JP3744113B2

JP3744113B2 - 金属酸化物の溶融還元方法

Info

Publication number: JP3744113B2
Application number: JP07589697A
Authority: JP
Inventors: 知道寺畠; 康夫岸本; 嘉久北野; 廣西川; 純夫山田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JPH10265821A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属の製造方法に関し、詳しくは、上底吹き型精錬炉に保持した金属溶湯に、種々の酸化物と炭材とを添加し、上吹ランスから酸化性ガスを吹きつけ、所望の溶融金属を得る所謂溶融還元法を用いた精錬技術に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属精錬技術の１つに、酸化物を主体とする鉱石等を炭材と共に直接精錬炉で溶解し、設置した上吹ランスから酸化性ガスを吹きつけ、所望の溶融金属を得る所謂溶融還元法なるものが普及してきた。従って、それに関する研究開発が盛んに行われるようになり、その成果の公開も多くなった。
【０００３】
製鋼分野に関しても、例えば、特開昭６３−１７９０１３号公報は、「１基の上底吹き型精錬炉に複数の上吹きランスを配置すると共に、これら上吹きランスと底吹きノズルの配置位置を偏位させ、前記金属溶湯上に生じた溶融スラグ層の撹拌流動を効果的に行わせ、酸化性ガスの燃焼効率を向上させて操業する方法」を提案している。また、特開平３−１７７５１２号公報は、添加原料の落下軌跡と酸素含有ガスのジェットとが交わらないように、ランス中心軸に対して開口を非対称にした多孔の上吹ランスを使用し、精錬炉に内張した耐火物の損耗を抑制する操業方法を開示している。
【０００４】
しかしながら、上記の技術には、以下の点で問題があった。すなわち、特開昭６３−１７９０１３号公報記載の方法は、燃焼効率の向上を目的に積極的に溶融スラグを撹拌させるので、精錬炉全体で耐火物の損耗が著しく大きくなる。また、特開平３−１７７５１２号公報記載の方法は、添加原料の落下軌跡と酸素含有ガスのジェットとが交わらないよう、非対称の開口を有する多孔ランスを用いているので、上吹酸素含有ガスの噴射方向が大きく偏位し、原料添加位置側の耐火物は確かに損耗程度が小さい。ところが、該酸素ガスは、大部分が炉中心に関して原料添加位置と反対側に向うので、その位置での耐火物は、以前よりかえって損耗する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑み、精錬炉に内張した耐火物の損耗を以前より抑制できる金属酸化物の溶融還元方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため研究を重ね、耐火物の損耗が、損耗部に当たる酸素量に関係していることに着眼した。そして、もし炉内でのＣＯガス発生位置を均等化させることができれば、炉体全体で耐火物の損耗を均等化でき、損耗量も減少できると考え、その具現化に鋭意努力した。その結果、各種金属酸化物投入量の調整、上吹きランスの開口数やその断面積に工夫を凝らすことで、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、上底吹き型精錬炉内に保持した溶湯に、金属酸化物と炭材とを供給すると共に、複数のノズル孔を有する上吹きランスを介して酸化性ガスを吹きつけ、該金属酸化物を溶融金属とするに際し、前記上吹きランスを、出鋼孔側のノズル孔の開口最小部面積で定まる開口の径を装入側より小さくして、前記精錬炉の中心位置に、先端を溶湯に接触させずに配置すると共に、炉心より出鋼孔側に供給される酸化性ガス及び金属酸化物に含まれる固体酸素の合計酸素量Ｘ（Ｎｍ³／ｈｒ）と、原料装入側に供給される酸化性ガス及び固体酸素の合計酸素量Ｙ（Ｎｍ³／ｈｒ）とを、以下の（１）式を満たす範囲内にして、上記金属酸化物を溶湯内で溶融還元することを特徴とする金属酸化物の溶融還元方法である。
【０００８】
０．７５≦Ｘ／Ｙ≦１．２５ …（１）
ここで、Ｘ及びＹの値は、（２）式及び（３）式で求められる。
Ｇ：上吹きランスより供給される酸化性ガスの送給速度（Ｎｍ³／ｈｒ）
Ｃ：上吹きランスの出鋼孔側ノズル孔の開口最小面積部の断面積の総和（ｍ²）
Ｄ：上吹きランスの装入側ノズル孔の開口最小面積部の断面積の総和（ｍ²）
Ａ：炉心より出鋼孔側の炉内浴面に投入された各種金属酸化物から供給される固体酸素量（Ｎｍ³／ｈｒ）
Ｂ：炉心より装入側の炉内浴面に投入された各種金属酸化物から供給される固体酸素量（Ｎｍ³／ｈｒ）
Ｘ＝Ｇ×Ｃ／（Ｃ＋Ｄ）＋Ａ …（２）
Ｙ＝Ｇ×Ｄ／（Ｃ＋Ｄ）＋Ｂ …（３）
本発明によれば、炉内で発生するＣＯガスの均等化、つまり溶湯内も含め炉内での酸素の局部的な偏在が解消できるようになり、炉体耐火物の局部損耗が抑制できるようになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をなすに至った経緯もまじえて、本発明の実施形態を説明する。
まず、本発明を実施するには、上底吹き型精錬炉（以下、精錬炉という）を、図１に示すように、２つの領域、つまり、出鋼孔が存在する領域（以下、出鋼孔側）と操業時に溶銑が装入される領域（以下、装入側）とに分ける必要がある。その理由は、以下の通りである。
【００１０】
上底吹転炉において用いる羽口には、不活性ガスを主に吹込む羽口と、酸素ガスを吹込む羽口がある。しかし、スクラップを大量に溶解する上底吹転炉では、強撹拌で溶解を促進する必要があるので、酸素を主に底吹きする羽口を用いることが望まれる。この酸素を吹く羽口では、倒炉した際のスプラッシュやスラグ飛散を防止するため、羽口が溶鋼やスラグに浸漬することを避ける必要がある。そのため、該羽口は、図１に示したように、トラニオン軸に平行に、炉の中心又は中心より出鋼孔側に若干偏位して配列される。なお、配列が一列であることは必然でなく、千鳥、あるいは「コ」の字型の配列でも良い。かかる羽口を用いると、酸素吹込み中の溶鋼には、羽口を軸として両側、すなわち出鋼孔方向と装入側方向とへ向かう大きな流れ（図１に、←で流れの方向を示す）が生じる。そのため、スラグも出鋼孔側と装入側では大きな流れを持つので、その部位の耐火物は、必然的にトラニオン側に比べて溶損速度が大きくなる。
【００１１】
さらに、本発明では、酸化性ガスの通る開口径が同一でない複数のノズル部を有する上吹きランスを、該精錬炉の中心位置に、先端を溶湯に接触させず、且つ出鋼孔側に向く開口の径が小さくなるよう配置する。各種酸化物及び炭材の供給位置は、上記出鋼孔側領域のほぼ中央とする。
次に、上記のようにした精錬炉に、主原料として溶銑及びスクラップを装入して溶湯とし、該溶湯に各種酸化物（形態は鉱石である）と還元剤である炭材とを供給しつつ、酸素ガスで吹錬する。本発明は、その酸素ガスの吹錬条件を、前記（１）式を満足するようにして、該精錬炉の耐火物損耗を抑制しつつ、溶融金属を製造するものである。
【００１２】
なお、本発明で（１）式のＸ／Ｙの範囲を、０．７５以上１．２５以下にしたのは、以下の理由である。
すなわち、発明者は、研究中に後述の如き溶融還元操業を多数行い、その際得られたデータから精錬炉の耐火物溶損状況を図２に整理した。この図２は、操業中に精錬炉の出鋼孔側と装入側とに供給される全酸素量の比と、耐火物損耗速度との関係を示すものである。なお、ここで、耐火物損耗係数は、比較的溶損が少ないトラニオン側のスラグ部位の平均損耗速度を１．０としている。また、この損耗速度は、精錬炉の出鋼孔側と装入側のそれぞれの領域において、スラグ部位につき少なくとも３ケ所以上で測定した値の平均値である。耐火物損耗係数は、当然１．０に近づくことが望ましいが、耐火物損耗はバラツクし、ある程度の溶損の片寄りは、例えば、局所的な溶射や吹き付け補修でカバーできる。この補修は、通常、耐火物損耗係数が１．５以下程度であれば可能であり、溶損の少ない耐火物部位の損耗が拡大することなく、使用を継続できる。
【００１３】
図２より、出鋼孔側領域の耐火物損耗係数が１．５以下となる条件は、前記酸素量比が１．２５以下であることがわかる。また、装入側の耐火物損耗係数が同じく１．５以下となる酸素量比は、０．７５以上であることがわかる。よって、本発明では、酸化物の溶融還元操業において、精錬炉耐火物の局部損耗を抑制する条件を、出鋼孔側と装入側との酸素比が０．７５以上１．２５以下であるとしたのである。
【００１４】
なお、前記（２）及び（３）式を用いて出鋼孔側及び装入側の全酸素量、Ｘ，Ｙを求めるに際し、上吹きランスの出鋼孔側及び装入側ノズル孔の開口最小面積部の断面積の総和（ｍ² ）、Ｃ及びＤが必要である。それらの値は、該上吹きランスの開口が一定長さのノズル状になっており、その長さ方向で開口面積が異なるので、最小面積部を用いて、計算するものとした。
【００１５】
【実施例】
図１に示した上底吹機能を有する１７５ｔ転炉において、スクラップ５０ｔと、予備処理で脱Ｐされた溶銑１００ｔとを、該転炉の装入側から装入し、コークスを連続投入しながら酸素ガスを吹き付け、溶湯温度を１５８０℃まで昇熱した。その際、上吹きランスから酸素を３６、０００Ｎｍ³ ／ｈｒ，底吹き羽口から酸素を３、０００Ｎｍ³ ／ｈｒ，窒素を１、８００Ｎｍ³ ／ｈｒ吹き込んだ。その後、溶融還元の対象である酸化物として、表１に示す組成のＣｒ鉱石を５４ｔｏｎ／ｈｒの供給速度で、また還元剤としてのコークスを６０ｔｏｎ／ｈｒの供給速度で、該溶湯中に投入し、酸素吹錬による溶融還元を実施した。なお、その際の送酸条件を、本発明例と比較例との場合に分けて表２に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【表２】

【００１８】
また、本発明例で用いた上吹きランスのガス通過孔は、出鋼孔側に開口した５孔中、３孔を直径３０ｍｍ、２孔を直径４０ｍｍとし、装入側に開口した５孔をすべて直径４０ｍｍとした。その結果、表２に示すように、出鋼孔側の気体酸素量は１６３００Ｎｍ³ ／ｈｒとなり、気体酸素量と固体酸素量を合わせた合計酸素量の出鋼孔側と装入側の比を求めると、１．１２となる。
【００１９】
一方、比較例としては、出鋼孔側及び装入側に開口された酸素ガス通過孔が、直径４０ｍｍですべて同一の１０孔ランスを用い、送酸以外は上記と同一条件で溶融還元操業を行った。その結果、表２より明らかなように、出鋼孔側の気体酸素量は１８，０００Ｎｍ³ ／ｈｒ、固体酸素量は５，７２４Ｎｍ³ ／ｈｒであり、装入側の気体酸素量は１，８０００Ｎｍ ³ ／ｈｒとなった。この場合の気体酸素量と固体酸素量とを合わせた合計酸素量の出鋼孔側と装入側との比を求めると１．３２となる。
【００２０】
上記２つの異なった送酸条件での溶融還元を行った場合の精錬炉耐火物の損耗状況を、図３に示す。図３は、本発明の耐火物損耗速度を基準に、比較例の値を係数で示したものであるが、比較例での耐火物損耗係数は、出鋼孔側の耐火物損耗速度係数が１．９と増大しており、逆に装入側の耐火物損耗層度係数が０．７と減少している。炉寿命を決定するのは最大損耗部であることから、出鋼孔側の損耗速度が増大したことが原因で炉寿命を比較例１は０．５２倍と低迷していたことが確認できた。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、炉内でのＣＯガス発生を均等化させることで、炉体耐火物の局部損耗を抑制することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、酸化物の溶融還元方法を実施する精錬炉の炉内模式図であり、（ａ）は、炉内状況を示す平断面、（ｂ）は本発明の実施に用いる上吹きランスのガス通過開口の平断面、（ｃ）は従来からある上吹きランスの平断面である。
【図２】出鋼孔側と装入側との酸素量比と、耐火物損耗係数との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例の耐火物損耗速度を基準にした場合の、比較例での損耗状態を示す図である。
【符号の説明】
１精錬容器
２上吹きランス
３酸化物及びコークスの炉内供給位置
４出鋼孔側領域
５装入側領域
６ランスのノズル孔
７底吹き羽口

Claims

上底吹き型精錬炉内に保持した溶湯に、金属酸化物と炭材とを供給すると共に、複数のノズル孔を有する上吹きランスを介して酸化性ガスを吹きつけ、該金属酸化物を溶融金属とするに際し、
前記上吹きランスを、出鋼孔側のノズル孔の開口最小部面積で定まる開口の径を装入側より小さくして、前記精錬炉の中心位置に、先端を溶湯に接触させずに配置すると共に、炉心より出鋼孔側に供給される酸化性ガス及び金属酸化物に含まれる固体酸素の合計酸素量Ｘ（Ｎｍ³／ｈｒ）と、原料装入側に供給される酸化性ガス及び固体酸素の合計酸素量Ｙ（Ｎｍ³／ｈｒ）とを、以下の（１）式を満たす範囲内にして、上記金属酸化物を溶湯内で溶融還元することを特徴とする金属酸化物の溶融還元方法。
０．７５≦Ｘ／Ｙ≦１．２５ …（１）
ここで、Ｘ及びＹの値は、（２）式及び（３）式で求められる。
Ｇ：上吹きランスより供給される酸化性ガスの送給速度（Ｎｍ³／ｈｒ）
Ｃ：上吹きランスの出鋼孔側ノズル孔の開口最小面積部の断面積の総和（ｍ²）
Ｄ：上吹きランスの装入側ノズル孔の開口最小面積部の断面積の総和（ｍ²）
Ａ：炉心より出鋼孔側の炉内浴面に投入された各種金属酸化物から供給される固体酸素量（Ｎｍ³／ｈｒ）
Ｂ：炉心より装入側の炉内浴面に投入された各種金属酸化物から供給される固体酸素量（Ｎｍ³／ｈｒ）
Ｘ＝Ｇ×Ｃ／（Ｃ＋Ｄ）＋Ａ …（２）
Ｙ＝Ｇ×Ｄ／（Ｃ＋Ｄ）＋Ｂ …（３）