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技術 転炉製鋼法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 堀井和弘鷲巣敏
出願日 2006年5月19日 (13年9ヶ月経過) 出願番号 2006-139855
公開日 2007年11月29日 (12年3ヶ月経過) 公開番号 2007-308773
状態 特許登録済
技術分野 炭素鋼又は鋳鋼の製造
主要キーワード リサイクル前 回数範囲 排出割合 操業指標 スラグ原料 実施有無 労務費 操業後
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年11月29日)のものです。
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課題

転炉製鋼法で、脱炭後のリサイクルするスラグ量を制御し、その量を過不足なく、あるいは精度良く把握し、脱P精錬制御性を悪化させることなくリサイクルする方法を提供する。

解決手段

転炉主原料装入する第一工程、脱Si・脱Pを行う脱二工程、転炉を傾動させ第二工程で生成したスラグ排滓する第三工程、炉を直立させ上吹きランスから酸素を供給して脱Cせしめる第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱C精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、前記第五工程の後に転炉を傾動して炉内に残留している生成スラグの一部を排滓するにあたり、転炉傾動角を制御することにより炉内に残留させるスラグ量を制御することを特徴とする転炉製鋼法。

概要

背景

従来の転炉における溶銑精錬は、転炉へ高炉溶銑装入し、生石灰主体とするフラックス投入と、酸素吹錬により溶銑を脱P、脱Cし、鋼を溶製する方法が一般的であった。その後、多工程にわたる精錬機能を転炉に集約して行い、溶銑のもつエネルギーを有効活用し、エネルギーロスを大幅に低減するとともに、転炉前後工程の固定費設備費、労務費)の大幅な軽減を可能とする発明がある(例えば、特許文献1参照)。

該発明は、第一工程として溶銑を転炉に挿入し、第二工程としてフラックス添加と酸素吹込を行って脱Si・脱P精錬を施し、所定のP含有量まで低減させ、第三工程として前記転炉を傾動して第二工程で生成したスラグを排出し、その後第四工程として同一転炉にてフラックス添加と酸素吹錬により、所定のC含有量まで脱Cを行い、第五工程として第四工程で生成したスラグを該転炉内に残したまま出鋼して再び第一工程へ戻り、前記第五工程までを繰り返し実施するもので、場合によっては、第四工程で生成したスラグを第一工程に戻さず、第五工程において出鋼した後、スラグを全量排出する方法である。

また、上底吹き転炉型精錬装置を用いて前チャージで生成したスラグを排出することなく受銑する工程(工程1)、溶銑の脱燐精錬工程(工程2)、排滓工程(工程3)、脱C工程(工程4)、出鋼工程(工程5)を連続して実施する転炉製鋼法において、工程5の後、スラグを炉内に残留させた状態で炉を直立させ、工程4と同一もしくは、他の上吹きランスから窒素アルゴン一酸化炭素二酸化炭素の1種もしくは、2種以上を混合せしめたガスを吹き付けた後、工程1を実施して脱C滓をリサイクルする転炉製鋼法がある(例えば、特許文献2参照)。

一方、連鋳滓および/または造塊滓と酸化鉄、さらに必要に応じて転炉滓とを含む脱燐剤を溶銑に添加し、所要酸化力を有する溶滓を生成させ、該溶滓と溶銑とを攪拌することを特徴とする溶銑の脱燐処理方法が提案され(例えば、特許文献3参照)、また、少なくとも脱P処理された溶銑を転炉形式脱炭炉で精錬した後、取鍋を経て鋳造を行うにあたり、転炉スラグおよび/もしくは取鍋スラグを精錬スラグの一部としてリサイクル使用し、或いは溶銑を転炉形式の予備処理炉を用いて少なくとも脱P処理した後転形式の脱炭炉で精錬を行い、次いで取鍋を経て鋳造を行うにあたり、取鍋スラグを脱P用予備処理スラグの一部としてリサイクル使用する方法が提案されている(例えば、特許文献4参照)。

特開平4−72007号公報
特開平8−199218号公報
特開平5−25527号公報
特開平8−53705号公報

概要

転炉製鋼法で、脱炭後のリサイクルするスラグ量を制御し、その量を過不足なく、あるいは精度良く把握し、脱P精錬の制御性を悪化させることなくリサイクルする方法を提供する。転炉に主原料を装入する第一工程、脱Si・脱Pを行う脱二工程、転炉を傾動させ第二工程で生成したスラグを排滓する第三工程、炉を直立させ上吹きランスから酸素を供給して脱Cせしめる第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱C精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、前記第五工程の後に転炉を傾動して炉内に残留している生成スラグの一部を排滓するにあたり、転炉傾動角を制御することにより炉内に残留させるスラグ量を制御することを特徴とする転炉製鋼法。

目的

本発明はかかる課題を解決することを目的とし、転炉で予備処理と脱炭を連続して行う製鋼法において、脱炭後のスラグの熱間リサイクル使用にあたって、一部スラグをリサイクルする際にそのスラグ量を制御する方法を提供するものであり、リサイクルに有効な量を過不足なく、あるいはリサイクルした量を精度良く把握し、脱P精錬の制御性を悪化させることなくリサイクルする方法を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

転炉溶銑、または溶銑とスクラップ、または溶銑とスクラップと銑鉄主原料として挿入する第一工程、脱Si・脱Pを行う脱二工程、転炉を傾動させ第二工程で生成したスラグ排滓する第三工程、炉を直立させ上吹きランスから酸素を供給して脱Cせしめる第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱C精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、前記第五工程の後に転炉を傾動して炉内に残留している生成スラグの一部を排滓するにあたり、排滓時の転炉傾動角を基に炉内に残留させるスラグ量を制御し、実績転炉傾動角度を基に次チャージ第二工程で投入するフラックス量を算出することを特徴とする転炉製鋼法。

請求項2

前記排滓時の転炉傾動角を制御するに際し、転炉炉回数で転炉傾動角を補正することを特徴とする請求項1記載の転炉製鋼法。

請求項3

転炉炉回数で、次チャージ第二工程のフラックス量を補正することを特徴とする請求項1記載の転炉製鋼法。

請求項4

前記残留させるスラグ量(WRSV)は下記(1)式と(2)式を共に満たすように算出することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の転炉製鋼法。(21×HM[Si]×Z)/(%CaO×(Z−1))≦WRSV≦(30×HM[Si]×Z)/(%CaO×(Z−1.4))・・・(1)ここで、WRSV:目標スラグ量(Kg/T)、HM[Si]:転炉装入溶銑[Si]濃度×0.01(%)、Z:第四工程にて生成しリサイクルするスラグの塩基度(−)、%CaO:第四工程にて生成しリサイクルするスラグ中CaO濃度(%)WRSV≦2.29/%P2O5×A×HM[P]/(100−A)・・・(2)ここでWRSV:目標スラグ量(Kg/T)、%P2O5:第四工程にて生成しリサイクルするスラグ中のP2O5濃度(%)、HM[P]:転炉装入溶銑[P]濃度×0.001(%)、A:第二工程終了後の炉内スラグ量のうち第三工程にて炉外に排出されるスラグ量の割合(%)

技術分野

0001

本発明は、脱C精錬後のスラグの熱間での再利用(リサイクル)を図るための転炉製鋼法に関する。

背景技術

0002

従来の転炉における溶銑の精錬は、転炉へ高炉溶銑装入し、生石灰主体とするフラックス投入と、酸素吹錬により溶銑を脱P、脱Cし、鋼を溶製する方法が一般的であった。その後、多工程にわたる精錬機能を転炉に集約して行い、溶銑のもつエネルギーを有効活用し、エネルギーロスを大幅に低減するとともに、転炉前後工程の固定費設備費、労務費)の大幅な軽減を可能とする発明がある(例えば、特許文献1参照)。

0003

該発明は、第一工程として溶銑を転炉に挿入し、第二工程としてフラックス添加と酸素吹込を行って脱Si・脱P精錬を施し、所定のP含有量まで低減させ、第三工程として前記転炉を傾動して第二工程で生成したスラグを排出し、その後第四工程として同一転炉にてフラックス添加と酸素吹錬により、所定のC含有量まで脱Cを行い、第五工程として第四工程で生成したスラグを該転炉内に残したまま出鋼して再び第一工程へ戻り、前記第五工程までを繰り返し実施するもので、場合によっては、第四工程で生成したスラグを第一工程に戻さず、第五工程において出鋼した後、スラグを全量排出する方法である。

0004

また、上底吹き転炉型精錬装置を用いて前チャージで生成したスラグを排出することなく受銑する工程(工程1)、溶銑の脱燐精錬工程(工程2)、排滓工程(工程3)、脱C工程(工程4)、出鋼工程(工程5)を連続して実施する転炉製鋼法において、工程5の後、スラグを炉内に残留させた状態で炉を直立させ、工程4と同一もしくは、他の上吹きランスから窒素アルゴン一酸化炭素二酸化炭素の1種もしくは、2種以上を混合せしめたガスを吹き付けた後、工程1を実施して脱C滓をリサイクルする転炉製鋼法がある(例えば、特許文献2参照)。

0005

一方、連鋳滓および/または造塊滓と酸化鉄、さらに必要に応じて転炉滓とを含む脱燐剤を溶銑に添加し、所要酸化力を有する溶滓を生成させ、該溶滓と溶銑とを攪拌することを特徴とする溶銑の脱燐処理方法が提案され(例えば、特許文献3参照)、また、少なくとも脱P処理された溶銑を転炉形式脱炭炉で精錬した後、取鍋を経て鋳造を行うにあたり、転炉スラグおよび/もしくは取鍋スラグを精錬スラグの一部としてリサイクル使用し、或いは溶銑を転炉形式の予備処理炉を用いて少なくとも脱P処理した後転形式の脱炭炉で精錬を行い、次いで取鍋を経て鋳造を行うにあたり、取鍋スラグを脱P用予備処理スラグの一部としてリサイクル使用する方法が提案されている(例えば、特許文献4参照)。

0006

特開平4−72007号公報
特開平8−199218号公報
特開平5−25527号公報
特開平8−53705号公報

発明が解決しようとする課題

0007

前記特許文献1による方法では、同一転炉を用いて脱P、脱C工程を続けて行うプロセスで実施するので、溶銑のもつエネルギーを有効活用し、エネルギーロスを大幅に低減するとともに、転炉前後工程の固定費(設備費、労務費)の大幅な軽減が可能である。ところが、第三工程でのスラグ排出量が少ないと、第二工程でスラグ中に除去したPが第四工程で再び溶鋼中に戻ってくるため、第四工程にて再び脱Pする必要が生じ、生石灰等のフラックス量を増加させねばならずコスト増につながる。しかもこの第四工程でP濃度が高くなったスラグが第二工程で再び使用されるため、第二工程での脱P負荷が増加し、コスト増に繋がる。このように第三工程でのスラグ排出量が少ないと、脱Pを行うための負荷の増大を避けることが出来ず、コストアップに繋がるという問題があった。

0008

さらに特許文献1に開示されている方法では、溶銑の移し替えに伴う熱ロスは発生しないが、脱Cスラグはスラグ中のT.Feが高いため、溶融状態で次チャージの溶銑を装入すると、溶銑中のCと急激に反応し、スラグが炉外噴出する、いわゆる突沸が起きるという問題がある。これを回避するために、溶銑装入前石灰スクラップ冷材としてスラグに添加し、転炉を数回傾動させるという手法が取られているが、添加した冷却材がスラグ中で冷却に長時間を要するため生産性を著しく阻害するという課題があった。

0009

CaO分を含む冷却材を使用した場合、冷却材中のCaO分の一部は未滓化のまま脱Pスラグに残留し、該スラグの路盤材等への利用を阻害していた。そこで該スラグの利用を図るためには、当該スラグを路盤材へ適用するための処理時間(エージング期間)を設けなければならず、そのための期間を必要とするので、設備・労力・時間等コストアップに繋がるという欠点があった。また、スクラップについても比較的大きい(100mm以上)形状のものを冷却材として用いた場合、スラグから冷却材への熱移動に長時間(5分以上)を要するため、生産性を低下する問題があった。

0010

また特許文献2ではスラグを冷却することにより、溶銑装入時の突沸を防止しているが、転炉を直立した状態でアルゴン、一酸化炭素、二酸化炭素を冷却ガスとして用いているので、表面のスラグが過冷却になり次の脱P処理時に該スラグが溶けるまでに時間を要し、そのため処理時間の延長に繋がると共に脱P反応効率が悪化する。

0011

一方、特許文献3では連鋳滓および/または造塊滓さらに必要に応じて転炉滓を含む脱P剤を溶銑に添加しているが、これらのスラグは融点が1500℃以上と高く、また密な構造を有していることから、脱P処理時の炉内温度では溶解が不完全となる問題がある。溶解が不完全となった場合は、スラグは脱P剤として機能を果たさないばかりでなく、脱Pのバラツキ増大、熱ロスの原因となりコストの大幅悪化につながる。

0012

さらに、特許文献4では、取鍋スラグをリサイクル使用することとしているが、取鍋スラグには生成処理時に脱酸剤として使用したアルミまたは硅素が溶鋼中またはスラグ中の酸素と反応してアルミナまたはシリカが生成し、たとえばアルミナでは取鍋スラグ中に10〜20%も含有していることから、脱P処理時へのリサイクル使用によって脱P滓の粘性を上昇させ、スロッピングを誘発させて炉外への溶銑の溢れだしによる歩留低下を引き起こす。また転炉スラグをリサイクルするにあたっては、直前チャージの転炉スラグの一部を転炉内に残した状態で次チャージの溶銑を装入し、補充用フラックス原料を添加することとし、かつリサイクル使用するスラグ量は全スラグ原料に占める比率で50〜60%程度以下に抑えることが望ましいとしているが、転炉内に残留させるスラグ量を制御する方法がなく、実際に行うにあたってはスラグのリサイクル使用によってリサイクルされるスラグ量がばらつくことにより当該精錬の精度そのものが悪化するという課題があった。

0013

上記従来の知見において、前チャージのスラグを次ぎチャージにリサイクルし、しかも熱間のままリサイクルする方法については、数多く技術開示がなされている。しかし、それら技術は大きく2種に分類され、第1は前チャージの生成スラグ量を全量リサイクルすることを前提としたもの、第2は一部をリサイクルすることを前提としたものである。

0014

しかし、第1の全量リサイクル前提では、連続リサイクル使用するにあたり、炉内のスラグ量が排滓不能なまでに増大することに加え、繰り返し利用により徐々に燐成分の蓄積が起こり、脱P効率に悪影響を及ぼしたり、溶鋼への復P等の問題を引き起こす。一方、第2の一部リサイクル前提では、溶鋼への復P等の悪影響を及ぼすことはなくなるものの、転炉内に残留させるスラグ量を制御する方法がなく、実際に行うにあたってはスラグのリサイクル使用によってリサイクルされるスラグ量がばらつくことにより当該チャージ精錬時の精度そのものが悪化するという課題がある。

0015

本発明はかかる課題を解決することを目的とし、転炉で予備処理と脱炭を連続して行う製鋼法において、脱炭後のスラグの熱間リサイクル使用にあたって、一部スラグをリサイクルする際にそのスラグ量を制御する方法を提供するものであり、リサイクルに有効な量を過不足なく、あるいはリサイクルした量を精度良く把握し、脱P精錬の制御性を悪化させることなくリサイクルする方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

0016

転炉に溶銑、または溶銑とスクラップ、または溶銑とスクラップと銑鉄主原料として装入する第一工程、脱Si・脱Pを行う脱二工程、転炉を傾動させ第二工程で生成したスラグを排滓する第三工程、炉を直立させ上吹きランスから酸素を供給して脱Cせしめる第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱C精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、脱炭後のリサイクルする一部スラグ量を制御する方法について鋭意研究し、第五工程後に炉内生成スラグを排滓する際に、種々の傾動角において排滓後の炉内残留スラグ量重量を測定する実験を繰り返し実施した結果、傾動角と炉内残留スラグ量に明瞭な相関が得られることを見出し、また、転炉炉回数毎に同様の実験を繰り返して実施すると、炉回数が増大するにしたがって、同一傾動角でも炉内に残留するスラグ量が増大する可能性があることも見出し、さらに、炉内に残留させるスラグ量は、適正な量があることを見出して本発明を完成した。

0017

本発明の要旨は、次の通りである。

0018

(1)転炉に溶銑、または溶銑とスクラップ、または溶銑とスクラップと銑鉄を主原料として主原料として挿入する第一工程、脱Si・脱Pを行う脱二工程、転炉を傾動させ第二工程で生成したスラグを排滓する第三工程、炉を直立させ上吹きランスから酸素を供給して脱Cせしめる第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱C精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、前記第五工程の後に転炉を傾動して炉内に残留している生成スラグの一部を排滓するにあたり、排滓時の転炉傾動角を基に炉内に残留させるスラグ量を制御し、実績転炉傾動角度を基に次第二工程で投入するフラックスを算出することを特徴とする転炉製鋼法。

0019

(2)前記排滓時の転炉傾動角を制御するに際し、転炉炉回数で転炉傾動角を補正することを特徴とする上記(1)記載の転炉製鋼法。

0020

(3)転炉炉回数で、次チャージのフラックス量を補正することを特徴とする上記(1)記載の転炉製鋼法。

0021

(4)前記残留させるスラグ量(WRSV)は下記(1)式と(2)式を共に満たすように算出することを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の転炉製鋼法。
(21×HM[Si]×Z)/(%CaO×(Z−1))≦WRSV≦(30×HM[Si]×Z)/(%CaO×(Z−1.4)) ・ ・ ・(1)
ここでWRSV:残留させるスラグ量(Kg/T)、HM[Si]:転炉装入溶銑[Si]濃度×0.01(%)、Z:第四工程にて生成しリサイクルするスラグの塩基度(−)、%CaO:第四工程にて生成しリサイクルするスラグ中のCaO濃度(%)
WRSV≦2.29/P2O5×A×HM[P]/(100−A) ・ ・ ・(2)
ここでWRSV:残留させるスラグ量(Kg/T)、%P2O5:第四工程にて生成しリサイクルするスラグ中のP2O5濃度(%)、HM[P]:転炉装入溶銑[P]濃度×0.001(%)、A:第二工程終了後の炉内スラグ量のうち第三工程にて炉外に排出されるスラグ量の割合(%)

発明の効果

0022

本発明によれば、脱炭後のスラグを熱間のまま再使用するにあたり、再使用されるスラグ量を精度良く制御できること、または精度良くリサイクルスラグ量推定できるようになることから、次チャージでの脱Si脱P工程におけるフラックス量を適正な量に精度良く決定できる。結果として脱P効率の悪化またはスロッピング等の操業異常をおこすことなく、フラックス量を削減できるとともに、系外に排出されるスラグ量総量も削減できる。さらに、従来はリサイクルされるスラグ量の推定がオペレータの経験とに頼っていたことから精度が悪く、上述した脱P効率悪化またはスロッピング等の操業異常が発生する可能性が大きかったことから、それを防止するために生石灰等のフラックスを過剰に投入して脱Si脱P工程の塩基度を高めに設定して操業せざるを得なかったが、本発明によればリサイクルスラグ量が精度良く制御できる、または精度よく推定できるようになったことから、過剰に塩基度を高く設定する必要がなくなり、フラックスの削減も実現できる。さらに第三工程におけるスラグの排滓について、第二工程でのフラックス過剰投入による過剰塩基度になることに伴って発生する排滓不良を防止することが可能となり、第四工程での脱P負荷が軽減され、第四工程で使用する脱P用フラックス削減および脱P不足による品質異常を防止できる。

発明を実施するための最良の形態

0023

本発明者らは、転炉に溶銑、または溶銑とスクラップ、または溶銑とスクラップと銑鉄を主原料として装入する第一工程、脱Si・脱Pを行う脱二工程、転炉を傾動させ第二工程で生成したスラグを排滓する第三工程、炉を直立させ上吹きランスから酸素を供給して脱Cせしめる第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱C精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、炉内に残留させて第二工程に熱間でリサイクルするスラグ量の制御精度をあげ、第二工程の精錬制御性を悪化させることなく、かつ第二工程における脱Si・脱P用フラックスを削減するためには、工業的に可能な方法、具体的にはサイクルタイムを延長せずに(=生産性を落とすことなく)、かつ高価な設備を設置することなく、平易に実施できる方法について鋭意検討をかさねた。

0024

さらに、第五工程の後の炉内生成スラグ量を全量リサイクルすることは、前述したように連続リサイクル使用するにあたり、炉内のスラグ量が排滓不能なまでに増大することに加え、繰り返し利用により徐々に燐成分の蓄積が起こり、脱P効率に悪影響を及ぼしたり、溶鋼への復P等の問題を引き起こすことから、適当な排滓処理を行うことが現実的であることを勘案して、第一工程〜第五工程を繰り返す本プロセスにおいては、スラグ量を低減し、また燐の濃縮を防止するためにおこなう排滓作業時に、次チャージにリサイクルするスラグ量を制御することが最も望ましいことを見出した。

0025

しかし、従来、前記排滓作業は、作業者が傾動排滓するにあたり、排滓鍋内に排出されるスラグ量を見ながら適当な量、例えば排滓鍋が一杯になるまで、例えば排滓鍋の八分目等、適当に目安を定めて実施していて、リサイクル可能なスラグ量の最適条件を決めることができなかった。これは、そもそも炉内に生成しているスラグ量を正確に把握することが技術的に困難である中で、リサイクルするスラグ量を一定量に制御する、またはスラグ量を把握するという技術的な着眼が全くなかったことによる。したがって、従来の先行技術においても、できるだけ多くのスラグをリサイクルすることにより、次チャージのフラックス削減に寄与できると考えざるを得ず、結果的にリサイクルスラグ量を制御するのではなく、ばらつくことを容認した上で、次チャージのフラックス量を削減する方法を選択せざるを得なかったのである。または一部排滓する場合においても、炉内残留スラグ量を制御することができず、結果的には作業者の経験と勘に頼って炉内残留スラグ量を推定するしかなかったのである。したがって、これまでリサイクル可能なスラグ量を決めることができなかったのが現状である。

0026

本発明者らは炉内残留スラグ量を目標量に制御する方法として、第五工程後に炉内生成スラグを排滓する際に、種々の傾動角において排滓後の炉内残留スラグ量重量を測定する実験を繰り返し実施した結果、傾動角と炉内残留スラグ量に明瞭な相関が得られることを見出した。したがって、この関係を利用すれば、リサイクルするスラグ量を一定に制御することが可能となった。また、別の操業方法として、前記傾動角と炉内残留スラグ量の関係から、排滓毎の傾動角を一定ではなく従来のように排滓鍋内にスラグ量を例えば一杯あるいは例えば鍋八分目まで排滓する場合においても、その際の傾動角から炉内に残留しているスラグ量が正確に把握可能であり、この把握された残留スラグ量の値を用いて、次チャージ第二工程におけるフラックス削減量を正確に精度よく算出が可能となった。

0027

但し、転炉炉回数毎に同様の実験を繰り返して実施すると、炉回数が増大するにしたがって、同一傾動角でも炉内に残留するスラグ量が増大する可能性があることも見出した。したがって、炉回数毎、あるいはある期間の炉回数範囲毎に傾動角と炉内残留スラグ量の関係を事前調査しておけば転炉使用(=炉回数増大)に伴う転炉炉内耐火物損耗にともなう炉内形状変化による炉内残留スラグ量への影響についても精度良く評価可能となる。

0028

さらに、炉内に残留させるスラグ量は、適正な量があることを見出した。すなわち、炉内残留スラグ量(=リサイクルスラグ量)が多すぎる場合、前述したように連続リサイクル使用するにあたり、炉内のスラグ量が排滓不能なまでに増大することに加え、繰り返し利用により徐々に燐成分の蓄積が起こり、脱P効率に悪影響を及ぼして、溶鋼への復P等の問題を引き起こし、規格燐濃度上限を越える品質異常を引き起こす。また、リサイクルスラグは脱炭吹錬にて生成するスラグであり一般的には塩基度が2.5〜4.5以上という高塩基度スラグであることから、リサイクル量が多すぎた場合は、次チャージに持ち越されるスラグ中のCaO分が過剰となり、仮に次チャージの第二工程でCaOフラックスを投入しないとしても第二工程における脱P効率および第三工程での排滓性から決定される適正な塩基度を越えることになり、排滓性の悪化を引き起こし、最終的には次チャージの第四工程での脱P負荷増大に伴うフラックス増大または規格P濃度外れ等の品質異常を引き起こす。

0029

一方、炉内残留スラグ量が少なすぎた場合は、次チャージでの第二工程において追加の生石灰等塩基度調整用のフラックス使用が増大し、本発明の効果を充分に享受することができないとともに、次チャージで投入したフラックスの溶解遅れまたは塩基度不足によるスロッピング等の操業上の大きな障害を引き起こす。

0030

本発明者らは、これらの条件をともに満たす目標残留スラグ量が、次チャージの溶銑成分(溶銑[Si]、溶銑[P])や当該チャージ第五工程における生成スラグの塩基度、さらには第三工程での炉内生成スラグの排滓率を用いて、前記請求項4に示す(1)式および(2)式を共に満たす条件が適正であることを見出した。すなわち、(1)式および(2)式は、次の通りである。
(21×HM[Si]×Z)/(%CaO×(Z−1))≦WRSV≦(30×HM[Si]×Z)/(%CaO×(Z−1.4)) ・・・(1)
ここでWRSV:残留させるスラグ量(Kg/T)、HM[Si]:転炉装入溶銑[Si]濃度×0.01(%)、Z:第四工程にて生成しリサイクルするスラグの塩基度(−)、%CaO:第四工程にて生成しリサイクルするスラグ中のCaO濃度(%)を意味する。
WRSV≦2.29/%P2O5×A×HM[P]/(100−A) ・・・(2)
ここでWRSV:残留させるスラグ量(Kg/T)、%P2O5:第四工程にて生成しリサイクルするスラグ中のP2O5濃度(%)、HM[P]:転炉装入溶銑[P]濃度×0.001(%)、A:第二工程終了後の炉内スラグ量のうち第三工程にて炉外に排出されるスラグ量の割合(%)を意味する。

0031

(1)式における左項は次チャージ第二工程における使用フラックス量の削減効果を最大としつつスロッピング等の操業異常をおこさないための条件を規定するものであり、右項は、リサイクルスラグ量が次チャージ第三工程における排滓の効率を悪化させないための最大のリサイクルスラグ量を規定している。また、(2)式では、繰り返し利用により徐々に燐成分の蓄積が起こり、脱P効率に悪影響を及ぼして、溶鋼への復P等の問題を引き起こさないための炉内残留スラグ量の最大値を規定している。

0032

これら(1)式および(2)式の形態は、実操業に適用可能な平易な構造としたなかで操業に必要な条件を全て反映し、かつそれぞれの係数については本発明者らが実際の操業において多くのテストを繰り返して最適な条件となるように見出した値である。

0033

更にリサイクルスラグ量を目標量に制御するための本発明法は、極めて平易な方法ではあるものの、傾動排滓時に炉内に残留するスラグ量が、炉形状によって支配されていることに着眼した、従来にない新たな発想である。したがって、本方法によれば、実施する事業所、転炉毎に炉形状が違うことから、排滓時の傾動角と炉内残留スラグ量の関係はそれぞれ特徴的な関係となる一方、いかなる転炉においても適用できる極めて一般的な汎用技術として制御性向上に大きく寄与できるものである。

0034

これらの適正T.CaOについての定性的な考え方は従来からあったものの、リサイクルするスラグ量が不明であるか、経験と勘に基づく操業によるバラツキが大きいことから、これまでは実操業に適用するこができなかった。たとえ適用したとしても上述したように、品質異常またはスロッピング等の操業異常が頻発していたものである。本発明法によりリサイクルするスラグ量を定量的に、高精度で、再現性よく、簡易に制御できると共に、実績の傾動角から炉内に残留しているスラグ量を定量的に精度よく推定できることから、初めて実操業において適正T.CaO量を見出したのである。

0035

以下に転炉における適用例を基にさらに詳述する。

0036

図1は転炉を傾動することにより排滓している概要図を示す。従来は図1に示すような形態で第五工程にて排滓をおこなっていた。すなわち、オペレーターは転炉1を傾動して転炉1からスラグ輸送設備8に搭載されている排滓鍋2内に排出された排出スラグ3量をみながら転炉1の傾動操作を行い、また排滓終了タイミングを決定していた。したがって、排滓鍋2内に排出されたスラグ量から経験と勘に基づいて炉内に残留した炉内残留スラグ4量を推定し、次チャージ第二工程におけるフラックス量を決定していたものである。

0037

本発明法では、新たな発想に基づき、排滓時の水平線6と転炉中心水平線7とで形成される傾動角(α)5と炉内に残留している炉内残留スラグ4量の関係をあらかじめ実際に量することにより評価しておき、適切な傾動角αで一定操業とすることにより常に次チャージにリサイクルされるスラグ量を一定にすることを達成した。

0038

具体的には炉回数1000〜1500チャージにおける炉傾動角と炉内残留スラグ量の関係を図2に示すが、例えば、ある一つの転炉においては傾動角αが70°から炉外にスラグの排出が始まり、その後傾動角が大きくなるにしたがって炉外に排出されるスラグ量が増大、すなわち炉内に残留するスラグ量が減少してゆき、傾動角が120°でほぼ炉内に残留するスラグ量はゼロになる。すなわち全量排滓される。これは炉回数がほぼ同じであれば極めて再現性よく実現できることが確認できた。なお、この傾動角は転炉容器形状によって異なることから、本発明を実施する事業所毎の転炉容器形状に応じてその傾動角と炉内残留スラグ量の関係を決める必要がある。

0039

したがって、上記転炉では傾動角αを90°〜110°に制御して炉内に残留・次チャージに熱間リサイクルするスラグ量を20〜40kg/Tに制御している。

0040

傾動角αの適正値は、次チャージにおける精錬条件、たとえば溶銑中の硅素濃度や第四工程での吹止温度製品での規格燐濃度上限制約等を考慮して適切なフラックス量があり、それぞれの精錬条件に応じて適切な残留リサイクルスラグ量に制御している。また、傾動角αが予定していたαよりずれた場合においても、図2の関係を用いれば炉内に残留したスラグ量が精度良く推定でき、その結果を次ぎチャージ第二工程におけるフラックス量計算に反映すれば全く操業に悪影響を及ぼすことなく、常に最適な条件を再現できる。

0041

また、転炉は内部を耐火物内張されており、精錬処理をする毎にわずかづつではあるものの溶損して炉内の形状は時事刻々と変化している。したがって炉回数が進む毎に前記傾動角αと炉内残留スラグ量の関係は変化してゆく。本発明者らはこのことに着目して炉回数と炉内残留スラグ量の関係を各傾動角α毎に実際に秤量して決定した。図3には、転炉において、傾動角αが105°の場合の炉回数と炉内残留スラグ量の関係をその一例として示す。図3に示すように、傾動角αが105°の一定値であっても、転炉炉回数が多くなるにしたがって、残留スラグ量が多くなるので、残留スラグ量を目標値とするためには、傾動角αが105°よりも大きな角度に補正すれば、目標とする残留スラグ量が得られることとなる。本発明者らは、今回精錬している際の転炉の炉回数毎に図3の関係に基づいたテーブルを参照し、前述した傾動角制御によるリサイクルスラグ量制御技術によって、常に精度良く目標とする残留スラグ量を実現している。

0042

また、転炉炉回数に応じて、次チャージのフラックス量を補正することもできる。具体的には、転炉炉回数に応じて、図3に示すように残留スラグ量が多くなり、例えば1000〜1500回の転炉炉回数ではスラグ量原単位約25kg/Tに対して、転炉炉回数が1500〜2000回では約10%スラグ量原単位が増加するので、その多くなった量に応じて次チャージのフラックス量を少なくすることによって、転炉傾動角αを変えずに排滓を実施することができる。

0043

なお前記図2図3に例示した関係は、転炉の形状によってそれぞれ特徴的な関係を示すことは明らかであり、実施するにあたっては各事業所で事前にこれら関係を調査することにより本発明による効果を享受できる。

0044

以上説明したように本発明により、第五工程の後に熱間リサイクルするスラグ量が精度よく制御できる、あるいは精度よく推定できるようになると考えられることから、実機操業での効果の検証をおこなった。

0045

図4は370ton転炉を用いてN=1000回づつ本発明法と従来法を実施して第二工程(脱Si・脱P)でのスラグ塩基度制御性を比較した図である。図4に示すように従来法では第五工程後に炉内残留スラグをリサイクルされていたスラグ量の推定精度が悪いことに起因して次チャージの第二工程で過剰に生石灰を含むフラックスを使用していた、すなわち塩基度が高くかつばらついていたものが、本発明法では目標とする適正塩基度(1.1〜1.4)の制御精度が高くなり、精度良く次チャージのスラグの制御が可能となり、過剰にフラックスを投入することなく精錬することが可能となった。
さらに370ton転炉を用いて実機での操業実績例を表1に示す。以下に詳述する。

0046

0047

ここで、上記において(1)・(2)式の計算で用いられる適性スラグ量を計算する際に用いた主要な数値は、スラグ成分が(%CaO)=50%、(%P2O5)=3%、第三工程でのスラグ排出割合=40%、第二工程での目標塩基度X=1.2としている。

0048

従来例である従来法1、2ではリサイクルスラグ量は不明であったことから、従来と全く同様(作業者の経験に基づいて排滓を行い、排滓鍋内のスラグ状況を目視して炉内スラグ量を推定)の方法により操業を行った後に、操業後の転炉傾動角αから炉内残留スラグ量を算定した値を「WRSV」として記載している。また参考までにその際の作業者の推定した炉内残留スラグ量を「作業者推定によるWRSV」として併記した。従来法1では排滓時に炉傾動角α=99°で排滓を行い、作業者は炉内残留スラグ量(作業者推定によるWRSV)を13kg/T程度と推定した。それに基づき起こした。また、従来法2では排滓時に炉傾動角α=112°で排滓を行い、作業者は炉内残留スラグ量(作業者推定によるWRSV)=31kg/T程度と推定した。それに基づき、次チャージ第二工程におけるスラグ塩基度(脱Si脱P処理後塩基度)=1.2狙いで生石灰量(第二工程T.CaO)=2.2kg/Tまで削減したが、実績は炉内残留スラグ量(WRSV)=21kg/Tあったことから、リサイクルスラグからのCaO分が予想より不足し、結果として次チャージ第二工程の塩基度(脱Si脱P処理後塩基度)が0.9までしか確保できず、スロッピングを発生させてしまった。

0049

一方、本発明法での実施例である本法1では、前記算定式(1)(2)式に基づいてリサイクルスラグ量目標値を決定し、そのための排滓時傾動角を制御して炉内残留スラグ量を目標通りに制御した。実際に生石灰ゼロで第二工程の処理を実施したところ、リサイクルスラグ量が精度よく判明していたことから予定通り第二工程終了後のスラグ塩基度は1.1となったものの操業適正範囲に制御でき、第三工程での排滓性、および第二工程でのスロッピング等の操業異常も全くなかった。また、本発明法の実施例の本法2では、目標としたリサイクルスラグ量である炉内残留スラグ量(WRSV)=30kg/Tであり、そのための目標とする排滓時傾動角α=104°であった。しかし、実績の排滓時傾動角α=100°で傾動を終了してしまったことから、実績の炉内残留スラグ量(WRSV)=35kg/Tとなったがこれは(1)式の適正範囲にあり、次チャージ第二工程での生石灰量を適切に保つことで目標通り第二工程のスラグ塩基度(脱Si脱P処理後塩基度)=1.2とすることができ、本法1と同様に操業上の問題は全くない適正な処理を実現した。さらに、本発明法の実施例の本法3では、目標とするリサイクルスラグ量である炉内残留スラグ量(WRSV)=24Kg/Tであり、そのための目標とする排滓時傾動角α=105°であったことから、目標通りα=105°の傾動角で排滓を完了し、炉内にスラグを24Kg/T残留させた。第二工程では2.5Kg/Tの生石灰を投入した結果、第二工程処理後の炉内スラグの塩基度が適正範囲に制御できたとともに、本法1、2と同様に操業上の問題は全くない適正な処理を実現した。本法1、本法2および本法3例と従来法1および従来法2例を比較してわかるように、第二工程での重要な操業指標である塩基度は本法ではばらつき少なく目標値に制御可能であるのに対し、従来法ではリサイクルスラグ量のバラツキにより結果としての第二工程での塩基度は狙いよりも外れて大きくばらついている。その結果、本法では従来法に比べ、安定して第二工程での脱P処理を実現するとともに排滓率・操業性ともに極めて良好に安定した。結果、第四工程での脱P負荷を軽減することが可能となり、生石灰量削減することができた。

0050

なお、ここに示した実施例は、第三工程でのスラグ排出割合=40%とした場合の例であるが、この値を20〜80%までの間で実施可能であることは、確認できている。

図面の簡単な説明

0051

転炉を傾動することにより排滓している概要図である。
傾動角α毎に炉内に残留したスラグ重量を測定した結果を示す図である。
傾動角105°時における転炉炉回数と炉内残留スラグ重量の関係を示す図である。
本発明法の実施有無による脱Si脱P期のスラグ塩基度制御性の違いを示す図である。

符号の説明

0052

1転炉
2排滓鍋
排滓スラグ
4 炉内残留スラグ
5傾動角α
6水平線
7転炉中心水平線
8スラグ輸送設備

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