JP5585151B2 - スロッピング防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、スロッピング防止方法に関し、具体的には、転炉型の精錬容器を用いて、ホタル石を用いずに、気体酸素や固体酸素を使用して脱珪と脱燐を同時に行う溶銑予備処理におけるスロッピングを防止する方法に関する。

近年、溶銑を脱炭して鋼を製造するに当り、製造コストの低減や品質の向上等を目的に、予め脱珪、脱燐、脱硫等の処理を行う溶銑予備処理が実施されている。特に上底吹きが可能な転炉型の精錬容器を用いて、脱珪と脱燐を同時に行う溶銑予備処理が実施されている。

脱珪により溶銑中のＳｉが酸化されてＳｉＯ_２となるので、スラグ中のＣａＯ質量濃度とＳｉＯ_２質量濃度との比である塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が低下して、スラグの融点が低下する。また、脱燐反応に必要なスラグ中のＦｅＯも同様にスラグの融点を下げる。

その結果、溶融化したスラグが形成され、これと同時に投入された酸素源は、溶銑中の炭素を酸化してガスを発生させる。このとき、スラグがフォーミング（泡化）し、精錬容器のフリーボード以上になると吹き溢れてスロッピングが発生する。スロッピングの発生により、鉄歩留りが低下するのみならず、一時的な操業停止等の操業トラブルが発生することもある。

特許文献１には、トーピードカー内の溶銑に石灰化合物またはコークスを投入し、固体酸化物および気体酸素による酸素投入量とスラグ塩基度を指標にしたスロッピング発生臨界を求め、酸素投入量を制御することによって、スロッピングを抑制する発明が開示されている。

特許文献２には、転炉を用いる脱燐予備処理において、サブランスを用いて炭材をスラグに吹き込むことにより脱燐吹錬終了後のスラグフォーミングを鎮静することによって、スロッピングを防止する発明（スラグフォーミング防止方法）が開示されている。

特開平１０−１９５５１５号公報 特開２０００ー１６０２２２号公報

特許文献１により開示された発明は、トーピード型の反応容器を対象とするものであり、転炉型の反応容器にはそのまま適用できないとともに、スロッピング発生領域で酸素投入量を低下することから高速で脱燐処理を行うことができない。

特許文献２により開示された発明は、吹錬終了後のフォーミング鎮静を図るので、脱燐を促進する精錬剤としての酸化鉄（鉄鉱石やスケール）の投入との関係は何ら考慮しない。さらに、高速送酸で短時間脱燐処理を行うと送酸中のスロッピング防止が大きな課題になるところ、特許文献２にはそのような高速送酸に伴うスロッピングの解決手法も何ら開示されていない。

本発明の目的は、上底吹き型の転炉を用いて溶銑脱燐処理を高速かつ高効率で行う際に問題となるスロッピングを防止する方法を提供することであり、より具体的には、上吹き酸素の流量を２．０〜４．０Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔｏｎとした条件下で、操業上問題になるようなスロッピングを発生することなく、上吹き酸素の供給時間４〜８分間で８０％以上の脱燐率を安定して得られる方法を提供することである。

スロッピングの発生原因は、大別すると、二つ考えられる。
一つは、酸素供給条件であって、上吹き酸素や副原料として転炉内に投入されるスケールや鉄鉱石等の酸素源が溶銑中のＣと反応して発生したＣＯガスがスラグ層中を上昇する際における、そのガス量や気泡の分散状況である。これらがスロッピングの発生に関係する。

もう一つは、スラグ生成条件であって、ＣＯガスがスラグ層中を上昇する際における、転炉内に存在するスラグの組成や温度、スラグ量などである。これらが、ＣＯガスのスラグ層からの抜け難さやスラグの炉外へのこぼれ易さに関係する。

これら二つのスロッピングの発生原因のうちスラグ生成条件は、本発明では考慮しない。本発明の課題は、高速かつ高効率の溶銑脱燐法を行うことに起因したスロッピングの防止であるため、スラグ量の減少やスラグ組成の変更を行うには、高速かつ高効率の溶銑脱燐法そのものを全体的に検討する必要があるからである。例えば、転炉に装入する溶銑やスクラップから持ち込まれるＳｉ量を調整すれば、スラグの生成量を低減できるのでスロッピングの発生を抑制できるものの、脱珪処理やその脱珪スラグの除去等のための時間と手間を要することとなり、その解決の手段や工夫が別途必要になるために結果的に溶銑脱燐法を全体的に検討することになってしまう。また、脱燐処理後のスラグ成分は、高能率で溶銑の脱燐率を８０％以上とするという基本目的の達成のために相当程度制約されており、スロッピングの発生防止のために調整できる余地は少ない。

さらに、ＣＯガスの生成状況に関しても、本発明では高速で溶銑脱燐処理を行うことを前提とするため、上吹き酸素の流量を、２．０Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上４．０Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下と極力高くして吹錬することを基本とする。このため、上吹き酸素の流量も、調整できる余地は少ない。

本発明者らは、このような制約条件下において、溶銑脱燐処理においてスロッピングの防止のために調整可能な条件を鋭意検討した結果、溶銑脱燐処理には副原料（酸化剤）としてスケールや鉄鉱石等の酸化鉄源を必ず用いるので、その酸化鉄源の使用方法が溶銑脱燐処理中のスロッピングの発生に影響することを知見した。

また、本発明者らは、特許文献１、２にも記載される、コークス粉等の炭材をスラグ中に吹き込んでスラグフォーミングを鎮静する技術を、スロッピングの防止のために用いることもできることを知見した。

本発明は、これらの新規な知見に基づいてなされたものである。
本発明は、上吹き酸素を２．０〜４．０Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔｏｎの流量で上底吹き型の転炉に収容される溶銑へ向けて４〜８分間吹き付け、かつ、上吹き酸素の吹き付け開始から１〜４分経過中に溶銑トン当たりＭｋｇの酸化鉄を一括して又は断続的にこの転炉内に投入して、上吹き酸素の吹付け終了時のスラグ塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ_２質量％）を２．０〜２．５とするとともにＴ．Ｆｅ濃度を５〜１５質量％として溶銑を脱燐処理する際に、酸化鉄の投入完了時点から下記（１）式を用いて計算される時間Ｔ（ｍｉｎ）が経過した時点から、溶銑トン当たり０．４〜１．０ｋｇの炭材を０．４〜１．０ｋｇ／ｍｉｎの速度でスラグ層内に吹き込むことを特徴とするスロッピング防止方法である。
｛２６／（Ｍ−１．４）−１．０｝≦Ｔ≦｛２６／（Ｍ−１．４）｝・・・・・・（１）
ただし、１０≦Ｍ≦３０であり、Ｔ≧０である。

この本発明では、炭材を、サブランスを通じてスラグ層内に吹き込むことが望ましい。

本発明により、高速送酸下でも送酸速度を低下させることなくスロッピングを防止できる。また、本発明により、炭材の使用量も削減できるとともに、サブランスを使用することから安価な設備費でスロッピングを防止できる。

図１は、酸化鉄の投入量とスロッピング開始時間（スケール投入完了からスロッピング発生までの時間）との関係を示すグラフである。 図２は、炭材の投入速度とスロッピング発生指数との関係を示すグラフである。 図３は、実施例における溶銑予備処理の概要を模式的に示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。
はじめに、スロッピングの発生と酸化鉄源の使用条件との関係を説明する。
スロッピングの発生には、溶銑処理条件が深く関係する。そこで、溶銑量や脱燐処理前後の溶銑成分、メインランスからの送酸速度、使用する脱燐剤の種類と量、脱燐処理後のスラグ成分等の条件を、表１に示すように定めて、スロッピングの発生と酸化鉄源（スケール、鉄鉱石）の使用との関係を調査した。

本発明において対象とするスラグ組成の範囲は、脱燐処理終了時のスラグの塩基度（スラグ中のＣａＯ質量濃度とＳｉＯ_２質量濃度との比：（ＣａＯ％／ＳｉＯ_２％））が２．０以上２．５以下であって、スラグ中の酸化鉄質量濃度（代表値としてＴ．Ｆｅ％）が５％以上１５％以下とする。

スラグの塩基度が２．５を超えるような高塩基度では、スラグのフォーミングはあまり問題とならず、代わりに生石灰の投入原単位の増加や処理後スラグ中の未滓化ＣａＯ濃度等が問題となるからである。一方、スラグの塩基度が２．０未満のような低塩基度では、Ｔ．Ｆｅ濃度を５〜１５％としても上吹き酸素の供給時間が４〜８分間という短時間では、溶銑の脱燐率８０％以上を達成できない場合が生じるので、スラグの塩基度は２．０以上とする。

ここで、酸化鉄源の投入時期は、本発明に係る脱燐処理の上吹き送酸継続時間が全部で４分間以上８分間以下であることと、本発明では酸化鉄の投入後に炭材の添加を予定することから、上吹き送酸開始から１分間以上４分間以下の間に、酸化鉄を炉上バンカーから一括して又は断続的に転炉内の溶銑に投入する。

この調査の結果、酸化鉄の投入量の増加に応じて、酸化鉄の投入完了からスロッピング発生までの時間（本明細書では「スロッピング開始時間」という）が短くなるという関係があることが分かった。

図１は、酸化鉄の投入量とスロッピング開始時間（スケール投入完了からスロッピング発生までの時間）との関係を示すグラフである。
表１に示す条件下では、酸化鉄の投入量Ｍ（ｋｇ／ｔｏｎ）とスロッピング開始時間Ｔ’（ｍｉｎ）とは、図１にグラフで示すように、（２）式により示される関係にあることがわかる。
｛２６／（Ｍ−１．４）−０．５｝≦Ｔ’≦｛２６／（Ｍ−１．４）＋０．５｝ ・・・（２）
ただし、（２）式において、１０≦Ｍ≦３０である。

なお、酸化鉄の種類の影響は、酸化鉄がスケールであっても鉄鉱石（粒径１０ｍｍ以下）であっても、試験した範囲では有意な差は確認されなかった。
次に、スロッピングの発生防止と炭材の投入条件との関係を説明する。

スロッピングの発生を防止するためには、炭材の投入は、スロッピングが始まる前に開始しなくてはならない。スロッピングが始まった後に炭材を投入しても、その投入による抑制効果は即効性があるものではないし、投入した炭材がスラグとともに転炉外へ噴き溢れてしまうと、投入自体の安定性にも欠けるからである。

一方、スラグがフォーミングしていないのに炭材を投入しても、炭材を投入する意味がない上に、投入するコストが嵩んでしまうので、不適当である。
ここで、前述したように、酸化鉄の投入量Ｍ（ｋｇ／ｔｏｎ）からスロッピングの開始時期を（２）式により演算で求めることができるので、これを利用し、スロッピングの予測発生時期の０．５〜１分間前から炭材の添加を開始することとして炭材の投入効果を調査した。

すなわち、上記の（２）式により示すように、酸化鉄の投入完了時から｛２６／（Ｍ−１．４）±０．５｝分の間にスロッピングが開始するため、酸化鉄の投入完了時から炭材の投入開始までの時間Ｔは、（１）式によればよい。
｛２６／（Ｍ−１．４）−１．０｝≦Ｔ≦｛２６／（Ｍ−１．４）｝・・・・・・（１）
ただし、１０≦Ｍ≦３０であり、Ｔ≧０である。

（１）式には、酸化鉄の投入量Ｍから計算できる数値に対して０〜１分間の選択幅があるので、この選択幅の中で、溶銑条件や上吹き酸素流量を考慮して炭材の投入開始時間Ｔを適宜決めればよい。

図２は、このようにして炭材を投入した場合における、炭材投入速度とスロッピング発生指数との関係を示すグラフである。
図２にグラフで示す結果は、図１にグラフで示す結果の調査と吹錬条件を同一とし、（１）式で求めた時点から炭材としてコークス粉を０．０５〜１．０ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの範囲で変化させ、炭材を、サブランスの先端から窒素をキャリアガスとしてスラグ層内に１分間以上吹き込むことにより行った。

図２に示すグラフにおいて、スロッピング発生指数とは、指数０：スロッピングの発生気配なし、指数２０：炉口部へのスラグの少量付着の発生、指数４０：炉口部へのスラグの中量付着の発生、指数１００：吹錬継続不能な状態、をそれぞれ示す。

図２に示すグラフにおいて、安定操業継続にはスロッピング発生指数４０以下が必要であることから、炭材の投入速度は０．４ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上１．０ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ以下であることが分かった。

炭材の吹込みは、０．４〜１．０ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの投入速度で１分間継続すれば十分であり、１分間吹き付けても効果が現われない場合には、それ以上吹き付けを継続しても殆ど無駄であった。このため、炭材の投入必要量は０．４ｋｇ／ｔｏｎ以上であり、また１．０ｋｇ／ｔｏｎ以下で十分である。炭材の投入量が多くなると炭材コストが嵩むのみならず、スラグ中の酸化鉄を過剰に還元してしまうために温度低下や脱燐不良が発生するからである。

なお、炭材の投入速度が０．４ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎ以上と速い場合には、炭材の吹き込み量が０．４ｋｇ／ｔｏｎになった時点で、０．４ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎを１分間継続した場合と同等のスロッピングの抑制効果が得られることも別途確認している。

図３は、実施例における溶銑予備処理の概要を示す説明図である。
図３に示すように、上底吹き型の転炉１に収容される溶銑２に対して、溶銑２の量や脱燐処理前後の溶銑２の成分、メインランス３による送酸速度、使用脱燐剤の種類と量、さらには処理後のスラグ４成分等の条件を、下記に示す以外は表１に示すように定めて、溶銑２の脱燐処理を行うことにより、本発明の効果を確認した。なお、図３における符号５はサブランスであり、符号６は底吹プラグである。

（本発明例）
処理前溶銑［Ｓｉ］＝０．４０質量％、処理前溶銑［Ｐ］＝０．１０３質量％の溶銑２８０ｔｏｎを対象とし、メインランス３による送酸速度＝２．４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔｏｎ、上吹酸素吹付け時間＝４．６分間の処理において、上吹き酸素の吹付け開始から１．５〜２．０分の経過期間中に酸化鉄を２０ｋｇ／ｔｏｎ断続的に投入した。

そして、酸化鉄の投入完了後０．８分経過時から０．９ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの速度で炭材（コークス）を、Ｎ_２をキャリアガスとしてサブランス５から０．８分間スラグ層内に吹き込んだ。

脱燐処理中にスロッピングは発生しなかった。処理後スラグ塩基度は２．２、スラグＴ．Ｆｅは１１％、溶銑［Ｐ］は０．０１４％であった。
（従来法）
処理前溶銑［Ｓｉ］＝０．３８質量％、処理前溶銑［Ｐ］＝０．０９８質量％の溶銑２８０ｔｏｎを対象とし、メインランス３による送酸速度＝２．４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔｏｎ、上吹酸素吹付け時間＝４．９分間の処理において、上吹き酸素の吹付け開始から１．５〜１．９分の経過期間中に酸化鉄を１５ｋｇ／ｔｏｎ断続的に投入した。

炭材の吹き込みは行わなかった。
酸化鉄の投入後２．１分経過時にスロッピングが発生した。処理後スラグ塩基度は２．２、スラグＴ．Ｆｅは１０％、溶銑［Ｐ］は０．０１８％であった。

（比較例）
処理前溶銑［Ｓｉ］＝０．３６質量％、処理前溶銑［Ｐ］＝０．１００質量％の溶銑２８０ｔｏｎを対象とし、メインランス３による送酸速度＝２．４Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔｏｎ、上吹酸素吹付け時間＝４．４分間の処理において、上吹き酸素の吹付け開始から１．４〜１．９分の経過期間中に酸化鉄を１３ｋｇ／ｔｏｎ断続的に投入した。そして、酸化鉄の投入完了後０．３分経過後に０．９ｋｇ／ｍｉｎ／ｔｏｎの速度で炭材（コークス）を、Ｎ_２をキャリアガスとしてサブランス５から０．８分間スラグ層内に吹き込んだが、酸化鉄投入後２．０分経過後にスロッピングが発生した。

処理後スラグ塩基度は２．３、スラグＴ．Ｆｅは１１％、溶銑［Ｐ］は０．０１５％であった。

Claims (2)

1. 上吹き酸素を２．０〜４．０Ｎｍ^３／ｍｉｎ／ｔｏｎの流量で上底吹き型の転炉に収容される溶銑へ向けて４〜８分間吹き付け、かつ、前記上吹き酸素の吹き付け開始から１〜４分経過中に溶銑トン当たりＭｋｇの酸化鉄を一括して又は断続的に該転炉内に投入して、前記上吹き酸素の吹付け終了時のスラグ塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ_２質量％）を２．０〜２．５とするとともにＴ．Ｆｅ濃度を５〜１５質量％として溶銑を脱燐処理する際に、
   前記酸化鉄の投入完了時点から下記（１）式を用いて計算される時間Ｔ（ｍｉｎ）が経過した時点から、溶銑トン当たり０．４〜１．０ｋｇの炭材を溶銑トン当たり０．４〜１．０ｋｇ／ｍｉｎの速度でスラグ層内に吹き込むこと
   を特徴とするスロッピング防止方法。
   ｛２６／（Ｍ−１．４）−１．０｝≦Ｔ≦｛２６／（Ｍ−１．４）｝・・・・・・（１）
   ただし、１０≦Ｍ≦３０であり、Ｔ≧０である。
2. 前記炭材を、サブランスを通じて前記スラグ層内に吹き込むことを特徴とする請求項１に記載されたスロッピング防止方法。

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