留させた試験を実
施した。その結果を表2に示す。試験番号20〜22の
ように、溶鋼の浴深(LMO)とスラグ厚(LSO)の比
(LMO/LSO)が1〜5の範囲で炉内に残留させた場合
には、歩留も良い状態で耐火物損耗や底吹きノズルの閉
塞も全くなく、短時間処理が可能となった。また、試験
番号25として、試験番号20と同一条件で、工程5の
後、スラグと溶鋼を炉内に残留させた状態で炉を直立さ
せた後、炭材をスラグ量の約10重量パーセント添加し
た結果、ガス吹き付け時間を2.5分以下とすることが
可能となった。ここで、炭材添加量はスラグ量の5〜3
5重量パーセントが適当であった。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】本発明を用いることにより、溶銑装入時
に突沸を起こすことなく安全に脱炭滓をリサイクルする
ことが可能となり、少ない生石灰原単位で、かつ、生産
性の高い転炉製鋼法が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施した場合の模式図である。
【図2】LS /LSOと次チャージの溶銑装入時の突沸の
発生状況の関係を示す実験結果。
【図3】LMO/LSOと底吹きノズルの閉塞状況の関係を
示す実験結果。
【符号の説明】
1 転炉 2 上吹きランス 3 底吹き羽口 4 溶銑または溶鋼 5 脱燐スラグ 6 脱炭スラグ a 酸素ガス b 窒素,Ar,CO,CO2 の1種、もしくは、2種
以上を混合させたガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−60221(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 5/32

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上吹きランスから酸素を供給し、かつ、
    鋼浴をガス撹拌せしめる上底吹き転炉型精錬装置を用い
    て、前チャージで生成したスラグを排出することなく溶
    銑を受銑する工程(工程1)、温度を1200〜145
    0℃とした条件で上吹きランスから酸素を供給する溶銑
    の脱燐精錬工程(工程2)、炉を傾動させ工程2で生成
    したスラグを排出する工程(工程3)、炉を直立させ上
    吹きランスから酸素を供給して脱炭せしめる工程(工程
    4)、生成した溶鋼を出鋼する工程(工程5)を連続し
    て実施する転炉製鋼法において、工程5の後、スラグを
    炉内に残留させた状態で炉を直立させ、工程4と同一、
    もしくは、他の上吹きランスから窒素,Ar,CO,C
    2 の1種、もしくは、2種以上を混合せしめたガスを
    80〜250Nm3 /Hr・ton の流量で、上吹きガスによ
    りスラグに形成させる計算上のへこみ深さ(LS )とス
    ラグ厚(LSO)の比(LS /LSO)が2〜15となるよ
    うに吹き付けた後、工程1を実施することを特徴とする
    脱炭滓をリサイクルする転炉製鋼法。
  2. 【請求項2】 工程5に際して溶鋼を出鋼する際に、溶
    鋼の浴深(LMO)とスラグ厚(LSO)の比(LMO
    SO)が1〜5の範囲で溶鋼を炉内に残留させることを
    特徴とする請求項1記載の脱炭滓をリサイクルする転炉
    製鋼法。
  3. 【請求項3】 工程5の後、スラグと溶鋼を炉内に残留
    させた状態で炉を直立させた後、炭材を添加することを
    特徴とする請求項2記載の脱炭滓をリサイクルする転炉
    製鋼法。
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