JPH08311519A - 転炉製鋼法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一転炉内で効率よく脱りん・脱硫・脱炭精
錬を行うと同時に、脱炭滓を残したまま出鋼した直後に
次チャージ溶銑を装入することも可能にする。 【構成】 溶銑および屑鉄を上底吹き転炉に装入し、底
吹きガス流量を制御しつつ、所定のスラグ塩基度と温度
になるように投入フラックス量および投入冷剤量を制御
して脱りん処理を施し、一旦精錬を中断し炉を傾動して
炉内スラグを排出し、炉を正立してフラックス添加と吹
酸により脱炭した後、Ａｌ灰粉またはＡｌ灰と石灰の混
合粉を溶鋼中に吹き込んでスラグと溶鋼の脱酸および溶
鋼の脱硫を行い、スラグを残したまま出鋼した後、直ち
に次チャージ溶銑を装入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶銑を使用し、転炉にお
いて効率よく脱りん・脱硫・脱炭精錬を行うための方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼材に対する品質要求はその利用
技術の高度化、多様化とともに厳しさを増し、高純度鋼
製造へのニーズは益々高まっている。このような高純度
鋼製造の要求に対して製鋼工程では溶銑予備処理あるい
は二次精錬設備の拡充を図ってきた。特に、りんについ
ては温度レベルの低い溶銑段階での脱りんが効率的であ
ることから、溶銑予備処理工程にて先行脱りんすること
が一般的に行われるようになった。溶銑予備処理工程で
先行脱りんする方法としては、（１）トーピードカー内
の溶銑に脱りん用フラックスをインジェクションして予
備脱りんを行う方法（例えば特開昭５８−１６００７号
公報や特開昭６２−１０９９０８号公報）、（２）取鍋
内の溶銑に脱りん用フラックスをインジェクションもし
くは吹き付けを行い、予備脱りんを行う方法、あるいは
（３）２基の転炉を用いて、一方で脱りんを行い、他方
で脱炭を行う方法（例えば、特開昭６３−１９５２０９
号公報）が知られている。

【０００３】しかしながら、前記の方法によると低りん
化の工程能力だけ見ると比較的低い到達りん含有レベル
を達成することはできるが、処理時間が長く処理時の抜
熱が大きいこと、転炉に供給するまでに時間を要するこ
と、２基の転炉を利用しても処理後の溶銑払い出し、別
転炉への再装入による温度低下が避けられない等、熱裕
度の観点からは決して満足できるプロセスではない。さ
らに、最近の全量溶銑脱りん処理化は転炉工程における
熱裕度をさらに低下させ、使用原料の自由度がなくな
り、今後の転炉における積極的スクラップリサイクルの
観点からも問題が大きい。

【０００４】これに対して、溶銑予備処理法が開発され
る以前には、（ＬＤ委員会１０周年記念論文集日本ＢＯ
ＴグループＬＤ委員会（Ｓ４４）ｐ．２３５）にあるよ
うに、１基の転炉にて脱りん予備処理と脱炭精錬を実施
するダブルスラグ法なる精錬法があった。これは、転炉
内の１ブロー目においてソフトブロー精錬で脱りん精錬
を指向し、脱りん後炉口より溶銑が流出しない範囲にて
脱りんスラグを排出し、排出後連続して脱炭精錬を実施
する方法である。

【０００５】上記ダブルスラグ法は、熱裕度は高いもの
の、当時の転炉は底吹き攪拌のない上吹き転炉であり、
脱りん反応は短時間で平衡に到達し難く、過剰の生石灰
投入でそれを補っていた。従って、フラックス原単位が
増大する上、スラグ中ＣａＯ／ＳｉＯ₂ が約３と高く低
温ではスラグの流動性が悪いため、脱りん反応に不利な
１４００℃以上の高温で１ブロー目を吹き止めて排滓を
実施していた。そのため、フラックス原単位を低減する
すべもなく、転炉傾斜部耐火物の溶損が増大する欠点も
あった。このような高温で１ブロー目を吹き止めても、
高ＣａＯ／ＳｉＯ₂ であることと底吹き攪拌がないこと
のためスラグの滓化状況も不安定で、約５０％の排滓率
しか達成できなかった。このように、当該技術はコスト
的にも耐火物材質的にも負荷が高く、実操業に耐えうる
技術ではなかった。

【０００６】上記問題点に鑑み、本発明者らは先に下記
のような製鋼法を提案した。「底吹き機能を有する転炉
に溶銑を装入し、攪拌エネルギーが０．５ｋＷ／ｔ以上
となるように底吹きガス流量を制御しつつ、且つ処理後
のスラグ中のＣａＯ／ＳｉＯ₂ が０．７以上２．５以
下、処理後溶銑温度が１２００℃以上１４５０℃以下と
なるように投入フラックス量および投入冷剤量を制御し
て溶銑を脱りんし、一旦精錬を中断し炉を傾動して炉内
スラグの６０％以上を排出し、その後炉を正立して脱炭
精錬を行う転炉精錬方法。」（特願平６−１１０２７）

【０００７】当該方法により、従来脱珪、脱りんのため
に分割精錬が指向されてきた予備処理工程を転炉工程に
集約することを可能とし、大幅な熱裕度の向上および大
幅なコストの削減を実現できるようになった。具体的に
は、 （１）従来の転炉外溶銑脱りん工程を転炉に集約でき、
固定費の大幅削減が可能となる。 （２）フラックス原単位の削減により、変動費も削減で
きる。 （３）工程集約により生ずる熱裕度の向上により、ス
クラップ溶解能の向上、鉄鉱石還元量の増大による溶
鋼歩留まりの向上、生石灰を石灰石に置換することに
よるフラックスコスト低減等、必要に応じた操業メリッ
トを享受することができる。 （４）転炉精錬から排出する総スラグ量は、使用するフ
ラックス原単位が下がるため、従来の２／３以下に低減
できる。 という顕著な効果を得ることが可能になった。

【０００８】しかしながら、当該方法では、同一転炉内
で十分な脱硫ができないため、脱硫工程のみは事前にト
ーピードカー等で所定のＳレベルまで処理しておくか、
出鋼後に受湯鍋等で処理を行わなくてはならないという
問題があった。

【０００９】また、当該方法において、脱炭滓を炉内に
残したまま出鋼し、次チャージの溶銑を装入することに
より脱炭滓をリサイクルした場合、石灰原単位の大幅な
削減が可能となることが明らかになっている。しかしな
がら、出鋼した後直ちに次チャージ溶銑を装入すると、
脱炭滓中の酸化鉄源（ＦｅＯ，ＭｎＯ等）と溶銑中のＣ
が激しく反応してＣＯガスを発生し、炉内からスラグや
溶銑が激しく飛び出し、鉄歩留まりを低下させるばかり
でなく操業中断を余儀なくされることがある。

【００１０】そのため、当該方法では、これを回避する
ため、「脱炭精錬時に生成した脱炭滓を炉内に残し、下
記（１）式を満足するスラグ中Ｔ．Ｆｅ濃度、ＭｎＯ濃
度、スラグ温度のもとで、次チャージの溶銑を装入し、
操返し脱りん処理および脱炭処理を行う転炉精錬方法。 ３．０８８×１０⁸ ×［（％Ｔ．Ｆｅ）＋（％ＭｎＯ）］² ×ｅｘｐ（−９１４００／（Ｔ_S ＋Ｔ_M ＋５４６）≦０．１ ・・・（１） Ｔ_S ：脱炭滓の温度（℃） Ｔ_M ：装入溶銑温度（℃）」（特願平６−１１０２７） を提案している。ＣａＣＯ₃ のような冷却剤あるいはコ
ークス、無煙炭などのような脱酸剤との混合物の添加に
より、５〜１０分の時間内に（１）式の条件を作り出
し、スラグをリサイクルすることでフラックス原単位を
大幅に削減することが可能となったが、出鋼後直ちに次
チャージ溶銑を装入したい場合は、（１）式の条件を満
たすことができず、これ以上に転炉での操業時間を短縮
する手だてはなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
を解決するものであり、同一転炉内で脱硫処理も効率よ
く行うと同時に、脱炭滓を残したまま出鋼した直後に次
チャージ溶銑を装入することも可能にすることを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、上底吹き転炉を用いて溶銑を精錬して溶鋼を製造
するさいに、第１工程として、溶銑および屑鉄を上底吹
き転炉に装入し、第２工程として、攪拌エネルギーが
１．０ｋＷ／ｔ以上となるように底吹きガス流量を制御
しつつ、処理後のＣａＯ／ＳｉＯ₂ が１．５以上２．３
以下、処理後溶鋼温度が１３００℃以上１４５０℃以下
となるように投入フラックス量および投入冷剤量を制御
して［Ｐ］０．０１〜０．０２％まで脱りん処理を施
し、第３工程として、一旦精錬を中断し炉を傾動して炉
内スラグの７５％以上を排出し、第４工程として、炉を
正立してフラックス添加と吹酸により所定の［Ｃ］濃度
まで脱炭した後、Ａｌ灰粉またはＡｌ灰と石灰の混合粉
を溶鋼中に吹き込んでスラグの脱酸と生成溶鋼の脱酸お
よび脱硫を行い、第５工程としてスラグを残したまま出
鋼した後、直ちに次チャージ溶銑を装入して、上記第１
〜第５工程までを繰り返し実施することを特徴とする転
炉製鋼法である。

【００１３】

【作用】以下本発明を詳述する。本発明は、まずガスお
よび粉体の底吹きまたは横吹き機能が付いた転炉内に溶
銑を装入した後、フラックスを上方もしくは底吹きイン
ジェクションにより添加し、上吹きランスから酸素ガス
を吹き付け、底からガス攪拌を行いつつ、所定の［Ｐ］
濃度まで脱りん精錬を行う。その後、転炉を傾動し、脱
りん精錬に使用したスラグを炉口より排出し、再び炉を
正立し、炉体保護用の少量のフラックスを添加して酸素
の上吹きにより脱炭精錬を行う。

【００１４】所定の［Ｃ］濃度まで脱炭した後、底吹き
または横吹き羽口から産業廃棄物であるＡｌ灰粉または
Ａｌ灰粉と生石灰の混合粉を溶鋼中に吹き込み、Ａｌ灰
中のＡｌにより脱炭滓および溶鋼の脱酸を行うと同時
に、酸素ポテンシャルを下げた状態でトップスラグや吹
き込んだ生石灰により所定の［Ｓ］濃度まで溶鋼の脱硫
を行う。このさい、脱りん精錬後の排滓が十分でない
と、スラグの酸素ポテンシャルの低下のためスラグ中か
らの復りんが生じ、生成溶鋼中の［Ｐ］濃度が所定の
［Ｐ］濃度よりも高くなってしまう。

【００１５】溶鋼およびスラグの脱酸、溶鋼の脱硫処理
が完了した後、脱炭滓は炉内に残したまま出鋼する。炉
内に残った脱炭滓はすでに十分脱酸されているため、直
ちに次チャージ溶銑を装入しても溶銑中Ｃとの激しい反
応は生じず、速やかなスラグリサイクルが可能となる。
以降は、上記転炉精錬を繰り返し行う。

【００１６】本発明者らは、種々の転炉実験を行い、ま
ずスラグ、メタルの脱酸およびメタルの脱硫に必要なＡ
ｌ灰もしくはＡｌ灰とＣａＯの混合粉の量を調べた。出
鋼直後のスラグ温度は約１６００℃であり、装入溶銑温
度は約１３５０℃であるため、出鋼直後に溶銑を装入し
ても操業に支障をきたさないＴ．Ｆｅ濃度とＭｎＯ濃度
を（１）式から計算すると、［（％Ｔ．Ｆｅ）＋（％Ｍ
ｎＯ）］≦８％で十分なことが判る。図１に、転炉実験
から求めたＡｌ灰量もしくは５０％Ａｌ灰−５０％Ｃａ
Ｏ混合粉量と［（％Ｔ．Ｆｅ）＋（％ＭｎＯ）］の関係
を示す。スラグ中のＴ．Ｆｅ濃度とＭｎＯ濃度の和を８
％以下にするためには、Ａｌ灰で溶鋼１トン当たり１２
ｋｇ、Ａｌ灰とＣａＯの混合粉で２４ｋｇを吹き込めば
よいことが判った。

【００１７】また、図２には転炉実験から求めたＡｌ灰
量もしくは５０％Ａｌ灰−５０％ＣａＯ混合粉量と初期
［Ｓ］濃度０．０２％の時の処理後［Ｓ］濃度との関係
を示す。目標の処理後［Ｓ］濃度を０．０１％とする
と、Ａｌ灰で溶鋼１トン当たり１０ｋｇ、Ａｌ灰とＣａ
Ｏの混合粉で７ｋｇを吹き込めばよいことが判った。ま
た、目標の処理後［Ｓ］濃度が０．００８％以下の低硫
鋼を溶製する場合にはＡｌ灰単独の吹込みでは不可能で
あり、溶鋼１トン当たり１２ｋｇのＡｌ灰−ＣａＯ混合
粉を必要とする。従って、出鋼直後に溶銑を装入しても
操業に支障を来たさないようなレベルまでの溶鋼とスラ
グの脱酸処理と溶鋼の脱硫処理の両方を同時に行うため
には、処理後［Ｓ］０．０１％程度の通常脱硫処理の場
合、約１２ｋｇ／ｔのＡｌ灰単独の吹き込みが、低硫鋼
溶製の場合には、約２４ｋｇ／ｔのＡｌ灰−ＣａＯ混合
粉の吹き込みが望ましい。ここで、Ａｌ灰とＣａＯの混
合割合は５０％−５０％に限定するものではなく、脱酸
必要量に比較して脱硫必要量が多い場合はＣａＯの混合
割合を増加し、脱硫必要量に比較して脱酸必要量が多い
場合はＡｌ灰の混合割合を増加させれば、より少ないフ
ラックス量で脱酸と脱硫の処理を行うことができる。

【００１８】次に、脱炭精錬時に復りんが生じても生成
溶鋼の［Ｐ］濃度を所定の［Ｐ］濃度以下に抑えるため
の、脱りん精錬後の必要［Ｐ］濃度と必要排滓率を調査
した。８ｔ転炉実験を基に求めた、上述の脱酸および脱
硫処理を行った後の溶鋼の［Ｐ］濃度と脱りん精錬後の
［Ｐ］濃度、排滓率との関係を図３に示す。脱酸、脱硫
処理後の［Ｐ］濃度が汎用鋼種の場合の目標である０．
０２％以下になるための必要排滓率は、脱りん精錬後の
［Ｐ］濃度が０．０１％、０．０１５％、０．０２％、
０．０２５％の場合にそれぞれ、７５％、８０％、８５
％、９０％であった。ここで、いずれの場合にも排滓率
は限りなく１００％に近い方が望ましい。本発明の方法
では脱りん精錬後の［Ｐ］濃度を０．０１％未満にする
ことは不可能であり、また、脱りん精錬後の［Ｐ］濃度
が０．０２５％超の場合は排滓率を限りなく１００％に
近くしても、脱酸、脱硫後の［Ｐ］濃度を０．０２％以
下にすることはできなかった。

【００１９】さらに本発明者らは、上記の必要［Ｐ］濃
度、必要排滓率を達成するために必要な脱りん精錬時の
操業条件を明らかにすべく、８ｔ転炉実験を継続した。
脱りん処理を効率よく行うためには、できるだけ見かけ
平衡に近いところまで脱りんを進行させることが重要で
ある。本発明者らは、特願平６−１１０２７において、
底吹きガスによる攪拌エネルギーを１．０ｋＷ／ｔ以上
に確保することにより、脱りん反応がほぼ見かけ平衡ま
で進行することを示した。ここで、底吹き攪拌動力は底
吹きガス流量が増大するほど増加するが、ガス流量が大
きすぎると溶銑を吹き抜け、スピッティングが大幅に増
大するため、溶銑の浴深と底吹き羽口の径に応じて溶銑
を吹き抜けない攪拌エネルギーが上限となる。

【００２０】攪拌エネルギーを１．０ｋＷ／ｔ以上に確
保したときの、処理後の［Ｐ］濃度が０．０１％、０．
０１５％、０．０２％、０．０２５％になるように脱り
ん精錬を実施したときの処理後温度と必要スラグ中Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ₂ の関係を図４に示す。それぞれの温度に対
し、実線で示された値以上のＣａＯ／ＳｉＯ₂ を確保す
れば所定の［Ｐ］濃度以下まで脱りんできることを示し
ている。

【００２１】また、処理後温度、スラグ中ＣａＯ／Ｓｉ
Ｏ₂ と脱りん精錬後の排滓率との関係を図５に示す。図
４と図５から、脱炭精錬後に生成溶鋼中の［Ｐ］濃度が
目標である０．０２％以下にするのに必要な脱りん精錬
後の［Ｐ］濃度および排滓率を達成するためには、図４
の太線で示した範囲、すなわち処理後の温度が１３００
℃以上１４５０℃以下、スラグ中ＣａＯ／ＳｉＯ₂ が
１．５以上２．３以下であることが条件であることが判
った。また、脱りん精錬後の［Ｐ］濃度が０．０２％を
超えるといかなる操業条件の場合でも必要排滓率である
９０％に到達し得ないことも明らかになった。

【００２２】以上の事実から、脱りん精錬時の操業条件
を、底吹き攪拌エネルギー１．０ｋＷ／ｔ以上、処理後
温度１３００℃以上１４５０℃以下、スラグ中ＣａＯ／
ＳｉＯ₂ １．５以上２．３以下として［Ｐ］０．０１〜
０．０２％まで脱りん処理を施し、脱りん精錬後の
［Ｐ］濃度に応じて生成スラグの７５％以上を排出すれ
ば、脱炭処理後に脱酸および脱硫処理を行っても所定の
［Ｐ］濃度以上に復りんすることなく、所定の脱硫がで
き、かつ、出鋼直後の溶銑装入による操業支障を回避で
きることが明らかとなった。

【００２３】

【実施例】

（実施例１）底吹き機能を有する８ｔ試験転炉に、４．
５％のＣ，０．１％のＰ，０．０２％のＳ，０．３％の
Ｓｉを含む約６ｔの溶銑を転炉に装入し、攪拌エネルギ
ーが２．１ｋＷ／ｔとなるように底吹きＮ₂ ガスを２０
０Ｎｍ³ ／ｈに制御しつつ、処理後の温度が１３８０
℃、処理後のスラグ中ＣａＯ／ＳｉＯ₂ が１．８になる
ように、投入フラックス量、投入スクラップ量を調整し
て、約８分間脱りん処理を行った。上吹き送酸速度は１
０００Ｎｍ³ ／ｈとした。

【００２４】その後炉を傾動して、約３分で中間排滓を
実施した。排滓率は８１％であった。中間排滓完了後、
炉を正立させて直ちに上吹き送酸速度１５００Ｎｍ³ ／
ｈのもと約９分間の脱炭処理を行った。所定の［Ｃ］濃
度まで脱炭したところで上吹き送酸を停止し、底からＡ
ｌ灰を７２ｋｇ吹き込んで出鋼した。出鋼後、直ちに次
チャージの溶銑を装入した。

【００２５】また、比較として、同じ転炉、同一条件の
溶銑を用いて、特願平６−１１０２７で示した操業条件
で、脱りん・脱炭精錬を行い、出鋼後直ちに次チャージ
溶銑を装入する試験も実施した。

【００２６】表１に本発明例、表２に比較例におけるメ
タル中Ｐ，Ｓとスラグ中Ｔ．Ｆｅ，ＭｎＯの濃度推移を
示す。比較例の場合、生成溶鋼中の［Ｐ］濃度は所定の
０．０２％以下にできたが、脱硫はほとんどできなかっ
たのに対し、本発明例では［Ｐ］も［Ｓ］も所定のレベ
ルまで到達できた。また、比較例ではＴ．ＦｅとＭｎＯ
の濃度の和が８％超であったため溶銑装入時に激しい反
応により溶鋼とスラグが炉外にほとんど溢れてしまい、
その後の操業に大きな支障を及ぼしたが、本発明例では
溶銑を装入しても溶鋼やスラグの流出は全く認められな
かった。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】（実施例２）実施例１と同一条件で脱りん
精錬、中間排滓、脱炭精錬を行った後、５０％Ａｌ灰−
５０％ＣａＯの混合粉を底から１４５ｋｇ吹き込んだ。
その後、出鋼し、直ちに次チャージ溶銑を装入した。表
３に、そのときのメタル中Ｐ，Ｓおよびスラグ中Ｔ．Ｆ
ｅ，ＭｎＯの濃度推移を示す。所定の濃度まで脱りんで
きたと同時に、［Ｓ］０．００７％の低硫鋼が溶製でき
た。また、Ｔ．ＦｅとＭｎＯの濃度の和は８％以下であ
ったため、溶銑を装入したさいにも溶鋼やスラグの流出
は全く認められなかった。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【発明の効果】本発明により、同一転炉内で所定の濃度
まで脱りん処理、脱炭処理に加えて脱硫処理も効率よく
行うと同時に、脱炭滓を残したまま出鋼した直後に次チ
ャージ溶銑を装入することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａｌ灰、Ａｌ灰−ＣａＯ混合粉の吹込み量と脱
硫、脱酸処理後のスラグ中のＴ．Ｆｅ濃度とＭｎＯ濃度
の和との関係を示すグラフ

【図２】Ａｌ灰、Ａｌ灰−ＣａＯ混合粉の吹込み量と脱
硫、脱酸処理後の溶鋼中［Ｓ］濃度との関係を示すグラ
フ

【図３】脱りん精錬後の中間排滓率と脱硫、脱酸処理後
の溶鋼中［Ｐ］濃度との関係を示すグラフ

【図４】脱りん精錬後の温度と各目標［Ｐ］濃度におけ
る処理後のスラグ中ＣａＯ／ＳｉＯ₂ の最低必要量との
関係を示すグラフ

【図５】脱りん精錬後の温度、スラグ塩基度と排滓率の
関係を示すグラフ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上底吹き転炉を用いて溶銑を精錬して溶
   鋼を製造するさいに、第１工程として、溶銑および屑鉄
   を上底吹き転炉に装入し、第２工程として、攪拌エネル
   ギーが１．０ｋＷ／ｔ以上となるように底吹きガス流量
   を制御しつつ、処理後のＣａＯ／ＳｉＯ₂ が１．５以上
   ２．３以下、処理後溶鋼温度が１３００℃以上１４５０
   ℃以下となるように投入フラックス量および投入冷剤量
   を制御して［Ｐ］０．０１〜０．０２％まで脱りん処理
   を施し、第３工程として、一旦精錬を中断し炉を傾動し
   て炉内スラグの７５％以上を排出し、第４工程として、
   炉を正立してフラックス添加と吹酸により所定の［Ｃ］
   濃度まで脱炭した後、Ａｌ灰粉またはＡｌ灰と石灰の混
   合粉を溶鋼中に吹き込んでスラグの脱酸と生成溶鋼の脱
   酸および脱硫を行い、第５工程としてスラグを残したま
   ま出鋼した後、直ちに次チャージ溶銑を装入して、上記
   第１〜第５工程までを繰り返し実施することを特徴とす
   る転炉製鋼法。