JPS63266014A - 酸素上底吹製鋼法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、予め脱珪、脱燐、脱硫処理した溶銑を主たる
鉄源とする酸素製鋼法、すなわち、造滓剤を全く添加し
ないかもしくはごく少量添加する等のいわゆるスラグレ
ス脱炭による製鋼法に関するものである。

（従来の技術） 周知のようにわが国の鉄鋼−貫製鉄事業場における製鋼
法の主力は約２０年前よりいわゆる純酸素上吹転炉法と
なり、以後今日に至るまでこの構図は基本的には変化し
ていないといえる。詳細にはこの間に底吹転炉法の発展
、さらには近年のいわゆる酸素上底次法〜複合吹錬法の
出現があるが、複合吹錬法は通例、酸素上吹を主体とす
るものであるので、脱炭精錬手段の主力は依然として酸
素上吹である。そして、上吹、底吹、上底吹のいずれの
方式を問わず、従来の酸素製鋼法の大家は同時に石灰（
Ｃａｂ）等の造滓剤を多量に使用するところの「スラグ
精錬法」でもあった。

この、スラグ精錬型の酸素上吹製鋼法は、しかし、鋼に
随伴して大量の転炉滓を発生すること、鉄分の転炉滓中
移行等による歩留損失が無視できないこと、一般にいわ
ゆるスロッピング・スピッティングへの対応から被精錬
鉄源の体積に比して過大な炉体を必要とすること、等の
不可避的な欠点を有することから、近年各種の新製調法
の研究開発が進められ、その結果としていわゆるスラグ
レス脱炭法が注目されてきている。このスラグレス脱炭
法とは、すなわち、予め脱珪、脱燐、脱硫処理した溶銑
を主たる鉄源とし、造滓剤を全く添加しない、もしくは
、ごく少量添加しζ行う酸素製鋼法である。このような
スラグレス脱炭法に関する公知の技術としては、例えば
、特開昭５７−６０００４号公報、特開昭５８−１１７
０９号公報記載のものがあり、これらはいずれも、酸素
全量上吹ないし酸素上吹主体のスラグレス脱炭法につい
ていわゆるソフトブローをその物理的な効果に着目して
適用して主としてスピッティング抑制による鉄分歩留向
上を図ったものである。

（発明が解決しようとする課題） 一方、製鉄事業場、特に銑鋼−貫製鉄事業場においては
、製鋼工程での屑鉄配合率の向上や製鋼用鉄源選択の弾
力性の増大の要請が近年とみに高まってきているのであ
るが、ソフトブロ一方式のものを含め、上記例示のよう
な従来の酸素全量上吹ないし酸素上吹主体のスラグレス
脱炭法では、このような要請に有効に対処できていない
。

そこで、製鋼滓の大量発生がない、鉄分の環中移行によ
る歩留損失のない、スロッピング・スピッティングを抑
制し易いというスラグレス脱炭法の長所を維持しながら
、さらに、屑鉄配合率の向上を可能とする溶鉄の脱炭昇
温を増大することができる製鋼法の確立を課題とし、そ
の研究開発の結果完成されたものが本発明である。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、予め脱珪、脱燐、脱硫処
理した溶銑を主たる鉄源とし、酸素底吹を主たる脱炭精
錬手段とする酸素上底吹製鋼法である。本発明において
は、酸素上吹は脱炭精錬手段としては従たるもので、む
しろ酸素上吹は主に炭素の２次燃焼高進手段として用い
られる。

本発明は、スラグレス脱炭法における高い脱炭昇温率達
成の有効な手法を開発することを目的とし、従来報告さ
れているところの上吹酸素製鋼法と底吹酸素製鋼法にお
ける炭素の２次燃焼率の差異に着眼して、酸素底吹を主
とし酸素上吹を従とする製鋼法に想到したものである。

すなわち、本発明は酸素底吹に主に脱炭機能を、酸素上
吹に主に２次燃焼増進機能を集約的に分担せしめる新規
なスラグレス脱炭法を提供するものである。

ここで、いわゆる２次燃焼等について若干説明する。

酸素吹錬による溶鉄浴の脱炭昇温はｃ　＋　Ｈｏ！→Ｃ
Ｏの形で総括的に示されるところのいわゆる炭素の１次
燃焼反応、ならびにＣＯ十＋ＡＯ□→ＣＯ□の形で総括
的に示されるところのいわゆる炭素の２次燃焼反応によ
って発生する熱に基ずく。この１次ならびに２次の炭素
の燃焼反応による発生熱は、１次燃焼反応では、約２２
００ｋｃａ　ｌ　／　ｋｇ　−Ｃ２２次燃焼反応では約
５６００ｋｃａ　ｌ　／　ｋｇ　−Ｃであり、２次燃焼
反応による熱発生は１次燃焼反応の熱発生と比較して、
同−炭素量当りでは２．５倍強となる。酸素型らに低値
となっている。そして、この未然焼ＣＯガスを主体とす
る排ガス（転炉ガス）を捕集回収してこれを熱源として
別途使用していたが、該転炉ガスは単位量当りの発熱量
が小さいため用途に制約がある上に、ガスを熱源として
使用する場合の燃焼熱効率はたかだか２０％程度であり
、充分に有効な利用法とはいいがたい欠点を有していた
。

これらの回収転炉ガス使用時の不利性を改善する有力な
方法として、近年、未然焼ＣＯガスの回収によらず、む
しろ炭素の２次燃焼反応を積極的に促進して、これによ
る発生熱を製鋼炉内で直接的に回収し溶鉄浴温を上昇さ
せ、屑鉄、鉄鉱石等の冷鉄源の消化等への利用を図る方
法が注目されてきている。この方法における要諦は高い
２次燃焼率を達成する技術にあるが、酸素底吹を主たる
脱炭手段とする製鋼法に関しては前述のように上吹酸素
製鋼法と比較して２次燃焼には不利とされ、底吹主体の
スラグレス脱炭法についてのこの種技術の有効なものは
未だ開示されていない。そして、本発明は該技術を追求
して酸素底吹を主体とするスラグレス脱炭に関する実験
と考察とを重ねた結果、完成されたものである。

さて、本発明者は実溶銑吹錬による研究試験に基すいて
、予め脱珪、脱燐、脱硫処理した溶銑を主たる鉄源とし
て、酸素底吹を主たる脱炭精錬手段とする酸素上底吹製
鋼法における溶鉄の脱炭昇温を向上するために重要な炭
素の２次燃焼の進行率とその制御因子について考察した
結果、下記のような知見に到達した。

すなわち、予め脱珪、脱燐、脱硫処理した溶銑を主たる
鉄源として、酸素底吹を主たる脱炭精錬手段とする酸素
上底吹製鋼法、換言すると酸素上底吹スラグレス脱炭法
において、炭素の２次燃焼に支配的な影響を与える操業
因子は、上吹酸素によって溶鉄浴表面に形成されるへこ
み深さＬを指標とする上吹送酸強度である。

これをやや具体的に説明すると、上吹酸素による溶銑浴
表面に形成されるへこみ深さＬが大きいほど炭素の２次
燃焼率は低く、Ｌが小さくなるに従って２次燃焼は増大
してゆくが、Ｌが極小の領域（Ｌ＜２０ｔｒｎ）では、
２次燃焼率は微増ないしは停滞するが、溶鉄の脱炭昇温
率は低下する。

上記のような知見は、上吹送酸強度りを調節することに
よって溶銑浴表面近傍における炭素の２次燃焼を制御し
、したがって脱炭昇温率を制御できることを意味する。

そして、この事実の発見に基づいて、スラグレス脱炭法
において鉄源選択の弾力性の増大を可能とする本発明が
成立したのである。すなわち、製鋼精錬の最重要事項で
ある脱炭については基本的に酸素底吹に委託して、酸素
上吹はプロセスの熱的自由度を拡大するべく２次燃焼の
制御という機能分担を（上吹送酸強度りの調節を通じて
）遂行できることになったわけである。

ここで、酸素上吹を酸素底吹に対して従であると称する
のは、製鋼の要点である脱炭に係る効果についてである
。本発明において、酸素上吹にも当然ながら一定の脱炭
効果があるが、酸素上吹の脱炭効果が酸素底吹の脱炭効
果と近似の水準にあるほどに大きいときは、本発明の所
期の目的は達成され得ない。酸素上吹が酸素底吹に対し
て従であることは、上吹酸素流量・上吹酸素総量よりも
むしろ上吹送酸強度によって規定される。

ここで底吹酸素流量（Ｆｏｇ−ｓ）にいては、適当な流
量であることが知られている２、５〜３．５Ｎｍ”／ａ
ｋｉｎ−ｔ−”とするが、該流量範囲の酸素底吹のみに
基ずく炭素の２次燃焼はほとんど観測されない。なお底
吹酸素流量を上記流量範囲より大きく或いは小さくして
も底吹酸素自体による２次燃焼が生じないことは変わら
ない。

一方、２次燃焼は、総括的にはｃｏ＋３ｏ□→ＣＯｔで
表される反応であり著しく高温側になると逆反応である
ＣＯ□の解離反応が起こるようになる。溶鉄浴表面近傍
の温度は２５００°Ｃ程度と報告されている（Ａｕｔｏ
ｍａｔｉｏｎ　Ａｍｓｔｅｒｄａｍ　５ｅｓｓｉｏｎ、
　１９６５年３月、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏ
ｎｆ、　ｏｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　５ｔｅｅｌ　Ｍａｋ
ｉｎｇ）ことに基づいて炭素の２次燃焼率は平衡論的に
６０％程度が最大限界値と考えられるところから、上吹
酸素流量（Ｆｏｇイ）は底吹酸素の脱炭素効率を１００
％とみなすとき底吹酸素流Ｉ　（Ｆ、Ｚ−１１）の６０
％のＦ’ｏｚイが理論必要最大量となる。したがって、
底吹酸素流量の６０％を超える上吹酸素流量を付与する
ことは、２次燃焼増進の見地からは効果がない。

（実施例） 第１図は酸素底吹を主たる脱炭精錬手段とする酸素上底
吹製鋼炉の概略断面図で、この製鋼炉を用いて本発明を
実施した。

該製鋼炉は鉄皮１で被覆、支持されて耐火物２で内張り
を施した容器と吹酸用底吹羽口３、吹酸用上吹ランス４
によって基本的に構成されている。

該炉に溶銑５が装入され、底吹羽口３より底吹用酸素が
溶銑５中に吹込まれ、ランス４よりの上吹酸素によって
溶銑浴表面にへこみ６が形成される。

該へこみ深さＬが本発明における送酸強度の指標である
。

このときの操業条件との結果の代表例を第１表に記す。

第１表に示したように、本発明の特徴とする上吹ソフト
ブロー条件の実現には、火点面積率、すなわち静止浴表
面積に対する上吹酸素の衝突被覆面積率を大きくとれる
多孔広角ランスの使用が有効であり、本実施例では特願
昭５８−５６７２９号記載の７孔ランス等を使用した。

本実施例の結果は、上吹酸素によって溶鉄浴表面に形成
されるへこみ深さＬが、２０胴≦Ｌ≦２００閣の範囲に
おいては、脱炭昇温率θ。とＬとの間には、θｃ　＝　
２６０　・ｅｘｐ　　（−４，０３・１０−３・Ｌ）±
１５（”Ｃ／１％Ｃ）の関係がよく成立している。

また、Ｌ＝２０ｍｍ近傍を最大としてＬ＜２０ｍｍでば
θ。は増加していないことが認められる。

ここで、「酸素底吹を主たる脱炭手段とする酸素上底吹
スラグレス脱炭製鋼法」である本発明について、あらた
めて公知の主要な関連技術等との比較検討を行う。

従来公知の酸素上底吹併用型製鋼法としては、例えば特
開昭５５−１３８０１５号公報、特開昭５５−１６１０
１４号公報記載のものがあるが、これらはいずれも基本
的には酸素上吹を主たる脱炭手段とし、酸素底吹を主た
る鉄浴撹拌手段かつ従たる脱炭手段とするものであり、
２次燃焼の制御あるいは増進の思想は見られない。また
スラグレス脱炭法に関するソフトブロ一応用技術として
代表的なものとして特開昭５７−６０００４号公報記載
のものがあるが、これは要約すれば「酸素全量上吹ない
し酸素上吹主体の上底吹スラグレス脱炭製鋼法」であり
、主としてスピッティング抑制による鉄分歩留向上を図
ったものであって、炭素の２次燃焼反応を高進せしめて
溶鉄の脱炭昇温を増大することに関する明示・暗示の記
載はなく、本発明とは目的・構成・効果のいずれの面に
おいても顕著な差異がある。特に、その底吹酸素量は全
酸素量の３％未満に過ぎず、酸素底吹を脱炭精錬の主た
る手段とする本発明と正反対を指向している。

酸素上底吹併用型製鋼法であって２次燃焼増進を具体的
に志向した技術として、特公昭５６−８０８５号公報記
載の発明がある。同発明は、底吹を主たる鉄浴精錬手段
とし、上吹を主に２次燃焼増進手段とするところは本発
明に一見類似しているが、しかし、通常銑（脱珪等の予
備処理を施さない溶銑）を用いて造滓剤添加（実施例の
記載によれば、約１００ｋｇ−石灰／Ｔ−溶銑）を必須
とする技術であって、予備処理銑のスラグレス精錬であ
る本発明とは大前提から異なるものである。

（発明の効果） 上記実施例に見られるように、本発明による脱炭昇温の
最適条件による制御では、２５０°Ｃ／１％Ｃの脱炭昇
温率が得られ、これは従来法によって達成され得る脱炭
昇温率と比べると約１５０°Ｃ／１％Ｃも大きく、これ
は脱炭量１％当りで、製鋼用主原料の屑鉄配合量７．５
％向上すなわち溶銑配合率７．５％低減をもたらす顕著
な熱的効果である。溶銑および吹止鋼の炭素量、温度等
の条件にもよるが、従来の酸素上底吹製鋼法との比較で
は２５％程度の屑鉄配合率向上を達成させることが可能
である。これは、酸素製鋼法における鉄源選択の弾力性
を顕著に増大することができる工業上の大きな意義を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例で使用した製鋼炉の概略断面図で
ある。 第１図 ３３　　　　　ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 予め脱珪、脱燐、脱硫処理した溶銑を主たる鉄源とし、
   酸素底吹を主たる脱炭精錬手段とする酸素上底吹製鋼法
   。