JP7001033B2

JP7001033B2 - 精錬用鍋蓋及び溶融鉄の精錬方法

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Publication number: JP7001033B2
Application number: JP2018187235A
Authority: JP
Inventors: 雅行福田; 京鶴岡; 裕真山口; 亮一越田; 周大井上; 正敏石割
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2038-10-02
Also published as: JP2020055017A

Description

本発明は、カップ状の収容容器（以下、「収容鍋」と記す）に保持された溶融鉄を精錬する際に、溶融鉄を保持した収容鍋の上に設置され、精錬中に発生するスプラッシュの飛散防止などに使用される精錬用鍋蓋及び該精錬用鍋蓋を使用した溶融鉄の精錬方法に関する。ここで、溶融鉄とは「溶銑及び溶鋼」を表し、溶銑及び溶鋼の区別が明確である場合には、「溶銑」または「溶鋼」と記載する。

高炉やキュポラなどで溶製された溶銑及び転炉や電気炉などで溶製された溶鋼は、収容鍋に出湯され、収容鍋に保持された状態で、金属マグネシウムの添加及びＣａＯ系脱硫剤の吹き込み（インジェクション）添加による脱硫処理、カルシウム含有合金の添加による酸化物系介在物及び硫化物系介在物の形態制御処理などが施される。これらの精錬では、精錬中における溶融鉄の温度降下の防止、及び、発生する溶融鉄などのスプラッシュの周囲への飛散防止のために、通常、精錬中には収容鍋の上に精錬用鍋蓋が載せられる。

溶融鉄のスプラッシュは、精錬の毎に精錬用鍋蓋の内面側に付着して堆積し、地金を形成する。この地金の付着厚みが厚くなり過ぎると、さまざまな問題が発生する。例えば、精錬用鍋蓋に設けた成分調整用合金の添加用貫通孔が閉塞して、成分調整用合金の添加に支障を来すなどの問題が発生する。

そのため、スプラッシュの付着を防止する、または、付着地金の除去を容易にするために種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、精錬用鍋蓋の溶融鉄と相対する内面側に耐火物を施工した精錬用鍋蓋が提案されている。

特許文献２には、平板状の下部鏡板と平板状の上部鏡板とを所定の間隔を存して球面状に曲げ加工するとともに、これら下部鏡板と上部鏡板の間を冷却水通路となすべく仕切り板で区画し、更に所定位置に下部鏡板と上部鏡板を貫通するランスの挿入孔とサブランスの挿入孔とを有する精錬用鍋蓋が提案されている。

また、特許文献３には、全体を中実の鋳鉄製とするか、或いは、水冷構造の金属製とする精錬用鍋蓋に、溶融金属の精錬終了後、冷却水を噴霧して精錬用鍋蓋を冷却し、次いで、前記精錬用鍋蓋に離型剤を噴霧して溶融金属と相対する精錬用鍋蓋の表面に離型剤の被覆層を形成し、地金の付着を防止する方法が提案されている。

特開平２－２０５６１９号公報特開平７－３４１１８号公報特開２００８－２２３０９９号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。

即ち、特許文献１の耐火物を施工した精錬用鍋蓋では、精錬用鍋蓋に施工した耐火物に急激な温度変化によって生ずる熱衝撃によって亀裂が発生し、その亀裂の部位にスプラッシュが付着し、付着地金に成長する。また、スラグのスプラッシュが混在すると、スラグは特質上から耐火物に付着しやすく、付着が助長される。更に、付着地金を機械力で強制的に除去すると、施工した耐火物も破損するという問題もある。

特許文献２の内部水冷型の精錬用鍋蓋では、精錬用鍋蓋の製造費が高価になるのみならず、冷却水の給排水設備を準備する必要があり、設備費が高価になる。また、精錬用鍋蓋からの水漏れが起こる可能性もあり、設備の維持費も高価になる。

特許文献３では、精錬の都度、冷却水を噴霧して精錬用鍋蓋を冷却することから、冷却水の噴霧設備が必要であり、設備費が高価になる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、安価な設備費でスプラッシュの付着を防止することができる精錬用鍋蓋を提供することであり、また、前記精錬用鍋蓋を使用した溶融鉄の精錬方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］収容鍋に保持された溶融鉄を精錬する際に、溶融鉄を保持した前記収容鍋に載せて使用される精錬用鍋蓋であって、
前記精錬用鍋蓋の前記溶融鉄と相対する面が６．０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板で構成されており、且つ、前記鋼板を水冷する機能は具備していないことを特徴とする精錬用鍋蓋。
［２］上記［１］に記載の精錬用鍋蓋を、溶融鉄を保持する収容鍋に載せ、該収容鍋に保持された溶融鉄を精錬することを特徴とする、溶融鉄の精錬方法。

本発明によれば、精錬用鍋蓋の収容鍋内の溶融鉄と相対する面を、６．０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板で構成するので、スプラッシュの持つ熱量に対して精錬用鍋蓋の溶融鉄と相対する面の熱容量が十分に大きく、収容鍋に保持された溶融鉄の精錬で発生し得る大きさの溶融鉄及びスラグのスプラッシュが、精錬用鍋蓋の溶融鉄と相対している面に衝突しても、精錬用鍋蓋の溶融鉄と相対する面の温度は鋼板とスプラッシュとの焼結温度（鋼板の融点の１／２程度）まで上昇せず、溶融鉄及びスラグのスプラッシュの大半は精錬用鍋蓋に付着することなく落下し、精錬用鍋蓋への溶融鉄及びスラグの付着を抑制することが実現される。

本発明の第１の実施の形態を示す図であって、本発明に係る精錬用鍋蓋の１例を収容鍋に載せた状態を示す概略斜視図である。図１に示す精錬用鍋蓋を拡大して示す概略斜視図である。本発明の第２の実施の形態を示す図であって、本発明に係る精錬用鍋蓋の他の例を示す縦断面概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。ここでは、溶融鉄として、転炉から出鋼され、収容鍋（取鍋）に保持された溶鋼を対象とし、溶鋼に、鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤーを添加して、溶鋼中の酸化物系介在物及び硫化物系介在物の形態制御を行う精錬で使用される精錬用鍋蓋に、本発明を適用した場合を例として説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図であって、本発明に係る精錬用鍋蓋の１例を収容鍋の上端に載せた状態を示す概略斜視図（一部は断面で示す）、図２は、図１に示す精錬用鍋蓋を拡大して示す概略斜視図（一部は断面で示す）である。

外殻を鉄皮２ａとし、その内側に耐火物２ｂが施工された収容鍋２に、転炉（図示せず）で溶製された溶鋼３が保持されている。この収容鍋２の上端に、収容鍋２の上端開口部を被うようにして、本発明に係る精錬用鍋蓋１が、クレーン、ホイストなどの昇降設備（図示せず）によって載せられている。

精錬用鍋蓋１は、鉛直方向下面側の下面側蓋鉄皮８と鉛直方向上面側の上面側蓋鉄皮９とを有し、下面側蓋鉄皮８と上面側蓋鉄皮９とが、断面がＬ字型の側壁蓋鉄皮１１によって接合されている。下面側蓋鉄皮８及び上面側蓋鉄皮９の水平面への投影面形状は、収容鍋２と同様に、略円形を呈している。下面側蓋鉄皮８と上面側蓋鉄皮９との間の中層部１０は、耐火物を施工してもよく、また、中空としてもよい。

精錬用鍋蓋１は、下面側蓋鉄皮８及び上面側蓋鉄皮９の略中心位置に、下面側蓋鉄皮８及び上面側蓋鉄皮９を貫通する集塵ダクト４を有し、上面側蓋鉄皮９には、鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー７を通すためのガイドパイプ５が設けられ、下面側蓋鉄皮８には、ガイドパイプ５の直下位置に、鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー７の曲がりを防止するためのガイド金物６が設けられている。

集塵ダクト４は、集塵機（図示せず）と連結されており、精錬中に発生する排ガスが集塵機に回収されるようになっている。また、鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー７は、ピンチロール、回転ドラムなどで構成されるワイヤー供給装置（図示せず）に積載されている。つまり、ワイヤー供給装置から送り出された鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー７が、ガイドパイプ５及びガイド金物６を通って収容鍋２に保持された溶鋼３に供給されるようになっている。

本発明に係る精錬用鍋蓋１では、収容鍋２に保持された溶鋼３と相対する面となる下面側蓋鉄皮８の全面が６．０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板で構成されており、且つ、図１及び図２に示すように、精錬用鍋蓋１は、下面側蓋鉄皮８を水冷する機能は具備していない。下面側蓋鉄皮８を構成する鋼板の厚みの上限は規定する必要はないが、厚くなりすぎると、精錬用鍋蓋１を昇降させる昇降設備が大がかりになって設備費が高価になるのみならず、衝突するスプラッシュを冷却する効果が飽和して、スプラッシュの付着防止効果も飽和するので、鋼板の厚みは３０ｍｍ程度を上限とすればよい。

下面側蓋鉄皮８は、切断された平坦な鋼板を溶接などで接合して円形状に形成してもよく、また、半円状に加工した鏡板を用いてもよい。下面側蓋鉄皮８は大気中で放冷されるだけであり、スプラッシュの付着を防止するうえで、精錬用鍋蓋１を収容鍋２に載せる時点での下面側蓋鉄皮８の温度は低いほど望ましく、したがって、噴射空気で下面側蓋鉄皮８を空冷する冷却装置を設置するなどして、非精錬中に下面側蓋鉄皮８を空冷することが好ましい。

下面側蓋鉄皮８を構成する鋼板の厚みを６．０ｍｍ以上とした理由は、以下のとおりである。

収容鍋２に保持された溶鋼３に鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー７を添加して溶鋼中の酸化物系介在物及び硫化物系介在物の形態制御を行う精錬において、精錬用鍋蓋１の下面側蓋鉄皮８を構成する鋼板の厚みを４水準に変更し、下面側蓋鉄皮８への付着地金の個数を調査する試験を行った。下面側蓋鉄皮８は鋼板を溶接して円形としたものであり、鋼板は炭素鋼を使用した。

また、下面側蓋鉄皮８を構成する鋼板を設置せず、鋼板の代わりに、上面側蓋鉄皮９の下面側にスタッドを設置し、このスタッドに絡めて断熱セラミックウール材を約８０ｍｍの厚みで充填し、更に、断熱セラミックウール材の下側にエキスパンドメタル（網目状の鋼板）を配置して、エキスパンドメタルで断熱セラミックウール材を押さえた構造の精錬用鍋蓋（水準５；従来例）も使用した。

試験では、収容鍋２の底部に設置したポーラス煉瓦（図示せず）からアルゴンガス（アルゴンガス吹き込み量；２００ＮＬ／ｍｉｎ）を吹き込むことによって溶鋼３を攪拌しながら、収容鍋２に保持された１チャージ約２５０トンの溶鋼３に、鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー７を添加した。鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー７の添加時間は、各チャージとも１０分間とした。また、収容鍋２の上端から収容鍋内の溶鋼３の上に存在するスラグ（図示せず）までの距離は、いずれの試験も約５００ｍｍであった。

３チャージの溶鋼に対して鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー７の添加を行った後、下面側蓋鉄皮８（水準１～４）及びエキスパンドメタルで押さえ込まれた断熱セラミックウール材に付着した付着地金の個数を目視で調査した。調査結果を表１に示す。

表１に示すように、下面側蓋鉄皮８を構成する鋼板の厚みが４．０ｍｍでは、付着地金の個数は１５個／ｍ^２であったが、前記鋼板の厚みを６．０ｍｍとすることで、付着地金の個数は５個／ｍ^２へと大幅に減少した。水準３（付着地金の個数は３個／ｍ^２）、水準４（付着地金の個数は２個／ｍ^２）へと、下面側蓋鉄皮８を構成する鋼板の厚みを増加すると付着地金の個数は減少したが、板厚が６．０ｍｍの場合に比較して大幅な改善効果は見られなかった。即ち、下面側蓋鉄皮８を構成する鋼板の厚みを６．０ｍｍ以上とすることで、付着地金を効果的に低減できることが確認できた。従来例である水準５は、付着地金が１５７個／ｍ^２と多く、精錬用鍋蓋の構造としては適切でないことがわかった。

即ち、本発明は、上記試験に基づいて、精錬用鍋蓋１の下面側蓋鉄皮８を構成する鋼板の厚みを６．０ｍｍ以上に規定した。鋼板はステンレス鋼や耐熱鋼であってもよいが、炭素鋼（普通鋼）で何ら問題はない。

尚、図１に示す精錬用鍋蓋１は、下面側蓋鉄皮８と上面側蓋鉄皮９とを具備しているが、本発明に係る精錬用鍋蓋は、下面側蓋鉄皮８を具備するだけであってもよい。図３は、本発明の第２の実施の形態を示す図であって、本発明に係る精錬用鍋蓋の他の例を示す縦断面概略図である。

図３に示す精錬用鍋蓋１Ａは、蓋鉄皮１２を具備するだけであり、蓋鉄皮１２が、収容鍋２に保持された溶鋼３と相対するように構成されている。但し、蓋鉄皮１２を構成する鋼板全面の厚みを６．０ｍｍ以上とする必要がある。精錬用鍋蓋１Ａのその他の構造は、図１に示す精錬用鍋蓋１と同一構造であり、精錬用鍋蓋１Ａは、集塵ダクト４、ガイドパイプ５、ガイド金物６を具備している。

また、本発明に係る溶融鉄の精錬方法は、上記の精錬用鍋蓋１や精錬用鍋蓋１Ａを、溶融鉄を保持する収容鍋２に載せ、該収容鍋に保持された溶融鉄を精錬する。特に、金属Ｍｇの添加を伴う精錬、Ｃａ含有合金の添加を伴う精錬、溶融鉄への不活性ガスと精錬剤とのインジェクション添加を伴う精錬の際に、本発明に係る溶融鉄の精錬方法を適用することが好ましい。これらの精錬では、溶融鉄及びスラグのスプラッシュの発生が激しく、地金が精錬用鍋蓋に付着しやすいことによる。

以上説明したように、本発明によれば、精錬用鍋蓋の収容鍋内の溶融鉄と相対する面を、６．０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板で構成するので、スプラッシュの持つ熱量に対して精錬用鍋蓋の溶融鉄と相対する面の熱容量が十分に大きく、溶融鉄及びスラグのスプラッシュが、精錬用鍋蓋の溶融鉄と相対している面に衝突しても、精錬用鍋蓋の溶融鉄と相対する面の温度は鋼板とスプラッシュとの焼結温度（鋼板の融点の１／２程度）まで上昇せず、溶融鉄及びスラグのスプラッシュの大半は精錬用鍋蓋に付着することなく落下し、精錬用鍋蓋への溶融鉄及びスラグの付着を抑制することが実現される。

尚、上記説明は、Ｃａ－Ｓｉ合金の添加による溶鋼中の酸化物系介在物及び硫化物系介在物の形態制御の精錬で使用される精錬用鍋蓋について行ったが、金属Ｍｇ添加による溶銑または溶鋼の脱硫精錬で使用される精錬用鍋蓋に対しても本発明を適用することができる。

また、図１に示す精錬用鍋蓋１は、集塵ダクト４、ガイドパイプ５、ガイド金物６などを具備しているが、本発明に係る精錬用鍋蓋は、これらを具備する必要はなく、精錬用鍋蓋の溶融鉄と相対する面が６．０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板で構成されており、且つ、前記鋼板を水冷する機能を具備していないだけを必須とする。

図１に示す精錬用鍋蓋の下面側蓋鉄皮を８．０ｍｍ厚みの鋼板（炭素鋼）で構成し、この精錬用鍋蓋を用いて、溶鋼に鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤーを添加し、溶鋼中の酸化物系介在物及び硫化物系介在物の形態制御を行う精錬を長期間に亘って行った。

この場合、精錬用鍋蓋の使用打ち切り基準を、地金の付着によって新品の精錬用鍋蓋の自重に対して３００ｋｇ増加した時点とした。

この精錬用鍋蓋の使用回数は５０８７回（チャージ）を記録した。従来の精錬用鍋蓋（前述の水準５）では、使用回数が５００～６００回程度であったので、使用回数は大幅に増加した。また、この精錬用鍋蓋を使用することにより、精錬用鍋蓋の中間補修費はゼロであった。また更に、精錬用鍋蓋の付着地金過大に起因して、突発で精錬用鍋蓋を交換する必要が生じ、これによって、精錬工程の時間が延びてしまい、連続鋳造の連々鋳が途切れてしまうようなトラブルの発生も皆無であった。

１精錬用鍋蓋
２収容鍋
２ａ鉄皮
２ｂ耐火物
３溶鋼
４集塵ダクト
５ガイドパイプ
６ガイド金物
７鉄被覆Ｃａ－Ｓｉ合金ワイヤー
８下面側蓋鉄皮
９上面側蓋鉄皮
１０中層部
１１側壁蓋鉄皮
１２蓋鉄皮

Claims

収容鍋に保持された溶融鉄を精錬する際に、溶融鉄を保持した前記収容鍋に載せて使用される精錬用鍋蓋であって、
前記精錬用鍋蓋の前記溶融鉄と相対する面が６．０ｍｍ以上の厚みを有する鋼板で構成されており、且つ、前記鋼板を水冷する機能は具備しておらず、
前記精錬用鍋蓋は、耐火物が施工されておらず、鋼板のみで構成されていることを特徴とする精錬用鍋蓋。
溶融鉄と相対する面を構成する前記鋼板は普通鋼であることを特徴とする、請求項１に記載の精錬用鍋蓋。
前記精錬用鍋蓋は、収容鍋に保持された溶融鉄に、金属Ｍｇの添加を伴う精錬、Ｃａ含有合金の添加を伴う精錬、溶融鉄への不活性ガスと精錬剤とのインジェクション添加を伴う精錬のうちのいずれかの精錬を施す際に、予熱されずに使用される、スプラッシュの飛散防止のための精錬用鍋蓋であって、該精錬用鍋蓋は、精錬剤を通すためのガイドパイプを備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の精錬用鍋蓋。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の精錬用鍋蓋を、溶融鉄を保持する収容鍋に載せ、該収容鍋に保持された溶融鉄を精錬することを特徴とする、溶融鉄の精錬方法。