JP4333343B2

JP4333343B2 - 溶銑脱珪傾注樋およびそれを用いた溶銑脱珪処理方法

Info

Publication number: JP4333343B2
Application number: JP2003398871A
Authority: JP
Inventors: 祐一内田; 誠司鍋島; 伸二長谷川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP2004190137A

Description

本発明は、高炉鋳床から出銑された溶銑を転炉精錬等に供するに先立ち予備処理する際に使用する傾注樋およびそれを用いた脱珪方法に関わり、特に溶銑の高炉鋳床脱珪にて使用する傾注樋およびそれを用いた脱珪方法に関する。

高炉から取り出される溶銑には、珪素が通常 0.2〜0.8 質量％含有されている。この溶銑を、そのまま次工程である製鋼工程に送給して、珪素の酸化除去を行なうと、同時に酸化される燐や炭素の除去能率を低下させることになる。そのため、近年、高炉鋳床において溶銑に脱珪剤を添加し、珪素を除去することが普及している。

この高炉鋳床での脱珪処理は、多くの場合、溶銑樋から受銑（搬送）容器であるトピードカーもしくは溶銑鍋に溶銑を流し込む傾注樋において、流動中の溶銑に酸化鉄系の脱珪剤を添加して、溶銑が含有する珪素を酸化し、スラグへ移行させることにより行なわれる。この方法は、製鋼工程において実施される脱珪と区別して、特に鋳床脱珪法と呼ばれる。

近年、鉄鋼製品中の不純物レベルが厳格になり、従来にも増して低いレベルへの精錬が指向されている。珪素の場合、次工程の製鋼工程での燐の除去を効率的に行なうため、高炉鋳床において 0.1質量％以下の濃度まで低下させることが求められている。この要求に対し、高炉から出銑される溶銑中の珪素が、安定して 0.3質量％以下となるような操業も指向されている。

しかし、このように低いレベルの珪素を除去する際、珪素の酸化反応に消費される酸化鉄の割合は、さらに低くなる。その結果、鋳床脱珪処理において、一層の反応効率の向上が必要となっている。

鋳床脱珪法を大別すると、
(1) 溶銑樋において脱珪剤を上撒きする方法、
(2) 傾注樋において脱珪剤を上撒きする方法、
(3) 傾注樋において脱珪剤を上吹き付けする方法、
(4) 溶銑樋に設けた深底の脱珪槽で脱珪剤をインジェクションする方法
等がある。これらのうち (4)のインジェクション法は、インジェクションランスの損耗が大きく、溶銑樋の維持保守が困難であることから、(1)，(2) の上撒き法もしくは(3) の上吹き付け法が主に採用されている。

上記した (1)〜(3) の方法で、脱珪剤と溶銑中の珪素が 100％反応することはなく、脱珪剤の一部は未反応のままスラグ化する。このスラグ化した脱珪剤は、傾注樋出口部を経て搬送容器内に流入する。溶銑とともに自然落下したスラグは、落下流の位置エネルギーによって容器内で攪拌作用を受け、さらに脱珪反応が進行する。

すなわち、鋳床脱珪処理において脱珪反応が起こるのは、溶銑樋，傾注樋および搬送容器内である。このうち主なものは傾注樋および搬送容器内である。搬送容器内での反応は、自然落下による攪拌に依っている。したがって、落下流のいわゆる滝壷近傍での攪拌混合であり、その制御は困難である。つまり、鋳床脱珪処理における反応性の向上は、傾注樋での反応性をいかに向上させるかが鍵といえる。

脱珪剤の供給量および供給速度が同じ条件で、反応の効率を向上させるには、脱珪剤と溶銑との接触面積を大きくすれば良い。そのためには、脱珪剤を分散させ、溶銑との混合増大を図る必要がある。しかし上記したように、溶銑樋もしくは傾注樋で投入された脱珪剤は、傾注樋出口に至るまでにスラグ化し、凝集してしまう。この凝集スラグ化した脱珪剤と溶銑との接触面積を大きくするには、強い攪拌力が必要である。

この攪拌力を与えるには、機械攪拌やガス攪拌等の方法が代表的であるが、傾注樋のような高温の流通系においては、これらの方法は耐用性の点で実用が困難である。そこで、高炉鋳床の位置エネルギーを利用した下記の技術が開示されている。

特許文献１には、傾注樋の出口部に溶銑を垂直に流下させる円筒状流出口付き受銑ガイドを設け、その受銑ガイド内に溶銑溜まりを形成して円筒状流出口より溶銑を自然落下させることにより、渦流を生じさせて攪拌混合を良くする技術が開示されている。

また特許文献２には、溶銑流出時の溶銑の落下エネルギーを利用して旋回流を発生することができる容器を使用し、旋回する溶銑に酸化鉄含有脱珪剤を巻き込ませて反応効率を向上させる技術が開示されている。

これらの技術は、溶銑の落下エネルギーを利用して渦流（旋回流）を発生させ、溶銑と脱珪剤の混合を図るもので、外的操作なしに容器形状のみでその効果を得ることができる。しかし前者では、受銑ガイドより溶銑を垂直に流下させ、後者では旋回流発生容器の下方に溶銑を排出して、それぞれ受銑（搬送）容器に注銑するので、下記のような難点がある。

すなわちこのような操作を行なう場合、受銑ガイドや旋回流発生容器は受銑（搬送）容器の直上に位置することになり、上部を覆い隠すようになる。その結果、受銑（搬送）容器内の監視が困難となるばかりでなく、重錘式レベル計やマイクロ波レベル計等の容器上部より計測を行なう機器が使用できなくなる。トピードカーのように容器開口部が相対的に小さい搬送容器の場合には、その影響が特に大きい。

さらに後者においては、発明の態様として専用の容器を使用することが実施例に示されているが、専用の容器を導入すると、不可避的に容器支持のための付帯設備の導入も必要になり、設備コストおよび保守管理の点で不利である。
特開平3-153810号公報特開2001-40410号公報

本発明は、傾注樋の改良によって、独立した容器や付帯設備の必要がなく、さらには搬送容器の受銑操作にも何ら支障なく高い脱珪反応効率が得られる傾注樋およびそれを用いた脱珪処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、傾注樋形状の改良に着眼して鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち本発明は、高炉鋳床での溶銑の脱珪に使用する傾注樋であって、溶銑出口部にろうと形状部位を備え、かつろうと形状部位の出口の直下に連結して、溶銑を水平方向もしくは斜め下方に送給して搬送容器に導く樋を設けたことを特徴とする傾注樋である。

この発明においては、前記傾注樋が、溶銑を受銑する受銑室と、その出口に連設したろうと形状部位とからなり、受銑室からろうと形状部位へ流入する溶銑流の流線と、ろうと形状部位の出口の軸心とを偏心させることが好ましい。

また、前記傾注樋の両端部に前記ろうと形状部位を備えても良い。

また本発明は、高炉鋳床で溶銑の脱珪を行なうにあたり、
(a) 溶銑を受銑する受銑室と、その出口に連設したろうと形状部位とからなり、
(b) 受銑室からろうと形状部位へ流入する溶銑流の流線とろうと形状部位の出口の軸心とを偏心させ、
(c) ろうと形状部位の出口の直下に連結して溶銑を水平方向もしくは斜め下方に送給して搬送容器に導く樋を設けた
傾注樋を使用し、ろうと形状部位の出口径（ｍ）に対するろうと形状部位を通過する溶銑体積流量（ｍ³／min ）の比が 0.5〜3.0 の範囲内であることを特徴とする溶銑の脱珪処理方法である。

本発明によれば、傾注樋の改良によって、独立した容器や付帯設備の必要なく、さらには搬送容器の受銑操作にも何ら支障なく、高い脱珪反応効率を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明では、図１に示すような高炉鋳床の既存設備に容易に適用できるように、傾注樋４の一部のみを改良する。すなわち図２に示すように、傾注樋にろうと形状部位８を設ける。これにより専用の容器を導入するときのような、専用の付帯設備の導入は不要となる。なお図２中のＡ−Ａ矢視の断面図を図３に示す。

同時に、傾注樋４のろうと形状部位の出口９の直下に、溶銑11を搬送容器（たとえばトピードカー５）に導く樋10を設けることが重要である。ろうと形状部位の出口９から流出する溶銑11は渦流の慣性を有しており、出口の周方向に流出する。したがって何らかのガイドが必要であるが、前掲の先行技術のように、鉛直下に溶銑11を導くようなガイドとすると、受銑管理が困難になる。

本発明では、ろうと形状部位の出口９直下に連結して、溶銑11を水平もしくは斜め下方に送給する樋10を設ける。これにより傾注樋４の受銑ガイドや旋回流発生容器が搬送容器の直上に位置することはなくなるので、従来通りの受銑管理が可能である。樋10は、ろうと形状部位８の鉛直軸に対し、垂直から下向き45°の範囲に向けることが望ましい。

また、傾注樋４が溶銑11を受銑する受銑室７と、ろうと形状部位８からなり、受銑室７からろうと形状部位８へ流入する溶銑流の流線と、ろうと形状部位の出口９の軸心とを偏心させることが好ましい。通常、傾注樋４は溶銑樋２から落下する溶銑11を受け容れるが、落下する溶銑11をそのままろうと形状部位８に導入すると、ろうと形状部位８内での周方向の流れが弱くなり、渦流の形成に不利である。溶銑を受銑室７に一旦受け容れ、然る後にろうと形状部位８の円周方向に沿って略水平に溶銑11を導くようにすれば、極めて有効に渦流を得ることができる。そのためには、受銑室７からろうと形状部位８へ流入する溶銑流の流線と、ろうと形状部位の出口９の軸心とを偏心させることが重要である。

さらには、傾注樋４の両端部に、ろうと形状部位８を備えても良い。両端部に備えることで、連続処理が可能となるだけでなく、傾注樋４の対称性が得られ、設備に無理がなくなる。

本発明で提供する傾注樋４を使用し、ろうと形状部位の出口径Ｄ（ｍ）に対するろうと形状部位を通過する溶銑体積流量Ｑ（ｍ³／min ）の比Ｑ／Ｄが0.5〜3.0 の範囲となるような条件で溶銑11の脱珪処理を実施すれば、極めて高い脱珪反応効率を享受することができる。上記の比Ｑ／Ｄが 0.5より小さいと、溶銑流がろうと形状部位８内で渦流を形成することなく流出し、有効な攪拌混合が達成されない。上記の比Ｑ／Ｄが 3.0より大きいと、ろうと形状部位８に溶銑11が充満し、攪拌混合に有効な渦流を得ることができない。

本発明では、高炉鋳床における脱珪処理について開示したが、他に溶融還元法等により珪素含有溶銑を製造する設備においても、当然に適用可能である。

［実施例１］
図１に模式的に示す高炉１（出銑量9000 ton／日）の鋳床において、酸化鉄系脱珪剤として焼結ダストを、溶銑樋２から傾注樋４へ落下する溶銑流に、ランス６を介して上方から投射して脱珪処理を行なった。脱珪剤原単位は20kg／ton であった。

使用した傾注樋４の平面図と断面図を図２，３に示す。ろうと形状部位の出口径 0.5ｍに対する溶銑体積流量１ｍ³／min の比は２であった。このようにして溶銑11の脱珪処理を行ない、脱珪処理前の出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を調査した。これを発明例とする。なお、脱珪酸素効率は下記の式で算出される。

脱珪酸素効率（％）＝ 100×Ｏ_M／Ｏ_F
Ｏ_M：溶銑中から脱珪されたSiと結び付いた酸素量（kg）
Ｏ_F ：脱珪剤中の酸素量（kg）
一方、比較例として、ろうと形状部位８を設けない傾注樋４を使用した以外は、発明例と同様に脱珪処理を行ない、脱珪処理前の出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を調査した。

図４は、出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を示すグラフである。図４から明らかなように、本発明の傾注樋４を使用することによって、脱珪反応効率が大きく上昇していることが明らかである。

［実施例２］
図１に模式的に示す高炉１（出銑量9000 ton／日）の鋳床において、ろうと形状部位の出口径の異なる傾注樋を使用した以外は、実施例１と同様に脱珪処理を行なった。脱珪剤原単位は20kg／ton であった。ろうと形状部位の出口径 1.0ｍに対する溶銑体積流量１ｍ³／min の比は 1.0であった。

このようにして脱珪処理を行ない、脱珪処理前の出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を調査した。これを発明例とする。

一方、比較例として、ろうと形状部位を設けない傾注樋を使用した以外は、発明例と同様に脱珪処理を行ない、脱珪処理前の出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を調査した。

図5は、出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を示すグラフである。図5から明らかなように、本発明の傾注樋を使用することによって、脱珪反応効率が大きく上昇していることが明らかである。

［実施例３］
出銑量の異なる高炉（出銑量2500 ton／日）の鋳床において、ろうと形状部位の出口径の異なる傾注樋を使用した以外は、実施例１と同様に脱珪処理を行なった。脱珪剤原単位は20kg／ton であった。ろうと形状部位の出口径 0.4ｍに対する溶銑体積流量0.33ｍ³／min の比は0.83であった。

図６は、出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を示すグラフである。図６から明らかなように、本発明の傾注樋を使用することによって、脱珪反応効率が大きく上昇していることが明らかである。

［実施例４］
出銑量の異なる高炉（出銑量2500 ton／日）の鋳床において、ろうと形状部位の出口径の異なる傾注樋を使用した以外は、実施例１と同様に脱珪処理を行なった。脱珪剤原単位は20kg／ton であった。ろうと形状部位の出口径0.16ｍに対する溶銑体積流量0.33ｍ³／min の比は 2.1であった。

図７は、出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を示すグラフである。図７から明らかなように、本発明の傾注樋を使用することによって、脱珪反応効率が大きく上昇していることが明らかである。

高炉鋳床に配置される設備の例を模式的に示す配置図である。本発明の傾注樋の例を模式的に示す平面図である。図２中のＡ−Ａ矢視の断面図である。出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を示すグラフである。出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を示すグラフである。出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を示すグラフである。出銑Si濃度と脱珪酸素効率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１高炉
２溶銑樋
３スキンマ
４傾注樋
５トピードカー
６ランス
７受銑室
８ろうと形状部位
９ろうと形状部位の出口
10 樋
11 溶銑

Claims

高炉鋳床での溶銑の脱珪に使用する傾注樋であって、溶銑出口部にろうと形状部位を備え、かつろうと形状部位の出口の直下に連結して、溶銑を水平方向もしくは斜め下方に送給して搬送容器に導く樋を設けたことを特徴とする傾注樋。
前記傾注樋が、溶銑を受銑する受銑室と、その出口に連設したろうと形状部位とからなり、受銑室からろうと形状部位へ流入する溶銑流の流線と、ろうと形状部位の出口の軸心とを偏心させたことを特徴とする請求項１に記載の傾注樋。
前記傾注樋の両端部に前記ろうと形状部位を備えたことを特徴とする請求項２に記載の傾注樋。
高炉鋳床で溶銑の脱珪を行なうにあたり、溶銑を受銑する受銑室と、その出口に連設したろうと形状部位とからなり、受銑室からろうと形状部位へ流入する溶銑流の流線とろうと形状部位の軸心とを偏心させ、ろうと形状部位の出口の直下に連結して溶銑を水平方向もしくは斜め下方に送給して搬送容器に導く樋を設けた傾注樋を使用し、ろうと形状部位の出口径（ｍ）に対するろうと形状部位を通過する溶銑体積流量（ｍ³／min ）の比が 0.5〜3.0 の範囲内であることを特徴とする溶銑の脱珪処理方法。