JP2018024911A - 溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶銑鍋の鍋底、側壁及びフリーボード部に付着した地金を容易かつ確実に除去することができる溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、溶銑表面への酸素ガスの噴出と、撹拌機構による溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪処理とともに溶銑表面下の溶銑鍋側壁及び鍋底に付着する地金を溶解する第一工程、第一工程により形成された脱珪スラグを徐さいする第二工程、及び第二工程後に、溶銑表面への酸素ガスの噴出と、撹拌機構による溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪及び脱炭処理とともに溶銑鍋フリーボード部に付着する地金を溶解する第三工程により、溶銑予備処理を行うと同時に溶銑鍋のほぼ全面に付着した地金を容易かつ確実に除去することができる。
【選択図】図4
【解決手段】本発明の溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、溶銑表面への酸素ガスの噴出と、撹拌機構による溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪処理とともに溶銑表面下の溶銑鍋側壁及び鍋底に付着する地金を溶解する第一工程、第一工程により形成された脱珪スラグを徐さいする第二工程、及び第二工程後に、溶銑表面への酸素ガスの噴出と、撹拌機構による溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪及び脱炭処理とともに溶銑鍋フリーボード部に付着する地金を溶解する第三工程により、溶銑予備処理を行うと同時に溶銑鍋のほぼ全面に付着した地金を容易かつ確実に除去することができる。
【選択図】図4
Description
本発明は、溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法に関する。
溶銑鍋等の溶銑予備処理炉では、脱珪、脱燐、脱炭等の溶銑予備処理が行われる。これらの処理は、例えば溶銑予備処理炉の炉口から酸素吹き込み用のランスを挿入し、このランスから溶銑面に高速の酸素を吹き付ける、いわゆる酸素ガスの上吹きによって行われる。この酸素ガスの上吹きによって溶銑予備処理を行うと、酸素ガスの溶銑面への衝突によって融点の高い溶銑が飛散し、鍋開口部付近の側壁部に接触することがある。そして、この接触した溶銑は地金として付着し、このような地金が鍋開口部付近の側壁に堆積することで溶銑排出時に堰となり炉内への残銑の原因となり、発煙や鉄ロスを引き起こす。
また、溶銑鍋が定期修理後等で1400℃以下の低温溶銑を受銑した場合、飛散により鍋開口部付近の側壁に地金が付着するのみならず鍋底から側壁のほぼ全面に大量の地金が付着する。溶銑量は、鍋と溶銑との総重量である鍋風袋重量の制約を受けるため、地金付着量が大量であるとその分溶銑装入量が減り、溶銑量が低下する。さらには、溶銑量が低下した分をスクラップで補うが、スクラップの増加により溶銑温度が下がるため溶銑処理時間が長くなる。或いは2鍋目の溶銑装入が必要となり、この場合は出鋼までの工程にさらに時間がかかり、生産効率が著しく低下する。
そのため、一般に地金の付着が著しくなった溶銑鍋については使用を中止し、修理工場に搬送した上、地金の除去作業を行う。この修理工場への搬送及び地金の除去作業には通常2〜3日程度を要するため、その間は他の溶銑鍋が必要となる。しかしながら、他の溶銑鍋が準備できない場合もあり、この場合、地金が付着した溶銑鍋を使用し続けざるを得ないこととなり鉄ロス等が助長される。さらに、修理工場で地金を除去したとしても、この地金は溶銑よりも価値の低い金属塊として回収されるため利益の減少につながる。
このように、溶銑鍋に地金が付着すると、溶銑予備処理の効率化の妨げとなることに加え、設備トラブルや利益の減少を招来する。
このような問題に鑑みて、今日では溶銑予備処理炉内の地金に排ガスを接触させることでこの地金を溶融させる溶銑脱りん方法が発案されている(特開2002−105522号公報参照)。
この公報に記載の溶銑脱りん方法は、混銑車の天井部に付着した地金の最大厚みが所定以上となった場合に、上吹き酸素ガスの吹き込み角度を調整することで地金に高温の排ガスを到達させることを特徴としている。この溶銑脱りん方法によると、地金に排ガスを到達させることでこの排ガスにより地金を溶融することができ、これにより地金の厚みを薄くすることができるとされている。
しかしながら、この溶銑脱りん方法は、混銑車の天井部に付着した地金の厚みを薄くすることには有効であるものの、溶銑鍋の全面に付着した地金を効果的に除去することは困難である。
具体的には、一般に溶銑鍋は混銑車のような天井部を有しておらず、溶銑面より上の鍋側壁部に付着する地金に排ガスを到達させることができるとしても、溶銑面下に付着する地金に排ガスを直接到達させることは困難である。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶銑鍋の鍋底、側壁及びフリーボード部に付着した地金を容易かつ確実に除去することができる溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法の提供を目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、所定の条件下で脱珪処理による発熱で溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の地金を溶解する第一工程と、脱珪スラグを徐さいする第二工程と、所定の条件下で脱珪・脱炭処理を行う際にCOガスを含むスラグを溶銑面上に形成し、このス
ラグ中のCOガスの燃焼によりフリーボード部の地金を溶解する第三工程とで、溶銑鍋のほぼ全面に付着した地金を除去できることを見出し、本発明を完成させた。
ラグ中のCOガスの燃焼によりフリーボード部の地金を溶解する第三工程とで、溶銑鍋のほぼ全面に付着した地金を除去できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、上記課題を解決するためになされた本発明の溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、鉛直下方を向く上吹きランスと不活性ガスの吐出による撹拌機構とを用い、溶銑鍋の溶銑への脱珪及び脱炭処理を行う溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法であって、上記上吹きランスによる溶銑表面への酸素ガスの噴出と、上記撹拌機構による溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪処理とともに上記溶銑表面下の溶銑鍋側壁及び鍋底に付着する地金を溶解する第一工程、上記第一工程により形成された脱珪スラグを徐さいする第二工程、及び上記第二工程後に、上記上吹きランスによる上記溶銑表面への酸素ガスの噴出と、上記撹拌機構による上記溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪及び脱炭処理とともに溶銑鍋フリーボード部に付着する地金を溶解する第三工程を有し、上記第一工程における上記上吹きランスの酸素ガスの溶銑面衝突圧力が1000Pa以上1600Pa以下、ガス撹拌による投入エネルギーが100W/t以上200W/t以下、鍋内への地金付着量をW[kg/t]とするときの酸素ガスの供給量が0.028W+2.8[Nm3/t]以上0.028W+4.0[Nm3/t]以下であり、上記第二工程における徐さいされる脱珪スラグが3.5kg/t以上6.4kg/t以下であり、上記第三工程における上記上吹きランスによる酸素ガスの溶銑面衝突圧力が1600Pa以上2000Pa以下、ガス撹拌による投入エネルギーが200W/t以上400W/t以下、酸素ガスの供給量が2.5Nm3/t以上3.1Nm3/t以下であり、上記上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点と上記溶銑鍋の壁面との最短距離をR[mm]、下記式(1)により算出される上記上吹きランスの中心軸が上記溶銑面と交わる点から酸素ガスの溶銑面衝突領域内で最も遠い点と上記溶銑鍋の壁面との最短距離をI[mm]とした場合、I/Rが0.08以上0.15以下であることを特徴とする。
但し、Xは、上吹きランスのノズル出口から溶銑面までの距離[mm]である。Yは、上吹きランスの中心軸からノズル出口最外周までの距離[mm]である。Zcは、上吹きランスのノズルから吐出後のガスジェットのハードコア長さ[mm]である。θは、上吹きランスのノズル傾斜角度[°]である。αは、上記ガスジェットの広がり角度[°]である。
当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、上述のように鍋内のほぼ全面に大量の地金が付着した溶銑鍋に対して用いられる。そのため、当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法では、第一工程においては脱炭反応を抑制しつつ脱珪反応によるSiO2生成に伴う発熱が、第二工程においては第一工程で生成される多量の脱珪スラグを第三工程のスラグ形成に必要な量だけ残して徐さいすることが、第三工程においてはCOガスを含むスラグが溶銑鍋の壁面を超えて形成されることを防止しつつ、このスラグを溶銑鍋のフリーボード部に付着した地金の高さに合わせて形成することが重要となる。
この点に関し、当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、第一工程における上吹きランスの酸素ガスの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー及び溶銑への酸素ガスの供給量が上記範囲内であるので、酸素と炭素の反応を抑えつつ脱珪処理を進行させ、SiO2生成の際に生じる熱により溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底に付着した地金を溶解することができ、第二工程における脱珪スラグの徐さい量が上記範囲内であるので、第三工程に必要な量の脱珪スラグを鍋内に残すことができ、第三工程における上吹きランスの酸素ガスの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー及び溶銑への酸素ガスの供給量が上記範囲内であり、かつ上記I/Rが上記範囲内であるので、COガスを含むスラグを地金の付着した高さに合わせて形成し、上記溶銑鍋のフリーボード部に付着した地金を除去することができ、上記全行程によって容易かつ確実に鍋内の全面に付着した地金を溶解することができる。
なお「溶銑面」とは、上吹き等の処理を行わない静止状態での溶銑の表面をいう。また、「溶銑面衝突領域」とは、溶銑面のうち上吹きランスから吐出された酸素ガスが衝突する部分をいう。
上記式(2)において、Cは、酸素ガスの吐出速度の音速に対する比(マッハ数)Mを用いて下記式(3)で表される値である。また、X*は、酸素ガスを吐出するノズルの出口径D[mm]を用いて下記式(4)で算出される無次元距離であり、X0 *は、下記式(5)で定義される無次元の仮想原点である。また、P0(X * =15)は、下記式(6)で算出される値であり、無次元距離X*=15における絶対圧力[Pa]である。
なお、マッハ数M、無次元距離X*=0における絶対圧力P0(X * =0)は下記式(7)及び(8)でそれぞれ算出できる。また、ノズル出口径Dは、一般に圧力損失が少なくなるように決められ、ノズルスロート径d[mm]を用いて下記式(9)により算出できる。
ここで各変数の意味は以下の通りである。なお、既出の変数名と同一のものは説明を省略する。κは、定圧モル比熱の定積モル比熱に対する比(比熱比)であり、酸素の場合は1.4である。Patmは大気圧であり、101325Paである。Rは気体定数であり、8314Pa・m3/K/kmolである。Tgは上吹きランスのノズル入口の酸素ガス温度[K]であり、室温(298K)とする。Acは上吹きランスのノズルスロート部の断面積[m2]である。mgは酸素ガスの分子量であり、32である。QTmは、上吹き酸素ガスの質量流量[kg/s]であり、上吹き酸素ガス流量QT[Nm3/min]を用いて、下記式(10)より算出される。
また、「撹拌投入エネルギー」とは、「森一美、佐野正道、「インジェクション冶金の動力学」;鉄と鋼,第67巻(1981年),第6号,687頁」に記載されている下記式(11)で表されるεB[W/t]を意味する。
ここで各変数の意味は以下の通りである。なお、既出の変数名と同一のものは説明を省略する。QBは、撹拌機構の不活性ガス流量[Nm3/min]である。Tは、溶銑温度[K]である。Wは、溶銑重量[t]である。ρは、溶銑密度[kg/m3]である。gは重力加速度[m/s2]であり、9.8m/s2である。hは鍋内溶銑の平均深さ[m]である。
また、上記式(1)のガスジェットのハードコア長さZc[mm]は、ノズル前圧力Po[kgf/cm2]を用いて下記式(12)を用いて算出できる。ここで、ノズル前圧力Poは下記式(13)を用いて算出できる。
ここで各変数の意味は以下の通りである。なお、既出の変数名と同一のものは説明を省略する。FO2は、上吹き酸素ガス速度[Nm3/hr]である。nは、上吹きランスのノズル数である。εは、流量係数であり、0.85である。
以上説明したように、本発明の溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、溶銑鍋の底面、側壁面及びフリーボード部に付着した地金を容易かつ確実に除去することができる。
以下、本発明の実施の形態を詳説する。
<溶銑鍋>
当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、高炉から出銑された溶銑の予備処理用の溶銑鍋を用いて熱間稼働中に行う。具体的には、当該鍋内付着地金溶解方法は、溶銑予備処理における脱珪処理等の間の適宜なタイミングで行うことができる。当該鍋内付着地金溶解方法は、このように溶銑予備処理における熱間稼働中に行うことで、溶銑の精錬工程の円滑な実施が阻害されることを抑制できると共に、溶解した地金を溶銑として利用することができる。まず、溶銑予備処理で用いられる溶銑鍋について説明する。
当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、高炉から出銑された溶銑の予備処理用の溶銑鍋を用いて熱間稼働中に行う。具体的には、当該鍋内付着地金溶解方法は、溶銑予備処理における脱珪処理等の間の適宜なタイミングで行うことができる。当該鍋内付着地金溶解方法は、このように溶銑予備処理における熱間稼働中に行うことで、溶銑の精錬工程の円滑な実施が阻害されることを抑制できると共に、溶解した地金を溶銑として利用することができる。まず、溶銑予備処理で用いられる溶銑鍋について説明する。
当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法で用いられる溶銑鍋としては、特に限定されるものではなく、公知の溶銑鍋を用いることができる。当該鍋内付着地金溶解方法で用いられる溶銑鍋としては、例えば図1〜図3に示す溶銑鍋が挙げられる。
図1の溶銑鍋1は、上部に開口を有する有底筒状に構成されている。溶銑鍋1には、高炉から出銑された溶銑Mが貯留される。溶銑鍋1は、側壁上部に外側に突出した溶銑排出部2を有する。また、溶銑鍋1の側壁上端の高さは略均一とされている。溶銑鍋1の底壁上面から側壁上端までの垂直方向長さとしては、特に限定されるものではないが、例えば2m以上5m以下程度とすることができる。また、溶銑鍋1の鍋内平均半径(側壁の内面によって囲まれる領域の平均半径)としては、特に限定されるものではないが、例えば1m以上3m以下程度とすることができる。さらに、溶銑鍋1のフリーボード高さL1としては、特に限定されるものではないが、一般的には0.5m以上2m以下程度とされる。なお、「鍋内平均半径」とは、真円に換算した場合の半径をいう。
図2の溶銑鍋3は、上部に開口を有する有底筒状に構成されている。溶銑鍋3には、高炉から出銑された溶銑Mが貯留される。溶銑鍋3は、側壁上部に外側に突出した溶銑排出部4を有する。溶銑鍋3の側壁上端の高さは、溶銑排出部4の近傍がその他の部分に比べて高い。溶銑鍋3では、溶銑面から最も低位に位置する側壁上端までの垂直方向長さ(つまり、溶銑面から溶銑排出部4の近傍以外の側壁上端までの垂直方向長さ)がフリーボード高さL2となる。溶銑鍋3の底壁上面から側壁上端の最も高位に位置する部分までの垂直方向長さ及び溶銑鍋3の鍋内平均半径としては、図1の溶銑鍋1と同様とすることができる。また、フリーボード高さL2としては、特に限定されるものではないが、一般的には0.5m以上1.5m以下程度とされる。
図3の溶銑鍋5は、上部に開口を有する有底筒状に構成されている。溶銑鍋5には、高炉から出銑された溶銑Mが貯留される。溶銑鍋5は、側壁上部に外側に突出した溶銑排出部6を有する。溶銑鍋5の側壁上端の高さは、溶銑排出部6を有する部分がその他の部分に比べて低い。溶銑鍋5では、溶銑面から溶銑排出部6の上端までの垂直方向長さがフリーボード高さL3となる。溶銑鍋5の底壁上面から溶銑排出部6以外の側壁上端までの垂直方向長さ及び溶銑鍋5の鍋内平均半径としては、図1の溶銑鍋1と同様とすることができる。また、フリーボード高さL3としては、特に限定されるものではないが、一般的には0.5m以上1.5m以下程度とされる。
<溶銑予備処理装置>
次に、当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法で用いる溶銑予備処理装置について説明する。図4の溶銑予備処理装置11は、溶銑鍋1と、上吹きランス12と、インジェクションランス13とを備える。溶銑予備処理装置11は、溶銑鍋1に貯留される溶銑Mへの脱珪及び脱炭処理を行う。なお、図4の溶銑予備処理装置11は、溶銑鍋1を備えるが、当該鍋内付着地金溶解方法で用いられる溶銑鍋としては、特に限定されるものではなく、例えば図2の溶銑鍋3又は図3の溶銑鍋5を用いることも可能である。
次に、当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法で用いる溶銑予備処理装置について説明する。図4の溶銑予備処理装置11は、溶銑鍋1と、上吹きランス12と、インジェクションランス13とを備える。溶銑予備処理装置11は、溶銑鍋1に貯留される溶銑Mへの脱珪及び脱炭処理を行う。なお、図4の溶銑予備処理装置11は、溶銑鍋1を備えるが、当該鍋内付着地金溶解方法で用いられる溶銑鍋としては、特に限定されるものではなく、例えば図2の溶銑鍋3又は図3の溶銑鍋5を用いることも可能である。
図4の溶銑鍋1は、1又は複数回の溶銑予備処理が行われた後の状態を示しており、鍋内側に地金Bが付着している。具体的には、溶銑鍋1の鍋底、鍋側壁及びフリーボード部の全周に地金Bが付着している。
高炉から出銑される溶銑Mには、一般に0.2mass%以上1.0mass%以下の珪素や4.5mass%以上4.8mass%以下の炭素が含まれる。この珪素や炭素は、溶銑予備処理装置11での脱珪及び脱炭処理により削減される。この際に脱珪及び脱炭処理後の塩基度を調整する目的で、CaO等の副原料を溶銑Mに投入してもよい。当該鍋内付着地金溶解方法では、後述するように第一工程で脱炭反応を抑制しつつ脱珪反応を促進させ、第三工程で脱珪・脱炭反応を促進させることから、溶銑Mに含まれる珪素は0.8mass%以上1.1mass%以下であることが好ましい。
上記脱珪及び脱炭処理を行うには、まず溶銑鍋1に溶銑Mを装入すると共にCaO等の副原料を投入する。次に、溶銑鍋1の開口から上吹きランス12を挿入し、この上吹きランス12から酸素ガスGを溶銑Mに吹き付ける。また、これと同時に溶銑鍋1の開口から溶銑M中に差し込まれたインジェクションランス13から不活性ガスを溶銑Mに吹き込む。このように不活性ガスを溶銑Mに吹き込むことで、溶銑Mが撹拌され、溶銑Mに吹き付けられた酸素ガスGが溶銑M中の珪素及び炭素と反応し、脱珪処理及び脱炭処理が行われる。
(上吹きランス)
上吹きランス12は、上述のように溶銑鍋1の開口から挿入され、その先端が溶銑Mの上側に配設され、鉛直下方を向く。また、上吹きランス12は、上記先端に斜め下方かつ略等角度間隔で配設されるn個のノズルを有する。上吹きランス12のノズル数としては、特に限定されるものではないが、例えば2個以上5個以下とすることができる。また、上吹きランス12の高さ(上吹きランス12のノズル出口から溶銑面までの距離)としては、酸素ガスGを溶銑Mに吹き付ける際に所望する溶銑面衝突圧力等によって決まるが、後述する第一工程において700mm以上1500mm以下、第三工程において3000mm以上4500mm以下とすることができる。
上吹きランス12は、上述のように溶銑鍋1の開口から挿入され、その先端が溶銑Mの上側に配設され、鉛直下方を向く。また、上吹きランス12は、上記先端に斜め下方かつ略等角度間隔で配設されるn個のノズルを有する。上吹きランス12のノズル数としては、特に限定されるものではないが、例えば2個以上5個以下とすることができる。また、上吹きランス12の高さ(上吹きランス12のノズル出口から溶銑面までの距離)としては、酸素ガスGを溶銑Mに吹き付ける際に所望する溶銑面衝突圧力等によって決まるが、後述する第一工程において700mm以上1500mm以下、第三工程において3000mm以上4500mm以下とすることができる。
上吹きランス12は、図7に示すように各ノズル21から酸素ガスGを吐出する。ノズル21の形状は略円錐台であり、ノズルスロート21a側が狭く、ノズル出口21b側が広い。また、ノズル21は、ノズルスロート21aの中心とノズル出口21bの中心とを結ぶ中心軸が、上吹きランス12の中心軸Nから外側に向かって傾斜角度θ[°]で配設されている(上吹きランス12の中心軸Nに対するノズルスロート21aの中心とノズル出口21bの中心とを結ぶ中心軸の傾斜角度を「ノズル傾斜角度」ともいう)。
ノズル21から吐出された酸素ガスGは、中心流速が音速以上であるジェットコア領域ではほぼ直進し、その後一定の広がり角度αで広がりながら溶銑面に衝突する。そして、衝突した酸素ガスGの一部が溶銑M中に供給される。なお、図7において、Xは上吹きランス12のノズル出口21bから溶銑面までの距離[mm]を示し、Yは上吹きランス12の中心軸Nからノズル出口21b最外周までの距離[mm]を示し、Zcは、上吹きランス12のノズル21から吐出後のガスジェットのハードコア長さ(ジェットコア領域の長さ)を示す。
図8にノズル数が3である上吹きランス12から吐出された酸素ガスGによる溶銑面衝突領域M1を示す。図8に示すように、酸素ガスGの溶銑面衝突領域M1は略円形状であり、通常ノズル21の数と同数存在する。ここで、上吹きランス12の中心軸Nが溶銑面と交わる点N0と溶銑鍋1の壁面1aとの最短距離が距離R[mm]である。また、上吹きランス12の中心軸Nが溶銑面と交わる点N0から酸素ガスGの溶銑面衝突領域M1内で最も遠い点M10と溶銑鍋1の壁面1aとの最短距離が距離I[mm]である。この距離Iは、溶銑面及び溶銑面衝突領域M1を真円近似して、図7に示すように上記式(1)により算出できる。
(インジェクションランス)
インジェクションランス13は、上述のように溶銑鍋1の開口から挿入され、その先端が溶銑M中に位置するように配設される。インジェクションランス13は、不活性ガスの吐出によって溶銑Mを撹拌する撹拌機構を構成する。インジェクションランス13から不活性ガスを溶銑Mに吹き込むことによって溶銑Mが撹拌され、上述した酸素ガスGと珪素及び炭素との反応効率が高まる。上記不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられ、中でも安価な窒素ガスが好ましい。
インジェクションランス13は、上述のように溶銑鍋1の開口から挿入され、その先端が溶銑M中に位置するように配設される。インジェクションランス13は、不活性ガスの吐出によって溶銑Mを撹拌する撹拌機構を構成する。インジェクションランス13から不活性ガスを溶銑Mに吹き込むことによって溶銑Mが撹拌され、上述した酸素ガスGと珪素及び炭素との反応効率が高まる。上記不活性ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等が挙げられ、中でも安価な窒素ガスが好ましい。
(地金)
地金Bは、溶銑予備処理において鍋底、鍋側壁及びフリーボード部に付着した融点の高い溶銑である。地金Bは、溶銑鍋が定期修理後等で1400℃以下の低温溶銑を受銑した場合、鍋底から側壁のほぼ全面に大量の地金が付着する。また、上吹きランス12の複数のノズル21から吐出される酸素ガスGの溶銑面との衝突や、インジェクションランス13から吐出される不活性ガスによる溶銑Mの撹拌によって溶銑Mが飛散しフリーボード部に付着することで形成される。フリーボード部の地金Bは、フリーボード高さL1を1とした場合、溶銑面から垂直方向に0.8程度の範囲に付着する。つまり、地金Bは、溶銑面から垂直方向上方に1.6m程度の領域にまで付着する。
地金Bは、溶銑予備処理において鍋底、鍋側壁及びフリーボード部に付着した融点の高い溶銑である。地金Bは、溶銑鍋が定期修理後等で1400℃以下の低温溶銑を受銑した場合、鍋底から側壁のほぼ全面に大量の地金が付着する。また、上吹きランス12の複数のノズル21から吐出される酸素ガスGの溶銑面との衝突や、インジェクションランス13から吐出される不活性ガスによる溶銑Mの撹拌によって溶銑Mが飛散しフリーボード部に付着することで形成される。フリーボード部の地金Bは、フリーボード高さL1を1とした場合、溶銑面から垂直方向に0.8程度の範囲に付着する。つまり、地金Bは、溶銑面から垂直方向上方に1.6m程度の領域にまで付着する。
<溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法>
続いて、溶銑予備処理装置11を用いた当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法について説明する。当該鍋内付着地金溶解方法は、上述のように溶銑予備処理における脱珪処理等の間の適宜なタイミングで行われる。当該鍋内付着地金溶解方法を行う頻度の下限としては、20チャージに1回が好ましく、25チャージに1回がより好ましい。一方、当該鍋内付着地金溶解方法を行う頻度の上限としては、40チャージに1回が好ましく、35チャージに1回がより好ましい。当該鍋内付着地金溶解方法を行う頻度が上記下限に満たないと、溶銑予備処理1回当たりの溶銑予備処理効率が低下するおそれがある。逆に、当該鍋内付着地金溶解方法を行う頻度が上記上限を超えると、溶銑鍋1内の付着地金により鍋風袋重量が増加し、溶銑予備処理に必要な溶銑量を確保できないおそれがある。
続いて、溶銑予備処理装置11を用いた当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法について説明する。当該鍋内付着地金溶解方法は、上述のように溶銑予備処理における脱珪処理等の間の適宜なタイミングで行われる。当該鍋内付着地金溶解方法を行う頻度の下限としては、20チャージに1回が好ましく、25チャージに1回がより好ましい。一方、当該鍋内付着地金溶解方法を行う頻度の上限としては、40チャージに1回が好ましく、35チャージに1回がより好ましい。当該鍋内付着地金溶解方法を行う頻度が上記下限に満たないと、溶銑予備処理1回当たりの溶銑予備処理効率が低下するおそれがある。逆に、当該鍋内付着地金溶解方法を行う頻度が上記上限を超えると、溶銑鍋1内の付着地金により鍋風袋重量が増加し、溶銑予備処理に必要な溶銑量を確保できないおそれがある。
当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、上吹きランスによる溶銑表面への酸素ガスの噴出と、撹拌機構による溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪処理とともに溶銑表面下の溶銑鍋側壁及び鍋底に付着する地金を溶解する第一工程、上記第一工程により形成された脱珪スラグを徐さいする第二工程、及び上記第二工程後に、上記上吹きランスによる溶銑表面への酸素ガスの噴出と、上記撹拌機構による溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪及び脱炭処理とともに上記溶銑鍋フリーボード部に付着する地金を溶解する第三工程を有する。
(第一工程)
上記第一工程では、図4で示すように上吹きランス12から溶銑M中に酸素ガスGを供給して脱珪反応を進行させ、SiO2生成の際に生じる熱量を利用して溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底に付着した地金を溶解しつつ、溶銑表面に脱珪スラグSを形成する。
上記第一工程では、図4で示すように上吹きランス12から溶銑M中に酸素ガスGを供給して脱珪反応を進行させ、SiO2生成の際に生じる熱量を利用して溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底に付着した地金を溶解しつつ、溶銑表面に脱珪スラグSを形成する。
上記第一工程では、上吹きランス12による酸素ガスGの溶銑面衝突圧力の下限は1000Paであり、1200Paが好ましく、1400Paがより好ましい。また、上記溶銑面衝突圧力の上限は1600Pa以下である。上限溶銑面衝突圧力が上記下限に満たないと脱珪反応が促進されないため十分な発熱を生じさせることができず、脱珪スラグも十分に生成されない。一方、上記上限を超えると、脱珪反応とともに脱炭反応が促進される。第一工程の目的は脱珪反応による発熱を利用した地金溶解と脱珪スラグの形成であり、COガスの生成は不要である。不必要な脱炭反応は溶銑中の炭素濃度を低下させ、後述する第三工程での脱炭反応とCOガス燃焼が不十分となるおそれがある。
また、上記撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギーの下限としては、100W/tであり、150W/tが好ましい。一方、上記撹拌投入エネルギーの上限としては、200W/tである。上記撹拌投入エネルギーが上記下限に満たないと脱珪反応が促進されないため十分な発熱を生じさせることができず、脱珪スラグも十分に生成されない。一方、上記上限を超えると、脱珪反応とともに脱炭反応が促進される。第一工程の目的は脱珪反応による発熱を利用した地金溶解と脱珪スラグの形成であり、COガスの生成は不要である。不必要な脱炭反応は溶銑中の炭素濃度を低下させ、後述する第三工程の脱炭反応とCOガス燃焼が不十分となるおそれがある。なお、上記撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギーは、インジェクションランス13から吹き込む不活性ガスの流量、不活性ガスの吹き込み高さ位置等を制御することで調整することができる。
さらに、酸素ガス供給量の下限としては、鍋内への地金付着量をW[kg/t]として0.028W+2.8[Nm3/t]であり、0.028W+3.2[Nm3/t]が好ましく、0.028W+3.6[Nm3/t]がより好ましい。一方、上記酸素ガス供給量の上限としては、0.028W+4.0[Nm3/t]である。上記酸素ガス供給量が上記下限に満たないと、脱珪反応が促進されないため十分な発熱を生じさせることができず、脱珪スラグも十分に生成されない。一方、上記上限を超えると、鍋内の耐火物を損傷させるおそれがある。
(第二工程)
次に、第二工程では、図5で示すように、第一工程で生成された脱珪スラグSの一部を徐さいする。後述する第三工程では、第一工程では除去できない溶銑表面より上のフリーボード部に付着した地金Bを溶解するため、脱珪・脱炭反応で生成されるスラグS2をフォーミングさせる必要がある。しかし、第一工程で生成された脱珪スラグSは多量であるため、第三工程に必要な量を残して不要な脱珪スラグを徐さいする必要がある。徐さいする上記脱珪スラグ量の下限としては3.5kg/tであり、4.7kg/tが好ましく、5.5kg/tがより好ましい。一方、徐さいする上記脱珪スラグ量の上限としては、6.4kg/tである。徐さいする上記脱珪スラグ量が上記下限に満たないと、次工程で必要なスラグS2のフォーミング(以下、「スラグフォーミング」ということがある)の高さを確保できない。一方、上記上限を超えるとスラグフォーミングの高さがフリーボード、さらには鍋側壁の上端を超えて溢れ、鉄ロスや設備損傷、及ぶ操業トラブル等を生じるおそれがある。
次に、第二工程では、図5で示すように、第一工程で生成された脱珪スラグSの一部を徐さいする。後述する第三工程では、第一工程では除去できない溶銑表面より上のフリーボード部に付着した地金Bを溶解するため、脱珪・脱炭反応で生成されるスラグS2をフォーミングさせる必要がある。しかし、第一工程で生成された脱珪スラグSは多量であるため、第三工程に必要な量を残して不要な脱珪スラグを徐さいする必要がある。徐さいする上記脱珪スラグ量の下限としては3.5kg/tであり、4.7kg/tが好ましく、5.5kg/tがより好ましい。一方、徐さいする上記脱珪スラグ量の上限としては、6.4kg/tである。徐さいする上記脱珪スラグ量が上記下限に満たないと、次工程で必要なスラグS2のフォーミング(以下、「スラグフォーミング」ということがある)の高さを確保できない。一方、上記上限を超えるとスラグフォーミングの高さがフリーボード、さらには鍋側壁の上端を超えて溢れ、鉄ロスや設備損傷、及ぶ操業トラブル等を生じるおそれがある。
(第三工程)
第三工程では、第一工程では除去できない溶銑表面より上のフリーボード部に付着した地金Bを溶解する。第一工程とは異なり、溶銑中の珪素と炭素を同時に反応させることで、フリーボード部に付着した地金を覆うようにスラグフォーミングを形成し、そのフォーミングしたスラグS2の中でCOガスが二次燃焼され、高温になったスラグで付着地金を溶解する。
第三工程では、第一工程では除去できない溶銑表面より上のフリーボード部に付着した地金Bを溶解する。第一工程とは異なり、溶銑中の珪素と炭素を同時に反応させることで、フリーボード部に付着した地金を覆うようにスラグフォーミングを形成し、そのフォーミングしたスラグS2の中でCOガスが二次燃焼され、高温になったスラグで付着地金を溶解する。
上記第三工程では、図6に示すように、脱珪・脱炭反応によりCOガスを含むスラグをフォーミングさせると共にCOガスを二次燃焼させることにより、高温となったスラグS2で地金Bを溶解する。上記第三工程では、スラグS2の高さを維持しつつ効率よく二次燃焼させるために、上吹きランス12から溶銑M中に酸素ガスGを供給することにより脱炭処理とスラグS2中のCOガスの二次燃焼とを促進させる。
第三工程における上吹きランス12による酸素ガスGの溶銑面衝突圧力の下限は1600Paであり、1700Paが好ましく、1900Paがより好ましい。また、上記溶銑面衝突圧力の上限は2000Pa以下である。上限溶銑面衝突圧力が上記下限に満たないと脱珪反応及び脱炭反応が促進されないためスラグS2を十分にフォーミングさせることができない。一方、上記上限を超えると、溶銑の飛散が激しくなるため、フォーミングされたスラグ中での二次燃焼効率が悪くなるおそれがある。
また、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギーの下限としては、200W/tであり、280W/tが好ましく、350W/tがより好ましい。一方、上記撹拌投入エネルギーの上限としては、400W/tである。上記撹拌投入エネルギーが上記下限に満たないと脱珪反応及び脱炭反応が促進されないためスラグS2を十分にフォーミングさせることができない。一方、上記上限を超えると、溶銑の飛散が激しくなりるため、フォーミングされたスラグ中での二次燃焼効率が悪くなるおそれがある。
さらに、酸素ガス供給量の下限としては、2.5Nm3/tであり、2.7Nm3/tが好ましく、2.9Nm3/tがより好ましい。一方、上記酸素ガス供給量の上限としては、3.1Nm3/tである。上記酸素ガス供給量が上記下限に満たないと、脱珪反応及び脱炭反応が促進されないためスラグS2を十分にフォーミングさせることができない。一方、上記上限を超えると、スラグフォーミングの高さがフリーボード、さらには鍋側壁の上端を超えて溢れ、鉄ロスや設備損傷、及ぶ操業トラブル等を生じるおそれがある。
上記地金溶解工程における上吹きランス12の中心軸Nが溶銑面と交わる点N0と溶銑鍋1の壁面1aとの最短距離をR[mm]、上吹きランス12の中心軸Nが溶銑面と交わる点N0から酸素ガスGの溶銑面衝突領域M1内で最も遠い点M10と溶銑鍋1の壁面1aとの最短距離をI[mm]とした場合、I/Rの下限としては、0.08であり、0.10がより好ましい。一方、上記I/Rの上限としては、0.15である。上記I/Rが上記下限に満たないと、火点が壁面1aに近づき過ぎるため、耐火物の溶損が発生するおそれがある。逆に、上記I/Rが上記上限を超えると、スラグS2の温度が十分に高まらず、地金Bの溶解が不十分となるおそれがある。
<利点>
当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、第一工程における上吹きランス12の酸素ガスGの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー及び溶銑Mへの酸素ガスGの供給量が上記範囲内であるので、酸素と炭素の反応を抑えつつ脱珪処理を進行させ、SiO2生成の際に生じる熱により溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底に付着した地金Bを溶解することができ、第二工程における脱珪スラグSの徐さい量が上記範囲内であるので、第三工程に必要な量の脱珪スラグを鍋内に残すことができ、第三工程における上吹きランス12の酸素ガスGの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー及び溶銑Mへの酸素ガスGの供給量が上記範囲内であり、かつ上記I/Rが上記範囲内であるので、COガスを含むスラグS2を地金の付着した高さに合わせてフォーミングし、かつ溶銑鍋1の壁面を超えて形成されることを防止しつつ上記溶銑鍋のフリーボード部に付着した地金Bを除去することができ、上記全行程によって容易かつ確実に鍋内のほぼ全面に付着した地金を溶解することができる
当該溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、第一工程における上吹きランス12の酸素ガスGの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー及び溶銑Mへの酸素ガスGの供給量が上記範囲内であるので、酸素と炭素の反応を抑えつつ脱珪処理を進行させ、SiO2生成の際に生じる熱により溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底に付着した地金Bを溶解することができ、第二工程における脱珪スラグSの徐さい量が上記範囲内であるので、第三工程に必要な量の脱珪スラグを鍋内に残すことができ、第三工程における上吹きランス12の酸素ガスGの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー及び溶銑Mへの酸素ガスGの供給量が上記範囲内であり、かつ上記I/Rが上記範囲内であるので、COガスを含むスラグS2を地金の付着した高さに合わせてフォーミングし、かつ溶銑鍋1の壁面を超えて形成されることを防止しつつ上記溶銑鍋のフリーボード部に付着した地金Bを除去することができ、上記全行程によって容易かつ確実に鍋内のほぼ全面に付着した地金を溶解することができる
[その他の実施形態]
なお、本発明に係る鍋内付着地金溶解方法は、上記態様の他、種々の変更、改変を施した態様で実施することができる。例えば当該鍋内付着地金溶解方法で用いられる溶銑鍋は特に限定されるものではなく、図1〜図3の溶銑鍋以外の溶銑鍋を用いることが可能である。
なお、本発明に係る鍋内付着地金溶解方法は、上記態様の他、種々の変更、改変を施した態様で実施することができる。例えば当該鍋内付着地金溶解方法で用いられる溶銑鍋は特に限定されるものではなく、図1〜図3の溶銑鍋以外の溶銑鍋を用いることが可能である。
また、上記撹拌機構は、インジェクションランスのみから構成される必要はなく、他の撹拌装置を用いてもよく、また上記インジェクションランス及び他の撹拌装置を併用してもよい。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1〜38、比較例1〜133)
図1〜図3の溶銑鍋を用い、実施例1〜38及び比較例1〜133の当該溶銑予備処理による鍋内地金溶解方法を行った。以下にその処理手順を示す。なお、使用した溶銑鍋の容積はいずれも54m3である。また、使用した溶銑鍋の形状については、図1の溶銑鍋1をA、図2の溶銑鍋3をB、図3の溶銑鍋5をCとして表1〜表4に示す。なお、表1〜表4に示す「フリーボード高さ」とは、溶銑面から溶銑鍋の溶銑排出部を含む側壁上端の中で最も高さが低い位置までの垂直距離をいう。
図1〜図3の溶銑鍋を用い、実施例1〜38及び比較例1〜133の当該溶銑予備処理による鍋内地金溶解方法を行った。以下にその処理手順を示す。なお、使用した溶銑鍋の容積はいずれも54m3である。また、使用した溶銑鍋の形状については、図1の溶銑鍋1をA、図2の溶銑鍋3をB、図3の溶銑鍋5をCとして表1〜表4に示す。なお、表1〜表4に示す「フリーボード高さ」とは、溶銑面から溶銑鍋の溶銑排出部を含む側壁上端の中で最も高さが低い位置までの垂直距離をいう。
実施例1〜38及び比較例1〜133で使用した上吹きランスは、ノズル数n=4、ノズルスロート径d=18mm、ノズル出口径D=20mm、ノズル傾斜角度θ=9°、ノズル吐出後の噴出広がり角度α=10°、上吹きランスの中心軸からノズル出口最外周までの距離Y=83mmである。また、実施例1〜38及び比較例1〜133で使用したインジェクションランス孔数=1個である。さらに、実施例1〜38及び比較例1〜133では、撹拌する不活性ガスとして窒素ガスを用いた。
(鍋内付着地金溶解方法実施前における手順)
まず、溶銑を溶銑鍋に準備した。使用する溶銑鍋は、内側のほぼ全面に地金が付着したもので、地金の付着量は表1〜表4に示す通りであった。また、使用した溶銑の重量、炭素濃度及び珪素濃度は、表1〜表4に示す通りであった。さらに、塩基度調整用の副原料として、CaOを溶銑に投入した。CaOの投入量は、表1〜表4に示す通りとした。なお、溶銑の処理前及び処理後の温度も表1〜表4に示す通りであった。
まず、溶銑を溶銑鍋に準備した。使用する溶銑鍋は、内側のほぼ全面に地金が付着したもので、地金の付着量は表1〜表4に示す通りであった。また、使用した溶銑の重量、炭素濃度及び珪素濃度は、表1〜表4に示す通りであった。さらに、塩基度調整用の副原料として、CaOを溶銑に投入した。CaOの投入量は、表1〜表4に示す通りとした。なお、溶銑の処理前及び処理後の温度も表1〜表4に示す通りであった。
また、溶銑鍋の鍋内平均半径を測定した上、この鍋内平均半径及び溶銑量から、下記式(14)により溶銑深さを求めた。さらに、マイクロ波レベル計を用い、静止溶銑面のレベルを測定した上、この溶銑面レベルと溶銑鍋の側壁上端までの最小距離によりフリーボード高さを求めた。溶銑鍋の鍋内平均半径、溶銑深さ及びフリーボード高さを表1〜表4に示す。
(第一工程における手順)
実施例1〜38及び比較例1〜133における上吹き酸素ガス供給量及び酸素ガスの溶銑面衝突圧力Psが表5〜表8となるように調整して、第一工程を行った。酸素ガスの溶銑面衝突圧力は、上吹きランス高さXにより調整した。なお、上吹きランス高さは、特公平4−81734号公報に記載のマイクロ波レベルを用い、溶銑装入後の溶銑面レベルを測定し、その溶銑面レベルと酸素ランスの吐出口の高さとの差を上吹きランス高さとした。また、上吹き酸素ガス速度FO2は表5〜表8に示す通りとした。
実施例1〜38及び比較例1〜133における上吹き酸素ガス供給量及び酸素ガスの溶銑面衝突圧力Psが表5〜表8となるように調整して、第一工程を行った。酸素ガスの溶銑面衝突圧力は、上吹きランス高さXにより調整した。なお、上吹きランス高さは、特公平4−81734号公報に記載のマイクロ波レベルを用い、溶銑装入後の溶銑面レベルを測定し、その溶銑面レベルと酸素ランスの吐出口の高さとの差を上吹きランス高さとした。また、上吹き酸素ガス速度FO2は表5〜表8に示す通りとした。
ここで酸素ガス供給量は、上述のように鍋内の地金付着量をW[kg/t]として0.028W+2.8〜4.0[Nm3/t]として求められるものであるが、実施番号1を例にとるとW=69kg/tのため、酸素ガス供給量5.5Nm3/t=0.028×69+3.6となり上記式範囲であることがわかる。
また、不活性ガス流量QBは、撹拌投入エネルギーεBが所望の値となるように調整した。不活性ガス流量QB及び撹拌投入エネルギーεBを表5〜表8に示す。
さらに、第一工程後における溶銑のサンプリング及び分析により、第一工程後の溶銑中Siを測定すると共に、表1〜4における第一工程前の溶銑中Siとの差により脱珪量を求めた。第一工程後の溶銑中Siを表5〜8に示す。
第二工程の徐さい量について表5〜表8に示す。徐さい量は徐さい前後の鍋重量の測定より求めた。
(第三工程における手順)
続いて、上吹き酸素ガス供給量及び酸素ガスの溶銑面衝突圧力Psが表9〜表12となるように調整して、第三工程を行った。酸素ガスの溶銑面衝突圧力は、上吹きランス高さXにより調整した。また、実施例1〜38及び比較例1〜133における上吹き酸素ガス速度は、表9〜表12の通りとした。さらに、不活性ガス流量QB及び撹拌投入エネルギーεBを表9〜表12の通りとした。
続いて、上吹き酸素ガス供給量及び酸素ガスの溶銑面衝突圧力Psが表9〜表12となるように調整して、第三工程を行った。酸素ガスの溶銑面衝突圧力は、上吹きランス高さXにより調整した。また、実施例1〜38及び比較例1〜133における上吹き酸素ガス速度は、表9〜表12の通りとした。さらに、不活性ガス流量QB及び撹拌投入エネルギーεBを表9〜表12の通りとした。
また、ノズル前圧力PO及びガスジェットのハードコア長さZCを上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点から酸素ガスの溶銑面衝突領域内で最も遠い点と溶銑鍋の壁面との最短距離Iを上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点と溶銑鍋の壁面との最短距離Rで除した値(I/R)が所望の値となるように調整した。ガスジェットのハードコア長さ、ノズル前圧力、溶銑面の周囲が溶銑鍋の壁面に最近接する位置と溶銑鍋の壁面との最短距離及びI/Rの値を表9〜表12に示す。なお、上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点と溶銑鍋の壁面との最短距離Rは、表1〜表4の炉内半径と同様の値である。また、表中で上記最短距離Iは、「溶銑面衝突領域と壁面との最短距離」と記載している。
さらに、地金溶解工程後における溶銑のサンプリング及び分析により、地金溶解工程後の溶銑中Siを測定した。この測定結果を表9〜表12に示す。
[評価内容]
<溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の付着地金>
全工程後に処理後の空鍋重量と地金付着前の空鍋重量の差を求め、以下の評価基準にて溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の地金の付着の有無を評価した。この評価結果を表13及び表14に示す。
A:全工程後に処理後の空鍋重量と地金付着前の空鍋重量の差がない。
B:全工程後に処理後の空鍋重量と地金付着前の空鍋重量の差がある。
<溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の付着地金>
全工程後に処理後の空鍋重量と地金付着前の空鍋重量の差を求め、以下の評価基準にて溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の地金の付着の有無を評価した。この評価結果を表13及び表14に示す。
A:全工程後に処理後の空鍋重量と地金付着前の空鍋重量の差がない。
B:全工程後に処理後の空鍋重量と地金付着前の空鍋重量の差がある。
<フリーボード部の付着地金>
全工程後に溶銑面よりも高い領域における溶銑鍋の壁面の全周を目視にて確認し、以下の評価基準にて地金の付着の有無を評価した。この評価結果を表13及び表14に示す。
A:フリーボード部に凹凸が確認されない。
B:フリーボード部に凹凸が確認される。
全工程後に溶銑面よりも高い領域における溶銑鍋の壁面の全周を目視にて確認し、以下の評価基準にて地金の付着の有無を評価した。この評価結果を表13及び表14に示す。
A:フリーボード部に凹凸が確認されない。
B:フリーボード部に凹凸が確認される。
<耐火物損傷>
全工程後溶銑鍋の壁面の全周を目視にて確認し、以下の評価基準にて耐火物損傷の有無を評価した。この評価結果を表13及び表14に示す。
A:煉瓦目地が確認されない。
B:煉瓦目地が確認される。
全工程後溶銑鍋の壁面の全周を目視にて確認し、以下の評価基準にて耐火物損傷の有無を評価した。この評価結果を表13及び表14に示す。
A:煉瓦目地が確認されない。
B:煉瓦目地が確認される。
<オーバーフロー>
第三工程におけるオーバーフローの有無を目視にて確認し、以下の評価基準にて評価した。この評価結果を表13及び表14に示す。
A:オーバーフローが確認されない。
B:オーバーフローが確認される。
第三工程におけるオーバーフローの有無を目視にて確認し、以下の評価基準にて評価した。この評価結果を表13及び表14に示す。
A:オーバーフローが確認されない。
B:オーバーフローが確認される。
<総合>
上記溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の地金付着、フリーボード部の地金付着、耐火物損傷及びオーバーフローの評価がいずれもAである場合、総合評価をAとした。一方、上記地金付着、耐火物損傷及びオーバーフローのいずれか1つ以上の評価がBである場合、総合評価をBとした。この評価結果を表13及び表14に示す。
上記溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の地金付着、フリーボード部の地金付着、耐火物損傷及びオーバーフローの評価がいずれもAである場合、総合評価をAとした。一方、上記地金付着、耐火物損傷及びオーバーフローのいずれか1つ以上の評価がBである場合、総合評価をBとした。この評価結果を表13及び表14に示す。
表13及び表14に示すように、実施例1〜38は総合評価がAであり、溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の地金付着、フリーボード部の地金付着、耐火物損傷及びオーバーフローの評価がいずれもAである。これに対し、比較例1〜133は総合評価がBであり、溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の地金付着、フリーボード部の地金付着、耐火物損傷及びオーバーフローのいずれか1つ以上がBである。つまり、実施例1〜38から、第一工程における上吹きランスの酸素ガスの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー、溶銑への酸素ガスの供給量、第二工程における脱珪スラグの徐さい量、第三工程における上吹きランスの酸素ガスの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー、溶銑への酸素ガスの供給量、及び上記I/Rが上記範囲内とすることで、鍋内の耐火物損傷及びオーバーフローの発生を抑制しつつ、溶銑鍋の全面に付着した地金を十分に溶解し除去することができることが分かる。
さらに詳細に見ると、比較番号1、12は第一工程における酸素ガスの溶銑面衝突圧力が小さ過ぎるため脱珪反応が促進されず、十分な発熱が生じなかったことから、溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の付着地金が残存していると考えられる。一方、比較番号11は第一工程における酸素ガス衝突圧力が大き過ぎて脱珪反応による発熱が過剰となり、耐火物の損傷が発生したと考えられる。
比較番号33は第一工程における撹拌投入エネルギーが大き過ぎ、耐火物の損傷が発生したと考えられる。
比較番号24は第一工程における酸素ガス供給量が大き過ぎ、耐火物の損傷が発生したと考えられる。一方、比較番号37は第一工程における酸素ガス供給量が小さ過ぎることから、溶銑表面下の鍋側壁及び鍋底の付着地金が残存していると考えられる。
比較番号25は第二工程におけるスラグを徐さい量が少な過ぎるため、スラグが十分にフォーミングされず、フリーボード部の付着地金が残存していると考えられる。一方、比較番号20は第二工程におけるスラグ徐さい量が多過ぎるため、スラグが過剰にフォーミングされてオーバーフローを生じていると考えられる。
比較番号56は、第三工程における酸素ガスの溶銑面衝突圧力が大き過ぎるため、溶銑が壁面に飛散し、フリーボード部の付着地金が生じていると考えられる。一方、比較番号13は第三工程における酸素ガスの溶銑面衝突圧力が小さ過ぎるため、スラグが十分にフォーミングされず、フリーボード部の付着地金が残存していると考えられる。
比較番号15は第三工程におけるガス撹拌投入エネルギーが低過ぎるため、スラグが十分にフォーミングされず、フリーボード部の付着地金が残存していると考えられる。一方、比較番号36は第三工程におけるガス撹拌投入エネルギーが多すぎるため、スラグが過剰にフォーミングされてオーバーフローを生じていると考えられる。
また、比較番号64は、第三工程における酸素ガスの供給量が小さすぎるため、スラグが十分にフォーミングされず、フリーボード部の付着地金が残存していると考えられる。一方、比較番号120は第三工程における酸素ガス供給量が多すぎるため、スラグが過剰にフォーミングされてオーバーフローを生じ、耐火物の損傷が生じていると考えられる。
比較番号5はI/Rが小さすぎるため、スラグの温度が十分に高まらず、フリーボード部の付着地金が溶解できないと考えられる。一方、比較番号116はI/Rが大き過ぎるため耐火物の損傷が生じていると考えられる。
<鍋内付着地金溶解方法実施による効果の検討>
溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法を実施した場合と、当該鍋内付着地金溶解方法を実施しない場合とについて、地金付着による鍋重量が増加した際の生産量の低下について算出した。同時に耐火物の損傷速度を計測して鍋耐火物への負担の有無と、フォーミングしたスラグのオーバーフローによる周辺設備への被害の有無を確認し、当該鍋内付着地金溶解方法の実施による不要なコスト負担や稼働停止が生じていないかを確認した。この評価結果を表15に示す。
溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法を実施した場合と、当該鍋内付着地金溶解方法を実施しない場合とについて、地金付着による鍋重量が増加した際の生産量の低下について算出した。同時に耐火物の損傷速度を計測して鍋耐火物への負担の有無と、フォーミングしたスラグのオーバーフローによる周辺設備への被害の有無を確認し、当該鍋内付着地金溶解方法の実施による不要なコスト負担や稼働停止が生じていないかを確認した。この評価結果を表15に示す。
表15に示すように、当該鍋内付着地金溶解方法を実施しない場合には15chの平均で24%の生産量低下が生じるのに対し、実施した場合には3%しか生じていない。また、当該鍋内付着地金溶解方法を実施した場合でも、実施しない場合に比べて鍋耐火物の損傷速度が0.01mm/ch進行するにとどまり、耐火物の交換が頻繁に生じることもない。さらに、第三工程における上吹きランスの酸素ガスの溶銑面衝突圧力、撹拌機構による不活性ガスの撹拌投入エネルギー、溶銑への酸素ガスの供給量、及び上記I/Rが上記範囲内とすることでスラグがオーバーフローすることはないため、周辺設備への被害も生じず、稼働停止となることもない。
以上説明したように、本発明の溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法は、溶銑鍋の底面、側壁面及びフリーボード部に付着した地金を容易かつ確実に除去することができるので、溶銑の精錬工程の円滑な実施を維持しつつ、鉄ロスの発生を抑制する方法として適している。
1,3,5 溶銑鍋
1a 溶銑鍋壁面
2,4,6 溶銑排出部
11 溶銑予備処理装置
12 上吹きランス
13 インジェクションランス
21ノズル
21a ノズルスロート
21b ノズル出口
B 地金
G 酸素ガス
M 溶銑
M1 溶銑面衝突領域
M10 上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点から酸素ガスの溶銑面衝突領域内で最も遠い点
N 上吹きランス中心軸
N0 上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点
S,S2 スラグ
1a 溶銑鍋壁面
2,4,6 溶銑排出部
11 溶銑予備処理装置
12 上吹きランス
13 インジェクションランス
21ノズル
21a ノズルスロート
21b ノズル出口
B 地金
G 酸素ガス
M 溶銑
M1 溶銑面衝突領域
M10 上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点から酸素ガスの溶銑面衝突領域内で最も遠い点
N 上吹きランス中心軸
N0 上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点
S,S2 スラグ
Claims (1)
- 鉛直下方を向く上吹きランスと不活性ガスの吐出による撹拌機構とを用い、溶銑鍋の溶銑への脱珪及び脱炭処理を行う溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法であって、
上記上吹きランスによる溶銑表面への酸素ガスの噴出と、上記撹拌機構による溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪処理とともに上記溶銑表面下の溶銑鍋側壁及び鍋底に付着する地金を溶解する第一工程、
上記第一工程により形成された脱珪スラグを徐さいする第二工程、及び
上記第二工程後に、上記上吹きランスによる上記溶銑表面への酸素ガスの噴出と、上記撹拌機構による上記溶銑内への不活性ガスの吐出とによる脱珪及び脱炭処理とともに溶銑鍋フリーボード部に付着する地金を溶解する第三工程を有し、
上記第一工程における上記上吹きランスの酸素ガスの溶銑面衝突圧力が1000Pa以上1600Pa以下、
ガス撹拌による投入エネルギーが100W/t以上200W/t以下、
鍋内への地金付着量をW[kg/t]とするときの酸素ガスの供給量が0.028W+2.8[Nm3/t]以上0.028W+4.0[Nm3/t]以下であり、
上記第二工程における徐さいされる脱珪スラグが3.5kg/t以上6.4kg/t以下であり、
上記第三工程における上記上吹きランスによる酸素ガスの溶銑面衝突圧力が1600Pa以上2000Pa以下、
ガス撹拌による投入エネルギーが200W/t以上400W/t以下、
酸素ガスの供給量が2.5Nm3/t以上3.1Nm3/t以下であり、
上記上吹きランスの中心軸が溶銑面と交わる点と上記溶銑鍋の壁面との最短距離をR[mm]、下記式(1)により算出される上記上吹きランスの中心軸が上記溶銑面と交わる点から酸素ガスの溶銑面衝突領域内で最も遠い点と上記溶銑鍋の壁面との最短距離をI[mm]とした場合、I/Rが0.08以上0.15以下である溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016157054A JP2018024911A (ja) | 2016-08-09 | 2016-08-09 | 溶銑予備処理における鍋内付着地金溶解方法 |
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WO2021070455A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-04-15 | ダイヤモンドエンジニアリング株式会社 | 機械攪拌式脱硫システム |
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2016
- 2016-08-09 JP JP2016157054A patent/JP2018024911A/ja active Pending
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WO2021070455A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-04-15 | ダイヤモンドエンジニアリング株式会社 | 機械攪拌式脱硫システム |
CN114096686A (zh) * | 2020-05-29 | 2022-02-25 | 钻石工程株式会社 | 机械搅拌式脱硫*** |
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