JP5742105B2

JP5742105B2 - 溶銑用保持炉の操業方法

Info

Publication number: JP5742105B2
Application number: JP2010077805A
Authority: JP
Inventors: 清田　禎公; 禎公清田; 哲也菅原; 會田　公治; 公治會田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011208236A

Description

本発明は、クロミア含有れんがの内張りを有する溶銑用保持炉の操業方法に関する。

溶銑保持炉や混銑炉等の溶銑用保持炉は、主として高炉から出銑された溶銑を、転炉において脱炭精錬を開始するまでの間、これを一時的に保持するためなどに使用される炉である。例えば、溶銑保持炉は、溶銑の温度低下を防ぐため、通常、ドラム型の密閉構造を持ち、上部に開閉式蓋付の受銑口、側壁部には出銑口および出滓口（共有しているタイプのものもある）を具えており、さらには溶銑温度を一定に保つために、電磁誘導ヒ一夕やバーナーなどを付帯している設備もある。

一般に、溶銑用保持炉（以下は、「溶銑保持炉」の例で述べる）は、内張り耐火物（裏張り耐火物＋表張りのワークれんが）のうち、そのワークれんがとしては、マグクロ（マグネシア−クロミア）質れんが、アルクロ（アルミナ−クロミア）質れんが、マグネシア質れんが、ハイアルミナ質れんがなどの焼成れんがが使用されるのが普通である。ただし近年、ワークれんがは、溶銑と同時に持ち込まれるスラグとの反応によって損耗しやすいことから、耐スラグ性に優れるクロミア含有れんがの使用が多くなっている。

しかし、そのクロミア含有れんがは、溶銑中のＳｉ量が高くなると、このＳｉによってスラグ中のＣｒ_２Ｏ_３成分が還元され、その結果として、該クロミア含有れんが中のクロミア成分がスラグ中に溶出してしまい、該クロミア含有れんがの損耗を著しく助長するという問題があった。

従来、その対策として、クロム鉱石などのクロミア成分を添加して、スラグ中のＣｒ_２Ｏ_３成分を予め高めておくという試みもあるが、スラグ中のＣｒ_２Ｏ_３を増加させると、スラグの粘性が増大し、該溶銑保持炉内に滞留するスラグ量が増加することになる。その結果、スラグ反応（浸透、浸食）の増大を招いて、ワークれんがの損耗を一層拡大させるという問題があった。

これに対し、従来、スラグ中へのクロミア成分の添加に代えて固体炭素を添加する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００７−２２４３７９号公報

上掲の特許文献１に開示されている技術は、含スラグ溶銑中に固体炭素を添加することで発熱を促し、溶銑保持炉内の溶融スラグを加熱し、流動性を向上させて炉外への排出を促進することにより、耐火物（れんが）の損耗を低減させようというものである。しかしながら、クロミア含有れんがの損耗が一番懸念されるのは、溶銑中のＳｉ％が高いときであり、固体炭素を添加するというこの方法は、高Ｓｉ溶銑の処理の場合には、あまり効果がなかった。

このように、従来、とくに溶銑中のＳｉ含有量が高い場合などにおいて、クロミア含有れんがを使用した溶銑用保持炉の耐火物損耗を低減するための有効な方法がなかったのが実情である。

そこで、本発明の目的は、内張り耐火物としてクロミア含有れんがを使用している溶銑用保持炉の、その内張り耐火物の損耗を低減するのに有効な溶銑用保持炉の新規な操業方法を提供することにある。

本発明では、前記課題を解決し、上記目的を達成するために、クロミア含有れんがの内張りを有する溶銑用保持炉の操業方法において、０．０５ｍａｓｓ％以上のＳｉを含有している高Ｓｉ含有溶銑を貯留してなる炉内のスラグ中に、酸化鉄を投入することを特徴とする溶銑用保持炉の操業方法を提案する。

本発明においては、
（１）溶銑用保持炉内の、とくにスラグ中に添加する酸化鉄の量は、該スラグ中のＴ・Ｆｅに換算して２〜３０ｍａｓｓ％に相当する量を添加すること、
（２）酸化鉄としては、鉄鉱石、ミルスケール、製鉄ダストの塊成物のいずれか１種以上を用いること、
が、より好ましい課題解決の条件である。

上記のような構成を有する本発明に係る操業方法によれば、クロミア含有れんがを使用した溶銑用保持炉内耐火物の損耗を低減することができ、ひいては耐火物寿命を向上させることができるが、この効果はとくに、炉内に貯留する溶銑中のＳｉ含有量が高い場合に、より一層顕著な効果をもたらす。

溶銑保持炉の一部切欠き斜視図である。

本発明は、クロミア含有れんがを、内張り耐火物とくに溶銑や溶融スラグに接するワークれんがとして使用している溶銑保持炉や混銑炉などの溶銑用保持炉内（以下、図１に示す「溶銑保持炉」の例で述べる）のとくにスラグ中に、酸化鉄を添加する方法である。

図１は、代表的な樽形円筒状の溶銑保持炉１の例である。この炉は、外殻鉄皮の内側に、耐火物、即ち、ワークれんがとしてクロミア含有れんがが施工されていて、図示しない支持機構によって筒軸を中心として回転可能に支持されている。この保持炉１には、溶銑２を受銑収容するための装入口３、および、収容貯留した溶銑２を転炉などの精錬容器に排出するための出湯口４が、胴部側壁に設置されている。また、この溶銑保持炉１の側壁下部には、貯留した溶銑２を誘導加熱するための溝型誘導加熱装置５が必要に応じて配置される。なお、図示した溝型誘導加熱装置５は、１基のみが設置されているが、２基以上配置することもできる。この溝型誘導加熱装置５は特別の装置は必要でなく、例えば、特公昭５０−２５６６６号公報に開示されているような慣用の溝型誘導加熱装置を用いることができる。また、溶銑保持炉１からの出湯時、炉体を回動傾動させて前記出湯口４から溶銑２と共にスラグを出湯する。

かかる溶銑保持炉１は、高炉や溶融還元炉などの溶解炉から出銑された溶銑、鉄のスクラップ、冷銑などからなる鉄源材料を主原料として溶融還元処理されて溶製された含クロム溶銑２などを、次工程の転炉のような脱炭精錬設備に供給するまでの期間、溝型誘導加熱装置５により所定の温度に加熱・維持しながら貯留することができるものである。

溶銑保持炉１の内張りれんがのうち、ワークれんがとして用いられるクロミア含有れんがは、溶銑のような比較的塩基度の低いスラグから高塩基度スラグまでの各種スラグに対して優れた耐食性を示す耐火物炉材として広く使用されている。そのクロミアを含有するれんがとしては、アルミナ−クロミア質れんがやマグネシア−クロミア質れんが、あるいは、ムライト含有クロミアれんが（特開２０００−３２７４０７号公報）などが知られている。特に、マグネシア−クロミア質れんがは、クロミアの高耐食性に加えてマグネシアも耐食性を有することから、優れた耐食性を有するものである。一方、アルミナ−クロミア質れんがは、熱スポーリングやスラグ浸潤による構造スポーリングに対する抵抗性が比較的良好で好ましい。

ところで、前記クロミア含有れんがは、溶銑保持炉１内に貯留する溶銑中のＳｉ量が高い場合（Ｓｉ≧０．０５ｍａｓｓ％）には、エリンガム図からも理解できるように、このＳｉによってスラグ中のＣｒ_２Ｏ_３成分が還元されて低下しやすくなることで、クロミア含有れんが中のクロミア成分のスラグ中への溶解が促され、その結果として、とくにスラグライン部におけるれんがの損耗が激しく進行する。
なお、溶銑中のＳｉは、０．０５ｍａｓｓ％未満の場合には、スラグ中のクロミアの還元は速くなく、れんがの損耗はそれほど激しいものとはならないため、本発明の効果が顕著には見られない。

従って、溶銑中のＳｉが高い場合において、とくに、スラグ中のＣｒ_２Ｏ_３量を予め高目にしておくことなく、一方では、それでもスラグ中のＣｒ_２Ｏ_３成分が還元除去されないような炉内環境にすることが、ワークれんがの損耗を抑制する上で重要であると考えられる。

このような技術的な背景の下で、本発明では、Ｃｒ_２Ｏ_３よりも相対的に容易に還元される成分をスラグ中に添加しておくことが有効であると共に、そうした作用をもつ種々の材料について検討した。その検討の中で、発明者らは、スラグ中に、鉄源でもある酸化鉄を添加することに着目した。即ち、酸化鉄をスラグ中に投入した場合、その酸化鉄がＣｒ_２Ｏ_３に先行して還元されることになるため、スラグ中のＣｒ_２Ｏ_３成分量を高く保つことができる。この点に関し、もしＣｒ_２Ｏ_３成分を高く保つためだけなら、従来のように、Ｃｒ_２Ｏ_３を投入することも考えられる。しかし、この場合、溶解しない固体のＣｒ_２Ｏ_３がスラグの粘性を増加させ、保持炉内に滞留するスラグの量を増加させる弊害がある。この点、酸化鉄を投入した場合、スラグの融点を下げる作用があるので、スラグの粘性を低下させ、そのため、炉内滞留スラグを増加させるようなことがなくなり、併せて鉄源を供給することにもなる点において有効である。

投入する、酸化鉄としては、ＦｅＯやＦｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４など、例えば、鉄鉱石やミルスケール、製鉄ダストの塊成物などを用いることが好ましい。

かかる酸化鉄の投入量は、スラグ中のＴ・Ｆｅに換算して、２〜３０ｍａｓｓ％が好ましい。この酸化鉄の投入量が２ｍａｓｓ％（スラグ中Ｔ・Ｆｅ換算）より少ない場合はＣｒ_２Ｏ_３溶解抑制効果が小さい。一方、この量が３０ｍａｓｓ％（スラグ中Ｔ・Ｆｅ換算）より多い場合は、スラグ量が増えるので好ましくない。なお、本発明の好ましい酸化鉄投入量は４．５〜２０ｍａｓｓ％、より好ましくは４．５〜１０ｍａｓｓ％（スラグ中Ｔ・Ｆｅ換算）である。

この実施例は、溶銑保持炉用耐火物（マグネシア−クロミア質れんが）の侵食試験を行った例を説明するものである。この試験に当たっては、溶銑保持炉内に貯留してある１５００℃の溶銑（表１に示すＳｉ：０．１〜３ｍａｓｓ％のもの）ならびに溶融スラグを用い、これをφ２０ｍｍ×１５０ｍｍの試験片（１０ｍａｓｓ％Ｃｒ_２Ｏ_３−残ＭｇＯ）と共に黒鉛容器内に入れ、１００ｒｐｍで回転させたのち２時間後に取り出し、冷却後、試験片の侵食量を測定し、侵食指数（比較例３を１００としたときの外径減少量の割合）として比較した。なお、スラグの粘度は、白金球の引き上げ法、即ち、スラグ中に白金球を浸漬し、白金球を等速運動で引き上げる際の負荷荷重と、白金球に働く重力や浮力の関係をストークスの法則に当てはめることで求めた。そして、保持炉内のスラグについて、組成と粘性、侵食性との関係を表１に示した。

表１から明らかなように、Ｃｒ源（クロム鉱石）添加、酸化鉄源（鉄鉱石）添加によって、スラグによる上記れんがの侵食の抑制が可能であることがわかる。さらに、Ｃｒ源の添加でスラグ粘性が増加するのに対し、酸化鉄の添加でのスラグ粘性の増加は見られない。Ｃｒ源の添加は、保持炉内のスラグ増加の原因となるが、酸化鉄の添加は炉内スラグの増加の原因となることはないことがわかった。特に、溶銑中のＳｉ濃度が高い場合に本発明の有効性を確認することができた。

次に、溶銑保持炉（実炉）内にクロム鉱石および鉄鉱石の添加を無添加の場合と比較した（表２）。無添加の場合に比較して、クロム鉱石を添加した例では、耐火物の損耗が増大し、一方、鉄鉱石添加の例では、耐火物損耗が低下し、本願発明の有効性が確められた。

本発明は、溶銑用保持炉のクロミア含有れんがのワークれんがとして用いられるものである。とくに、高Ｓｉ溶銑の処理炉用耐火物として特に有効であるが、その他、クロミア含有れんがが用いられている溶鋼用容器、脱ガス容器等の溶融金属容器の耐火物としても有効である。

１保持炉
２溶銑
５溝型誘導加熱装置
４出湯口

Claims

クロミア含有れんがの内張りを有する溶銑用保持炉の操業方法において、０．０５ｍａｓｓ％以上のＳｉを含有している高Ｓｉ含有溶銑を貯留してなる炉内のスラグ中に、酸化鉄を投入することを特徴とする溶銑用保持炉の操業方法。
前記酸化鉄は、鉄鉱石、ミルスケール、製鉄ダストの塊成物のいずれか１種以上を、スラグ中のＴ・Ｆｅに換算して２〜３０ｍａｓｓ％相当の量を添加することを特徴とする請求項１に記載の溶銑用保持炉の操業方法。