JPH11229020A

JPH11229020A - 金属精錬・溶解用窯炉の内張り耐火物保護方法

Info

Publication number: JPH11229020A
Application number: JP3110498A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nakao; 淳中尾; Kiyoshi Sawano; 清志澤野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融金属を排出後にスラグを炉内に残留さ
せ、このスラグを炉の内張り耐火物表面にスラグスプラ
ッシュコーティングする金属精錬・溶解用窯炉の内張り
耐火物保護方法において、適切なスラグ成分でかつ適切
なスラグ温度においてスラグコーティングをする方法を
提供する。【解決手段】溶融金属精錬又は金属溶解の末期にスラ
グ組成を測定し、該スラグ組成の測定結果に基づいてス
ラグ改質のための副材の投入量を決定し、該副材を溶融
金属精錬又は金属溶解の処理中に炉内に投入することを
特徴とする金属精錬・溶解用窯炉の内張り耐火物保護方
法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼精錬における
金属精錬・溶解用窯炉の内張り耐火物の保護方法であ
り、より効率的に耐火物表面にコーティング層を施して
耐火物を保護する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鉄鋼精錬で使用される転炉、ス
クラップ溶解炉、溶融還元炉等は、鉄皮の内側を内張り
耐火物でライニングしているが、高温下でのスラグとの
反応、溶銑や溶鋼流による摩耗、あるいは熱衝撃による
スポーリング等が原因となって、内張り耐火物は次第に
損耗する。損耗が進行して使用継続が困難になった時点
で炉を冷却し、内張り耐火物を張り替えることによって
再度精錬に使用することが可能になるが、耐火物寿命が
短いと耐火物コストの上昇を招き、かつ内張り耐火物の
修復築造に多大な労力と時間を要することから、生産能
力も低下する。

【０００３】内張り耐火物の寿命を延長する手段とし
て、不定形耐火物を吹き付けガンにより吹き付ける熱間
吹き付け補修法が採用され、耐火物寿命の延長に効果を
発揮しているが、補修材の使用によりコストの増大を招
くとともに、補修のために多大な時間と労力を要すると
いう問題があった。

【０００４】これに対し、時間と労力を要せず、価格の
高い材料を使用しないで済むスラグコーティング法が種
々提案されている。スラグコーティング法は、精錬が完
了した溶鋼を出鋼した後も炉内に溶融スラグを残存さ
せ、容器内壁や容器底にこのスラグをコーティングして
固化させ、内張り耐火物を保護する方法である。容器を
傾動させることによって残留スラグを内壁にコーティン
グする傾動補修法が従来から採用されていた。特開昭６
２−１７１１２号公報においては、転炉の上吹きメイン
ランスを用いてスラグをスプラッシュ状に吹き飛ばして
コーティングする方法が記載されている。炉内に残留し
たスラグにメインランスからガスを吹き付けることによ
り、残留スラグは吹き飛ばされて炉の内壁に付着し、こ
の内壁面を保護するコーティング層となる。特開昭６１
−５６２２３号公報、特開平１−１５２２１４号公報に
おいては、スラグスプラッシュコーティングを行うに際
し、スラグ中に生ドロマイトや石炭等の改質材を添加す
ることによってコーティング効果を増大する方法が記載
されている。ドロマイト添加によってスラグ中のＭｇＯ
含有量を増大して耐火物中のＭｇＯ成分がスラグに溶出
することを防止し、石炭添加によってスラグ中の酸化鉄
を還元してスラグの融点を上昇させる等の効果を狙った
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】傾動補修法、スラグス
プラッシュコーティング法のいずれを採用する場合にお
いても、スラグの組成と温度とを適切に制御することが
重要である。スラグ中のＭｇＯ濃度を増大することでマ
グネシア煉瓦製の内張り耐火物の溶損速度を低減するこ
とができ、スラグ塩基度を増大することで、スラグの融
点を上昇して溶解しにくくするとともに、精錬における
高塩基度スラグによる溶解を防止することができる。ス
ラグ中の酸化鉄を還元することによってもスラグの融点
を上昇することができる。また、改質材を添加すること
で改質材へのスラグ顕熱の移動によってスラグ温度が低
下し、スラグの粘性が増大するため、改質材無添加では
炉の内壁に付着したスラグが流れ落ちてしまうのに対
し、改質材を添加した結果として炉の内壁に付着したス
ラグがそのまま保持されてコーティング層を形成するこ
とができる。逆に、改質材添加によってスラグの融点が
上昇しすぎたり、あるいはスラグの温度が低下しすぎる
と、スラグの粘性が増大しすぎるため、メインランスか
らガスを吹き付けてもスラグが飛散せず、炉内壁の必要
な個所にスラグをコーティングすることができなくな
る。特開平７−２５８７１７号公報においては、改質材
添加によって出鋼温度におけるコーティングスラグの液
相体積分率が４０％以下になるようにスラグ組成を制御
する方法を開示している。

【０００６】一方、精錬あるいは溶解が完了した時点で
のスラグの組成は、製造する品種、製造方法によって変
動するため、スラグコーティングを実施する度毎に、改
質材添加前スラグ組成にみあった改質材の添加を行う必
要がある。特開平７−２５６７１７号公報においては、
出鋼時にスラグ組成を測定し、あるいは同一種の吹錬時
における平均的スラグ組成を用い、該スラグ組成に対し
て適切な固化材投入量を決定する方法が開示されてい
る。しかし、同一種の平均的スラグ組成を用いたので
は、どうしても実際のスラグ組成との誤差が生じ、適切
な改質が行えないという問題があった。また、出鋼時に
スラグ組成を測定する方法においても、スラグ成分が判
明した後に改質材を添加するため、炉の稼動時間にロス
が生じるとともに、スラグが冷えすぎてスプラッシュコ
ーティングができないという問題があった。

【０００７】従来の改質材添加方法においては、出鋼後
の残留スラグに改質材を添加しているが、スラグ組成を
適正化するために必要な量の改質材を添加すると、スラ
グ温度が下がりすぎて粘性が増大し、スラグスプラッシ
ュコーティングが十分に行えない場合があるという問題
があった。

【０００８】本発明は、これらの課題を解決して、適切
なスラグ成分でかつ適切なスラグ温度において内張り耐
火物表面にスラグスプラッシュコーティングをする金属
精錬・溶解用窯炉の内張り耐火物保護方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは、溶融金属を排出後にスラグを炉内に残
留させ、このスラグを炉の内張り耐火物表面にスラグス
プラッシュコーティングする金属精錬・溶解用窯炉の内
張り耐火物保護方法において、溶融金属精錬又は金属溶
解の末期にスラグ組成を測定し、該スラグ組成の測定結
果に基づいてスラグ改質のための副材の投入量を決定
し、該副材を溶融金属精錬又は金属溶解の処理中に炉内
に投入することを特徴とする金属精錬・溶解用窯炉の内
張り耐火物保護方法である。前記副材としては、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、生石灰、生ドロマ
イト、軽焼ドロマイト、軽焼マグネシア、重焼マグネシ
ア、脱炭滓の１種又は２種以上の混合物を用いることが
できる。内張り耐火物表面へのスラグのコーティングを
炉内残留スラグにガスを吹き付けてスラグスプラッシュ
を発生させることによって行う場合には、前記スラグス
プラッシュに使用するガスとして、空気、窒素、転炉排
ガスの１種又は２種以上の混合ガスを用いることができ
る。

【００１０】本発明は、溶融金属精錬又は金属溶解の末
期にスラグ組成を測定し、該スラグ組成の測定結果に基
づいてスラグ改質のための副材の投入量を決定し、該副
材を溶融金属精錬又は金属溶解の処理中に炉内に投入す
るところに最大の特徴がある。スラグ組成測定値に基づ
いて副材の投入量を決定するため、改質後のスラグ組成
を適正な組成に的中させることができる。また、副材を
出鋼後ではなく、溶融金属精錬又は金属溶解の処理中に
炉内に投入するため、添加した副材を十分に溶解して均
質な改質スラグをスラグコーティングに使用できるとと
もに、改質後のスラグ温度を精錬完了時の温度に保持す
ることができ、温度が過度に低下してスラグの粘性が増
大し、スラグコーティングが実施できなくなるという問
題を解決することができる。

【００１１】スラグスプラッシュに使用するガスとして
酸素、転炉排ガスを用いれば、スラグ中のＦｅＯが燃焼
してＦｅ₂Ｏ₃に変化するときの発熱でスラグ温度を上
昇させることができ、また窒素のような不活性ガスを用
いればガスの冷却効果でスラグ温度を低下させることが
できる。また、両者の混合ガスを用いることでスラグ温
度を任意に制御することも可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、上吹き転炉、上底吹き
転炉、スクラップ溶解炉、溶融還元炉を含む溶融金属精
錬炉又は金属溶解炉において適用することができる。溶
融金属精錬又は金属溶解の末期にスラグ組成を測定する
方法としては、例えば精錬の末期に溶融金属の成分を測
定するためにサブランスの先端に装着したプローブを炉
内に挿入して溶融金属サンプル採取を行う場合には、該
プローブによって溶融スラグサンプルも同時に採取し、
この採取スラグの組成を分析することによって行うこと
ができる。このようなサブランスを備えていない場合、
あるいは溶融金属成分採取を行わない場合には、別途ス
ラグ採取のためのプローブを設置することも可能であ
る。

【００１３】精錬又は溶解の進行に伴ってスラグ成分も
変化するので、スラグ組成測定のためのスラグ採取は、
できるかぎり精錬又は溶解の完了寸前に行う必要があ
る。上記サブランスによる溶融金属サンプル採取と同時
にスラグサンプル採取を行えば、そのサンプルの測定値
を用いて更に精錬又は溶解完了までの組成変化を従来の
実績に基づいて修正を加えることにより、精錬又は溶解
完了後の推定スラグ組成として、十分に精度の良い組成
を算出することが可能である。

【００１４】上記のように精錬又は溶解完了後のスラグ
組成推定値を算出し、この結果に基づいて改質後のスラ
グ組成を目標組成とすべく副材の添加量を決定する。目
標組成の決定方法については、炉の特質と実績に基づい
て最適な組成を決めることができる。特開平７−２５８
７１７号公報に開示されているように、出鋼温度におけ
るスラグの液相体積分率が４０％以下になるように副材
の投入量を決定してもよい。マグネシア系煉瓦の溶損を
防止する上では、スラグ中のＭｇＯ濃度の増大が有効で
ある。また、スラグの融点を上昇させるためには、スラ
グの塩基度の上昇が有効である。スラグ中のＴ．Ｆｅの
低減は、スラグの融点を上昇させるために特に有効であ
る。

【００１５】副材は、溶融金属精錬又は金属溶解の処理
中に炉内に投入する。従来のように出鋼後の残留スラグ
に副材を投入すると、副材にスラグ顕熱が奪われるため
にスラグ温度が低下し、投入した副材が十分に溶解せず
スラグと融合しないという問題があったが、本発明では
精錬又は溶解の処理中に副材を投入するため、副材投入
後のスラグは精錬又は溶解完了目標温度まで昇温され、
副材を必要なだけスラグに溶融混合することができる。
更に、吹錬完了後の温度低下によって、完全溶融したス
ラグから、高融点鉱物の微細な結晶が均一に析出するこ
とによって固液混相のスラグとなるため、飛散、付着、
耐用性のすべての点においてスラグコーティング層とし
て最も好ましい状態を生成しうるのである。

【００１６】副材としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｓｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、生石灰、生ドロマイト、軽焼ドロマ
イト、軽焼マグネシア、重焼マグネシア、脱炭滓の１種
又は２種以上の混合物を用いることができる。ＭｇＯを
投入してスラグ中のＭｇＯ濃度を高めると、内張り耐火
物が塩基性耐火物である場合に耐火物の溶損を防止する
効果を有する。ＣａＯの添加はスラグの塩基度を高め、
スラグの融点を上昇させてスラグコーティング層の固化
と耐久性の向上に役立てることができる。塩基性内張り
耐火物の保護においては、ＳｉＯ₂を主成分として投入
することはないが、副材を構成する成分として必然的に
副材中に含まれることが多い。Ａｌ₂Ｏ₃はスラグ中の
液相量を増加させ、またＭｇＯと反応して高融点のＭｇ
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃を生成して、スラグ中の液相量の制御と
ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃によるコーティング層の高耐用化と
いう効果を有する。

【００１７】生石灰はＣａＯ源として、生ドロマイト、
軽焼ドロマイトはＭｇＯ、ＣａＯ源として、軽焼マグネ
シア、重焼マグネシアはＭｇＯ源として投入する。脱炭
滓は、転炉精錬によって生成したスラグを固化回収した
ものである。ＣａＯ、ＳｉＯ₂、酸化鉄、Ｐ₂Ｏ₅、Ｍ
ｎＯその他の成分を含有する。脱炭滓中に含まれる酸化
鉄の量は、精錬する品種によって相違する。スラグ中に
含まれる酸化鉄の量が少ない品種のスラグのみを選別し
て回収することが可能である。このようにして回収した
酸化鉄含有量の少ない脱炭滓を副材として使用すると、
スラグ中のＴ．Ｆｅ（大部分が酸化鉄として存在）を低
減すること、及びスラグ量の増加が可能になる。軽焼ド
ロマイトのみでなく、生ドロマイトを使用する理由は、
スラグ量の増加によってコーティング層厚みを厚くする
ことである。

【００１８】副材を投入し、溶融金属精錬又は金属溶解
を完了した後、スラグを残して溶融金属は別容器に移さ
れる。転炉による鉄鋼精錬の場合は、出鋼孔を通して溶
鋼が取鍋に出鋼される。炉内に残留したスラグを内張り
耐火物表面にスラグコーティングする方法としては、本
発明ではスラグスプラッシュコーティング法を採用す
る。本発明は、副材投入後のスラグ組成を適正な範囲に
制御し、かつ投入した副材の溶融とスラグの温度の確保
が十分になされ、ガスの吹き付けによるスラグスプラッ
シュの生成の条件を十分に満足しているので、スラグス
プラッシュコーティング法への適用によって最も大きな
効果を発揮することができる。

【００１９】スラグスプラッシュコーティングにおい
て、スラグにガスを吹き付けるためには、精錬又は溶解
のために酸素ガスを吹き込む目的で設けられたメインラ
ンスをそのまま用いることができる。メインランスから
スラグにガスを吹き付けることにより、スラグは飛散し
て内張り耐火物表面に付着する。メインランスからのガ
ス吹き込み量を調整することにより、スラグの飛散高さ
を調整して炉内の必要な個所にスラグを付着させること
ができる。

【００２０】スラグスプラッシュに使用するガスとして
は、空気、窒素、転炉排ガスの１種又は２種以上の混合
ガスを用いることができる。窒素は不活性ガスのうちで
最も安価に入手できるガスである。吹き込みガスとして
窒素を用いることにより、スラグの顕熱は吹き込まれた
窒素ガスに奪われてスラグ温度は急速に低下するととも
に、炉内雰囲気温度も低下する。その結果、飛散したス
ラグは内張り耐火物表面に付着後、下方に流れ落ちずに
そのままの場所で固化し、スラグコーティング層を形成
する。スラグスプラッシュ時のスラグ温度に対して改質
後のスラグの融点が高すぎる場合、スラグの粘性が高く
てガスを吹き付けてもスラグスプラッシュが生成できな
い場合がある。このような場合に吹き込みガスとして空
気、あるいは転炉排ガスを使用することができる。ガス
中の酸素あるいはＣＯがスラグ中のＦｅＯと反応してＦ
ｅ₂Ｏ₃が生成し、このときの発熱でスラグの温度が上
昇し、スラグの粘性を低下させてスラグスプラッシュを
発生させることが可能になる。空気、転炉排ガスに窒素
を混合することによってガス中の酸素、ＣＯ分圧を調整
すれば、ガスによる吸熱効果と昇温効果をバランスさ
せ、最適なスラグ温度を実現することができる。

【００２１】

【実施例】鉄鋼精錬のための３５０ｔｏｎ純酸素上底吹
き転炉において本発明を適用した。精錬は、溶銑予備処
理によって炉外脱珪を行った溶銑を用いて行っている。
転炉精錬で生成するスラグ量は平均して１２ｔｏｎ程度
であった。転炉における吹錬時間は約２０分であり、吹
錬停止前５分にスラグサンプリングを行い、スラグ組成
の分析を行った。このスラグ組成分析結果に基づいてス
ラグ改質のための副材投入量を決定し、吹錬停止前２分
に副材を投入した。スラグコーティング方法としてはメ
インランスからのガス吹き付けによるスラグスプラッシ
ュコーティング法を用いた。出鋼後、転炉内に残留する
スラグにメインランスからガスを吹き付けて内張り耐火
物表面にスラグコーティング層を形成した。メインラン
スから吹き付けるガスには窒素を用い、ガス供給量は４
００００Ｎｍ³／ｈｒとした。表１に本発明例と比較例
のスラグコーティング状況を示す。Ｎｏ．１〜３に本発
明例を示し、Ｎｏ．４〜６に比較例を示す。本発明例、
比較例ともに吹錬中にスラグ組成の測定を行い、本発明
例においては吹錬完了前に副材を投入し、比較例におい
ては出鋼後のスラグ中に副材を投入した。Ｎｏ．１、４
は副材として脱炭滓を用いた。ここで使用した脱炭滓
は、スラグ中に含まれるＴ．Ｆｅが低い品種の転炉精錬
に用いられた脱炭滓を選別回収したものである。Ｎｏ．
２、５は副材として生ドロマイトを、Ｎｏ．３、６は副
材としてＡｌ₂Ｏ₃を用いた。スラグ組成の測定結果に
基づく副材投入量の決定は、吹き止め温度でのスラグ中
液相量が８０％となるように行った。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示すとおり、吹錬中に副材を投入し
た本発明例のＮｏ．１〜３においては、改質後スラグの
滓化率はいずれも１００％であったのに対し、比較例の
Ｎｏ．４〜６は滓化率が４０〜１００％とばらついてお
り、十分な滓化がなされなかった。その結果として、内
張り耐火物表面へのコーティングスラグの付着厚みに大
きな差が生じ、スラグコーティング層の耐用チャージ数
にも大きな差が生じた。

【００２４】次に、転炉の内張り耐火物１代にわたって
本発明例を適用した場合、及び比較例としてスラグ組成
測定は行うが副材投入を出鋼後に行った場合（比較例
Ａ）、スラグ組成測定は行わずに推定スラグ組成を用
い、副材投入を出鋼後に行った場合（比較例Ｂ）につい
て、転炉の炉寿命及び１炉代平均の吹き付け不定形耐火
物消費原単位に及ぼす影響を評価し、結果を表２に示し
た。改質用の副材としては生ドロマイトを使用し、その
他の条件は表１における実施例と同様の条件を採用し
た。

【００２５】

【表２】

【００２６】表２から明らかなように、本発明例は、比
較例Ａ、比較例Ｂのいずれと比較しても、少ない吹き付
け不定形耐火物原単位において転炉炉寿命を延長でき
た。比較例Ａにおいては副材投入量は適正であったもの
の、出鋼後に副材を投入したために投入した副材の滓化
が不十分であり、比較例Ｂにおいては副材投入量も適正
に制御できなかったため、コーティングスラグ層厚み、
コーティングスラグ層の耐用チャージ数ともに十分でな
かったのに対し、本発明例においては適正な副材投入量
を実現し、かつ吹錬終了前に副材を投入して十分な滓化
を実現できたことが炉寿命及び吹き付け不定形耐火物原
単位の良好な成績に結びついたものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明の金属精錬・溶解用窯炉の内張り
耐火物保護方法により、スラグコーティングのためのス
ラグ改質において改質のための副材投入量を適正に制御
でき、かつ投入した副材を十分に溶融することが可能に
なり、良好なスラグコーティング層を形成して、吹き付
け不定形耐火物の使用原単位を削減しつつ内張り耐火物
の寿命を延長することが可能になった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属を排出後にスラグを炉内に残留
させ、このスラグを炉の内張り耐火物表面にスラグスプ
ラッシュコーティングする金属精錬・溶解用窯炉の内張
り耐火物保護方法において、溶融金属精錬又は金属溶解
の末期にスラグ組成を測定し、該スラグ組成の測定結果
に基づいてスラグ改質のための副材の投入量を決定し、
該副材を溶融金属精錬又は金属溶解の処理中に炉内に投
入することを特徴とする金属精錬・溶解用窯炉の内張り
耐火物保護方法。
【請求項２】前記副材が、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｓｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、生石灰、生ドロマイト、軽焼ドロマ
イト、軽焼マグネシア、重焼マグネシア、脱炭滓の１種
又は２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１
に記載の金属精錬・溶解用窯炉の内張り耐火物保護方
法。
【請求項３】内張り耐火物表面へのスラグのコーティ
ングは炉内残留スラグにガスを吹き付けてスラグスプラ
ッシュを発生させることによって行い、前記スラグスプ
ラッシュに使用するガスが、空気、窒素、転炉排ガスの
１種又は２種以上の混合ガスであることを特徴とする請
求項１又は２に記載の金属精錬・溶解用窯炉の内張り耐
火物保護方法。