JP3924058B2 - 脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め転炉等の精錬容器において溶銑の脱燐精錬を行い、この脱燐精錬された溶銑を他の転炉において脱炭精錬を行い、鋼を生産するに際して、脱燐精錬後の燐(以下、Pとも記載する)含有量を、脱炭精錬における溶鋼のP含有量の変化を脱燐精錬にフィードフォワードして所定のP含有量となるように精錬する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
伝統的転炉製鋼法においては、同一の転炉において溶銑の脱燐精錬と脱炭精錬とを行なって、製鋼作業を行っていた。しかし、近年の鋼材の品質に対する要求が高くなる一方、連続鋳造の拡大や、真空脱ガス、取鍋精錬等の溶鋼の二次精錬が普及するに伴い、転炉における出鋼温度が上昇し、転炉に於ける脱燐能力が低下してきた。この理由は、脱燐反応は高温ほど不利に進行するからである。
【0003】
そこで、転炉に装入する溶銑を予め処理して、特に燐成分をある程度除去してから転炉に装入する溶銑予備処理法が発展してきた。この方法は例えば、溶銑鍋又は一の転炉等の精錬容器において溶銑の脱燐精錬を行ない、この脱燐された溶銑を他の転炉に移動して脱炭精錬を行なう製鋼方法である。
【0004】
かかる技術として、特開平2−200715号公報、特公平2−14404号公報、特公昭61−23243号公報の提案がある。また、本願の発明者も既に従来の製鋼工場を改造し、復数の転炉のそれぞれの炉前作業床に作業床開口部を設け、一の転炉で溶銑の脱燐精錬をした溶湯を受湯鍋に受け、この受湯鍋を前記作業床開口部を通して他の一の転炉に運搬し、この転炉に装入し、ここで脱炭精錬を行なう精錬方法を開発している(特開平6−41624号公報)。
【0005】
上記製鋼方法において、一の転炉等における脱燐精錬において終点のP含有量を通常の粗鋼成分のP含有量(所謂鋼の成分規格値、通常0.02wt%以下)まで精錬し、他の転炉において実質的に脱炭精錬を行なうと、この脱炭精錬においてマンガン鉱石を装入することが可能となり、より経済的に鋼の生産が可能となった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、転炉等の精錬容器において脱燐精錬し、終点のP含有量を粗鋼成分のP含有量(所謂鋼の成分規格値、通常0.02wt%以下)まで精錬し、転炉において脱炭精錬すると、溶鋼中のPが種々の原因により変動し、脱炭精錬における終点のP含有量が粗鋼成分のP含有量(所謂鋼の成分規格値)を超える場合があり、問題となる。
【0007】
上記原因としては、この溶銑を脱炭精錬する転炉における、先行する脱炭精錬における終点の溶鋼中の燐及び転炉炉内に残留したスラグからの燐のピックアップ及び取鍋における流出スラグからの復燐等がある。そこで、上記原因による復燐の量を予め考慮して、所定のP含有量となるように、脱燐精錬を制御することが必要になる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題について種々研究した結果、下記の発明をするに至った。
第1の本発明は、下記の工程を備えたことを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法である。
(a)精錬容器において、溶銑の終点の燐含有量([P]fwt%)が下式(1) に従うように脱燐精錬し、
[P]fwt%≦[P]k wt%−Δ1−Δ2---(1)
ここで、[P]k wt%: 粗鋼で要求されているP含有量(鋼の成分規格値)
Δ1:この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬後の炉内に残留するスラグ量による燐の増加量(wt%)、
Δ2:取鍋における溶鋼の復燐量(wt%)
(b)前記脱燐精錬された溶銑を転炉に装入し、実質的に造滓材を装入せず脱炭精錬を行う。
【0009】
更に、第2の発明は、前記[P]fwt%が、式(1)に代えて下式(2)に従うように脱燐精錬された脱燐溶銑を使用することを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼である。
[P]fwt%≦[P]k wt%−Δ1−Δ2−Δ3--(2)
ここで、Δ3: 当該脱燐精錬で発生したスラグが、前記転炉に混入することによる増加量(wt%)
【0010】
第3の発明は、上記取鍋における溶鋼の復燐量( Δ2)は、取鍋におけるスラグからの復燐量及び添加する合金鉄からの復燐量の合計量とすることを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法である。
【0011】
第4の発明は、前記脱燐精錬を行う精錬容器が転炉であることを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、精錬容器である転炉における溶銑の脱燐精錬を図5において説明する。図5は溶銑340tonの転炉2における溶銑4の脱燐精錬の状況を概念的に示す。溶銑装入後、ランス12から酸素を吹錬し、所定量の焼石灰等を装入し、CaO、SiO2 、FeO等を主成分とするスラグ6を生成させ、溶銑から燐を除去する。溶銑の脱燐精錬が終了すると倒炉して出鋼口8を介して溶銑取鍋に出湯を行う。
【0013】
本発明前の溶銑の脱燐精錬の概要を図6に示す。スクラップ装入に続いて[Si]が0.3から0.5wt%の溶銑340tonを装入後、造滓材としての焼石灰(6ton/ch),ホタル石(0.6ton/ch)、場合により生ドロマイト等を装入しながら、酸素吹錬を約13分間行う。その後、溶銑とスラグの分離を行うためリンスを3分間程度行い、スラグフォーミングの鎮静化のため約4分を待ち、その後出湯する。図に示すように脱燐精錬時間は約36分である。
【0014】
本発明の前提となる脱燐精錬を説明すると以下の通りである。
340ton転炉における脱燐精錬の概要を図1に、また精錬時間配分を図3に示す。本発明では望ましくは0.3wt%以下の溶銑を使用すると安定して低燐溶銑が得られ、更にスラグフォーミングが少ないという効果もある。
【0015】
非定常的な操業(高炉休風後等)ではSiが0.3wt%を超えることがあるが、このような場合には溶銑鍋等で予め脱珪素を行うことが望ましい。なお、本発明においては必ずしもSiが0.3wt%以下であることは必須の条件ではない。
【0016】
本発明の前提となる精錬においては、望ましくは、Si0.3wt%以下の溶銑を使用するため、スラグ量は20〜40kg/tonで(後述する図4参照)、図3に示すように精錬中におけるスラグフォーミングも少ないので鎮静時間をほとんど要せず、また出鋼後の排滓時間は1分程度である。そこで、図1に示すように脱燐精錬時間は29分となり、脱炭精錬時間と同程度である。
【0017】
また、溶銑Siが低いと略同一の塩基度で、より少ないスラグ量で脱燐精錬を行っているにもかかわらず、本発明の前提となる脱燐精錬においてはPが通常粗鋼で要求されている(規格値)0.02wt%以下に精錬される。スラグ量が少ないために円滑なスラグ生成が行われたためと推定される。この為脱炭精錬においてはPを精錬する必要がない。
【0018】
また、溶銑のSiが少ないと通常の脱燐精錬においては溶銑中のPがスラグ中のFeOと反応してスラグに吸収される。そこで、脱燐精錬を促進するためにはスラグ中のFeO濃度を高くする。このため、吹錬中に鉄鉱石或いはミルスケールを装入する(図1参照)。上記は転炉における脱燐精錬の例を述べたが、本発明においては転炉における脱燐精錬に限定されず、取鍋における脱燐精錬を行ってもよい。
【0019】
次に、図2に脱炭精錬の状況を示す。この精錬においては主に脱炭精錬を目的とするため、吹錬する酸素量を多くする。溶銑のP含有量は少なくとも規格値(0.02wt%)以下となっているため、従来使用している焼石灰等の造滓材は原則として装入しない。
【0020】
従って、上記脱炭精錬においてはスラグの増加は少ないが、溶銑装入に先立ち軽焼ドロマイト等を炉体寿命延長のために装入することがあるので、スラグ量がある程度増加することがある。このような場合には必要に応じて炉内スラグを排出する。その結果、炉内に生成するスラグ量は後述する図4に示すように10〜30kg/tonと少ない。しかも、出鋼後において原則として炉内に残留させるため排出するスラグ量は従来(25〜35kg/ton)と比較し大きく減少する。
【0021】
次に、本発明の前提となる脱炭精錬においてマンガン鉱石(例えば、Mn約50wt%,Fe約10wt%以下,SiO2 約10wt%以下)を可能な範囲で装入する。高炉溶銑のMn含有量は通常0.2〜0.3wt%であり、脱燐精錬された溶銑のMn含有量は、通常0.05〜0.15wt%である。そこで、マンガン鉱石を精錬中に添加すると効率よく還元され、溶鋼のMn含有量を最大、粗鋼のMn含有量の上限値まで高めることができ、より経済的に製鋼作業が可能となる。
【0022】
更に、本発明の前提となる精錬では、脱燐溶銑を脱炭精錬炉に装入するに先立ち予め軽焼ドロマイト及び/又は生ドロマイトを添加すると、脱炭精錬中において十分スラグに溶解し、MgO濃度を高める作用がある。このようなスラグはスラグ自体がMgOを溶解度限まで含有しているため、炉体煉瓦の損耗を抑制し、炉体寿命を延長させる効果がある。
【0023】
以上が本発明の前提となる脱燐精錬と脱炭精錬の概要である。所で、脱燐精錬における終点のP含有量は、転炉における脱炭精錬において下記の原因により変化する。
(1)この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬の残留スラグからの復燐
(2)取鍋における復燐
(3)更に、脱燐精錬において発生したスラグが脱炭精錬炉に混入することによる復燐
【0024】
以下、順にこれらの影響を考察する。
以下の考察に次の記号を使用する。
[P]fwt%: 精錬容器における脱燐精錬の終点の燐含有量
[P]k wt%: 粗鋼で要求されているP含有量(鋼の成分規格値)
Δ1: この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬の炉内に残留したスラグによる燐の増加量
Δ2: 取鍋における復燐量
Δ3: 当該脱燐精錬で発生したスラグが、前記脱炭精錬する転炉に混入することによる復燐量
【0025】
【0026】
脱燐平衡条件は、(P)0 /[P]0 = k( 約200)、(P)2 /[P]2 = k( 約200)、脱炭精錬における燐のマスバランスは、
入り側 =1000*X1 *[P]1 /100+ X1 *Y0 * (P)0 /100
出側 =1000*X2 *[P]2 /100+ X2 *Y2 *(P)2 /100
ここで*は乗算を意味する。現実の操業においては、X1 はX2 と実質的に同量である。そこで、
[P]2 = ( 1000*[P]1+Y0 *k*[P]0 ) /( 1000 +Y2 *k)
【0027】
ここで、Y2 = 30kg/ton ,Y0 = 15kg/ton, k= 200の場合は、
[P]2 = (0.14*[P]1 + 0.42*[P]0 )
例えば、[P]1 = 0.1wt%で、[P]0 = 0.010wt%, 0.015wt%, 0.020wt%で、kが一定であれば、それぞれ、[P]2 = 0.018wt%, 0.020wt%, 0.022wt%となる。なお、Y2 が0の場合には、[P]2 = 0.014wt%である。
【0028】
以上の計算から明らかなように、脱炭炉に残留スラグがない場合には、
[P]2 = 0.014wt%であり、残留スラグが15kg/tonである場合には[P]2 は大きな影響を受ける。この例において、例えば、[P]k wt% =0.020wt%の場合には、[P]fwt%は0.016wt%以下, 0.014wt%以下,0.012wt%以下となる。即ち、Δ1= 0.004wt%、0.006wt%、0.008wt%である。即ち、脱燐精錬においては少なくともΔ1に相当する量だけ低めに脱燐精錬する必要がある。
【0029】
Δ2: 溶鋼の取鍋における復燐量は、取鍋内に転炉から流出したスラグ組成、量、鋳造までの時間、出鋼時に添加した保温材の種類と量等の影響により変化するので、予め計算することはできないが、上記工程が一定である場合には経験的に予想することができる。経験上、Δ2は0.002wt%以下である。
【0030】
Δ3: 当該脱燐精錬で発生したスラグが、前記転炉に混入することによる復燐量であるが、予め推定することが困難である。しかし、一定の作業においては経験上0.002wt%以下である。
【0031】
【実施例】
以上の点を予め考慮して[P]fwt%を定めて脱燐精錬容器として転炉を用いて脱燐精錬を行い、他の転炉において焼石灰等の造滓材を添加せず約50チャージを脱炭精錬した。比較として、脱燐精錬の終点においてP含有量は0.03から0.04wt%とし、脱炭精錬において更に脱燐精錬も行う精錬を行い約50チャージ行った。その結果を図4に示す。
【0032】
本発明においては脱燐精錬において脱炭精錬における復燐量(0.002から0.004wt%)を考慮して規格値(通常0.020wt%以下)よりも低めに脱燐精錬し、その溶銑を脱炭精錬した。その結果、粗鋼のP含有量はいずれの場合も規格値(通常0.020wt%以下)を満足することができた。 しかし、従来の脱炭精錬においては、焼石灰を溶銑1t当たり約16kg装入しないと終点のP含有量を規格値(通常0.020wt%以下)以下とすることができなかった。
【0033】
【発明の効果】
本発明においては、転炉等の精錬容器で溶銑の燐含有量を少なくとも、脱炭精錬におけるP含有量の変化を推定し、粗鋼で要求されているP含有量(鋼の成分規格値)を考慮したP含有量以下に精錬し、この溶銑を転炉に装入し、実質的に造滓材を装入せず脱炭精錬を行うことができる。
従って、脱炭精錬を行う転炉において、マンガン鉱石を装入し、粗鋼で要求されているMn規格値の上限以内においてMn含有量を高めることが可能となり、極めて経済的な製鋼方法が実現できる。また、この製鋼方法は発生するスラグを最小に抑えることができるので、省資源の効果もある。よって本発明の産業上の効果は著しい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における脱燐精錬工程を示す図である。
【図2】本発明における脱炭精錬工程を示す図である。
【図3】本発明における溶銑の脱燐精錬時間を従来例(比較例)と共に示す図である。
【図4】本発明と従来例(比較例)における溶銑及び溶鋼の成分組成の変化を示す図である。
【図5】転炉における精錬反応の状況を示す図である。
【図6】従来の転炉における溶銑の脱燐精錬の状況を示す図である。
【符号の説明】
2 転炉型精錬容器
4 溶銑
6 スラグ
8 出鋼口
10 炉口
12 ランス
Claims (4)
- 下記の工程を備えたことを特徴とする脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
(a)精錬容器で、終点の燐含有量([P]fwt%)が下式(1)に従うように溶銑を脱燐精錬し、
[P]fwt%≦[P]k wt%−△1−△2−一−(1)
ここで、[P]k wt%:粗鋼で要求されているP含有量(鋼の成分規格値)
△1:この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬後の炉内に残留したスラグ量による燐の増加量(wt%)、
△2:取鍋における溶鋼の復燐量(wt%)
(b)前記脱燐精錬された溶銑を他の転炉に装入し、造滓材を装入せず脱炭精錬を行う。 - 前記[P]fwt%が、式(1)に代えて下式(2)に従うように脱燐精錬することを特徴とする請求項1記載の脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
[P]fwt%≦[P]k wt%−Δ1−Δ2−Δ3−−(2)
ここで、Δ3: 当該脱燐精錬で発生したスラグが、前記転炉に混入することによる溶鋼の燐増加量(wt%) - 前記取鍋における溶鋼の復燐量( Δ2)は、取鍋におけるスラグからの復燐量及び添加する合金鉄からの復燐量の合計量であることを特徴とする請求項1又は2記載の脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
- 前記脱燐精錬を行う精錬容器が転炉であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法。
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JP36955497A JP3924058B2 (ja) | 1997-12-29 | 1997-12-29 | 脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法 |
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