JP7823629B2 - 転炉炉口地金の除去方法および転炉の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉内に溶鉄が存在する状態で、転炉の炉口に付着した地金に酸素ガスを吹き付けて当該地金を溶解除去する転炉炉口地金の除去方法および転炉の操業方法に関する。

転炉を用いる溶鉄の精錬では、上吹きランスを炉口から炉内に挿入し、この上吹きランスから高純度の酸素ガスを転炉内の溶鉄に向けて吹き付け、溶鉄中の不純物を取り除くとともに、溶鉄中の炭素を酸化反応により除去する。溶鉄の精錬では、高速の酸素ガスの吹き付けにより、溶鉄の一部が上方に吹き飛ばされて炉口に付着し、急冷されることで炉口付近に凝固、堆積する。さらに、精錬が終了し、出鋼または排滓作業で炉を傾動させることによっても、溶鉄の一部が炉口付近に凝固、堆積する。炉口付近の地金の付着量が増えると、当該地金によって炉口径が狭められてしまうので、炉口から装入される鉄スクラップや溶銑、副原料の装入が困難になる。また、炉口付近に地金が付着すると、その付着分の溶鋼が得られなくなることから転炉の出鋼歩留が低下する。

このように、転炉の炉口に地金が付着すると様々な問題が発生することから、炉口に付着した地金を除去する技術が求められている。地金を除去する技術として、特許文献１には、転炉型精錬炉の非精錬時に、酸素供給路を内部に有する地金溶解ランスを用いて酸素ガスを炉口に付着した地金に吹き付けて当該地金を除去する炉口地金の除去方法が開示されている。

特開平１０－２５１７３５号公報

特許文献１に開示されている技術では、非精錬時に炉口に付着した地金に酸素ガスを吹き付けて当該地金を溶解除去している。このため、地金を溶解除去している間は転炉が使用できなくなるので、当該転炉の生産性が低下するという課題があった。本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされた発明であり、その目的は、転炉の生産性の低下を抑制しつつ転炉の炉口に付着した地金を除去できる転炉炉口地金の除去方法および転炉の操業方法を提供することである。

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］転炉の炉口に付着した地金に酸素ガスを吹き付けて、前記地金を溶解除去する転炉炉口地金の除去方法であって、前記転炉内に溶湯が存在する状態で、前記地金に酸素ガスを吹き付ける、転炉炉口地金の除去方法。
［２］溶鉄の精錬に用いられる上吹きランスであって、先端部に前記酸素ガスを半径方向に噴出させるアタッチメントを取り付けた前記上吹きランスを用いて、前記地金に前記酸素ガスを吹き付ける、［１］に記載の転炉炉口地金の除去方法。
［３］脱炭精錬中に前記地金に前記酸素ガスを吹き付ける、［１］または［２］に記載の転炉炉口地金の除去方法。
［４］脱炭精錬を開始してから予め定められた時間が経過した後に、前記地金に前記酸素ガスを吹き付ける、［３］に記載の転炉炉口地金の除去方法。
［５］前記時間は、前記脱炭精錬を開始してから前記脱炭精錬によって溶鉄の炭素濃度が予め定められた炭素濃度以下になるまでの時間である、［４］に記載の転炉炉口地金の除去方法。
［６］［１］から［５］のいずれかに記載の転炉炉口地金の除去方法で前記地金を除去しつつ、底吹き羽口から酸素ガスを導入して脱炭精錬を継続する、転炉の操業方法。

本発明によれば、転炉内に溶湯が存在する状態で炉口付近に付着した地金に酸素ガスを吹き付けて当該地金を溶解除去するので、転炉の生産性の低下を抑制しつつ転炉の炉口付近に付着した地金を除去できるようになる。

図１は、本実施形態に係る転炉炉口地金の除去方法が実施できる転炉設備を用いて溶鉄の脱炭精錬を実施している状態を示す断面模式図である。 図２は、転炉設備を用いて地金に酸素ガスを吹き付ける状態を示す断面模式図である。 図３は、図２のＡ部の拡大模式図である。 図４は、発明例と比較例の出鋼歩留を示すグラフである。 図５は、発明例と比較例のスクラップ原単位を示すグラフである。

以下、本発明を本発明の実施形態を通じて説明する。図１は、本実施形態に係る転炉炉口地金の除去方法が実施できる転炉設備１０を用いて溶鉄２２の脱炭精錬を実施している状態を示す断面模式図である。転炉設備１０は、転炉１２と、上吹きランス１４と、後述する地金溶融ランスとを有する。転炉１２は、底吹き羽口１６と底吹き羽口１６に撹拌用ガス２７を導入するガス導入管１８を有する。

図１に示す転炉設備１０では、炉口２０から炉内に装入された溶鉄２２に向けて、上吹きランス１４から酸素ガス（主に工業用純酸素ガス）を吹き付けることで、溶鉄２２の脱炭精錬が実施される。脱炭精錬では、溶鉄２２に含まれる炭素を上吹きランス１４から吹き付ける酸素ガス中の酸素と脱炭反応させることで溶鉄２２の炭素濃度を低下させ、溶鉄２２の炭素濃度を目標とする炭素濃度の範囲内に調整する。脱炭精錬では、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１２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溶融スラグ２４が形成される。本実施形態では溶鉄２２と溶融スラグ２４とを合わせて溶湯２６と記載する。なお、溶鉄２２は、溶銑および溶鋼のいずれであってもよく、また、これらに溶融した冷鉄源が含まれていてもよい。また、上吹きランス１４から吹き付ける酸素ガスは、例えば、酸素濃度が９９．５体積％以上の酸素ガスである。

転炉１２の炉口２０付近には溶鉄２２の飛散粒子が付着し、堆積することで地金２８が形成される。炉口２０付近に付着した地金２８は転炉１２の操業を継続することによって肥大化する。この地金２８が大きくなると、溶鉄２２および鉄スクラップの転炉１２内への装入を阻害する。これを防止するためには、炉口２０付近に付着した地金２８が大きくなる前に、付着した地金２８を溶解除去することが必要になる。

本実施形態に係る転炉炉口地金の除去方法では、転炉１２内に溶湯２６が存在する状態で炉口２０付近に付着した地金２８に酸素ガス（主に工業用純酸素ガス）を吹き付けて当該地金２８を溶解除去する。図１に示すように、転炉設備１０を用いて溶鉄２２の脱炭精錬を実施している場合には、予め精錬用の上吹きランス１４と地金溶解ランスとを準備しておき、脱炭精錬中に上吹きランス１４を地金溶解ランスに交換し、当該地金溶解ランスから地金２８に酸素ガスを吹き付けて当該地金２８を溶解除去する。ここで、上吹きランス１４を地金溶解ランスに交換するとは、予め転炉１２の上方に地金溶解ランスを使用可能な状態で準備しておき、当該地金溶解ランスと上吹きランス１４との位置を変更し、上吹きランス１４に代えて地金溶解ランスを転炉１２内に挿入するという意味である。

図２は、転炉設備１０を用いて地金２８に酸素ガスを吹き付ける状態を示す断面模式図である。図２に示すように、上吹きランス１４を地金溶解ランス３０に交換し、当該地金溶解ランス３０から炉口２０付近に付着した地金２８に酸素ガスを吹き付ける。これにより、脱炭精錬によって生じた転炉ガスが二次燃焼すること、地金２８が酸化発熱することによって炉口２０付近に付着した地金２８を溶解除去し、当該地金２８を回収できる。地金溶解ランス３０から地金２８に吹き付ける酸素ガスの流量は、溶湯２６の温度低下によって転炉１２からの溶鉄２２の排出が困難になったり、溶鉄２２の排出時に炉口２０への地金の再付着が発生しないように、短時間で地金２８を溶解除去できる流量にすることが好ましい。また、地金２８に吹き付ける酸素ガスも、例えば、酸素濃度が９９．５体積％以上の酸素ガスである。

また、地金溶解ランス３０の高さは、酸素ガスの吹き付けによって形成される火炎の最大発熱部が、地金２８が付着した位置になるように、地金２８の付着状況に対応して調整することが好ましい。一方、地金溶解ランス３０の高さを高くし過ぎて地金２８が付着していない炉口２０に酸素ガスを吹き付けると、内部水冷構造を有する転炉付帯設備(スカート)に酸素が直接吹き付けられ、または、溶解した地金が飛び散る(スプラッシュ)ことで、スカートの鉄皮が局所的に溶解して水漏れが発生する場合があるので好ましくない。また、地金溶解ランス３０の高さを低くし過ぎて地金２８が付着していない耐火物に酸素ガスを吹き付けると、当該耐火物が溶損する場合があるので好ましくない。

地金２８の溶解除去中においても底吹き羽口１６から撹拌用ガス２７として酸素ガスを溶鉄２２に導入して脱炭精錬を継続し、目標とする炭素濃度の範囲内に溶鉄２２の炭素濃度が低下したら、溶鉄２２の脱炭精錬を終了する。なお、地金２８の溶解除去後においては、地金溶解ランス３０を上吹きランス１４に交換してもよく、地金溶解ランスを上吹きランス１４に交換しなくてもよい。地金２８の溶解除去後に地金溶解ランス３０を上吹きランス１４に交換する場合は、当該上吹きランス１４から再び酸素ガスを溶鉄２２に吹き付けて、溶鉄２２の脱炭精錬を継続してもよい。一方、地金２８の溶解除去後に地金溶解ランス３０を上吹きランス１４に交換しない場合は、上述したように、底吹き羽口１６から酸素ガスを溶鉄２２に導入することで脱炭精錬を継続する。

このように、本実施形態に係る転炉炉口地金の除去方法では、転炉１２内に溶湯２６が存在する状態で酸素ガスを地金２８に吹き付けて当該地金２８を溶解除去する。これにより、転炉１２を使用しながら地金２８を除去できるので転炉設備１０の生産性の低下を抑制できる。さらに、転炉１２内に溶湯２６が存在する状態で地金２８を溶解除去することで、当該地金を溶鉄２２に回収できるので、転炉操業における出鋼歩留の低下も抑制できる。

なお、上記実施形態では、地金２８の溶解除去中に底吹き羽口１６から酸素ガスを導入する例を示したが、これに限らず、溶解除去中に底吹き羽口１６から酸素ガスを導入しなくてもよい。底吹き羽口１６から酸素ガスを導入しなくても、地金２８の溶解除去により回収される酸化鉄由来の酸素により溶鉄２２の脱炭精錬が進行する。また、脱炭精錬後期は、溶鉄２２中の炭素拡散が脱炭反応の律速になるので、地金溶解ランス３０に交換した後も溶鉄２２の脱炭精錬が進行する。このように、底吹き羽口１６から酸素ガスを導入しなくても脱炭精錬が進行することから、転炉１２内に溶湯２６が存在する状態で酸素ガスを地金２８に吹き付けて当該地金２８を溶解除去することで、転炉設備１０の生産性の低下を抑制できることがわかる。但し、地金２８の溶解除去中においても底吹き羽口１６から撹拌用ガス２７として酸素ガスを溶鉄２２導入することが好ましく、これにより、さらに転炉設備１０の生産性の低下を抑制できる。

さらに、溶鉄２２の脱炭精錬を開始してから予め定められた時間が経過した後に、上吹きランス１４を地金溶解ランス３０に交換し、炉口２０付近に付着した地金２８に酸素ガスを吹き付けて地金２８を溶解除去することが好ましい。酸素ガスを吹き付けて溶解除去した地金２８は酸素を大量に含む。このように酸素を大量に含む地金２８が炭素濃度の高い溶鉄に混入すると急激に脱炭反応が進行して突沸が起こり、炉内の溶鉄２２と溶融スラグ２４の混合物が炉口２０から吹き出すスピッティング（スロッピングともいう）が発生する。これに対して、脱炭精錬を開始してから予め定められた時間が経過した後においては、当該脱炭精錬により溶鉄２２の炭素濃度が低下している。このため、酸素を大量に含む地金２８が溶鉄２２に混入しても急激に脱炭反応が進行しないので、スピッティングが抑制される。このように、脱炭精錬を開始してから予め定められた時間が経過した後に地金２８を溶解除去することで、地金２８の溶解除去時に発生するスピッティングを抑制できる。

上述したように、スピッティングの発生は溶鉄２２の炭素濃度に依存する。このため、脱炭精錬を開始してから地金２８の溶解除去を開始するまでの時間は、脱炭精錬によって低下する溶鉄２２の炭素濃度に基づいて予め定めればよい。すなわち、当該時間は、脱炭精錬によって溶鉄２２の炭素濃度が予め定められた炭素濃度以下になるまでの時間として予め定められる。なお、溶鉄２２の予め定められた炭素濃度は、例えば、１．０質量％以下である。脱炭精錬を開始してから溶鉄２２の炭素濃度が１．０質量％以下になるまで時間を経過させてから地金２８の溶解除去を開始することで、溶解除去した地金２８が溶鉄２２に混入してもスピッティングが発生しないことを確認している。この結果から、溶鉄２２の炭素濃度が１．０質量％以下になるまで時間が経過してから地金２８の溶解除去を開始することで、スピッティングの発生を防止しながら炉口２０に付着した地金２８を溶解除去できることがわかる。なお、地金２８の溶解除去を開始する溶鉄２２の炭素濃度は０．４質量％以下であることがより好ましい。

また、脱炭精錬の開始直後は溶鉄２２の温度が低く、このため、炉口２０付近の転炉ガスの温度も低くなる。このように炉口２０付近の転炉ガスの温度が低いと、地金２８に吹き付ける酸素ガス中の酸素が着火されづらくなる。このため、地金溶解ランス３０から地金２８に酸素ガスを吹き付けてもすぐに転炉ガスを二次燃焼させることができず、炉口２０に付着した地金２８を溶解除去するのに時間がかかるおそれがある。これに対して脱炭精錬を進行させると、脱炭反応は発熱反応なので、溶鉄２２の温度が上昇する。この溶鉄２２の温度上昇によって炉口２０付近の転炉ガスの温度も高くなるので、地金２８に吹き付ける酸素ガス中の酸素が着火されやすくなる。この結果、地金溶解ランス３０から地金２８に酸素ガスを吹き付けて転炉ガスを二次燃焼させやすくなり、短時間で炉口２０に付着した地金２８を溶解除去できるようになる。

次に、地金溶解ランス３０について説明する。図３は、図２のＡ部の拡大模式図である。図３（ａ）は、Ａ部の拡大模式図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。図３（ｂ）の矢印は、酸素ガスの噴出方向を示す。図３（a）、（ｂ）に示すように、地金溶解ランス３０は、溶鉄２２に精錬に用いられる上吹きランス１４と同じ構造のランスの先端部に、酸素ガスを当該ランスの半径方向に放射状に噴出させるアタッチメント３２を取り付けたランスである。なお、アタッチメント３２は、上吹きランス１４の先端部のランスチップの中心孔にボルトで締結されることで取り付けられてよい。

このような構成の地金溶解ランス３０を用いることで、炉口２０に付着した地金２８に酸素ガスを吹き付けて、当該地金２８を溶解除去できる。さらに、地金溶解ランス３０からアタッチメント３２を取り外せば精錬用の上吹きランス１４として使用できるので、仮に上吹きランス１４に水漏れ等のトラブルが発生した場合であっても、酸化精錬を継続できるようになる。

なお、本実施形態では脱炭精錬の例を用いて説明したが、溶湯２６が存在する状態で炉口２０に付着した地金２８を溶解除去するのであれば、脱炭精錬に限らず、溶鉄２２の脱珪処理や脱燐処理の予備処理であってもよい。これにより、地金２８の溶解除去中においても溶鉄２２の酸化精錬を進行させることができるので、転炉１２の生産性の低下を抑制できる。

図１、図２に示した転炉設備１０を用いて、転炉１２の炉口２０に付着した地金２８に酸素ガスを吹き付けて地金２８を溶解除去した実施例を説明する。発明例では、湯面から地金溶解ランス３０までの高さを４．４～４．６ｍに設定し、脱炭精錬中に当該位置から炉口２０に付着した地金に向けて３００Ｎｍ^３／ｍｉｎの工業用純酸素を吹き付け、且つ、底吹き羽口１６から４０Ｎｍ^３／ｍｉｎの工業用純酸素を導入して脱炭精錬を継続した。脱炭精錬後に炉口２０における地金２８の付着状況を確認した結果、炉口２０に付着した地金２８の付着量が減少した。この操業を１２チャージ実施した所、炉口地金除去作業回数が従来よりも３０％減少し、この結果、転炉設備１０の稼働率が０．５％向上した。これにより、転炉設備１０の生産性の低下が抑制できることが確認された。一方、比較例では、地金を溶解除去することなく脱炭精錬を行った。この操業を２０チャージ実施し、発明例および比較例の出鋼歩留とスクラップ原単位を確認した。出鋼歩留は下記（１）式を用いて求めた。
出鋼歩留（％）＝（出鋼量（ｔ）／転炉に装入した金属原料の重量（ｔ 但し、Ｃ、Ｓｉ等の酸化燃焼により鋼中から除去される原料の添加量を除く））×１００・・・（１）

図４は、発明例と比較例の出鋼歩留（％）を示すグラフである。図４に示すように、脱炭精錬中に地金２８を溶解除去していない比較例の出鋼歩留は９７．２％であった。この結果は、脱炭精錬中に溶鉄２２の一部が炉口２０に付着して地金となったため、出鋼歩留が低下したものと考えられる。一方、脱炭精錬中に地金２８を溶解除去した発明例の出鋼歩留は９９．９％であった。発明例においても脱炭精錬中に溶鉄２２の一部が炉口２０に付着して地金となったものの酸素ガスを吹き付けて溶解除去することで当該地金が回収され、この結果、高い出鋼歩留が実現できたものと考えられる。

図５は、発明例と比較例のスクラップ原単位（ｋｇ／ｔ）を示すグラフである。スクラップ原単位とは、１ｔの溶鋼を生産するのに使用されたスクラップ量（ｋｇ）である。図５に示すように、脱炭精錬中に地金２８を溶解除去していない比較例のスクラップ原単位は２３．４ｋｇ／ｔであった。この結果は、炉口２０に地金２８が付着し、炉口径が小さくなったために小さな装入シュートでスクラップを装入することになり、これにより、スクラップ原単位が少なくなった。一方、脱炭精錬中に地金２８を溶解除去した発明例では、通常の装入シュートでスクラップを装入できたので、比較例よりもスクラップ原単位が多くなった。これらの結果から、本実施形態に係る転炉炉口地金の除去方法および当該転炉炉口地金の除去方法を用いた転炉の操業方法を実施することで、転炉設備１０の生産性の低下が抑制できること、出鋼歩留を高められることおよびスクラップ原単位を多くできることが確認された。

１０ 転炉設備
１２ 転炉
１４ 上吹きランス
１６ 底吹き羽口
１８ ガス導入管
２０ 炉口
２２ 溶鉄
２４ 溶融スラグ
２６ 溶湯
２７ 撹拌用ガス
２８ 地金
３０ 地金溶解ランス
３２ アタッチメント
３４ ボルト

Claims (5)

1. 転炉の炉口に付着した地金に酸素ガスを吹き付けて、前記地金を溶解除去する転炉炉口地金の除去方法であって、
   前記転炉内に溶湯が存在する状態で、溶鉄の脱炭精錬を開始してから予め定められた時間が経過した後に、前記地金に前記酸素ガスを吹き付ける、転炉炉口地金の除去方法。
2. 溶鉄の精錬に用いられる上吹きランスであって、先端部に前記酸素ガスを半径方向に噴出させるアタッチメントを取り付けた前記上吹きランスを用いて、前記地金に前記酸素ガスを吹き付ける、請求項１に記載の転炉炉口地金の除去方法。
3. 前記時間は、前記脱炭精錬を開始してから前記脱炭精錬によって溶鉄の炭素濃度が予め定められた炭素濃度以下になるまでの時間である、請求項１に記載の転炉炉口地金の除去方法。
4. 前記時間は、前記脱炭精錬を開始してから前記脱炭精錬によって溶鉄の炭素濃度が予め定められた炭素濃度以下になるまでの時間である、請求項２に記載の転炉炉口地金の除去方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の転炉炉口地金の除去方法で前記地金を除去しつつ、底吹き羽口から酸素ガスを導入して脱炭精錬を継続する、転炉の操業方法。