JP3908880B2 - 脱炭滓を再利用する転炉製鋼法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉において脱炭滓を再利用する転炉製鋼法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来での転炉における溶銑の精錬は、転炉へ高炉溶銑を装入し、生石灰を主体とするフラックス投入と、酸素吹錬により溶銑を脱Ｐ・脱Ｃし、鋼を溶製する方法が一般的であった。
その後、多工程にわたる精錬機能を転炉に集約して行い、溶銑のもつエネルギーロスを大幅に低減するとともに、転炉前後工程の諸経費の大幅な削減を図った製鋼法が、例えば特開平５−１４０６２７号公報に開示されている。
【０００３】
この発明を要約して示すと、高炉溶銑を精錬して溶鋼を製造するに際し、第１工程として屑鉄、溶銑を転炉に装入し、第２工程としてフラックス添加し、スラグのＣａＯ／ＳｉＯ2 を１．０ないし２．０、処理温度１３５０℃以下にして吹酸により脱Ｐ処理を行い、第３工程として第２工程で生成したスラグを排出し、第４工程としてフラックス添加と吹酸により、所定の［Ｃ］、［Ｐ］まで脱炭、脱Ｐ処理を行い、第５工程として第４工程で生成したスラグを残したまま出鋼し、第６工程として炭材を添加してスラグ中（ＦｅＯ）を低減し、再び第１工程へ戻って、以降は第２工程でのフラックス中石灰添加量をゼロないしは前記第２工程における同添加量の２５％以下として第６工程までを繰り返し実施する転炉製鋼法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
高炉から出銑される溶銑Ｓｉ成分値は、通常、０．１５〜０．８０％レベルまでばらついており、特に最近の高炉においては、安価原燃料を使用する操業法が指向されており、その結果溶銑中のＳｉ値が増加する傾向にある。
溶銑Ｓｉ値が高いと脱Ｐ工程において、塩基度を２．０程度確保する必要性から、同工程で使用する生石灰原単位は溶銑Ｓｉ値に比例して増加させる必要が生じる。
【０００５】
したがって、前記特開平５−１４０６２７号公報においても溶銑［Ｓｉ］が高い場合おいては、ＣａＯを使用せざるを得ないという課題が残されていた。
しかして、脱Ｐ工程において用いる生石灰は、塊状（１０〜３０ｍｍ）を呈しているため、スラグ中での未滓化の問題が内在していた。すなわち、スラグ中へ添加したＣａＯが完全に溶融せず、一部は未滓化の状態でスラグ中に残存する。
【０００６】
未滓化ＣａＯは水和反応を起こすため、スラグの有効活用上の障害である体積膨張の原因となる。スラグの有効活用法として知られている路盤材向けの場合、スラグに求められる膨張率は２．５％以下であるが、この値以下の膨張率を確保するために必要なスラグ中の未滓化ＣａＯ割合は実験的に１％程度であることが知られている。
このため、排滓された脱Ｐ滓の活用を図るために、路盤材などに用いようとしても、スラグ中の未滓化ＣａＯの割合が高ければ未滓化のＣａＯが障害となり、直ちにその用途に振り向けることができなかった。
【０００７】
また、上記スラグは吸湿性が高いため、廃棄後時間の経過と共に膨張風化する性質を有している。したがって、このスラグを有効利用するためには、スラグ中のフリーＣａＯがＣａＣＯ3 ，Ｃａ（ＯＨ）2 等に、完全に安定化するまで長期間養生させる必要があり、広大な養生場所の確保が必要となること、粉塵が発生するなど種々の問題を抱えていた。
【０００８】
これらの欠点の解決を図るため、微粉の生石灰を用いスラグ中へ溶融し易くすることも考えられるが、微粉の生石灰を転炉内に装入するのに、そのままの状態での処理では、装入ＣａＯの大半が炉口から飛散しＣａＯ添加の目的を達成することが困難である。
よって、装入に当たっては吹き込みランス等を用いて添加してやらねばならず、そのために余分の設備費を必要とする欠点があり、また塊状ＣａＯの微粉化にも費用を要するという問題があり、何れもコストアップに繋がる。
【０００９】
図１は脱Ｐ処理において添加した石灰分と、スラグ中での未滓化石灰との関係について、その１例を示したもので、図から明らかなようにスラグ中への塊状生石灰の添加は、添加量が多くなるに従い未滓化ＣａＯが増加することが判る。
【００１０】
本発明は、溶銑装入時に残留させた脱炭滓を次回の転炉吹錬の脱Ｐ処理に再利用するに際し、脱炭滓中に存在する有効ＣａＯ量に応じ、転炉に装入する溶銑のＳｉ量を調整し生産性が高く、効率のよい精錬法を実現するための、脱炭滓を再利用する転炉製鋼法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであって、その要旨とするところは、下記手段にある。
（１） 前回の転炉精錬での脱炭滓を転炉内に残留させ、脱炭滓を次回の転炉吹錬の脱Ｐ処理に再利用するに際し、ＣａＯ分を添加することなく、脱炭滓中に存在するＣａＯ量に応じ、転炉に装入する溶銑のＳｉ量を調整してスラグ塩基度Ｋの値を下記（２）式の範囲とすることを特徴とする脱炭滓を再利用する転炉製鋼法。
（Ｆ 0 ／２．６）＋０．４≦Ｋ≦２．５ ・・・・（２）
ただし、
Ｋ；スラグ塩基度
Ｆ 0 ；脱Ｐ処理中平均吹酸速度（Ｎｍ ³ ／ｍｉｎ／ｔ）
【００１２】
（２） 転炉に装入する溶銑のＳｉ量の調整は、下記（１）式により算出したスラグ塩基度Ｋが上記（２）’式を満足するように行うことを特徴とする上記（１）記載の脱炭滓を再利用する転炉製鋼法。
［ＷM ×［Ｓｉ］M ×２．１４＋ＷS ×（ＳｉＯ₂）S
＋ＷF ×（ＳｉＯ₂）F ］×Ｋ＝ＷS ×（ＣａＯ）S ・・・・（１）
ただし、
ＷM ；溶銑量（ｔ）
ＷS；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）量（ｔ）
ＷF；脱Ｐ処理時副原料量（ｔ）
［Ｓｉ］M；溶銑中のＳｉ（ｗｔ％）
（ＳｉＯ₂）S；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）中ＳｉＯ₂割合（ｗｔ％）
（ＳｉＯ₂）F；脱Ｐ処理時副原料量中ＳｉＯ₂割合（ｗｔ％）
（ＣａＯ）S；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）中ＣａＯ割合（ｗｔ％）
Ｋ；脱Ｐ処理時スラグ塩基度
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、脱炭滓を再利用して脱Ｐを行うに当たり、転炉操業上の問題について種々の検討を行った結果、脱炭滓中に存在するＣａＯを脱Ｐ処理において有効に活用し、脱Ｐ時に生石灰を添加しない操業方法を確立するならば、脱Ｐスラグ中に未滓化ＣａＯ割合が高くなる問題は起こらず、溶鋼製造原単位の低下に多大な寄与をもたらすであろうとの見解を得た。
【００１４】
本発明において、脱Ｐ処理時に生石灰を使用しないためには、装入する溶銑のＳｉ量を調整して置く必要がある（脱Ｐ処理時に使用する副原料中のＳｉＯ2 量も考慮して）。
すなわち、予め脱Ｐ処理時の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）の許容範囲を求めておき、一方では脱炭滓中に含まれるＣａＯ分量から次回の脱Ｐ処理前スラグ中のＣａＯ量を把握しておくならば、脱Ｐ処理前スラグ中のＳｉＯ2 、副原料中ＳｉＯ2 及び溶銑中の［Ｓｉ］が酸化されてＳｉＯ2 になる量も簡単に算出することができるので、これらの値から脱Ｐ処理時におけるスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を予測することが容易である。
【００１５】
したがって、予測したスラグの塩基度が、予定した塩基度の許容範囲の下限未満の場合は、不足するＣａＯ分を補足してやらなければならないが、前記したようにＣａＯ分の補足は未滓化ＣａＯを発生する惧れが大きいので、本発明においては溶銑中の［Ｓｉ］を低減する（事前の脱Ｓｉ処理）措置を講ずる。脱Ｓｉすべき値は計算によって容易に求めることが可能である。
【００１６】
ここで、脱Ｐ処理時において予め決めるべきスラグ塩基度は、転炉における吹酸速度によって大きく左右される。すなわち、吹酸速度が比較的遅い精錬であれば、スラグ塩基度は低い状態でも操業可能であるが、吹酸速度が速い精錬であれば、スラグ塩基度は高くなければならず、転炉の能力によってその操業条件が設定される。
【００１７】
一般的な転炉においては、吹酸速度が１．０〜４．０（Ｎｍ³ ／ｍｉｎ／ｔ）であれば、脱Ｐ時に必要なスラグ塩基度は１．０〜２．５の範囲に大概は収まる。図２に一例として３３０ｔ転炉において吹酸速度と塩基度の操業に及ぼず影響を示した。
塩基度が低すぎるとスラグの粘性が上昇し過剰なフォーミング状態になるため、スロッピングを発生させずに第２工程を行うためには、吹酸速度によって決まるある値以上の塩基度を確保することが望ましい。
【００１８】
一方、塩基度が高いとスラグの粘性が低下し十分なフォーミングが起こらなくなるため、第３工程において脱Ｐスラグを炉外に排出するめには、塩基度は２．５以下であることが望ましい。
【００１９】
上記した操業条件を厳密に算定するには、下記（１）式を用いる。すなわち、
［ＷM ×［Ｓｉ］M ×２．１４＋ＷS ×（ＳｉＯ₂ ）S
＋ＷF ×（ＳｉＯ₂ ）F ］×Ｋ＝ＷS ×（ＣａＯ）S ・・・・（１）
ただし、
ＷM ；溶銑量（ｔ）
ＷS ；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）量（ｔ）
ＷF ；脱Ｐ処理時副原料量（ｔ）
［Ｓｉ］M ；溶銑中のＳｉ（ｗｔ％）
（ＳｉＯ₂ ）S ；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）中ＳｉＯ₂ 割合（ｗｔ％）
（ＳｉＯ₂ ）F ；脱Ｐ処理時副原料量中ＳｉＯ₂ 割合（ｗｔ％）
（ＣａＯ）S ；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）中ＣａＯ割合（ｗｔ％）
Ｋ；脱Ｐ処理時のスラグ塩基度
【００２０】
しかして、Ｋの値としては前記で説明したように下記（２）式を採用すればよい。
（Ｆ0 ／２．６）＋０．４≦Ｋ≦２．５ ・・・・（２）
ただし、Ｆ0 ；脱Ｐ処理中平均吹酸速度（Ｎｍ³ ／ｍｉｎ／ｔ）
【００２１】
ここで、図３に１例として、３３０ｔ転炉において脱炭滓３０ｋｇ／ｔを残置し、溶銑を装入して脱Ｐ処理を実施する場合の溶銑中のＳｉ含有量と、脱Ｐ処理時に必要なＣａＯ量の関係を示した。
脱炭滓の主要成分中ＣａＯは４５％，ＳｉＯ₂は１５％であり、図中の実線は必要スラグ塩基度を１．５として図示した。
図において「有効ＣａＯ分量」とは、脱炭滓中の総ＣａＯ量のうち脱炭滓に由来しないＳｉＯ₂分の塩基度確保に利用できるＣａＯ量である。
【００２２】
図から判断すれば、脱炭滓中のＣａＯ分として約２．３ｔが有効利用できるので、溶銑中のＳｉ含有量は０．２２％以下であれば許容できる。しかし、その値を超えるような場合には、事前の脱Ｓｉ処理が必要となる。
これは飽くまでもスラグ塩基度１．５を必要とする場合について示した例で、必要スラグ塩基度が変われば（例えば吹酸速度の変更）当然異なってくる。
【００２３】
したがって、脱炭滓を用いて脱Ｐ処理を行うに際して、スラグ塩基度を幾らに設定すれば、生石灰を使用せずに脱Ｐ処理を行うことができるかを考慮したうえで、事前脱Ｓｉ処理の必要性を判断せねばならなく、いたずらに、脱Ｓｉ処理の行った溶銑を用いるならば、脱Ｓｉ処理のためのコストアップとなる。
本発明によれば、脱Ｐ処理中に新たに石灰分を添加しないため、脱Ｐスラグ中に未滓化石灰はほとんど存在しない。
【００２４】
【実施例】
３３０ｔ転炉において脱炭滓を３３〜３８ｋｇ／ｔ残置し、溶銑を装入して脱Ｐ処理を実施した例を比較例とともに表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１から明らかなように、本実施例Ｎｏ．１〜５によれば、脱Ｐ処理に際して生石灰を使用することなく、目的とする脱Ｐ効果を得ることができ、したがって、未滓化ＣａＯの発生認められなかった。
【００２７】
これに対して、比較例のＮｏ．６，７，８では溶銑Ｓｉが高かったため、脱Ｐ前に副原料として生石灰を使用せざるを得ず、脱Ｐ後のスラグ中に未滓化のＣａＯが１％超残った。
また比較例のＮｏ．８，９は脱Ｐ処理時のスラグ塩基度が２．６とＫの上限値＝２．５を越えたため脱Ｐ後のスラグ粘度が低すぎてフォーミングが不十分となり転炉排滓に時間を要してしまった。
さらにＮｏ．１０では溶銑Ｓｉが低く、生石灰は使用しなかったものの、脱Ｐ処理時のスラグ塩基度が１．８とＫの下限値が（Ｆ0 ／２．６＋０．４＝１．９）未満となり、脱Ｐ後のスラグ粘度が高く過剰フォーミング状態となり転炉排滓に時間を要した。
【００２８】
【発明の効果】
脱炭滓の熱間再使用時に、主原料としてＳｉ量を調整した溶銑を用いることにより、脱Ｐ処理時に石灰分を添加する必要が無くなり、脱Ｐスラグ中に副原料に由来する未滓化ＣａＯが過剰に生じる懸念が全くなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】脱Ｐ処理において添加した石灰分と未滓化石灰との関係を示した図
【図２】脱Ｐ処理中平均吹酸速度と塩基度の操業に及ぼず影響を示した図
【図３】溶銑中のＳｉ含有量と脱Ｐ処理時に必要なＣａＯ量の関係を示した図

Claims (2)

1. 前回の転炉精錬での脱炭滓を転炉内に残留させ、脱炭滓を次回の転炉吹錬の脱Ｐ処理に再利用するに際し、ＣａＯ分を添加することなく、脱炭滓中に存在するＣａＯ量に応じ、転炉に装入する溶銑のＳｉ量を調整してスラグ塩基度Ｋの値を下記（２）式の範囲とすることを特徴とする脱炭滓を再利用する転炉製鋼法。
   （Ｆ 0 ／２．６）＋０．４≦Ｋ≦２．５ ・・・・（２）
   ただし、
   Ｋ；脱Ｐ処理時スラグ塩基度
   Ｆ 0 ；脱Ｐ処理中平均吹酸速度（Ｎｍ ³ ／ｍｉｎ／ｔ）
2. 転炉に装入する溶銑のＳｉ量の調整は、下記（１）式により算出したスラグ塩基度Ｋが上記（２）式を満足するように行うことを特徴とする請求項１記載の脱炭滓を再利用する転炉製鋼法。
   ［ＷM ×［Ｓｉ］M ×２．１４＋ＷS ×（ＳｉＯ₂）S
   ＋ＷF ×（ＳｉＯ₂）F ］×Ｋ＝ＷS ×（ＣａＯ）S ・・・・（１）
   ただし、
   ＷM ；溶銑量（ｔ）
   ＷS；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）量（ｔ）
   ＷF；脱Ｐ処理時副原料量（ｔ）
   ［Ｓｉ］M；溶銑中のＳｉ（ｗｔ％）
   （ＳｉＯ₂）S；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）中ＳｉＯ₂割合（ｗｔ％）
   （ＳｉＯ₂）F；脱Ｐ処理時副原料量中ＳｉＯ₂割合（ｗｔ％）
   （ＣａＯ）S；脱Ｐ処理前スラグ（冷却材含む）中ＣａＯ割合（ｗｔ％）
   Ｋ；脱Ｐ処理時スラグ塩基度

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