JPH06248320A - 転炉及びその吹錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炉内の撹拌を向上させることにより、転炉送酸
中の（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）を低位安定させ、かつスロッ
ピングの無い吹錬を可能とすると同時に、従来の転炉で
は溶製できなかった極低炭素鋼の溶製も可能とする。 【構成】転炉１内の溶鉄５に接している炉体側壁部の上
下二か所より、それぞれ１本以上のノズル３、４を用い
て横吹きを行ない、炉内の溶鉄５およびスラグ６を効率
的に撹拌する。その時、炉内溶鉄浴高さをＨとすると
き、少なくとも１本の横吹きノズルを、１／２Ｈ以下の
高さに設置して溶鉄の撹拌に用い、少なくとも１本の横
吹きノズルを、１／２Ｈ以上かつＨ以下の高さに設置し
てスラグの撹拌および溶鉄〜スラグ界面の撹拌に用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転炉内の溶鉄およびス
ラグの撹拌方法を改良した転炉及びその吹錬方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】純酸素上吹き転炉では、炉内の溶鉄及び
スラグの撹拌は、上吹き酸素ジェットのみの撹拌力によ
りおこなわれていた。従って炉内の溶鉄及びスラグの撹
拌は十分に行なわれず、炭素、燐、硫黄などの不純物除
去が不十分であると同時に、スラグの過熱やスラグ中の
鉄分の濃度（以下（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）と記す）の上昇
により、炉体損耗を促進し、同時に鉄や合金鉄の歩留ま
りを悪化させていた。

【０００３】近年は純酸素上吹きと同時に、炉底から撹
拌用ガスを吹き込む、いわゆる複合吹錬が行なわれるよ
うになった。この複合吹錬により、溶鉄とスラグの撹拌
が改善され、スラグの過熱はほぼ解消した。しかし（Ｔ
ｏｔａｌ．Ｆｅ）は、上吹き転炉に比べやや低下してき
ているものの、通常１５〜２０重量％（以下％と記す）
で十分には低下していない。またこの複合吹錬におい
て、送酸吹錬後、炉底のノズルから不活性ガスを導入し
て撹拌する方法（リンス処理）により、脱炭精錬がおこ
なわれるようになった。

【０００４】転炉における積極的な低炭素鋼の製造方法
として、特公昭５６−２１２４に開示された方法があ
る。特公昭５６−２１２４においては脱燐処理後の溶銑
を用い、転炉内で造滓剤を使用することなく吹錬を行
い、吹錬中および吹錬後、またはそのいずれか一方にお
いて、窒素ガスまたは不活性ガスを溶鉄中に導入して撹
拌する方法、すなわち酸化鉄主体で高い酸化力を有する
スラグと溶鉄とを撹拌し、溶鉄中の炭素とスラグ中の酸
化鉄とを反応させ脱炭する方法である。そして撹拌方法
として次の３通りの方法を開示している。それらは
（１）炉底部に円周方向に並べた複数個のノズルからガ
スを導入する、（２）炉底部および側壁部の複数個のノ
ズルから、またはその一方からガスを導入する、（３）
炉口から炉内に垂下した浸漬ノズルからガスを導入する
方法である。（２）に示された方法は、炉底部に複数個
のノズルを円周方向に並べ、かつ側壁部の同一高さに複
数個のノズルを並べているのみであり、側壁部のノズル
設置高さも、図面で知るかぎり炉底部近傍である。そし
て、これら３通りの方法に、撹拌方法として優位差を認
めていないばかりか、ここでの到達炭素（以下［Ｃ］と
記す）レベルは０．００９％である。

【０００５】一方、主にステンレス鋼の脱炭精錬に使用
されているＡＯＤ法では、炉体の底部近くの側壁に設置
した数本の羽口から、酸素ガスおよび不活性ガスを炉内
の溶鉄中に吹き込む方法を採っている。極低炭素鋼を溶
製した例としては、例えば日本鉄鋼協会共同研究会の第
９１回特殊鋼部会での報告がある。この場合、溶鉄中到
達［Ｃ］レベルは０．００１％まで到達しているが、溶
鉄中初期［Ｃ］が１．３〜１．４％からでも［Ｃ］レベ
ル０．００１％までに５０〜６０分を要し、脱炭速度が
遅いため、所要時間が長くなっている。

【０００６】なお、鉄浴型溶融還元プロセスにおいて、
底吹きノズルのみならず横吹きノズルをも付加した転炉
型精錬容器が提唱されているが、溶融還元プロセスにお
ける横吹きノズルはスラグ浴位置にあり、スラグの撹拌
強化を意図したものであり、本発明とは技術分野が本質
的に異なるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の転炉吹錬は、以
下に述べる二つの問題点を有している。 （１）吹錬終点の（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）値が高くかつ吹
錬に不安定性がある。

【０００８】転炉内での燐、硫黄の不純物除去、および
スラグ組成の調整のため、通常の転炉操業では，石灰系
の造滓剤を使用する。この造滓剤と炉内で生成した酸化
物が溶融してスラグが生成する。溶融状態の不均一、ス
ラグ組成の不均一、あるいは（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）の上
昇により、スロッピング（吹錬中溶融スラグが炉口から
流出すること）が発生する。吹錬の安定化のためにはス
ロッピングを抑制する必要があり、この観点から（Ｔｏ
ｔａｌ．Ｆｅ）の低減とスラグ組成の均一化が必須であ
る。

【０００９】特公昭５６−２１２４においては、造滓剤
を使用せず酸化力の強いスラグ、すなわち酸化鉄が５０
％以上である酸化鉄主体のスラグを生成することが問題
解決の手段であり、当然（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）値は高く
なり、従って石灰系の造滓剤を使用した操業を目的とし
た本発明とは，本質的に異なるものである。

【００１０】また現在の転炉複合吹錬での，一般的な鋼
種の吹き止め溶鉄［Ｃ］＝０．０５％において、（Ｔｏ
ｔａｌ．Ｆｅ）は図３に示すように１５〜２０％であ
り、十分に低下しているとは言い難い。これは炉内の溶
鉄とスラグの撹拌力が弱いため、溶鉄とスラグの反応が
十分進行せず、その結果（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）が下がり
きれず、また（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）が高いこと，および
炉内撹拌力弱小によるスラグ組成の不均一により、スロ
ッピングも防止できていない。 （２）到達［Ｃ］の下限値が高い

【００１１】特公昭５６−２１２４によれば、到達
［Ｃ］レベルは０．００９％であり、本発明者らの目標
レベルより高い。また複合転炉のリンス処理（底吹きの
み）では、炉内浴深さが浅いことにより、ガスの撹拌効
率が必ずしも良くなく、到達［Ｃ］は図２に示すように
０．００６〜０．０１％程度であり、特公昭５６−２１
２４のレベルと同等である。

【００１２】これらの方法においては，炉内撹拌力がま
だ不十分で、本発明者らの目標とする極低炭素鋼
（［Ｃ］≦０．００５％）のレベルまで、到達［Ｃ］値
が下がっていない。そのため自動車用鋼板として需要が
増大してきた極低炭素鋼を溶製するためには、ＲＨなど
の真空脱ガス処理が必須となり、プロセスの繁雑化や，
二次精錬での温度降下を補償するために転炉終点温度の
上昇の要因になっている。

【００１３】ところで、容器内の液体をガス吹き込みに
より撹拌する場合、底吹きより横吹きの方が浴全体の撹
拌には有効である事が、水モデル実験での均一混合時間
の測定結果から従来より知られている。

【００１４】そこで本発明者らは横吹きノズルの高さを
変えて、撹拌効果を調べる実験を行った。本発明者らの
実験によれば、ノズルの位置が深いと溶鉄は撹拌される
が、スラグはノズルの反対方向に押し寄せられるのみ
で、スラグの撹拌が極めて不十分になること、またノズ
ル位置が浅いと、スラグはある程度撹拌されるが、溶鉄
の撹拌が不十分となることが観察された。すなわち転炉
吹錬においては、横吹きノズルをいずれの高さにして
も、溶鉄及びスラグの双方を十分に撹拌することは不可
能であった。

【００１５】本発明者らは、溶鉄とスラグを別々のノズ
ルで撹拌することを提案し、さらに研究を進めた。その
結果、溶鉄浴高さをＨとするとき、横吹きノズルを１／
２Ｈ以下の高さに設置し（下段横吹きノズル）、溶鉄を
撹拌し、さらに１／２Ｈ以上かつＨ以下の高さにも横吹
きノズルを設置し（上段横吹きノズル）、スラグの撹拌
と溶鉄〜スラグ界面の撹拌を行なった結果、撹拌効率が
極めて向上することをみいだした。本発明は上記の知見
にもとずいてなされたもので、その目的とするところは
転炉内の溶鉄及びスラグの双方を効率的に撹拌する方法
を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】転炉内の溶鉄に接してい
る炉体側壁部の上下二か所より、それぞれ１本以上のノ
ズルを用いて横吹きを行ない、溶鉄およびスラグを効率
的に撹拌する方法で、その時、炉内溶鉄浴高さをＨとす
るとき、少なくとも１本の下段横吹きノズルを１／２Ｈ
以下の高さに設置して溶鉄の撹拌に用い、少なくとも１
本の上段横吹きノズルを１／２Ｈ以上かつＨ以下の高さ
に設置して、スラグの撹拌および溶鉄〜スラグ界面の撹
拌に用いるものとする。横吹きノズルの高さを限定した
理由は、１／２Ｈ以下では、溶鉄〜スラグ界面およびス
ラグの撹拌が行われず、１／２Ｈ以上では、溶鉄の撹拌
が不十分なためである。

【００１７】このとき、下段横吹きノズルにより、炉内
の反対方向に押し寄せられたスラグを効率的に撹拌する
ために、上段横吹きノズルの位置を、下段横吹きノズル
位置から炉円周方向に９０度から２７０度の範囲の離れ
た側壁部位置に設置すること、なかでも対向する位置に
設置することで、さらに効果が著しい。

【００１８】撹拌ガス流量は、上段横吹きノズルで０．
０５Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上、下段横吹きノズルで
０．１Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上必要であり、横吹き
ノズルのガス導入角度は、炉芯に対し垂直でも、あるい
は上下または左右に角度をもたしても良い。

【００１９】

【作用】転炉中では溶鉄中［Ｃ］とスラグ中酸化鉄（以
下（ＦｅＯ）と記す）は（１）式に従い反応する。 ＦｅＯ十Ｃ→Ｆｅ十ＣＯ ・・・・ （１）

【００２０】しかし発明者らの研究によれば、この反応
は溶鉄中［Ｃ］とスラグ中（ＦｅＯ）の物質移動に律速
され、溶鉄とスラグの撹拌が十分でないと反応が進ま
ず、溶鉄中［Ｃ］とスラグ中（ＦｅＯ）は濃度の高い状
態で吹錬を終了する。

【００２１】本発明では、下段横吹きノズルでの溶鉄の
撹拌と、上段横吹きノズルでのスラグの撹拌、および溶
鉄〜スラグ界面の撹拌により、炉内での溶鉄とスラグ双
方の撹拌が飛躍的に向上し、その結果（１）式の反応が
良く進行して、到達［Ｃ］と、スラグ中の（ＦｅＯ）が
主体である（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）が、従来に比較して大
幅に低下する。またスラグ中（ＦｅＯ）のレベルが低位
安定し、スラグの撹拌が十分でスラグ組成も均一化した
ため、スロッピングのほとんど無い安定操業が得られ
る。

【００２２】

【実施例】本発明を実施例に基づいて説明する。

【００２３】図１に本発明による上段横吹きノズル、お
よび下段横吹きノズルの転炉設置位置を示す。脱燐処理
を行った溶銑を、２５０トン転炉本体１に装入し、まず
上吹きランス２にて送酸して脱炭吹錬し、溶鉄［Ｃ］＝
０．０２〜０．０４％になった時点で、送酸を終了す
る。送酸終了後、ガス導入菅７から、本発明による上段
横吹きノズル３、および下段横吹きノズル４を経て、不
活性ガスを溶鉄５に吹き込み、１０〜１５分間のリンス
処理を行なって、極低炭素鋼の溶製を図った。転炉内の
浴形状はＨ／Ｄ（Ｈ：浴高さ，Ｄ：浴直径）でほぼ０．
３とし，送酸中は送酸流量一定で、酸素原単位は３．５
Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎとした。スラグ６組成調整用
に、石灰系造滓剤を使用して、スラグ量は２０〜３０ｋ
ｇ／ｔｏｎとし、吹錬開始の溶銑［Ｃ］は、ほぼ４％で
あった。吹錬中スロッピング現象が発生した場合は、抑
制剤を装入した。図１でケ−スＡは、上段横吹きノズル
を下段横吹きノズルの１８０度反対側に設置した場合
を、ケ−スＢは、９０度の位置に設置した場合を、ケ−
スＣは、下段横吹きノズルの直上に設置した場合を示
す。横吹きのガス流量、およびノズル高さは以下の様に
設定した。

【００２４】ガス流量：下段横吹きノズルは０．７Ｎｍ
³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎを標準とし、０〜１Ｎｍ³ ／ｍｉｎ
・ｔｏｎの範囲で、また上段横吹きノズルは０．２Ｎｍ
³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎを標準とし、０〜０．５Ｎｍ³ ／ｍ
ｉｎ・ｔｏｎの範囲で変化させた。 ノズル位置：溶鉄浴高さをＨとするとき、下段横吹きノ
ズルは１／４Ｈで、上段横吹きノズルは３／４Ｈとし
た。

【００２５】横吹き１本の比較例でのノズル位置は、溶
鉄浴高さをＨとするとき、１／２Ｈとし、ガス流量は
０．３〜０．４Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎおよび０．９〜
１．０Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎの２水準で行った。

【００２６】図２に横吹き２本（実施例）、底吹きのみ
（通常転炉，従来例）、および横吹き１本のみ（比較
例）でリンス処理をしたときの溶鉄［Ｃ］推移を示す。
実施例では、溶鉄とスラグが十分に撹拌され、その結
果、脱炭速度は大きく、約１０分の処理で到達［Ｃ］レ
ベルも０．００３％以下となり、極低炭素鋼（［Ｃ］≦
０．００５％）の溶製が可能となった。またこの場合、
上段横吹きノズルを反対側としたケ−スＡのノズル配置
で、溶鉄とスラグの撹拌がさらに効率的であり、脱炭速
度は速く、到達［Ｃ］レベルも低く、効果が著しい。し
かし比較例では撹拌ガス流量を上げても、ほとんど脱炭
が進まず、従来例よりも到達［Ｃ］は高く、かえって成
績は悪化した。この場合、スラグは炉内で、横吹きノズ
ル位置の反対側に押し寄せられるのみで、溶鉄とスラグ
が撹拌されないためであった。また従来例の場合でも、
撹拌ガス流量の脱炭速度に及ぼす影響は小さく、到達
［Ｃ］も０．００６〜０．０１％の範囲であり、極低炭
素鋼の溶製は不可能であった。

【００２７】図３に転炉送酸中の（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）
に及ぼす各撹拌方式の影響を示す。実施例では、溶鉄と
スラグの撹拌が効率的で、（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）値は従
来例の約１／２となり、低減効果が顕著である。それに
対して比較例では、従来例より（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）は
上昇し、むしろ悪化する傾向にある。

【００２８】図４に各撹拌方式における、転炉送酸中の
スロッピング抑制剤投入回数を示す。実施例では、スラ
グ中（ＦｅＯ）のレベルが低位安定し、スラグの撹拌が
十分で、スラグ組成も均一化したため、スロッピング抑
制剤は、ほとんど不要となっている。

【００２９】更にリンス処理時における脱炭速度、溶鉄
中到達［Ｃ］レベル、および（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）に及
ぼす撹拌用ガス流量、およびノズル位置の影響について
調査した。ここで、リンス処理時の脱炭速度を、（２）
式によって定義されるＫｃを用い、リンス処理開始から
５分間の脱炭速度を比較した。 Ｋｃ＝ｌｎ（Ｃ₀ ／Ｃ_t ）／ｔ ・・・・ （２） Ｋｃ：脱炭速度定数（１／ｍｉｎ）、Ｃ₀ ：初期炭素濃
度（ｐｐｍ） Ｃ_t ：ｔ分後の炭素濃度（ｐｐｍ）、 ｔ：時間（ｍｉ
ｎ）

【００３０】図５に下段横吹きガス流量が０．７Ｎｍ³
／ｍｉｎ・ｔｏｎ一定の条件での、上段横吹きガス流量
の依存性について示す。上段横吹きガス流量が０．０５
Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上あれば、脱炭速度＝０．４
〜０．６／ｍｉｎ、溶鉄中到達［Ｃ］レベル＝１５〜２
５ｐｐｍ、および（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）＝６〜９％であ
り、上段横吹きガス流量の影響はほとんどなく、従っ
て、上段横吹きガス流量は、０．０５Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・
ｔｏｎ以上流れていれば十分である。

【００３１】図６に上段横吹きガス流量が０．２Ｎｍ³
／ｍｉｎ・ｔｏｎ一定の条件での、下段横吹きガス流量
の依存性について示す。この場合、下段横吹きガス流量
が０．１Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔｏｎ以上になると、脱炭速
度は０．４〜０．６／ｍｉｎに向上し、溶鉄中到達
［Ｃ］レベルは３０ｐｐｍ以下となり、（Ｔｏｔａｌ．
Ｆｅ）も１０％以下となって、ガス流量に依存性があ
り、従って、下段横吹きガス流量は０．１Ｎｍ³ ／ｍｉ
ｎ・ｔｏｎ以上必要である。

【００３２】図７に上段横吹きノズルの炉周方向での設
置位置による影響について示す。この場合、上段横吹き
ノズルを、下段横吹きノズルの反対側に設置した時、溶
鉄とスラグの撹拌がさらに効率的になり、脱炭速度、溶
鉄中到達［Ｃ］レベル、および（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）の
改善効果が大きい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、複数の横吹きノズルに
より、溶鉄の撹拌とスラグの撹拌とを両方効率良く行う
ので、炉内の溶鉄とスラグの撹拌が飛躍的に向上し、そ
の結果、転炉送酸中の（Ｔｏｔａｌ．Ｆｅ）を低位安定
させ、かつスロッピングの無い吹錬を可能とし、安定操
業と鉄歩留まりの向上が実現でき、また従来の転炉では
溶製できなかった極低炭素鋼の溶製も可能となり、ＲＨ
などの二次精錬プロセスを省略することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の各種実施例を示す下段横吹きノズル
と、上段横吹きノズルの設置位置の説明図。

【図２】本発明方法におけるリンス脱炭時の脱炭速度と
到達［Ｃ］に及ぼす各撹拌方法の影響を、従来例及び比
較例の場合とともに示す図。

【図３】本発明方法における送酸中の（Ｔｏｔａｌ．Ｆ
ｅ）低減に及ぼす効果を、従来例及び比較例の場合とと
もに示す図。

【図４】本発明方法における送酸中のスロッピング発生
頻度に及ぼす影響を、従来例及び比較例の場合とともに
示す図。

【図５】本発明方法における横吹き複数ノズル撹拌での
精錬特性に及ぼす上段横吹きガス流量の影響を示す図。

【図６】本発明方法における横吹き複数ノズル撹拌での
精錬特性に及ぼす下段横吹きガス流量の影響を示す図。

【図７】本発明方法における横吹き複数ノズル撹拌での
精錬特性に及ぼす上段横吹きノズル位置の影響を示す
図。

【符号の説明】

１：転炉本体、２：上吹きランス、３：上段横吹きノズ
ル，４：下段横吹きノズル，５：溶鉄、６：スラグ、
７：ガス導入菅。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶鉄に接している炉体側壁部に、撹拌用
   ガスを吹き込む横吹きノズルを設けた転炉において、上
   記横吹きノズルを２本以上設け、溶鉄浴高さをＨとする
   とき、少なくとも１本の横吹きノズルを１／２Ｈ以下の
   高さに設置し、少なくとも１本の横吹きノズルを１／２
   Ｈ以上かつＨ以下の高さに設置することを特徴とする転
   炉。
2. 【請求項２】 １／２Ｈ以上かつＨ以下の高さに設置し
   たノズルを、１／２Ｈ以下の高さに設置したノズル位置
   から円周方向に９０度から２７０度の範囲に離れた側壁
   部位置に設置することを特徴とする請求項１に記載の転
   炉。
3. 【請求項３】 溶鉄に接している炉体側壁部に、横吹き
   ノズルを２本以上設け、溶鉄浴高さをＨとするとき、少
   なくとも１本の横吹きノズルを１／２Ｈ以下の高さに設
   置して、この横吹きノズルから０．１Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・
   ｔｏｎ以上の撹拌用ガスを吹き込み、少なくとも１本の
   横吹きノズルを１／２Ｈ以上かつＨ以下の高さに設置し
   て、この横吹きノズルから０．０５Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔ
   ｏｎ以上の撹拌用ガスを吹き込む転炉吹錬方法。