JP5460392B2 - 転炉設備の操業方法 - Google Patents
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Description
転炉工程では、溶銑を転炉に装入し、副原料添加と酸素吹込みを行うことで脱りん・脱炭を行って、りん濃度や炭素濃度が所定の値となっている溶鋼を生産するようにしている。転炉工程で得られた溶鋼は、その後、連続鋳造工程を経てスラブ等に成形され、このスラブが圧延されることで厚板や薄板等の鉄鋼製品が製造される。
特許文献1は、溶銑の吹錬を行う3基の転炉と、最大2基の転炉を吹錬可能とする能力を備えた転炉周辺設備とを有する転炉設備で、前記転炉周辺設備の能力を超えずに3基の転炉を操業すべく、各転炉のチャージの順番を、第1の転炉での吹錬が終了する前に、第2の転炉での吹錬を開始するように設定し、第3の転炉の吹錬開始を、第2の転炉での吹錬が終了する前で且つ第1の転炉での前回吹錬終了〜次回吹錬開始の間に設定している転炉の操業方法を開示する。
特許文献3は、3つの転炉を用いて溶銑を精錬処理する転炉精錬方法であって、3つの転炉は、いずれも、脱C用の転炉、脱Cと脱P兼用の転炉、脱P用の転炉の順で使用され、その後修理されて、再び、同様の順で使用および修理され、3つの転炉のいずれか一つが脱C用の転炉として使用されているときは、他の一つは脱P用の転炉として使用され、残りの一つは脱Cと脱P兼用の転炉として使用され、3つの転炉のいずれか一つが修理されているときは、他の二つは主に脱Cと脱P兼用の転炉として使用される転炉精錬方法を開示する。
また、特許文献2の技術は、転炉設備で製造された溶鋼を後工程に送ることができない状況下において、溶鋼のリサイクルを行うに際し、脱炭炉の稼働状況を可能な限り低下させない転炉設備の操業方法を開示するものであって、特許文献1と同様に脱りん処理や脱炭処理のスケジュールについて明確に規定されていない。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、3基の転炉を用いて脱りん処理と脱炭処理とを行う操業において、高効率で操業を行うことができる転炉設備の操業方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明に係る転炉設備の操業方法は、3基の転炉を備え、第1転炉で出湯された溶銑を受ける取鍋が第1転炉の装入側へ移動可能となっている転炉設備において、下記に示す(i)、(ii)の工程を交互に行う点にある。
(i) 第1転炉へ脱りん用の溶銑を装入する作業と、第1転炉にて処理した脱りん処理後の溶銑を第2転炉又は第3転炉へ装入する作業とを同時に行った上で、第1転炉にて脱りん処理を行うと共に第2転炉又は第3転炉にて脱炭処理を行う。
上述した(i)、(ii)の工程は、目標生産チャージ数N(ch/日)が式(1)により算定される生産能力Nb以下のときに行うことが好ましい。
ここで、Tn: 転炉工場(転炉設備)の非稼動時間 (分/日)
Tb: (i)、(ii)の工程を行う操業のサイクルタイム(分/ch)
Nb: (i)、(ii)の工程を行う操業の生産能力(ch/日)
また、前記(ii)においては、前記3基の転炉とは異なる容器にて脱りん処理を行った溶銑を、前記第2転炉又は第3転炉に装入することが好ましい。
図1、図2は転炉設備を示したものである。まず、転炉設備について説明する。
図1、図2に示すように、転炉設備1は、3基の転炉2A,2B,2Cと、これら転炉2A,2B,2Cに溶銑や溶鋼を供給する複数の取鍋3と、取鍋3を搬送する2基のクレーン4A,4Bとを有している。
転炉設備1は、ノロカキ12(スラグドラッガー)により取鍋3内の溶銑上面に浮かんでいるスラグを掻き出す場所である除滓ステーション13A,13Bを2つ備え、さらに、転炉2にスクラップ(冷銑や冷鋼)を装入するスクラップクレーン14を備えている。スクラップクレーン14は、スクラップシュート15,15を2基同時に取り下げ可能となっている。
区切り番号4、5、6に対応する走行レール5の下側であって且つ走行レール5の側方側には、転炉2A,2B,2Cが並ぶように設けられている。本実施形態の場合、区切り番号4に対応する転炉(第1転炉)2Aは、溶銑の脱りん処理と脱炭処理との両方を行うことができる兼用炉であり、区切り番号5に対応する転炉(第2転炉)2B、及び区切り番号6に対応する転炉(第3転炉)2Cは、溶銑の脱炭処理を行う脱炭炉とされている。
さらに、本実施形態の転炉設備1は、第1転炉2Aの下側(炉下)において当該第1転炉2Aの装入側から払い出し側に向けて配置された軌道(レール)15と、この軌道15上を走行可能で取鍋3を搭載可能な台車16とを備えている。軌道15は、装入側に向けてクレーン4A,4Bが移動する軌道の直下まで延びている。ゆえに、クレーン4A,4Bによって、装入側に位置する台車16上の取鍋3を、第1転炉2Aの前側(装入側)の床面Fに設けられた開口部17を通じて吊り上げることができるようになっている。
次に、転炉設備1において行うことができる主要な操業について説明する。
溶銑が装入された混銑車9が到着したときに、混銑車9内の溶銑を、払い出しステーション10A又は10Bに配置した取鍋3に払い出すことができる。そして、溶銑が払い出された取鍋3を払い出し台車18にてクレーン4A,4Bが移動する軌道上に移送した後、当該取鍋3を脱硫ステーション16A又は16Bに移送することができる。脱硫ステーション16A又は16Bでは、取鍋3内の溶銑に対して脱硫処理が行われ、脱硫処理後の取鍋3は、台車により除滓ステーション13A又は13Bまで移送され、除滓ステーション13A又は13Bでは、取鍋がクレーン4A又はクレーン4Bによって吊り下げられた状態でノロカキ12A又は12Bにより溶銑の上面に浮いているスラグを掻き出すことができる。
第1転炉2Aでは、装入された溶銑に対して脱りん処理を行うことができる。脱りん処理では、第1転炉2Aの炉口から酸素を吹き込むランスを挿入して溶銑に向けて気体酸素を吹き込むと共に、炉底から不活性ガス等によって溶銑を撹拌することにより、溶銑の[P]を低減させることができる。なお、脱りん処理においては、当業者常法通り、石灰CaO等の造滓材や酸化鉄FexOy等を投入している。
(i) 第1転炉2Aへ脱りん用の溶銑を装入する作業と、第1転炉2Aにて処理した脱りん処理後の溶銑を第3転炉2Cへ装入する作業とを同時に行った上で、第1転炉2Aにて脱りん処理を行うと共に第3転炉2Cにて脱炭処理を行う。
以下、(i)、(ii)の工程について詳しく説明する。
図5〜図6は、工程(i)、(ii)を含む転炉の操業におけるガントチャートを示している。
なお、第1転炉2Aにおいて1チャージ(転炉に溶銑を装入して吹錬を行った後、吹錬後の溶銑を払い出し、次の溶銑を装入する直前までの間)を、各パターンの区切りとしている。一点鎖線はクレーン4Aの動きを示しており、実線はクレーン4Bの動きを示しており、二点鎖線はクラップクレーン14の動きを示している。また、左欄は、各場所を示している。後述するように、各パターンのうち、Bパターン中に(i)、(ii)の工程が含まれているが、Aパターンから順番に説明する。なお、図中では、脱りん処理を「脱P」、脱炭処理を「脱C」と示すことがある。
図5に示すように、Aパターンでは、まず、クレーン4Bが第1転炉2Aに到達し、当該第1転炉2Aに混銑車9にて予め脱りん処理を行った溶銑を装入する(符号X1)。その後、第1転炉2Aにおいて脱炭処理(吹錬、調質、出鋼、排滓)を行う。
また、第1転炉2Aにて脱炭処理が行われている同時期に、第3転炉2Cにおいても脱炭処理(吹錬、調質、出鋼、排滓)を行う(符号X2)。そして、第3転炉2Cにおいてスラグコーティングが行われている時期(符号X3)に、クレーン4Aが第2転炉2Bに到達し、第2転炉2Bに混銑車9にて予め脱りん処理を行った溶銑を装入し(符号X4)、第2転炉2Bでも脱炭処理を行う。Aパターンが終了しても、第2転炉2Bや第3転炉2Cにおける脱炭処理は継続中である。
なお、第1転炉2Aにて脱炭処理後の溶鋼は、払い出し側にある取鍋に払い出されて、当該取鍋は、台車22に搭載されて連続鋳造装置へと搬送される。
このAパターンに続くβパターンでは、まず、Aパターンにおいて脱炭処理が終了した第1転炉2Aに、脱りん処理を行っていない溶銑を装入する(符号X6)。その後、第1転炉2Aにおいて脱りん処理(吹錬、調質、出湯)を行う。ここで、図4(a)に示したように、第1転炉2Aの脱りん処理における溶銑の出湯は、払い出し側に配置した取鍋に行い、当該取鍋を搭載した台車16を出湯後に第1転炉2A前に移動させる(符号X7)。そして、第1転炉2A前に移動させた台車16に搭載した取鍋(第1転炉2Aにて脱りん処理を行った溶銑が入っている取鍋)を、クレーン4Bにて吊り上げた後(符号X8)、当該取鍋をクレーン4Bにて第3転炉2Cに向けて搬送する。
このように、βパターンでは、Aパターンにおいて第1転炉2Aで行っていた脱炭処理を脱りん処理に代えて処理を行っている。そして、第1転炉2Aでの脱りん処理後は、脱りん処理後の溶銑が入った取鍋を第1転炉2A前に移動した後、第3転炉2Cに搬送している。加えて、βパターン中にAパターンから継続して行っていた第3転炉2Cにおける脱炭処理は終了しておく(符号X10)。加えて、脱りん処理を行っていない溶銑が装入された取鍋を第1転炉2Aに向けて搬送する。ゆえに、βパターンは、Aパターンから後述するBパターンへ操業パターンを切り替えるための操業となっている。
図6に示すように、次に、Bパターンでは、まず、βパターンの際に第1転炉2Aに向けて搬送された取鍋が当該第1転炉2Aに到着し、当該取鍋内の溶銑(脱りん処理を行っていない溶銑)をクレーン4Aを用いて装入する(符号X11)。
このとき、βパターンの際に第3転炉2Cに向けて搬送された取鍋も当該第3転炉2Cに到着し、当該取鍋内の溶銑(予めβパターンにおいて第1転炉2Aにて脱りん処理を行った溶銑)をクレーン4Bを用いて装入する(符号X12)。その後、第1転炉2Aにて脱りん処理を行う(符号X13)と共に、第3転炉2Cにて脱炭処理を行う(符号X14)。
なお、上述した「同時に行う」とは、溶銑をそれぞれの転炉に装入するタイミングが互いに完全に一致する場合だけでなく、一方の転炉に対する溶銑の装入が完了するまでの間に他方の転炉に対する溶銑の装入が開始される場合、言い換えれば、転炉に対する溶銑の装入作業が少しでも時間的にオーバラップするという場合も含むものとする。
具体的には、混銑車9にて脱りん処理を行った溶銑が装入された取鍋を、クレーン4Bを用いて除滓ステーション13Bから第2転炉2Bに向けて搬送し(符号X15)、当該取鍋内の溶銑を第2転炉2Bに装入した後(符号X16)、第2転炉2Bにて脱炭処理(吹錬、調質、出鋼、排滓)を行っている(符号X17)。
つまり、Bパターンでは、(i)の工程において第3転炉2Cにて脱炭処理を行った場合(符号X14)は、当該第3転炉2Cとは異なる第2転炉2Bに脱りん処理後の溶銑を装入した(符号X16)後、第2転炉2Bにて脱炭処理を行う工程、即ち、前記 (ii) の工程を有する操業となっている。加えて、(ii)の工程においては、混銑車9にて脱りん処理を行った溶銑を、第3転炉2Cに装入している。
また、(i)の工程では、2基の転炉を略同時に使用する操業を含んでいるものの、一方の転炉では、吹錬時の送酸速度が比較的小さい脱りん処理(第1転炉2Aで脱りん処理)を行い、他方の転炉では、吹錬時の送酸速度が比較的大きい脱炭処理(第3転炉2Cで脱炭処理)を行っている(P1C2操業)。そのため、P1C2操業では、同時に吹錬を行ったとしても一度に使用する総酸素量を抑えることができ、設備能力を超えてしまうことを確実に防止することができる。
さらに、(ii)の工程においては、3基の転炉とは異なる容器(例えば、混銑車9、取鍋など)にて脱りん処理を行った溶銑を、第3転炉2Cに装入している。即ち、第3転炉2Cに装入する溶銑は、転炉設備1以外の設備にて処理を行ったものであり当該転炉設備1には影響を与えないので、転炉設備1の物流効率を、より向上させることができ、転炉設備1における粗鋼生産量を高めることができる。
詳しくは、第1転炉2Aにて脱りん処理が終了すると(符号X18)、脱りん処理後の溶銑が入った取鍋を第1転炉2A前に移動した後、第3転炉2Cに搬送している(符号X19)。加えて、第3転炉2Cにおける脱炭処理は終了しておく(符号X20)。加えて、脱りん処理を行っていない溶銑が装入された取鍋を第1転炉2Aに向けて搬送する。
上述したように、Bパターンの操業[(i)、(ii)の工程]を繰り返し行うことによって、効率良く操業を行うものとしているが、Bパターンの操業を行うに際しては、目標生産チャージ数N(ch/日)が式(1)により算定される生産能力Nb以下のときに行うことが好ましい。言い換えれば、式(1)により算定される生産能力Nbが目標生産チャージ数N(ch/日)を上回っていて生産能力に余裕があるときに、Bパターンの操業[(i)、(ii)の工程]のみを行うようにしてもよい。なお、転炉の操業において、日々あるいは勤務時間単位毎に目標生産チャージ数Nを決めて計画的に生産することは一般的なことであり、当業者常法通りに設定する。
ここで、Tn: 転炉工場(転炉設備)の非稼動時間 (分/日)
Tb: (i)、(ii)の工程を行う操業(P1C2操業)のサイクルタイム(分/ch)
Nb: (i)、(ii)の工程を行う操業(P1C2操業)の生産能力(ch/日)
式(1)は、1日の歴時間(24時間×60分=1440分)から転炉設備の非稼働時間を引いた実際の稼働時間(稼働可能時間)を、(i)、(ii)の工程を行う操業のサイクルタイム(パターンBのサイクルタイム)で除算することにより、パターンB[(i)、(ii)の工程を行うパターン]を1日中連続して行った場合のの生産能力(チャージ数)を求めるものである。
なお、サイクルタイムは、1チャージにかかる時間のことであり、例えば、図に示したBパターンの操業、即ち、P1C2操業では表1に示すものとなる。
このようにして求められたパターンBにおける1日のチャージ数が、予め定められたチャージ数より小さいときは、生産能力に余裕があると言えるため、本発明では、生産能力に余裕があるときに、Bパターンの操業を行うものとしている。
このような場合は、転炉での脱りん処理を行う操業を採用した結果として、粗鋼生産量が若干低下することも考えられることから、転炉にて脱りん処理を行う操業は、1日の目標生産チャージ数Nが、式(1)により算出された生産能力[転炉にて脱りん処理を含む操業を行った場合の生産能力]Nbより小さい場合に実施することにしている。
ケース1及びケース2の比較例1では、粗鋼生産量は粗鋼生産計画を上回ったものの、いずれも3/3基操業であるため、転炉型脱P処理比率=0%となり、コストを低減することができなかった。ケース1及びケース2の比較例2では、転炉型脱P処理比率が100%とすることができたものの、粗鋼生産量が粗鋼生産計画を下回ることとなった。
なお、Bパターンの操業からAパターンの操業に戻るには、図8に示すようにαパターンの操業を行うことが好ましい。具体的には、図8に示すように、Bパターンに続くαパターンでは、まず、Bパターンにおいて脱りん処理が終了した第1転炉2Aに、脱りん処理を行っていない溶銑を装入する(符号X21)。その後、第1転炉2Aにおいて脱炭処理(吹錬、調質、出湯)を行う。また、Bパターンにおいて脱炭処理が終了した第3転炉2Cに、脱りん処理を行った溶銑を装入する(符号X22)。その後、第3転炉Cにおいて脱炭処理(吹錬、調質、出湯)を行う。このように、αパターンの操業を行うことによって、Bパターンの操業をAパターンの操業にすることができる。
2A 第1転炉
2B 第2転炉
2C 第3転炉
3 取鍋
4A クレーン
4B クレーン
9 混銑車
10A 払い出しステーション
10B 払い出しステーション
13A 除滓ステーション
13B 除滓ステーション
16 台車
17 開口部
F 床面
Claims (3)
- 3基の転炉を備え、第1転炉で出湯された溶銑を受ける取鍋が第1転炉の装入側へ移動可能となっている転炉設備において、
下記に示す(i)、(ii)の工程を交互に行うことを特徴とする転炉設備の操業方法。
(i) 第1転炉へ脱りん用の溶銑を装入する作業と、第1転炉にて処理した脱りん処理後の溶銑を第2転炉又は第3転炉へ装入する作業とを同時に行った上で、第1転炉にて脱りん処理を行うと共に第2転炉又は第3転炉にて脱炭処理を行う。
(ii) 前記(i)において第2転炉にて脱炭処理を行った場合は第3転炉に溶銑を装入して脱炭処理を行い、前記(i)において第3転炉にて脱炭処理を行った場合は第2転炉に溶銑を装入して脱炭処理を行う。 - 目標生産チャージ数N(ch/日)が式(1)により算定される生産能力Nb以下のときに、前記(i)、(ii)の工程を交互に行うことを特徴とする請求項1に記載の転炉設備の操業方法。
Nb=(1440−Tn)/Tb (1)
ここで、Tn: 転炉工場(転炉設備)の非稼動時間 (分/日)
Tb: (i)、(ii)の工程を行う操業のサイクルタイム(分/ch)
Nb: (i)、(ii)の工程を行う操業の生産能力(ch/日) - 前記(ii)においては、前記3基の転炉とは異なる容器にて脱りん処理を行った溶銑を、前記第2転炉又は第3転炉に装入することを特徴とする請求項1又は2に記載の転炉設備の操業方法。
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