JP6061748B2 - 冷鉄源の投入方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑鍋や混銑車などの溶銑搬送容器に冷鉄源を投入する冷鉄源の投入方法に関する。

製鉄プロセスでは、高炉から出銑した溶銑を転炉で脱炭して鋼とするため、混銑車や鍋型の耐火物容器で溶銑を高炉から転炉がある製鋼工場に搬送するのが一般的である。上記輸送のフローとしては、第１に高炉鋳床で鍋型の容器で溶銑を受銑した後、そのまま製鋼工場まで搬送し、転炉に溶銑を装入する方式、第２に高炉鋳床で混銑車で溶銑を受銑し、製鋼工場まで搬送したのち、転炉に装入するために鍋型の容器に溶銑を移し変え、そこから転炉に溶銑を装入する方法などが一般的である。

また、近年では、コストダウンおよび品質要求の厳格化に対応するため、転炉での脱炭処理の前に脱りん・脱硫等の所謂溶銑予備処理工程を設けるケースが多くなってきている。脱硫処理の場合、機械的攪拌やインジェクション処理が実施されるが、一般的には機械的攪拌は鍋型の容器に対して、インジェクション処理は混銑車、鍋型の両方に対して適応される。また脱りん処理の場合は混銑車、鍋型の両方に対してインジェクション処理を行うパターン、脱炭処理の前に転炉容器に一旦溶銑を装入して転炉容器の中で行うパターンがある。
このようなプロセスフローにおいて、鍋型の容器や混銑車などの溶銑搬送容器で溶銑を受銑する際には、鉄源としてスクラップなどの安価な冷鉄源を投入して、出来るだけ溶銑コストを低減させる操業が行われている。また、溶銑コストを低減させるだけでなく、溶銑量を増やすためにも冷鉄源の投入がなされる。したがって、溶銑搬送容器に投入する冷鉄源量は多い方が望ましいが、一方で溶銑搬送容器に投入する冷鉄源量が適正でない場合、冷鉄源の投入による熱ロスが大きくなり、溶銑搬送容器に地金が付着することで、溶銑搬送量の減少や地金除去作業に伴う生産性の低下といった悪影響を及ぼす。このような問題を回避するために、溶銑搬送容器への冷鉄源の投入量を適正化する技術として、特許文献１に示すものがある。

特許文献１では、溶銑鍋内の溶銑を受銑容器に払い出し、空となった溶銑鍋に溶銑が装入されるまでの間に該溶銑鍋の鍋底に冷鉄源を入れ置きし、その後、該溶銑鍋に溶銑を装入する場合に、空となった溶銑鍋に入れ置きする冷鉄源の重量を、溶銑鍋の鍋口の面積により規定している。
さて、溶銑鍋の冷鉄源の影響によって溶銑鍋に付着する地金が増加する以外に、溶銑処理のときに、地金付着が増加する場合がある。溶銑処理時に付着する地金を抑制する技術として、特許文献２に示すものがある。

特許文献２では、溶銑鍋内に溶銑を入れて攪拌羽根で攪拌して脱硫処理するにあたって、溶銑鍋５の内側壁に邪魔板を設けることによって、溶銑鍋の内側に付着する地金付着を抑制する技術である。この特許文献１では、邪魔板の突出量を溶銑鍋内径に対して０．０１〜０．１５とし、邪魔板の幅を突出量の１／２以下としている。特許文献１及び２の他に冷鉄源に関する技術として、特許文献３に示すものがある。

特開２００４−３００４５５号公報 特開２００７−１１３０５５号公報 特開２００６−２１９６９５号公報

特許文献１では、溶銑鍋の鍋口面積に応じて冷鉄源の投入量を規定するものであるが、溶銑温度に応じた投入量を定めることができず、溶銑温度が低い場合はこの技術を用いても、溶銑鍋への冷鉄源の投入量を適正にすることはできず、冷鉄源の投入後に地金付着が増加する可能性があった。特許文献２は、溶銑鍋に付着する地金付着を低減させる技術であるが、冷鉄源の投入量を適正にして地金付着を低減させるものでなく、この技術を用いても冷鉄源によって地金付着量を抑制することは、できないのが実情である。

そこで、本発明では、溶銑搬送容器に付着する地金量（地金付着量）を抑制しつつ、多くの冷鉄源を溶銑搬送容器に投入することができる冷鉄源の投入方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
本発明の技術的手段は、溶銑搬送容器で冷鉄源を溶解し、溶銑量を増加させるに際して、前記溶銑搬送容器に投入する冷鉄源の投入量を「Ｍ（kg/ton）」とし、溶銑のＣ濃度を「Ｃ_lig（質量％）」とし、冷鉄源のＣ濃度を「Ｃ_iron（質量％）」とし、受銑の開始直後の溶銑温度を「Ｔ（℃）」とし、冷鉄源の１個当たりの重量相当径を「ｄ（mm）」としたとき、式（１）を満たすように、前記冷鉄源の投入量Ｍを設定することを特徴とする。

Ｍ≦−９７５＋０．０３６５Ｃ_lig＋１．００Ｃ_iron＋０．７６０Ｔ−０．０１３７ｄ ・・・（１）

本発明によれば、溶銑搬送容器に付着する地金量を抑制し得る範囲で最大量の冷鉄源を溶銑搬送容器に投入することができる。

高炉の出銑から一次精錬処理までの流れを模した模式図である。 式（１）で求めた冷鉄源の投入上限値と、冷鉄源の投入実績値と、地金付着量との関係をまとめた図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、高炉１からの出銑後の流れを示した図である。図１に示すように、高炉１から出銑された溶銑２は、混銑車３にて受銑した後、製鋼工場に運搬され、そこで溶銑鍋５に払い出される。この溶銑鍋５はクレーンにより除滓位置に移動し、溶銑直上に存在する高炉スラグを除去した後、クレーンで転炉正面に運ばれ、鍋中の溶銑を転炉に装入する。溶銑装入終了後の空の溶銑鍋は再びクレーンにより払出位置に戻され、混銑車より次chの溶銑が払い出される。
なお、近年では、溶銑鍋において機械攪拌による脱硫を実施するのが一般的となってきている。この場合は、高炉スラグ除滓後の溶銑鍋に脱硫フラックスを添加し、機械攪拌で脱硫処理を実施した後、再度除滓位置で脱硫スラグを除去した後、転炉に払い出されることになる。
さて、近年では粗鋼量を増やす、あるいは鉄鉱石価格の高騰のために、高炉で製造する溶銑の替わりにスクラップ等安価な鉄源を使用したいというニーズが高まっている。そのための方法の一つとして、溶銑搬送容器、すなわち混銑車、あるいは溶銑鍋に予め冷銑、スクラップ等の鉄源(冷鉄源)を投入しておき、そこに溶銑を受けることにより、冷鉄源を溶解して溶銑量を増やす操業が行われる。

上記操業において、投入する冷鉄源量が多いほど、溶銑量は増えることになるが、投入量が多い場合は、溶銑温度の低下が大きくなり、溶銑搬送容器に付着する地金が増加する虞がある。地金の付着量が増加すると、搬送容器内の容量が小さくなることにより、溶銑の搬送可能量は低下し、生産性に悪影響を及ぼすことがある。また、付着した地金を除去する作業では、主に、地金に衝撃を加えることによって地金を除去するため、衝撃によっては、耐火物容器内に施工した耐火物が破損する場合があり、耐火物容器の寿命が低下してしまう虞がある。そのため、冷鉄源を溶銑に投入するに際しても、地金付着量を抑制しつつ出来るだけ多くの冷鉄源が入れられるように、冷鉄源投入量の上限値を規定する必要がある。

そこで、本発明では、溶銑を搬送する混銑車３や溶銑鍋５などの溶銑搬送容器に投入する冷鉄源の投入量を「Ｍ(kg/ton)」、即ち、溶銑搬送容器に装入する溶銑単位トン数当たりの冷鉄源の投入量を「Ｍ(kg/ton)」とする。また、溶銑のＣ濃度を「Ｃ_lig(質量％)」、冷鉄源のＣ濃度を「Ｃ_iron(質量％)」、受銑直後の溶銑温度を「Ｔ(℃)」、冷鉄源の１個当たりの重量相当径を「ｄ(mm)」する。そのうえで、これらのパラメータ（Ｃ_lig、Ｃ_iron、Ｔ、ｄ）と、冷鉄源の投入量Ｍとが式（１）を満たすように、冷鉄源の投入量Ｍを設定し（冷鉄源の上限値）、この冷鉄源の上限値を超えないように、冷鉄源を投入することとしている。

Ｍ≦−９７５＋０．０３６５Ｃ_lig＋１．００Ｃ_iron＋０．７６０Ｔ−０．０１３７ｄ ・・・（１）
冷鉄源を投入した場合を考えたとき、冷鉄源の投入後の熱バランスは、冷鉄源の投入前の溶銑の総熱量と、冷鉄源の溶解に要する総熱量と、周囲への熱ロスによって決まるが、地金付着量は、溶銑の溶銑温度Ｔによって影響される。また、溶銑のＣ濃度Ｃ_lig、冷鉄源のＣ濃度Ｃ_ironによって、溶銑の凝固開始温度が変化するため、これら溶銑のＣ濃度Ｃ_lig及び冷鉄源のＣ濃度Ｃ_ironによっても地金付着量は影響されると考えられる。さらに、冷鉄源の１個当たりの重量相当径ｄによって、冷鉄源の溶けやすさが代わるため、この重量相当径ｄによっても地金付着量は影響されると考えられる。

このようなことから、発明者らは、溶銑のＣ濃度Ｃ_lig、冷鉄源のＣ濃度Ｃ_iron、受銑直後の溶銑温度Ｔ(℃)、冷鉄源の１個当たりの重量相当径ｄ(mm)に着目し、様々な実験等によって、これらパラメータ（Ｃ_lig、Ｃ_iron、Ｔ、ｄ）と、冷鉄源の投入量Ｍと、地金付着量とについてまとめた。その結果、混銑車３や溶銑鍋５などの溶銑搬送容器に冷鉄源を投入するにあたって、冷鉄源の投入量Ｍを、式（１）を満たすようにすれば、溶銑搬送容器に付着する地金付着量を１．０ｔｏｎ以下にすることができることを見出した。地金付着量を１．０ｔｏｎ以下にすれば、操業上、悪影響を及ぼすことはなく、脱珪処理や脱硫処理をスムーズに行うことができる。なお、何も対策を施さない場合、地金付着量は５．０ｔｏｎ以上となることが知見されている。

表１は、本発明の冷鉄源の投入方法で操業を行った実施例と、本発明とは異なる方法で操業を行った比較例とをまとめたものである。

実施例及び比較例では、溶銑搬送容器の１つである溶銑鍋５に冷鉄源を投入することとし、後述するように地金付着等について評価を行った。なお、混銑車３に冷鉄源を投入したとしても同様の結果が得られている。
冷鉄源の投入は、空の溶銑鍋５に重機を用いて冷鉄源を入れた後、その溶銑鍋５に溶銑を装入した。冷鉄源として、高炉１から出銑した溶銑をそのまま鋳造した冷銑と、スラップと、Ｃ濃度を調整した鉄塊を用いた。溶銑のＣ濃度は、３．０〜４．４質量％とし、スクラップのＣ濃度は０質量％とし、鉄塊のＣ濃度は、１．０質量％、２．０質量％、３．０質量％のいずれかとした。溶銑鍋５への地金付着量は、溶銑装入前の溶銑鍋５の重量（冷鉄源が投入されていない状態での空の溶銑鍋５の重量）と、冷鉄源及び溶銑を溶銑鍋５に装入後に当該溶銑鍋５の溶銑を払い出した後の重量との差を算出することにより求めた。言い換えれば、溶銑及び冷鉄源の供給前の溶銑鍋５の重量と、溶銑を払い出した溶銑鍋５の重量との差から地金付着量を求めた。なお、溶銑鍋５の重量は、ロードセルにより計測した。また、前ｃｈ（前チャージ）での地金付着量が±１ｔｏｎ以下の溶銑鍋５を用いた。実施例及び比較例では、地金付着量が１．０ｔｏｎ以下である場合、「良好○、地金付着なし」とし、地金付着量が１．０ｔｏｎを超える場合、「不適×、地金付着あり」と判定した。

溶銑温度Ｔは、溶銑鍋５に溶銑を受銑した直後の温度とした。溶銑温度は熱電対プローブを用いて測定することができる。溶銑温度Ｔが１１６５℃以下では、凝固が開始される場合があるため、溶銑温度Ｔは１１６５℃超とした（溶銑温度Ｔが１１６５℃以下は対象外とした）。冷鉄源は、塊状や板状といった様々な形状をとるため、冷鉄源の１個当たりの重量相当径ｄに換算することとした。冷鉄源の１個当たりの重量相当径ｄは、式（２）より求めた。Ｖは、冷鉄源の体積[ｍｍ^３]である。

実施例１〜実施例２６では、冷鉄源の投入量の上限値（式（１）の左辺の値）よりも、実際の冷鉄源の投入量（実績冷鉄源投入量）Ｍが少なく、式（１）を満たすようにしたため、地金付着量は、確実に１ｔｏｎ以下にすることができた（地金付着判定、良好○）。なお、実施例１〜実施例８では、当チャージにおいて、前チャージで既に付着した地金を溶解したため、地金付着量をマイナスにすることができた。

一方、比較例２７〜４０では、実績冷鉄源投入量Ｍが、冷鉄源の投入量の上限値を超えて式（１）を満たしていないため、地金付着量が１．０ｔｏｎを超えた（地金付着判定、不適×）。
図２は、実施例及び比較例をまとめたものである。図２に示すように、実績値から上限値を引いた値が０以下であって、溶銑鍋５に投入する冷鉄源の投入量Ｍ、溶銑のＣ濃度Ｃ_lig、冷鉄源のＣ濃度Ｃ_iron、受銑直後の溶銑温度Ｔ、冷鉄源の１個当たりの重量相当径ｄが、式（１）を満たしている場合、地金付着量を確実に１ｔｏｎ以下にすることができた。

以上述べたように、溶銑を装入する溶銑鍋５に冷鉄源を投入するに際して、次式を満たすように冷鉄源を投入することで、溶銑鍋５などに付着する地金量（地金付着量）を抑制しつつ、多くの冷鉄源を溶銑鍋５などに投入することが可能となる。
なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 高炉
２ 溶銑
３ 混銑車
４ 溶銑処理工場
５ 溶銑鍋

Claims (1)

1. 溶銑搬送容器で冷鉄源を溶解し、溶銑量を増加させるに際して、
   前記溶銑搬送容器に投入する冷鉄源の投入量を「Ｍ（kg/ton）」とし、溶銑のＣ濃度を「Ｃ_lig（質量％）」とし、冷鉄源のＣ濃度を「Ｃ_iron（質量％）」とし、受銑の開始直後の溶銑温度を「Ｔ（℃）」とし、冷鉄源の１個当たりの重量相当径を「ｄ（mm）」としたとき、式（１）を満たすように、前記冷鉄源の投入量Ｍを設定することを特徴とする冷鉄源の投入方法。
   Ｍ≦−９７５＋０．０３６５Ｃ_lig＋１．００Ｃ_iron＋０．７６０Ｔ−０．０１３７ｄ
   ・・・（１）

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