JPWO2019039326A1 - スラグのフォーミング抑制方法および転炉精錬方法 - Google Patents
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Abstract
スラグのフォーミング方法は、転炉の下方に設置された排滓鍋へ転炉の炉口からスラグを排出する際に、スラグの排出開始後式（１）の範囲を満たす速度で水噴流を前記排滓鍋のスラグ落下位置に吹き付ける。【数１】Ｖwater：排滓開始から排滓終了までの水噴流の吹き付け速度（ｋｇ／分）Ｖslag：排滓開始から２分間のスラグの排出速度（ｋｇ／分）
Description
本発明はスラグのフォーミング（泡立ち）抑制方法および転炉精錬方法に関する。
鉄鋼製造プロセスにおいて高炉などで製造された溶銑はＣ濃度が４〜５質量％、Ｐ濃度が０．１質量％程度と高く、そのまま凝固させて銑鉄としたのでは加工性や靱性が低いために鉄鋼製品として用いることが困難である。したがって精錬プロセスにおいて脱燐・脱炭処理を行うとともに各種成分を調整して要求品質を満たす鋼を製造している。この脱燐・脱炭処理では酸素ガスやＦｅＯを含むスラグにより溶鉄中のＣ、Ｐを酸化除去するが、溶銑に含まれるＳｉがＰよりも酸化されやすいために、実質的には脱珪・脱燐・脱炭反応が並行して進行する。
現在、精錬の予備処理プロセスは生産性と反応効率が良好な転炉方式が主流である。その操業方法としては、高炉溶銑を転炉に装入して脱珪・脱燐吹錬を行った後、吹錬を一旦停止して転炉を傾動させ、脱珪・脱燐スラグの一部を炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱炭吹錬を行う方法（以降、連続処理方式と表記）が非特許文献１において開示されている。また別の操業方法としては、高炉溶銑を転炉に装入して脱珪吹錬を行った後、吹錬を一旦停止して転炉を傾動させ、脱珪スラグの一部を炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱燐吹錬を行い、さらに脱燐吹錬後は転炉から溶銑を一旦排出して脱燐スラグと分離し、該溶銑のみを別の転炉に再度装入して脱炭吹錬を行う方法（以降、分離処理方式と表記）が特許文献１で開示されている。前者は１基の転炉を用いる操業形態であって、炉口からのスラグ排出を脱珪・脱燐吹錬と脱炭吹錬の中間で行う方式である。後者は２基以上の転炉を用いる操業形態であって、少なくとも１基の転炉を脱珪・脱燐吹錬に使用し、該転炉において炉口からのスラグ排出を脱珪吹錬と脱燐吹錬の中間で行う方式である。以下、２回の吹錬の間に転炉内のスラグを排出する操作を中間排滓ともいう。両者ともに、炉口からスラグを効率的に排出するために、吹錬中に発生するスラグのフォーミング（泡立ち）現象を利用してスラグの体積を増加させる点が共通している。
転炉スラグのフォーミングは、吹錬中に溶銑中のＣと酸素ガスあるいはスラグ中のＦｅＯが反応してＣＯ気泡が多数生成し、スラグ中に滞留することで発生する。連続処理方式、分離処理方式のいずれもこのフォーミングしたスラグを炉口から排出し、転炉下方に設置した排滓鍋へ収容する。排滓鍋へのスラグ排出量が増加するほど、炉内に残留するＳｉＯ2やＰ2Ｏ5を少なくすることができ、中間排滓後に行う精錬において、生石灰など精錬材の使用量を低減することができる。したがって短時間で多量のスラグを排出することが望ましいが、排滓鍋へ排出された後もスラグはフォーミングするため、排滓鍋から溢れてしまうと周辺設備を焼損して復旧に多大な時間と労力を必要とする。スラグ排出速度を下げる、あるいはスラグ排出を一時中断するといった方法により溢れを回避することは可能であるが、これは生産性を低下させる。そこで、スラグのフォーミングを抑制する物質が排滓鍋へ投入される。
フォーミングやスロッピングに伴う精錬容器からのスラグ溢れは、排滓鍋に限らず混銑車や溶銑鍋、転炉などでも生産性を阻害する事象である。このため、これまでに様々なフォーミング抑制方法が試みられてきた。従来のフォーミング抑制方法は大きく２つに分類できる。まず１つは気泡の生成を抑制する方法であり、例えば特許文献２では生ドロマイトのような炭酸塩を投入し、熱分解する際の吸熱によりＣＯガスの発生を抑制するフォーミング防止剤が開示されている。もう１つはスラグ内に滞留した気泡を破壊（破泡）する方法であり、例えば特許文献３ではパルプ廃滓を主体としたフォーミング鎮静剤が開示されている。このフォーミング鎮静剤はスラグ内で燃焼や熱分解の反応により急速にガスを発生し、その体積膨張エネルギーにより破泡してスラグを収縮させる。また特許文献４〜６では、水が高温で迅速に気化すること、入手が容易であること、安価であることに着目して、溶融スラグに対してミスト状や噴流状の水を吹き付け、スラグ表面の破泡や固化を行うことでフォーミングを鎮静する方法が開示されている。
鉄と鋼、第８７年（２００１）第１号、第２１〜２８頁
前記した連続処理方式や分離処理方式では、スラグが転炉の炉口から連続的に排出され、落下位置で激しく撹拌されるため、スラグ中に懸濁している銑鉄粒のＣとスラグのＦｅＯが反応して多量のＣＯ気泡が継続的に発生し、排滓鍋の中でも急速にフォーミングする。排滓鍋の容積は転炉よりも大幅に小さいのが通例であるから、フォーミングを効率的に抑制して多量のスラグを転炉から短時間で排滓鍋へ排出するには、スラグの排出速度に対応した投入速度でフォーミング抑制剤を投入することが重要である。
さらに、排出されたスラグを収容した排滓鍋は、台車や鉄道などにより搬送されるが、この間もＣＯ気泡は徐々に発生し続けるため、スラグが徐々に膨張する「後膨れ」が発生して搬送中に溢れるリスクがあり、排滓鍋へ排出するスラグ量を制限せざるを得ない場合がある。
これらの課題に対し、特許文献２〜６の方法はスラグの排出速度とフォーミング抑制剤の投入速度の関係については考慮されておらず、中間排滓のように排滓鍋へ連続的にスラグを排出するプロセスにおいて、多量のスラグを短時間で排出することが難しい。排滓後の後膨れに関しても、特許文献２の方法は投入した炭酸塩が熱分解して生成するＣａＯやＭｇＯがスラグの融点を上昇させるため、スラグ表面の固化（皮張り）を助長し、ＣＯ気泡が滞留しやすくなって後膨れが起きやすくなる。また特許文献３の方法では、搬送中にも鎮静剤を投入しなければ後膨れを抑制できない。特許文献４〜５の方法では、排滓後のスラグ表面に散水するため、スラグ表面の皮張りを助長し、特許文献２と同様に後膨れが起きやすくなる。さらに特許文献６の方法では、スラグ排出量が各チャージでばらつくことに対応できないため、後膨れを確実に抑制することが難しく、一定の確率で後膨れが発生する恐れがある。
本発明はこのような問題を鑑みてなされたもので、フォーミングしたスラグを炉口から連続的に排滓鍋へ排出するプロセスにおいて、排滓鍋内のスラグフォーミングを効率的に抑制し、かつ排滓後の後膨れも抑制することでスラグ排出量を向上させる方法を提供することを目的とする。本発明のフォーミング抑制方法は、１基の転炉で脱珪・脱燐吹錬、中間排滓および脱炭吹錬を連続して行う転炉精錬方式や、２基以上の転炉の少なくとも１基で脱珪吹錬、中間排滓および脱燐吹錬を行う転炉精錬方式で用いることができる。
前記目的に沿う本発明に係るスラグのフォーミング抑制方法は、以下の通りである。
（１）転炉の下方に設置した排滓鍋へ前記転炉の炉口からスラグを排出する際に、前記スラグの排出開始後式（１）の範囲を満たす速度で水噴流を前記排滓鍋のスラグ落下位置に吹き付けることを特徴とする、スラグのフォーミング抑制方法。
（１）転炉の下方に設置した排滓鍋へ前記転炉の炉口からスラグを排出する際に、前記スラグの排出開始後式（１）の範囲を満たす速度で水噴流を前記排滓鍋のスラグ落下位置に吹き付けることを特徴とする、スラグのフォーミング抑制方法。
Ｖslag：排滓開始から２分間のスラグ排出速度（ｋｇ／分）
（２）（１）に記載のスラグのフォーミング抑制方法において、前記スラグの排出開始後、３０秒以内に水噴流の吹き付けを開始することを特徴とする、スラグのフォーミング抑制方法。
また、本発明に係る転炉精錬方法は、以下の通りである。
（３）１基の転炉に溶銑を装入して脱珪・脱燐吹錬を行った後、炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させてスラグを炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱炭吹錬を行う精錬方法において、脱燐吹錬後のスラグ排出時に（１）または（２）に記載のフォーミング抑制方法を用いることを特徴とする転炉精錬方法。
（４）２基以上の転炉の少なくとも１基の転炉に溶銑を装入して脱珪吹錬を行った後、炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させてスラグを炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱燐吹錬を行う精錬方法において、脱珪吹錬後のスラグ排出時に（１）または（２）に記載のフォーミング抑制方法を用いることを特徴とする転炉精錬方法。
（３）１基の転炉に溶銑を装入して脱珪・脱燐吹錬を行った後、炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させてスラグを炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱炭吹錬を行う精錬方法において、脱燐吹錬後のスラグ排出時に（１）または（２）に記載のフォーミング抑制方法を用いることを特徴とする転炉精錬方法。
（４）２基以上の転炉の少なくとも１基の転炉に溶銑を装入して脱珪吹錬を行った後、炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させてスラグを炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱燐吹錬を行う精錬方法において、脱珪吹錬後のスラグ排出時に（１）または（２）に記載のフォーミング抑制方法を用いることを特徴とする転炉精錬方法。
本発明によれば、転炉からのスラグ排出速度に対応した適切な速度で水噴流を吹き付けることで効率的にフォーミングを抑制でき、排滓鍋からのスラグ溢れを起こすことなく多量のスラグを排出できる。また、排滓鍋の搬送中にスラグが徐々に膨張する後膨れを抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。転炉における脱燐吹錬では、高速で酸素ジェットを溶銑表面に吹き付けることで溶銑中のＰを酸化し、スラグへＰ2Ｏ5として除去している。これと並行して、溶銑中のＳｉも酸化され、スラグへＳｉＯ2として移
行する。また、溶銑中のＣは酸素ガスあるいはスラグ中のＦｅＯと反応してＣＯ気泡を発生し、その一部がスラグ内に滞留することでフォーミングが起こる。
行する。また、溶銑中のＣは酸素ガスあるいはスラグ中のＦｅＯと反応してＣＯ気泡を発生し、その一部がスラグ内に滞留することでフォーミングが起こる。
スラグが適度にフォーミングした後、転炉の下方に設置した排滓鍋へ炉口からスラグを排出するが、排滓鍋の中でもフォーミングが発生する。これは、吹錬中に溶銑の一部が酸素ジェットにより引きちぎられてスラグ中に粒鉄として懸濁しており、この粒鉄中に含まれる炭素（Ｃ）が排滓鍋内で式（２）の反応によりＣＯ気泡を発生するためである。
排滓鍋内では落下してきたスラグの運動エネルギーにより強い攪拌が起こり、ＣＯ気泡が多量に発生してスラグが激しくフォーミングする。そのためフォーミング抑制効果のある物質を投入し、スラグの溢れを防止する必要がある。
発明者らは、水分の有効利用法を検討するため、前記した連続処理方式や分離処理方式の炉口排出スラグを想定した組成および温度の条件において小型炉実験を行った。
すなわち、鉄坩堝内で、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．９〜１．０、酸化鉄濃度が３０〜３５質量％であるスラグ１００ｇを１３５０℃において溶解し、このスラグに銑鉄を上方より投入してフォーミングを発生させた。銑鉄投入後は３０秒間隔（５分後からは１分間隔）で鉄棒をスラグに浸漬して付着させ、スラグ高さを測定した。銑鉄添加の２分後には所定量（０ｇ〜０．４ｇ）の水分を含ませた紙製ウエスをスラグ中に浸漬し、スラグの鎮静効果を評価した。鎮静効果の指標には、式（３）で定義する「鎮静率」を用いた。
Ｈ2.5：銑鉄投入後２．５分（紙製ウエス浸漬３０秒後）のスラグ高さ（ｍｍ）
スラグ高さの経時変化を図１に示す。水分量が０ｇ（紙製ウエスのみ）（×印）の場合は、紙製ウエスを浸漬してもスラグ高さはほとんど変化しなかった。その後は銑鉄中のＣが次第に消費されるためにＣＯ気泡の発生が減少し、スラグ高さは低下した。これに対し、水分量が０．０５ｇの場合（白三角印）は紙製ウエスの浸漬によりスラグ高さが低下し、水分の効果で鎮静することを確認した。ただし、鎮静後には再フォーミング（後膨れ）が発生した。このように、水分量が０．０５ｇでは鎮静後の再フォーミング（後膨れ）が発生したが、０．１ｇ〜０．２ｇ（白菱形、白四角印）では後膨れが小さく、０．４ｇ（黒菱形印）では後膨れは発生しなかった。
水分量と鎮静率の関係を図２に示す。水分量が０．１〜０．２ｇの場合において鎮静率が最も大きく、０．４ｇでは鎮静率が低下した。
前述のように、スラグのフォーミング鎮静機構は、スラグ内での気泡の生成を抑制する機構と、前述した特許文献６に記載されるように（同公報段落［００２３］参照）、スラグ内に滞留した気泡を破壊（破泡）する機構に分類される。そこで、上記観察された水分添加によるスラグフォーミング鎮静機構が、当該２種類のうちのいずれの機構を主要要因としてなされているかについて検討した。
水分によるスラグのフォーミング鎮静機構を破泡効果とすると、水分量が多くなるほど鎮静効果は高くなるはずであり、図２の結果を説明することはできない。そこで発明者らは、水分の投入によりスラグ温度が低下してＣＯ気泡の発生が抑制され、その結果としてフォーミングが鎮静した可能性を検証するため、熱収支解析を行った。その結果を図３に示す。Ｈ2Ｏの蒸発熱によりスラグが冷却される場合、水分量が０．１〜０．２ｇでは１０〜２０℃程度しか低下しない。一方、蒸発したＨ2ＯがＨ2とＯ2に分解し、その分解熱もスラグ冷却に寄与する場合、スラグの温度は３５〜７０℃低下する。さらに、水分量が０．４ｇにおける蒸発と分解合計の温度低下代は１４５℃になり、１２０５℃まで冷却される。この温度域でスラグは完全凝固には至らないが、固相と液相の共存状態にある。
熱収支解析から、水分の鎮静効果は、主にスラグ冷却によるＣＯ気泡の発生抑制に起因すると考えられる。すなわち、Ｈ2Ｏの蒸発・分解反応に伴ってスラグ温度が低下し、ＣＯ気泡の発生速度は低下するとともにスラグからの気泡排出が進行する。これに対し、過剰に冷却されるとスラグが固液共存状態になって気泡がスラグ内部に残留しやすくなる。したがって、鎮静効果が最大になる水分量が存在する。
ＣＯ気泡を発生する式（２）の反応は吸熱反応であるため、温度が低下すると反応が進行しにくくなり、ＣＯ気泡の発生速度が低下する。水分投入後も銑鉄中のＣとスラグ中のＦｅＯの反応は起こるが、水分投入量が多いほどスラグ温度が低下するため、ＣＯ気泡の発生が遅くなり、鎮静後の後膨れが起こりにくくなる。したがって、水分量が０．０５ｇでは後膨れが起こったのに対し、０．１〜０．２ｇでは後膨れが小さく、０．４ｇでは後膨れが発生しなかった。
フォーミング鎮静機構が、ＣＯ気泡の発生抑制に起因すると考えると、水噴流の吹き付けを開始するタイミングは、早ければ早いほどＣＯ気泡の発生を抑制できるはずである。具体的には、水噴流の吹き付けを開始するタイミングは、中間排滓におけるスラグの排出開始後、３０秒以内に行うのが好ましい。
前記特許文献６では、フォーミングの鎮静機構を水流の破泡によるものと考えているため、水噴流の吹き付けを開始するタイミングについては特に言及されておらず、専ら水の流量に関連する噴流時間についてしか言及されていない（同公報段落［００２６］参照）。
前記特許文献６では、フォーミングの鎮静機構を水流の破泡によるものと考えているため、水噴流の吹き付けを開始するタイミングについては特に言及されておらず、専ら水の流量に関連する噴流時間についてしか言及されていない（同公報段落［００２６］参照）。
また、前記特許文献６では、表１からわかるように、７分以上の時間をかけて中間排滓を行っている。
これに対して、本発明では中間排滓に要する時間を５分以内と想定して、フォーミングの抑制を行うことを狙いとしている。したがって、フォーミング鎮静機構がＣＯ気泡の発生抑制に起因するのであれば、スラグの排出開始後、より早い時間に水噴流の吹き付けを開始することにより、短時間でかつ少ない水量でフォーミング抑制効果があるという利点もある。
これに対して、本発明では中間排滓に要する時間を５分以内と想定して、フォーミングの抑制を行うことを狙いとしている。したがって、フォーミング鎮静機構がＣＯ気泡の発生抑制に起因するのであれば、スラグの排出開始後、より早い時間に水噴流の吹き付けを開始することにより、短時間でかつ少ない水量でフォーミング抑制効果があるという利点もある。
小型炉実験で得られた知見に基づき、実機で転炉からの排滓中に水噴流を吹き付ける試験を行った。すなわち、転炉へ溶銑を装入して脱珪・脱燐吹錬を行った後、吹錬を一旦中断して炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させ、炉体下方に設置した排滓鍋（内容積：７０ｍ3）に５分間排出した。排滓開始直後から排滓鍋内のスラグへ水噴流を連続的に吹き
付け、排滓鍋内の様子を目視で観察した。比較のため、排滓鍋へのスラグ排出のみを行う、水噴流吹き付けなしの条件も実施した。
付け、排滓鍋内の様子を目視で観察した。比較のため、排滓鍋へのスラグ排出のみを行う、水噴流吹き付けなしの条件も実施した。
スラグ組成は塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が１．０〜１．２、酸化鉄濃度が２０〜３０質量％であり、温度は１３３０〜１３５０℃であった。
スラグが溢れそうになった場合は転炉の傾動を一旦停止して排滓を中断し、水噴流の吹き付けによりフォーミング高さが低下した後に再び転炉を傾動して排滓を再開した。水噴流吹き付けなしの条件でスラグが溢れそうになった場合は、転炉の傾動を一旦停止して排滓を中断し、フォーミング高さの上昇が止まったのを確認した後に再び転炉を傾動して排滓を再開した。
スラグが排滓鍋から溢れた場合は、その後にフォーミング高さが低下した後に、再び転炉を傾動して排滓を再開した。排滓時間は、排滓を中断している時間も含んで５分間とした。５分経過後は、スラグ排出が継続していても排滓を終了して転炉を直立させた。
Ｈ2Ｏの蒸発・分解反応に伴う吸熱作用を効果的に発揮するには、吹き付けた水をスラグ内へ巻き込ませることが必要である。そのため、水噴流は排滓流の落下位置に吹き付けた。なお、「落下位置」とは排滓流の落下中心部から半径１ｍ以内の範囲と定義する。この位置ではスラグが激しく撹拌されるため、水分をスラグ内に巻き込ませることができ、フォーミングを効率的に抑制しやすくなる。
フォーミング抑制効果は、式（４）の排滓率（％）により評価した。フォーミング抑制効果が優れるほど、排滓速度の低下や排滓中断がなくなるため、排滓率が高い値となる。
Ｗslag：炉内スラグの質量（ｔ）
排出したスラグの質量（ｗslag）と、排滓開始から２分間のスラグ排出速度Ｖslag（ｋｇ／分）（２分間の平均値）を、排滓鍋を設置する移動台車に取り付けた秤量機で測定した。また炉内スラグの質量（Ｗslag）は、生石灰などの投入した精錬材の質量と、採取したスラグの成分値から物質収支を計算して求めた。また、排滓後にはスラグの温度を放射温度計により測定した。
水噴流の吹き付け速度Ｖwater（ｋｇ／分）は排滓開始から排滓終了まで一定とし、Ｖwaterを種々変更し、スラグ排出を行った。
実機試験の結果を図４に示す。水噴流の吹き付け速度Ｖwaterと排滓開始から２分間のスラグ排出速度Ｖslag（２分間の平均値）の比率（Ｖwater／Ｖslag）が０．１８以上の場合に、排滓率が５５％超となって高いフォーミング抑制効果が得られた。スラグ排出速度Ｖslagを排滓開始から２分間の平均値で評価したのは、特にスラグの撹拌が強いためにフォーミングが成長しやすいためである。排滓開始から２分間のスラグ排出速度に応じた速度で水噴流を排滓終了まで吹き付けることで、フォーミング抑制効果が得られることが分かった。ただしＶwaterとＶslagの比率（Ｖwater／Ｖslag）が０．６超になると、スラグが過剰に冷却されて気泡が残留しやすくなるため、フォーミング抑制効果が低下した。
前記の実機試験では、Ｖwater／Ｖslagが０．１８以上になると排滓完了時点のスラグ温度が１３００℃を十分下回り、後膨れが抑制されることも分かった。
発明者らは、その理由を明らかにするため、実機試験の排滓中に採取したスラグ、排滓後に採取したスラグ、および排滓鍋を反転させて散水冷却した後に採取したスラグについて、内部に存在する粒鉄中のＣ濃度をＥＰＭＡにより定量分析した。その結果を図５に示す。Ｖwater／Ｖslag＝０．１の場合、粒鉄中のＣ濃度は排滓中に採取したスラグで１．６〜２．２質量％、排滓後に採取したスラグで１．２〜１．８質量％、冷却後のスラグで１．０〜１．６質量％であった。また、排滓完了時点のスラグ温度は１３２０℃であった。これに対しＶwater／Ｖslag＝０．４の場合、粒鉄中のＣ濃度は排滓中に採取したスラグで１．６〜２．２質量％、排滓後に採取したスラグで１．５〜２．１質量％、冷却後のスラグで１．５〜２．０質量％であった。また、排滓後のスラグ温度は１２６０℃であった。Ｆｅ−Ｃ系状態図を図６に示すが、この冷却後スラグの粒鉄Ｃ濃度はγ鉄の固相線とほぼ対応する。すなわち、スラグ中の粒鉄は、ＣＯ気泡の発生によりＣ濃度が低下するため徐々に液相率が低下し、固相線組成でＣＯ気泡の発生が停止するといえる。このために、スラグ温度が低くなるほど固相線組成に到達するまでのＣＯ発生量が少なく、後膨れが起こりにくくなったと考えられる。
以上の結果から、水噴流を吹き付ける好適な条件として式（５）が得られた。
Ｖslag：排滓開始から２分間のスラグ排出速度（ｋｇ／分）
なお、排滓流の落下位置から外れた箇所に水噴流を吹き付ける試験も行ったが、この場合は式（５）を満たす条件であっても十分なフォーミング抑制効果を得ることができなかった。排滓流の落下位置から外れた箇所では水分の巻き込みが弱く、スラグ冷却効果を十分に発揮する前に蒸発してしまうためと考えられる。したがって、水噴流は排滓流の落下位置に吹き付けることが必要である。
本発明の方法を実施することにより、転炉の炉口からスラグを排出する際の排滓鍋内におけるスラグのフォーミングを抑制でき、スラグ溢れを起こすことなく多量のスラグを転炉から排出できる。さらに、スラグの後膨れも抑制できるため、排滓鍋の搬送中にスラグが溢れ出すことも防止できる。
水噴流の吹き付けは、排滓終了まで投入を継続する必要はなく、排滓鍋内のスラグのフォーミング状況を見てスラグ溢れが起こらないと予想できる場合は途中で中断しても良い。
排滓終了後は水分の投入を停止することが好ましい。排滓終了後はスラグの撹拌が弱くなり、表面がいわゆる「皮張り」の状態になる。ここに水分を投入し、その一部が皮張りスラグの隙間から内部の溶融スラグに侵入すると、気化した水が放散されずに滞留し、水蒸気爆発を起こす恐れがあるためである。
本発明は、転炉へ溶銑を装入して吹錬を行い、吹錬を一旦中断して炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させて炉体下方に設置した排滓鍋にスラグを排出する転炉精錬方法に用いることができる。具体的には、１基の転炉に溶銑を装入して脱珪・脱燐吹錬を行った後、炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させてスラグを炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱炭吹錬を行う転炉吹錬方法である。また他の転炉吹錬方法としては、２基以上の転炉の少なくとも１基の転炉において脱珪吹錬を行った後、炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させてスラグを炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱燐吹錬を行う転炉吹錬方法である。これらはフォーミング現象を利用して炉口からスラグを排出するという形態は同様であるから、本発明を用いることでその効果を享受できる。
前記した精錬方法以外においても、ある精錬容器から別の精錬容器へスラグが排出・流出する段階でフォーミングの抑制が必要な場合は、本発明を用いることでスラグの溢れを抑制できる。
以下に表１〜２を基にして本発明の実施例を具体的に説明する。転炉へ溶銑を装入して吹錬を行い、吹錬を一旦中断して炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させ、炉体下方に設置した排滓鍋（内容積：７０ｍ3）に５分間排出した。排滓開始直後から排滓鍋内のスラグへ水噴流を連続的に吹き付け、排滓鍋内の様子を目視で観察した。水噴流吹き付けなしの条件では、排滓鍋へのスラグ排出のみを行った。
スラグが溢れそうになった場合は転炉の傾動を一旦停止して排滓を中断し、水噴流の吹き付けによりフォーミング高さが低下した後に再び転炉を傾動して排滓を再開した。水噴流吹き付けなしの条件でスラグが溢れそうになった場合、転炉の傾動を一旦停止して排滓を中断し、フォーミング高さの上昇が止まったのを確認した後に再び転炉を傾動して排滓を再開した。なお、スラグが排滓鍋から溢れても、その後にフォーミング高さが低下した場合は、再び転炉を傾動して排滓を再開した。排滓時間は、排滓を中断している時間も含んで５分間とした。
表１および表２において、本発明範囲から外れる数値に下線を付した。
表１に連続処理方式の脱珪・脱燐吹錬後の中間排滓における実施例を示す。表中の下線は、本発明の範囲外となる部分を表す。「Ｖwater／Ｖslag」は水噴流の吹き付け速度（Ｖwater）と排滓開始から２分間のスラグ排出速度（Ｖslag）の比である。この値が０．１５〜０．６０であれば前記式（１）を満たしており、吹き付け速度は本発明の範囲内である。また「吹き付け位置」はＡ：排滓流の落下位置から半径１ｍ以内の範囲、Ｂ：排滓流の落下位置から半径１ｍ超の範囲、である。
なお、スラグ組成は塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が１．０〜１．２、酸化鉄濃度が２０〜３０質量％であり、温度は１３３０〜１３５０℃であった。
表１の実施例１〜４は発明例であり、いずれも水噴流の吹き付け方法が本発明の範囲内であったため、スラグを排滓鍋から溢れさせることなく排滓でき、排滓率は５５％超になった。また、排滓後の後膨れは発生しなかった。
また、実施例１〜３は、スラグの排滓開始後、３０秒以内に水噴流の吹き付けを開始しているため、スラグの溢れ、排滓後の後膨れも生じなかった。これに対して、実施例４はスラグの排滓開始後、３０秒以上経過してから水噴流の吹き付けを開始したため、排滓率が他の発明例よりも若干低下する結果となった。
また、実施例１〜３は、スラグの排滓開始後、３０秒以内に水噴流の吹き付けを開始しているため、スラグの溢れ、排滓後の後膨れも生じなかった。これに対して、実施例４はスラグの排滓開始後、３０秒以上経過してから水噴流の吹き付けを開始したため、排滓率が他の発明例よりも若干低下する結果となった。
実施例５〜８は比較例である。実施例５では水噴流を吹き付けなかったため、排滓を一時中断しても排滓鍋内でフォーミングが継続してスラグが溢れ、排滓率は２０％にとどまった。ただし、排滓後の後膨れは発生しなかった。実施例６ではＶwater／Ｖslagが本発明の範囲より過小であったためフォーミング抑制効果が小さく、排滓を一時中断したものの排滓鍋内でフォーミングが継続してスラグが溢れた。このため排滓率は４０％にとどまった。また、排滓後に後膨れが発生した。実施例７ではＶwater／Ｖslagが本発明の範囲より過大であったため、十分なフォーミング抑制効果が得られず、スラグ溢れは起こらなかったものの排滓率は４８％にとどまった。ただし、排滓後に後膨れは発生しなかった。実施例８では水噴流の吹き付け位置が排滓流の落下位置から外れていたためフォーミング抑制効果が小さく、排滓を一時中断しても排滓鍋内でフォーミングが継続して排滓率は３５％にとどまった。また、排滓後に後膨れが発生した。
吹き付け位置Ｂ：排滓流の落下位置から半径１ｍ超の範囲
表２に分離処理方式における脱珪吹錬後の中間排滓における実施例を示す。スラグ組成は塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．６〜０．８、酸化鉄濃度が２０〜３０質量％であり、温度は１３００〜１３５０℃であった。
実施例９〜１２は発明例であり、いずれも水噴流の吹き付け方法が本発明の範囲内であったため、スラグを排滓鍋から溢れさせることなく排滓でき、排滓率は４５％超になった。また、スラグの排滓開始後、３０秒以内に水噴流の吹き付けを開始しているため、スラグの溢れ、排滓後の後膨れも生じなかった。
実施例９〜１１は、スラグの排滓開始後、３０秒以内に水噴流の吹き付けを開始しているため、スラグの溢れ、排滓後の後膨れも生じなかった。これに対して、実施例１２はスラグの排滓開始後、３０秒以上経過してから水噴流の吹き付けを開始したため、排滓率が他の発明例よりも若干低下する結果となった。
実施例９〜１１は、スラグの排滓開始後、３０秒以内に水噴流の吹き付けを開始しているため、スラグの溢れ、排滓後の後膨れも生じなかった。これに対して、実施例１２はスラグの排滓開始後、３０秒以上経過してから水噴流の吹き付けを開始したため、排滓率が他の発明例よりも若干低下する結果となった。
実施例１３〜１６は比較例である。実施例１３では水噴流を吹き付けなかったため、排滓を一時中断しても排滓鍋内でフォーミングが継続して排滓鍋からスラグが溢れ、排滓率は１５％にとどまった。ただし、排滓後の後膨れは発生しなかった。実施例１４ではＶwater／Ｖslagが本発明の範囲より過小であったためフォーミング抑制効果が小さく、排滓を一時中断したものの排滓鍋内でフォーミングが継続してスラグが溢れた。このため排滓率は３０％にとどまった。また、排滓後に後膨れが発生した。実施例１５ではＶwater／Ｖslagが本発明の範囲より過大であったため、十分なフォーミング抑制効果が得られず、スラグ溢れは起こらなかったものの排滓率は４３％にとどまった。ただし、排滓後に後膨れは発生しなかった。実施例１６では水噴流の吹き付け位置が排滓流の落下位置から外れていたため排滓を一時中断しても排滓鍋内でフォーミングが継続して排滓率は２５％にとどまった。また、排滓後に後膨れが発生した。
吹き付け位置Ｂ：排滓流の落下位置から半径１ｍ超の範囲
Claims (4)
- 転炉の下方に設置された排滓鍋へ前記転炉の炉口からスラグを排出する際に、前記スラグの排出開始後式（１）の範囲を満たす速度で水噴流を前記排滓鍋のスラグ落下位置に吹き付けることを特徴とする、スラグのフォーミング抑制方法。
Ｖwater：排滓開始から排滓終了までの水噴流の吹き付け速度（ｋｇ／分）
Ｖslag：排滓開始から２分間のスラグの排出速度（ｋｇ／分） - 請求項１に記載のスラグのフォーミング抑制方法において、
前記スラグの排出開始後、３０秒以内に水噴流の吹き付けを開始することを特徴とする、スラグのフォーミング抑制方法。 - １基の転炉に溶銑を装入して脱珪・脱燐吹錬を行った後、炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させてスラグを炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱炭吹錬を行う精錬方法において、脱燐吹錬後のスラグ排出時に請求項１または請求項２に記載のフォーミング抑制方法を用いることを特徴とする転炉精錬方法。
- ２基以上の転炉の少なくとも１基の転炉に溶銑を装入して脱珪吹錬を行った後、炉内に溶銑を残したまま転炉を傾動させてスラグを炉口から排出し、転炉を垂直に戻した後に引き続いて脱燐吹錬を行う精錬方法において、脱珪吹錬後のスラグ排出時に請求項１または請求項２に記載のフォーミング抑制方法を用いることを特徴とする転炉精錬方法。
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