JPH10176212A - 溶鋼の排出時におけるスラグ流出防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】容器内の溶鋼を排出口から排出する際、排出口
直上の溶鋼面上にあるスラグを取鍋内に流出することを
防止し、清浄性の良い鋼を製造する方法を提供する。 【解決手段】容器内の溶鋼を排出する際、排出口直上の
溶鋼面上にあるスラグに対し、スラグ表面とのなす角度
αが２０〜９０゜に設定されたノズルを用いてガス流速
１００〜１０００ｍ／ｓｅｃで高圧ガスを吹き付けるこ
とを特徴とする溶鋼の排出時におけるスラグ流出防止方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器内の溶鋼を排
出する際、溶鋼とともに、スラグが取鍋内に流出するの
を防止する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、製鋼工場の転炉などの精錬炉
で生成するスラグが取鍋内に流出すると、復燐および非
金属介在物の原因となる酸化物の生成という二つの問題
が生ずる。

【０００３】一つ目の問題の複燐は、スラグ中の酸化燐
（Ｐ₂Ｏ₅）が、溶鋼の脱酸剤として添加されるＡｌ等に
よって還元され、溶鋼中に戻ることによって起こる。

【０００４】もう一つの問題の酸化物の生成は、出鋼の
際、取鍋内にスラグが流出すると溶鋼の再酸化源とな
り、溶鋼中の脱酸元素（例えばＡｌ）とスラグ中の酸化
鉄などとが反応し、酸化生成物であるＡｌ₂Ｏ₃が溶鋼中
に残り鋼中の非金属介在物になることである。この非金
属介在物は鋼の品質を悪化させるとともに、金属Ａｌな
どの合金添加歩留まりの低下をもたらす。特に、低炭素
鋼では、転炉において溶鋼が低炭素濃度レベルになるま
で吹酸するため、スラグ中の酸化鉄濃度が高くなり、ス
ラグの流動性が高くなることから、出鋼時にスラグが取
鍋に流出しやすくなる。したがって、転炉から取鍋内に
スラグが流出するのを防止する技術が必要となる。

【０００５】従来、転炉等から出鋼する際、取鍋内にス
ラグが流出するのを防止する方法としては、出鋼口の下
側からガス噴射ノズルより、高圧ガスジェット流を出鋼
末期に精錬炉内のスラグ中に噴出するスラグカット装置
が用いられている。しかし、この方法ではスラグカット
の時期が早すぎると、転炉内に溶鋼が無駄に残留して出
鋼歩留まりが低下する。また、スラグカットの時期が遅
すぎると、取鍋内にスラグが流出してしまう。したがっ
て、出鋼歩留まりとスラグ流出防止を両立させるスラグ
カットの適正な時期を見いだすのは困難であった。その
ほか、転炉の出鋼口直上の溶鋼中に、溶鋼とスラグとの
中間の比重を有するスラグボールと称すボールを浮遊さ
せ、スラグが流出する出鋼末期にスラグボールによって
出鋼口を閉鎖し、スラグの流出を防止する方法も試みら
れているが、一般的に転炉のスラグは硬いため出鋼口の
閉鎖が困難であり、スラグの流出を確実に防止すること
はできない。

【０００６】一方、精錬炉の出鋼口から流出したスラグ
を取鍋内から取り除く方法としては、真空ポンプで吸引
する方法があるが、スラグが硬い場合には吸引ができな
い。このとき強引にスラグを吸引しようとすると、大規
模な真空吸引設備が必要となりコスト高になるという問
題が発生する。

【０００７】また、ドラッガーによりスラグを機械的に
掻き出す方法もあるが、円形状の取鍋の表面にあるスラ
グを掻き板を使用して掻き出すため、スラグの掻き出し
に長時間を必要とする。そのため、操業のサイクルタイ
ムが延長し、生産性が低下したり溶鋼の温度が低下す
る。

【０００８】これらの問題点を解決するために、次のよ
うな技術が開示されている。

【０００９】特開平１−２０１４１０号公報では、精錬
炉の出鋼口周辺に不活性ガスの供給管を設け、溶鋼を出
鋼する際、出鋼末期にガス供給管より精錬炉内の溶鋼に
不活性ガスを吹き込み、精錬炉内の溶鋼の表面にある溶
融スラグを出鋼口から遠ざけて、取鍋に流出させない方
法が開示されている。

【００１０】しかし、このように出鋼口の周辺でガス吹
き込みを行うと、溶鋼とスラグが撹拌混合され、溶鋼と
スラグとを混合したまま溶鋼を取鍋に排出することにな
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、容器
内の溶鋼を排出口から排出する際、溶鋼とともにスラグ
が取鍋内へ流出することを防止する方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次のスラ
グの流出防止方法にある。

【００１３】容器内の溶鋼を排出する際、排出口直上の
溶鋼面上にあるスラグに対し、スラグ表面とのなす角度
αが２０〜９０゜に設定されたノズルを用いてガス流速
１００〜１０００ｍ／ｓｅｃで高圧ガスを吹き付けるこ
とを特徴とする溶鋼の排出時におけるスラグ流出防止方
法。

【００１４】以下に課題を解決するための手段につい
て、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】図１は、上底吹転炉の吹錬時における状況
を示す縦断面模式図、図２は、上底吹転炉の出鋼時の本
発明の実施状況を示す縦断面模式図である。

【００１６】図１に示すように、転炉はその形式（上吹
転炉、底吹転炉、上底吹転炉）を問わないが、一例とし
て、上底吹転炉を示す。

【００１７】スラグの流出は、図２に示すように、転炉
１を傾動して転炉１の上部側壁に設けた出鋼口８から溶
鋼２aを流出する出鋼作業を行う時に起きる。その際、
炉内の溶鋼２aの上面に存在するスラグ３は出鋼の初
期、および、末期に出鋼流とともに炉外の取鍋１３に流
出してしまう。

【００１８】そこで、以下の方法を用いることにより転
炉の出鋼流とともにスラグが取鍋内に流出するのを防止
する。

【００１９】本発明方法は図２に示すように、作業床２
１に設けた移動台車１８上に、ランス１０を設置し、転
炉の傾動に合わせて、移動台車１８を移動させつつ、ラ
ンス１０の傾斜角度を調整しながら、出鋼口直上の溶鋼
面上にあるスラグ３に対して、高圧ガスを吹き付けるこ
とにより、スラグを取鍋１３内に流出させないようにす
る方法である。

【００２０】

【発明の実施の形態】従来、転炉の出鋼口からガスを吹
き込んだり、取鍋内に流出したスラグを吸引する方法は
すでに公知であったが、転炉の溶鋼面上のスラグをガス
を利用して除去するような技術はなかった。

【００２１】そこで、発明者等は発想を転換し、転炉傾
動時に出鋼口の直上にある溶鋼面上のスラグを周辺に退
避させれば、溶鋼の排出流とともにスラグが取鍋内に流
出しないのではないかと考えた。

【００２２】そして、その手段として、スラグの上面か
ら窒素の高圧ガスを吹き付ける方法について実験を行っ
た結果、次のことが判明した。

【００２３】《実験１》吹錬終了後の転炉内の溶鋼表面
上のスラグを対象に、ガス吹き込みランスのノズル傾斜
角度α（以下、ただ単にノズル角度αという）を４５゜
の一定条件で、ノズルのガス流速（以下、ただ単にガス
流速という）を種々変化させて行った実験結果を図３お
よび図４に示す。図３は、ガス流速とスラグの流出指数
との関係、図４は、ガス流速と転炉耐火物損傷量指数と
の関係を示している。

【００２４】ここでいうガス流速とは、ガス流量 （Ｎ
ｍ³／ｍｉｎ）をガス吹き付けノズルの断面積（ｍ²）で
割った値である。

【００２５】また、スラグの流出指数とは、転炉出鋼口
から溶鋼とともに取鍋内に流れ出たスラグ厚さを測定し
て、ガス吹き付けしない場合の取鍋内スラグ厚みに対す
るガス吹き付け実施時の取鍋内スラグ厚みの比で表し、
ガス吹き付けしない場合の取鍋内スラグ厚みを１．０と
して指数化したものである。なおスラグ厚みは、取鍋上
方から鉄棒を挿入し、溶鋼に侵入した部分が溶けるまで
保持し、引き上げた鉄棒の残存長さと、鉄棒に付着した
スラグの距離で測定した。

【００２６】また転炉耐火物損傷量指数とは、転炉の出
鋼口近傍１ｍ²の耐火物損傷（溶損、スポーリング等）
状況を炉口付近から遠隔式の距離計で耐火物の残存厚み
を測定し、１チャージ当たりの耐火物の損傷量を計算で
求め、ガス流速が８０ｍ／ｓｅｃでの値を基準として、
このときの転炉耐火物損傷量を１．０として指数化した
ものである。

【００２７】耐火物は、吹き付けノズルのガスジェット
流が溶鋼を貫通し、直接耐火物表面にまで到達して物理
的に損傷する。またガスジェット流が耐火物の表面に到
達しなくとも、ジェット流により誘起される溶鋼流動に
よっても耐火物が溶損され損傷が起こる。

【００２８】図３からわかるように、ガス流速が５０ｍ
／ｓｅｃ以下ではスラグ流出指数は、ガス吹き付けをし
ない場合と同じであり、出鋼口からのスラグ流出防止の
効果は見られない。また、ガス流速が１００ｍ／ｓｅｃ
以上ではガス吹き付けをしない場合の５０％以下のスラ
グの流出指数であり、スラグ流出防止効果は顕著であ
る。しかし、ガス流速が１０００ｍ／ｓｅｃ以上になる
と図４に示すように、転炉耐火物の損傷が大きくなり好
ましくない。

【００２９】図４からは、ガス流速の増加とともに耐火
物損傷量指数は増加することがわかる。特に、ガス流速
が１０００ｍ／ｓｅｃを超えると耐火物損傷量指数は著
しく大きくなり、転炉の耐火物の寿命が大幅に低下し好
ましくないことがわかる。

【００３０】《実験２》転炉にてガス流速を２５０ｍ／
ｓｅｃの一定条件で、ランスの角度を変えて、ノズル角
度αを１０〜１１０゜の範囲で変化させて行った実験結
果を図５および図６に示す。図５はノズル角度αとスラ
グの流出指数との関係、図６はノズル角度αと転炉炉口
からのスラグと溶鋼の飛散状況指数との関係を示してい
る。

【００３１】ここでいう炉口からのスラグと溶鋼の飛散
状況指数とは、各出鋼時において炉口から飛散したスラ
グと溶鋼の状況を目視により、飛散大を４、飛散中を
３、飛散小を２、飛散微小を１、および飛散無しを０、
の５段階にランク付けした。なお、ランス角度αが９０
゜での飛散状況を１．０として指数化したものである。

【００３２】図５からわかるように、ノズル角度αが２
０゜以下ではガス吹き付けしない場合のスラグ流出指数
の５０％にも満たない量であり、スラグ流出防止効果は
ほとんどないといえる。

【００３３】図６で、ノズル角度αが９０゜以上になる
と、炉口からスラグと溶鋼の飛散が多くなることを示し
ている。これは、出鋼歩留まりの低下とともに安全作業
上からも好ましくない。

【００３４】なお、ガス吹き付けランス１０は、その先
端に単孔あるいは多孔のノズル１０a を有する。この各
々の噴出孔はストレート型、末広形状のラバール型（ガ
ス流速が音速より速いノズル）、またはスリット形状の
ものでも良い。転炉出鋼時に、このガス吹き付けノズル
１０ａからガスを溶鋼２a の上面に存在するスラグ３に
斜めに吹き付け、スラグ３を吹き飛ばす。このガス吹き
付けランス１０はその使用雰囲気温度により、溶損の心
配がなければ金属単体製のものでも良い。また、使用雰
囲気温度が高い場合はランス周囲に耐火物で被覆すれば
よい。被覆の方法は、吹き付け法、あるいは、キャスタ
ブルの流し込み法、など適当な手法を用いれば良い。

【００３５】吹き付けガスとしては、低窒素鋼も溶製で
きる不活性ガス、例えば、アルゴンガスが望ましい。転
炉では出鋼時は溶鋼中の酸素濃度が高く、窒素ガスを用
いても吸窒速度が遅いから窒素ガスでも良い。空気は、
溶鋼中の炭素と反応して沸騰したり、溶鋼中のＦｅやＭ
ｎと反応してＦｅおよびＭｎ歩留まりの低下などの問題
が発生しない範囲であれば使用できる。

【００３６】また、スラグの融点が高く、スラグの表面
が固化した場合は、ガスの吹き付けエネルギーではスラ
グ表面を割ることができない。したがって、このような
場合は、棒状のものを突き入れスラグを割ってやること
が望ましい。あるいは、ガス吹き付けランス１０そのも
のおよびスラグ割り専用のランスを突き入れて、ガスで
撹拌するとスラグが割れてガス吹き付けができるように
なる。

【００３７】ガス吹き付けノズルの高さは０．１〜２ｍ
とすることが望ましい。０．１ｍ未満では、吹き込みガ
スのジェット流により、スラグあるいは溶鋼の跳ね返り
で飛散したものがノズル１０aに付着し、閉塞あるいは
溶損を引き起こすためである。ノズルの高さが２ｍを超
えるとジェット流の勢いが減衰し、スラグを除去して溶
鋼の裸面を出すことができず、スラグ流出防止効果がで
ない。

【００３８】図７にガス流速とノズル角度αの相関図を
示す。座標のＡ点はノズル角度αが９０゜でガス流速が
３５０ｍ／ｓｅｃ、座標のＢ点はノズル角度αが５５゜
でガス流速が１００ｍ／ｓｅｃ、座標のＣ点はノズル角
度αが２０゜でガス流速が３５０ｍ／ｓｅｃ，座標のＤ
点はノズル角度αが５５゜でガス流速が１０００ｍ／ｓ
ｅｃである。

【００３９】図７より、本発明のガス流速およびノズル
角度αを前記のように限定した理由を整理して以下に説
明する。

【００４０】ガス流速が１００ｍ／ｓｅｃ未満では、ガ
スの吹き付け力が弱く溶鋼面上のスラグを排除できない
ので、その下限は１００ｍ／ｓｅｃとした。一方、ガス
流速が１０００ｍ／ｓｅｃを超えると、ガスジェット流
が強すぎて溶鋼がスラグ面上に飛散し、出鋼歩留まりの
低下を招く。また、ガスのジェット流によりできる溶鋼
のくぼみ２b が大きくなり、転炉の炉体壁に到達する場
合があり、炉体壁の耐火物の損傷が起こるので好ましく
ないので、その上限は１０００ｍ／ｓｅｃとした。した
がって、ガス流速の範囲を１００〜１０００ｍ／ｓｅｃ
に限定した。なお、好ましい範囲は２００ｍ／ｓｅｃ〜
６００ｍ／ｓｅｃである。

【００４１】次にノズル角度αについては、ノズル角度
αが２０゜未満では、ガスのジェット流がスラグの表面
をかすめるだけで実質的にスラグを排除し、溶鋼の裸面
を露出させることができないので、その下限を２０゜と
した。。一方、ノズル角度αが９０゜を超えるえると、
炉口の方向にランスが傾斜し、ガスジェット流で飛散し
たスラグと溶鋼が炉口から吹き出し、出鋼歩留まりの低
下とともに安全に作業ができないので、その上限を９０
゜とした。したがって、ノズル角度αの範囲を２０〜９
０゜に限定した。なお、好ましい範囲は、４０゜〜７０
゜である。

【００４２】ガス流速およびノズル角度αの最も好まし
い範囲は、図７の座標Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ各点の範囲内であ
る。

【００４３】本発明方法は、鋼の溶解炉、精錬炉からの
排出のみならず溶鋼の鋳造用取鍋等からの排出時にも使
用できることは、いうまでもない。

【００４４】

【実施例】上吹転炉で脱炭吹錬終了後転炉を傾動し、炉
の側壁に設けた出鋼口から１６５０℃の溶鋼を取鍋に排
出した後、前述した方法で取鍋内のスラグ厚みと炉体の
耐火物損傷状況を測定した。その後、本発明の効果を確
認するため、鋼の内質に起因する疵として、圧延後の亜
鉛メッキ鋼板製品の表面疵発生状況を追跡調査した。

【００４５】《実施例１》転炉の出鋼時に炉口から出口
形状が円形で、長さ５００ｍｍ、径２５ｍｍ、単孔のラ
バール型ノズルを有するランスを用いて、ノズル角度α
を４５°の一定にセットした後、ガス流速を８０〜１１
００ｍ／ｓｅｃの範囲で７段階にて窒素ガスを出鋼末期
の６分間スラグ面上に吹き付けた。その際炉口からのス
ラグと溶鋼の飛散状況も前述の方法で測定した。その結
果を表１に示す。

【００４６】表１に示すように、ガス流速が本発明で定
める範囲内で製造された本発明例１〜５は、本発明で定
める範囲の下限から外れる比較例１に比べ、取鍋内スラ
グ厚みは１／３〜１／５少なく、スラグ流出防止効果が
十分発揮されている。製品疵の発生率も比較例１に比べ
１／４〜１／５に低減した。一方、比較例１の取鍋内ス
ラグ厚みは、１００ｍｍあり溶鋼の排出とともにスラグ
が取鍋内に流出していたことがわかる。製品疵の発生率
も本発明例１〜５に比べ４〜５倍多い。また、本発明で
定める範囲の上限から外れる比較例２では、取鍋内スラ
グ厚み、製品疵発生率とも本発明例１〜５と同程度では
あったが、炉体損傷指数が本発明例１〜５の５倍あり、
転炉寿命の低下をきたし操業に適さない。

【００４７】《実施例２》転炉出鋼時に上記と同じラン
スを用いて、ノズル角度αを１０〜１１０゜範囲内で８
段階にそれぞれセットした後、ガス流速を２５０ｍ／ｓ
ｅｃと一定にし、窒素ガスを出鋼末期の６分間スラグ面
に吹き付けた。その結果を表２に示す。

【００４８】表２に示すように、ノズル角度αが本発明
で定める範囲内により製造された本発明例１〜５は、本
発明で定める範囲の下限から外れる比較例１、２に比
べ、取鍋内スラグ厚みは１／３〜１／５と少なく、製品
疵の発生率は１／３〜１／５と低減したので、スラグ流
出防止効果が発揮されたといえる。一方、本発明で定め
る範囲の下限から外れる比較例１、２では取鍋内スラグ
厚みは１００ｍｍ、９０ｍｍあり、溶鋼の排出とともに
スラグが流出していたことがわかる。製品疵の発生率は
本発明例１〜５に比べ５倍多く発生している。

【００４９】また、本発明で定める範囲の上限から外れ
る比較例３では、取鍋内スラグおよび耐火物損傷量指数
とも本発明例１〜５と同程度であったが、ノズルが炉口
の方向に向いてしまいそのため炉口からスラグと溶鋼が
吹きだし、安全に出鋼作業が継続できなくなり、ガス吹
き込みを中止した。したがって、スラグの取鍋内厚みは
本発明例１〜５と同じになった。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】

【発明の効果】本発明の方法を用いることにより、転炉
等炉の出鋼時に溶鋼流とともにスラグが取鍋内へ流出す
ることを防止し、清浄性の良い鋼を製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】上底吹転炉の吹錬時における状況を示す縦断面
模式図である。

【図２】上底吹転炉の出鋼時の本発明の実施状況を示す
縦断面模式図である。

【図３】ガス流速とスラグの流出指数との関係図であ
る。

【図４】ガス流速と転炉耐火物損傷量指数との関係図で
ある。

【図５】ノズル角度αとスラグの流出指数との関係図で
ある。

【図６】ノズル角度αとスラグと溶鋼の飛散状況指数と
の関係図である。

【図７】ガス流速とノズル角度αの相関図である。

【符号の説明】

１：転炉、 ２：溶銑、２a：
溶鋼 ２b：溶鋼のくぼみ、
３：スラグ、 ４：底吹羽口、
５：底吹ガス供給口、 ６：ラバールラン
ス、７：酸素吹き付け、 ８：出鋼口、
９：排気系 １０：吹き付けラン
ス、１０a：ノズル １１：スラグ
面吹き付け、１２：出鋼流、 １
３：取鍋、１４：溶鋼、 １５：
炉口、１６：耐火物、 １７：昇降
装置、１８：移動台車、 １９：ガス
配管、２０：防熱板、 ２１：作業
床。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器内の溶鋼を排出する際、排出口直上の
   溶鋼面上にあるスラグに対し、スラグ表面とのなす角度
   αが２０〜９０゜に設定されたノズルを用いてガス流速
   １００〜１０００ｍ／ｓｅｃで高圧ガスを吹き付けるこ
   とを特徴とする溶鋼の排出時におけるスラグ流出防止方
   法。