JP7508022B2

JP7508022B2 - 精錬方法

Info

Publication number: JP7508022B2
Application number: JP2022081746A
Authority: JP
Inventors: 吉紀鶴田; 岳彦 ▲高▼橋; 大和三代
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2024-07-01
Anticipated expiration: 2042-05-18
Also published as: JP2023001041A

Description

本発明は、精錬方法に関する。

転炉型精錬炉（「転炉」ともいう。）を用いた精錬処理においては、溶銑に対して、脱珪処理→脱リン処理→脱炭処理のように精錬反応を進行させて、溶鋼が生成される。このような精錬処理（製鋼処理）では、従来、脱リン処理までが行われる溶銑予備処理を行う転炉と、溶銑予備処理された溶銑を脱炭する転炉とを分けて使用する製鋼処理（２つの転炉を用いる製鋼処理）と、脱珪処理から脱炭処理までを一つの転炉で処理する製鋼処理（１つの転炉を用いる製鋼処理）の、２種類の精錬方法が実施されている。

このうち、２つの転炉を用いる製鋼処理では、溶鋼の溶製までに２回以上の転炉装入が必要となり、熱ロスが大きくなるものの、脱リン反応を高効率化出来るため、精錬用フラックス使用量を低減することができる。一方、１つの転炉を用いる製鋼処理では、溶鋼の溶製までに必要な転炉装入回数は１回のみであるため、熱ロスが少なく、さらに稼働する転炉数を減らせるというメリットがある。これらの精錬処理は、双方に利点と欠点とがあり、前後工程の生産能力や製鉄所レイアウトなどの環境により、適切となる方法が選択され、実施されている。

また、近年は上述の両方の製鋼処理において、脱珪処理の終了後に吹錬を中断し、スラグを中間排滓し、その後の脱リン反応効率を高める精錬方法が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されている方法では、中間排滓にてフォーミング（膨張）したスラグを転炉の炉口より、溶銑が流出し始めるまで排滓する。このとき、排滓率（％）（＝排滓したスラグ量（ｔ）／排滓前のスラグ量（ｔ）×１００）が高いほど、次処理の脱リン処理における、スラグ中のＣａＯ濃度／ＳｉＯ_２濃度の比（「塩基度」ともいう。）を高くするために必要なフラックス使用量を少なくすることができる。

特開２０１３－１６７０１５号公報

ところで、特許文献１に記載の処理方法では、中間排滓後の脱リン処理において、スラグの塩基度を高くすることが求められるが、脱珪処理で生じるスラグの塩基度は低いため、脱リン処理で追加する石灰系フラックスの量を削減するために中間排滓量を増やそうとすると、溶銑の流出量が増えてしまい、溶銑の歩留が低下する、という問題があった。

本発明は、転炉型精錬炉において中間排滓を伴う精錬処理において、溶銑の歩留の低下を防ぐことができる、精錬方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、転炉型精錬炉にて、溶銑に脱珪処理及び脱リン処理を行う精錬方法において、上記転炉型精錬炉に少なくとも上記溶銑を装入する装入工程と、上記溶銑へ送酸することで脱珪処理を行う脱珪工程と、上記脱珪工程の後、上記転炉型精錬炉を傾動させてスラグを排出する排滓工程と、上記排滓工程の後、上記溶銑へ送酸することで脱リン処理を行う脱リン工程と、を備え、上記装入工程では、上記転炉型精錬炉の転炉内容積をＶ（ｍ^３）としたときに、上記転炉型精錬炉１への原料銑鉄装入量Ｍ（ｔ）を、（１）式を満足する量とする、精錬方法が提供される。
Ｖ／Ｍ≧０．５５・・・（１）

本発明の一態様によれば、転炉型精錬炉において中間排滓を伴う精錬処理において、溶銑の歩留の低下を防ぐことができる、精錬方法が提供される。

本実施形態における脱珪工程又は脱リン工程における転炉型精錬炉を示す模式図である。排滓工程における転炉型精錬炉を示す模式図である。実施例の結果を示すグラフである。

以下の詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる場合が含まれる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

本発明の一実施形態に係る精錬方法では、図１及び図２に示すような転炉型精錬炉１において、転炉型精錬炉１に収容された溶銑２へ送酸を行うことで、脱珪処理及び脱リン処理が行われる。溶銑２への送酸は、図１に示すように、転炉型精錬炉１の炉口１０が上方を向いた直立させた状態で、上吹きランス３から酸素ガスが転炉型精錬炉１内の溶銑２に供給することで行われる。また、転炉型精錬炉１にて行われる脱珪処理及び脱リン処理を総称して予備処理ともいう。

本実施形態では、まず、転炉型精錬炉１に溶銑２を装入する（装入工程）。装入工程では、転炉型精錬炉１内に前回の溶銑２の予備処理において生成した脱燐処理終了後のスラグ（「脱燐処理後スラグ」ともいう。）を残留させたまま、装入鍋より新たな溶銑２を装入してもよく、その溶銑装入前に鉄スクラップなどの冷鉄源を装入した後に溶銑２を装入してもよい。予め装入する冷鉄源としては、日本鉄源協会の「鉄スクラップ検収統一規格」に規定されている鉄スクラップの他、直接還元鉄、冷銑などの鉄を主成分とするものでもよい。なお、転炉型精錬炉１を用いた鉄鋼精錬工程においては、冷鉄源は炉内への装入後まもなく溶解して溶銑２となるため、装入した溶銑の重量（「溶銑重量」ともいう。ｌ）と冷鉄源の重量（「冷鉄源量」ともいう。）との和が、原料銑鉄装入量として表される。なお、転炉型精錬炉１に装入される溶銑と冷鉄源とをまとめて、原料銑鉄ともいう。

また、装入工程では、転炉型精錬炉１の内容積をＶ（ｍ^３）としたときに、原料銑鉄装入量Ｍ（ｔ）を、（１）式を満足する量とする。
Ｖ／Ｍ≧０．５５・・・（１）

装入工程の後、転炉型精錬炉１に装入された溶銑２へ送酸することで、溶銑２に含有される珪素を酸化除去する脱珪処理を行う（脱珪工程）。脱珪工程では、上吹きランス３を介して溶銑２に酸素ガスを供給することで脱珪処理が行われる。この際、転炉型精錬炉１に、珪素源や石灰系フラックスなどの副原料が添加されてもよい。また、脱珪工程において脱珪処理が終了した転炉型精錬炉１の炉内には、脱珪工程にて発生したスラグ４が収容される。このスラグ４は、予め装入されている脱燐処理後スラグや、投入される副原料、脱珪処理により生じるＳｉＯ_２等が含まれる。

脱珪工程の後、転炉型精錬炉１の炉内に収容されたスラグ４を炉外に排出する、中間排滓が行われる（排滓工程）。排滓工程では、図２に示すように、転炉型精錬炉１を傾動することにより、転炉型精錬炉１の炉口１０からスラグ４を流出させる。また、排滓工程は、溶銑２の流出が起こる直前で終了することが好ましい。スラグ４は、溶銑２よりも比重が小さく溶銑２の上に浮遊しているため、転炉型精錬炉１の傾動によって、溶銑２よりも先に炉口１０から流出する。しかし、スラグ４の厚みが小さくなると、図２に示すように、スラグ－溶銑界面にて発生するスラグ流からのずり応力により溶銑２がスラグ４中へ巻き込まれ、溶銑２の流出が起こる。また、スラグ４が流出する炉口１０のレベルと、スラグ－溶銑界面とが近づくほどずり応力は大きくなるため、炉内に残されたスラグ４の厚さ（「炉内残スラグ厚さ」ともいう。）がある程度の厚みにまで低下すると溶銑が流出する。このため、排滓工程において、溶銑２を流出させずに、スラグ４のみを全量流出させることはできない。

ここで、ずり応力により溶銑２の流出が発生するときの炉内残スラグ厚さは、数ｍｍ単位でばらつくものの、ほぼチャージ（処理単位）毎で一定となる。したがって、スラグ４の比重を小さくすることで、溶銑２が流出し始める時点における炉内のスラグ量を少なくすることができる。このため、一般的には、排滓処理開始前のスラグ４を意図的にフォーミングさせてスラグ４の比重を小さくする方法が行われる。スラグ４のフォーミングの調整は、フォーミングを律するＣＯガス発生速度を、送酸速度（Ｎｍ^３／ｈ）及び送酸量（Ｎｍ^３）を変化させることで調整し行われる。

しかし、スラグ４をフォーミングさせて転炉内容積Ｖの内の、溶銑２の占める体積以外の領域全体にまでスラグ４が充満してしまうと、それ以上フォーミングさせた場合に転炉型精錬炉１の炉口１０からスラグ４が溢れ出てしまい、周辺機器の損傷といった問題が生じる。したがって、スラグ４の比重はある程度以下には下げることができない。

また、後述する脱リン工程では、スラグ中のＣａＯ濃度／ＳｉＯ_２濃度の比である塩基度を高くすることが求められる。しかし、脱珪工程で生じるスラグ４の塩基度は低いため、脱リン工程で追加する石灰系フラックスの量を削減するために中間排滓量を増やそうとすると、ずり応力による溶銑２の流出量が増えてしまい、溶銑２の歩留が低下するという問題が生じてしまう。

しかし、本実施形態では、装入工程において、（１）式を満たすように、溶銑２を装入することで、溶銑２の流出を抑えながらも、大量のスラグ４を排出することができる。（１）式のＶ／Ｍの値が小さい場合、転炉内容積Ｖに対して原料銑鉄装入量Ｍが比較的多いことになるため、スラグ４のフォーミングを促進してスラグ体積を大きくしたときに、転炉型精錬炉１内における原料銑鉄以外の空間が小さくなる。このため、炉口１０からスラグ４やメタル（溶銑２）が吹き上げられて炉外へ流出する現象である、スロッピングが生じ易くなる。このスロッピングを抑制するためには、スラグ４のフォーミングを抑える必要があり、その結果スラグ４の比重を十分小さくすることができない。そのため、スラグ４を排出する際に、ずり応力により溶銑２の流出がないぎりぎりの角度まで転炉型精錬炉１を傾動したときに、炉内に残っているスラグ４の質量は大きくなってしまう。

一方、（１）式のＶ／Ｍの値が大きい場合、上述のスロッピングが生じるぎりぎりまでフォーミングをさせたときに、転炉型精錬炉１内における原料銑鉄以外の空間が大きくなるため、スラグ４の比重をより小さくすることができる。つまり、転炉型精錬炉１内に残っているスラグ４の質量を小さくすることができ、その後の脱リン処理における脱リン特性を向上させることができる。その結果、脱炭処理において必要な精錬用フラックス量及び生成スラグ量が低減する為、溶銑２のスラグロスが低減する。従って、転炉工程における溶銑の歩留が向上する。また、中間排滓にて排出されるスラグ４（「脱珪スラグ」ともいう。）中に巻き込まれる溶銑２の量を低減することができるため、脱珪スラグを再利用する際の鉄分の分離等の手間を省略することが可能となり、製鋼工程全体での省力化及び省コスト化が可能となる。

なお、溶銑２の歩留が向上するため、（１）式のＶ／Ｍの値は大きいほど好適である。しかし、Ｖ／Ｍの値が大きいことは、転炉型精錬炉１内で処理される溶銑２の量が少ないことになるため、生産性が低下する可能性がある。現実的には、Ｖ／Ｍは０．９以下程度、より好ましくは０．８以下程度で操業することが好ましい。さらに、Ｍが減少するほど炉内へ付着する地金の割合が増加し、かつスラグ中へロスする鉄分の割合が増加するため、Ｖ／Ｍはより好ましくは０．７５未満であり、さらに好ましくは０．６０未満である。

排滓工程の後、転炉型精錬炉１に装入された溶銑２へ送酸することで、溶銑２に含有されるリン（燐）を酸化除去する脱リン処理を行う（脱リン工程）。脱リン工程では、上吹きランス３を介して溶銑２に酸素ガスを供給することで脱リン処理が行われる。この際、転炉型精錬炉１には、石灰系フラックスが添加される。また、脱リン工程では、添加される石灰系フラックスや炉内に残っていた脱珪スラグによってスラグ４が生成される。脱リン工程で発生するスラグ４は、脱リンスラグともいう。

以上の工程を経ることで、溶銑２の予備処理である脱珪処理及び脱リン処理が行われる。転炉型精錬炉１による予備処理の後は、予備処理が施された溶銑２に脱炭処理を施すことで、溶鋼が製造される。この際、予備処理を行った転炉型精錬炉１から溶銑２を排出させた後、他の転炉型精錬炉で脱炭処理が行われてもよく、予備処理を行った転炉型精錬炉１で引き続き脱炭処理が行われてもよい。

以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。

例えば、上記実施形態では、脱珪処理及び脱リン処理では上吹きランス３から酸素ガスを供給することで送酸を行うとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、上吹きランス３に加えて、転炉型精錬炉１の底部に設けられた底吹き羽口から酸素ガスの供給が行われてもよい。

本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、設計処理能力３５０ｔ／チャージの転炉型精錬炉１について、炉内の耐火物の補修を行った状態（使用開始時）からの中間排滓を行なう溶銑２の予備処理を繰り返し行った。転炉型精錬炉１の転炉内容積Ｖは精錬処理を繰り返すにつれて耐火物の損耗により大きくなっていくため、１０チャージ毎に炉内レンガのプロフィールを測定し、転炉内容積Ｖの変化を把握した。また、転炉型精錬炉１は、上記実施形態の予備処理のみを行うものとし、脱炭処理については他の転炉型精錬炉にて行った。

各チャージでの排滓工程においては、転炉型精錬炉１を傾転させて炉口１０からスラグを排滓し、溶銑２が流出し始めるぎりぎりまで排滓を行った。ただし、次工程の脱リン工程で要求される最終リン濃度が低い鋼種の場合は、脱リン工程で生成されるスラグ４の塩基度を高くするために、添加する石灰系フラックスの量を低減することを目的としてできるだけ排滓量が増えるように操作した。

これらの操業結果を、図３に示す。図３の横軸は「転炉内容積Ｖ（ｍ^３）／原料銑鉄装入量Ｍ（ｔ）」である。原料銑鉄装入量は、上記実施形態と同様に、装入工程において転炉へ装入された冷鉄源量（ｔ）と溶銑重量（ｔ）との和である。図３の縦軸は、出湯歩留指標を表している。出湯歩留指数とは「脱炭精錬後の溶鋼量Ｓ（ｔ）／原料銑鉄装入量Ｍ（ｔ）」で求める数値であり、数値が大きい方ほど歩留が高いことを示している。

実施例では、１０チャージ毎に行われる測定から求められたプロフィールの変化から、１チャージ毎に求められる転炉内容積Ｖの値を用いた。また、原料銑鉄装入量は、各チャージでの実績装入量から計算した。したがって、これらの計算には、転炉型精錬炉１にて通常取り除かれる不純物の焼べり分が含まれているが、チャージごとのばらつきは少ないため、内数とすることを許容している。

図３に示すように、転炉内容積Ｖ（ｍ^３）／原料銑鉄装入量Ｍ（ｔ）が０．５５を下まわると歩留が急激に低下していくことが分かる。この結果から、転炉型精錬炉１への原料銑鉄装入量Ｍについて、（１）式を満足する量とすることで鉄歩留を高く維持できることが確認できた。

１転炉型精錬炉
１０炉口
２溶銑
３上吹きランス
４スラグ

Claims

転炉型精錬炉にて、溶銑に脱珪処理及び脱リン処理を行う精錬方法において、
前記転炉型精錬炉に少なくとも前記溶銑を装入する装入工程と、
前記溶銑へ送酸することで脱珪処理を行う脱珪工程と、
前記脱珪工程の後、前記転炉型精錬炉を傾動させてスラグを排出する排滓工程と、
前記排滓工程の後、前記溶銑へ送酸することで脱リン処理を行う脱リン工程と、
を備え、
前記装入工程では、前記転炉型精錬炉の転炉内容積をＶ（ｍ^３）としたときに、前記転炉型精錬炉への原料銑鉄装入量Ｍ（ｔ）を、（１）式を満足する量とし、
前記排滓工程は、炉内残スラグ厚さが、ずり応力により前記溶銑の流出が発生するときの炉内残スラグ厚さとなる直前で終了する、精錬方法。
０．６０＞Ｖ／Ｍ≧０．５５・・・（１）
前記装入工程では、前記溶銑に加えて冷鉄源が添加され、
前記原料銑鉄装入量Ｍは、装入された溶銑重量と冷鉄源量との和である、請求項１に記載の精錬方法。