JP6848429B2 - 製鋼スラグの改質方法 - Google Patents
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また、特許文献2には、精錬炉より出鋼開始直後の溶鋼湯面に浮遊するスラグに改質剤の一部を添加する段階と、出鋼終了後の取鍋に収容された溶鋼湯面に浮遊するスラグに改質剤の残部を添加する段階と、より成り、改質剤はAl滓、生石灰および炭酸カルシウムより成り、溶鋼湯面の浮遊スラグにAl滓を散布した後、生石灰と炭酸カルシウムとを同時に添加する技術が開示されている。
さらに、特許文献3には、転炉内において、CaOを投入することによりスラグを固化させ、出鋼中の転炉スラグ流出を防止して、鍋上スラグ量を少なくとも溶鋼に対して重量比で0.1%以下に低減させた上で、鍋上スラグに均一にAlを散布し、スラグ中FeO%を少なくとも2%以下に改質して、介在物を低減させる技術が開示されている。
本発明は、これらの知見に基づいて完成させた。以下、本発明について説明する。
また、「取鍋」とは、製鋼炉で溶製した溶鋼を保持するため、鉄皮の内側に耐火物が内張りされた容器である。
また、「受鋼」とは、製鋼炉から取鍋等の搬送用容器に溶鋼を移し変える操作を意味する。製鋼炉で酸化精錬を行った場合、製鋼炉内のスラグの低級酸化物濃度は高く、受鋼を開始する際や、受鋼が終わる際に、不可避的に製鋼炉内のスラグが取鍋に流出する場合がある。流出するスラグは、受鋼が終わる直前に流出するものが大部分である。
また、「受鋼前期」とは、前チャージの製鋼炉処理で溶製した溶鋼および不可避的に流出するスラグを当該取鍋にて受鋼する工程を意味する。また、「受鋼後期」とは、当該取鍋に溶鋼およびスラグがある状態にて、次チャージの製鋼炉処理で溶製した溶鋼を受鋼する工程を意味する。本発明において、前チャージの製鋼炉処理で溶製する溶鋼、および、次チャージの製鋼炉処理で溶製する溶鋼は、同一組成であっても良く、異なる組成であっても良い。異なる組成である場合には、前チャージの製鋼炉処理で溶製する溶鋼と次チャージの製鋼炉処理で溶製する溶鋼とが混合されたときに、目的の組成の溶鋼になっていれば良い。
また、「スラグを改質」とは、取鍋内の溶鋼およびスラグに対して、還元剤を添加するとともに、生石灰等の造滓剤を添加することで、スラグ中のFeOやMnOといった低級酸化物の濃度を低減させる操作を意味する。「還元剤」とは、AlやSi等に代表される還元力の強い元素を差し、金属もしくは合金といった固体状で溶鋼に添加される。スラグ改質を促進させるため、取鍋内の溶鋼に浸漬した浸漬管から、もしくは取鍋の底部から、またはその両方から、不活性ガスを導入し、溶鋼およびスラグを撹拌しても良い。本発明において、スラグ改質は、取鍋で溶鋼およびスラグの受鋼を開始したときから、脱硫、脱ガス、温度調整、成分調整を行う二次精錬を行う前までに実施するものとする。
また、「取鍋の容量」とは、取鍋から溢れることなく保持できる溶鋼の容量を意味する。取鍋の底部から取鍋の上端部までの容積に全て溶鋼を満たした状態では、保持してある溶鋼およびスラグがこぼれてしまうことから、例えば、取鍋上端から500〜800mm程度下が溶鋼湯面になる(フリーボードが500〜800mmになる)溶鋼の量を、取鍋の容量とすることができる。例えば300ton規模の取鍋の場合、本発明では、フリーボードを確保した状態で300tonの溶鋼およびスラグをこぼさずに保持できる状態を、取鍋の容量100%と定義する。
まず、従来法によるスラグ改質処理について説明する。一般的には、転炉で処理された後の溶鋼およびスラグは、そのすべてが、対応した取鍋に出鋼される。図1Aに示したように、従来法では、取鍋1内に一度に注がれた溶鋼2およびスラグ3が満たされた状態で、Al4(還元剤4)が添加される。その後、溶鋼2に浸漬させた浸漬管5から不活性ガスを吹き込んで溶鋼およびスラグを撹拌することによりスラグ改質処理が行われる。スラグ改質処理が行われた溶鋼は、続いて、次の処理(例えば二次精錬処理)の装置へと移送された後、連続鋳造工程等を経て、製品になる。この場合、取鍋内の溶鋼中のAl濃度は、製品のAl濃度を大幅に超えることはできない。また、スラグ改質を促進させるために溶鋼およびスラグを撹拌する際には、フリーボードを気にしながら撹拌することになる。
受鋼前期S11は、前チャージの製鋼炉処理によって溶製した溶鋼、および、不可避的に流入するスラグを、取鍋で受鋼しつつ、溶鋼流に巻き込ませるように還元剤であるAlを取鍋へと添加し、このAlを用いてスラグを改質する工程である。受鋼前期S11の前に行われる工程の形態を図3Aに、受鋼前期S11の形態を図3Bに、それぞれ示す。図3Aに示したように、受鋼前期S11の前に行われる工程では、転炉6で溶製された溶鋼の一部が、取鍋へと出鋼される。一方、図3Bに示したように、受鋼前期S11では、図3Aに示した工程で別の取鍋へ溶鋼の一部を出鋼した、転炉6に入っている溶鋼、および、不可避的に流入するスラグを、取鍋で受鋼し、さらに、スラグ改質処理が行われる。より具体的には、受鋼前期S11では、Alを取鍋へと添加した後に、造滓剤である生石灰を添加し、さらに、取鍋内の溶鋼に浸漬させた浸漬管から不活性ガス(Arガス)を導入することにより、スラグを改質する。受鋼前期S11で受鋼する溶鋼の量は、取鍋の容量の10%以上50%以下である。
一連のサイクルの最初は、転炉で溶製する溶鋼を増量させておくことにより、溶製した溶鋼の90%以下を受鋼する際にも、最初に取鍋に受鋼する溶鋼量(取鍋B1で受鋼する溶鋼量)は従来法と変わらない状況を作ることができる。一方で、一連のサイクルの最後は、転炉での溶鋼処理量(転炉処理B4における処理量)を低減させておき、前の転炉処理後に受鋼した溶鋼とスラグが入っている取鍋(転炉処理B3で溶製した溶鋼B3の30%およびスラグが入っている取鍋B4)に、処理量を低減させておいた溶鋼とスラグ(転炉処理B4で溶製した溶鋼とスラグ)を出鋼すれば良い。この手法では、最初の取鍋B1にはスラグが入らず、最後の取鍋B4には約2倍量のスラグが入ることになるが、最後の取鍋B4では、受鋼後期にて取鍋B4内に溶鋼B3およびスラグB3が入っている状態で不活性ガスを吹き込んでスラグ改質を行ったり、要求品質が高くない鋼種を振り当てたり、一連のサイクルの最後のみ、スラグを物理的に取り除くといった手法で対応すれば良い。
比較例1、比較例2、および、発明例では、転炉で溶製した溶鋼を取鍋で受鋼中に、Al、Si、Mnといった合金を一括添加した。添加するAl量は、全て同量とし、Alを添加する回数は何れも1回とした。転炉処理後における転炉内のスラグの低級酸化物濃度(FeO濃度およびMnO濃度の合計。表1には「スラグ中FeO+MnO(%)」と記載。以下において同じ。)は、概ね10〜15%であった。転炉からの出鋼末期に、取鍋内に不可避的に流入するスラグ量は、スラグ厚みから換算して、1200〜1500kgであった。取鍋で受鋼した後は、取鍋内に生石灰を1500kg添加した。その後、RH真空脱ガス装置にて脱ガスおよび成分調整を行った。比較例1、比較例2、発明例ともに、転炉から出鋼を開始したときから、次のチャージの転炉処理を終えて再度出鋼を開始するまでの時間は、40分であった。比較例1、比較例2、および、発明例の、実験条件ならびに結果を、表1に示す。
表1において、「Al、合金添加」欄の「○」は、Al、Si、Mnといった合金を一括添加したことを意味する。また、「ガス導入S」は出鋼タイミングを調整する等の操作によりスラグ改質時の取鍋内の溶鋼量を低減した状態で、取鍋に不活性ガスを導入して溶鋼およびスラグを攪拌する操作を指し、「ガス導入A」は、出鋼が終わった後、二次精錬が始まる前までに、取鍋に不活性ガスを導入して溶鋼およびスラグを攪拌する操作を指す。また、二次精錬開始前における低級酸化物濃度を2.0%以下にすることができ、さらに、不活性ガス導入前の温度と不活性ガス導入後の温度との差を50℃以下に抑えることができたものは、発明の効果欄に「○」と記載し、当該「○」の条件を満たさなかったものには「△」と記載した。なお、後述するように、比較例1は受鋼前期および受鋼後期に分ける構成を採っていないため、発明の効果欄には何も記載しなかった。
比較例1では、4チャージを連続して処理し、転炉で溶製した溶鋼を取鍋で受鋼している途中で、溶鋼流に巻き込ませる形でAlを含む合金を添加した。この際、転炉からの出鋼末期に、不可避的に転炉内の低級酸化物を含むスラグが、取鍋内に流入した。その後、取鍋による溶鋼の受鋼が完了した後に、取鍋内に生石灰を1500kg添加した。その後、取鍋を転炉下から移動させ、取鍋内の溶鋼に浸漬管を浸漬し、Arガスを200NL/minの流量で4分間に亘って導入した。この操作により、取鍋上のFeO+MnO濃度は、4チャージ全て、二次精錬開始前の段階で3〜4%まで低下した。出鋼直後の取鍋内の溶鋼温度は約1640℃であり、二次精錬開始前の段階では約1610℃であった。
比較例2のチャージAでは、転炉処理を実施している段階で、当該最初の転炉処理の溶鋼を受鋼する取鍋(以下において、「最初の取鍋」と称する。)と、さらにもう1基の取鍋(以下において、「2番目の取鍋」と称する。)を準備した状態で、転炉処理を行った。最初の転炉処理では、溶鋼処理量を310tonとし、転炉を傾動させて溶鋼を最初の取鍋で受鋼する際、従来例と同様に、溶鋼を最初の取鍋で受鋼している途中で、溶鋼流に巻き込ませる形でAlを含む合金を添加した。
比較例2では、最初の取鍋内の溶鋼量が300tonになった時点で転炉の傾動を戻したが、転炉から低級酸化物の一部が最初の取鍋に流出した。最初の取鍋による受鋼が終了した直後(出鋼直後)の、最初の取鍋内の溶鋼温度は1622℃であった。最初の取鍋には、受鋼終了後に、従来例と同様に生石灰を1500kg添加した。その後、直ちに最初の取鍋を転炉下から移動させ、スラグ改質を行うことなく、二次精錬を行う設備まで搬送した。最初の取鍋上の低級酸化物濃度は、二次精錬開始前の段階で、3.5%であった。これは、最初の取鍋で受鋼する溶鋼量が多いことから、不可避的にスラグが最初の取鍋に流入したためである。この結果から、最初の転炉処理で転炉内に生じたスラグが、最初の取鍋に流入する前に、受鋼を停止するのが良いことが分かる。
出鋼が完了した転炉では、続けてチャージBの転炉処理を行った。チャージBの転炉処理を行っている間に、2番目の取鍋を一旦転炉下から移動させ、2番目の取鍋内の溶鋼に浸漬管を浸漬し、Arガスを2000NL/minの流量で2分間に亘って導入した。この時、2番目の取鍋上の低級酸化物濃度は、二次精錬前の段階で0.3%まで低下したものの、溶鋼温度が1582℃まで低下し、一部のスラグが固化する様子が見られた。その後、2番目の取鍋を転炉下に搬送し、受鋼後期として、チャージBの転炉処理で処理した溶鋼を290ton受鋼したが、転炉の傾動を戻す際に、転炉から低級酸化物の一部が2番目の取鍋内に流出した。その結果、二次精錬開始前の段階で、2番目の取鍋上の低級酸化物濃度は2.7%、溶鋼温度は1603℃であった。このように、受鋼前期として2番目の取鍋で受鋼する溶鋼量が少ないと、一時的に溶鋼温度が低下することに加え、転炉からの低級酸化物を含むスラグ流出が生じてしまう。この結果から、受鋼前期として取鍋で受鋼する溶鋼量は所定値以上にする必要があり、上述のように、取鍋の容量の10%以上にすることが必要である。
発明例では、チャージAの転炉処理における処理量を、通常操業の範囲で増やせる範囲内の330tonとして処理した。また、チャージAの溶鋼を受鋼する最初の取鍋と、さらにもう1基の取鍋(以下において、「2番目の取鍋」と称する。)を準備した状態で、転炉処理を行った。チャージAでは、転炉を傾動させて溶鋼を取鍋で受鋼する際、比較例1と同様に、溶鋼を最初の取鍋で受鋼している途中で、溶鋼流に巻き込ませる形でAlを含む合金を添加した。発明例のチャージAでは、最初の取鍋内の溶鋼量が290tonになった時点で転炉の傾動を戻し、転炉から低級酸化物が流出する前の段階で出鋼を終了した。最初の取鍋による受鋼が終了した直後(出鋼直後)の、最初の取鍋内の溶鋼温度は1621℃であった。最初の取鍋には、受鋼終了後に、従来例と同様に生石灰を1500kg添加した。その後、直ちに最初の取鍋を転炉下から移動させ、スラグ改質を行うことなく、二次精錬を行う設備まで搬送した。最初の取鍋上の低級酸化物濃度は、二次精錬開始前の段階で、0.5%であり、溶鋼温度は1610℃であった。これは、最初の取鍋で溶鋼を転炉から受鋼する際、スラグが転炉から流出する前に出鋼を停止したため、最初の取鍋内には低級酸化物がほとんど流入しなかったためである。
その後、再度2番目の取鍋を転炉下に移動させ、チャージBの転炉処理で溶製した溶鋼を、受鋼後期として270ton受鋼した。2番目の取鍋で、チャージBの転炉処理で溶製した溶鋼を270ton受鋼した時点で、転炉の傾動を戻した。このとき、低級酸化物を含むスラグは、2番目の取鍋に流入しなかった。
出鋼が完了した転炉では、続けてチャージCの転炉処理を行った。チャージCの転炉処理における溶鋼処理量は298tonであった。チャージCの転炉処理で溶製した溶鋼を、3番目の取鍋で、受鋼後期として260ton受鋼した。3番目の取鍋で、チャージCの転炉処理で溶製した溶鋼を260ton受鋼した時点で、転炉の傾動を戻した。このとき、低級酸化物を含むスラグは、3番目の取鍋に流入しなかった。二次精錬開始前の段階で、3番目の取鍋の溶鋼量は301ton、溶鋼温度は1611℃となった。
3番目の取鍋Cでは、浸漬管を浸漬させて不活性ガスを吹き込む処理を行わなかったものの、3番目の取鍋上の低級酸化物濃度は、二次精錬開始前の段階で、1.8%であった。この結果から、本発明により取鍋内の溶鋼量が少ない状態でAlを添加し、Al濃度が高い溶鋼とスラグとを共存させることで、攪拌をしなくともスラグ改質が進むことが確認できた。
その後、4番目の取鍋を一旦転炉下から移動させ、4番目の取鍋内の溶鋼に浸漬管を浸漬し、Arガスを2000NL/minの流量で2分間に亘って導入した。このとき、4番目の取鍋上の低級酸化物濃度は、0.6%まで低下した。
その後、再度4番目の取鍋を転炉下に移動させ、チャージDの転炉処理で溶製した溶鋼を、受鋼後期として全量受鋼した。受鋼後期の末期(出鋼末期)では、不可避的に低級酸化物を含むスラグが4番目の取鍋に流入した。このため、4番目の取鍋を転炉下から移動させ、4番目の取鍋内の溶鋼に浸漬管を浸漬し、Arガスを200NL/minの流量で4分間に亘って導入した。この操作により、4番目の取鍋上の低級酸化物濃度は、二次精錬開始前の段階で1.8%まで低下した。二次精錬開始前の段階の溶鋼温度は1610℃であった。
2…溶鋼
3…スラグ
4…Al(還元剤)
5…浸漬管
6…転炉(製鋼炉)
Claims (5)
- 製鋼炉で溶製した溶鋼およびスラグを取鍋で受鋼するにあたり、
前チャージの製鋼炉処理によって溶製した溶鋼、および、不可避的に流入するスラグを、取鍋で受鋼する、受鋼前期と、
次チャージの製鋼炉処理によって溶製した溶鋼を、前記受鋼前期で用いた前記取鍋で受鋼する、受鋼後期と、を有し、
前記受鋼前期で前記溶鋼を受鋼する際に、または、前記受鋼前期と前記受鋼後期との間に、前記取鍋へと添加した還元剤を用いて、スラグを改質し、
前記受鋼前期で受鋼する前記溶鋼の量が、前記取鍋の容量の10%以上50%以下であることを特徴とする、製鋼スラグの改質方法。 - 前記受鋼前期を行う前に取鍋で受鋼する、前記前チャージの製鋼炉処理によって溶製した溶鋼の量が、製鋼炉で処理した溶鋼量の50%以上90%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の製鋼スラグの改質方法。
- 前記受鋼前期から前記受鋼後期までを、複数回に亘って繰り返すことを特徴とする、請求項1又は2に記載の製鋼スラグの改質方法。
- 前記受鋼後期で受鋼する、前記次チャージの製鋼炉処理によって溶製した前記溶鋼の量が、製鋼炉で処理した溶鋼量の50%以上90%以下であることを特徴とする、請求項3に記載の製鋼スラグの改質方法。
- 前記スラグを改質するにあたり、前記取鍋の底部から、および/または、前記取鍋内の溶鋼に浸漬した浸漬管から、不活性ガスを吹き込むことにより、前記取鍋内の溶鋼およびスラグを撹拌することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製鋼スラグの改質方法。
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