JP5407186B2 - 残湯返し作業における発塵防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、残湯返し作業における発塵防止方法に係わり、詳しくは、高炉―転炉―連続鋳造機―圧延の各工程を備えた一貫製鉄所で鋼材を製造するに当たり、連続鋳造以降の工程にトラブルが発生し、連続鋳造の中止が必要になった際に、連鋳機のタンディシュ上に配置した溶鋼鍋内に残った残湯を、製鋼用鉄源として再利用するため、転炉へ溶銑を搬送する溶銑鍋へ戻す時に起きる作業所の発塵を未然に防止する技術に関する。

一貫製鉄所では、鉄鉱石を製錬して溶銑を製造し、該溶銑を転炉精錬、必要に応じて真空脱ガス槽を利用しての二次精錬を経て溶鋼を溶製してから、連続鋳造で鋼片となした後、圧延して所望の鋼材を得ている。これらの各工程は、経済的な見地より、一連の流れとして連続的に行われるのが望ましい。ところが、操業にはトラブルがつきもので、例えば連鋳機でのブレークアウト、浸漬ノズルの閉塞、鋳造作業を停止せざるを得ない事態が発生する。このような場合には、タンディシュ上に配置した溶鋼鍋内に溶鋼（以下、残湯ともいう）が残るという問題が発生する。この残湯をそのまま凝固させてスクラップにするには、熱的にも経済的にもデメリットを受ける。そこで、該残湯は、製鋼用鉄源としての溶銑に混合して再利用するため、転炉へ搬送される溶銑鍋へ高温状態のまま注入して戻すこと（以下、残湯返し作業という）が行われている。

一方、製鉄所では、近年、大気環境の改善が強く叫ばれているため、各工場内の作業所での発塵をできるだけ抑える努力がなされている。例えば、溶銑を収納している混銑車、溶銑鍋、溶銑予備処理炉等の溶銑収納容器から別の取鍋へ溶銑を移し替える作業所では、取鍋内への落下時の衝撃や高温状態にある溶銑からの上昇気流によって大量の金属ダスト等が粉塵として舞い上る。この発塵対策としては、溶銑の移し替えに際して、次工程で使用される予定の造滓剤を、溶銑の受け入れに先立って取鍋内に０．５（ｋｇ／溶銑１トン）ばかり投入しておき、投入された溶銑を覆う層を形成させる技術（所謂「カバースラグ」としての役割を図る）が提案されている（特許文献１参照）。

また、脱燐処理あるいは脱珪処理を施した後の溶銑を次工程へ輸送する際に、輸送用容器からの発塵を抑制するため、転炉から出鋼した溶鋼を収容する取鍋内で発生したスラグ（取鍋スラグという）をカバースラグに利用する技術も開示されている（特許文献２参照）。さらに、溶融金属の移動の間の煙霧の放出を、固体二酸化炭素（以下、ドライアイスという）で覆って減少させる方法も開示されている（特許文献３参照）。

しかしながら、特許文献１及び２に記載のカバースラグを利用して発塵を抑制する技術は、次工程で行われる精錬で利用する造滓剤が存在する場合には有効であるが、上記した連続鋳造機からの溶湯返し作業のように、処理対象が溶鋼の場合には適用できない。精錬されて不純物が折角除去されている溶鋼に再びスラグを大量に形成させることは、以降の精錬負荷が増えるだけでメリットがないからである。また、特許文献３記載の方法は、スラグの形成がないという利点があるが、ドライアイスの製造、保存に特別の設備が必要で、実用するには経済的に不利である。そのため、造滓剤やドライアイスに代わる物質の利用が望まれていた。
特開昭６３−４７３２２号公報 特開２００６−２４１５６１号公報 特表２００１−５０３８１７号公報

本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、連鋳前の溶鋼を転炉への鉄源として戻し、再利用するに当たり、比較的少ないスラグの形成量で発塵防止に有効な残湯返し作業における発塵予防方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、連続鋳造以降の工程にトラブルが発生し、連鋳機のタンディシュ上に配置した溶鋼鍋内の溶鋼を該タンディシュへ注入するのを中止して、該溶鋼鍋内に残った残湯を転炉へ搬送する溶銑を保持した溶銑鍋へ戻し、製鋼用鉄源として再利用するに際して、前記溶銑鍋に発塵防止手段として、コークスを含有する粒状の高酸素親和性物質を溶銑鍋内に保持した溶銑の上に投入してから、前記残湯を溶銑鍋へ注入することを特徴とする残湯返し作業における発塵防止方法である。

この場合、前記粒状のコークスの投入原単位を、溶銑トン当たり３〜３０ｋｇとするのが良い。

本発明によれば、溶鋼鍋から溶銑鍋に注入した際に、溶銑鍋内の鉄と酸素との反応や溶銑中炭素（記号：Ｃ）と大気中の酸素（記号：Ｏ）とによりＣＯが生成し、溶銑中でバブリングが起きないようになるので、溶鋼受け入れ後の溶銑鍋内で形成されるスラグ量が少なく、且つ発塵が十分に抑制される。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、本発明が対象とする残湯返し作業を行う場所は、図２に一例を示すように、製鋼工場の建屋内にあって、溶銑の酸素吹錬を行う転炉１を配設した「転炉ヤード」と、転炉１から出鋼した溶鋼を溶鋼鍋に受け、該鍋をレール２の上を走行する台車３に載置、移動させて、連続鋳造するためのタンディッシュ（図示せず）、連鋳機４を配設した「連鋳ヤード」との間に位置する。この位置では、通常、台車３に載置された溶鋼鍋をクレーン５で吊り上げて連鋳機４のタンディッシュの高さに位置調整を行うので、本明細書では、この位置を「横持ちヤード」と仮称する。そして、この「横持ちヤード」の脇側に溶銑鍋を載置した台車を走行させるレール２を別途施設し、図２に斜線を施した台車３の位置で残湯返し作業が行われる。

つまり、連続鋳造以降の工程にトラブルが発生し、連鋳機４のタンディシュ上に配置した溶鋼鍋６内の溶鋼７を前記タンディシュへ注入するのを中止して、該溶鋼鍋６内に残った溶鋼７を残湯として、転炉１へ搬送する溶銑を保持する溶銑鍋８へ戻して溶銑と混合し、製鋼用鉄源として再利用するのである。その残湯返し作業は、図１に示すように、タンディシュ上の溶鋼鍋６をクレーン５で懸架して前記残湯返し作業場所に運び、台車３に載置してある溶銑鍋８（後述するように、溶銑が既に収納されている場合と空の場合がある）へ注入することで行われる。なお、１回の残湯返し作業で処理される溶鋼の量は、連続鋳造での注入中止時期との関係で様々であり、最大で溶鋼鍋の収納能力一杯から、ほとんど残湯がない状態まで幅がある。

この残湯返し作業では、前記したように発塵が起こり、建屋集塵は行っていても作業環境の改善が必要なのである。発塵のメカニズムは、特許文献１及び２でも明らかなように、鍋への注入時の衝撃、溶銑中のＣと大気中Ｏとの反応によるＣＯガスのバブリング、溶銑中のＦｅと大気中Ｏとの反応により、微粉状のＦｅ酸化物の生成であることが知られている。

しかしながら、前記したように、転炉精錬済みで不純物がせっかく除去されている溶鋼７を、転炉１の鉄源として再利用するのであるから、発塵予防のために前記カバースラグ法を適用し、造滓剤をさらに添加して次工程の転炉精錬で形成されるスラグの量を増すのは、転炉１での精錬負荷が増加するし、経済的な見地よりも好ましくないと考えた。

そこで、発明者は、造滓剤に代わる添加物として、酸素との親和力の大きいコークス及び金属アルミニウム含有物質を使用する操業実験を、残湯量が２０〜９９トン、及び１００トン以上の場合で行ってみた。そして、その操業における発塵結果を、図３に示すように、「スモーク発生率」と定義する値で評価することにした。ここで、「スモーク発生率」とは、残湯返しをする毎に、溶銑鍋上空間の視野で対向する側が全く見通せなくなる程度の発塵の発生した回数比率（％）のことである。ここに、Ａｌｍｉｘとは、金属アルミニウム分を約３０％含有するアルミ灰である。

図３より、コークスや金属アルミニウム含有物質の採用で、発塵が著しく低減することが明らかである。そこで、発明者は、溶銑鍋８に収納されている溶銑９上への高酸素親和性物質１０の添加を発塵防止手段の一つとして本発明を完成させたのである。

本発明では、添加するコークスや金属アルミニウム含有物質等の高酸素親和性物質１０としては、粒径が１〜５０ｍｍのものが好適である。１ｍｍ未満が多いと、添加時に大気中に飛散し、添加歩留りが低くなるばかりでなく、環境上も良くないからでり、５０ｍｍ超えでは、大きすぎて酸素との反応効率がわるく、発明の効果が低下するからである。また、コークスや金属アルミニウム含有物質等の高酸素親和性物質１０の投入原単位量は、コークスの場合、溶銑トン当たり３〜３０ｋｇとするのが好ましい。３ｋｇ未満では、少なすぎて発塵の抑制効果が小さ過ぎるし、３０ｋｇ超えでは、効果が飽和し、不経済だからである。加えて、金属アルミニウムを含有する物質の場合は、金属アルミニウム分として溶銑トン当たり０．１〜１ｋｇとするのが好ましい。０．１ｋｇ未満では、少なすぎて発塵の抑制効果が小さ過ぎるし、１ｋｇ超えでは、スラグの形成量が多くなって実用できないからである。なお、コークスの使用量を増加した場合の効果を図５に示すが、その使用量を増すと発塵防止効果が増すことは明らかである。

さらに、前記コークスの操業実験では、残湯返し作業での溶鋼７の注入時間にも注目した。その結果、図４に示すように、処理能力が常用の２００〜３００トンの溶銑鍋８では、注入時間を４分以下とすると、発塵予防の効果が大きいことがわかった。

次に、上記した各発明の実施で、溶湯返し作業での発塵がかなり防止できるようになったが、それでもなお防止が不十分な場合もあった。そこで、発明者は、一層効果的な防止手段を検討し、空の溶銑鍋８に残湯を注入すれば良いことを確認した。すなわち、使用済み溶銑鍋８を空にし、内壁に付着している地金を凝固させてから、残湯を注入するのである。なお、内壁に付着している地金を完全に凝固させる理由は、未凝固状態にあると、大気中の酸素と反応し、酸化鉄の微粒子を発生して飛散するので、酸化を防止するためである。また、凝固状態の確認は、作業者の肉眼観察で十分であった。そして、この発明の実施は、具体的には、前記した溶銑９を収納してある溶銑鍋８を利用する各発明と併用すべく、図６に示すような発塵防止システムの形で運用することにした。

それは、残湯返しが決定したら、まず残湯量が基準値より多いか否かを判断する。そして、残湯量が所定の量より小さいと判断した場合には、前記した溶銑を収納してある溶銑鍋を利用する各発明を実施し、残湯量が所定の量より大きいと判断した場合には、空の溶銑鍋を利用するようにするのである。この場合、残湯量の大小を判断する基準量（前記所定の量）が必要であるが、それは、空の溶銑鍋を利用する場合の試験操業を行い、地金付着有無の実績から決めれば良い。

主な組成が、Ｃ：０．１２ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０１８ｍａｓｓ％、残りＦｅ及び不可避不純物元素となる普通炭素鋼を溶製し、連続鋳造でスラブとする鋳造作業時に設備トラブルのため、連続鋳造の継続に不具合を生じる事態が発生した。そこで、注入を中止し、１００トンの残湯を溶銑鍋８に戻すことになった。

この残湯返し作業に本発明に係る方法を適用し、図１に示したように、転炉１へ搬送する溶銑９が１００トン収容されている溶銑鍋８に戻す作業を行い、発塵状況を観察した。その結果、発塵はほとんどなく、本発明が有効であることが確認できた。

また、別の操業において、同様な組成の普通炭素鋼の連続鋳造の際、鋳造開始後の比較的早い時期に、同様のトラブルが発生した。この場合の残湯量は２００トンと大量であった。この残湯返し作業では、かなり激しい発塵が予想されたので、本発明の別態様である空の溶銑鍋８を利用する場合を実施し、発塵状況を観察した。その結果、この場合も発塵はほとんどなく、本発明が有効であることが確認できた。

本発明の実施状況を示す模式図である。 本発明の対象である残湯返し作業所の配置を説明する図である。 本発明の基盤となる試験操業の結果を示す図である。 残湯返し作業での効果を表すスモーク指数に及ぼす作業時間の関係を示す図である。 高酸素親和剤をコークスとした場合に、その添加量と前記スモーク指数との関係を示す図である。 本発明をシステム化した場合のフローを示す図である。

符号の説明

１ 転炉
２ レール
３ 台車
４ 連鋳機
５ クレーン
６ 溶鋼鍋
７ 溶鋼
８ 溶銑鍋
９ 溶銑
１０ 高酸素親和剤

Claims (2)

1. 連続鋳造以降の工程にトラブルが発生し、連鋳機のタンディシュ上に配置した溶鋼鍋内の溶鋼を該タンディシュへ注入するのを中止して、該溶鋼鍋内に残った残湯を転炉へ搬送する溶銑を保持した溶銑鍋へ戻し、製鋼用鉄源として再利用するに際して、
   前記溶銑鍋に発塵防止手段として、コークスを含有する粒状の高酸素親和性物質を溶銑鍋内に保持した溶銑の上に投入してから、前記残湯を溶銑鍋へ注入することを特徴とする残湯返し作業における発塵防止方法。
2. 前記粒状のコークスの投入原単位を、溶銑トン当たり３〜３０ｋｇとすることを特徴とする請求項１記載の残湯返し作業における発塵防止方法。

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