JP4181893B2 - 溶銑の精錬方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉を用いて溶銑の精錬を行う際に、すでに精錬を終えたスラグを再度造滓剤として使用する場合の有効な方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉からの溶銑は一般に脱珪、脱硫及び脱燐などの溶銑予備処理が施された後、転炉で主として最終的な脱燐と脱炭精錬がなされて鋼となるが、この転炉での精錬によって発生した脱炭スラグは出鋼時に排出されずに転炉内にその一部あるいは全部を残した状態で次のチャージの溶銑の精錬に再使用することが行われている。
【０００３】
ところが、通常、転炉内に脱炭スラグを残したまま次チャージの溶銑を装入すると、このスラグ中の酸素と溶銑中の炭素とが急激に反応して溶銑の突沸現象を起こす問題がある。
【０００４】
そこで、このため（１）脱炭スラグが固化するまで待って溶銑を装入したり、（２）脱炭スラグに冷却材（生ドロマイト、ＣａＣＯ₃，鉄鉱石及びスケールなど）を添加して強制的に固化させる方法が採られているが、これらによると生産性が低下したり、熱ロスを生じて、操業上不利を招くことになる。
【０００５】
また、別な方法として、（３）脱炭スラグに一定量の脱酸材（Ｃ、Ｓｉ、Ａｌ）を添加する方法（特許文献１など）が提案されている。しかし、この方法は脱酸材のコストの問題が大きく、実際にはあまり適用されていないのが現状である。
【０００６】
さらに、他の方法として（４）脱炭スラグ中のＦeＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＭｎＯ及びスラグの温度に着目し、これらの関係式が一定値以下になるように成分や温度を調整する方法（特許文献２など）も提案されている。しかしながら、この方法は突沸騰現象を精度良く防止できるものの、実際には前記（１）〜（３）の方法を選択あるいはこれらの方法組み合わせて行うもので、前記した同様な問題を有すると共に出鋼時の脱炭スラグの分析・測定値をもとに計算が必要であるなどの煩雑さを伴うものであった。
【０００７】
【特許文献１】
特公平４−５２２０７号
【特許文献２】
特開昭６１−２３８９０８号
【特許文献３】
特許第２８９６８３８号
【０００８】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来の問題や不利を解消し、精錬を終えた前チャージ脱炭スラグを次チャージの造滓剤として再使用するに当たり、比較的簡単な手法により溶銑装入時おいても突沸現象を起こすことなく、円滑な操業を確保することができる有効な方法を提供することをその課題として完成されたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになした本発明とは、溶銑の精錬を終えた際に、脱炭処理によって生成した脱炭スラグを転炉に残したまま出鋼し、転炉内に固体鉄源を装入した後、この転炉を前後にその正立位置に対する傾斜角度が５０度以上として１往復以上傾動させると共に、下記の式を満足する条件で、次の溶銑を装入し、精錬を行なうことを特徴とする溶銑の精錬方法を、その要旨とするものである。
ＥＲＩ＝Ｗｓｌ／{ Ｗｓｃ・（２−Ｎ ^−２ ） }＜１
ここにＥＲＩは突沸指数、Ｗｓｃは固体鉄源装入量（ｔ／ｃｈ）、Ｗｓｌは脱炭スラグ残し量（ｔ／ｃｈ）、Ｎは転炉の往復傾動回数をそれぞれ表している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは前記課題を達成すべく脱炭スラグの溶銑装入時における突沸現象を抑える従来とは異なった有効な方法がないかどうか、各種検討を行ったところ、毎回装入されるスクラップや地金、あるいは冷銑、鋳物クズなどの固体鉄源の冷却能を活用する着想を得た。しかしながら、単純にこの固体鉄源を脱炭スラグ上に装入しただけでは、脱炭スラグの固化に少なくとも１時間以上を要し、迅やかに処理できないことが判明した。また、固化を速めるために多量の固体鉄源を用いることも考えられるが溶銑配合率の制限があり、適切な方法とはいえない。
【００１１】
そこで、さらに鋭意、この固体鉄源を利用する研究、実験を重ねた結果、後述の実施例で明かにするが、固体鉄源を転炉に装入した後に、この転炉を一定条件のもとに揺動させて固体鉄源の転動を利用した攪拌・混合作用により脱炭スラグを固体鉄源の表面全体にわたって絡みつかせる（または巻きつかせる）ようにして被覆、コーティングすると、短時間でスラグの顕熱が固体鉄源に奪われ、効果的に冷却固化することを知見した。ここに言う、揺動は一往復以上に転炉を傾動させる操作を指す。
【００１２】
図１により、この転炉の揺動操作とその作用を説明すると、（Ａ）は転炉（１）を用いて精錬を終えた前チャージの溶鋼を脱炭スラグ（２）を残して出鋼した後、固体鉄源（３）を装入して転炉（１）を正立させた状態を示す。（Ｂ）は（Ａ）の正立状態から、同転炉（１）を一方向（図では左方向）に一定の傾斜角度（α）で傾動させた状態を示し、また（Ｃ）は（Ｂ）の状態から反対方向（図では右方向）傾動させ、正立状態を経て、さらに同方向に一定の傾斜角度（α）で傾動させた状態を示す。そして、この（Ｃ）の状態から元の（Ａ）の正立状態に傾動復帰させることによって一往復の傾動サイクルが完了することになる。
【００１３】
本発明ではこの一往復以上の傾動操作を施すことすなわち往復傾動回数を一回以上行うことが重要な条件となる。この傾動操作により、脱炭スラグ（２）と固体鉄源（３）とが十分に攪拌・混合されるため脱炭スラグ（２）が装入された固体鉄源（３）の個々の表面に広く接触して全体にわたって被覆されることから、固体鉄源（３）との熱交換が極めて効率的に行われる。この結果、１０００℃〜１５００℃の高温の脱炭スラグ（２）は固体鉄源（３）により迅やかに奪熱され、短時間に冷却固化するのである。従って、傾動操作が終了後、直ちに次チャージの溶銑を装入した場合においても突沸現象は起きず、安定した操業を行うことができる。
【００１４】
一方、傾動操作が一往復に満たない場合は、脱炭スラグ（２）と固体鉄源（３）の混合接触が不足し、脱炭スラグ（２）が固体鉄源（３）の表面全体にわたって均一に被覆することが困難となり、その冷却固化が不十分となり、傾動操作を終えた後に次チャージの溶銑を装入した場合は突沸現象が起きる恐れが大きく、本件発明の目的を達成できない。上記の如く、往復傾動回数は１回であれば良いがスラグの冷却固化をより効果的に進行させるためには２回以上とすることが好ましく、一方、あまり回数を増やしてもその上積みは少なく、むしろ生産性の阻害を招来する不利が出てくるため、２〜４回の範囲とすることが最適である。
【００１５】
また、前記傾動操作時における傾斜角度（α）は５０度以上とすることが必要である。５０度未満の傾斜角度では固体鉄源（３）が転炉（１）内で殆ど転動せず、静止状態のままとなることが多いので脱炭スラグ（２）の流動だけでは両者の混合接触が足りず、同スラグの冷却固化が促進されない。この結果、液相率の高い（全体の５０％以上）のスラグが残存することとなり、突沸現象を十分に防止できない恐れがあるため好ましくない。一方、この傾斜角度（α）がさらに大きくなった場合も固体鉄源（３）の転動距離はあまり変わらないため安全操作の観点をも加味して、５０〜９０度の範囲で実施することがより好ましいと言える。
【００１６】
さらに、本件発明においては、やはり後述の実施例で具体的に明らかにするが、前チャージの出鋼後に転炉内に残存させた脱炭スラグ残し量、引き続いて転炉に装入される固体鉄源装入量及び転炉の往復傾動回数を次の関係式（１式）を満たすように調整することが必須となる。
ＥＲＩ＝Ｗｓｌ／{ Ｗｓｃ・（２−Ｎ ^−２ ） }＜１ ・・・１式
ここにＥＲＩは突沸指数、Ｗｓｃは固体鉄源装入量（ｔ／ｃｈ）、Ｗｓｌは脱炭スラグ残し量（ｔ／ｃｈ）、Ｎは転炉の往復傾動回数をそれぞれ表している。
【００１７】
本１式の突沸指数（ＥＲＩ）を１以下にすることによって、次チャージの溶銑装入時の突沸の発生を効果的に防止することができる。また、実際の調整に当っては固体鉄源装入量（Ｗｓｃ）と脱炭スラグ残し量（Ｗｓｌ）に応じて転炉の往復傾動回数を変更するかあるいは、引き続いて装入される固体鉄源装入量（Ｗｓｃ）に応じて脱炭スラグ残し量（Ｗｓｌ）を増減させる方法が推奨される。
【００１８】
次に、以上の本発明の特徴を生かした転炉による溶銑の精錬プロセスについてその代表的なパターンを説明する。
（１）パターン▲１▼（予備処理を経た溶銑を対象とする場合）
このパターンは既に仕上げ脱燐を含めた脱燐などの溶銑予備処理を行った溶銑を対象とするもので、先ず転炉にスクラップなどの固体鉄源並びに溶銑を装入後、生石灰、石灰石、軽焼ドロマイトなどの復燐防止及び耐火物保護用の造滓剤を添加する。次に、上吹き酸素によって脱炭精錬を行う。次いで、脱炭精錬を終えた段階で脱炭スラグを残して精錬後の溶綱を出鋼する。そして、前述した本発明の方法により、転炉に固体鉄源を装入し、往復傾動操作を行って、脱炭スラグを冷却固化させた後、次チャージの溶銑を装入して新たな造滓剤を添加することなくまたは必要に応じて少量の造滓剤を加えて同様に脱炭精錬を行う。以降、これらの工程を繰り返して行う。
【００１９】
（２）パターン▲２▼（予備処理を経ない溶銑を対象とする場合）
このパターンは上記脱燐などの溶銑予備処理を行っていない溶銑を対象とするもので、先ず転炉にスクラップなどの固体鉄源並びに溶銑を装入後、生石灰、石灰石、鉄鉱石、軽焼ドロマイトなどの脱燐用の造滓剤を添加すると共に上吹き酸素によって脱燐を行う。次に、脱燐を終えた段階で生成したスラグを排出する。次いで、この脱燐された溶銑を上吹き酸素により、（また、必要に応じて復燐防止及び耐火物保護用の造滓剤を添加して）脱炭精錬を行う。次いで、脱炭精錬を終えた段階で脱炭スラグを残して精錬後の溶綱を出鋼する。そして、前述した本発明の方法により、転炉に固体鉄源を装入し、往復傾動操作を行って、脱炭スラグを冷却固化させた後、次チャージの溶銑を装入して新たな造滓剤を添加することなくまたは必要に応じて少量の造滓剤を加えて同様に脱燐を行う。以降、これらの工程を繰り返して行う。
【００２０】
以下、実施例について比較例を合せて説明し、本発明の優れた効果を実証することにする。
（実施例）
溶銑予備処理を経た溶銑（成分％ Ｃ：３．９〜４．２、Ｍｎ：０．１０〜０．１５、Ｐ：０．０１０〜０．０２５、Ｓｉ：ｔｒ〜０．０３、Ｓ：０．００３〜０．００８）を２００〜２４０Ｔの量で転炉に装入し、造滓剤として生石灰５〜１０Ｋｇ／ｔ及び軽焼ドロマイト６〜１０Ｋｇ／ｔを添加して、上吹き酸素により脱炭精錬を行い、得られた溶鋼（吹き止め成分％ Ｃ：０．０４〜０．０６、Ｍｎ：０．０９〜０．１３、Ｐ：０．００７〜０．０１８、Ｓｉ：ｔｒ、Ｓ：０・００３〜０．００８）を脱炭スラグを残した状態で出鋼した。次ぎに、固体鉄源としてスクラップ及び地金を転炉に装入し、５０度以上の傾斜角度で１往復以上傾動操作を行って脱炭スラグを冷却固化させた後、次チャージの前記成分範囲の溶銑を装入した。この際、何れの実施例においても前述の▲１▼式を満足するように、固体鉄源装入量（Ｗｓｃ）、脱炭スラグ残し量（Ｗｓｌ）及び転炉の往復傾動回数を適宜変化させて行った。次いで、固化した脱炭スラグを造滓剤として上吹き酸素により脱炭精錬を行ない、同様に前記成分範囲の溶鋼を得た。
【００２１】
また、比較例は、実施例と同一成分範囲の溶銑予備処理を経た溶銑を同様な要領で脱炭精錬を行い、やはり同一成分範囲の溶鋼を、脱炭スラグを残した状態で出鋼し、次ぎに、固体鉄源としてスクラップ及び地金を転炉に装入したのち、次チャージの溶銑を装入するに当って、本発明のような１往復以上の傾動操作を行なうも傾斜角度が５０度未満の場合、さらに傾斜角度が５０度以上で１往復以上の傾動操作を行なうも、前記１式を満足しない場合についての実施結果である。
【００２２】
表１は、本発明の実施例と比較例の条件及び溶銑装入時の突沸状況（突沸有無）を示すものである。この表から明らかなように、本発明の条件を満たさない比較例１〜８の場合は突沸現象が認められるが、本発明の条件を満たす実施例１〜12によれば全て突沸現象が有効に防止されていることが分かる。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば溶銑の精錬方法において一旦脱炭精錬に使用されたスラグを同一の転炉に残したまま熱間で次の精錬の造滓剤として活用するに際し、溶銑装入時に問題となる突沸現象を転炉の往復傾動操作という比較的簡単な手法を用いて極めて有効に防止することができ、従って、多量の脱炭スラグの熱間再利用を可能とすると共に新たな造滓剤を必要最小限の量として安全かつ円滑な操業を確保することができるもので、本分野に優れた技術的貢献をもたらすものといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転炉の揺動操作とその作用を説明する模式図である。
符号の説明
（１）転炉 （２）脱炭スラグ （３）固体鉄源

Claims (1)

1. 溶銑の精錬を終えた際に、脱炭処理によって生成した脱炭スラグを転炉に残したまま出鋼し、転炉内に固体鉄源を装入した後、この転炉を前後にその正立位置に対する傾斜角度が５０度以上として１往復以上傾動させると共に、下記の式を満足する条件で、次の溶銑を装入し、精錬を行なうことを特徴とする溶銑の精錬方法。
   ＥＲＩ＝Ｗｓｌ／{ Ｗｓｃ・（２−Ｎ ^−２ ） }＜１
   ここにＥＲＩは突沸指数、Ｗｓｃは固体鉄源装入量（ｔ／ｃｈ）、Ｗｓｌは脱炭スラグ残し量（ｔ／ｃｈ）、Ｎは転炉の往復傾動回数をそれぞれ表している。

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