JP6065792B2 - 溶銑出湯中の発煙防止方法 - Google Patents
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Description
溶銑出湯中の発煙は、溶銑中に炭素が多く含まれていることから発生すると考えられる。すなわち、溶銑中の炭素と空気中の酸素とが激しく反応して溶銑の湯面近傍でCOガス気泡が生成し、このCOガス気泡が破裂する際に溶銑から微小な液滴が飛散し、この液滴中の鉄と空気中の酸素とが反応して、酸化鉄(Fe2O3)を含む上昇気流が形成され赤煙が発生すると考えられる。
(1)炭素含有量が2質量%以上である溶銑を溶銑容器に出湯するに当たり、上記溶銑の出湯中に、メジアン粒径が1.0〜5.0mmである粉粒体を、上記溶銑容器に投入する、ただし、前記粉粒体が脱粒剤であって溶銑落下流へ前記脱硫剤を混入し脱硫する場合を除き、且つ、金属アルミニウムを使用しない、溶銑出湯中の発煙防止方法。
(2)上記粉粒体の粒径加積曲線から求められる通過質量百分率10%に相当する粒径D10が、0.1〜1.2mmである、上記(1)に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
(3)上記粉粒体の投入量が、上記溶銑の全出湯量に対して1.5kg/t以上である、上記(1)または(2)に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
(4)上記溶銑の全出湯量の15〜50質量%を上記溶銑容器に出湯した段階で、上記粉粒体を上記溶銑容器に投入する、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
(5)上記粉粒体が、1400℃において固体の物質であって、かつ、固形分における全アルミニウム含有量が10質量%以下である、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
(6)上記粉粒体は、固形分で、酸化マグネシウム含有量が50質量%以上である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
(7)上記粉粒体は、固形分で、炭素含有量が5質量%以上である、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
(8)上記粉粒体が、使用済みマグネシアカーボン煉瓦を原料として得られた粉粒体を含む、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
(9)上記粉粒体が、脱炭スラグを粉砕して得られた粉粒体を含む、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
(10)上記粉粒体の水分量が、3質量%以下であり、前記粉粒体の投入量が、前記溶銑の全出湯量に対して3.0kg/t以下である、上記(1)〜(9)のいずれかに記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
以下、図面に基づいて、本発明の発煙防止方法をより詳細に説明する。
炉1に収容されている溶銑3は、炉1にて脱リン等の溶銑予備処理が施された後のものであり、その上面には、脱リンスラグ等のスラグ4が浮いている。
炉1から出湯されて溶銑鍋2で受銑された溶銑3は、この後、別の転炉(図示せず)に運ばれて、脱炭が行われる。すなわち、図1中の溶銑3は、脱炭される前の状態であり、炭素含有量が多い。具体的には、溶銑3の炭素含有量は、2質量%以上である。
そのため、従来は、金属アルミニウムを投入して(特許文献1参照)、先に酸素と反応させることで、溶銑3に含まれる炭素と反応する酸素の量を低減させるとともに、低融点のスラグを生成させて溶銑3と大気とを遮断することにより酸素の供給を低減している。
しかし、上述したように、金属アルミニウムを用いると、コスト高になるうえ、酸素との反応により生成するアルミナが次工程の脱炭用の転炉の炉体寿命に悪影響を与える。
すなわち、例えば、大粒の粉粒体5を溶銑鍋2に投入しても、溶銑3の湯面での分散性が不十分であったり、分散しても隙間が空いてしまったりするため、溶銑3と空気との遮断効果に劣る。しかし、メジアン粒径が上記範囲内であれば、粉粒体5は、溶銑3の湯面に隙間なく広がって溶銑3を覆うため、十分な遮断効果が得られ、発煙を効果的に抑制できる。
なお、粉粒体5の粒子は、赤煙を防止する観点からは細かいほど好ましいと考えられるが、細かすぎると溶銑鍋2への投入時に飛散して歩留まりが低下する場合があるとともに、粉粒体5の細粒分に起因する発塵が増大する場合があるため、下限値を設定した。
各目開きのふるいの通過質量の上記所定質量に対する百分率を通過質量百分率とし、ふるい目開きすなわち粒径を対数目盛の横軸とし、通過質量百分率を縦軸としてプロットした粒径加積曲線において、通過質量百分率が50%となる粒径がメジアン粒径または50%粒径D50であり、通常は粒径加積曲線を各プロットを直線で結んだ折れ線で近似して計算することにより算出される。
また、10%粒径D10は、粉粒体中の細粒分を代表する粒径と考えることができ、メジアン粒径と同様に粒径加積曲線から、通過質量百分率が10%となる粒径として求められ、同様に折れ線で近似して算出できる。
具体的には、粉粒体5の固形分における全アルミニウム含有量は、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。全アルミニウム含有量をこの範囲とすることにより、脱炭用の転炉において、スラグ中の低融点の液相の比率(1250℃まで温度低下時に凝固しないで残る液相スラグの比率)の上昇を抑制でき、内張り耐火物に付着したスラグの剥離を抑制することができるので、脱炭用の転炉の内張り耐火物が効果的に保護される。
スラグ中の低融点成分の濃度が上昇すると、または、アルミナ濃度が上昇すると、脱炭スラグの最も主要な成分であるCaOおよび他の酸化物成分とともに形勢される低融点の液相成分の比率が増大し、スラグの温度が低下しても液相の比率が十分に低下しないため、スラグの付着性が劣り、結果として内張り耐火物の損耗の増大を招くことになる。
しかしながら、脱炭用の転炉内に、溶銑3とともに装入される粉粒体5が、1400℃において固体の物質であって、かつ、全アルミニウム含有量が10質量%以下であれば、上記の内張り耐火物表面への被覆スラグ層の形成を妨げることなく、内張り耐火物の損耗の増大を防止できる。
なお、マグネシアカーボン煉瓦に金属アルミニウムが配合されている場合には、使用後の煉瓦を長期間保管すると、雰囲気の水分との反応によって粉化が進行する、いわゆる消化の現象によって粒度が変化する場合があるので管理に注意を要するが、消化が著しい場合には粉砕を要さず分級のみで所定の粉粒体5が得られることもある。
ただし、この場合、鋼の不純物成分となる硫黄などの成分の含有量が十分少ないことが必要であり、好適に用いられるスラグの種類としては脱炭スラグ(転炉脱炭スラグ)が挙げられる。ここで、脱炭スラグとは、溶銑を転炉などで脱炭して溶鋼を製造する際に副生するスラグを指し、一般に脱燐能を要求されるために酸化鉄濃度が高く、かつ高塩基性であり、このため水和膨張が避けられず、土木材料として利用される際に用途が限定されるという問題がある。
溶銑3の出湯中に粉粒体5を投入すると、粉粒体5に含まれる水分が溶銑3中の炭素と反応してCOガスを生成し、大きな火炎が発生する場合がある。火炎が出湯作業を行う作業床レベルまで達すると、作業者や設備に損害を与える可能性があるため問題となる場合がある。
そのため、粉粒体5の水分量は、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましい。
粉粒体5の水分量の下限は特に設定する必要はないが、0.1mm以下の細粒分の比率が高い場合には、ハンドリング時の発塵を防止するために1質量%程度以上の水分量とすることが好ましい。
なお、粉砕前の原料、または、粉砕、分級後の粉粒体5を所定期間天日乾燥した後、屋根付きの保管場所に保管することで、粉粒体5の水分量を低位に調整できる。
なお、上述したように、粉粒体5が3質量%以下の範囲で水分を含有する場合には、火炎の発生も防止するという観点からは、粉粒体5の投入量は、溶銑3の全出湯量に対して3.0kg/t以下が好ましく、2.0kg/t以下がより好ましい。
使用済みのマグネシアカーボン煉瓦または転炉スラグを原料として粉砕、分級し、下記第1表に示す粒径(メジアン粒径(D50)、D10および粗粒率)の各例の粉粒体5を得た。
なお、得られた粉粒体5の組成(固形分)を測定したところ、使用済みマグネシアカーボン煉瓦の場合でMgO:55〜75質量%、C:8〜15質量%、Al2O3:3〜6質量%、CaO:2〜5質量%、SiO2:2〜5質量%の範囲であり、転炉スラグの場合でCaO:38〜43質量%、SiO2:10〜12質量%、MgO:6〜8質量%、Al2O3:2〜3質量%、T.Fe:17〜22質量%、MnO:3〜5質量%、P2O5:1〜2質量%の範囲であった。測定には、蛍光X線分析装置を用いた。いずれの場合も、水分量が3質量%以下となるように天日干した後保管したものを粉粒体5として使用した。
使用済みマグネシアカーボン煉瓦の場合は、上記組成から計算される液相比率はさらに低く、同様に1400℃において固体状である。
なお、発明例1〜5を対比すると、メジアン粒径(D50)が1.0〜5.0mmの範囲であり、かつ、D10が0.1〜1.2mmの範囲である発明例1,2,4は、D10がこの範囲を超える発明例3または発明例5よりも、発煙防止効果により優れることが分かった。
また、何れの場合にも粉粒体5の飛散に起因する発塵は軽微であり、作業環境に悪影響を及ぼすことはなかった。
次に、発明例1の粉粒体5を用いて、粉粒体5の投入量および投入タイミングを変更した以外は、発明例1と同様にした発明例について、実験例Iと同様にして発煙防止効果について評価した。
粉粒体5の投入量について、下記第2表の括弧内に示す数値(単位:kg/t)は、粉粒体5の投入量を、溶銑3の全出湯量当たりの原単位で示したものである。
また、粉粒体5の投入タイミングについては、投入開始直前の溶銑鍋2内の溶銑3の湯面レベルを目視等で判定した結果に基いて推定した出湯量、または、発煙で湯面レベルの視認が困難な場合には、直前チャージなどの出湯時間と当該チャージの出湯開始からの経過時間とからの推定した投入開始時点までの出湯量を下記第2表に記載した。なお、下記第2表の括弧内に示す数値(単位:質量%)は、粉粒体5を投入開始したタイミングでの溶銑3の出湯量(50t〜150t)を、全出湯量(公称値300t)に対する割合で示したものである。
さらに、これらの発明例について、粉粒体5を投入した際の溶銑鍋2からの火炎の発生(発炎)の程度を目視で確認した。火炎の高さが作業床まで達しなかった場合は「○」と、火炎の高さが作業床に達したが作業床上には火炎が漏れ出ず安全上は問題なかった場合は「△」とした。安全性の観点から「○」であるのが好ましい。結果を下記第2表に示す。ここで、作業床は一般的な転炉設備と同様に、転炉出湯中に炉口付近の高さとなる、転炉炉体の回転軸よりもやや下のレベルに当り、出湯中にあるいは出湯後に、配置した人員が手動のプローブなどを用いて温度測定やサンプリングを行ったり、合金鉄や副原料を投入したりする作業をここで行う。
また、粉粒体5の投入タイミングが全出湯量の15〜50質量%の範囲である発明例1,7および8は、ともに、必要な発煙防止効果が得られていたが、粉粒体5の投入タイミングが全出湯量の15〜30質量%である発明例1および7は、この範囲を超える発明例8よりも、発煙防止および発炎防止の効果により優れることが分かった。
次に、発明例1の粉粒体5を用いて、粉粒体5の投入量を500kg(1.67kg/t)とし、粉粒体5を投入するタイミングを出湯開始から50t(16.7質量%)の時点として、脱炭用の転炉の1炉代にわたって操業を継続し、脱炭用の転炉の内張り耐火物の損耗に及ぼす影響について評価した。
このとき、特許文献1に記載されている従来の溶銑出湯中の発煙防止方法、具体的には、生石灰700kg(2.33kg/t)と金属アルミニウム100kg(0.33kg/t)とを出湯開始から50t(16.7質量%)の時点で投入する方法を比較例とし、この比較例についても、脱炭用の転炉の1炉代にわたって操業を継続した。なお、比較例において、発煙防止用に投入した生石灰と金属アルミニウムとの合計量に占める全アルミニウム含有量は12.5質量%となる。
脱炭用の転炉の内張り耐火物が損耗して寿命を終えるまでの操業回数を比較したところ、発明例1の粉粒体5を用いた操業では、従来技術(比較例)の操業に対して、使用チャージ数で約2割寿命が向上しており、アルミナなどの低融点化合物を形成する物質を低減することによる耐火物損耗を抑制する効果が明らかとなった。
2:溶銑鍋(溶銑容器)
3:溶銑
4:スラグ
5:粉粒体
6:シュート
Claims (10)
- 炭素含有量が2質量%以上である溶銑を溶銑容器に出湯するに当たり、
前記溶銑の出湯中に、メジアン粒径が1.0〜5.0mmである粉粒体を、前記溶銑容器に投入する、ただし、前記粉粒体が脱硫剤であって溶銑落下流へ前記脱硫剤を混入し脱硫する場合を除き、且つ、金属アルミニウムを使用しない、溶銑出湯中の発煙防止方法。 - 前記粉粒体の粒径加積曲線から求められる通過質量百分率10%に相当する粒径D10が、0.1〜1.2mmである、請求項1に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
- 前記粉粒体の投入量が、前記溶銑の全出湯量に対して1.5kg/t以上である、請求項1または2に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
- 前記溶銑の全出湯量の15〜50質量%を前記溶銑容器に出湯した段階で、前記粉粒体を前記溶銑容器に投入する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
- 前記粉粒体が、1400℃において固体の物質であって、かつ、固形分における全アルミニウム含有量が10質量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
- 前記粉粒体は、固形分で、酸化マグネシウム含有量が50質量%以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
- 前記粉粒体は、固形分で、炭素含有量が5質量%以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
- 前記粉粒体が、使用済みマグネシアカーボン煉瓦を原料として得られた粉粒体を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
- 前記粉粒体が、脱炭スラグを粉砕して得られた粉粒体を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
- 前記粉粒体の水分量が、3質量%以下であり、前記粉粒体の投入量が、前記溶銑の全出湯量に対して3.0kg/t以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の溶銑出湯中の発煙防止方法。
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