JPH0920916A - 転炉耐火物溶損抑制方法 - Google Patents

転炉耐火物溶損抑制方法

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JPH0920916A
JPH0920916A JP16578395A JP16578395A JPH0920916A JP H0920916 A JPH0920916 A JP H0920916A JP 16578395 A JP16578395 A JP 16578395A JP 16578395 A JP16578395 A JP 16578395A JP H0920916 A JPH0920916 A JP H0920916A
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Shigeru Inoue
茂 井上
Hideshige Tanaka
秀栄 田中
Satoshi Kodaira
悟史 小平
Yasutsugu Ogura
康嗣 小倉
Hisaki Kato
久樹 加藤
Yasuto Miyata
康人 宮田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マグネシア系耐火物がライニングされた転炉
で、炉体耐火物の溶損速度を抑制し、炉体耐火物の寿命
の飛躍的な向上を図る。 【構成】 転炉耐火物の溶損抑制方法として、転炉内の
溶融スラグ中のマグネシア含有率(重量%)が、その溶
融スラグのマグネシア飽和溶解度(重量%)を越え、最
大10重量%迄過剰になるようにマグネシア原料を添加
し、前記マグネシア原料の10重量%以上をマグネシア
クリンカーで添加する精錬方法。そして前記マグネシア
クリンカーは転炉の吹錬前又は吹錬開始後5分以内に添
加完了し、添加するマグネシアクリンカーの性状は結晶
粒径が200μm以下で、含有される不純物(CaO,
SiO2,Al23等)の合計が2〜22%で、粒度は
2〜80mmが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は転炉精錬に関するもの
で、詳しくはマグネシア系耐火物がライニングされた転
炉におけるマグネシア系耐火物溶損抑制方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】転炉の炉体耐火物としてマグネシア・カ
ーボン煉瓦などマグネシア系耐火物が使用されている。
しかしながら、炉体耐火物と炉内の溶融スラグとの界面
におけるスラグの流動によって、炉体耐火物中に含まれ
ているマグネシアがスラグ中に溶解する。その結果、炉
体耐火物の溶損が激しく、それによる炉体コストが無視
できない問題となっている。
【0003】従来より転炉の吹錬中の溶融スラグ中にマ
グネシア原料を添加し、炉体耐火物に含まれているマグ
ネシアが溶融スラグ中に溶解することを抑制する方法と
して、例えば特開昭53−45616号公報に示す技術
が提案されているが、抑制効果として不充分であった。
【0004】又、特開平7−34144公報には溶融還
元炉において、溶融スラグ中に例えばマグネシア・クロ
ム煉瓦、マグネシア・カーボン煉瓦、軽焼ドロマイト等
のマグネシア原料を添加し、このスラグ中のマグネシア
含有率を常にマグネシア飽和溶解度(マグネシア飽和溶
解度はスラグ中のCaO,SiO2,T.FeO,MgO,
スラグの温度等で決まる)以上に制御する方法が開示さ
れている。但し、本願の溶融スラグ中のマグネシア含有
率とは、スラグ中に溶解したマグネシア重量と溶融スラ
グ中のスラグに未溶解のマグネシア重量との合計をスラ
グ重量で割り、その値に100を掛けたものであり、単
位は重量%で示される。
【0005】この方法は、溶融スラグに石灰が添加され
たり、スラグ温度が高くなったりしてマグネシア飽和溶
解度が高くなった時に、スラグ中に在る未溶解のマグネ
シアがスラグ中に溶解してスラグ中の溶解したマグネシ
アの不足分が補われるので、再びマグネシアの溶解量が
飽和溶解度に戻される方法である。
【0006】この方法によると、溶融スラグ中に常に未
溶解のマグネシアがスラグ中に存在しているので、スラ
グ中のマグネシアの溶解量は常にマグネシアの飽和溶解
度に達している。
【0007】
【発明が解決しょうとする課題】上記の従来技術には以
下のような問題点があった。
【0008】吹錬の初期及び吹錬途中で添加するマグネ
シア原料のスラグ中へのマグネシア溶解速度は、炉体耐
火物に含まれているマグネシアのスラグ中への溶解速度
に対して、十分速い速度で溶解する必要がある。しか
し、マグネシア原料としてマグネシアを含む煉瓦屑を使
用した場合、溶融スラグに石灰等が添加されたり、溶融
スラグ温度が高くなったりしてスラグのマグネシア飽和
溶解度が高くなった時、後述するように添加した煉瓦屑
中のマグネシアのスラグへの溶解速度が遅いため、炉体
耐火物のマグネシア分がスラグ中に溶解してしまい、炉
体の耐火物寿命の延命効果が不十分であるという問題が
あった。
【0009】又、軽焼ドロマイトはマグネシア分の他に
石灰分を含んでいるため、必要量のマグネシアを添加す
ると、石灰分のために全体の添加量が多くなり、溶融ス
ラグ量が増加するため、転炉耐火物とスラグとの接触面
積が増加して耐火物の溶損量の増加につながり,又、石
灰を必要としないプロセスに対しては以下のような問題
がある。即ち、スラグの塩基度(CaO/SiO2 )を
調整する必要がある場合には、石灰分を相殺するために
SiO2 分を添加する必要がある。更に、石灰溶解時の
顕熱などによる冷却熱によって溶融スラグの温度低下が
生じ、軽焼ドロマイト中のマグネシアの溶解が遅れると
いう問題があった。
【0010】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、マグネシア原料の溶解速度の向
上と転炉耐火物の溶損速度を小さくすることのできる転
炉精錬における耐火物溶損抑制方法を提供するものであ
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの転炉精錬における炉体耐火物溶損抑制方法は、マグ
ネシア系耐火物がライニングされた転炉において、転炉
内の溶融スラグ中のマグネシア含有率(重量%)が、そ
の溶融スラグのマグネシア飽和溶解度(重量%)を越
え、最大10重量%過剰になるようにマグネシア原料を
添加し、前記マグネシア原料の10重量%以上をマグネ
シアクリンカーで添加することを特徴とする。
【0012】そして、マグネシアクリンカーは転炉の吹
錬開始前又は吹錬開始後5分迄に転炉内に添加するこ
と、マグネシアクリンカーの結晶粒径が200μm以下
のものを添加すること、マグネシアクリンカーに含有さ
れるCaO,SiO2,Al23等の不純物の合計が2重
量%〜22重量%のものであること、更に、マグネシア
クリンカーの粒度が2〜80mmのものであることが望
ましい。
【0013】
【作用】発明者等は転炉の炉体耐火物の溶損速度につい
て鋭意研究を重ねた結果、溶融スラグ中のマグネシア含
有率と添加するマグネシア原料の種類とマグネシアクリ
ンカーの性状とから、転炉の炉腹部の炉体耐火物の溶損
速度の最適の範囲を見いだした。
【0014】溶融スラグ中のマグネシア含有率が、その
溶融スラグ中のマグネシア飽和溶解度(重量%)を越
え、最大10重量%(以下重量%を単に%と記す)迄多
くなるようにマグネシア原料を添加すると、炉腹部の炉
体耐火物の溶損速度が遅いことが確認された。これは溶
融スラグ中に未溶解のマグネシアが存在しているので、
操業条件(造滓材の添加、溶融スラグ温度の上昇)等の
変化によりスラグ中のマグネシア飽和溶解度が上昇した
場合、スラグ中の未溶解のマグネシアがスラグ中に溶解
して、スラグ中のマグネシア濃度が常に飽和溶解度に保
たれるので、炉体耐火物からのマグネシアの溶損が抑制
されるためである。
【0015】その結果を図2に示す。この時の溶融スラ
グ中のマグネシア飽和溶解度(%)は7%であった。溶
融スラグ中のマグネシア含有量が飽和溶解度以上であれ
ば耐火物の溶損速度は遅いが、マグネシア含有率がマグ
ネシア飽和溶解度より10%を超えると、溶融スラグ中
の未溶解のマグネシア分が多くなりすぎ、スラグの流動
性が悪くなり、転炉内の溶鋼の還元不足やスロッピング
等操業上のトラブルが発生する。又、溶融スラグ中のマ
グネシア含有率がマグネシア飽和溶解度以下だと、炉腹
部における耐火物の溶損速度が急激に上昇して、好まし
くない。
【0016】次に、マグネシア原料の種類としてマグネ
シア・カーボンの煉瓦屑、軽焼ドロマイト、マグネシア
クリンカーを選び、溶融スラグ中へのマグネシア溶解速
度について試験を行った。尚、スラグ中の主成分はCa
O−MgO−SiO2−FeO系で、スラグ温度が16
40℃、塩基度(CaO/SiO2 の比)が3.5、F
eOが25%で、溶融スラグ中のマグネシア飽和溶解度
は7%である。
【0017】マグネシア原料の種類別の溶解速度の試験
結果を図3に示す。この図から明らかなようにマグネシ
アクリンカーは軽焼ドロマイトやマグネシア・カーボン
の煉瓦屑よりも溶融スラグ中のマグネシア飽和溶解度に
達する時間が速いので、溶解速度が速いことがわかる。
マグネシアクリンカーと軽焼ドロマイトとを比較する
と、マグネシアクリンカーは初期から溶解が始まってい
るのに対し、軽焼ドロマイトは初期において溶解の進行
が停滞している。
【0018】軽焼ドロマイトを添加する時の初期の溶解
遅れは、軽焼ドロマイトは石灰を含んでいるため、顕熱
などの冷却熱が大きいためで、これに対し、マグネシア
クリンカーの冷却効果は小さいためと考えられる。これ
は軽焼ドロマイトとマグネシアクリンカーとの冷却熱
(融解熱を含まず)を概算すると、それぞれ約1400
kcal,約500kcal(いずれもマグネシア成分
1kg当たり)となり、溶解速度の結果と一致する。
【0019】初期溶解遅れの期間以外のマグネシア原料
の溶融スラグへの溶解は溶融スラグ中のマグネシア原料
の物質移動速度が律速段階であると仮定して、図3の結
果を速度式で考察する。
【0020】この時、マグネシア原料の溶融スラグ中の
溶解度変化の速度式は(1)式で表される。
【0021】
【数1】
【0022】(1)式を積分したものを(2)式とす
る。
【0023】
【数2】
【0024】ここで、(2)式より左辺の経時変化を取
り、直線の傾きを近似的にK'Aと見なし、K'Aを求め
る。その結果を図4に示す。縦軸はマグネシアクリンカ
ーのK’Aを1とした時の他のマグネシア原料のK'A
の指数である(いずれも3回、同一条件で試験を行った
時の平均値である)。
【0025】図4の結果より,マグネシアクリンカーの
溶融スラグへの溶解速度はマグネシア・カーボンの煉瓦
屑、及び軽焼ドロマイトのスラグへの溶解速度に比べて
著しく速いことが判った。
【0026】次に溶融スラグ中のマグネシア飽和溶解度
を強制的に変化させ、スラグ中の未溶解のマグネシアが
スラグ中に溶解していく速度を調査した。
【0027】溶融スラグ中にマグネシア原料を過飽和
(スラグ中のマグネシア含有率で約12%)になるよう
に添加する。次いで、スラグ温度を1550℃(スラグ
中のマグネシア飽和溶解度で6%)から1700℃(ス
ラグ中のマグネシア飽和溶解度で9%)まで2分以内で
上昇させ、スラグ中のマグネシア飽和溶解度を3%増加
し、溶融スラグ中の未溶解マグネシアがスラグ中に溶解
していく様子を調べた結果を図5に示す。
【0028】図5で縦軸は溶融スラグ中に溶解したマグ
ネシア濃度(%)を示す。この図より明らかなように、
スラグ中のマグネシア濃度が飽和溶解度の9%に到達す
る迄の時間は、マグネシア原料の内でマグネシアクリン
カーが軽焼ドロマイト、マグネシア・カーボン煉瓦に比
較して最も短かった。このように軽焼ドロマイト、マグ
ネシア・カーボン煉瓦がマグネシアクリンカーより溶解
速度が遅いのは、軽焼ドロマイト、マグネシア・カーボ
ン煉瓦にはマグネシア以外にカーボン、石灰等を含んで
いるのでこれを同時に溶解することにより顕熱などの冷
却熱が発生し、局部的にスラグの温度が低下するためで
ある。
【0029】尚、マグネシアクリンカーとしては、天然
マグネシアクリンカー、海水マグネシアクリンカーが用
いられている。
【0030】以上のようにマグネシアクリンカーは転炉
の溶融スラグに対して溶解性は良いが、炉体耐火物の溶
損対策としてのマグネシア原料としては、マグネシアク
リンカーのみを添加する必要がなく、図6に示すように
マグネシア原料中にマグネシアクリンカーが10%以上
配合されていれば、マグネシアクリンカーの効果が発揮
される。これは溶解性の良いマグネシアクリンカーがス
ラグ中に溶解するので、飽和溶解度への到達が容易に進
行できるからである。逆に、マグネシア原料中にマグネ
シアクリンカーが10%未満の場合は、飽和溶解度に到
達するまでの時間がかかり、マグネシア原料の添加効果
が低減する。
【0031】又、炉体耐火物の溶損対策としては、マグ
ネシアクリンカーの転炉内への添加完了時期がある。
【0032】図7はマグネシアクリンカーの転炉内への
添加完了時期と炉体耐火物の溶損速度の関係を示すグラ
フ図である。図7に示すようにマグネシアクリンカーは
遅くとも転炉の吹錬開始から5分までに添加完了しなけ
ればならない。通常転炉の吹錬時間は15〜20分程度
であり、マグネシアクリンカーを吹錬開始から5分まで
に添加すると早期に溶融スラグの滓化が促進されるから
である。
【0033】マグネシアクリンカーを吹錬開始から5分
超えて添加すると、吹錬終了まででは溶融スラグ中への
マグネシアクリンカーの溶解が不充分となるので、炉体
耐火物の溶損速度が早くなるためである。
【0034】マグネシアクリンカーのマグネシア結晶粒
径の大きさを変更して、その他の品質が同等であるマグ
ネシアクリンカーについて溶解試験を行った。
【0035】その結果を図8に示す。縦軸はマグネシア
クリンカーの平均結晶粒径が30μmのK’Aを1とし
た時の指数である。この図から明らかなようにマグネシ
アクリンカーの平均結晶粒径が200μm以下が最も適
している。これは平均結晶粒径が細かいほど、溶融スラ
グのマグネシアクリンカーの結晶粒界への浸入が速く、
優先的にマグネシアクリンカーが溶解されるからであ
る。
【0036】マグネシアクリンカーの不純物としては、
CaO,SiO2,Al23,Fe23 などがあげられる。
CaO,SiO2,Al23などの不純物はマグネシア結
晶粒子間に存在し、溶融スラグ中に溶解したマグネシア
と反応して低融点・低粘性の化合物を形成するので、マ
ゲネシアの結晶粒界がばらばらに切り離され、マグネシ
ア結晶粒が溶融スラグ中に溶出する。従って、マグネシ
アクリンカーの不純物はマグネシア結晶粒の溶出を助
け、マグネシアクリンカーの溶解に有利に働くことにな
る。
【0037】不純物の量の合計(CaO+SiO2+A
23)が異なるマグネシアクリンカーを用い、不純物
の合計とK'Aの関係を調査した。
【0038】その結果を図9に示す。縦軸はマグネシア
クリンカーの不純物の合計が10%の時のK'Aを1と
した時の指数である。図9より明らかなようにマグネシ
アクリンカーの不純物の合計が2〜22%が好ましいこ
とが判った。マグネシアクリンカーの不純物の合計が2
2%を超えると、不純物が溶解するために顕熱が使われ
るので、溶融スラグが冷却されて好ましくない。又、不
純物の合計が2%未満の時は、低融点・低粘性の化合物
の形成が少ないので、マグネシア結晶粒界がばらばらに
切り離されないので、マグネシア結晶粒が溶融スラグ中
に溶出する程度が悪くなり、マグネシアクリンカーの溶
解が悪くなるからである。
【0039】マグネシアクリンカーの最適な粒度を調べ
るため、転炉の吹錬において種々の粒度のマグネシアク
リンカーを用いて試験を行った。その結果を図10に示
す。縦軸はマグネシアクリンカーの粒度が10mmの時
のK'Aを1とした時の指数である。
【0040】図10から明らかなようにマグネシアクリ
ンカーの粒度が2〜80mmが最適である。マグネシア
クリンカーの粒度が2mm未満になると吹錬中に吹き上
げられ溶融スラグ内に入るマグネシアの歩留が低下す
る。又、マグネシアクリンカーの粒度が80mmを超え
ると、溶融スラグとマグネシアクリンカーとの反応界面
積が小さくなるので、マグネシアクリンカーの溶解速度
が遅くなる。
【0041】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0042】図1は転炉設備の概要図である。1はマグ
ネシア耐火物がライニングされた転炉、2は上吹き酸素
ランス、3は攪拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口、
4は溶鋼、5は溶融スラグである。
【0043】上吹き酸素ランス2、底吹き羽口3からそ
れぞれ酸素、攪拌用ガスを吹き込みながら造滓材の原料
(焼石灰、マグネシア原料等)を添加しつつ炉内の溶銑
を脱炭し、溶鋼4及び溶融スラグ5を生成する。
【0044】転炉脱炭吹錬の実機試験を図1の装置を用
いて行った。まず、溶銑340tを転炉1内に装入し
た。底吹き羽口3から攪拌用ガスとして窒素を吹き込む
と共に上吹き酸素ランス2から酸素を吹き込んだ。吹錬
初期に石灰を4t添加し、吹錬中の溶融スラグ中のマグ
ネシア含有率を10%、塩基度3.5〜4.0に調整す
るためにマグネシア原料としてマグネシアクリンカーと
マグネシア・カーボン煉瓦屑及び焼石灰を添加した。こ
の時マグネシア原料を吹錬開始後5分迄に添加した。
【0045】尚、添加するマグネシア原料のマグネシア
クリンカー配合比は50%とした。ここで用いられたマ
グネシアクリンカーの性状は、平均結晶粒径は30μ
m、不純物の合計は10%、粒度は5〜10mmで、マ
グネシア・カーボン煉瓦屑の粒度は5〜10mmであ
る。吹錬中の溶融スラグのマグネシア飽和溶解度を16
40℃で、CaO,SiO2,MgO,FeOの4元状態
図から求めると7%であった。造滓材添加量の合計は1
5tで、焼石灰が12t、マグネシアクリンカーが1.
5t、マグネシア・カーボン煉瓦屑が1.5tであっ
た。このような操業を100ヒート行った後、転炉の炉
腹部における耐火物の溶損を調べたところ平均の炉体耐
火物の溶損速度は0.35mm/時であった。
【0046】(比較例1)塩基度を3.5〜4.0に調
整しつつ、溶融スラグ中のマグネシア含有率を10%と
するためにマグネシア原料として全量マグネシア・カー
ボン煉瓦屑を添加した。マグネシア・カーボン煉瓦屑の
粒度は5〜10mmである。上記以外は実施例と同一の
条件で同一の操業条件で行った。造滓材添加量の合計は
15.6tで、焼石灰が12t、マグネシア・カーボン
煉瓦屑が3.6tであった。このような操業を100ヒ
ート行った後、転炉の炉腹部における耐火物の溶損を調
べたところ平均の炉体耐火物の溶損速度は1.45mm
/時であった。
【0047】(比較例2)塩基度を3.5〜4.0に調
整しつつ、溶融スラグ中のマグネシア含有率を10%と
するためにマグネシア原料として全量軽焼ドロマイトを
添加した。軽焼ドロマイトの粒度は5〜10mmであ
る。上記以外は実施例と同一の条件で同一の操業条件で
行った。造滓材添加量の合計は15.4tで、焼石灰が
6.1t、軽焼ドロマイトが9.3tであった。このよ
うな操業を100ヒート行った後、転炉の炉腹部におけ
る耐火物の溶損を調べたところ平均の炉体耐火物の溶損
速度は0.95mm/時であった。
【0048】
【発明の効果】本発明は転炉の溶融スラグにマグネシア
原料のマグネシアクリンカーを添加し、溶融スラグ中の
マグネシア含有率をマグネシア飽和溶解度より多くなる
ようにするので、炉体耐火物からのマグネシアの溶出に
起因する耐火物の溶損速度が著しく減少し、炉体耐火物
の寿命が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に用いられた転炉設備の概要図
である。
【図2】溶融スラグ中のマグネシア含有率と炉体耐火物
の溶損速度との関係を示すグラフ図である。
【図3】溶融スラグ中に溶解したマグネシア濃度が経過
時間と共に上昇するようすを、比較して示すグラフ図で
ある。
【図4】マグネシアの原料の種類とマグネシア溶解速度
定数との関係を示すグラフ図である。
【図5】溶融スラグ中のマグネシア飽和溶解度を強制的
に変化させた時の、溶融スラグ中に溶解したマグネシア
濃度と経過時間との関係を示すグラフ図である。
【図6】マグネシアクリンカーの配合比率と炉体耐火物
の溶損速度との関係を示すグラフ図である。
【図7】マグネシアクリンカーの添加完了時期と炉体耐
火物の溶損速度との関係を示すグラフ図である。
【図8】マグネシアクリンカーの平均結晶粒径とマグネ
シア溶解速度定数との関係を示すグラフ図である。
【図9】マグネシアクリンカー中の不純物の合計とマグ
ネシア溶解速度定数との関係を示すグラフ図である。
【図10】マグネシアクリンカーの粒度とマグネシア溶
解速度定数との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1 転炉 2 上吹きランス 3 底吹き羽口 4 溶鋼 5 溶融スラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小倉 康嗣 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 加藤 久樹 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 宮田 康人 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マグネシア系耐火物がライニングされた
    転炉において、転炉内の溶融スラグ中のマグネシア含有
    率(重量%)が、その溶融スラグのマグネシア飽和溶解
    度(重量%)を越え、最大10重量%過剰になるように
    マグネシア原料を添加し、前記マグネシア原料の10重
    量%以上をマグネシアクリンカーで添加することを特徴
    とする転炉耐火物溶損抑制方法。
  2. 【請求項2】 マグネシアクリンカーは転炉の吹錬開始
    前又は吹錬開始後5分迄に炉内に添加することを特徴と
    する請求項第1項記載の転炉耐火物溶損抑制方法。
  3. 【請求項3】 マグネシアクリンカーの結晶粒径が20
    0μm以下のものを添加することを特徴とする請求項第
    1項又は第2項に記載の転炉耐火物溶損抑制方法。
  4. 【請求項4】 マグネシアクリンカーに含有されるCa
    O,SiO2,Al2 3,等の不純物の合計が2重量%〜2
    2重量%のものを添加することを特徴とする請求項第
    1、2、3のいずれか1項に記載の転炉耐火物溶損抑制
    方法。
  5. 【請求項5】 マグネシアクリンカーの粒度が2〜80
    mmのものを添加することを特徴とする請求項第1、
    2、3、4のいずれか1項に記載の転炉耐火物溶損抑制
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002212617A (ja) * 2001-01-11 2002-07-31 Nippon Steel Corp 溶銑脱珪方法
JP2009263742A (ja) * 2008-04-28 2009-11-12 Jfe Steel Corp 使用済みタンディッシュ耐火物の再使用方法
JP2013082953A (ja) * 2011-10-06 2013-05-09 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp 転炉耐火物の寿命延長方法

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