WO1999054512A1 - Method of judging slag forming state in electric furnace steel production and method of operating electric furnace - Google Patents

Method of judging slag forming state in electric furnace steel production and method of operating electric furnace Download PDF

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Arata Ueda
Toyohito Nakahara
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Definitions

  • the present invention relates to a method for determining slag forming in electric furnace steelmaking and a method for operating an electric furnace using the method, and particularly to a method for determining the suitability of slag forming generated in a refining process in an electric furnace in exhaust gas. together judged by amount of NO x measurement is a technique to operate completely cut off while the contact between the molten steel and the atmosphere by adjusting the slag 'forming state.
  • the steelmaking method using an electric arc furnace has the following advantages over the normal steelmaking method combining a blast furnace and a converter for mass production (hereinafter referred to as blast furnace-converter steelmaking method). ing.
  • the initial capital investment is smaller than that of the blast furnace first converter steelmaking method.
  • the basic phenomena of the denitrification and nitrification reaction of the molten steel in the electric furnace are the same as those in the converter, and when the denitrification rate and the nitrification rate are balanced, the nitrogen in the molten steel during tapping It is considered that the content is determined.
  • the electric furnace steelmaking method has the following major differences in equipment and operation compared to the converter steelmaking method.
  • the reduction of nitrogen content in molten steel by the electric furnace steelmaking method has conventionally been achieved by using raw materials containing high carbon such as reduced iron and pig iron, or by injecting carbon material into the molten steel to reduce CO2 from the molten steel surface. This has been done by increasing the amount of gas generated and promoting so-called slag 'forming. In other words, the contact between the atmosphere gas and the molten steel surface was cut off by the formed slag to reduce the amount of nitrogen absorption caused by the above (1) and (2) and to promote the denitrification by the effect of (3).
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 53-43003 discloses that “When dissolving a molten material, an oxidizing agent such as mill scale and dust is used. Available oxygen concentration in oxidizer (wt%) ⁇
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-28312 discloses that "Carrier gas in which gas generated from a coke oven, a blast furnace, or a converter is used alone or in a mixture with molten steel in an electric furnace, and which contains solid carbon, aluminum ash, or flux ( Injecting slag-making agent).
  • coke oven gas, blast furnace gas, and converter gas were used as means to increase the carbon concentration in the molten steel after meltdown.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-14751-3 discloses that in a steelmaking arc furnace, an electrode is made hollow, and an inert gas such as Ar and a reducing gas such as hydrocarbon are introduced into the arc through the hollow part. While supplying one or more species, make the carbon content in molten steel at the time of meltdown 0.1% or more, and make the average heating rate during the molten steel reduction period 10 ° C / min or less. '' Has been disclosed. Disclosure of the invention
  • the principle of denitrification is the diffusion and discharge of nitrogen into the CO gas bubbles generated in the steel bath in the arc-type electric furnace steelmaking, as in the converter steelmaking method. Is understood. Therefore, the higher the decarburization rate from molten steel, the more denitrification is promoted. However, even if the amount of generated CO gas is increased to promote denitrification, it is good as long as the CO gas is generated, but at the end of operation when the amount of generated CO gas is reduced, the absorption from the arc spot is reduced. If the nitriding rate exceeds the denitrifying rate, the nitrogen content in the molten steel will increase as the operation proceeds.
  • the molten steel temperature does not reach the target tapping temperature even if the carbon concentration in the molten steel is reduced.In the last stage of such operation, the amount of nitrogen absorption in the heating process is increased. Due to its large size, the nitrogen content in molten steel during tapping is often the same as in normal operation, regardless of the method used to inject the carbon material. Therefore, it is difficult to stably obtain molten steel having a low nitrogen content by simply using a high carbon content raw material or injecting a carbonaceous material by using the above-described technology. In addition, some carbon materials used have a high nitrogen content, so the injection of the carbon material may instead increase the nitrogen content in the molten steel, and it was necessary to select a carbon material.
  • the appropriateness of slag off O one timing conditions occurring in an electric furnace steelmaking co Enabling determined by N_ ⁇ x amount measurement in the exhaust gas, the molten steel and the atmosphere by adjusting the forming conditions The aim is to provide a method for operating an electric furnace that completely cuts off the contact and constantly achieves a low nitrogen level at the time of tapping, or reduces power consumption.
  • Fig. 1 shows an arc-type electric furnace embodying the present invention and a slag It is a longitudinal cross-sectional view which shows a trimming state.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a device for sucking exhaust gas.
  • FIG. 3 is a graph showing the change over time of the NO x amount in the exhaust gas in the operation of the comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram showing the change over time in the amount of NO x in the exhaust gas in the operation of Example 1.
  • Figure 5 is a graph showing a change with time of the NO x amount in the exhaust gas in the operation of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the wear thermal efficiency of the cumulative N_ ⁇ x amount and the molten steel in the first charge operation.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the heat transfer efficiency and the power consumption index in operation.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the carbon content in steel and the nitrogen content in steel.
  • the inventor studied grasping the slag forming state generated in the electric furnace. As a result, paying attention to the formation of the New Omicron chi at the contact point of the atmosphere and the molten steel (arc spot), it can be prevented The better follower one timing state of the slag in contact with molten steel and the atmosphere is, New Omicron chi occurs Thought not to. While working diligently to realize this idea, he discovered that the amount of ⁇ ⁇ ⁇ generated was closely related to the basic unit of electric power in the electric furnace operation, and completed the present invention.
  • the present invention when producing molten steel by melting, refining, and raising the temperature of an iron scrap sequentially in an electric arc furnace, the amount of exhaust gas was measured during the refining and raising the temperature of the molten metal.
  • This is a method for determining slag / forming in electric furnace steelmaking, wherein the state of slag / forming is determined based on the slag / forming.
  • the present invention is characterized in that the scouring period is started at a time when the melting of the iron scrap is completed and the molten metal surface becomes flat, or at a time when the molten metal temperature exceeds 1550 ° C. This is a method for determining slag / forming in electric steelmaking.
  • the present invention provides a method for producing molten steel by sequentially melting, refining, and raising the temperature of an iron scrap in an electric arc furnace, based on the determination of the slag forming state described in claim 1 during the refining of the molten metal and during the temperature raising period.
  • a method of operating an electric furnace comprising: blowing a carbon material into slag so that molten steel is covered with slag; and forming the slag.
  • the slag-forming conditions were evaluated by cumulative value of the exhaust gas in the amount of NO x was measured from the time of burn through material, the cumulative N_ ⁇ x amount
  • This is a method of operating an electric furnace characterized by injecting carbon material into slag and forming slag so that the molten metal is covered with slag during the refining and heating period of the molten metal in order to keep it below 2000 ppm ⁇ min. .
  • the present invention provides that the carbon material is coke powder having a diameter of 0.2 mm or less, or the iron scrap contains one or two selected from molten pig iron, solid pig iron, reduced iron, and iron carbide. This is a method of operating an electric furnace, characterized in that more than one kind is blended to make a main raw material.
  • the present invention is characterized in that 40 to 60 wt% of the main raw material is molten pig iron and Z or solid pig iron, or the molten steel is a low nitrogen molten steel having a nitrogen content of less than 70 ppm. It is also a method of operating electric furnaces.
  • the slag-forming state refers to the degree to which the molten steel is covered with the formed slag, and if it is completely covered, including the arc spot of the electrode of the electric furnace, the generation of ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ is zero. Most preferred. Since the slag-forming conditions in an electric furnace in this onset facie as judged by Nyu_ ⁇ ⁇ Ryohaka constant in the exhaust gas, so that the conventional operating Four relied on feeling Isseki timing conditions can be accurately grasped become. By controlling the forming state, nitrogen absorption during the refining and heating periods can be prevented, and the nitrogen content in the molten steel can be maintained at a low level.
  • the molten metal surface is reliably covered with the formed slag, heat diffusion from the molten metal can be prevented, and the power consumption per unit of operation can be greatly reduced.
  • the present invention also slag in an electric furnace, and evaluated by the cumulative value of the New Omicron chi amount in the exhaust gas to be measure the forming state, by paying the cumulative Nyu_ ⁇ chi amount in a predetermined range, in the molten steel It will be possible to control the nitrogen content or to operate the electric furnace at a specific power consumption.
  • the slag 9 formed by the scouring reaction contains a part of the gas and foams as shown in FIG. 1, and its height is increased so as to cover the molten metal surface.
  • the nitriding of the molten steel 10 at the arc spot is due to the intrusion of the atmosphere into the arc spot, and when the atmosphere enters, the denitrification and NO x occur even occurs, the NO x is mixed in exhaust gas on the molten steel surface.
  • One of the present invention includes a base that this part of the exhaust gas sucked in flue 1 1 as shown in FIG. 2, to measure the N_ ⁇ x amount of the suction gas in the NO x measuring device 1 5 I do. That is, the air entering the arc spot detected by generated N_ ⁇ x, it is to determine the appropriateness of slag-forming conditions.
  • Another present invention based on the appropriateness determination of the slag Fomi ing state obtained by measurement of the N_ ⁇ x amount was considered to be break contact of the molten steel and the atmosphere in the seminal ⁇ and heating period. In other words, based on the above determination, the slag-forming state is improved to prevent nitrogen absorption, and the arc spot is completely covered with the formed slag.
  • This slag forming As an operation for improving the condition, the present invention employs the injection of carbonaceous material into the slag. More specifically, as shown in FIG. This generates CO gas and increases the height of the slag 9 that has been reduced. Conventionally, this operation of improving the slag forming state has been performed by the operator according to the operating conditions (when the electrode is no longer covered with the slag, the sound of the arc increases). The operation will be computerized, and stable nitrogen absorption prevention during scouring and heating will be achieved.
  • the determination of the suitability of the slag / forming during the operation of the electric furnace is performed, for example, by measuring the N ⁇ ⁇ ⁇ x Estimating the quantity by its cumulative value allows quantification.
  • the measured amount of exhaust gas in the exhaust gas is accumulated in measurement records at predetermined intervals (such as at 30-second intervals), and the accumulated amount of exhaust gas is set to 2000 ppm min or less (also referred to as a predetermined range).
  • the heat dissipation from the molten metal is performed by performing the slag forming operation to keep the accumulated N ⁇ x amount within a predetermined range.
  • the method of operating an electric furnace at a low power consumption unit with improved heat transfer efficiency is achieved.
  • the reason why the predetermined range is set to 2000 ppm ⁇ min or less is that if the value exceeds this value, the heat transfer efficiency to molten steel decreases to the conventional level.
  • the slag / forming state is improved. It is preferred that the carbonaceous material be a coke powder of 0.2 mm or less.
  • coke powder obtained from a dust remover of an ironworks CDQ facility (coke dry fire extinguishing facility) can be preferably used.
  • molten pig iron, solid pig iron, reduced iron, and iron carbide when one or more selected from molten pig iron, solid pig iron, reduced iron, and iron carbide are blended as a part of the main raw material of the electric furnace, the molten pig iron and the solid pig iron are mixed. At least 40-60 wt% was used.
  • the denitrification effect by gas is achieved in addition to the above-mentioned nitrogen absorption prevention operation.
  • the present invention defines low nitrogen molten steel as less than 70 ppm. The reason is that if it is more than 70 ppm, high-grade steel products cannot be manufactured.
  • An arc type electric furnace 1 having a capacity of 100 tons as shown in FIG. 1 was used, and the tapping port 5 was completely closed to produce a low-nitrogen steel.
  • a measuring device for the amount of N ⁇ x in the exhaust gas (usually using a NO x measuring device 15 consisting of an infrared gas analyzer) was attached to the flue 11 and operation was performed while measuring the value. .
  • melt down After 40 minutes Since the melt surface became flat, it was judged that all of the raw materials had completely melted (hereinafter referred to as melt down). The determination of melt-down may be made when the temperature of the molten metal exceeds 1550 ° C.
  • the carbonaceous material used in this operation was coke powder with a particle size range of 0.1 to 0.2 mm, and the N content of the obtained molten steel was 100 ppm.
  • the same operation as in the above comparative example was performed until melt down, and carbon material was injected along with acid supply immediately after the refining period after melt down, and the slag forming determination method and the electric furnace operation method according to the present invention were performed.
  • the carbonaceous material used is coke powder with a particle size of 0.2 mm or less collected by the dust collector of the CDQ facility at the steelworks.
  • Figure 6 shows the relationship between the cumulative generation amount and the molten steel wearing thermal efficiency of N_ ⁇ x in 1 charge operation. From Fig. 6, it is clear that the longer the operation where the molten metal surface and the arc are covered with the formed slag, the heat diffusion is reduced, and the heat of the arc is heated to the molten steel.
  • the heat transfer efficiency (7)%) is defined as follows.
  • the input power varies depending on the scrap and hot metal used until the raw material burns down (called MD). Therefore, the heat input and heat output between the time of MD and tapping (shown as TAP) were compared, and this was defined as the heat transfer efficiency. That is, the heat transfer efficiency (7%) was obtained by the following equation.
  • E is the input power [KwhZch] (the power input from MD to TAP).
  • C 2 represents the heat input by the C + 0-CO reaction is defined by the following equation.
  • TAP C C concentration in molten steel at TAP
  • Fig. 6 there is a correlation between the cumulative NO x value and the heat transfer efficiency.
  • the measured NO x amount in the exhaust gas is accumulated at a certain measurement cycle (30 seconds interval, etc.), and the accumulated N ⁇ x amount is shown in Fig. 6.
  • thermal diffusion is suppressed and an electric furnace operating method with a 10% or more increase in heating efficiency is achieved.
  • Fig. 7 shows the relationship between the above heat transfer efficiency and power consumption rate. If the heat transfer efficiency can be controlled to about 60%, the power consumption rate can be reduced by 20% compared to the conventional operation. This result suggests that the present invention is useful not only for the production of low-nitrogen molten steel but also for the production of all types of steel, such as operation using only scrap.
  • Fig. 8 summarizes the relationship between carbon and nitrogen in molten steel. Also in this case, there was a clear difference in the nitrogen absorption between the case where the present invention was applied and the case where the present invention was not applied.
  • the quality of the slag forming state in electric steelmaking can be measured by using the equipment.
  • this determination of the forming state as a control index and operating, it has become possible to stably produce low-nitrogen molten steel.

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Description

明 細 書 電気炉製鋼におけるスラグ · フォーミングの判定方法および電気炉の操 業方法 技術分野
本発明は、 電気炉製鋼におけるスラグ · フォーミングの判定方法およ びそれを利用した電気炉の操業方法に関し、 特に、 電気炉内での精鍊過 程で発生するスラグ · フォーミングの適否を排ガス中の N O x 量測定で 判定すると共に、 該スラグ ' フォーミング状態を調整して溶鋼と大気と の接触を完全に断ちつつ操業する技術である。 背景技術
アーク式電気炉を用いた製鋼法は、 大量生産を目的とする高炉と転炉 とを組み合わせた通常の製鋼法 (以下、 高炉 -転炉製鋼法という) に比 ベ、 次の利点を有している。
①高炉一転炉製鋼法に比べて初期の設備投資額が少ない。
②生産量の調整が容易である。
③主原料の多様な変化に対しても容易に対応できる。
そのため、 以上の利点を認識して、 最近、 溶鋼の製造に電気炉製鋼法 を選択するケースが増加している。
ところで、 電気炉製鋼法で得た溶鋼の多くは主原料が多種多様の鉄ス クラップであるので、 転炉鋼と比べ C u, S n, C rなどのトランプ - エレメントが多く、 さらには窒素含有量が 70〜1 20 p p mと高いとの理 由で、 従来は棒鋼や形鋼等のいわゆる低級鋼製品の製造に向けられてい た。 このうち C u, S n, C rなどのトランプ ·エレメントの多いこと に関しては、 鉄スクラップの在庫および供給量を管理することで対応で きる部分がある。 しかし窒素含有量が高いことは、 連続铸造時における 铸片の内部割れおよび表面割れ、 熱間圧延時における鋼材の延性劣化や 表面疵の原因となる。 また鋼製品とした段階でも、 線材では引張強さや 時効性を悪化し、 冷延薄板では降伏強度を上昇させたり、 深絞性を悪化 させる。 従って電気炉製鋼法で製造した溶鋼の高級鋼への展開を考える と、 窒素含有量の低減は避けて通れない大きな課題となっている。
溶鋼の電気炉内での脱窒および吸窒反応の基本的な現象自体は転炉内 でのそれと同一であり、 脱窒速度および吸窒速度のバランスしたところ で出鋼時の溶鋼中の窒素含有量が決まると考えられる。 しかし電気炉製 鋼法には、 転炉製鋼法に比べて以下のような設備および操業上の大きな 相違点もある。
(U炉が実質的に開放系 (特に、 電極近傍はシールが困難) であり、 転炉に比較して大気の吸引量が多く、 炉内雰囲気の窒素含有量が多 い。
(2)アーク中では雰囲気ガスの成分は原子化しており、 溶鋼はアーク スポット (アークと溶鋼との接触点) で雰囲気ガス中の窒素を吸引 しゃすい。
(3)転炉に比較して C Oガスの発生量が少なく、 真空下でも脱窒量が 少ない。
そこで電気炉製鋼法での溶鋼中窒素含有量の低減は、 従来より還元鉄 や銑鉄等の高炭素含有原料を使用したり、 あるいは溶鋼への炭材吹込み 等を行い、 溶鋼面からの C Oガス発生量を増加させ、 いわゆるスラグ ' フォーミングを促進することで行われてきた。 つまりフォーミングした スラグで雰囲気ガスと溶鋼面との接触を断ち、 上記 (1)(2)に起因する吸窒 量の低減、 および (3)の効果による脱窒促進を図っていたのである。 例え ば特開昭 53-43003号公報は、 「溶解素材の溶解時に、 ミル ' スケール、 ダスト等の酸化剤を、 酸化剤中の有効酸素濃度 (w t % ) ≥
(スクラップ中の炭素濃度 (w t % ) — 0. 1 2 ) X 4 / 3 となるよう配合して溶鋼に添加し、 上記素材の溶け落ち時における鋼浴 中の炭素濃度を 0. 1 2w t %以下とし、 かかる溶鋼にキヤリア ·ガスを介 して炭材を目標炭素量になるまで吹き込む」 技術を開示している。
また特開平 3- 2831 2 号公報は、 「電気炉内の溶鋼に、 コークス炉、 高 炉あるいは転炉から発生するガスを単独もしくは混合したキャリア ·ガ スで、 固体炭素、 アルミ灰あるいはフラックス (造滓剤) を吹き込む」 技術を開示している。 すなわち溶け落ち後の溶鋼中の炭素濃度を上昇さ せる手段に、 コ一クス炉ガス、 高炉ガス、 転炉ガスを用いたのである。 さらに特開昭 52-14751 3 号公報は、 「製鋼用ァ一ク炉において、 電極を 中空にし、 その中空部を通してアーク部へ A rなどの不活性ガス、 炭化 水素などの還元性ガスの 1種もしくは 2種以上を供給しながら、 溶け落 ち時の溶鋼中炭素含有量を 0. 1 %以上とし、 かつ溶鋼還元期の平均昇温 速度を 10°C /mi n 以下にする」 技術を開示している。 発明の開示
しかしながら上記技術は、 いずれもスラグ · フォーミングの促進につ いては有効であるが、 スラグ · フォーミングの程度 (以下、 状態という) を調整したり、 その効果を確認できるようにはなっていない。 そのため 上記技術を採用しても、 オペレータは炉内状況を監視しながら炭材吹込 み速度を変化させる程度の操作を行うが、 実質的にスラグ · フォーミン グの吸窒防止効果まで確認しつつ操業していたわけではない。 従ってチ ャ一ジ毎にスラグ · フォーミングの状態が異なることは避けられず、 安 定して低窒素含有量の溶鋼を得ることは困難であった。
また脱窒の原理は、 転炉製鋼法と同様に、 アーク式電気炉製鋼法にお いても鋼浴中の発生する C Oガス気泡への窒素の拡散、 排出現象である と理解されている。 従って溶鋼からの脱炭速度が大きいほど脱窒も促進 される。 しかし C Oガスの発生量を増加させて脱窒を促進させても、 C Oガスが発生している間は良いが、 C Oガスの発生量が低下する操業末 期において、 前記アーク ·スポットからの吸窒速度が脱窒速度を上回る と、 操業の進行に伴い溶鋼中の窒素含有量が上昇してしまう。 特に電気 炉操業では、 溶鋼中の炭素濃度が低下していても溶鋼温度が目標出鋼温 度に達していない場合が一般的であり、 こうした操業の末期では昇温過 程における吸窒量が大きいため、 どのような方法で炭材の吹込みを行つ ても出鋼時の溶鋼中の窒素含有量は通常の操業と同程度になってしまう ことが多い。 従って前記した技術を採用して単に高炭素含有原料を使用 したり、 炭材の吹込みを行っても低窒素含有量の溶鋼を安定して得るこ とは難しいのである。 さらに使用炭材によっては窒素含有量の多いもの もあるので、 炭材吹込みがかえって溶鋼中の窒素含有量の上昇を来す場 合があり、 炭材の選択も必要であった。
加えて上記特開昭 52- 1 475 1 3 号公報記載の 「中空電極を用い、 該中空 部より不活性ガスや還元性ガスを供給する方法」 は、 確かにアーク 'ス ポッ トからの吸窒を抑制する効果は認められたが、 その反面、 電極の中 空化および不活性ガスや還元性ガスの使用量の大幅な増加を来し、 コス トの上昇をもたらすので実用しにくいという問題もあった。
本発明は、 かかる事情を鑑み、 電気炉製鋼において生じるスラグ · フ ォ一ミング状態の適否を排ガス中の N〇x 量測定で判定可能にすると共 に、 フォーミング状態を調整して溶鋼と大気との接触を完全に断ち、 出 鋼時に常に安定して低窒素を達成したり、 あるいは電力原単位の削減を 達成する電気炉の操業方法を提供することを目的としている。 図面の簡単な説明
図 1は本発明を実施したアーク式電気炉と、 炉内でのスラグ ' フォー ミング状態を示す縦断面図である。
図 2は排ガスを吸引する装置の一例を示す縦断面図である。
図 3は比較例の操業における排ガス中の N O x 量の経時変化を示す図 である。
図 4は実施例 1の操業における排ガス中の N O x 量の経時変化を示す 図である。
図 5は実施例 2の操業における排ガス中の N O x 量の経時変化を示す 図である。
図 6は 1チャージ操業中の累積 N〇x 量と溶鋼の着熱効率との関係を 示す図である。
図 7は着熱効率と操業での電力原単位指数との関係を示す図である。 図 8は鋼中炭素量と鋼中窒素量との関係を示す図である。
〈符号の説明〉
1 アーク式電気炉
2 上部電極
3 炉底電極
4 アーク
5 排滓ロ
6 送酸ランス (炭材吹込みも兼ねる)
7 スラグ
8 ノロ鍋
9 フォ一ミングしたスラグ
10 溶鋼 (溶湯)
1 1 煙道
1 ガス採取口
1 3 フィル夕
1 ポンプ 1 5 Ν Ο χ 測定装置
1 6 集塵機 発明を実施するための最良の形態
発明者は、 上記目的を達成するため、 電気炉内で生じるスラグ · フォ —ミング状況の把握について検討した。 その結果、 大気と溶鋼の接触点 (アーク ·スポット) で Ν Ο χ が形成することに着眼し、 スラグのフォ 一ミング状態が良ければ溶鋼と大気との接触が防止でき、 Ν Ο χ が発生 しないと考えた。 そしてこの考えを具現化することに鋭意努力すると共 に、 その過程で Ν Ο χ 発生量は電気炉操業での電力原単位と密接な関係 のあることを発見し、 本発明を完成させた。
すなわち本発明は、 アーク式電気炉で鉄スクラップを順次溶解、 精鍊、 昇温して溶鋼を製造するに際して、 溶湯の精練および昇温期に排ガスの Ν Ο χ 量を測定し、 その測定値に基づきスラグ · フォーミングの状態を 判定することを特徴とする電気炉製鋼におけるスラグ · フォーミングの 判定方法である。
また本発明は、 前記精練期の開始を、 鉄スクラップの溶解が終了し溶 湯面が平坦になった時期としたり、 あるいは溶湯温度が 1 550°Cを越えた 時点とすることを特徴とする電気炉製鋼におけるスラグ · フォーミング の判定方法である。
さらに本発明は、 アーク式電気炉で鉄スクラップを順次溶解、 精鍊、 昇温して溶鋼を製造するに際し、 溶湯の精鍊および昇温期に請求項 1記 載のスラグ · フォーミング状態の判定に基づき、 溶鋼がスラグで覆われ るようにスラグ中に炭材を吹込み、 該スラグをフォ一ミングさせること を特徴とする電気炉の操業方法である。
そして、 本発明は、 前記スラグ · フォーミング状態を原料の溶け落ち 時から測定した排ガス中 N O x 量の累計値で評価し、 該累積 N〇x 量を 2000 p p m · m i n以下に納めるべく、 溶湯の精鍊および昇温期に溶湯 がスラグで覆われるようにスラグ中に炭材を吹込みスラグ · フォーミン グさせることを特徴とする電気炉の操業方法である。
加えて本発明は、 前記炭材を 0. 2mm以下のコ一クス粉としたり、 あ るいは前記鉄スクラップに溶融銑鉄、 固体銑鉄、 還元鉄、 炭化鉄のうち から選ばれた 1種もしくは 2種以上を配合して主原料とすることを特徴 とする電気炉の操業方法である。
さらに加えて本発明は、 前記主原料のうちの 40〜60w t %を溶融銑鉄 および Zまたは固体銑鉄としたり、 あるいは前記溶鋼を窒素含有量が 70 p p m未満の低窒素溶鋼とすることを特徴とする電気炉の操業方法でも ある。
この場合、 スラグ · フォーミング状態とは溶鋼がフォーミングしたス ラグで覆われている程度を言い、 電気炉の電極のアークスポット部を含 めて完全に覆われていれば Ν Ο χ 発生はゼロとなり最も好ましい。 本発 明では電気炉内でのスラグ · フォーミング状態を排ガス中の Ν〇χ 量測 定で判定するようにしたので、 従来オペレ一夕の感に頼っていたフォー ミング状況が正確に把握できるようになる。 そしてフォ一ミング状態を 管理するようにしたので精鍊期および昇温期での窒素の吸収が防止でき るようになり、 溶鋼中の窒素含有量を低いレベルに維持できるようにな つた。 また溶湯面がフォ一ミングしたスラグで確実に覆われるので、 溶 湯からの熱拡散が防止でき、 操業での電力原単位が大幅に低減するよう になる。 また本発明では、 電気炉内でのスラグ, フォーミング状態を測 定される排ガス中の Ν Ο χ 量の累計値で評価し、 該累積 Ν〇χ 量を所定 範囲に納めることにより、 溶鋼中の窒素含有量の制御、 あるいは所定電 力原単位での電気炉の操業ができるようになる。
以下、 図に基づき本発明を工程別に説明する。
まず、 図 1に示すアーク式電気炉 1で鉄スクラップおよび溶融銑鉄、 固体銑鉄、 還元鉄、 炭化鉄のうちから選ばれた 1種もしくは 2種以上か らなる主原料を上部電極 2と炉底電極 3間で発生させたアーク 4で加熱 し、 溶解する。 その際、 上記主原料が完全に溶融して、 いわゆるフラッ ト ·バス (平坦浴面) を形成するまでの時間帯 (溶解期) は、 炉の排滓 口 5を全閉とした状態としてある。 つまり排滓ロ 5を全閉にすることに よって炉内への大気の吸引量が最小限に抑えられ、 炉内雰囲気中の窒素 濃度が低くなり、 前記アーク · スポットでの溶鋼 10への吸窒が最小限の 状態で主原料の溶融が実現できる。 なお電気炉 1での溶解期から精練期 に移行する時期の判断は各社によってまちまちなので、 本発明では上記 フラット ·バスが達成されたか、 あるいは溶湯 10の温度が 1 550°Cを越え た時点とした。
次に精鍊および昇温期には溶鋼 10からの脱炭を始めとした種々の反応 が起き、 電気炉 1内には C Oを主成分としたガスが発生する。 また精練 反応によって形成されたスラグ 9は、 図 1に示すように該ガスの一部を 含有して発泡し、 溶湯面を覆うようにその高さを増加する。 一方、 ァ一 ク · スポッ卜での溶鋼 10の吸窒は、 該アーク ·スポット部への大気の侵 入によるものであるが、 その大気の侵入時にアーク ·スポット部で脱窒 と N O x の発生も起き、 該 N O x は溶鋼面上の排ガス中に混在する。 本発明の 1つは、 この排ガスの一部を図 2に示すように煙道 1 1で吸引 し、 該吸引ガス中の N〇x 量を N O x 測定装置 1 5で測定することを基本 とする。 つまりアーク ·スポットへの大気の侵入を、 発生する N〇x で 検知し、 スラグ · フォーミング状態の適否を判定するのである。 従って もう 1つの本発明として、 前記 N〇x 量の測定で得たスラグ ·フォーミ ング状態の適否判定に基づき、 精鍊期および昇温期で溶鋼と大気の接触 を断つことを考えた。 つまり前記判定に基づき、 吸窒防止のためのスラ グ - フォーミング状態の改善操作を行い、 アーク ·スポット部分をフォ —ミングしたスラグで完全に覆うのである。 このスラグ · フォ一ミング 状態の改善操作として、 本発明ではスラグ中への炭材の吹込みを採用し ている。 具体的には図 1に示すように、 送酸ランス 6の利用で吹き込め ば良い。 これにより C Oガスを発生させ、 減少してきたスラグ 9の高さ を増加させるのである。 従来、 このスラグ · フォーミング状態の改善操 作は、 オペレー夕が操業の状況に応じて行っていたが (電極がスラグで 覆われなくなると、 アークの音が大きくなる) 、 本発明によればこの操 作が機器化され、 精練および昇温期での安定した吸窒防止が果たされる ことになる。
また前記 N〇x 量の測定で得られるスラグ · フォーミング状態の適否 判定の他、 電気炉操業中のスラグ · フォーミング適否判定は、 例えば原 料の完全溶け落ち時から測定される排ガス中 N〇x 量をその累積値で評 価することにより、 定量化が可能になる。 すなわち、 測定した排ガス中 Ν Ο χ 量を所定間隔の測定記録 (30秒間隔など) で累積していき、 該累 積 Ν Ο χ 量を 2000 p p m ' m i n以下 (所定範囲とも言う) に納めるス ラグ · フォーミング操作を行うことにより、 吸窒を制御して溶鋼中の窒 素含有量を 70 p p m以下とする低窒素側に制御した電気炉の操業方法が 実現される。 ここで、 累積 N O x 量は、
累積 Ν〇χ 量 =
∑ (測定された Ν〇χ 値 〔ppm 〕 ) X (測定周期 〔mi n 〕 ) である。
さらに N O x 量と関連するものとして、 スラグ · フォーミングにより 溶湯からの熱放散が阻止できることから、 前記累積 N〇x 量を所定範囲 に納めるスラグ · フォーミング操作を行うことにより、 溶湯からの熱放 散を制御し、 着熱効率を高めた低電力原単位での電気炉の操業方法が達 成される。 該所定範囲を 2000 p p m · m i n以下とする理由は、 その値 を越えると溶鋼への着熱効率が従来のレベルへ低下するからである。 なお本発明では、 前記スラグ · フォーミング状態の改善操作に使用す る炭材を 0. 2mm以下のコ一クス粉とするのが好ましいとした。 その理 由は、 一般に炭材としては石炭、 コ一クスがあるが、 不純物が少ないこ とからコ一クスが最適であり、 かつ粒径が大きいと粒子の気孔内に包含 する空気中の窒素の影響を避けるためである。 また細粒のコークス粉と しては製鉄所 C D Q設備 (コ一クス乾式消火設備) の除塵装置から得ら れるコ一クス粉が好ましく使用できる。 さらに本発明では、 電気炉の主 原料の一部として溶融銑鉄、 固体銑鉄、 還元鉄、 炭化鉄のうちから選ば れた 1種もしくは 2種以上を配合する際には、 溶融銑鉄、 固体銑鉄を少 なくとも 40〜60w t %使用するようにした。 すなわち前記フラット ·バ ス中の炭素含有量を高め、 精鍊および昇温期での酸素使用下での C Oガ ス発生量を促進することにより、 前記吸窒防止操作の他、 ガスによる脱 窒効果をも図っている。 加えて、 本発明では低窒素溶鋼を 70 p p m未満 と定義した。 その理由は、 70 p p m以上であると高級鋼材製品が製造で きないからである。
《実施例》
〈比較例〉
容量 100トンの図 1に示したようなアーク式電気炉 1を用い、 出滓口 5を全閉にして低窒素鋼を製造した。 その際、 煙道 1 1に排ガス中の N〇x 量の測定装置 (通常、 赤外線式ガス分析計からなる N O x 測定装置 15を 使用) を取り付け、 その値を測定しながら操業操作を行った。
まず主原料としての鉄スクラップを炉内に投入し、 通電を開始する。 通電開始早々、 図 3に示すように N〇x 量の増加が観測された。 通電で 鉄スクラップの山の中央部を溶解して孔を開け、 溶銑装入の準備をした。 通電開始から 10分経過後にかかる準備ができたので、 通電を中断して溶 銑装入を行った。 その間、 Ν〇χ 量はゼロとなった。 溶銑装入が完了し たので、 1 8分経過後に通電を再開した。 その後、 Ν〇χ 量は急激に増加 したが、 26〜27分経過後から Ν Ο χ 発生は減少している。 40分経過後に 溶湯面が平坦になったので、 原料の全てが完全に溶解 (以後、 メルト ' ダウンという) したと判断した。 なお、 このメル卜 ·ダウンの判断は溶 湯温度が 1 550°Cを越えた時点で判定しても良い。
このメルト · ダウン後、 直ちに精練期に入り、 図 1に示すランスから 送酸して脱炭を行う。 なお原料を鉄スクラップだけとした場合には、 炭 素量が少ないので、 炭材添加で炭素濃度の調整を行うことになる。 スラ グ · フォーミング状態はオペレータがアーク音響からその適否を判定し、 スラグへの炭材吹込みによる該状態の改善操作を行った。 しかし N〇x はかなりの量が検知されている。 図 3には 45分頃に炭材吹込みを中断し ていることが示されているが、 それは溶湯からのサンプリングのためで ある。
なお、 この操業で使用した炭材は、 粒度範囲が 0. 1〜0. 2 mmのコー クス粉であり、 得られた溶鋼の N量は l OO p p mであった。
〈実施例 1〉
上記比較例とメルト 'ダウンまで同様の操業を行い、 メルト 'ダウン 以降の精鍊期から直ちに送酸と共に炭材吹込みを行い、 本発明に係るス ラグ · フォーミングの判定方法および電気炉の操業方法を適用した。 使 用炭材は、 製鉄所の C D Q設備の集塵機で回収した粒度が 0. 2mm以下 のコ一クス粉である。 N O x 量は図 4に示すように、 炭材吹込みとほぼ 同じくして N O x 発生が低減し、 フォーミング状態が改善していること が明らかである。 途中にサンプリングのため炭材吹込みを中断すると、 前記同様に Ν〇χ 量の増加が認められた。 この操業の結果、 出鋼後の溶 鋼中 Ν量は 50 p p mであった。
〈実施例 2〉
通電開始後 27分経過までは、 上記比較例と同じ操業を行い、 その後、 上記同様に 0. 2mm以下の炭材吹込みを行った。 40分頃に一度メルト · ダウン判定のため炭材吹込みを中断し、 その後再び本発明に係る操業を 行った。 この場合の NOx 発生状況は図 5の通りである。 また出鋼後の 溶鋼中 N量は 30p pmであった。
次に上記実施例 1のような本発明に係る電気炉操業を多数チャージ行 い、 得られたデ一夕を解析した。 図 6に 1チャージの操業における N〇x の累積発生量と溶鋼の着熱効率との関係を示す。 図 6より、 溶湯面およ びアークがフォーミングしたスラグで覆われている期間の長い操業ほど 熱拡散が低減して、 アークの熱は溶鋼に着熱していることが明らかであ る。
なお着熱効率 (7) %) は以下のように定義したものである。
電気炉では原料の溶け落ち (MDという) に至るまでは使用するスク ラップ、 溶銑量によってそれぞれ投入電力が異なる。 そこで MD時から 出鋼 (TAPと表示) 時の間の入熱と出熱を比較し、 これを着熱効率と した。 すなわち着熱効率 (7 %) は下式で求めた。
Π %= (S/ (E + C 1 +CZ ) ) X 100
ここで、 Eは投入電力 〔KwhZc h〕 (MDから TAPまで投入し た電力) である。 , C2 は C + 0—CO 反応による入熱を表し ており、 下記の式で定義される。
(MDC— TAP C) X装入量 〔kg〕 X 2200 Ckcal/kg )
C,
860 [kcal/kwh] X装入量 〔cht 〕 X 100 ここで MD C : MD時の溶鋼中の C濃度
TAP C : TAP時の溶鋼中の C濃度
Cinj [kg] X 2200 [kcal/kg 〕
C 2
860 [kcal/kwh) X装入量 〔cht 〕
ここで Ciftj : コークス粉のインジェクション量 これらを入熱とし、 出熱 Sは出鋼のための昇温操作で加えた熱量とする。 すなわち、
(出鋼温度一 MD温度) 〔 〕 X 208 [kcal/°C. cht]
S =
860 [kcal/kwh
である。
図 6において NOx 値累計と着熱効率は相関関係があり、 測定される 排ガス中 NOx 量をある測定周期 (30秒間隔など) で累積していき、 該 累積 N〇x 量を図 6に示す累積量 2000 p pm · m i n以下の所定範囲に 納めるスラグ · フォーミング操作を行うことにより熱拡散を抑制し、 着 熱効率を 10%以上も高めた電気炉の操業方法が達成される。
なお図 7は上記着熱効率と電力原単位の関係を示すもので、 着熱効率 を 60%程度に制御できれば、 電力原単位は従来操業と比べて 20%低下さ せることができる。 この結果は、 本発明が低窒素溶鋼の製造に限らず、 スクラップのみによる操業等、 あらゆる鋼種の製造に有用であることを 示唆するものである。
さらに溶融銑鉄、 固体銑鉄、 還元鉄、 炭化鉄等の鉄スクラップに比べ て炭素含有量の多い原料を用いて、 予め溶鋼中の炭素濃度を高めた操業 を行った。 そして、 その結果から、 溶鋼中炭素と窒素との関係を図 8に 整理した。 この場合も、 本発明を適用した場合と適用しない場合では、 吸窒に明確な差が生じていた。 産業上の利用可能性
以上述べたように、 本発明により、 電気炉製鋼においてスラグ · フォ —ミング状態の良否が機器を用いて測定できるようになった。 また、 こ のフォーミング状態の判定を管理指標にして操業することで、 低窒素溶 鋼を安定して製造できるようになった。 さらに低窒素溶鋼に限らず、 本 発明の適用で、 電気炉操業での電力原単位が低減できることも明らかに なった。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . アーク式電気炉で、 鉄スクラップを順次溶解、 精鍊、 昇温して溶 鋼を製造するに際し、
溶湯の精練および昇温期に排ガスの N〇x 量を測定し、 その測定値に 基づきスラグ · フォーミング状態を判定することを特徴とする電気炉製 鋼におけるスラグ, フォーミングの判定方法。
2 . 前記精練期の開始を、 鉄スクラップの溶解が終了し、 溶湯面が平 坦になった時期とすることを特徴とする請求項 1に記載の電気炉製鋼に おけるスラグ · フォーミングの判定方法。
3 . 前記精練期の開始を、 溶湯温度が 1550°Cを越えた時点とすること を特徴とする請求項 1に記載の電気炉製鋼におけるスラグ · フォーミン グの判定方法。
4 . アーク式電気炉で、 鉄スクラップを順次溶解、 精練、 昇温して溶 鋼を製造するに際し、 請求項 1に記載のスラグ · フォーミング状態の判 定に基づき、 溶湯の精鍊および昇温期に溶湯がスラグで覆われるようス ラグ中に炭材を吹込み、 該スラグをフォーミングさせることを特徴とす る電気炉の操業方法。
5 . 前記スラグ · フォーミング状態を、 原料の溶け落ち時より測定し た排ガス中 N〇x 量の累計値で評価し、 該累積 N O x 量を 2000 p p m · m i n以下に納めることを特徴とする請求項 4に記載の電気炉の操業方 法。
6 . 前記炭材を 0. 2mm以下のコークス粉とすることを特徴とする請 求項 4または 5に記載の電気炉の操業方法。
7 . 前記鉄スクラップに溶融銑鉄、 固体銑鉄、 還元鉄、 炭化鉄のうち から選ばれた 1種もしくは 2種以上を配合して主原料とすることを特徴 とする請求項 5または 6に記載の電気炉の操業方法。
8 . 前記主原料のうちの 40〜60w t %を、 溶融銑鉄および/または固 体銑鉄とすることを特徴とする請求項 7に記載の電気炉の操業方法。
9 . 前記溶鋼を、 窒素含有量が 70 p p m未満の低窒素溶鋼とすること を特徴とする請求項 4〜 8に記載の電気炉の操業方法。
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