JP7477797B2 - 転炉精錬方法 - Google Patents
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Description
本願は転炉精錬方法を開示する。
転炉を用いて溶銑を精錬するプロセスとして、第１の転炉で溶銑脱りんを行い、その後第１の転炉から出湯した溶銑を第２の転炉に装入し、第２の転炉で脱炭を行うプロセス（Ｉ）と、１基の転炉で脱りんを行った後に、脱りんによって生成したスラグを排滓（中間排滓）したうえで、同一の転炉で引き続き脱炭を行うプロセス（II）とが開発されている。プロセス（Ｉ）は、精錬能力が高い一方で、２基の転炉を必要とするために、設備費が高く、さらには、放散熱ロスが増大して、鉄鋼石やスクラップの溶解能力が低下する。プロセス（II）は、プロセス（Ｉ）に比べ、全体の吹錬時間を短縮でき、脱りんに必要なフラックス量を低減でき、精錬時の熱ロスを低減できる。しかしながら、プロセス（II）では、中間排滓量を安定的に制御することが難しく、例えば、精錬完了後の溶鋼中のＰ濃度を極端に低減することが困難となる場合がある。
特許文献１には、プロセス（II）の脱炭前にＳｉＯ２を６０～９９％含むフラックスをＳｉＯ２分にして生成溶鋼１トン当たり１．０～４．０ｋｇ添加する転炉精錬方法が開示されている。特許文献２には、１段階目の溶銑脱りん後に中間排滓を行ったうえで、改めてフラックスを追加して２段階目の溶銑脱りんを行い、その後にスラグを除去する転炉精錬方法が開示されている。
特許文献１に開示された方法では、中間排滓量を安定的に制御することが難しい。本発明者の新たな知見によると、中間排滓量が低位な状態、すなわち、脱炭吹錬前に転炉内にスラグが多く残った状態で、さらにＳｉＯ２を添加した場合、低塩基度で粘性が高く泡立ち易いスラグが多量に生成してしまい、脱炭吹錬初期において転炉内からスラグが溢れ（スロッピング）、安定的な操業が難しくなる場合がある。
一方、特許文献２に開示された方法では、中間排滓量が増加し、すなわち、転炉内のスラグ量が低下する。本発明者の新たな知見によると、従来技術においては、炉内のスラグ量が低下した状態で、脱炭吹錬時にフラックスを追加すると、脱りん不良となる場合がある。例えば、本発明者の新たな知見によると、脱炭のためにフラックスが過剰に投入された場合、投入したフラックスが十分に滓化せず、脱りん能の高いスラグ量を十分に確保できなくなり、脱炭吹錬後の溶鋼中のＰ濃度を安定的に低下させることが困難となる。
また、従来技術にあっては、系外に排出されるスラグ量をできるだけ低減することについて十分な検討がなされていない。
本発明者は、中間排滓時の溶融スラグを「秤量器」により実測する事を行った。結果、中間排滓率は、従来の想定以上に、５０～９５％と大きくバラついている事がわかった。すなわち、従来技術においては、中間排滓率が急増減したため、計算塩基度と実塩基度の乖離が起こっている事が判明した。そこで、本発明者は中間排滓率について「秤量器等」により少なくとも一度は正確に特定し、正確に特定された中間排滓率に基づいて、操業を行う方法を発明した。具体的には以下の通りである。
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
転炉の内部に溶銑を装入する、第１工程、
前記第１工程の後で、前記転炉内の前記溶銑に対して、第１フラックスを用いつつ１段階目の溶銑脱りんを行う、第２工程、
前記第２工程の後で、前記転炉内のスラグの少なくとも一部を前記転炉外に排滓する、第３工程、
前記第３工程の後で、前記転炉内に第２フラックスを追加したうえで２段階目の溶銑脱りんを行う、第４工程、
前記第４工程の後で、前記転炉内のスラグの少なくとも一部を前記転炉外に排滓する、第５工程、及び、
前記第５工程の後で、前記転炉内に第３フラックスを追加したうえで脱炭を行う、第６工程、
を備え、
前記第３フラックスがＣａＯ源とＳｉＯ２源とを含み、
下記式（１）で定義される装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が３．０以上４．５以下である、
転炉精錬方法
を開示する。
転炉の内部に溶銑を装入する、第１工程、
前記第１工程の後で、前記転炉内の前記溶銑に対して、第１フラックスを用いつつ１段階目の溶銑脱りんを行う、第２工程、
前記第２工程の後で、前記転炉内のスラグの少なくとも一部を前記転炉外に排滓する、第３工程、
前記第３工程の後で、前記転炉内に第２フラックスを追加したうえで２段階目の溶銑脱りんを行う、第４工程、
前記第４工程の後で、前記転炉内のスラグの少なくとも一部を前記転炉外に排滓する、第５工程、及び、
前記第５工程の後で、前記転炉内に第３フラックスを追加したうえで脱炭を行う、第６工程、
を備え、
前記第３フラックスがＣａＯ源とＳｉＯ２源とを含み、
下記式（１）で定義される装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が３．０以上４．５以下である、
転炉精錬方法
を開示する。
Ｃ４：前記第２フラックスにおけるＣａＯ換算量（ｋｇ）
Ｃ６：前記第３フラックスにおけるＣａＯ換算量（ｋｇ）
Ｓ２：前記第１フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
Ｓ４：前記第２フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
Ｓ６：前記第３フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
α３：前記第３工程における中間排滓率（％）
α５：前記第５工程における中間排滓率（％）
本開示の転炉精錬方法においては、前記第６工程において前記転炉内に追加される前記第３フラックスの量が、ＣａＯ換算で、８ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以上２５ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以下であってもよい。
本開示の転炉精錬方法は、
前記第６工程の後で、前記第６工程で生成したスラグを前記転炉内に残したまま出鋼を行う、第７工程、及び、
前記第７工程の後で、前記転炉内の前記スラグの推定Ｐ２Ｏ５成分量と、次ヒートの鋼のＰ成分目標値との少なくとも一方に基づいて、前記転炉内の前記スラグの全量を前記転炉内に残留させる処置、又は、前記転炉内の前記スラグの一部を前記転炉内に残留させつつその他を排滓する処置、のいずれかを選択して実行する、第８工程、
を備えていてもよく、
前記第８工程の後で、前記転炉内に前記スラグを残留させたまま、次ヒートの第１工程を行ってもよい。
前記第６工程の後で、前記第６工程で生成したスラグを前記転炉内に残したまま出鋼を行う、第７工程、及び、
前記第７工程の後で、前記転炉内の前記スラグの推定Ｐ２Ｏ５成分量と、次ヒートの鋼のＰ成分目標値との少なくとも一方に基づいて、前記転炉内の前記スラグの全量を前記転炉内に残留させる処置、又は、前記転炉内の前記スラグの一部を前記転炉内に残留させつつその他を排滓する処置、のいずれかを選択して実行する、第８工程、
を備えていてもよく、
前記第８工程の後で、前記転炉内に前記スラグを残留させたまま、次ヒートの第１工程を行ってもよい。
本開示の転炉精錬方法によれば、脱炭吹錬初期におけるスロッピングを抑制し易い。また、本開示の転炉精錬方法によれば、脱炭吹錬後の溶鋼中のＰを安定的に低下させることができる。さらに、本開示の転炉精錬方法によれば、系外に排出されるスラグ量を低減し易い。
図１（Ａ）～（Ｈ）に示されるように、本開示の転炉精錬方法は、転炉１００の内部に溶銑１０を装入する、第１工程（図１（Ａ））、第１工程の後で、転炉１００内の溶銑１０に対して、第１フラックス２１を用いつつ１段階目の溶銑脱りんを行う、第２工程（図１（Ｂ））、第２工程の後で、転炉１００内のスラグ３１の少なくとも一部を転炉１００外に排滓する、第３工程（図１（Ｃ））、第３工程の後で、転炉１００内に第２フラックス２２を追加したうえで２段階目の溶銑脱りんを行う、第４工程（図１（Ｄ）及び（Ｅ））、第４工程の後で、転炉１００内のスラグ３２の少なくとも一部を転炉１００外に排滓する、第５工程（図１（Ｆ））、及び、第５工程の後で、転炉１００内に第３フラックス２３を追加したうえで脱炭を行う、第６工程（図１（Ｇ）及び（Ｈ））、を備える。ここで、本開示の転炉精錬方法においては、第３フラックス２３がＣａＯ源とＳｉＯ２源とを含む。また、本開示の転炉精錬方法においては、下記式（１）で定義される装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が３．０以上４．５以下である。
Ｃ４：第２フラックス２２におけるＣａＯ換算量（ｋｇ）
Ｃ６：第３フラックス２３におけるＣａＯ換算量（ｋｇ）
Ｓ２：第１フラックス２１におけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
Ｓ４：第２フラックス２２におけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
Ｓ６：第３フラックス２３におけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
α３：第３工程における中間排滓率（％）
α５：第５工程における中間排滓率（％）
１．第１工程
図１（Ａ）に示されるように、第１工程においては、転炉１００の内部に溶銑１０を装入する。第１工程における条件は特に限定されるものではない。
図１（Ａ）に示されるように、第１工程においては、転炉１００の内部に溶銑１０を装入する。第１工程における条件は特に限定されるものではない。
転炉１００としては従来と同様のものを用いればよい。本開示の転炉精錬方法において、転炉１００は、上吹き転炉、底吹き転炉及び上底吹き転炉のいずれであってもよい。上吹き転炉においては、底からの撹拌がないため、上吹き酸素が鉄を酸化してできる酸化鉄が還元され難く、スラグ量が過剰に増える傾向にある。また、酸化鉄が多いスラグはＣａＯを滓化し易い。一方、上底吹き転炉や底吹き転炉においては、酸化鉄濃度がそれほど高くはならず、上吹き転炉における場合と比較して、ＣａＯの滓化が進み難い傾向にある。この点、本開示の技術によって一層高い効果が得られる観点から、転炉１００は、底吹き転炉及び上底吹き転炉のうちの一方であってもよく、上底吹き転炉であってもよい。図１（Ａ）～（Ｈ）に、転炉１００の一例として、上底吹き転炉を示す。上底吹き転炉１００は、その底部に、底吹きガスを炉内に供給するための流路１０１を複数備えていてよい。また、上底吹き転炉１００は、その側部に、溶鋼１３を出鋼するための出鋼口１０２を備えていてよい。
転炉１００の内部に装入される溶銑１０としては、例えば、一般的な高炉溶銑をいずれも採用できる。溶銑１０は、不純物としてＰ、Ｃを含有するほか、Ｓｉを含有していてもよい。溶銑１０がＳｉを含有する場合、酸素ガスによる酸化精錬によって溶銑１０中のＳｉの脱珪反応が進行し、次いで脱りん反応が進行することとなる。言い換えれば、第１工程の後、第２工程における溶銑脱りんの前に、溶銑の脱珪が行われてもよい。尚、脱珪後、転炉１００内の脱珪スラグを排滓してもよいし、転炉１００内に脱珪スラグを残したまま、脱りんを行ってもよい。後者の場合、脱珪スラグを第１フラックス２１として利用してもよい。図１（Ａ）に示されるように、溶銑１０は、溶鉄１０ａ（例えば高炉溶銑）と、スクラップ１０ｂ等の添加材料との混合物であってもよい。
溶銑１０を転炉１００に装入する方法も特に限定されるものではなく、例えば、溶銑鍋等の公知の容器を用いて転炉１００内に流し込む方法が挙げられる。
２．第２工程
図１（Ｂ）に示されるように、第２工程においては、第１工程の後で、第１フラックス２１を用いつつ１段階目の溶銑脱りんを行う。第２工程における脱りんの条件は特に限定されるものではない。
図１（Ｂ）に示されるように、第２工程においては、第１工程の後で、第１フラックス２１を用いつつ１段階目の溶銑脱りんを行う。第２工程における脱りんの条件は特に限定されるものではない。
第１フラックス２１は、第２工程における脱りんを行う前に転炉１００内に投入されたものであってもよいし、上記したような脱珪反応で生成した脱珪スラグ等の溶銑由来の成分を利用したものであってもよいし、前ヒートの脱炭精錬後の脱炭スラグ３３を転炉１００内に残置してフラックスとして利用したものであってもよい。第１フラックス２１の組成や量については特に限定されるものではなく、目的とする脱りんが可能な組成や量であればよい。例えば、第１フラックス２１はＣａＯ源を含んでいてもよい。ＣａＯ源としては、生石灰、石灰石、ドロマイト、前ヒートの脱炭スラグ３３等が挙げられる。また、第１フラックス２１はＳｉＯ２源を含んでいてもよい。ＳｉＯ２源としては、脱珪スラグ、前ヒートの脱炭スラグ３３、珪石、かんらん石等が挙げられる。第１フラックス２１の塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ２は０．９以上であってもよいし、１．４以下であってもよい。また、第１フラックス２１の量は、ＣａＯ換算で、５ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以上であってもよいし、２５ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以下であってもよい。また、第１フラックス２１の量は、ＳｉＯ２換算で、０ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以上であってもよいし、５ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以下であってもよい。尚、本願において「ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ」とは、最終的に得られる溶鋼１トン当たりの質量である。
図１（Ｂ）に示されるように、第２工程においては、例えば、上吹きランス２００から溶銑１０へと酸素を吹き込むことで、溶銑１０を撹拌させつつ酸化精錬を進行させてもよく、一方で、転炉１００の底部から底吹きガスを連続的又は断続的に吹き込むことで、精錬中の溶銑１０の撹拌を増強してもよい。
第２工程における脱りんによって、溶銑１０に含まれるＰの一部が除去され、１段階目の脱りん溶銑１１が得られる。脱りん溶銑１１におけるＰ濃度は特に限定されるものではない。例えば、脱りん溶銑１１はＰを０．０３質量％以上０．０８質量％以下含んでいてもよい。
３．第３工程
図１（Ｃ）に示されるように、第３工程においては、第２工程の後で、転炉１００内のスラグ３１の少なくとも一部を転炉１００外に排滓する。例えば、図１（Ｃ）に示されるように、転炉１００を傾動させることでスラグ３１を系外に流出させればよい。また、第３工程において、転炉１００の底部から底吹きガスを継続的に吹き込むことで、スラグ３１をフォーミングさせてもよい。これによりスラグ３１の排滓がより容易となる。
図１（Ｃ）に示されるように、第３工程においては、第２工程の後で、転炉１００内のスラグ３１の少なくとも一部を転炉１００外に排滓する。例えば、図１（Ｃ）に示されるように、転炉１００を傾動させることでスラグ３１を系外に流出させればよい。また、第３工程において、転炉１００の底部から底吹きガスを継続的に吹き込むことで、スラグ３１をフォーミングさせてもよい。これによりスラグ３１の排滓がより容易となる。
第３工程におけるスラグ３１の排滓率（中間排滓率）は特に限定されるものではなく、例えば、４０％以上７０％以下であってもよい。スラグ３１の組成や生成量は第２工程における脱りん条件に応じて任意に変化し得る。
４．第４工程
図１（Ｄ）及び（Ｅ）に示されるように、第４工程においては、第３工程の後で、転炉１００内に第２フラックス２２を追加したうえで２段階目の溶銑脱りんを行う。第４工程における脱りんの条件は特に限定されるものではない。
図１（Ｄ）及び（Ｅ）に示されるように、第４工程においては、第３工程の後で、転炉１００内に第２フラックス２２を追加したうえで２段階目の溶銑脱りんを行う。第４工程における脱りんの条件は特に限定されるものではない。
第２フラックス２２は、第４工程における脱りんを行う前に転炉１００内に投入される。第４工程においては、第２フラックス２２とともに、第３工程において排滓されずに転炉１００内に残ったスラグ３１の一部もフラックス２２ｘとして利用され得る。第２フラックス２２の組成や量については特に限定されるものではなく、目的とする脱りんが可能な組成や量であればよい。例えば、第２フラックス２２は、ＣａＯ源を含んでいてもよいし、ＳｉＯ２源を含んでいてもよい。ＣａＯ源及びＳｉＯ２源の具体例については上述した通りである。また、第２フラックス２２の塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ２は１．０以上であってもよいし、１．８以下であってもよい。また、第２フラックス２２の量は、ＣａＯ換算で、０ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以上であってもよいし、２ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以上であってもよいし、５ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以下であってもよい。また、第２フラックス２２の量は、ＳｉＯ２換算で、０ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以上であってもよいし、５ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以下であってもよい。尚、第４工程において用いられるフラックス２２ｘの量は、第２工程において用いられる第１フラックス２１の量と比較して少ない。
図１（Ｅ）に示されるように、第４工程においても、第２工程と同様に、例えば、上吹きランス２００から溶銑１１へと酸素を吹き込むことで、溶銑１１を撹拌させつつ酸化精錬を進行させてもよく、一方で、転炉１００の底部から底吹きガスを連続的又は断続的に吹き込むことで、精錬中の溶銑１１の撹拌を増強してもよい。
第４工程における脱りんによって、脱りん溶銑１１に含まれるＰの一部がさらに除去され、２段階目の脱りん溶銑１２が得られる。脱りん溶銑１２におけるＰ濃度は特に限定されるものではない。例えば、脱りん溶銑１２はＰを０．０２質量％以上０．０６質量％以下含んでいてもよい。
５．第５工程
図１（Ｆ）に示されるように、第５工程においては、第４工程の後で、転炉１００内のスラグ３２の少なくとも一部を転炉１００外に排滓する。例えば、図１（Ｆ）に示されるように、転炉１００を傾動させることでスラグ３２を系外に流出させればよい。また、第５工程において、転炉１００の底部から底吹きガスを継続的に吹き込むことで、スラグ３２をフォーミングさせてもよい。これによりスラグ３２の排滓がより容易となる。
図１（Ｆ）に示されるように、第５工程においては、第４工程の後で、転炉１００内のスラグ３２の少なくとも一部を転炉１００外に排滓する。例えば、図１（Ｆ）に示されるように、転炉１００を傾動させることでスラグ３２を系外に流出させればよい。また、第５工程において、転炉１００の底部から底吹きガスを継続的に吹き込むことで、スラグ３２をフォーミングさせてもよい。これによりスラグ３２の排滓がより容易となる。
第５工程におけるスラグ３２の排滓率（中間排滓率）は特に限定されるものではなく、例えば、４０％以上７０％以下であってもよい。スラグ３２の組成や生成量は第４工程における脱りん条件に応じて任意に変化し得る。尚、上述したように、第４工程において用いられるフラックス２２ｘの量は、第２工程において用いられる第１フラックス２１の量と比較して少なく、すなわち、第４工程後に生成するスラグ３２の量も少ない。スラグ３２の量がスラグ３１より少ない場合でも、吹錬を実施することで、スラグ３２をスラグ３１と同程度に泡立たせることが可能となり、スラグ３２の排滓が実施できる。スラグ３２は、スラグ３１に比べ、泡立ちが沈みやすい傾向にあるものの、十分な量の排滓が可能である。尚、第５工程における排滓率は、第３工程における排滓率よりも少なくてもよい。上述の通り、第４工程において用いられるフラックス２２ｘの量は、第２工程において用いられる第１フラックス２１の量と比較して少ないことから、第５工程における排滓率が第３工程における排滓率よりも少ない場合でも、炉内に残留するスラグの量は、第３工程後よりも、第５工程後の方が少なくなり易い。このように、第３工程に加え、第４工程及び第５工程を実施して、第６工程における脱炭吹錬前の転炉１００内のスラグ量を少なくすることで、脱炭吹錬初期におけるスロッピングを抑制することができ、より安定的な操業が可能となる。
６．第６工程
図１（Ｇ）及び（Ｈ）に示されるように、第６工程においては、第５工程の後で、転炉１００内に第３フラックス２３を追加したうえで脱炭を行う。第６工程においては、第３フラックス２３がＣａＯ源及びＳｉＯ２源を含むこと、及び、上記式（１）が満たされることに特徴がある。それ以外の脱炭条件については特に限定されるものではない。
図１（Ｇ）及び（Ｈ）に示されるように、第６工程においては、第５工程の後で、転炉１００内に第３フラックス２３を追加したうえで脱炭を行う。第６工程においては、第３フラックス２３がＣａＯ源及びＳｉＯ２源を含むこと、及び、上記式（１）が満たされることに特徴がある。それ以外の脱炭条件については特に限定されるものではない。
第３フラックス２３は、第６工程における脱炭を行う前に転炉１００内に投入される。第６工程においては、第３フラックス２３とともに、第５工程において排滓されずに転炉１００内に残ったスラグ３２の一部もフラックス２３ｘとして利用され得る。第３フラックス２３の組成や量については、上記式（１）が満たされる限り特に限定されるものではない。第３フラックス２３は、ＣａＯ源及びＳｉＯ２源を含む。第６工程において、ＣａＯ源とＳｉＯ２源とは転炉１００内に同時に追加されてもよいし、別々に追加されてもよい。ＣａＯ源及びＳｉＯ２源の具体例については上述した通りである。また、第３フラックス２３の塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ２は３．２以上であってもよいし、４．２以下であってもよい。また、第６工程における脱りん量を一層増大させる観点から、第３フラックス２３の量は、ＣａＯ換算で、８ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以上であってもよいし、２５ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以下であってもよい。また、第３フラックス２３の量は、ＳｉＯ２換算で、０ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ超であってもよいし、８ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以下であってもよい。
本開示の転炉精錬方法においては、上記式（１）で定義される装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が３．０以上４．５以下であることが重要である。装入ＣａＯ／ＳｉＯ２は３．２以上、３．４以上、３．６以上、３．８以上、４．０以上、４．２以上又は４．４以上であってもよい。本発明者の知見によると、装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が小さ過ぎると、ＣａＯが不足して脱りんが進行し難くなり、最終的に得られる溶鋼１２におけるＰ濃度を低減し難くなる。一方、従来においては、脱りんを十分に進行させるためにフラックスとしてＣａＯ源を多量に添加するのが一般的であったが、本発明者の知見によると、ＣａＯ源を多量に添加したとしても、そのすべてが脱りんに寄与するわけではない。本発明者の知見によると、転炉精錬の操業時にフラックスとしてＣａＯ源が多量に添加されること等によって装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が４．５を超えた場合、ＣａＯに対するＳｉＯ２の量が不足し、脱炭時にスラグが過剰に高塩基度化する。脱炭吹錬時にスラグが過剰に高塩基度化した場合、転炉内に投入したフラックスが十分に滓化せず、脱りん能の高いスラグ量を十分に確保できなくなり、脱炭吹錬後の溶鋼１２中のＰ濃度を安定的に低下させることが困難となる虞がある。
上記式（１）において、Ｃ２は第１フラックス２１におけるＣａＯ換算量（ｋｇ）であり、Ｃ４は第２フラックス２２におけるＣａＯ換算量（ｋｇ）であり、Ｃ６は第３フラックス２３におけるＣａＯ換算量（ｋｇ）であり、Ｓ２は第１フラックス２１におけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）であり、Ｓ４は第２フラックス２２におけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）であり、Ｓ６は第３フラックス２３におけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）である。すなわち、各々のフラックスに含まれているＣａをＣａＯに換算し、ＳｉをＳｉＯ２に換算して、その量を特定する。尚、各々のフラックスにおけるＣａＯ換算量やＳｉＯ２換算量は、転炉に投入する前のフラックスの組成と投入したフラックスの量とから求めることができる。或いは、排滓後のスラグに含まれる成分等に基づいてＣａＯ換算量やＳｉＯ２換算量を特定してもよい。尚、上述したように、第１フラックス２１として脱珪スラグを利用する場合、脱珪前の溶銑に含まれるケイ素の１００％がＳｉＯ２に変化したものとみなして、第１フラックス２１におけるＳｉＯ２換算量を特定してもよい。
上記式（１）において、α３は第３工程における中間排滓率（％）であり、α５は第５工程における中間排滓率（％）である。中間排滓率は、転炉１００内に追加したフラックスの量或いは転炉１００内に存在していたフラックスの量と、転炉１００から排滓されたスラグ（地金を除く）の量とから特定することができる。中間排滓率は、過去の操業等から経験的に推定されたものであってもよいし、操業時のオンライン又はオフラインでの測定値から求められたものであってもよい。特に、中間排滓率は、秤量器等により少なくとも一度は実測することが望ましい。中間排滓率を少なくとも一度実測しておくことで、その後、秤量器等の故障やトラブルにより、秤量器等の使用を中断する場合であっても、過去の実測値を用い、操業条件等から経験的に精度よく中間排滓率を推定することができる。尚、秤量器を使用する方法以外の秤量方法としては、特開２０１８－１１９１９５号公報に開示されているように、排出スラグの体積に基づいて排滓率を求める方法などが挙げられる。
このように、第３工程及び第５工程における中間排滓率α３及びα５を特定することで、装入ＣａＯ／ＳｉＯ２を目的の範囲内に精度よく制御することができる。すなわち、本開示の転炉精錬方法は、第３工程における中間排滓率α３を特定する工程、第５工程における中間排滓率α５を特定する工程、及び、特定された中間排滓率α３及びα５と、第１フラックス及び第２フラックスにおけるＣａＯ換算量及びＳｉＯ２換算量とに基づいて、上記式（１）の装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が３．０以上４．５以下となるように、第３フラックスの追加量、第３フラックスのＣａＯ換算量及び／又は第３フラックスのＳｉＯ２換算量を決定する工程、を備えるものであってもよい。より具体的には、例えば、第３工程の後で、第３工程におけるスラグ３１の排滓量を特定する工程、第５工程の後で、第５工程におけるスラグ３２の排滓量を特定する工程、特定された排滓量に基づいて、中間排滓率α３及びα５を特定する工程、特定された中間排滓率α３及びα５と、第１フラックス及び第２フラックスにおけるＣａＯ換算量及びＳｉＯ２換算量とに基づいて、上記式（１）の装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が３．０以上４．５以下となるように、第３フラックスの追加量、第３フラックスのＣａＯ換算量及び／又は第３フラックスのＳｉＯ２換算量を決定する工程、を備えるものであってもよい。例えば、排滓されたスラグの重量を測定し、ここからスラグに含まれる地金の重量を除くことで、スラグの排滓量及び中間排滓率を精度よく特定することができる。スラグに含まれる地金の重量は、過去の操業等から経験的に推定されたものであってもよいし、操業時にオンライン又はオフラインで実測されたものであってもよい。
以上の通り、本開示の転炉精錬方法によれば、２回の中間排滓を行うために脱炭前に転炉１００内の残留スラグ量を低減できる。その結果、脱炭吹錬初期のスロッピングを防止することができる。加えて、上記式（１）で定義される装入ＣａＯ／ＳｉＯ２を所定範囲内とすることで、脱炭時、脱りんに最低限必要なスラグ量を確保した効果的な脱りんを行うことができる。そのため、最終的に得られる溶鋼１２のＰ濃度を低減することができる。また、本開示の転炉精錬方法によれば、最低限のスラグ量で低りん鋼を溶製することができ、系外に排出されるスラグ量を低減することもできる。
７．補足
本開示の転炉精錬方法においては、図６（Ｉ）に示されるように、第６工程の後で、転炉１００内の溶鋼１３を転炉１００外に出鋼してもよい。例えば、転炉１００を傾動させて、転炉１００の側部の出鋼口１０２から溶鋼１２を流出させてもよい。
本開示の転炉精錬方法においては、図６（Ｉ）に示されるように、第６工程の後で、転炉１００内の溶鋼１３を転炉１００外に出鋼してもよい。例えば、転炉１００を傾動させて、転炉１００の側部の出鋼口１０２から溶鋼１２を流出させてもよい。
また、本開示の転炉精錬方法においては、図６（Ｉ）に示されるように、第６工程の後で、第６工程で生成したスラグ３３を転炉１００内に残したまま出鋼を行う、第７工程を備えていてよい。そして、第７工程の後で、転炉１００内のスラグ３３の推定Ｐ２Ｏ５成分量と、次ヒートの鋼のＰ成分目標値との少なくとも一方に基づいて、転炉１００内のスラグ３３の全量を転炉１００内に残留させる処置、又は、転炉１００内のスラグ３３の一部を転炉１００内に残留させつつその他を排滓する処置、のいずれかを選択して実行する、第８工程を備えていてよい。この場合、第８工程の後で、転炉１００内にスラグ３３を残留させたまま、次ヒートの第１工程を行ってもよい。このように、脱炭後のスラグ３３を転炉１００内に残留させたまま、次ヒートの第１工程を行うことで、スラグ３３を次ヒートのフラックスとして再利用することができる。
以下、実施例を示しつつ本開示の技術による効果等について、より詳細に説明するが、本開示の技術は以下の実施例に限定されるものではない。
１．実施例１
１．１ 第１工程
前ヒートの脱炭スラグが残留している３００ｔの上底吹き転炉内に、溶鉄及びスクラップを３００ｔになるよう装入した。
１．１ 第１工程
前ヒートの脱炭スラグが残留している３００ｔの上底吹き転炉内に、溶鉄及びスクラップを３００ｔになるよう装入した。
下記表１に、第１工程における炉内の溶銑の温度及び組成を示す。また、下記表２に、前ヒートの脱炭スラグ残留量を示す。
１．２ 第２工程
第１工程の後で、ＣａＯを含むフラックスを新たに炉内に投入し、１回目の脱りん吹錬を実施した。尚、１回目の脱りん吹錬に用いられる第１フラックスは、新たに炉内に投入されたＣａＯを含むフラックスと、前ヒートの脱炭スラグと、脱珪によって生じた脱珪スラグとを合わせたものに相当する。
第１工程の後で、ＣａＯを含むフラックスを新たに炉内に投入し、１回目の脱りん吹錬を実施した。尚、１回目の脱りん吹錬に用いられる第１フラックスは、新たに炉内に投入されたＣａＯを含むフラックスと、前ヒートの脱炭スラグと、脱珪によって生じた脱珪スラグとを合わせたものに相当する。
下記表１に、第２工程が終了した時点における溶銑温度、溶銑組成及びスラグ組成を示す。また、下記表２に、第２工程のために新たに投入したＣａＯの量、第２工程で用いた第１フラックスの塩基度、及び、第２工程で生成したスラグ量を示す。さらに、下記表３に、第１フラックスにおけるＣａＯ換算量及びＳｉＯ２換算量を示す。
１．３ 第３工程
第２工程の後で、転炉を傾動することで炉内のスラグの中間排滓を行った。このとき、中間排滓量を秤量器により測定した。測定した中間排滓量から中間排滓率を特定した。具体的には、地金分を補正した秤量器により計測した秤量値を、第２工程における装入物から事前に求めておいたスラグ量で除すことによって、第３工程における中間排滓率を求めた。
第２工程の後で、転炉を傾動することで炉内のスラグの中間排滓を行った。このとき、中間排滓量を秤量器により測定した。測定した中間排滓量から中間排滓率を特定した。具体的には、地金分を補正した秤量器により計測した秤量値を、第２工程における装入物から事前に求めておいたスラグ量で除すことによって、第３工程における中間排滓率を求めた。
下記表１及び３に、第３工程における中間排滓率を示す。
１．４ 第４工程
第３工程の後で、炉内に第２フラックスとしてＣａＯを含むフラックスを投入し、２回目の脱りん吹錬を実施した。
第３工程の後で、炉内に第２フラックスとしてＣａＯを含むフラックスを投入し、２回目の脱りん吹錬を実施した。
下記表１に、第４工程が終了した時点における溶銑温度、溶銑組成及びスラグ組成を示す。また、下記表２に、第４工程のために新たに投入したＣａＯの量を示す。さらに、下記表３に、第２フラックスにおけるＣａＯ換算量及びＳｉＯ２換算量を示す。第４工程においては、ＳｉＯ２源を投入していないことから、ＳｉＯ２換算量は０ｋｇである。
１．５ 第５工程
第４工程の後で、転炉を傾動することで炉内のスラグの中間排滓を再度行った。このとき、中間排滓量を秤量器により測定した。測定した中間排滓量から中間排滓率を特定した。地金分を補正した秤量器により計測した第５工程における中間排滓量を、第５工程におけるスラグ量で除すことによって、第５工程における中間排滓率を特定した。ここで、第３工程後に炉内に残留するスラグ量、すなわち、第２工程後における装入物から事前に求めておいたスラグ量から、地金分を補正した秤量器により計測した中間排滓量を差し引いた値に、第４工程で装入したフラックス量を加えた値を第５工程におけるスラグ量とした。
第４工程の後で、転炉を傾動することで炉内のスラグの中間排滓を再度行った。このとき、中間排滓量を秤量器により測定した。測定した中間排滓量から中間排滓率を特定した。地金分を補正した秤量器により計測した第５工程における中間排滓量を、第５工程におけるスラグ量で除すことによって、第５工程における中間排滓率を特定した。ここで、第３工程後に炉内に残留するスラグ量、すなわち、第２工程後における装入物から事前に求めておいたスラグ量から、地金分を補正した秤量器により計測した中間排滓量を差し引いた値に、第４工程で装入したフラックス量を加えた値を第５工程におけるスラグ量とした。
下記表１及び３に、第５工程における中間排滓率を示す。
１．６ 第６工程
第５工程の後で、炉内に第３フラックスを投入して脱炭吹錬を実施した。ここで、下記（１）で示される装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が所定の値となるように、中間排滓率に応じてＣａＯ源及びシリカ源の投入量を調整した。
第５工程の後で、炉内に第３フラックスを投入して脱炭吹錬を実施した。ここで、下記（１）で示される装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が所定の値となるように、中間排滓率に応じてＣａＯ源及びシリカ源の投入量を調整した。
下記表１に、第６工程が終了した時点における溶鋼温度、溶鋼組成及びスラグ組成を示す。また、下記表２に、第６工程のために新たに投入したＣａＯの量、ＳｉＯ２の量、及び、第６工程で生成したスラグ量を示す。さらに、下記表３に、第３フラックスにおけるＣａＯ換算量及びＳｉＯ２換算量、並びに、下記式（１）から算出された装入ＣａＯ／ＳｉＯ２の値を示す。
Ｃ４：第２フラックスにおけるＣａＯ換算量（ｋｇ）
Ｃ６：第３フラックスにおけるＣａＯ換算量（ｋｇ）
Ｓ２：第１フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
Ｓ４：第２フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
Ｓ６：第３フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
α３：第３工程における中間排滓率（％）
α５：第５工程における中間排滓率（％）
２．実施例２～５、比較例１及び４
表１～３に示される条件にて第１工程～第６工程を行った。
表１～３に示される条件にて第１工程～第６工程を行った。
３．比較例２及び３
表１～３に示される条件にて第１工程、第２工程、第３工程及び第６工程を行った。第４工程及び第５工程については省略した。
表１～３に示される条件にて第１工程、第２工程、第３工程及び第６工程を行った。第４工程及び第５工程については省略した。
４．評価結果
下記表４に、実施例１～５、比較例１～４の各々について、第４工程及び第５工程の有無、装入ＣａＯ／ＳｉＯ２、脱炭スラグの実際の塩基度、脱炭中に滓化しなかったＣａＯの量（装入ＣａＯ／ＳｉＯ２と脱炭スラグの実際の塩基度との差分から特定）、脱炭初期のスロッピングの有無、最終的に得られる溶鋼中のＰ濃度、一連の工程を経ることで系外に排出された総スラグ量（系外排出総スラグ量）、及び、一連の工程において新たに投入したＣａＯの総量を各々示す。尚、「系外排出総スラグ量」は、第３工程及び第５工程での中間排滓により炉外へ排滓したスラグの重量と、第６工程終了後に炉内スラグ量を上記表２の量になるように調整した際に炉外へ排滓されたスラグの重量との積算値とした。
下記表４に、実施例１～５、比較例１～４の各々について、第４工程及び第５工程の有無、装入ＣａＯ／ＳｉＯ２、脱炭スラグの実際の塩基度、脱炭中に滓化しなかったＣａＯの量（装入ＣａＯ／ＳｉＯ２と脱炭スラグの実際の塩基度との差分から特定）、脱炭初期のスロッピングの有無、最終的に得られる溶鋼中のＰ濃度、一連の工程を経ることで系外に排出された総スラグ量（系外排出総スラグ量）、及び、一連の工程において新たに投入したＣａＯの総量を各々示す。尚、「系外排出総スラグ量」は、第３工程及び第５工程での中間排滓により炉外へ排滓したスラグの重量と、第６工程終了後に炉内スラグ量を上記表２の量になるように調整した際に炉外へ排滓されたスラグの重量との積算値とした。
表１～３に示される条件と、表４に示される結果とから、以下のことが分かる。
（１）まず、実施例１、２と比較例１、４との比較から以下のことが分かる。すなわち、式（１）により算出した装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が４．５を超えたとしても、第６工程のスラグの分析値より求めた実塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２（質量比））は４．５超とはならない。これは、装入ＣａＯ／ＳｉＯ２を４．５超とするとＣａＯ量に対してＳｉＯ２量が相対的に不足するために、投入したＣａＯが滓化し難くなるためである。その結果、比較例１、４においては、滓化した一部のＣａＯのみが脱りん反応に寄与し、脱りん量は増加しなかった。むしろ、比較例１ではＣａＯの滓化が抑制された結果、脱りん量が低下した。また、比較例４では、ＣａＯの滓化が抑制された分、系外排出総スラグ量や新規ＣａＯ量が増加した。一方、実施例１、２においては、第６工程においてＳｉＯ２源を投入して装入ＣａＯ／ＳｉＯ２を４．５以下とすることで、滓化したＣａＯを増加させることができ、脱りん反応に寄与する有効なスラグ量を増大させることができた。結果、比較例１と比べて［％Ｐ］を低下させることができた。また、比較例４と比べて、系外排出総スラグ量や新規ＣａＯ量を低減することができた。
（２）実施例１、２と比較例２との比較から以下のことが分かる。すなわち、同程度の［％Ｐ］（≒０．０１５）を溶製する場合、脱りん及び排滓を１段階のみ行った比較例２に対し、脱りん及び排滓を２段階で行った実施例１、２では、必要ＣａＯ量およびＳｉＯ源を適切に調整することで、系外排出スラグ量および必要ＣａＯ量を低減できた。
（３）実施例３、４と比較例３との比較から以下のことが分かる。すなわち、溶製負荷の高い［％Ｐ］（≒０．０１０）を溶製する際も、脱りん及び排滓を２段階で行ったほうが、系外排出スラグ量および必要ＣａＯ量を低減できた。
（４）脱りん及び排滓を１段階のみ行い、且つ、［％Ｐ］を低下させるためにスラグ量を増加させた比較例３では、第６工程の際に転炉内に残留するスラグが多く、第６工程初期においてスロッピングが観察された。一方で、実施例１～４ではいずれもスロッピングは観察されなかった。
（５）実施例１～４と実施例５との比較から、第１フラックスとして前ヒートの脱炭スラグを用いた場合でも、用いない場合でも、同様の効果が奏されることが分かる。
（１）まず、実施例１、２と比較例１、４との比較から以下のことが分かる。すなわち、式（１）により算出した装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が４．５を超えたとしても、第６工程のスラグの分析値より求めた実塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２（質量比））は４．５超とはならない。これは、装入ＣａＯ／ＳｉＯ２を４．５超とするとＣａＯ量に対してＳｉＯ２量が相対的に不足するために、投入したＣａＯが滓化し難くなるためである。その結果、比較例１、４においては、滓化した一部のＣａＯのみが脱りん反応に寄与し、脱りん量は増加しなかった。むしろ、比較例１ではＣａＯの滓化が抑制された結果、脱りん量が低下した。また、比較例４では、ＣａＯの滓化が抑制された分、系外排出総スラグ量や新規ＣａＯ量が増加した。一方、実施例１、２においては、第６工程においてＳｉＯ２源を投入して装入ＣａＯ／ＳｉＯ２を４．５以下とすることで、滓化したＣａＯを増加させることができ、脱りん反応に寄与する有効なスラグ量を増大させることができた。結果、比較例１と比べて［％Ｐ］を低下させることができた。また、比較例４と比べて、系外排出総スラグ量や新規ＣａＯ量を低減することができた。
（２）実施例１、２と比較例２との比較から以下のことが分かる。すなわち、同程度の［％Ｐ］（≒０．０１５）を溶製する場合、脱りん及び排滓を１段階のみ行った比較例２に対し、脱りん及び排滓を２段階で行った実施例１、２では、必要ＣａＯ量およびＳｉＯ源を適切に調整することで、系外排出スラグ量および必要ＣａＯ量を低減できた。
（３）実施例３、４と比較例３との比較から以下のことが分かる。すなわち、溶製負荷の高い［％Ｐ］（≒０．０１０）を溶製する際も、脱りん及び排滓を２段階で行ったほうが、系外排出スラグ量および必要ＣａＯ量を低減できた。
（４）脱りん及び排滓を１段階のみ行い、且つ、［％Ｐ］を低下させるためにスラグ量を増加させた比較例３では、第６工程の際に転炉内に残留するスラグが多く、第６工程初期においてスロッピングが観察された。一方で、実施例１～４ではいずれもスロッピングは観察されなかった。
（５）実施例１～４と実施例５との比較から、第１フラックスとして前ヒートの脱炭スラグを用いた場合でも、用いない場合でも、同様の効果が奏されることが分かる。
以上の通り、実施例１～５に係る転炉精錬方法は、脱炭吹錬初期におけるスロッピングを抑制し易く、脱炭吹錬後の溶鋼中のＰを安定的に低下させることができ、系外に排出されるスラグ量を低減し易いことが分かった。
１０ 溶銑
１１ １段階目の脱りん溶銑
１２ ２段階目の脱りん溶銑
１３ 溶鋼
２１ 第１フラックス
２２ 第２フラックス
２３ 第３フラックス
３１ スラグ
３２ スラグ
３３ スラグ
１００ 転炉
１１ １段階目の脱りん溶銑
１２ ２段階目の脱りん溶銑
１３ 溶鋼
２１ 第１フラックス
２２ 第２フラックス
２３ 第３フラックス
３１ スラグ
３２ スラグ
３３ スラグ
１００ 転炉
Claims (4)
- 転炉の内部に溶銑を装入する、第１工程、
前記第１工程の後で、前記転炉内の前記溶銑に対して、塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ ２ が０．９以上１．４以下である第１フラックスを用いつつ１段階目の溶銑脱りんを行う、第２工程、
前記第２工程の後で、前記転炉内のスラグの４０％以上７０％以下を前記転炉外に排滓する、第３工程、
前記第３工程の後で、前記転炉内に第２フラックスを追加したうえで２段階目の溶銑脱りんを行う、第４工程、
前記第４工程の後で、前記転炉内のスラグの４０％以上７０％以下を前記転炉外に排滓する、第５工程、及び、
前記第５工程の後で、前記転炉内に第３フラックスを追加したうえで脱炭を行う、第６工程、
を備え、
前記第３フラックスがＣａＯ源とＳｉＯ２源とを含み、
下記式（１）で定義される装入ＣａＯ／ＳｉＯ２が３．０以上４．５以下である、
転炉精錬方法。
Ｃ４：前記第２フラックスにおけるＣａＯ換算量（ｋｇ）
Ｃ６：前記第３フラックスにおけるＣａＯ換算量（ｋｇ）
Ｓ２：前記第１フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
Ｓ４：前記第２フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
Ｓ６：前記第３フラックスにおけるＳｉＯ２換算量（ｋｇ）
α３：前記第３工程における中間排滓率（％）
α５：前記第５工程における中間排滓率（％） - 秤量器により、又は、排出スラグの体積に基づいて、前記第３工程又は前記第５工程における前記中間排滓率を少なくとも一度実測する、
請求項１に記載の転炉精錬方法。 - 前記第６工程において前記転炉内に追加される前記第３フラックスの量が、ＣａＯ換算で、８ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以上２５ｋｇ／ｔｏｎ－ｓｔｅｅｌ以下である、
請求項１又は２に記載の転炉精錬方法。 - 前記第６工程の後で、前記第６工程で生成したスラグを前記転炉内に残したまま出鋼を行う、第７工程、及び、
前記第７工程の後で、前記転炉内の前記スラグの推定Ｐ２Ｏ５成分量と、次ヒートの鋼のＰ成分目標値との少なくとも一方に基づいて、前記転炉内の前記スラグの全量を前記転炉内に残留させる処置、又は、前記転炉内の前記スラグの一部を前記転炉内に残留させつつその他を排滓する処置、のいずれかを選択して実行する、第８工程、
を備え、
前記第８工程の後で、前記転炉内に前記スラグを残留させたまま、次ヒートの第１工程を行う、
請求項１～３のいずれか１項に記載の転炉精錬方法。
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