JP6152830B2 - 溶鋼の利用方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュ内に残存する溶鋼を製鉄所の鉄源として利用する技術に関する。

鋼の連続鋳造では、一般に、溶鋼を取鍋からタンディッシュに注入し、該タンディッシュ内を流れる溶鋼に生じる溶鋼滓を浮上分離させつつ、タンディッシュの底部に設けた浸漬ノズルを介して、冷却されている鋳型に溶鋼を注入し、該鋳型から、冷却によって凝固シェルが形成された溶鋼を引き抜いて鋳片を形成する。取鍋に収容している溶鋼がなくなった時点で、鋼の連続鋳造は終了となる。

鋼の連続鋳造が終了した後には、通常、タンディッシュ内に溶鋼及び溶鋼滓が残存することとなる。特許文献１には、タンディッシュを冷却して、該タンディッシュ内に残存する溶鋼及び溶鋼滓を凝固させて取出すことが記載されている。また、特許文献１には、タンディッシュ内に残存する溶鋼及び溶鋼滓を溶解させて、タンディッシュの排出口から排出することも記載されている。

特開平７−２８４８９１号公報

特許文献１では、タンディッシュ内に残存する溶鋼及び溶鋼滓を、タンディッシュから排出することは記載されているものの、排出された溶鋼及び溶鋼滓の用途は記載されていない。従来、溶鋼滓を含む溶鋼は滓畑で冷却し鉄スクラップとした後に、該鉄スクラップをスラグ処理場へ運搬し、該スラグ処理場で鉄スクラップを破砕し、破砕した鉄スクラップをふるいと磁選によって鉄成分とスラグ成分とに分離し、製鋼工場の転炉へ鉄成分を装入することで、残存していた溶鋼を冷鉄源として再利用していた。この再利用方法では、溶鋼滓を含む溶鋼からの鉄成分の回収割合が低い上に、溶鋼及び溶鋼滓を一旦冷却して鉄スクラップとするので、溶鋼滓を含む溶鋼の顕熱を無駄にしてしまうという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、タンディッシュ内に残存する溶鋼の顕熱を有効に使用しつつ、溶鋼を鉄源として利用することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
（１）鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュ内に残存する溶鋼を溶融鉄容器に排出し、前記溶融鉄容器に収容されている鋼を４００℃以上の状態として製鉄所の鉄源に利用することを特徴とする溶鋼の利用方法。
（２）前記溶融鉄容器に収容されている鋼を固体の状態で転炉に装入することを特徴とする上記（１）に記載の溶鋼の利用方法。
（３）前記溶融鉄容器に収容されている鋼を溶融した状態で転炉に装入することを特徴とする上記（１）に記載の溶鋼の利用方法。
（４）前記タンディッシュ内に残存する前記溶鋼を溶融鉄容器に排出した後で、前記溶鋼を転炉に装入する前に、鋼を収容している溶融鉄容器に高炉から溶銑を受銑し、該溶銑とともに前記鋼を溶融した状態で転炉に装入することを特徴とする上記（３）に記載の溶鋼の利用方法。
（５）前記タンディッシュ内に残存する前記溶鋼を溶融鉄容器に排出する前に、該溶融鉄容器に高炉から溶銑を受銑し、該溶銑とともに前記鋼を溶融した状態で転炉に装入することを特徴とする上記（３）に記載の溶鋼の利用方法。

本発明では、タンディッシュ内に残存していた、溶鋼滓を含む溶鋼を溶融鉄容器に排出し、該溶融鉄容器で４００℃以上の状態で収容している鋼を、鉄源として再利用する。温度を維持した状態で溶融鉄容器からの溶鋼あるいは該溶鋼からなる固体状態の鋼を転炉に装入すれば、タンディッシュ内に残存していた溶鋼の鉄成分を無駄なく再利用することができる上に、前記顕熱分、転炉に加える昇温材の使用量を抑えることができる。また、温度を維持した状態で溶融鉄容器に高炉から溶銑を受銑すれば、溶銑の温度低下を抑えることができ、ひいては、受銑後に行う脱硫精錬のために用いられる昇熱材の使用量を削減し得る。

更には、従来、タンディッシュから回収した溶鋼を冷却して、鉄スクラップとしスラグ処理場で処理していたので、スラグ処理場と該タンディッシュとの間で溶鋼あるいは鉄スクラップを運搬するコストや、鉄スクラップを鉄成分とスラグ成分とに分離するコストが掛かっていたが、本発明によって、これらのコストが不要となる。

タンディッシュから残存する溶鋼から得られる鋼を、中間ポットを介して取鍋で受ける状態を示す説明図である。 タンディッシュから残存する溶鋼から得られる鋼を、中間ポットを介して溶銑鍋で受ける状態を示す説明図である。 図２に示す溶銑鍋に高炉から溶銑を受銑する状態を示す説明図である。

製鉄所においては、高炉で、鉱石などの鉄源を還元して溶銑を生成する。該溶銑に対して脱硫精錬や脱燐精錬などの溶銑予備処理を施し、次いで、脱炭精錬を施して溶鋼を生成する。溶鋼を連続鋳造設備に供給して、鋼の鋳片を製造する。溶銑とは、高炉から得られ、炭素濃度が比較的高い溶融鉄のことである。また、溶鋼とは、脱炭精錬によって、炭素濃度が溶銑よりも低くなった（例えば２．０ｍａｓｓ％以下）溶融鉄のことである。溶融鉄容器は、取鍋、溶銑鍋、後述する中間ポットや、トーピードカーなどの、高温の溶銑及び溶鋼を収容可能な容器のことである。

脱炭精錬は転炉で行われ、該転炉と連続鋳造設備とは、高炉から離れた製鋼工場に設置されている。製鉄所に複数敷設されているレールで高炉と製鋼工場とが繋がっており、溶融鉄容器には、必要に応じて、レール上を移動可能とする台車が設けられる構成となり、高炉と製鋼工場との間を往来する。なお、溶銑予備処理は、必要に応じて転炉で行ってもよいし、高炉と製鋼工場との間あるいは製鋼工場に、溶銑予備処理を行う設備を設け、該設備で溶銑予備処理を行ってもよい。

鋼の連続鋳造設備は、溶鋼を収容するタンディッシュと、該タンディッシュの下部に接続されている浸漬ノズルと、該浸漬ノズルの下方に配置されている鋳型と、を有する。鋳型には、冷却水が通過する給水流路及び排水流路が形成されており、鋳型を冷却可能としてある。鋼の連続鋳造では、冷却している鋳型に浸漬ノズルから溶鋼を注入して、鋳型の内壁で凝固シェルを形成し、鋳型から未凝固の溶鋼を有する凝固シェルを引き抜いて、鋼の鋳片を製造する。

溶銑を収容している溶融鉄容器はレールを走行して高炉から転炉に移動し、該転炉に溶銑を装入して脱炭精錬を行う。次いで、脱炭精錬された溶鋼を転炉から取鍋に排出する。溶鋼を収容する取鍋は、鋼の連続鋳造設備のタンディッシュの上方に取外可能なように設置され、取鍋からタンディッシュに溶鋼が注入される。タンディッシュで溶鋼を収容するとともに、浸漬ノズルへ向かう溶鋼流れを、該浸漬ノズルに取り付けられるスライディングバルブなどで調整する。基本的には、取鍋から溶鋼が排出し終えたら、鋼の連続鋳造は終了となる。

鋼の連続鋳造の終了時には、タンディッシュには、溶鋼滓が溶鋼湯面に形成された溶鋼が残存する。鋼の連続鋳造中、通常、タンディッシュに収容されている溶鋼湯面に、籾殻などの保温材を投入し、該溶鋼を保温する。また、溶鋼中の成分の一部が酸化し、溶鋼中を酸化物が浮上してくる場合がある。保温材や酸化物が、溶鋼中を浮上して溶鋼湯面上で溶鋼滓となる。溶鋼滓が、鋼の連続鋳造の終了時に鋳型に注入されてしまうことを防ぐため、タンディッシュに溶鋼をある程度残存させることになる。

本発明は、タンディッシュに残存する上記溶鋼を利用する方法であり、タンディッシュから、溶鋼滓を含む溶鋼を溶融鉄容器に排出し、溶融鉄容器に収容されることになる、溶鋼から得られる固体状態または溶融状態の鋼を４００℃以上で製鉄所の鉄源に利用する方法である。

以上の説明を踏まえた上で、添付図面を参照して、本発明の実施形態の一例を以下に説明する。図１は、タンディッシュから残存する溶鋼から得られる鋼を、中間ポットを介して取鍋で受ける状態を示す説明図である。図１では、鋼の連続鋳造設備のうちタンディッシュ１のみを示しており、製鋼工場に敷設されたレール２１と、該レール２１上を移動可能な構成を有する取鍋３０と、タンディッシュ１の下方であり取鍋３０の上方に設置される中間ポット２９と、を示してある。図１では、溶融鉄容器として、中間ポット２９と取鍋３０とを用いている。

タンディッシュ１は、タンディッシュ本体１ａと、該タンディッシュ本体１ａを支持するタンディッシュ土台１ｂを有しており、タンディッシュ土台１ｂは、図示は省略してあるが、タンディッシュ本体１ａを傾転可能に支持する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。加えて、中間ポット２９は、タンディッシュ１の下方で、鉛直方向に延在するように設置されているリフト２９ａに、上下方向に移動可能でかつ回転可能に取り付けられている。

図１（ａ）は、タンディッシュ１に残存する溶鋼２を中間ポット２９に排出している状態を示している。取鍋３０をタンディッシュ１の下方に配置させておき、鋼の連続鋳造が終了すると、タンディッシュ本体１ａを傾転させて、タンディッシュ本体１ａに残存する溶鋼２を中間ポット２９に排出する。傾転させた状態のタンディッシュ本体１ａの下部には、図示しない排出口が形成されており、該排出口を通じて、溶鋼２がタンディッシュ本体１ａから中間ポット２９に流下し、該中間ポット２９から、溶鋼２からなる鋼が取鍋３０に加えられる。

本実施形態では、中間ポット２９や取鍋３０に収容されることとなる鋼を、固体状態または溶融状態の４００℃以上で製鉄所の鉄源として利用する。鋼は、４００℃以上であれば、顕熱をある程度確保できており、鋼を、例えば転炉や電気炉に鉄源の一部として装入して、昇熱材などの熱源の使用量を抑え得るし、溶鋼２の鉄成分を無駄なく再利用できる。図示は省略してあるが、連続鋳造設備の近くには、転炉や電気炉が配置され、このレール２１を転炉や電気炉に繋げれば、溶鋼２の鉄成分を容易に転炉や電気炉に運搬できる。

図１（ｂ）は、溶鋼２が中間ポット２９で固体となった鋼２ａを取鍋３０に排出している状態を示している。タンディッシュ１から溶鋼２を排出した段階では、溶鋼２は、溶融状態であるが、中間ポット２９で受けてから時間が経過したりすると、固体状態となる。溶鋼２が固体となってから、中間ポット２９を上下に反転させて、鋼２ａを取鍋３０に排出し、鋼２ａを転炉に投入する。また、可能であれば、取鍋３０に排出せずに、中間ポット２９から鋼２ａを転炉に投入してもよい。いずれにせよ、鋼２ａは、４００℃以上であれば、固体であっても顕熱をある程度確保できている。

図１（ｃ）は、中間ポット２９から、溶融状態の鋼２ｂを取鍋３０に排出している状態を示している。タンディッシュ１から溶鋼２を排出した段階では、溶鋼２は、溶融状態であり、溶融状態に維持された鋼２ｂを転炉に投入する。鋼２ｂは、溶融しているので、少なくとも１４００℃以上であり、顕熱を有している。

なお、図１において、タンディッシュ１と取鍋３０との間に中間ポット２９を配置してある。通常、タンディッシュ排出口と取鍋底部との距離は１５ｍ程度あり、この中間ポット２９は、タンディッシュ１からの溶鋼２が流下（落下）したときの衝撃によって、取鍋３０で飛び散ることを防止することを目的としている面がある。但し、溶鋼２を溶融した状態でそのまま鉄源として利用する場合であり、溶鋼２の落下の衝撃を考慮しない場合には、所定位置に配置された取鍋３０に直接排出可能であれば、中間ポット２９を介さずに、取鍋３０に直接排出してもよい。

また、タンディッシュ１内に残存する溶鋼２を溶融鉄容器に排出してから、鋼２ａまたは鋼２ｂを収容している溶融鉄容器に高炉から溶銑を受銑し、該溶銑とともに、溶融した状態の鋼を転炉に装入することが好ましい。図２は、タンディッシュから残存する溶鋼から得られる鋼を、中間ポットを介して溶銑鍋で受ける状態を示す説明図であり、タンディッシュ１と中間ポット２９とを示し、更に、高炉１１と、該高炉１１とタンディッシュ１とを繋ぐレール２１と、該レール２１上を移動可能な構成を有する溶銑鍋３１と、を示してある。図２では、溶融鉄容器として溶銑鍋３１を用いており、図１における取鍋３０を溶銑鍋３１に置き換え、レール２１が高炉１１に繋がっている形態を示してある。

図１（ｂ）の場合と同様にして、タンディッシュ本体１ａに残存する溶鋼２を中間ポット２９を受けて、固体状態の鋼２ａを溶銑鍋３１に排出する。溶銑鍋３１に排出する段階で溶鋼２は既に固体状態となっているが、排出する際には、溶融状態の溶鋼２を溶銑鍋３１に収容するようにしてもよい。

高炉１１の側壁には出銑口が設けられており、該出銑口から高炉１１で生成される溶銑１２が出銑される。出銑口の下流には、図示しない溶銑樋が設置されており、溶銑１２が溶銑樋を流れる。溶銑１２が流れる方向における溶銑樋の先端部下方には、溶銑鍋３１に溶銑１２を送るための傾注樋１３が設置されている。傾注樋１３の下方までレール２１が敷かれていて、該傾注樋１３の下方が、傾注樋１３からの溶銑１２の受銑位置となり、該受銑位置に、溶銑鍋３１は配置され得る（図２参照）。

図３は、図２に示す高炉１１から溶銑１２を溶銑鍋３１に受銑する状態を示している。溶鋼２をタンディッシュ１から排出した後、溶銑鍋３１を受銑位置に移動させ、高炉１１からの出銑時まで待ち、鋼２ａを４００℃以上の状態で収容する溶銑鍋３１に、傾注樋１３を通じて高炉１１から溶銑１２を受銑する。溶銑１２を受銑する際には、鋼２ａは顕熱を有するので、溶銑鍋３１の温度は高い状態となっており、受銑する溶銑１２の温度低下を抑えることができる。

転炉に装入する前に、溶銑１２に対して溶銑予備処理を行うことが一般的であり、鋼２ａを４００℃以上の状態で収容する溶銑鍋３１に溶銑１２を受銑する場合、脱硫精錬を行ってから脱燐精錬を行うことが好ましい。脱硫精錬では、還元によって吸熱反応が生じ、温度が高い方が溶銑１２の脱硫が促進される一方で、脱燐精錬では、酸化によって発熱反応が生じ、温度が低い方が溶銑１２の脱燐が促進される。よって、鋼２ａを収容する溶銑鍋３１で溶銑１２を受銑する場合には、鋼２ａの顕熱を効果的に利用して、溶銑１２の温度低下を抑えて、脱燐精錬より先に脱硫精錬を行い、溶銑１２の脱硫を促進することが可能となる。なお、鋼２ａの顕熱分で足らなければ、必要に応じて、溶銑鍋３１の移動中及び出銑時までに、溶銑鍋３１に昇熱材や保温材を加えてもよい。昇熱材としては、無煙炭などの石炭や、木炭などが用いられる。なお、溶融した状態の鋼２ｂを溶銑鍋３１に収容しておけば、更に、溶鋼２の顕熱を、そのまま効果的に利用できることになり、より溶銑１２の脱硫を促進することが可能となる。

なお、高炉１１から溶銑１２を溶銑鍋３１で受銑してから、図２に示すように、鋼２ａを溶銑鍋３１に排出してもよいし、あるいは、鋼２ｂを溶銑鍋３１に排出してもよい。すなわち、溶鋼２を排出する前に、溶銑鍋３１に高炉１１から溶銑１２を受銑することになる。この場合でも、鋼２ａ，２ｂは顕熱を有するので、溶銑１２の温度低下を抑え得て、ひいては、転炉での、昇熱材などの熱源の使用量を抑え得る。

転炉での脱炭精錬が終了したら、溶鋼を転炉から取鍋に排出し、該取鍋を、タンディッシュ１の上方に移動させて、鋼の連続鋳造を行う。このようにして鋼の連続鋳造を行えば、以前の鋼の連続鋳造で用いたタンディッシュ１に残存していた溶鋼２の鉄成分が全て、新たに行う鋼の連続鋳造の対象となる溶鋼に含まれることになるので、溶鋼２の鉄成分を無駄なく再利用することができる。

本発明によって、鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュ内に残存していた溶鋼からなる鋼を４００℃以上の状態で溶融鉄容器に収容するので、該溶融鉄容器で鋼の温度を維持できている。該温度を維持した鋼を転炉に投入すれば、転炉で用いる昇温材の使用量を鋼の顕熱分抑えることができる。また、溶融鉄容器に高炉から溶銑を受銑すると、溶銑の温度低下を抑えることができ、ひいては、受銑後の脱硫精錬のために用いられる昇熱材の量を削減し得る。

更には、従来、タンディッシュから回収した溶鋼を冷却して、鉄スクラップとしスラグ処理場で処理していたので、スラグ処理場と該タンディッシュとの間を、溶鋼あるいは鉄スクラップを運搬するコストや、鉄スクラップを鉄成分とスラグ成分とに分離するコストが掛かっていた。しかしながら、本発明によって、これらのコストが不要となる。

製鉄所において、高炉から溶銑を受銑し、溶銑に対して脱硫精錬と脱燐精錬とをこの順で施し、転炉にて脱炭精錬してから、溶鋼に対して鋼の連続鋳造を行う操業を１月間行った。図１に示すように、既に行った鋼の連続鋳造で用いたタンディッシュ１に残存した溶鋼２を取鍋３０に排出し、該取鍋３０に収容されている鋼２ａを４００℃で、図示しない転炉に装入した。転炉には、高炉１１から受銑した溶銑１２に対して脱硫精錬と脱燐精錬を施した後に、溶銑１２をも装入した。転炉に、昇熱材として無煙炭を投じて、鋼２ａを含む溶銑１２を１４５０℃で脱炭精錬した。脱炭精錬を施して溶鋼を生成し、鋼の連続鋳造を行った（本発明例１）。

本発明例１と比較するために、鋼２ａを４００℃で転炉に装入する代わりに、溶鋼２を冷却して鉄スクラップとし、該鉄スクラップを破砕し、ふるいと磁選によって、破砕した鉄スクラップを鉄成分とスラグ成分とに分離し、製鋼工場の転炉へ鉄成分を装入した以外は本発明例１と同じ条件で、鋼の連続鋳造を行った（比較例１）。

溶銑使用量に対する転炉の出鋼量の割合である溶銑歩留まり［％］は、比較例１に対して、本発明例１では０．０８０％増加した。タンディッシュ１に残存した溶鋼２の鉄成分を無駄なく再利用できたことがわかる。また、無煙炭の使用量は、比較例１に対して、本発明例１では０．０４４８無煙炭ｋｇ／溶銑ｔ減少した。転炉において、残存した溶鋼２の顕熱を有効に利用できたことがわかる。

製鉄所において、高炉から溶銑を受銑し、溶銑に対して脱硫精錬と脱燐精錬とをこの順で施し、転炉にて脱炭精錬してから、溶鋼に対して鋼の連続鋳造を行う操業を１月間行った。この操業では、図１（ａ）及び（ｃ）に示すように、既に行った鋼の連続鋳造で用いたタンディッシュ１に残存した溶鋼２から得られる鋼２ｂを溶銑鍋３１に１５００℃の溶融した状態で排出し、鋼２ｂを収容している溶銑鍋３１に、高炉１１から溶銑１２を受銑し、受銑した溶銑１２に対して脱硫精錬と脱燐精錬を施し、更に、図示しない転炉にて脱炭精錬を施して溶鋼を生成し、鋼の連続鋳造を行った（本発明例２）。

操業では、高炉１１から出銑直後の溶銑１２は１５００℃程度であるが、受銑すると、一般的に、溶銑１２の温度は下がってしまう。しかしながら、本発明例２では、鋼２ｂを１５００℃の溶融した状態で収容してあったので、固体の状態の鋼２ａで収容した場合と比較しても溶銑１２の温度低下量は小さい。但し、高炉１１から受銑した後で、脱硫精錬処理を行う位置へ運搬する間に、溶銑１２の温度は下がってしまう。そこで、昇温材として無煙炭を用い、高炉１１から受銑した後で脱硫精錬を行う前に、溶銑鍋３１に無煙炭を加えることで、脱硫精錬の効率を高めるべく脱硫精錬時における溶銑１２の１５００℃に昇温させた。

本発明例２と比較するために、鋼を収容した溶銑鍋３１に溶銑１２を受銑する代わりに、溶鋼２を冷却して鉄スクラップとし、該鉄スクラップを破砕し、ふるいと磁選によって、破砕した鉄スクラップを鉄成分とスラグ成分とに分離し、製鋼工場の転炉へ鉄成分を装入した以外は本発明例２と同じ条件で、鋼の連続鋳造を行った（比較例２）。比較例２でも、本発明例２と同様に、溶銑鍋３１に無煙炭を加えることで、脱硫精錬の効率を高めるべく脱硫精錬時における溶銑１２の１５００℃に昇温させた。

溶銑歩留まり［％］は、比較例２に対して、本発明例２では０．０８４％増加した。タンディッシュ１に残存した溶鋼２の鉄成分を無駄なく再利用できたことがわかる。また、無煙炭の使用量は、比較例２に対して、本発明例２では０．１６８０無煙炭ｋｇ／溶銑ｔ減少した。脱硫精錬において、残存した溶鋼２の顕熱を有効に利用できたことがわかる。

上記実施例１及び２から、鋼の連続鋳造で用いたタンディッシュに残存していた溶鋼の鉄成分が全て、新たに行う鋼の連続鋳造の対象となる溶鋼に含まれることになるので、溶鋼の鉄成分を無駄なく再利用することができたことがわかる。また、鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュ内に残存していた溶鋼から得られる鋼を４００℃以上の状態で溶融鉄容器に収容して再利用して、溶鋼の顕熱を有効に利用できたことがわかる。

１ タンディッシュ
１ａ タンディッシュ本体
１ｂ タンディッシュ土台
２ 溶鋼
２ａ 鋼（固体状態）
２ｂ 鋼（溶融状態）
１１ 高炉
１２ 溶銑
１３ 傾注樋
２１ レール
２９ 中間ポット
２９ａ リフト
３０ 取鍋
３１ 溶銑鍋

Claims (3)

1. 鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュ内に残存する溶鋼滓を含む溶鋼を溶融鉄容器に排出し、
   前記溶融鉄容器に収容されている溶鋼滓を含む溶鋼を４００℃以上の溶融した状態で転炉に装入して製鉄所の鉄源に利用することを特徴とする溶鋼の利用方法。
2. 前記タンディッシュ内に残存する前記溶鋼滓を含む溶鋼を溶融鉄容器に排出した後で、前記溶鋼を転炉に装入する前に、溶鋼滓を含む溶鋼を収容している溶融鉄容器に高炉から溶銑を受銑し、
   該溶銑とともに前記溶鋼滓を含む溶鋼を溶融した状態で転炉に装入することを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の利用方法。
3. 前記タンディッシュ内に残存する前記溶鋼滓を含む溶鋼を前記溶融鉄容器に排出する前に、該溶融鉄容器に高炉から溶銑を受銑し、
   該溶銑とともに前記溶鋼滓を含む溶鋼を溶融した状態で転炉に装入することを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の利用方法。

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