JP5085096B2

JP5085096B2 - 高炉鋳床の連続精錬方法及び高炉鋳床設備

Info

Publication number: JP5085096B2
Application number: JP2006300640A
Authority: JP
Inventors: 貴光中須賀; 世意木村; 毅三村; 健児伊藤; 紀久雄岡田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-11-06
Also published as: JP2008115434A

Description

本発明は、溶銑を連続的に精錬する高炉鋳床の連続精錬方法及び高炉鋳床設備に関する。

高炉で還元されて出銑された溶銑は、通常０．３〜０．５％程度の珪素［Ｓｉ］の他に、４．３〜４．６％程度の炭素［Ｃ］，０．０９〜０．１３％程度のりん［Ｐ］を含んでいる。この溶銑を精錬して所定の鋼とするには、炭素［Ｃ］やりん［Ｐ］を所定濃度まで低減する必要があるが精錬効率の観点から脱炭，脱りんに先立って珪素［Ｓｉ］や硫黄［Ｓ］を極力低濃度（例えば、珪素[Ｓｉ]０．２５％）まで除去しておくことが望ましい。
また、脱硫は吸熱反応であるため、高炉からの出銑後の最も高温時期である溶銑流路内を流れる過程で脱硫処理することが最も望ましい。

従来から、高炉から出銑した溶銑に対して脱珪，脱硫等の処理を行う装置や方法として、例えば、特許文献１〜３に示すものがある。
特許文献１は、高炉鋳床樋の上方に精錬剤（処理剤）噴射用のランスを樋の長手方向に設けた予備処理装置が記載されている。この予備処理装置では、精錬剤噴射用のランスを溶銑に浸漬して精錬剤をキャリアガスと共に溶銑内に吹き込んだり、精錬剤噴射用のランスを溶銑の上方に位置させて精錬剤をキャリアガスと共に吹き付けることによって、精錬処理を行っている。また、予備処理装置では、精錬剤噴射用のランスを移動させながら、精錬剤を溶銑に吹き付けたり、吹き込んだりしている。

特許文献２は、高炉鋳床のスキンマの下流側に予備処理反応槽を設け、この予備処理反応槽内の溶銑に脱流剤を添加することによって、溶銑の脱流処理を行う方法である。この脱硫処理を行う方法では、インジェクションランスを溶銑流れ方向の下流側に向かって浸漬し、当該ランスから脱硫剤をキャリアガスと共に吹き込みながらランスを予備処理反応槽の幅方向及び溶銑流れ方向に移動させながら脱流を行っている。
特許文献３は、高炉の傾注樋にて溶銑と精錬剤とを強制的に攪拌し、溶銑中に精錬剤を巻き込ませることによって、溶銑の精錬を行う精錬方法である。
特開昭６３−３１７６１１号特開平０４−０５２２０５号特開昭６３−１０５９１４号

特許文献１に示すように、溶銑の精錬を行う際に精錬剤噴射用ランスを移動させることによって、精錬剤の吹き込みによる高炉鋳床樋の耐火物が局所的に損耗することを防ぐことができる。
しかしながら、特許文献１に示すものでは、耐火物の損耗を防ぐことが可能ではあるが精錬剤噴射用ランスの移動範囲が全く規定されておらず、このような技術では、反応効率が低下することが実情である。
特許文献２も特許文献１と同様に、溶銑の精錬（脱硫）を行う際にインジェクションランスを移動しているので、耐火物の局所的な損耗を防ぐことができるものの、インジェクションの移動範囲が全く規定されておらず、特許文献１と同様に、反応効率が低下する場合があった。

これに加え、特許文献１及び特許文献２のものでは、溶銑を精錬するのに精錬剤をランスを用いて溶銑内に吹き込むといったインジェクション方式であり、この方式では、反応効率がよくない場合があった。
特許文献３に示すように、溶銑を攪拌することによって精錬剤を溶銑中に巻き込ませるという方法では、一部の精錬剤が溶銑中に巻き込まれずに流れていくことがあり、反応に関与しない精錬剤が多く、反応効率がよくない場合がある。また、特許文献３では、溶銑同じ箇所で攪拌しているため、攪拌された溶銑が一定の耐火物だけに当たってしまい、これによって、局所的に耐火物が損耗してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、精錬処理を行うにあたって、耐火物の局所的な損耗を防ぐと共に、精錬処理の効率を向上させることができる高炉鋳床の連続精錬方法及び高炉鋳床設備を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、高炉鋳床の溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加し、インペラを溶銑に浸漬して回転させることにより溶銑と前記精錬剤とを混合することで溶銑を連続的に精錬する高炉鋳床の連続精錬方法において、前記溶銑流路内に段差部を配置してこの段差部から溶銑を落下させ、前記段差部の下流側に前記インペラを配置して溶銑を攪拌しており、前記溶銑を精錬する際に、インペラを溶銑流路に沿って次式の範囲で移動させる点にある。

０＜Ｌ／Ｄ≦１．５
ただし、
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
発明者は、精錬剤を溶銑中に確実に巻き込ませることで、精錬処理の効率を向上させると共に、溶銑流路に設けた耐火物の局所的な損耗を防止する方法について様々な角度から検証した。

具体的には、発明者は、溶銑をインペラによって攪拌し且つ溶銑を落下によって攪拌するという両者の攪拌作用を用いることによって、確実に精錬剤を溶銑中に巻き込ませるという点に着目した。そこで、溶銑流路内に段差部を配置してこの段差部から溶銑を落下させ、前記段差部の下流側に前記インペラを配置して溶銑を攪拌することとした。
また、発明者は、両者による攪拌を最大限に生かすには、インペラと段差との位置関係が重要となると考え、インペラと段差部との位置を変化させたときの精錬処理の効率について実験を行った。実験の結果、インペラと段差部との位置関係が上記式を満たすことによって、精錬効率が向上することを見出した。

さて、耐火物の局所的な損耗を防ぐためには、精錬処理を行う際に、溶銑を攪拌するインペラを一定の位置に留まらせることなくインペラを上流側と下流側との範囲で移動させることが有効と考えられる。
そこで、発明者は、精錬処理の効率を向上させつつ耐火物の局所的な損耗を防ぐために、インペラを上記式（０＜Ｌ／Ｄ≦１．５）を満たす範囲で移動させることにした。
本発明における課題解決のための他の技術的手段は、高炉から出銑された溶銑が流れる溶銑流路と、この溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加する添加装置と、溶銑を攪拌するインペラを有する攪拌装置とを備えた高炉鋳床設備において、前記溶銑流路の上流側には溶銑を落下させるための段差部が設けられ、この段差部の下流側に前記インペラが位置するように攪拌装置が設けられており、前記攪拌装置は、インペラを溶銑流路に沿って次式の範囲で移動可能となっている点にある。

０＜Ｌ／Ｄ≦１．５
ただし、
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
これによれば、インペラを上記式を満たす範囲で移動させることで、耐火物の局所的な損耗を防ぐと共に、精錬処理の効率を向上させることができる。
なお、本発明における課題解決のための最も好ましい技術的手段としては、高炉鋳床の溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加し、１基のインペラを溶銑に浸漬して回転させることにより溶銑と前記精錬剤とを混合することで溶銑を連続的に精錬する高炉鋳床の連続精錬方法において、前記溶銑流路内に段差部を配置してこの段差部から溶銑を落下させ、前記段差部の下流側に前記インペラを配置して溶銑を攪拌しており、前記インペラの下流側であって次式を満たす位置に精錬剤を添加し、
０＜Ｍ／Ｄ≦０．８
ただし、
Ｍ：インペラの回転軸の軸芯から精錬剤の添加位置までの水平距離（ｍ）
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
前記溶銑を精錬する際に、インペラを溶銑流路に沿って次式の範囲で移動させるさせるものがある。
０＜Ｌ／Ｄ≦１．５
ただし、
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
また、本発明における課題解決のための最も好ましい技術的手段としては、高炉から出銑された溶銑が流れる溶銑流路と、この溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加する添加装置と、溶銑を攪拌する１基のインペラを有する攪拌装置とを備えた高炉鋳床設備において、前記溶銑流路の上流側には溶銑を落下させるための段差部が設けられ、前記段差部の下流側に前記インペラが位置するように攪拌装置が設けられており、前記インペラの下流側であって次式を満たす位置に添加装置が配備され、
０＜Ｍ／Ｄ≦０．８
ただし、
Ｍ：インペラの回転軸の軸芯から添加装置における精錬剤の添加位置までの水平距離（ｍ）
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
前記攪拌装置は、インペラを溶銑流路に沿って次式の範囲で移動可能となっているものもある。
０＜Ｌ／Ｄ≦１．５
ただし、
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）

本発明によれば、耐火物の局所的な損耗を防ぐと共に、精錬処理の効率を向上させることができる。

以下、本発明の高炉鋳床設備について説明する。
図１、２に示すように、高炉２の周りには高炉鋳床１が設けられており、この高炉鋳床１は高炉２から出銑された溶銑が流れる出銑樋４を有している。
出銑樋４は、高炉２から出銑した溶銑を、溶銑を入れる溶銑鍋や混銑車等に導く溶銑流路である。図１の左側から右側へ溶銑が流れる。ゆえに、図１の左側を上流、図１の右側を下流と呼ぶ。
出銑樋４の上流側には、第１排滓樋５が分岐形成されており、この第１排滓樋５の分岐点よりも下流側には溶銑上に浮かぶスラグ６が第１排滓樋５に流れるように案内する第１潜り堰７が設けられている。潜り堰とは、矩形状のものであって、下部が出銑樋４の底部から離れ、上部が溶銑から突出している堰のことで、溶銑上に浮かぶスラグを堰止め、溶銑自体を下側から通すものである。

第１潜り堰７の下流側には、出銑樋４の底部から上方に突出した段差部８が設けられている。この段差部８は、出銑樋４の上流側の底部４ａ（言い換えれば、第１潜り堰７に近接する底部）から略直角に立ち上がる垂直部８ａと、この垂直部８ａから下流側に向けて水平に延びる水平部８ｂと、この水平部８ｂから出銑樋４の下流側の底部４ｂへ向けて傾斜する傾斜部８ｃとを有している。
図３、４に示すように、段差部８の高さＨを、当該段差部８よりも下流側の出銑樋４の底部４ｂから段差部８の水平部８ｂまでの距離とし、溶銑の深さＺを段差部８より下流側における溶銑の深さとしたとき、Ｈ／Ｚ≧１を満たすように、当該段差部８の高さＨを設定することが好ましい。

また、段差部８の勾配θ（deg）を出銑樋４の底部４ｂと段差部８の傾斜部８ｃとの成す狭角としたとき、θ≧３０を満たすように、当該段差部８の勾配（傾斜角度）θを設定することが好ましい。
段差部８の下流側には、回転によって溶銑を攪拌するインペラ１０を有する攪拌装置１１が配置され、このインペラ１０の下流側には精錬剤を添加する添加装置１２が配置されている。
添加装置１２の下流側には、インペラ１０で攪拌した後に生成されたスラグ１４を排滓する第２排滓樋１３が分岐形成されている。第２排滓樋１３の分岐点よりも出銑樋４の下流側には、インペラ１０によって攪拌された後に生成されたスラグ１４を第２排滓樋１３に流れるように案内する第２潜り堰１５が設けられている。

なお、第２排滓樋１３の下流側の側壁１３ａ（側壁１３ａの上端）から後述するインペラ１０の回転軸１５の中心までの水平距離Ｒが後述する溶銑流路４の最大幅Ｄに対して、１．２≦Ｒ／Ｄ≦５を満たすように、第２排滓樋１３の位置を設定することが好ましい。
図５に示すように、出銑樋４は、断熱部６０と、この断熱部６０の内側に配置されて煉瓦等で構成された背面部６１と、背面部６１の内側に配置された耐火部６２とを有している。
耐火部６２は、不定形の耐火物を背面部６１の内側に流し込むことで形成されたもので、底部４ａや底部４ｂを構成する底壁２０と、この底壁２０の両端からから立ち上がる側壁２１とを有している。この実施の形態では、耐火部６２は、側壁２１が底壁２０の両端部から上方にいくにしたがって徐々に外側に移行する台形状に形成されている。

前記溶銑流路の最大幅Ｄは、出銑樋４に溶銑を通過させた際に、溶銑と耐火部６２の側壁２１とが接触している接触部分での耐火部６２の最大幅である。言い換えれば、溶銑流路の最大幅Ｄは、出銑樋４に溶銑を通過させた際、出銑樋４内を流れる溶銑の最大幅である。図５に示すように、耐火部６２の形状が断面視で台形であるときには、出銑樋４を流れる溶銑の湯面幅が溶銑流路の最大幅Ｄとなる。
以下、攪拌装置１１、添加装置１２について、詳しく説明する。
［攪拌装置について］
図７，８に示すように、攪拌装置１１は、溶銑を攪拌するインペラ１０と、このインペラ１０を回転駆動させる駆動部３０と、インペラ１０及び駆動部３０を昇降させる昇降部３１と、インペラ１０，駆動部３０及び昇降部３１を移動させる移動部５０を備えている。

駆動部３０は、インペラ１０を回転させるための駆動モータ３２と、駆動モータ３２から下側に突出した出力軸である第１回転軸３３と、この第１回転軸３３の先端に取り付けられた第１歯車３４と、この第１歯車３４に噛合する第２歯車３５と、この第２歯車３５が上端に設けられ且つ軸芯が上下に向く第２回転軸３６とを有している。これら駆動モータ３２、第１回転軸３３及び第２回転軸３６は、支持体３７に配備されている。
第２回転軸３６は、上下一対のベアリング３８によって支持体３７に回転自在に支持されている。第２回転軸３６の下部には後述するインペラ１０の回転軸１５と当該第２回転軸３６と同軸上に接続する接続具３９が設けられている。

昇降部３１は、一対のシリンダ（ロック付きエアシリンダ）４０を有しており、このシリンダ４０はその軸芯を上下に向けて支持体３７の両側に配置されている。
シリンダ４０のシリンダ本体４１ａは踏み板４２上に固定されたフレーム４１に取り付けられている。シリンダ４０のロッド４０ｂの先端は支持体３７に接続されており、ロッド４０ｂの伸縮によって、支持体３７を昇降できるようになっている。
インペラ１０は、筒状又は棒状の回転軸１５と、回転軸１５の先端に設けられた複数の羽根１６とを有している。

インペラ１０の回転軸１５は、出銑樋４を覆う溶銑樋カバー４３に設けられた第１開口部２５を貫通すると共に、溶銑樋カバー４３の上方に設けられた踏み板４２の第２開口部２６を貫通している。第１開口部２５は、出銑樋４を覆う溶銑樋カバー４３に出銑樋４の長手方向に沿って延設された開口であって、第２開口部２６は、踏み板４２に出銑樋４の長手方向に沿って延設された開口である。
回転軸１５の上端は、接続具３９を介して駆動部３０の第２回転軸３６に接続されている。

インペラ１０の各羽根１６は回転軸１５の先端から径外方向に突出した略矩形状のものである。インペラ１０の羽根１６の枚数は４枚とされている。各羽根１６はその枚数に対応して回転軸１５に対し均等な角度（例えば、９０deg）の間隔で回転軸１５に取り付けられている。
図３、４に示すように、インペラの幅ｄを、互いに対向しているそれぞれの羽根１６の幅（回転軸１５から突出している長さ）と回転軸１５の直径とを加算（ｄ＝ｄ１＋ｄ２＋ｄ１）したものとしたとき、インペラ１０の幅ｄは、溶銑流路の最大幅Ｄに対して、０．３≦ｄ／Ｄ＜１を満たすのが好ましい。

移動部５０は、インペラ１０を出銑樋４に沿って、式（１）を満たすように、インペラ１０を移動させるものである。
０＜Ｌ／Ｄ≦１．５・・・（１）
ただし、
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部（段差）からインペラまでの距離（ｍ）
図３、４に示すように、段差部８からインペラ１０までの距離Ｌは、溶銑と段差部８の傾斜部８ｃとが接触している接触部分Ｔから羽根１６を回転させたときの軌道Ｋまでの水平距離である。言い換えれば、段差部８からインペラ１０までの距離Ｌは、溶銑と段差部８の傾斜部８ｃとが接触している接触部分Ｔから羽根１６の先端部までの水平距離である。

前記移動部５０は、インペラ１０，駆動部３０及び昇降部３１等を支持するフレーム４１と、このフレーム４１に回転自在に支持され且つ出銑樋４カバー４３上を転動する転動輪５１とを有している。フレーム４１は、出銑樋４に沿って延設されたベース部５２を有している。ベース部５２には、当該ベース部５２から下方に延びる脚部５３が設けられ、この脚部５３は、第２開口部２６を介して（通って）踏み板４２近傍まで達するものとなっている。脚部５３の先端（下端）には、転動輪５１が出銑樋４に沿って移動可能となるように回転自在な転動輪５１が設けられている。なお、踏み板４２上には、転動輪５１が踏み板４２上を出銑樋４に沿って直線的に移動できるように、転動輪５１が走行する軌道（例えば、レール）が設けられている。

攪拌装置１２によれば、駆動モータ３２を駆動させることで、第２回転軸３６を回転駆動させることができ、第２回転軸３６の回転によって、インペラ１０の羽根１６をインペラ１０の回転軸１５回りに回転させることができる。
また、攪拌装置１２の昇降部３１で支持体３７を昇降させることで、インペラ１０の羽根１６を溶銑に浸す浸し姿勢と、インペラ１０の羽根１６を溶銑に浸さない退避姿勢とに姿勢変更することができる。
したがって、昇降部３１によって支持体３７を下降させ、インペラ１０の羽根１６を浸す状態にした後、駆動モータ３２の駆動によって溶銑に浸した羽根１６を回転させることで脱珪処理及び脱硫処理を行う際に、溶銑を攪拌することができる。

その状態において、転動輪５１のいずれか又は全てを回転させ、攪拌装置１１すなわちインペラ１０を式（１）を満たす範囲で移動させることが可能である。なお、転動輪５１を回転させる電動モータをフレーム４１に設け、この電動モータの駆動によって自動的に転動輪５１を回転させることが好ましい。
［添加装置について］
図７、８に示すように、添加装置１２は、精錬剤を貯蔵するホッパー４５と、ホッパー４５の下部から排出された精錬剤を細かく切り出す切り出し部４６と、切り出された精錬剤を搬送するスクリューコンベア４７と、スクリューコンベア４７の精錬剤の送り出し側（先端部ということがある）に設けられた剤投入ランス１７とを有している。

スクリューコンベア４７は、出銑樋４に沿って延びる筒体４８と、この筒体４８内に当該筒体４８の軸芯と同軸上に設けられ且つ筒体４８内を回転自在なスクリュー４９とを有しており、スクリュー４９の回転によって、回転によって切り出し部４６から切り出された精錬剤を剤投入ランス１７へ向けて搬送するように構成されている。
剤投入ランス１７は、その軸芯が上下に向けられ、溶銑樋カバー４３及び踏み板４２を貫通している。剤投入ランス１７の上端はスクリューコンベア４７の先端に接続され、剤投入ランス１７の下端は、溶銑の上側に達している。

添加装置１２、即ち、ホッパー４５、切り出し部４６と、スクリューコンベア４７及び剤投入ランス１７は攪拌装置１１のフレーム４１（ベース部５２）に支持されている。これにより、添加装置１２は、攪拌装置１１と共に移動するようになっている。
詳しくは、脱珪処理及び脱硫処理を行う際に攪拌装置１１のインペラ１０が移動すると、添加装置１２の剤投入ランス１７も同時に移動する。
なお、図３、４に示すように、インペラ１０の回転軸１５の中心（軸芯）から剤投入ランス１７の中心（軸芯）までの水平距離Ｍが０＜Ｍ／Ｄ≦０．８を満たすように、剤投入ランス１７の位置が設定されていることが好ましい。

次に、本発明の高炉鋳床の連続精錬方法について説明する。
高炉鋳床の連続精錬方法では、出銑樋４内に段差部８を配置してこの段差部８から溶銑を落下させ、段差部８の下流側にインペラ１０を配置して溶銑を攪拌し、インペラ１０を出銑樋４に沿って、式（１）を満たすように移動させる。
具体的には、高炉２から出銑した溶銑は、第１潜り堰７下を通過して段差部８に向けて下流側へと流れ、スラグ６は第１排滓樋５に流れる。そして、段差部８へ向けて流れる溶銑は、段差部８の水平部８ｂを通過して、段差部８の傾斜部８ｃに到達し、傾斜部８ｃに沿ってさらに下流側に流れる。

傾斜部８ｃに到達した溶銑は傾斜部８ｃに沿って流れるが、このとき、当該溶銑は段差部８（水平部８ｂ）から出銑樋４の底部４ｂに向けて落下する。段差部８から落下した溶銑は、段差部８から落下したことで攪拌される。
段差部８から落下して攪拌された溶銑は、インペラ１０に到達して当該インペラ１０によって機械攪拌され、インペラ１０よりもさらに下流側に流れる。添加装置１２付近に到達した溶銑には、精錬剤（例えば、脱珪剤又は脱硫剤）が添加され、溶銑の脱珪や脱硫が行われる。脱珪処理又は脱硫処理された溶銑は、第２潜り堰１５下を通過して段差部８に向けて下流側へ流れ、インペラ１０の攪拌又精錬剤の添加によって生成されたスラグ１４は第２排滓樋１３に流れることになる。

本発明の高炉鋳床の連続精錬方法では、出銑樋４に段差部８を設けることで溶銑を落下させ、この落下によって溶銑に乱流を発生させることができる。溶銑の乱流によって、溶銑は攪拌されるため精錬剤を溶銑に巻き込ませる効果が期待できる。
即ち、インペラ１０よりも下流側で添加された精錬剤の一部は、インペラ１０の回転によって段差部８の傾斜部８ｃへ向けて戻ってくることがあるが、段差部８側へ戻ってきた未反応の精錬剤を段差による攪拌によって、溶銑内に確実に巻き込ませることができる。
これに加え、段差部８の傾斜部８ｃが邪魔板として働いて溶銑の流れに乱れを起こし、その結果、戻ってきた未反応の精錬剤を溶銑に巻き込ませるという邪魔板効果も期待できる。

このように、段差部８を設けることで溶銑の攪拌を引き起こさせ、未反応の精錬剤を溶銑に巻き込ませるという効果を得ることができるため、段差部８による攪拌とインペラ１０による機械攪拌との両者を合わせることで、溶銑に精錬剤を確実に巻き込ませることができることが期待できる。
さて、両者による攪拌を最大限に生かすには、段差部８とインペラ１０との位置関係が重要となる。図３、４に示すように、段差部８とインペラ１０との位置関係は、溶銑流路の最大幅Ｄに対する段差部８の立ち上がりとインペラ１０までの距離との割合（Ｌ／Ｄ）で示すことができる。Ｌ／Ｄの値が大きくなればなるほど、段差部８とインペラ１０とが離れていることを意味する。

そこで、段差部８とインペラ１０との位置関係と、脱珪酸素効率η_O2との関係を過去の操業等から図９のようにまとめると、Ｌ／Ｄの値が１．５よりも大きいとき、脱珪酸素効率η_O2が５０％未満となった。
Ｌ／Ｄの値が１．５を超えると、段差とインペラ１０とが離れ過ぎているため、殆どの精錬剤がインペラ１０の攪拌によって段差部８側に戻ってくることが無く、その結果、脱珪酸素効率η_O2が低下したと考えられる。即ち、Ｌ／Ｄの値が１．５より大きい場合は、段差部８による溶銑の攪拌では精錬剤を溶銑に巻き込ませるという巻き込み効果は非常に小さく、実質的に、インペラ１０の攪拌のみで精錬剤を溶銑に巻き込ませているのと同じである。

なお、Ｌ／Ｄ＝０であるときは、段差部８とインペラ１０との両者の位置が同じであることを意味するが、この条件ではインペラ１０自体を回転させることができず操業として成り立たないため、Ｌ／Ｄ＝０を除外し、脱珪酸素効率η_O2が５０％以上となる０＜Ｌ／Ｄ≦１．５とした。また、０＜Ｌ／Ｄ≦１．５であるとき、脱硫効率η_Sも５０％以上となった。
段差部８に対するインペラ１０の位置を０＜Ｌ／Ｄ≦１．５を満たすようにすることで、精錬効率を向上させることができる。

さて、図６（ａ）に示すように、精錬処理の際に、インペラ１０の位置を固定した状態で当該インペラ１０を回転させると、インペラ１０によって攪拌された溶銑は耐火物の同じ箇所（場所）に当たることになり、溶銑が常に当たる箇所が局所的に摩耗してしまう虞がある。
一方で、図６（ｂ）に示すように、精錬処理の際に、インペラ１０の位置を固定せず、当該インペラ１０を出銑樋４に沿って移動し、インペラ１０を回転させると、インペラ１０によって攪拌された溶銑は耐火物の異なる箇所（場所）に当たることになるため、耐火物を満遍なく摩耗させることができ、溶銑樋４の寿命を長くすることができる。

そこで、本発明では、耐火物の局所的な摩耗を防止つつ、上述したように精錬効率を向上させるため、インペラ１０を出銑樋４に沿って、式（１）を満たすように移動させていいる。
インペラ１０の移動は、攪拌装置１１を出銑樋４の長手方向に沿って移動させることによってなすことができる。例えば、出銑した溶銑量が所定量になる毎にインペラ１０を所定ピッチずつ式（１）の範囲で移動させたり、出銑した溶銑量に関わらずインペラ１０を連続的に式（１）の範囲で移動させる。

以下、式（１）に基づいて、インペラを移動させて、脱珪処理又は脱流処理を行った本発明の実施例と、比較例とを例示して説明する。実施条件は表１の通りである。

溶銑中の珪素［Ｓｉ］は、脱珪剤（精錬剤）中の酸素［Ｏ］と反応して、Ｓｉ＋２Ｏ＝ＳｉＯ₂の反応式にしたがって（ＳｉＯ₂）として溶銑から除去される。溶銑へ添加された脱珪剤が効率的に脱珪反応に寄与したかを表す指標として、式（２）に示される脱珪酸素効率η_O2を用いた。
脱珪酸素効率η_O2は、脱珪剤中の酸素分に対して溶銑中のＳｉの酸化に使用された酸素分の割合を示したものである。
溶銑へ添加された脱硫剤（精錬剤）が効率的に脱硫反応に寄与したかを表す指標として、式（３）に示される脱硫効率を用いた。

精錬剤の組成は、脱珪剤の場合、ＦｅＯ及び／又はＦｅ₂Ｏ₃を、脱硫剤の場合、ＣａＯを含んでいればよい。この実施の形態では、脱珪剤として５ＦｅＯ−５８Ｆｅ₂Ｏ₃−２１ＣａＯ−８ＳｉＯ₂（in mass%）、脱硫剤として８０ＣａＯ−３ＳｉＯ₂−３ＭｇＯ−６Ａｌ₂Ｏ₃−８Ｍ．Ａｌ（in mass%）を用いた。
従来ような機械的な攪拌のみの精錬では、同じ脱珪剤原単位で比較した場合、従来での脱珪酸素効率η_O2は３０〜４０％であった。それを鑑み、この実施例では、脱珪酸素効率η_O2は高効率である５０％以上になることを基準とした。この場合、出銑時の珪素［Ｓｉ］が０．３８〜０．４２mass%であったが、処理後の珪素［Ｓｉ］は、０．２mass%以下となる。

同様に、同じ脱硫剤原単位で比較した場合、従来での脱硫効率η_Sは３０〜４０％であった。それを鑑み、この実施例では、脱硫効率η_Sは高効率である５０％以上になることを基準とした。この場合、出銑時の硫黄［Ｓ］が０．０２２〜０．０２３mass%であったが、処理後の硫黄［Ｓ］は、０．０１０mass%以下とした。
脱珪酸素効率η_O2の基準を５０％以上とすることで、本処理の後工程に行われる脱りん処理における効率（脱りん時間の短縮、脱りん量の向上）を向上させることができる。
また、脱硫効率η_Sが５０％未満の場合、さらに追加の脱硫工程が必要となる場合があり、生産性低下や熱ロスを招くため、操業上好ましくない。したがって、脱硫効率η_Sは５０％以上確保する必要がある。

また、出銑終了後の耐火物の最大摩耗量Ｓは２００ｍｍ未満であることを基準とした。
耐火物の最大摩耗量Ｓを２００ｍｍ未満とすることは、過去の操業実績から得られたものであって、最大摩耗量Ｓが２００ｍｍを超えると、それが例え１箇所であったとしても出銑樋４が寿命を迎えることになる。出銑樋４が寿命を迎えると、出銑樋４全体に対して耐火物の流し込みを行って、出銑樋４全体の耐火物を取り替えるという大がかりな作業を行わなければならない（以降、耐火物を取り替えることを、流し込み施工後ということがある）。
以下、表２は実施例及び比較例をまとめたものである。

実施例１では、脱珪処理の際に、インペラ１０を式（１）を満たす範囲で連続的に移動
させた。実施例２〜９では、出銑された溶銑が下流側で溶銑鍋に入れられる毎(例えば１鍋、５鍋、１０鍋、５０鍋ごと）にインペラ１０を式（１）を満たす範囲で移動させながら脱珪処理を行った。実施例１０では、脱硫処理の際に、出銑された溶銑が下流側で溶銑鍋に入れられる毎（５鍋ごと）にインペラ１０を式（１）を満たす範囲で移動させた。１つの溶銑鍋の容量は９０ｔｏｎである。
なお、表２で示す攪拌位置は、インペラ１０を移動させたときの、段差部８からインペラ１０までの距離Ｌを示したものである。表２で示す攪拌位置の欄においては、例えば、実施例１では、Ｌ＝０．２５〜１．２５（Ｌ／Ｄ＝０．２８〜１．３９）となる範囲でインペラ１０を連続的に往復移動させている。実施例２では、出銑した溶銑が１鍋に入る（出銑した溶銑量が９０ｔｏｎ）毎にＬ＝０．２５〜１．２５（Ｌ／Ｄ＝０．２８〜１．３９）となる範囲を、０．０５〜０．５ｍ刻みにインペラ１０を移動させている。

表２で示す損耗度とは、初期（流し込み施工後）の耐火物の厚み（溶銑の湯面と耐火物とが接触する接触部分Ｊにおける厚み３５０ｍｍ）に対して、１００鍋処理後の耐火物の最大摩耗量Ｓの割合を示したものである。最大摩耗量Ｓの管理値を２００ｍｍ未満としていることから、損耗度が５７％を超えることは非常に好ましくない。表２で示す脱珪酸素効率η_O2や脱硫効率η_Sは、１００鍋処理を行った後の平均値である。
表２に示すように、精錬処理の際に、インペラ１０を式（１）を満たす範囲で移動させた場合、脱珪酸素効率η_O2及び脱硫効率η_Sを５０％以上にすることができると共に、１００鍋分の溶銑を出銑した後の耐火物の最大摩耗量Ｓが２００ｍｍ未満であった。損耗量は全てにおいて５７％以下であった。（実施例１〜１０）。

一方で、インペラ１０を式（１）を満たす範囲内に固定して精錬処理を行った場合、脱珪酸素効率η_O2及び脱硫効率η_Sは５０％以上にすることができたが、出銑後の耐火物の最大摩耗量Ｓは２００ｍｍ以上となった。損耗量は５７％を大きく超えている。（比較例１１、１３）。
また、インペラ１０を式（１）を満たさない範囲で固定して精錬処理を行った場合、脱珪酸素効率η_O2及び脱硫効率η_Sは５０％未満であると共に、出銑後における耐火物の最大摩耗量Ｓも２００ｍｍ以上となり、損耗量は５７％を大きく超えている。（比較例１２）。

以上、本発明によれば、溶銑を精錬する際に、インペラ１０を溶銑流路に沿って、式（１）を満たすように、移動させることによって、耐火物の局所的な損耗を防ぐと共に、精錬処理の効率を向上させることができる。

本発明は、高炉から出銑した溶銑を連続的に精錬する方法に利用することができる。

図１は、高炉鋳床設備の概略平面図である。図２は、高炉鋳床設備の概略断面図である。図３は、高炉鋳床設備における寸法を説明する平面図である。図４は、高炉鋳床設備における寸法を説明する斜視図である。図５は、出銑樋にインペラを浸漬したときの概略断面図である。図６は、インペラを移動した場合と移動しなかった場合の耐火物の溶損の状態図である。図７は、攪拌装置及び添加装置の概略正面図である。図８は、攪拌装置の概略側面図である。図９は、Ｌ／Ｄと脱珪酸素効率との関係をまとめた図である。

符号の説明

１高炉鋳床
２高炉
４出銑樋
８段差部
１０インペラ
１１攪拌装置
１２添加装置
１７剤投入ランス

Claims

高炉鋳床の溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加し、１基のインペラを溶銑に浸漬して回転させることにより溶銑と前記精錬剤とを混合することで溶銑を連続的に精錬する高炉鋳床の連続精錬方法において、
前記溶銑流路内に段差部を配置してこの段差部から溶銑を落下させ、
前記段差部の下流側に前記インペラを配置して溶銑を攪拌しており、
前記インペラの下流側であって次式を満たす位置に精錬剤を添加し、
０＜Ｍ／Ｄ≦０．８
ただし、
Ｍ：インペラの回転軸の軸芯から精錬剤の添加位置までの水平距離（ｍ）
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
前記溶銑を精錬する際に、インペラを溶銑流路に沿って次式の範囲で移動させることを特徴とする高炉鋳床の連続精錬方法。
０＜Ｌ／Ｄ≦１．５
ただし、
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）
高炉から出銑された溶銑が流れる溶銑流路と、この溶銑流路内を流れる溶銑に精錬剤を添加する添加装置と、溶銑を攪拌する１基のインペラを有する攪拌装置とを備えた高炉鋳床設備において、
前記溶銑流路の上流側には溶銑を落下させるための段差部が設けられ、
前記段差部の下流側に前記インペラが位置するように攪拌装置が設けられており、
前記インペラの下流側であって次式を満たす位置に添加装置が配備され、
０＜Ｍ／Ｄ≦０．８
ただし、
Ｍ：インペラの回転軸の軸芯から添加装置における精錬剤の添加位置までの水平距離（ｍ）
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
前記攪拌装置は、インペラを溶銑流路に沿って次式の範囲で移動可能となっていることを特徴とする高炉鋳床設備。
０＜Ｌ／Ｄ≦１．５
ただし、
Ｄ：溶銑流路の最大幅（ｍ）
Ｌ：段差部からインペラまでの距離（ｍ）