JP6477333B2

JP6477333B2 - スラグのフォーミング抑制方法

Info

Publication number: JP6477333B2
Application number: JP2015149835A
Authority: JP
Inventors: 政樹宮田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JP2017031446A

Description

本発明は、特に溶銑処理後に排滓鍋へ排出したスラグが、排滓鍋内でフォーミング（泡立ち）するのを抑制する方法に関する。

近年、溶銑を精錬して溶鋼を製造する際に、転炉で溶銑脱りん処理を行った後に、炉内で生成されたスラグの一部を炉下に設置した排滓鍋に排出し、引き続き脱炭処理を行う方法（多機能転炉法）が行われている（特許文献１参照）。この方法では、転炉内においてスラグ成分のＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比（以下、塩基度と称す）を０．８〜１．５に調整し、スラグの粘性を高めてスラグが激しく泡立つ現象（以下、フォーミング）が起こり易くすることにより、スラグの排出性を良好にしている。

このように製鋼工程では、スラグ中のＦｅＯ（酸化鉄）と溶鉄中のＣとが界面で反応したり、スラグ中のＦｅＯとスラグ内部に含まれる粒鉄中のＣとが反応したりして微細なＣＯ気泡が多量に発生し、フォーミングする場合がある。

例えば、転炉からスラグを排滓鍋へ排出した際に、スラグが落下したエネルギーによりスラグとスラグ中の粒鉄とで攪拌及び混合が激しく生じ、スラグ中のＦｅＯと粒鉄中のＣとが急激に反応して微細なＣＯ気泡が多量に発生する。その結果、排滓鍋へ排出された直後よりスラグは急速にフォーミングし易くなる。また、一旦フォーミングを沈静させても、次々に排出されてくるスラグによって継続的にフォーミングし易い。

従って、排滓鍋からスラグが横溢することを防止しつつ、このようなスラグを転炉より短時間に大量に排滓鍋内へ排出するには、排滓鍋におけるフォーミングを抑制もしくは迅速に沈静することが必要であり、フォーミングを抑制させるか、または迅速に沈静させ、且つその沈静状態を持続させる技術が不可欠である。

なお、排滓鍋内のフォーミング抑制効果が不足している場合は、排滓鍋からのスラグ横溢を回避するために排滓速度を低減したり排滓量を削減したりする必要がある。この場合には、転炉のサイクルタイム延長による生産性低下や、排滓後の脱炭処理における復りんの増大、スロッピングの発生という問題を引き起こしてしまう。

なお、排滓後の脱炭吹錬でＣａＯ使用量を増やすことにより上記の復りんやスロッピングを抑制できるが、この場合には、ＣａＯ濃度が高いスラグの生成量が増加することになり、精錬コストだけでなく、スラグ処理の観点からも好ましくない。

一方、フォーミング沈静材として炭素粉が有効であることが知られている。例えば特許文献２には、フォーミングしているスラグに炭素粉を５〜１００ｋｇ／分の速度で吹き付ける沈静方法が開示されている。炭素はスラグと濡れ難いため、フォーミングしているスラグに炭素粉を吹き込むと、炭素粉を介して微細なＣＯ気泡同士の合体及び浮上分離が促進されるため、フォーミングが沈静されるとしている。

また、特許文献３には、排滓鍋（スラグパン）内のスラグのフォーミング抑制方法として、排滓鍋内のスラグ表面に噴霧状の水を散布する方法が開示されている。排滓鍋内のスラグ表層部を冷却して固化することにより、フォーミングを抑制できるとしている。

特許第２５８２６９２号公報特開平４−１８０５０７号公報特開平８−３２５６１９号公報

排滓鍋においてフォーミングを沈静するために、特許文献２に記載の方法のように炭素粉をスラグ表面へ吹き付ける場合、炭素粉は比重が小さく、体積も小さいため、炭素粉がスラグ内部へ侵入し難い。その結果、炭素粉の効果はスラグ表面側のみに現れ、激しくフォーミングする状況下ではほとんど効果が無い。また、炭素粉をスラグ中へ吹き込むには、吹き込み用ランスの昇降装置等の複雑で高価な設備を排滓鍋付近に設置する必要があるという問題がある。

また、特許文献３に記載の方法のように排滓鍋内のスラグ表面に噴霧状の水を散布して排滓鍋内のスラグ表面を冷却及び固化してフォーミングを抑制しようとしても、転炉からスラグが次々に排出される状況では、スラグ落下流により攪拌混合が激しく生じ、スラグ表面が継続的に更新されてしまうため、フォーミングを抑制するのは難しい。

本発明は前述の問題点に鑑み、転炉から排滓鍋へスラグを排出する際に、スラグの排出時間を延長させないようにして、効率良くフォーミングを抑制するスラグのフォーミング抑制方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、簡便な設備により安価で入手が容易な水と破砕スラグとをフォーミング抑制材として排滓鍋へ投入することにより上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成した。本発明は、以下に列記の通りである。
（１）転炉で溶銑処理が行われた後に、前記転炉から排滓鍋へ溶融スラグを１分当たり３トン以上の速度で排出し、前記排出し始めた後から排滓終了時点以降まで、前記排滓鍋の上方から水を１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ、及び粒径５ｍｍ〜３０ｍｍの破砕スラグを１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇを、前記転炉から排出された溶融スラグが前記排滓鍋内に到達する位置付近へ投入し続けることを特徴とするスラグのフォーミング抑制方法。
（２）前記破砕スラグが、脱珪スラグ、溶銑脱りんスラグ、転炉スラグ、及び取鍋スラグからなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする（１）に記載のスラグのフォーミング抑制方法。

本発明によれば、転炉から排滓鍋へスラグを排出する際に、スラグの排出時間を延長させないようにして、効率良くフォーミングを抑制することができる。

排滓鍋内におけるスラグのフォーミングを抑制する方法を説明するための図である。

以下、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施形態について説明する。
図１は、排滓鍋２内におけるスラグのフォーミングを抑制する方法を説明するための図である。
図１に示す例は、多機能転炉法において転炉１から溶融スラグを排滓鍋２へ排滓する例を示している。まず、脱りん処理を行った後に溶銑を転炉１内に残したまま転炉１を傾転させ、転炉１の下方に設置した排滓鍋２へ、転炉１の炉口３から溶融スラグを例えば１２ｔ〜１４ｔ排滓する。その際に、排滓開始直後から排滓終了時点以降まで、排滓鍋２の上方に設置した配管４から水を投入するとともに、排滓鍋２の上方に設置した不図示のシュートから破砕した破砕スラグを投入する。このとき、転炉１から排出された溶融スラグ流が排滓鍋２内に到達する位置付近へ水及び破砕スラグを投入する。なお、溶融スラグ流が排滓鍋２内に到達する位置とは、排滓鍋２内の溶融スラグの表面に到達する位置であって、水及び破砕スラグはその到達位置付近の溶融スラグ表面が激しく流動している範囲内へ投入する必要がある。これによって、排滓鍋２内の溶融スラグのフォーミングを抑制する。後述する実験では、この溶融スラグの排出時間は、約３分とした。なお、排滓中の溶融スラグの質量は、排滓鍋２を設置する移動台車に取り付けた秤量機で測定することができるが、操業条件と実績とから溶融スラグの質量を推定してもよい。但し、上記シュートから投入した破砕スラグの質量は差し引いて計算する。

なお、予め破砕スラグを水に濡らしておくことが好ましく、含水させておくことがさらに好ましい。その方がフォーミングスラグ中へより確実に水と破砕スラグを巻き込ませられるからである。また、配管４の径が比較的大きい場合には、配管４から水と破砕スラグとを一緒に投入してもよい。図１に示す例では、水と破砕スラグとを配管４から一緒に投入している例を示している。この場合、配管４の径は破砕スラグが配管内で閉塞しない程度の大きさであればよい。

次に、転炉１から排滓鍋２へ溶融スラグを排出し始めた後から排滓終了時点以降まで、溶融スラグが排滓鍋２内に到達する位置付近へ水及び破砕スラグを投入することによって、排滓鍋２内における溶融スラグのフォーミングを抑制できる機構について詳述する。

転炉１から排滓鍋２へ排出される溶融スラグは、例えばＣａＯ／ＳｉＯ₂質量比（塩基度）が０．８〜２．０であり、ＦｅＯ濃度が１０質量％〜４０質量％である。排滓初期においては、排滓鍋２の底に溶融スラグが叩き付けられるため、溶融スラグが強烈に攪拌されて溶融スラグ内部の微細なＣＯ気泡が合体及び浮上分離される。また、排出された溶融スラグが鍋底と接触することによって急冷されるため、溶融スラグの固相率が上昇する。このように溶融スラグの固相率が上昇した状態で、排滓鍋２の上方から水及び破砕スラグが投入されるため、転炉１から排出された溶融スラグは水分の気化によって更に急激に冷却され、固相率がさらに増加して、フォーミングが更に顕著に抑制される。

なお、排滓鍋２の底側や溶融スラグの表層の固相率が上昇してフォーミングが一時的に抑制されるが、排滓鍋２内の溶融スラグが転炉１から次々と排出される溶融スラグと接触して再度溶融すると、フォーミングし始めてしまう。それに対し、水と共に投入される破砕スラグが排滓鍋２中の溶融スラグの固化した表層部を破壊するため、排滓鍋２中の溶融スラグの内部まで水が入って冷却され、フォーミングを更に抑制できる。

その後は、排滓鍋２内にスラグ溜まりが生じ、そこへ転炉１から溶融スラグが次々に排出されることになる。そして、転炉１から排出された溶融スラグが排滓鍋２内に到達する位置付近へ引き続き水及び破砕スラグが投入され、溶融スラグ中へ水及び破砕スラグが巻き込まれて、排滓初期と同じような効果が発揮される。このように、排滓初期から継続して水及び破砕スラグを投入し続けることにより、溶融スラグ中へ水及び破砕スラグを巻き込ませ、転炉１から排出された溶融スラグを順次冷却して固相率を上昇させていくことにより、排滓鍋２内のスラグ溜まりのフォーミングを抑制することができる。この効果を確実に享受するためには、水及び破砕スラグを少なくとも排滓終了時点まで投入し続ける必要があるが、より確実にするためには排滓終了時点以降も投入を続けることが好ましい。この排滓終了時点以降の投入継続時間は、長過ぎても時間的に、かつ、コスト的に好ましくない上に、溶融スラグを完全に固めてしまう必要もないので、２０秒間以内が適当である。

ここで、水を投入するだけでは、溶融スラグへ侵入できる範囲が限られ、フォーミング抑制効果も限定的となる。破砕スラグを投入しない場合には、水が気化する際に周囲の溶融スラグを急冷し、凝固殻を形成してしまい、気化で生成した水蒸気の大部分が上方へ吹き出してしまう。これにより、溶融スラグの冷却範囲が狭くなってしまうのである。これに対し、水と共に破砕スラグを投入すると、水の気化で生じたスラグの凝固殻を破砕スラグが物理的に破壊するため、そこから破砕スラグと共に水が溶融スラグ中へ侵入することができ、より広い範囲で溶融スラグを冷却して固相率を上昇させてフォーミングを効率良く抑制できるようになる。

次に、更なる好適な条件について述べる。以下、転炉で溶銑処理を行った後、排滓鍋へ溶融スラグを１分間に３トン以上排出し、水を１分当たり３０ｋｇ〜２５０ｋｇ、粒径１ｍｍ〜５０ｍｍの破砕スラグを１分当たり３０ｋｇ〜２５０ｋｇ投入する条件範囲で検討し、得られた望ましい条件範囲について説明する。

まず、内容積３０〜７０ｍ³の排滓鍋へ溶融スラグを排出する速度は、転炉の操業時間を延長させないという観点から１分当たり３トン以上とする。また、上限について特に限定しないが、速くするほど落下する溶融スラグの勢いが増して排滓鍋から飛び出しやすくなることから１分当たり６トン以下とすることが好ましい。

次に、水を１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ、破砕スラグを１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ量投入する条件で、破砕スラグの粒径範囲を変更させたところ、効果の得られる破砕スラグの粒径は５ｍｍ〜３０ｍｍであることが分かった。５ｍｍ未満の粒径の破砕スラグでは、水の気化によって急冷して生成された溶融スラグの凝固殻を破壊することができない。

一方、３０ｍｍを超える粒径の破砕スラグは重過ぎるため、転炉から排出された溶融スラグ流が排滓鍋内に到達する位置付近へ投入しても、落下してきた溶融スラグの運動エネルギーをもってしても破砕スラグが排滓鍋内であまり分散されない。なお、投入する破砕スラグに粒径が５ｍｍ未満や３０ｍｍを超える破砕スラグが含まれていてもよく、少なくとも５ｍｍ〜３０ｍｍの粒径の破砕スラグを１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ投入すればよい。破砕スラグの投入量については後述する。

次に、粒径５ｍｍ〜３０ｍｍの破砕スラグを１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ量投入する条件で、水の投入速度を変更させたところ、水量は、１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇとすることによって効果が得られることが分かった。また、この傾向は、破砕スラグを１分当たり５０ｋｇ投入した場合も２００ｋｇ投入した場合も同様であることがわかった。１分当たりの水量が５０ｋｇより少ないと、転炉から排出される溶融スラグを順次冷却しきれず、排滓途中からフォーミングが激しくなって排滓鍋上端から横溢してしまう。一方、１分当たりの水量が２００ｋｇ以上にしても、排滓鍋内の溶融スラグのフォーミングは十分に抑制されているため、効果が飽和し水が無駄となる。

次に、水を１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ投入し、破砕スラグの粒径を５ｍｍ〜３０ｍｍとする条件で、破砕スラグの投入速度を変更させたところ、破砕スラグは１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ投入することによって効果が得られることが分かった。また、この傾向は、水を１分当たり５０ｋｇ投入した場合も２００ｋｇ投入した場合も同様であることがわかった。１分当たりの破砕スラグ量が５０ｋｇ未満だと、水の気化によって急冷して生成されたスラグの凝固殻を破砕スラグで破壊できる範囲が限られてしまい、溶融スラグの冷却範囲が狭くなってしまう。その結果、排滓途中からフォーミングが激しくなって排滓鍋上端から横溢してしまう。一方、１分当たりの破砕スラグ量が２００ｋｇを超えても、排滓鍋内の溶融スラグのフォーミングは十分に抑制されているため、効果が飽和し破砕スラグが無駄となる。

また、破砕スラグの種類としては、転炉スラグ、脱珪スラグ、溶銑脱りんスラグ、取鍋スラグ（造塊スラグ）のいずれでもよい。それは、上記した水の気化時に生成するスラグ凝固殻を破壊できる程度の強度と比重を要しているためである。なお、上記スラグの代表組成を表１に記す。

次に、本発明を実施例に基づいて更に説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

［実施例１］
多機能転炉法により溶銑脱りん処理を行った後に、溶銑を炉内に残したまま転炉を傾転させ、炉体下方に設置した容積が５０ｍ³の排滓鍋へ転炉炉口から塩基度約１の溶融スラグ約１４ｔを、約３分間かけて排出した。また、溶融スラグを排出する際に、排滓開始直後から排滓終了まで、１分当たり１００ｋｇの水を配管から投入すると同時に１分当たり２００ｋｇの表１に示す組成の転炉スラグ（粒径５ｍｍ〜３０ｍｍ）をシュートから投入した。このとき、水及び転炉スラグを転炉から排出された溶融スラグ流が排滓鍋内に到達する位置付近へ投入し続けた。なお、排滓中の溶融スラグの質量は、排滓鍋を設置する移動台車に取り付けた秤量機で測定せず、操業条件と実績から推定した。但し、上記シュートから投入した破砕スラグの質量は差し引いた。
その結果、転炉から排滓鍋内へ排出された溶融スラグはあまりフォーミングせず、排滓鍋から横溢することは無かった。

［比較例１］
多機能転炉法により溶銑脱りん処理を行った後に溶銑を炉内に残したまま転炉を傾転させ、炉体下方に設置した容積が５０ｍ³の排滓鍋へ転炉炉口から塩基度約１の溶融スラグ約１４ｔを、約３分間かけて排出した。また、溶融スラグを排出する際に、排滓開始直後から排滓終了まで、１分当たり４０ｋｇの水を配管から投入すると同時に１分当たり３００ｋｇの表１に示す組成の転炉スラグ（粒径５ｍｍ〜３０ｍｍ）をシュートから投入した。このとき、水及び転炉スラグを転炉から排出された溶融スラグ流が排滓鍋内に到達する位置付近へ投入し続けた。なお、排滓中の溶融スラグの質量は、操業条件と実績とから推定した。但し、上記シュートから投入した転炉スラグの質量は差し引いた。
その結果、転炉から排滓鍋内へ排滓開始後、１．５分を過ぎた頃から、排滓鍋内の溶融スラグが激しくフォーミングして、排滓鍋から横溢した。

１転炉
２排滓鍋
３炉口
４配管

Claims

転炉で溶銑処理が行われた後に、前記転炉から排滓鍋へ溶融スラグを１分当たり３トン以上の速度で排出し、前記排出し始めた後から排滓終了時点以降まで、前記排滓鍋の上方から水を１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇ、及び粒径５ｍｍ〜３０ｍｍの破砕スラグを１分当たり５０ｋｇ〜２００ｋｇを、前記転炉から排出された溶融スラグが前記排滓鍋内に到達する位置付近へ投入し続けることを特徴とするスラグのフォーミング抑制方法。
前記破砕スラグが、脱珪スラグ、溶銑脱りんスラグ、転炉スラグ、及び取鍋スラグからなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１に記載のスラグのフォーミング抑制方法。