JP5413043B2 - Converter steelmaking method using a large amount of iron scrap - Google Patents
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Description
本発明は、２基の転炉を用い、一方の転炉では、鉄スクラップ及び高炉から出銑された溶銑を鉄源として使用し、大量の鉄スクラップをフェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ合金）や炭材の酸化熱を利用して溶銑中に溶解して高炭素溶融鉄を溶製し、他方の転炉では、この高炭素溶融鉄を酸化精錬して所定成分の溶鋼を溶製する、大量の鉄スクラップを用いた転炉製鋼方法に関するものである。 The present invention uses two converters. In one converter, iron scrap and hot metal discharged from a blast furnace are used as an iron source, and a large amount of iron scrap is ferrosilicon (Fe-Si alloy) or charcoal. The high-temperature molten iron is melted in the hot metal using the oxidation heat of the material, and in the other converter, the high-carbon molten iron is oxidatively refined to melt the molten steel of the specified component. The present invention relates to a converter steelmaking method using iron scrap.
鉄鋼製造工程において、一般的な転炉精錬方法は、高炉で製造された溶銑を主たる鉄源とし、これに相対的には少量の鉄スクラップを加え、更に、生石灰などの造滓剤を添加し、酸素ガスを上吹きまたは底吹きして溶銑を酸化精錬し、炭素及び燐の少ない溶鋼を製造するのが通常である。 In the steel production process, the general converter refining method uses hot metal produced in a blast furnace as the main iron source, and a relatively small amount of iron scrap is added to this, and a slagging agent such as quick lime is added. Ordinarily, the hot metal is blown up or at the bottom to oxidize and refine the hot metal to produce molten steel with less carbon and phosphorus.
このような溶銑を用いた一般的な転炉製鋼方法では、熱源による制約から鉄スクラップの配合比率は２０質量％程度が上限であり、電気炉での製鋼方法とは異なり、鉄スクラップを大量に使用できる方法とはいえない。溶銑を用いた転炉製鋼方法では、溶銑に含有される炭素及び珪素の酸化熱が熱源となる。尚、予備脱燐処理などの予備処理が施された溶銑を用いた場合は、溶銑中の珪素濃度が低下すること、及び、予備処理と転炉での脱炭精錬との２回の精錬が必須になることなどから、一般的には、予備処理の施されていない、所謂通常溶銑を用いた転炉製鋼方法に比較して更に鉄スクラップの配合比率が低下する。 In a general converter steelmaking method using such hot metal, the upper limit of the iron scrap mixing ratio is about 20% by mass due to restrictions from the heat source. Unlike steelmaking methods in an electric furnace, a large amount of iron scrap is used. It is not a method that can be used. In the converter steelmaking method using hot metal, the heat of oxidation of carbon and silicon contained in the hot metal becomes a heat source. In addition, in the case of using hot metal that has been subjected to preliminary treatment such as preliminary dephosphorization, the silicon concentration in the hot metal is reduced, and two refining operations, ie, preliminary treatment and decarburization refining in a converter, are performed. In general, the ratio of iron scrap is further reduced as compared with a converter steelmaking method using so-called normal hot metal, which is not subjected to pretreatment, because it becomes essential.
近年、地球温暖化防止の観点から、鉄鋼業界においても化石燃料の消費量を削減してＣＯ2ガスの発生量を減少させることが進められている。製鉄業においては、鉄鉱石を炭素で還元して溶銑を製造しており、この溶銑を製造するには鉄鉱石の還元などのために溶銑１トンあたり、５００ｋｇ程度の炭素源を必要とする。一方、鉄スクラップを転炉での原料として溶鋼を製造する場合には、鉄鉱石の還元に必要とされる炭素源が不要となり、鉄スクラップを溶解するために必要なエネルギーを考慮しても、１トンの溶銑を１トンの鉄スクラップに置き換えることで、約１．５トンのＣＯ2ガス削減につながる。つまり、溶銑を用いた転炉製鋼方法において、鉄スクラップの配合比率を２０質量％程度よりも更に高くできれば、その分、ＣＯ2ガスの発生量は削減されることになる。 In recent years, from the viewpoint of preventing global warming, in the steel industry, the consumption of fossil fuels has been reduced to reduce the amount of CO 2 gas generated. In the iron and steel industry, iron ore is reduced with carbon to produce hot metal. In order to produce this hot metal, about 500 kg of carbon source is required per ton of hot metal for the purpose of reducing the iron ore. On the other hand, when manufacturing molten steel using iron scrap as a raw material in a converter, the carbon source required for reduction of iron ore is unnecessary, and even considering the energy required to dissolve iron scrap, Replacing 1 ton of hot metal with 1 ton of iron scrap will reduce CO 2 gas by about 1.5 tons. That is, in the converter steelmaking method using hot metal, if the mixing ratio of iron scrap can be made higher than about 20% by mass, the generation amount of CO 2 gas is reduced accordingly.
また、省資源及び環境問題からも、鉄スクラップをリサイクル使用して、効率的に高品質の溶鋼を製造することが技術課題となっている。 Moreover, from the viewpoint of resource saving and environmental problems, it is a technical problem to efficiently produce high-quality molten steel by recycling iron scrap.
このようなことから、転炉において鉄スクラップなどの冷鉄源を大量に溶解する手段が多数提案されている。例えば、特許文献１には、機能の異なる２種の転炉を用い、一方の転炉では、溶銑または予備処理溶銑の存在下の炉内に、多量の冷鉄源及び炭材を供給して酸素吹錬し、高炭素予備処理溶融鉄を得る精錬を行い、次いで、他方の転炉で、前記高炭素予備処理溶融鉄を酸素吹錬して所定の溶鋼成分に精錬する転炉製鋼方法が開示されている。 For this reason, many means for melting a large amount of cold iron sources such as iron scrap in a converter have been proposed. For example, Patent Document 1 uses two types of converters having different functions. In one converter, a large amount of cold iron source and carbonaceous material are supplied into the furnace in the presence of hot metal or pretreated hot metal. A converter steelmaking method of performing oxygen refining and refining to obtain high carbon pretreated molten iron, and then refining the high carbon pretreated molten iron to a predetermined molten steel component by oxygen blowing in the other converter. It is disclosed.
また、特許文献２には、転炉型の容器を用いて、上吹き吹酸をしながら炉内の炭材を燃焼させつつ鉄スクラップを溶解するに際し、種湯が存在する容器に鉄スクラップを装入し、炉内のスラグ量を炉内の高炭素溶融鉄１トンあたり１００ｋｇ以上１０００ｋｇ以下として、酸素ジェットによるスラグ凹み深さＬSと酸素ジェットがあたっていない部分のスラグ厚みＬS0との比ＬS／ＬS0が０．５〜１となるように、上吹きランス高さ、ランスのノズル形状及び吹酸速度の１種または２種以上を調整した鉄スクラップの溶解方法が開示されている。 Moreover, in patent document 2, when melting iron scrap using a converter type container and burning the carbonaceous material in the furnace while performing top blowing acid, iron scrap is put into a container where seed water is present. The amount of slag in the furnace is 100 kg or more and 1000 kg or less per ton of high carbon molten iron in the furnace, and the slag recess depth L S by the oxygen jet and the slag thickness L S0 of the portion not hit by the oxygen jet Disclosed is a method for melting iron scrap in which one or more of top blowing lance height, lance nozzle shape, and blowing acid speed are adjusted so that the ratio L S / L S0 is 0.5 to 1. Yes.
転炉における溶銑の酸素吹錬において、溶銑に含有される炭素や珪素及び添加した炭材などの酸化熱により、溶銑自体の温度が上昇すると同時に、この酸化熱によって鉄スクラップは加熱されて溶解する。但し、この場合、生石灰などの造滓剤も前記酸化熱によって加熱され溶融してスラグとなる。 In the oxygen blowing of hot metal in the converter, the temperature of the hot metal itself rises due to the oxidation heat of carbon and silicon contained in the hot metal and the added carbonaceous material, and at the same time, the iron scrap is heated and melted by this oxidation heat. . In this case, however, a slagging agent such as quicklime is also heated and melted by the oxidation heat to form slag.
２基の転炉を用いて、一方の転炉で大量の鉄スクラップを溶解する場合、鉄スクラップの溶解を担う転炉と、この転炉で溶製される高炭素溶融鉄に酸素吹錬を施して所定成分の溶鋼を溶製する他の一方の転炉とは、操業時間をマッチングさせる必要がある。溶銑上に添加した炭材といえども炭材と酸素ガスとの反応速度には限度があり、従って、大量の鉄スクラップを溶解する転炉での炭材添加量は自ずと限界がある。この限界以上に炭材を添加しても、その精錬時間内に反応せず、未反応のまま排出される。 When melting a large amount of iron scrap in one converter using two converters, oxygen blowing is applied to the converter responsible for melting iron scrap and the high-carbon molten iron produced in this converter. It is necessary to match the operation time with the other one of the converters that is applied to melt the molten steel of a predetermined component. Even if the carbonaceous material added on the hot metal has a limit in the reaction rate between the carbonaceous material and oxygen gas, the amount of carbonaceous material added in a converter for melting a large amount of iron scrap is naturally limited. Even if the carbonaceous material is added beyond this limit, it does not react within the refining time and is discharged unreacted.
つまり、２基の転炉を組み合わせて溶銑から溶鋼を溶製する場合、一方の転炉で大量の鉄スクラップを溶解する場合には、発熱量に限度があることから、鉄スクラップの配合量を高めるためには、鉄スクラップを溶解する転炉では、造滓剤などの副原料の添加量を可能な限り少なくすることが必要となる。 In other words, when molten steel is melted from hot metal by combining two converters, when a large amount of iron scrap is melted in one converter, there is a limit to the amount of heat generated. In order to increase it, it is necessary to reduce the addition amount of auxiliary raw materials such as a slagging agent as much as possible in a converter for melting iron scrap.
この観点から、上記特許文献１及び特許文献２を検証すれば、特許文献１及び特許文献２には以下の問題点があることが明らかである。 From this point of view, if Patent Document 1 and Patent Document 2 are verified, it is clear that Patent Document 1 and Patent Document 2 have the following problems.
即ち、特許文献１では、大量の冷鉄源を溶解して高炭素溶融鉄を溶製すると同時に、この高炭素溶融鉄に対して予備処理（具体的には脱燐処理）を施しており、予備処理のために造滓剤として生石灰（ＣａＯ）を添加しており、この生石灰の加熱・溶融分に相当する熱量分の鉄スクラップの配合量が低下する。尚、溶銑を脱燐するためには、スラグの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）を１．５〜２．０程度にする必要があることが公知である。つまり、塩基度を確保するために、所定量のＣａＯの添加が必要である。 That is, in Patent Document 1, a large amount of cold iron source is dissolved to produce high carbon molten iron, and at the same time, pretreatment (specifically, dephosphorization treatment) is performed on the high carbon molten iron. Quick lime (CaO) is added as a slagging agent for the pretreatment, and the amount of iron scrap for the amount of heat corresponding to the heating and melting of the quick lime is reduced. It is known that the basicity of slag (mass% CaO / mass% SiO 2 ) needs to be about 1.5 to 2.0 in order to dephosphorize the hot metal. That is, in order to ensure basicity, it is necessary to add a predetermined amount of CaO.
特許文献２では、スラグ浴中に存在する炭材を完全燃焼に近い状態で燃焼させ、６０％以上の高い二次燃焼率を得ることを目的として、炉内のスラグ量を炉内の高炭素溶融鉄１トンあたり１００ｋｇ以上１０００ｋｇ以下として、上吹き酸素ジェットとメタル浴とをスラグによって遮断している。つまり、大量のスラグを形成しており、このスラグを形成するに相当する熱量分の鉄スクラップの配合量が低下する。特許文献２の実施例では、スラグは炉内に残留させるとしているが、２基の転炉の一方を鉄スクラップ溶解専用炉にすれば、スラグを炉内に残留させることは可能であるが、２基の転炉のうちの一方は、溶銑の脱燐処理炉としても使用することが一般的であり、一方の転炉を鉄スクラップ溶解専用炉に固定することは実用的ではない。 In patent document 2, the carbon material which exists in a slag bath is burned in the state close | similar to complete combustion, and the amount of slag in a furnace is made high carbon in a furnace for the purpose of obtaining the high secondary combustion rate of 60% or more. The upper blown oxygen jet and the metal bath are blocked by slag at 100 to 1000 kg per ton of molten iron. That is, a large amount of slag is formed, and the amount of iron scrap corresponding to the amount of heat corresponding to the formation of this slag is reduced. In the example of Patent Document 2, the slag is left in the furnace, but if one of the two converters is a furnace dedicated to melting iron scrap, the slag can be left in the furnace. One of the two converters is generally used as a hot metal dephosphorization furnace, and it is not practical to fix one converter to a dedicated iron scrap melting furnace.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、２基の転炉を用い、一方の転炉では、炭材などを熱源として大量の鉄スクラップを溶銑中に溶解して高炭素溶融鉄を溶製し、他方の転炉では、一方の転炉で溶製された前記高炭素溶融鉄を酸素吹錬して所定成分の溶鋼を溶製する転炉製鋼方法において、大量の鉄スクラップを鉄源として利用することのできる転炉製鋼方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances. The purpose of the present invention is to use two converters. In one converter, a large amount of iron scrap is melted in hot metal using carbonaceous materials as a heat source. In the converter steelmaking method in which the high carbon molten iron is melted and in the other converter, the high carbon molten iron melted in one converter is oxygen blown to melt the molten steel of a predetermined component. The present invention is to provide a converter steelmaking method capable of utilizing a large amount of iron scrap as an iron source.
上記課題を解決するための第１の発明に係る大量の鉄スクラップを用いた転炉製鋼方法は、２基の転炉を用い、一方の転炉では、炉内に鉄スクラップ及び予備処理の施されていない溶銑を装入し、更に、フェロシリコン、黒鉛、コークス及び４．０ｋｇ／（高炭素溶融鉄トン）以下の造滓剤を炉内に添加し、炉底から攪拌用ガスを供給しながら、上吹きランスから、精錬の進行に伴って供給流量が低下するようにして酸素ガスを供給し、前記フェロシリコン、黒鉛及びコークスの燃焼熱により鉄スクラップを溶解して炭素濃度が３質量％以上の高炭素溶融鉄を溶製し、次いで、他方の転炉で前記高炭素溶融鉄を原料として酸素吹錬し、所定の成分の溶鋼を溶製することを特徴とするものである。 The converter steelmaking method using a large amount of iron scrap according to the first invention for solving the above-mentioned problem uses two converters, and in one converter, iron scrap and pretreatment are performed in the furnace. In addition, ferrosilicon, graphite, coke and 4.0 kg / (high carbon molten iron ton) or less of the ironmaking agent are added to the furnace, and a stirring gas is supplied from the bottom of the furnace. However, oxygen gas is supplied from the top blow lance so that the supply flow rate decreases as the refining progresses, and the iron scrap is melted by the combustion heat of the ferrosilicon, graphite and coke, and the carbon concentration is 3% by mass. The above-mentioned high carbon molten iron is melted and then the other converter is subjected to oxygen blowing using the high carbon molten iron as a raw material to melt molten steel having a predetermined component.
第２の発明に係る大量の鉄スクラップを用いた転炉製鋼方法は、第１の発明において、前記高炭素溶融鉄を溶製する転炉では、造滓剤としてＭｇＯを使用し、ＣａＯを含有する造滓剤は使用しないことを特徴とするものである。 The converter steelmaking method using a large amount of iron scrap according to the second invention is the converter according to the first invention, wherein MgO is used as a slagging agent and contains CaO in the converter for melting the high-carbon molten iron. It is characterized by not using a slag-forming agent.
第３の発明に係る大量の鉄スクラップを用いた転炉製鋼方法は、第１または第２の発明において、前記高炭素溶融鉄を溶製する転炉では、鉄スクラップ配合比率を１５質量％以上とし、且つ、当該高炭素溶融鉄を原料として溶鋼を溶製する転炉では、鉄スクラップ配合比率を１０質量％以上とすることを特徴とするものである。 The converter steelmaking method using a large amount of iron scrap according to the third invention is the converter according to the first or second invention, wherein the iron scrap blending ratio is 15% by mass or more in the converter for melting the high-carbon molten iron. And in the converter which melts molten steel using the said high carbon molten iron as a raw material, an iron scrap compounding ratio shall be 10 mass% or more.
第４の発明に係る大量の鉄スクラップを用いた転炉製鋼方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記高炭素溶融鉄を保持容器に出湯した後、該高炭素溶融鉄に脱硫処理を施し、その後、他方の転炉に装入し、酸素吹錬して溶鋼を溶製することを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a converter steelmaking method using a large amount of iron scrap according to any one of the first to third aspects, wherein the high carbon molten iron is poured into a holding vessel and then the high carbon molten iron is used. A desulfurization treatment is performed, and then the other converter is charged and blown with oxygen to produce molten steel.
本発明によれば、黒鉛及びコークスの燃焼熱のみならず、フェロシリコンの燃焼熱を利用し、しかも、造滓剤の添加量が少なく、造滓剤を滓化するための熱量が不要或いは極めて少ないことから、大量の鉄スクラップを短時間で溶解することが実現される。また、上吹きランスからの酸素ガス供給流量を精錬の末期ほど少なくするので、溶銑中の炭素の酸化ロスが抑制され、炭素含有量が高い高炭素溶融鉄を安定して溶製することが可能となる。その結果、２基の転炉ともに高い鉄スクラップ配合比率での操業が可能となり、大幅なＣＯ2ガス削減が達成される。 According to the present invention, not only the combustion heat of graphite and coke, but also the heat of combustion of ferrosilicon is used, and the addition amount of the slagging agent is small, and the amount of heat for hatching the slagging agent is unnecessary or extremely high. Since it is small, it is possible to dissolve a large amount of iron scrap in a short time. In addition, the oxygen gas supply flow rate from the top blowing lance is reduced at the end of refining, so that the oxidation loss of carbon in the hot metal is suppressed and high-carbon molten iron with a high carbon content can be stably melted. It becomes. As a result, both converters can be operated at a high iron scrap mixing ratio, and a significant reduction in CO 2 gas is achieved.
以下、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described.
本発明は、２基の転炉を一組として使用し、一方の転炉（以下、「第１の転炉」とも記す）では、鉄スクラップと高炉から出銑された溶銑とを鉄源として用い、炉底から攪拌用ガスを供給しながら、上吹きランスから酸素ガスを供給し、鉄スクラップを、炉内に添加したフェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ合金）、並びに、炭材である黒鉛及びコークスの酸化熱を利用して溶銑中に溶解して高炭素溶融鉄を溶製し、一方、他方の転炉（以下、「第２の転炉」とも記す）では、前記高炭素溶融鉄を原料として酸素吹錬して所定成分の溶鋼を溶製する。第２の転炉における溶銑の脱炭精錬（詳しくは、脱炭・脱燐精錬）では、一般的に、吹錬時間が２０分程度であり、準備時間や出鋼時間などを含めて全体の処理時間は４０〜５０分程度であるので、炭材などの熱源によって鉄スクラップを溶解する第１の転炉も、４０〜５０分程度で溶解精錬を終了することが必要である。つまり、効率的な生産体制とするべく、２基の転炉の操業時間は基本的にマッチングしている。 In the present invention, two converters are used as one set, and in one converter (hereinafter also referred to as “first converter”), iron scrap and hot metal discharged from a blast furnace are used as an iron source. Ferrosilicon (Fe-Si alloy) in which oxygen gas is supplied from the top blowing lance while supplying the stirring gas from the furnace bottom and iron scrap is added to the furnace, and graphite and coke as carbon materials In the other converter (hereinafter, also referred to as “second converter”), the high carbon molten iron is used as a raw material. As a result, oxygen is blown to produce molten steel of a predetermined component. In the decarburization and refining of hot metal in the second converter (specifically, decarburization and dephosphorization), generally the blowing time is about 20 minutes, and the entire time including preparation time and steel output time is taken into account. Since the treatment time is about 40 to 50 minutes, the first converter that melts iron scrap with a heat source such as charcoal also needs to finish the melting and refining in about 40 to 50 minutes. In other words, the operating hours of the two converters are basically matched to achieve an efficient production system.
このように、本発明においては、短時間でしかも多量の鉄スクラップを溶解する必要があり、従って、鉄スクラップの溶解精錬に供する溶銑の熱量は高いほど望ましく、この観点から、鉄スクラップの溶解精錬では、脱珪処理、脱燐処理及び脱硫処理の何れの予備処理も施されていない溶銑を使用する。溶銑の熱源は、溶銑自体の温度、及び、溶銑に含有される炭素及び珪素が主体であり、脱珪処理及び脱燐処理を施すと、熱源である溶銑中の炭素及び珪素が減少し、また、脱硫処理では、処理時間の経過に伴って溶銑温度が低下するとともに、脱硫処理後に脱硫剤（脱硫スラグ）を排出する必要があり、この排滓に伴って溶銑温度が低下する。尚、コークスや黒鉛には硫黄が含有されており、コークスや黒鉛を熱源として鉄スクラップを溶解すると、生成される高炭素溶融鉄の硫黄濃度が上昇するので、鉄スクラップの溶解後に脱硫処理が必要となる。脱硫処理はその時点で実施すればよい。 As described above, in the present invention, it is necessary to melt a large amount of iron scrap in a short time. Therefore, the higher the amount of hot metal used for melting and refining the iron scrap, the more desirable. From this viewpoint, the melting and refining of iron scrap is desirable. Then, hot metal which has not been subjected to any pretreatment of desiliconization treatment, dephosphorization treatment and desulfurization treatment is used. The heat source of the hot metal is mainly the temperature of the hot metal itself and the carbon and silicon contained in the hot metal. When desiliconization and dephosphorization are performed, the carbon and silicon in the hot metal as the heat source are reduced. In the desulfurization treatment, the hot metal temperature decreases as the treatment time elapses, and it is necessary to discharge the desulfurizing agent (desulfurization slag) after the desulfurization treatment. Note that sulfur is contained in coke and graphite, and if iron scrap is melted using coke or graphite as a heat source, the sulfur concentration of the high-carbon molten iron produced increases, so desulfurization treatment is required after melting iron scrap It becomes. What is necessary is just to implement a desulfurization process at that time.
鉄スクラップの溶解温度（＝液相線温度）は、炭素などの化学成分の含有量にもよるが一般的には１５００℃以上であり、溶銑の温度（通常、１２５０〜１３５０℃程度）に比較してはるかに高い。このように温度差があるにも拘らず鉄スクラップが溶銑中に溶解するのは、溶銑と接触することで鉄スクラップが浸炭し、鉄スクラップの炭素濃度が高くなり、凝固温度が低下することに基づくものであり、添加した黒鉛及びコークスは溶銑への炭素の供給源となる。 The melting temperature of iron scrap (= liquidus temperature) is generally 1500 ° C or higher, although it depends on the content of chemical components such as carbon, and is compared with the hot metal temperature (usually about 1250 to 1350 ° C). And much higher. Despite the temperature difference, the iron scrap melts in the hot metal because the iron scrap is carburized by contact with the hot metal, the carbon concentration of the iron scrap increases, and the solidification temperature decreases. The added graphite and coke are the source of carbon to the hot metal.
また、添加した黒鉛及びコークスは、溶銑への炭素の供給源となるのみならず、上吹きランスから供給される酸素ガスと直接反応して燃焼する。この燃焼熱により、鉄スクラップは加熱されて溶解する。この場合、図１に示すように、黒鉛に比較してコークスの方が、炭材反応率が高いので、炭材中のコークスの割合を２０質量％以上、望ましくは４０質量％以上することが好ましい。尚、図１は、炭材中におけるコークスの比率（（コークス原単位）×100／（コークス原単位＋黒鉛原単位））と炭材反応率との関係を示す図である。 The added graphite and coke not only serve as a carbon supply source to the hot metal, but also react directly with the oxygen gas supplied from the top blowing lance and burn. With this combustion heat, iron scrap is heated and melted. In this case, as shown in FIG. 1, since coke has a higher carbonaceous material reaction rate than graphite, the proportion of coke in the carbonaceous material may be 20% by mass or more, preferably 40% by mass or more. preferable. FIG. 1 is a graph showing the relationship between the ratio of coke in the carbonaceous material ((coke basic unit) × 100 / (coke basic unit + graphite basic unit)) and the carbonaceous material reaction rate.
ここで、炭材反応率とは、下記の（１）式で定義する値である。
炭材反応率（−）＝炭材の燃焼に費やされた酸素ガス量(Nm3)／投入した全炭材の燃焼に必要な酸素ガス量(Nm3)…（１）
つまり、炭材反応率が高いほど、迅速に燃焼し、鉄スクラップの溶解が促進される。
Here, the carbonaceous material reaction rate is a value defined by the following equation (1).
Carbonaceous material reaction rate (−) = Amount of oxygen gas consumed for burning carbonaceous material (Nm 3 ) / Amount of oxygen gas required for burning all carbonized material (Nm 3 ) (1)
That is, the higher the carbonaceous material reaction rate, the faster the combustion and the faster the melting of iron scrap.
但し、コークスの炭材反応率が高いとはいえ、固体と気体との反応であり、フェロシリコンから持ち来たされる溶融鉄中の珪素の燃焼速度には及ばず、熱源として炭材のみを使用すると、精錬初期の溶湯温度の上昇が少なく、結果的に鉄スクラップの配合比率が低下する。ここで、鉄スクラップの配合比率とは、下記の（２）式で定義される値である。尚、溶銑の配合比率は、（２）式の分子を溶銑配合量に置き換えた式で算出される。
鉄スクラップ配合比率（質量％）＝(鉄スクラップ配合量)×100／(鉄スクラップ配合量＋溶銑配合量)…（２）
そこで、本発明では、熱源としてフェロシリコンを併用する。フェロシリコンの添加量は、鉄スクラップの配合比率が高くなるほど高くするが、３〜１０ｋｇ／（高炭素溶融鉄トン）程度であれば十分である。勿論、これ以上であっても構わない。フェロシリコンは、溶解精錬の初期に炉内に投入する。尚、第１の転炉における鉄スクラップ配合比率は、本発明が鉄スクラップの大量使用を目的としていることもあり、少なくとも１０質量％以上とし、１５質量％以上とすることが好ましい。
However, although the carbonaceous material reaction rate of coke is high, it is a reaction between solid and gas, and does not reach the combustion rate of silicon in molten iron brought from ferrosilicon, and only carbonaceous material is used as a heat source. If used, there is little rise in the molten metal temperature at the initial stage of refining, and as a result, the blending ratio of iron scrap is lowered. Here, the mixing ratio of iron scrap is a value defined by the following equation (2). In addition, the mixture ratio of the hot metal is calculated by an equation in which the molecule of the formula (2) is replaced with the amount of the molten iron.
Iron scrap blending ratio (mass%) = (iron scrap blending amount) x 100 / (iron scrap blending amount + hot metal blending amount) ... (2)
Therefore, in the present invention, ferrosilicon is used in combination as a heat source. The amount of ferrosilicon added is increased as the proportion of iron scrap increases, but it is sufficient if it is about 3 to 10 kg / (high carbon molten iron ton). Of course, it may be more than this. Ferrosilicon is put into the furnace at the beginning of melting and refining. In addition, the iron scrap mixing ratio in the first converter may be at least 10% by mass, preferably 15% by mass or more, because the present invention is intended for mass use of iron scrap.
また、生石灰、ドロマイトなどの造滓剤は、熱を奪い、その分に相当する熱量の鉄スクラップの溶解を妨げるので、生石灰、ドロマイトなどの造滓剤の添加量は、４．０ｋｇ／（高炭素溶融鉄トン）以下とし、好ましくは２．０ｋｇ／（高炭素溶融鉄トン）以下とする。つまり、造滓剤は少ないほど好ましい。但し、造滓剤を使用する場合には、生石灰やドロマイトなどのＣａＯを含有する造滓剤は使用せず、炉体の内張り耐火物の保護のために、ＭｇＯ（マグネシアクリンカーや、ＭｇＯブリケットなど）を使用することが好ましい。酸素吹錬用転炉の内張り耐火物はＭｇＯ−Ｃ煉瓦などの塩基性耐火物で施工されており、造滓剤としてＭｇＯを使用することで、少ない造滓剤の使用量で内張り耐火物の溶損が抑制される。 In addition, since a slagging agent such as quick lime and dolomite takes heat and prevents the melting of iron scrap corresponding to the heat, the amount of the slagging agent such as quick lime and dolomite is 4.0 kg / (high Carbon molten iron ton) or less, preferably 2.0 kg / (high carbon molten iron ton) or less. That is, the smaller the amount of the faux-forming agent, the better. However, when using a slagging agent, a slagging agent containing CaO such as quicklime or dolomite is not used, and MgO (magnesia clinker, MgO briquette, etc. ) Is preferably used. The lining refractories for oxygen blowing converters are constructed with basic refractories such as MgO-C bricks. By using MgO as a slagging agent, the amount of lining refractory can be reduced with a small amount of slagging agent. Melting loss is suppressed.
精錬が進行し、炉内の炭材が少なくなってくると、上吹きランスからの酸素ガスと溶銑中の炭素との反応が激しくなるので、これを防止するために、上吹きランスからの酸素ガスの供給流量を、精錬の進行に伴って供給流量が低下するように調整し、精錬終了時の溶融鉄中の炭素濃度を３質量％以上に確保する。この場合、酸素ガス供給流量を連続的に減少するように調整してもよく、また、数回にわたって段階的に減少させるようにしてもよい。精錬の末期は、精錬開始時の酸素ガス流量の少なくとも７０％以下、望ましくは６０％以下に調整することが好ましい。 As refining progresses and the amount of carbon in the furnace decreases, the reaction between oxygen gas from the top blowing lance and carbon in the hot metal becomes violent. To prevent this, oxygen from the top blowing lance The gas supply flow rate is adjusted so that the supply flow rate decreases as the refining progresses, and the carbon concentration in the molten iron at the end of refining is ensured to be 3 mass% or more. In this case, the oxygen gas supply flow rate may be adjusted so as to decrease continuously, or may be decreased stepwise over several times. The final stage of refining is preferably adjusted to at least 70% or less, desirably 60% or less, of the oxygen gas flow rate at the start of refining.
このようにして、第１の転炉で精錬することにより、大量の鉄スクラップを使用しつつ、炭素濃度が３質量％以上の高炭素溶融鉄の溶製が達成される。但し、この第１の転炉での精錬では脱燐反応も脱硫反応も起こらず、しかも、溶製される高炭素溶融鉄の硫黄含有量は使用した溶銑の硫黄含有量よりも高くなることも発生する。 In this way, by refining in the first converter, melting of high carbon molten iron having a carbon concentration of 3% by mass or more is achieved while using a large amount of iron scrap. However, in the refining in the first converter, neither dephosphorization reaction nor desulfurization reaction occurs, and the sulfur content of the molten high carbon molten iron may be higher than the sulfur content of the hot metal used. Occur.
溶製した高炭素溶融鉄を第１の転炉から取鍋などの保持容器に出湯したなら、第１の転炉に、別の溶銑及び鉄スクラップを装入し、上記に沿って鉄スクラップの溶解精錬を実施する。この場合、鉄スクラップの溶解精錬に代わって、第１の転炉で、溶銑の脱燐処理を実施することも可能である。つまり、２基の転炉を有する製鋼工程において、工程運用上、最適な操業形態を実施することができる。 When the molten high carbon molten iron is discharged from the first converter into a holding container such as a ladle, another hot metal and iron scrap are charged into the first converter, Perform melting and refining. In this case, instead of melting and refining iron scrap, it is also possible to carry out hot metal dephosphorization in the first converter. That is, in a steelmaking process having two converters, an optimal operation mode can be implemented in terms of process operation.
第２の転炉では、溶製された高炭素溶融鉄を原料として、上吹きまたは底吹き酸素吹錬して高炭素溶融鉄に酸化精錬、つまり、脱炭・脱燐精錬を実施する。この脱炭・脱燐精錬では脱硫反応は余り期待できないので、溶製する溶鋼の目標硫黄含有量に応じて、第２の転炉に装入する前、保持容器内の高炭素溶融鉄に対して脱硫処理を実施することが好ましい。この脱硫処理はどのような形態であっても構わず、例えば、高炭素溶融鉄に浸漬させたインペラーを回転させ、高炭素溶融鉄を攪拌しながらＣａＯ系脱硫剤を添加し、高炭素溶融鉄とＣａＯ系脱硫剤とを攪拌混合する方法などによって行うことができる。 In the second converter, the high carbon molten iron that has been smelted is used as a raw material, and top blown or bottom blown oxygen blown to oxidize and refining the high carbon molten iron, that is, decarburization and dephosphorization. In this decarburization / dephosphorization refining process, desulfurization reaction is not expected so much, depending on the target sulfur content of the molten steel to be melted, before charging to the second converter, It is preferable to carry out the desulfurization treatment. This desulfurization treatment may take any form, for example, by rotating an impeller immersed in high carbon molten iron, adding a CaO-based desulfurizing agent while stirring the high carbon molten iron, And a method of stirring and mixing CaO-based desulfurization agent.
第２の転炉における精錬方法は、４０〜５０ｋｇ／（高炭素溶融鉄トン）の生石灰、更には６〜１２ｋｇ／（高炭素溶融鉄トン）のドロマイトやＭｇＯブリケットを造滓剤として添加して行う、一般的な所謂溶銑の脱炭精錬である。従って、高炭素溶融鉄の温度に応じて、黒鉛やフェロシリコンを添加したり、鉄鉱石を添加したりすることもできる。但し、本発明は、製鋼工程における鉄スクラップの配合比率を高めることを目的としており、第２の転炉における鉄スクラップ配合比率は、少なくとも５質量％を確保し、望ましくは１０質量％以上とすることが好ましい。 The refining method in the second converter is to add 40-50 kg / (high carbon molten iron ton) quick lime, and further add 6-12 kg / (high carbon molten iron ton) dolomite or MgO briquette as a slagging agent. This is a general so-called hot metal decarburization refining. Therefore, depending on the temperature of the high carbon molten iron, graphite or ferrosilicon can be added, or iron ore can be added. However, the present invention aims to increase the ratio of iron scrap in the steelmaking process, and the iron scrap ratio in the second converter is at least 5% by mass, preferably 10% by mass or more. It is preferable.
第１の転炉での鉄スクラップ配合比率を１５質量％とし、第２の転炉での鉄スクラップ配合比率を１０質量％とした場合には、第２の転炉で溶製された溶鋼の溶銑配合率は総合的には７６．５質量％（＝85％×90％）となり、大幅に鉄スクラップ配合比率を高めることが実現される。 When the iron scrap blending ratio in the first converter is 15 mass% and the iron scrap blending ratio in the second converter is 10 mass%, the molten steel melted in the second converter The total hot metal content is 76.5% by mass (= 85% × 90%), and the iron scrap content ratio is significantly increased.
尚、溶銑に含有される珪素は熱源として作用するので、鉄スクラップの溶解のためには、高炉から出銑される溶銑の珪素濃度は高いほど好ましく、現状の０．２質量％程度の珪素濃度が０．４質量％以上になれば、鉄スクラップの溶解がより一層促進される。 In addition, since the silicon contained in the hot metal acts as a heat source, the higher the silicon concentration of the hot metal discharged from the blast furnace, the more preferable it is for melting iron scrap, and the current silicon concentration of about 0.2% by mass. If it becomes 0.4 mass% or more, melt | dissolution of iron scrap will be accelerated | stimulated further.
容量が２１０トン規模の転炉２基を用いて本発明を適用した。その際に、第１の転炉では、使用する鉄スクラップは、溶解を促進させるために厚みの少ない中軽量屑及び市中屑を使用し、造滓剤は、ＭｇＯブリケットのみを使用し、鉄スクラップ配合比率を１０〜２２質量％の範囲として、試験操業を実施した。また、そのときの上吹きランスからの酸素ガスの供給パターン及びランス高さを図２に示す。図２の横軸の吹錬到達度とは、精錬時間を百分率の比率で表示したものである。表１に、これら試験操業の第１の転炉における操業条件並びに精錬前後の溶銑の成分及び温度を、平均的な数値で示す。 The present invention was applied using two converters with a capacity of 210 tons. At that time, in the first converter, the iron scrap to be used uses small and medium-sized scraps and city scraps to promote melting, and the iron making agent uses only MgO briquettes, The test operation was carried out with the scrap mixing ratio in the range of 10 to 22% by mass. Moreover, the supply pattern and lance height of the oxygen gas from the upper blowing lance at that time are shown in FIG. The level of blown achievement on the horizontal axis in FIG. 2 represents the refining time as a percentage. Table 1 shows the operating conditions in the first converter of these test operations, the hot metal components before and after refining, and the temperature as average values.
表１に示すように、第１の転炉では、鉄スクラップの平均配合比率が１８．８質量％の条件で、炭素含有量が３．０５質量％の高炭素溶融鉄を安定して溶製することができた。 As shown in Table 1, in the first converter, high-carbon molten iron having a carbon content of 3.05% by mass is stably melted under the condition that the average mixing ratio of iron scrap is 18.8% by mass. We were able to.
また、第２の転炉では、この高炭素溶融鉄を原料として使用して、媒溶剤として４７ｋｇ／（高炭素溶融鉄トン）の生石灰を使用して、攪拌用ガスを底吹きしつつ上吹き酸素吹錬を実施した。この第２の転炉では、鉄スクラップの配合比率は平均値で１２質量％であった。即ち、製鋼工程における溶銑配合比率を７１．５質量％（81.2×88）とすることができた。 Further, in the second converter, this high carbon molten iron is used as a raw material, 47 kg / (high carbon molten iron ton) of quick lime is used as a solvent, and the top gas is blown while the stirring gas is blown at the bottom. Oxygen blowing was performed. In this second converter, the blending ratio of iron scrap was 12% by mass on average. That is, the hot metal mixing ratio in the steelmaking process could be 71.5 mass% (81.2 × 88).
これらの結果から、本発明を適用することで、製鋼工程において、安定して鉄スクラップの配合比率を高められることが確認できた。尚、上記試験操業のうちで最も鉄スクラップの配合比率が高くなった試験では、４０．６質量％の鉄スクラップ配合比率が達成された。 From these results, it was confirmed that by applying the present invention, the ratio of iron scrap can be stably increased in the steelmaking process. In addition, in the test where the mixing ratio of iron scrap was the highest among the above test operations, an iron scrap mixing ratio of 40.6% by mass was achieved.
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