JP7052776B2 - 転炉炉口部に付着した地金の除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑の予備処理や脱炭処理を行う転炉の炉口部に付着した地金を除去する方法に関する。

上吹きランスから溶銑に向けて酸素ガスを供給して炉内の溶銑を酸化精錬する転炉では、酸素吹錬中に発生するスピッティング（地金飛散）により、転炉の炉口部及びその近傍へ地金が付着して堆積する。付着した地金は操業の継続に伴って肥大化し、その大きさが或る限度に達すると、溶銑及び鉄スクラップの炉内への装入を阻害し、且つ、転炉の炉内圧力の制御を困難にする。

更に、酸素吹錬中及び出鋼中に炉口に付着した地金が溶鋼中に落下すると、溶鋼の成分組成や温度に悪影響を与える。また更に、付着した地金を適切に除去しない場合には、炉口金物及び炉口近傍の耐火物を損傷させる危険性がある。したがって、転炉炉口に付着した地金は、或る一定の頻度で除去する必要がある。

転炉炉口に付着した地金を除去する方法として、伝統的に、機械的手段による除去方法が行われてきた（例えば、特許文献１を参照）。しかしながら、機械的手段による除去方法は、転炉炉口部に施工された耐火物を損傷させることから、耐火物の損傷を抑制可能な地金除去方法が提案されている。

例えば、特許文献２には、転炉精錬用ランスから酸素ガスを炉口地金に吹付けて、炉口に付着した地金を溶削する除去方法が提案されている。また、特許文献３には、炉口に付着した地金をガスバーナーで溶断除去する方法が提案されている。更に、特許文献４には、機械的手段による炉口地金の除去を容易にするために、転炉炉口部の周囲近傍を剥離剤で被膜処理し、転炉炉口部に地金が付着したときに、付着地金を機械的手段によって除去する除去方法が提案されている。

実開昭５０－９５０５号公報 特開２０１４－１６９８３４号公報 特開平６－２５７２８号公報 特開平２－１９７５１４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２に提案される、上吹きランスの吹錬用ノズルからの酸素ガス吹き付け、または、上吹きランスに取り付けた転炉地金除去用ノズルからの酸素ガス吹き付けによって地金を溶削除去する方法、及び、特許文献３に提案される、ガスバーナーによる地金の溶断除去方法においては、過剰な溶断に起因する、転炉炉口金物及びその周辺の耐火物に損傷を与えるという課題がある。

特許文献４に提案される、転炉炉口部の周辺近傍を、水ガラスの剥離剤、スラグの剥離助剤、黒鉛質コーティング剤などの剥離剤で被膜処理する方法では、転炉の操業中に剥離剤の皮膜を形成する処理時間を確保する必要があり、転炉の生産性を低下させるという課題があり、また、剥離剤は消耗品であり、使用する剥離剤による製造コストの上昇という課題もある。

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、転炉の炉口金物を溶断することなく、且つ、炉口部に施工された耐火物の損傷を抑制でき、更に、転炉の生産性を低下させずに、効率的に転炉炉口に付着した地金を除去する方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討した。その結果、酸素吹錬中に転炉内のスラグを意図的にフォーミングさせて転炉炉口からスラグを噴出させ、噴出させたスラグを炉口金物に意図的に付着（コーティング）させて、炉口金物の表面にスラグ付着層を形成することで、形成させたスラグ付着層が剥離剤として機能し、炉口金物に付着した地金の機械的手段による除去が容易に行われることを知見した。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］転炉炉口部に付着した地金を機械的手段によって除去する除去方法であって、
転炉での酸素吹錬時に、転炉内のスラグをフォーミングさせ、フォーミングさせたスラグを炉口から噴出させ、噴出させたスラグを転炉の炉口金物に付着させる工程と、
スラグを付着させた前記炉口金物に付着した地金を、機械的手段によって除去する工程と、
を有することを特徴とする、転炉炉口部に付着した地金の除去方法。
［２］転炉の炉口金物に付着した地金を機械的手段によって除去した後の最初の転炉での脱炭処理を行う酸素吹錬時に、酸素吹錬開始直後に上吹きランスのランス高さを所定のランス高さに調整し、脱炭酸素効率を低下させて溶銑中の鉄の酸化を促進させ、転炉内のスラグをフォーミングさせることを特徴とする、上記［１］に記載の転炉炉口部に付着した地金の除去方法。
［３］転炉の炉口金物に付着した地金を機械的手段によって除去した後の最初の転炉での脱炭処理を行う酸素吹錬では、酸素吹錬の開始から終了までに使用する酸素ガスの予定量の２０％を前記上吹きランスから供給するまでの期間に、上吹きランスのランス高さを調整することを特徴とする、上記［２］に記載の転炉炉口部に付着した地金の除去方法。

本発明によれば、転炉炉口部に付着した地金を機械的手段によって除去する際に、酸素吹錬中に炉口金物に意図的に付着させたスラグが、炉口金物と付着した地金との間の剥離剤として機能し、付着した地金を機械的手段によって容易に除去することができる。つまり、転炉の炉口金物を溶断することなく、且つ、炉口部に施工された耐火物の損傷を抑制でき、更に、転炉の生産性を低下させずに、効率的に転炉炉口に付着した地金を除去することが実現される。

本発明に係る転炉炉口部に付着した地金の除去方法を実施する際に用いる転炉の概略縦断面図である。 本発明の実施形態の一例を示す図である。 本発明を適用した場合（本発明例）と、炉口金物にスラグを意図的に付着しない場合（従来例）とで、地金除去時間を比較して示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る転炉炉口部に付着した地金の除去方法を実施する際に用いる転炉の概略縦断面図である。

図１において、符号の１は転炉、２は上吹きランス、３は転炉の外殻を形成する鉄皮、４は鉄皮の内側に施工された耐火物、５は転炉の炉口、６は転炉の炉口を囲むように転炉の上端部の周方向全体に亘って設置される炉口金物、７は出鋼口、８は底吹き羽口、９は底吹き羽口へ攪拌用ガスを導入するガス導入管、１０は溶銑、１１はスラグ、１２は攪拌用ガスである。

転炉１においては、炉口５から炉内に装入された溶銑１０に向かって、上吹きランス２から酸素ガス（主に工業用純酸素ガス）を吹き付け、溶銑１０の酸化精錬、具体的には、溶銑１０の脱珪処理や脱燐処理の予備処理、及び、溶銑１０の脱炭処理を行っている。この酸化精錬では、脱燐剤やスラグの塩基度調整剤として、生石灰などのＣａＯ系媒溶剤が転炉内に添加され、炉内には、ＣａＯ系媒溶剤が滓化して生成されるスラグ１１が形成される。

この酸化精錬においては、炉内の溶銑１０や、溶銑１０の脱炭処理で生成する溶鋼が、上吹き酸素ガスの炉内浴面への衝突エネルギーによって飛散し、飛散した溶銑１０や溶鋼の粒子の一部は、炉口５から炉外に噴出する。溶銑１０や溶鋼の粒子（鉄粒子）が炉口５から炉外に噴出する現象を、「スピッティング（地金飛散）」と呼んでいる。また、上吹きランス２から炉内の溶銑１０に酸素ガスなどの酸化性ガスを吹き付けて行う酸化精錬を「酸素吹錬」と呼んでいる。

このスピッティングによって噴出した溶銑１０や溶鋼の粒子が、転炉炉口部、つまり、炉口５の耐火物４の表面及び炉口金物６の表面に付着して堆積し、付着した地金（付着地金）が形成される。また、炉口金物６の周囲の鉄皮３にも溶銑１０や溶鋼の粒子が堆積し、付着した地金が形成される。付着した地金は転炉操業を継続することに伴って肥大化する。

付着した地金の大きさが或る限度に達すると、溶銑１０及び鉄スクラップの転炉内への装入を阻害し、更に、転炉１の炉内圧力の制御を困難にする。これを防止するために、付着した地金の大きさが或る限度に達する以前に、付着した地金の機械的手段による除去作業を実施する。

本発明は、炉口金物６に付着した地金の機械的手段による除去作業を容易にするためになされた技術であり、炉口金物６の表面に、炉内のスラグ１１を意図的に付着（コーティング）させる工程と、スラグ１１を付着させた炉口金物６に付着した地金を、機械的手段によって除去する工程と、を有する。

図２に、本発明に係る転炉炉口部に付着した地金の除去方法の実施形態の一例を示す。本発明においては、酸素吹錬中のスピッティングによって噴出する溶銑１０や溶鋼の粒子は、炉口金物６に意図的に付着（コーティング）させたスラグ付着層１４の表面に付着し堆積する。そして、スラグ付着層１４の表面に付着・堆積した地金１５が限度の大きさに達する以前に、炉口金物６に付着した地金１５を、転炉１を炉口５が斜め上方を向く角度に傾動させた状態として、クレーン（図示せず）に吊り上げられたスクラップシュート１３の先端で地金１５を掻き上げるなどの機械的手段によって除去する。炉口金物６に付着させたスラグ付着層１４が、炉口金物６と付着した地金１５との間の剥離剤として機能し、機械的手段による地金１５の除去が容易になる。

炉口金物６の表面に、炉内のスラグ１１を意図的に付着（コーティング）させる方法は、以下のとおりである。

即ち、酸素吹錬中に、上吹きランス２のランス高さを、溶銑１０の脱炭反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）や脱燐反応（２Ｐ＋５ＦｅＯ＋３ＣａＯ→３ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５＋５Ｆｅ）などの炉内反応が最も効率的に行われるランス高さよりも高くなるように変更し、その状態で酸素吹錬を実施する。ここで、「ランス高さ」とは、「転炉内の静止状態の溶銑浴面と上吹きランス先端との距離」である。

上吹きランス２のランス高さを高くすると、溶銑浴面における上吹き酸素ガスの衝突エネルギーが低下し、上吹き酸素ガスによる溶鋼の攪拌力が弱くなる。これにより、上吹き酸素ガスと溶銑中の炭素との反応（脱炭反応）が阻害され、つまり、脱炭酸素効率が低下して、上吹き酸素ガスと溶銑中の鉄（Ｆｅ）との反応（鉄の酸化反応）が促進される。

鉄の酸化反応によって転炉内に多量の酸化鉄（ＦｅＯ）が生成され、転炉内の酸化鉄の量が増加する。転炉内の酸化鉄の量が増加することで、ＣａＯ系媒溶剤の滓化が促進され、炉内に多量のスラグ１１が生成される。

転炉内に多量のスラグ１１が生成すると、酸素吹錬中の脱炭反応によって生成したＣＯガスが気泡としてスラグ１１に蓄積され、スラグ１１がフォーミング（泡立ち）する。スラグ１１のフォーミングが継続して起こることで、やがて、フォーミングしたスラグ１１は炉口５から噴出する。フォーミングしたスラグ１１が炉口５から噴出する現象は、「スロッピング（スラグ噴出）」と呼ばれている。

炉口５から噴出するスラグ１１は、炉口金物６と接触することで冷却されて固化し、炉口金物６の表面にスラグ付着層を形成する。つまり、炉口金物６の表面に、炉内のスラグ１１が意図的に付着（コーティング）される。

尚、スロッピングは、鉄の歩留りを低下させるとともに、酸素吹錬時間の増加、作業環境の低下、周辺機器の故障などの様々な問題を引き起こすおそれがある。したがって、通常の酸素吹錬では、スロッピングの発生を防止した条件で酸素吹錬が行われる。本発明は、酸素吹錬の一部分の時期に、意図的にスロッピングを発生させるという技術であり、この点で通常の酸素吹錬とは異なる。但し、本発明においても、意図的にスロッピングを生じさせる際に、スラグ１１の炉口５からの噴出量が過剰にならないように、つまり、炉口金物６を覆う程度のスラグ１１の噴出量になるように、ランス高さの調整を行いながら酸素吹錬することが望ましい。

炉内のスラグ１１を炉口金物６に意図的に付着（コーティング）させる時期は、炉口金物６に付着した地金を機械的手段によって除去した後の最初の転炉１での脱炭処理または予備処理を行う酸素吹錬時とすることが好ましい。つまり、転炉１の炉口金物６に付着した地金１５を機械的手段によって除去した後の最初の転炉１での脱炭処理または予備処理を行う酸素吹錬時に、酸素吹錬開始直後に上吹きランス２のランス高さを所定のランス高さに調整し、溶銑中の鉄の酸化を促進させ、転炉内のスラグ１１をフォーミングさせることが好ましい。

更に具体的には、転炉１の炉口金物６に付着した地金１５を機械的手段によって除去した後の最初の転炉１での脱炭処理または予備処理を行う酸素吹錬では、酸素吹錬の開始から終了までに使用する酸素ガスの予定量の２０％を上吹きランス２から供給するまでの期間に、上吹きランス２のランス高さを調整し、溶銑中の鉄の酸化を促進させることが好ましい。

炉口金物６に付着した地金１５を機械的手段によって除去した後にスラグ１１を意図的に付着（コーティング）させることで、スラグ１１を炉口金物６の表面に均等に且つ漏れ無く付着させることができる。炉口金物６へのスラグ１１の意図的な付着（コーティング）は、一度のみならず、複数回繰り返して行うことが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、転炉炉口部に付着した地金１５を機械的手段によって除去する際に、酸素吹錬中に炉口金物６に意図的に付着させたスラグ付着層１４が、炉口金物６と付着した地金１５との間の剥離剤として機能し、付着した地金１５を機械的手段によって容易に除去することが実現される。

溶銑収容量が２５０トンの転炉において、本発明を実施した。この転炉は、予め脱珪処理及び脱燐処理が施された溶銑を脱炭処理する際に使用される転炉である。脱炭処理に供される溶銑の炭素濃度は、３．６～４．６質量％であり、炉口金物などの炉口部に付着した地金は、クレーンに吊り上げられたスクラップシュートの先端で地金を掻き上げる方法で除去した。

転炉炉口部に付着した地金が所定の大きさに肥大化したと目視で判断した時点で、酸素吹錬終了後に地金の除去作業を実施した。付着した地金を除去した後の最初の脱炭処理を行う際には、酸素吹錬開示時のランス高さを２．８ｍとし、上吹きランスからの酸素ガス供給量を６７０Ｎｍ^３／ｍｉｎとして、１．５～２．５分間酸素吹錬し、その後、上吹きランスからの酸素ガス供給量を６７０Ｎｍ^３／ｍｉｎのままとして、ランス高さを２．６～２．０ｍまで０．２ｍずつ、１．５～２．５分間酸素吹錬する毎に段階的に変更し、その後、通常の酸素吹錬と同様のランス高さ及び上吹きランスからの酸素ガス供給量とし、炉内の溶鋼の炭素濃度が約０．０４質量％になるまで、酸素吹錬を行った。脱炭処理の初期に、ランス高さを高くすることで、スラグはフォーミングし、フォーミングしたスラグは炉口から噴出し、噴出するスラグが炉口金物に付着（コーティング）した。

尚、通常の脱炭処理では、酸素吹錬開示時のランス高さを２．４ｍとし、上吹きランスからの酸素ガス供給量を６７０Ｎｍ^３／ｍｉｎとして、１．５～２．５分間酸素吹錬し、その後、上吹きランスからの酸素ガス供給量を６７０Ｎｍ^３／ｍｉｎのままとして、ランス高さを２．２～２．０ｍまで０．２ｍずつ、１．５～２．５分間の酸素吹錬を行う毎に、段階的に変更し、その後、溶銑の化学成分、温度、１ヒートあたりの溶銑量といった条件により定められたランス高さ、上吹きランスからの酸素ガス供給量とし、約１８分間酸素吹錬する。この酸素吹錬で、炉内に生成される溶鋼の炭素濃度は約０．０４質量％になる。

図３に、本発明を適用した場合（本発明例）と、炉口金物にスラグを意図的に付着しない場合（従来例）とで、１回あたりの地金除去時間を比較して示す。従来例では、１回あたりの地金除去時間が２６．６分であったが、本発明例では、１回あたりの地金除去時間が１９．１分であり、本発明を実施することで、１回あたりの地金除去時間が約７．５分短縮された。また、本発明例においては、炉口部に施工された耐火物の地金除去の際の損傷は見られなかった。

１ 転炉
２ 上吹きランス
３ 鉄皮
４ 耐火物
５ 炉口
６ 炉口金物
７ 出鋼口
８ 底吹き羽口
９ ガス導入管
１０ 溶銑
１１ スラグ
１２ 攪拌用ガス
１３ スクラップシュート
１４ スラグ付着層
１５ 地金

Claims (3)

1. 転炉炉口部に付着した地金を機械的手段によって除去する除去方法であって、
   転炉での酸素吹錬時に、転炉内のスラグをフォーミングさせ、フォーミングさせたスラグを炉口から噴出させ、噴出させたスラグを転炉の炉口金物に付着させる工程と、
   スラグを付着させた前記炉口金物に付着した地金を、機械的手段によって除去する工程と、
   を有することを特徴とする、転炉炉口部に付着した地金の除去方法。
2. 転炉の炉口金物に付着した地金を機械的手段によって除去した後の最初の転炉での脱炭処理を行う酸素吹錬時に、酸素吹錬開始直後に上吹きランスのランス高さを所定のランス高さに調整し、脱炭酸素効率を低下させて溶銑中の鉄の酸化を促進させ、転炉内のスラグをフォーミングさせることを特徴とする、請求項１に記載の転炉炉口部に付着した地金の除去方法。
3. 転炉の炉口金物に付着した地金を機械的手段によって除去した後の最初の転炉での脱炭処理を行う酸素吹錬では、酸素吹錬の開始から終了までに使用する酸素ガスの予定量の２０％を前記上吹きランスから供給するまでの期間に、上吹きランスのランス高さを調整することを特徴とする、請求項２に記載の転炉炉口部に付着した地金の除去方法。

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