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技術 製鋼スラグの資源化方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 林浩明筈見公則鍋嶋良径
出願日 2011年9月20日 (9年3ヶ月経過) 出願番号 2011-204373
公開日 2013年4月11日 (7年8ヶ月経過) 公開番号 2013-064188
状態 特許登録済
技術分野 セメント、コンクリート、人造石、その養生 溶融状態での鋼の処理 炭素鋼又は鋳鋼の製造
主要キーワード LF処理 製造結果 スラグ加熱 CaO粉 トータル量 排出原単位 系外排出 全酸素濃度
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

溶銑脱硫スラグの発生をなくし、転炉スラグフッ素レス化と脱Cスラグの脱P工程リサイクルを促進し、さら二次精錬スラグをフッ素レス化して製鋼工程内リサイクルを進め、製鋼工程から系外に排出されるスラグ量を低減するとともに、系外に排出されるスラグのフッ素レス化を実現する。

解決手段

RH真空脱ガス装置に加えて、アーク加熱手段を有する二次精錬装置アーク加熱二次精錬装置)を用いて溶湯加熱昇温を行うことにより、先立つ転炉精錬でのホタル石使用を不要とするとともに二次精錬でのホタル石使用を不要とし、アーク加熱二次精錬装置で脱硫精錬を行うことによって溶銑予備脱硫を不要とするとともに二次精錬スラグの転炉リサイクルを可能にする。

概要

背景

高炉出銑した溶銑主原料として、転炉を中心とする製鋼工程で精錬を行い、精錬を完了した溶鋼は主に連続鋳造方法によって鋳造され鋳片となる。製鋼工程においては、転炉精錬の前に溶銑予備脱Si・脱P、溶銑予備脱硫が行われることがあり、また転炉工程についても、1回の吹錬で脱Si・脱P・脱Cを合わせて行う方法の他、まず脱Si・脱Pを行い、その後一度出湯しあるいは同一炉で中間排滓の後、脱C精錬を行う方法が採用される。さらに転炉精錬後については、取鍋内で溶鋼精錬を行う二次精錬として、RH真空脱ガス処理LF処理ASEA−SKF処理、粉体吹き込み処理などが行われる。

転炉で精錬する品種の中には、RH真空脱ガス処理を必須とする品種がある。成分含有量を狭い範囲に制御する目的、溶鋼脱ガス(特に脱水素)と窒素レベルコントロールを行う目的、溶鋼中の介在物を低減し特に全酸素濃度を20ppm以下に安定達成する目的を有する品種においてRH真空脱ガス処理が必須となる。本発明は、RH真空脱ガス処理を必須とする鋼の製鋼工程における製鋼スラグ資源化方法を対象とする。

上記製鋼工程において、精錬の結果として製鋼スラグが発生する。溶銑予備脱Si・脱P、溶銑予備脱硫の結果発生する予備処理スラグ、転炉精錬の結果発生する転炉スラグ、二次精錬の結果発生する二次精錬スラグがある。二次精錬スラグについては、造塊スラグ連続鋳造スラグ(連鋳スラグ)と呼ばれることもある。また、転炉精錬について脱Pと脱Cを別々に行う場合には、それぞれ発生するスラグを転炉脱Pスラグ、転炉脱Cスラグと呼ぶこともある。

製鋼工程で発生し、系外に排出される製鋼スラグについては、発生するスラグごとに性状が異なるため、発生工程ごとにスラグを分別管理し、さらにフッ素等の成分溶出の有無を判別して、土壌環境基準路盤材の特性を満足したスラグを路盤材等の用途に使用し、他は環境基準の異なる海洋用途等で資源化を行っている。定常的に安定した資源化用途としては路盤材が最も有力であり、フッ素レス化を含めて路盤材として使用できるスラグ比率を増大するとともに、系外に排出する製鋼スラグのトータル量を低減することが重要である。製鋼工程から系外に排出するスラグ量を抑制するため、様々な方法でスラグリサイクルを行い、製鋼工程外で資源化が必要なスラグ発生量系外排出量)を減らす努力が行われてきた。

特許文献1、2には転炉の脱Cスラグもしくは二次精錬(造塊、連続鋳造)スラグを、特許文献3、4では二次精錬(造塊、連続鋳造)スラグを、それぞれ転炉の脱P工程にリサイクルする発明が開示されている。しかし、二次精錬スラグにより転炉溶鋼がS汚染を受ける懸念に対する対応策は示されていない。また脱Pと脱C工程を別々の容器で行うため、製造プロセス内での熱ロスが大きい。

熱ロスを避け同一炉でスラグリサイクルを行う方法として、特許文献5、6には、中間排滓法で脱Pスラグを排出し、脱C吹錬後のスラグはホットリサイクルして転炉内に残したまま次のチャージの脱P精錬に使用されるCaO量の削減を行う発明が開示されている。しかし、二次精錬スラグの資源化に関しては技術的な方針が示されていない。

製鋼工程での脱硫精錬については、溶銑予備脱硫で行われることが多い。トーピードカーあるいは溶銑鍋中の溶銑に脱硫剤を添加した上で溶銑を攪拌し、脱硫反応を進行させる。脱硫剤としてはCaO粉とAlドロスが用いられ、溶銑脱硫スラグは冷却後に粉化しやすく強度が不十分という理由で路盤材への適用が困難である。

転炉に装入した溶銑を脱Si,脱P精錬し、中間排滓を行い、引き続いて同一転炉において脱C精錬を行う転炉精錬方法において、脱P精錬後に中間排滓を行うものの、Pを高濃度に含む脱Pスラグの一部が転炉内に残存して脱C吹錬スラグに混入する。そして脱C精錬終了時溶鋼温度(吹き止め温度)が高温であるため、脱C精錬で生成するスラグが十分に脱P能を有してる必要があり、転炉脱C精錬時にスラグ中ホタル石を添加し、スラグを十分に滓化させて脱P能を持たせる。従って、低P鋼の製造に際して転炉脱Cスラグにはフッ素が含有される。また、フッ素を含有する脱Cスラグを脱P工程にリサイクルする場合には、脱Pスラグ中にもフッ素が含有されることとなる。

転炉精錬を終わって取鍋に出鋼された溶鋼は、次いで、RH真空脱ガス処理、LF処理、ASEA−SKF処理、粉体吹き込み処理などの二次精錬が施される。本発明は、RH真空脱ガス処理を必須とする品種を対象としている。RH真空脱ガス処理のみを施す場合、取鍋内では溶鋼表面に形成されるスラグが攪拌を十分に受けないので、取鍋表面のスラグを十分に改質して均一化するためにホタル石の添加が必要となる。そのため、RH処理を経た二次精錬スラグ中にはフッ素が含有される。

二次精錬装置のうち、スラグを含む溶湯アーク加熱する手段を有する二次精錬装置を、ここでは「アーク加熱二次精錬装置」という。LF法、VAD法、ASEA−SKF法はいずれも、アーク加熱によって取鍋中に加えたフラックスの溶解と取鍋内溶鋼の加熱昇温ができる。また攪拌手段として、LF法とVAD法は鍋底から不活性ガスを吹き込むことによって行い、ASEA−SKF法は電磁力を用いたスターラで行っている。これらのプロセスでは強力な還元性スラグを用いた精錬が可能であり、溶鋼脱硫を行うことができる(非特許文献1)。

特許文献7には、溶銑から連続鋳造に供する溶鋼を製造する方法であって、高炉から出銑された溶銑をそのまま転炉に装入し、以降の精錬については、脱Si脱P処理を行った後、排滓を行い、その後同一転炉で引き続き脱C処理を行い、溶鋼を取鍋に出鋼してアーク加熱取鍋精錬装置昇温を施し、脱Si脱Pは転炉に装入した一連の工程の中でのみ行い、脱S処理はアーク加熱取鍋精錬装置でのみ行うことを特徴とする溶鋼の製造方法が記載されている。転炉の脱C処理後温度を低下させることにより、転炉脱C処理時にP上昇防止のために溶鋼中Cの吹き下げを行う必要がなくなるとしている。

特許文献8には、取鍋に保持された溶鋼を攪拌して脱硫処理を行う脱硫方法に関し、CaF2を取鍋中に添加せずに行う方法が開示されている。

概要

溶銑脱硫スラグの発生をなくし、転炉スラグのフッ素レス化と脱Cスラグの脱P工程リサイクルを促進し、さら二次精錬スラグをフッ素レス化して製鋼工程内リサイクルを進め、製鋼工程から系外に排出されるスラグ量を低減するとともに、系外に排出されるスラグのフッ素レス化を実現する。RH真空脱ガス装置に加えて、アーク加熱手段を有する二次精錬装置(アーク加熱二次精錬装置)を用いて溶湯の加熱昇温を行うことにより、先立つ転炉精錬でのホタル石使用を不要とするとともに二次精錬でのホタル石使用を不要とし、アーク加熱二次精錬装置で脱硫精錬を行うことによって溶銑予備脱硫を不要とするとともに二次精錬スラグの転炉リサイクルを可能にする。−1

目的

本発明は、溶銑脱硫処理を行わないことによって溶銑脱硫スラグの発生をなくし、転炉脱Cスラグへのホタル石添加を不要として転炉スラグをフッ素レス化するとともにそれに付随して脱Cスラグの脱P工程リサイクルを促進し、さらに二次精錬スラグへのホタル石添加を不要として二次精錬スラグをフッ素レス化するとともにそれに付随して二次精錬スラグの製鋼工程内リサイクルを進めることを課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

高炉出銑した溶銑転炉精錬し、その後RH真空脱ガス装置を用いて二次精錬する精錬において、RH真空脱ガス装置による精錬の前に、アーク加熱手段を有する二次精錬装置(以下「アーク加熱二次精錬装置」ともいう。)を用いた二次精錬を行い、前記転炉にはフッ素を含有する副材料を添加せずに前記二次精錬で発生した二次精錬スラグの一部又は全部を添加し、前記アーク加熱二次精錬装置による精錬ではフッ素を含有する副材料を添加せずに溶湯を加熱しつつ脱硫精錬を行い、転炉から排出したフッ素を含有しない転炉スラグ、又は前記転炉スラグ及び前記フッ素を含有しない二次精錬スラグの一部を系外に排出することを特徴とする製鋼スラグ資源化方法

請求項2

転炉に装入した溶銑を脱Si,脱P精錬し、中間排滓を行い、引き続いて同一転炉において脱C精錬を行い、前記二次精錬スラグを脱C精錬時に転炉に添加することを特徴とする請求項1に記載の製鋼スラグの資源化方法。

請求項3

前記脱C工程で発生した転炉スラグを転炉内残留させ、次の精錬ヒートにおける脱Si、脱P精錬に用いることを特徴とする請求項2に記載の製鋼スラグの資源化方法。

請求項4

前記転炉に装入する溶銑については、転炉装入前溶銑予備脱Si、溶銑予備脱硫を行わないことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の製鋼スラグの資源化方法。

技術分野

0001

本発明は、製鋼工程で発生する製鋼スラグ資源化する方法に関するものである。

背景技術

0002

高炉出銑した溶銑主原料として、転炉を中心とする製鋼工程で精錬を行い、精錬を完了した溶鋼は主に連続鋳造方法によって鋳造され鋳片となる。製鋼工程においては、転炉精錬の前に溶銑予備脱Si・脱P、溶銑予備脱硫が行われることがあり、また転炉工程についても、1回の吹錬で脱Si・脱P・脱Cを合わせて行う方法の他、まず脱Si・脱Pを行い、その後一度出湯しあるいは同一炉で中間排滓の後、脱C精錬を行う方法が採用される。さらに転炉精錬後については、取鍋内で溶鋼精錬を行う二次精錬として、RH真空脱ガス処理LF処理ASEA−SKF処理、粉体吹き込み処理などが行われる。

0003

転炉で精錬する品種の中には、RH真空脱ガス処理を必須とする品種がある。成分含有量を狭い範囲に制御する目的、溶鋼脱ガス(特に脱水素)と窒素レベルコントロールを行う目的、溶鋼中の介在物を低減し特に全酸素濃度を20ppm以下に安定達成する目的を有する品種においてRH真空脱ガス処理が必須となる。本発明は、RH真空脱ガス処理を必須とする鋼の製鋼工程における製鋼スラグの資源化方法を対象とする。

0004

上記製鋼工程において、精錬の結果として製鋼スラグが発生する。溶銑予備脱Si・脱P、溶銑予備脱硫の結果発生する予備処理スラグ、転炉精錬の結果発生する転炉スラグ、二次精錬の結果発生する二次精錬スラグがある。二次精錬スラグについては、造塊スラグ連続鋳造スラグ(連鋳スラグ)と呼ばれることもある。また、転炉精錬について脱Pと脱Cを別々に行う場合には、それぞれ発生するスラグを転炉脱Pスラグ、転炉脱Cスラグと呼ぶこともある。

0005

製鋼工程で発生し、系外に排出される製鋼スラグについては、発生するスラグごとに性状が異なるため、発生工程ごとにスラグを分別管理し、さらにフッ素等の成分溶出の有無を判別して、土壌環境基準路盤材の特性を満足したスラグを路盤材等の用途に使用し、他は環境基準の異なる海洋用途等で資源化を行っている。定常的に安定した資源化用途としては路盤材が最も有力であり、フッ素レス化を含めて路盤材として使用できるスラグ比率を増大するとともに、系外に排出する製鋼スラグのトータル量を低減することが重要である。製鋼工程から系外に排出するスラグ量を抑制するため、様々な方法でスラグリサイクルを行い、製鋼工程外で資源化が必要なスラグ発生量系外排出量)を減らす努力が行われてきた。

0006

特許文献1、2には転炉の脱Cスラグもしくは二次精錬(造塊、連続鋳造)スラグを、特許文献3、4では二次精錬(造塊、連続鋳造)スラグを、それぞれ転炉の脱P工程にリサイクルする発明が開示されている。しかし、二次精錬スラグにより転炉溶鋼がS汚染を受ける懸念に対する対応策は示されていない。また脱Pと脱C工程を別々の容器で行うため、製造プロセス内での熱ロスが大きい。

0007

熱ロスを避け同一炉でスラグリサイクルを行う方法として、特許文献5、6には、中間排滓法で脱Pスラグを排出し、脱C吹錬後のスラグはホットリサイクルして転炉内に残したまま次のチャージの脱P精錬に使用されるCaO量の削減を行う発明が開示されている。しかし、二次精錬スラグの資源化に関しては技術的な方針が示されていない。

0008

製鋼工程での脱硫精錬については、溶銑予備脱硫で行われることが多い。トーピードカーあるいは溶銑鍋中の溶銑に脱硫剤を添加した上で溶銑を攪拌し、脱硫反応を進行させる。脱硫剤としてはCaO粉とAlドロスが用いられ、溶銑脱硫スラグは冷却後に粉化しやすく強度が不十分という理由で路盤材への適用が困難である。

0009

転炉に装入した溶銑を脱Si,脱P精錬し、中間排滓を行い、引き続いて同一転炉において脱C精錬を行う転炉精錬方法において、脱P精錬後に中間排滓を行うものの、Pを高濃度に含む脱Pスラグの一部が転炉内に残存して脱C吹錬スラグに混入する。そして脱C精錬終了時溶鋼温度(吹き止め温度)が高温であるため、脱C精錬で生成するスラグが十分に脱P能を有してる必要があり、転炉脱C精錬時にスラグ中ホタル石を添加し、スラグを十分に滓化させて脱P能を持たせる。従って、低P鋼の製造に際して転炉脱Cスラグにはフッ素が含有される。また、フッ素を含有する脱Cスラグを脱P工程にリサイクルする場合には、脱Pスラグ中にもフッ素が含有されることとなる。

0010

転炉精錬を終わって取鍋に出鋼された溶鋼は、次いで、RH真空脱ガス処理、LF処理、ASEA−SKF処理、粉体吹き込み処理などの二次精錬が施される。本発明は、RH真空脱ガス処理を必須とする品種を対象としている。RH真空脱ガス処理のみを施す場合、取鍋内では溶鋼表面に形成されるスラグが攪拌を十分に受けないので、取鍋表面のスラグを十分に改質して均一化するためにホタル石の添加が必要となる。そのため、RH処理を経た二次精錬スラグ中にはフッ素が含有される。

0011

二次精錬装置のうち、スラグを含む溶湯アーク加熱する手段を有する二次精錬装置を、ここでは「アーク加熱二次精錬装置」という。LF法、VAD法、ASEA−SKF法はいずれも、アーク加熱によって取鍋中に加えたフラックスの溶解と取鍋内溶鋼の加熱昇温ができる。また攪拌手段として、LF法とVAD法は鍋底から不活性ガスを吹き込むことによって行い、ASEA−SKF法は電磁力を用いたスターラで行っている。これらのプロセスでは強力な還元性スラグを用いた精錬が可能であり、溶鋼脱硫を行うことができる(非特許文献1)。

0012

特許文献7には、溶銑から連続鋳造に供する溶鋼を製造する方法であって、高炉から出銑された溶銑をそのまま転炉に装入し、以降の精錬については、脱Si脱P処理を行った後、排滓を行い、その後同一転炉で引き続き脱C処理を行い、溶鋼を取鍋に出鋼してアーク加熱取鍋精錬装置昇温を施し、脱Si脱Pは転炉に装入した一連の工程の中でのみ行い、脱S処理はアーク加熱取鍋精錬装置でのみ行うことを特徴とする溶鋼の製造方法が記載されている。転炉の脱C処理後温度を低下させることにより、転炉脱C処理時にP上昇防止のために溶鋼中Cの吹き下げを行う必要がなくなるとしている。

0013

特許文献8には、取鍋に保持された溶鋼を攪拌して脱硫処理を行う脱硫方法に関し、CaF2を取鍋中に添加せずに行う方法が開示されている。

0014

特許第3312536号公報
特許第3097474号公報
特許第3218629号公報
特許第3711835号公報
特許第2607328号公報
特許第2958846号公報
特開2008−63610号公報
特開2003−155516号公報

先行技術

0015

第3版鉄鋼便覧II 製銑・製鋼、第679〜680頁

発明が解決しようとする課題

0016

溶銑脱硫スラグについては、スラグ中S含有量が非常に高く粉化しやすくハンドリングが困難という理由で製鋼工程内リサイクルは困難であり、また粉化しやすく強度が不十分という理由で路盤材等の付加価値の高い有効利用を困難としている。フッ素を含有する製鋼スラグは、土壌環境基準を満足できない場合があるので、路盤材としての使用が制限される。また、フッ素を含有する転炉脱Cスラグを脱P精錬にリサイクルすると転炉脱Pスラグもフッ素を含有することとなるので、脱Cスラグの脱P精錬へのリサイクルが制約を受ける。RH処理を行った二次精錬スラグは、フッ素を含有するためリサイクルを困難にしているとともに、二次精錬がRH処理のみの場合、RH処理二次精錬は脱硫能を有していないため、二次精錬スラグを転炉にリサイクルした際のS汚染に対応することが困難である。

0017

本発明は、溶銑脱硫処理を行わないことによって溶銑脱硫スラグの発生をなくし、転炉脱Cスラグへのホタル石添加を不要として転炉スラグをフッ素レス化するとともにそれに付随して脱Cスラグの脱P工程リサイクルを促進し、さらに二次精錬スラグへのホタル石添加を不要として二次精錬スラグをフッ素レス化するとともにそれに付随して二次精錬スラグの製鋼工程内リサイクルを進めることを課題とする。これにより、製鋼工程から系外に排出されるスラグ量を低減するとともに、系外に排出されるスラグのフッ素レス化を実現し、製鋼スラグの有効利用の促進を図ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0018

本発明は、二次精錬においてRH真空脱ガス処理を必須とする品種を対象とし、RH真空脱ガス装置による精錬に加えてアーク加熱二次精錬装置による精錬行い、これによって製鋼工程における製鋼スラグの資源化を促進する方法である。

0019

アーク加熱二次精錬装置、例えばLF法においては、取鍋内の溶鋼を加熱昇温することができるので、取鍋内溶鋼の加熱昇温に対応して転炉での吹き止め温度を低下させることができる。転炉内のスラグ脱P能は温度が低いほど向上するので、吹き止め温度を下げることにより、転炉脱C精錬において脱Cスラグ中にホタル石を添加することなく、溶鋼中のP濃度を低下させることが可能となる。脱Cスラグ中にフッ素を含有しないので、脱Cスラグを脱P精錬にリサイクルしたときに脱Pスラグを路盤材として有効利用することが可能となり、脱Cスラグ自身を路盤材として有効利用することもできる。

0020

アーク加熱二次精錬装置とRH真空脱ガス装置をともに用いた二次精錬において、ホタル石を添加することなく精錬を行う方法を見出した。これにより、フッ素を含有しない二次精錬スラグとすることができ、二次精錬スラグ自身を系外に排出して路盤材として有効利用することが可能となる。

0021

アーク加熱二次精錬装置を用いた二次精錬で脱硫精錬を行うことができるので、溶銑予備脱硫を行うことなく、溶鋼中のS濃度を目標とするレベルまで下げることができる。溶銑予備脱硫を行わないので、溶銑予備脱硫スラグが発生せず、従って製鋼工程の系外に排出されることがなくなる。また、二次精錬スラグを転炉にリサイクルした際のS汚染についても、二次精錬で脱硫精錬を行うことによって対応することができる。そこで、上記二次精錬スラグがフッ素を含有しないこととあいまって、二次精錬スラグを転炉にリサイクルすることが可能となる。

0022

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
(1)高炉で出銑した溶銑を転炉で精錬し、その後RH真空脱ガス装置を用いて二次精錬する精錬において、RH真空脱ガス装置による精錬の前に、アーク加熱手段を有する二次精錬装置(以下「アーク加熱二次精錬装置」ともいう。)を用いた二次精錬を行い、前記転炉にはフッ素を含有する副材料を添加せずに前記二次精錬で発生した二次精錬スラグの一部又は全部を添加し、前記アーク加熱二次精錬装置による精錬ではフッ素を含有する副材料を添加せずに溶湯を加熱しつつ脱硫精錬を行い、転炉から排出したフッ素を含有しない転炉スラグ、又は前記転炉スラグ及び前記フッ素を含有しない二次精錬スラグの一部を系外に排出することを特徴とする製鋼スラグの資源化方法。
(2)転炉に装入した溶銑を脱Si,脱P精錬し、中間排滓を行い、引き続いて同一転炉において脱C精錬を行い、前記二次精錬スラグを脱C精錬時に転炉に添加することを特徴とする上記(1)に記載の製鋼スラグの資源化方法。
(3)脱C工程で発生した転炉スラグを転炉内に残留させ、次の精錬ヒートにおける脱Si、脱P精錬に用いることを特徴とする上記(2)に記載の製鋼スラグの資源化方法。
(4)転炉に装入する溶銑については、転炉装入前に溶銑予備脱Si、溶銑予備脱硫を行わないことを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の製鋼スラグの資源化方法。

発明の効果

0023

本発明は、溶銑を転炉精錬し及び引き続いてRH真空脱ガス装置を用いて溶鋼精錬する品種を対象とし、RH真空脱ガスの前にアーク加熱二次精錬を行い、転炉にはフッ素を含有する副材料を添加せずにアーク加熱二次精錬装置及びRH真空脱ガス装置による精錬で発生した二次精錬スラグの一部又は全部を添加し、アーク加熱二次精錬装置による精錬ではフッ素を含有する副材料を添加せずに溶湯を加熱しつつ脱硫精錬を行い、転炉から排出したフッ素を含有しない転炉スラグ、又は前記転炉スラグ及びフッ素を含有しない二次精錬スラグの一部を系外に排出するので、製鋼工程から系外に排出する製鋼スラグの量を低減するとともに、フッ素を含有しないスラグを系外に排出することができる。

図面の簡単な説明

0024

本発明例の製鋼工程における精錬フロー概略を示す図である。
比較例の製鋼工程における精錬フロー概略を示す図である。
転炉の吹き止めC、吹き止め温度、ホタル石使用の有無と吹き止め到達Pとの関係を示す図である。
系外排出スラグのフッ素含有有無別の原単位を示す図である。

0025

転炉に溶銑を装入して以降、転炉精錬を行い、取鍋に出鋼して溶鋼二次精錬を行うまでが同一ロットとして扱われる。本発明では、単一ロットとして扱われるこの一連の処理単位を「ヒート」と呼ぶ。

0026

転炉精錬を終わって取鍋に出鋼された溶鋼は、次いで、RH真空脱ガス処理、LF処理、ASEA−SKF処理、粉体吹き込み処理などの二次精錬が施される。本発明は、二次精錬処理としてRH真空脱ガス処理を施す品種を対象とする。RH真空脱ガス処理中において溶鋼の介在物を低減する目的で、転炉出鋼時に取鍋に生石灰投入し、取鍋内溶鋼表面に形成されるスラグの塩基度を確保し、これによりスラグ酸化度(スラグ中T.Fe+MnO含有量)の低減を狙う。一方、RH真空脱ガス処理おいて、取鍋内溶鋼はRH真空槽の浸漬上昇管から吸い上げられ、浸漬下降管から取鍋内に戻され、取鍋と真空槽の間を溶鋼が環流する。攪拌精錬は主に真空槽内で行われ、取鍋内では溶鋼表面に形成されるスラグが攪拌を十分に受けないので、RH処理を行っている最中に取鍋スラグの固化が進み、スラグ−メタル精錬が十分に行われない。特に転炉出鋼時に取鍋に生石灰を添加してスラグの塩基度を高くしているので、より一層スラグは硬くなる。そのため、スラグ組成が均一にならないので酸化度を十分に下げることができず、RH処理開始時に浸漬管スラグ層を突き破れ溶鋼処理ができないという事態に陥る。このような事態を避け、転炉出鋼時の取鍋内攪拌のみで取鍋内のスラグを十分に改質して均一化するためには、ホタル石の添加が必要となり、RH処理を経た二次精錬スラグ中にはフッ素が含有される。

0027

LF法、VAD法、ASEA−SKF法は、総称して「取鍋精錬法」とも呼ばれる。いずれにおいても、アーク加熱によって取鍋中に加えたフラックスの溶解と取鍋内溶鋼の加熱昇温ができる。また攪拌手段として、LF法とVAD法は鍋底から不活性ガスを吹き込むことによって行い、ASEA−SKF法は電磁力を用いたスターラで行っている。これらのプロセスでは強力な還元性スラグを用いた精錬が可能であり、溶鋼脱硫を行うことができる。本発明において、これら二次精錬方法について、アーク加熱する手段を有していることから、「アーク加熱二次精錬装置」と呼ぶこととする。

0028

転炉内のスラグ−メタル間のPバランスにおいて、スラグとメタルの温度が低いほどPがスラグ側に移行する状況となる。即ち、スラグ脱P能は温度が低いほど向上する。従来、二次精錬としてRH真空脱ガス処理のみを行う場合には、二次精錬での温度降下を補償するために吹き止め温度を高く設定する必要がある。転炉にて脱Pと脱Cを同時に行う精錬を採用する場合はもちろん、高い吹き止め温度でも十分な脱P精錬を行うため、転炉スラグ中にホタル石を添加してスラグの滓化促進を図ることが必須である。また、転炉に装入した溶銑を脱Si,脱P精錬し、中間排滓を行い、引き続いて同一転炉において脱C精錬を行う転炉精錬においても、脱Pスラグが一部脱C吹錬スラグに混入するので、脱C精錬終了時にスラグからの復Pを防止するためには、転炉脱C精錬時にスラグ中にホタル石を添加し、スラグを十分に滓化させて脱P能を持たせることが必要となる。二次精錬がLF処理とRH真空脱ガス処理の併用であっても、従来はスラグの滓化を目的とした加熱しか行わないため、転炉での吹き止め温度は高く維持することが必要であり、やはり転炉脱C精錬時にスラグ中にホタル石を添加し、スラグを十分に滓化させて脱P能を持たせることが必要であった。

0029

本発明においては、転炉精錬後の二次精錬にアーク加熱二次精錬装置を加えて溶鋼の加熱昇温を行って吹き止め温度を下げることにより、転炉脱C精錬において脱Cスラグ中にホタル石を添加することなく、目的とするレベルまで溶鋼中のP濃度を低下させることが可能となる。図2は、転炉の吹き止めC、吹き止め温度、ホタル石使用の有無と吹き止め到達Pとの関係を示す図である。図2から明らかなように、転炉の吹き止め温度を25〜50℃低下させることにより、転炉精錬でホタル石を使用しなくても必要な吹き止め到達Pの値を実現することができる。

0030

なお、特許文献7においても、アーク加熱取鍋精錬装置で昇温を施し、転炉の脱C処理後温度を低下させるとしている。ただし、特許文献7においては、転炉の脱C処理後温度を低下させることにより、転炉脱C処理時にP上昇防止のために行っていた溶鋼中Cの吹き下げを防止し、脱C処理の吹き止め%Cを0.07%以上とすることを目的としている。溶鋼中Cの吹き下げは溶鋼中の酸素濃度の上昇をもたらし、脱酸処理によるアルミナ介在物の増加などの問題につながるからである。即ち、特許文献7に記載のものは、転炉精錬でホタル石の使用はそのまま、溶鋼中Cの吹き下げ防止を目的になされたものである。

0031

転炉で脱P精錬−中間排滓−脱C精錬を行う精錬方法において、脱P精錬についてはもともとホタル石を添加することなく精錬を行うことが可能であった。脱P精錬終了時の溶湯温度が低く保たれるためである。ところが、従来は脱Cスラグ中にフッ素を含有しているので、脱Cスラグを脱P精錬にリサイクルすることによって脱Pスラグがフッ素を含有することになっていた。本発明においては脱Cスラグ中にフッ素を含有しないので、脱Cスラグを脱P精錬にリサイクルしたときに脱Pスラグがフッ素を含有せず、脱Pスラグを製鋼工程から系外に排出して路盤材として有効利用することが可能となる。もちろん、脱Cスラグはフッ素を含有しないので、脱Cスラグ自身を製鋼工程から系外に排出して路盤材として有効利用することもできる。

0032

RH真空脱ガス装置に加えてアーク加熱二次精錬装置を用いた二次精錬では、取鍋精錬のスラグ組成を調整することによってホタル石を添加することなく精錬を行うことができる。好ましくは、スラグ組成のCaO/Al2O3質量比を1.2〜2.5の低融点域に制御する。これにより、スラグ中にフッ素を含有しなくても、低融点のスラグとしてアーク加熱二次精錬装置において所定の取鍋精錬を行うことが可能となる。その結果、フッ素を含有しない二次精錬スラグとすることができ、二次精錬スラグ自身を系外に排出して路盤材として有効利用することが可能となる。

0033

アーク加熱二次精錬装置を用いた二次精錬においては、スラグ加熱によって良好に滓化された還元スラグを形成し、スラグと溶鋼を攪拌することにより、溶鋼脱硫精錬を行うことができる。そのため、溶銑予備脱硫を行うことなく、溶鋼中のS濃度を目標とするレベルまで下げることができる。溶銑予備脱硫を行わないので、溶銑予備脱硫スラグが製鋼工程の系外に排出されることがなくなる。また、二次精錬スラグを転炉にリサイクルした際のS汚染についても、二次精錬で脱硫精錬を行うことによって対応することができる。さらに、上述の通りアーク加熱二次精錬装置を用いた二次精錬においてはホタル石を添加せずに精錬を行うことが可能であり、その場合は二次精錬スラグがフッ素を含有しない。従って、二次精錬スラグを転炉にリサイクルする際に問題であった、S汚染の問題もフッ素汚染の問題も解決するので、二次精錬スラグを転炉にリサイクルすることが可能となる。その結果、製鋼工程から系外に排出する二次精錬スラグの量を低減することができる。さらに二次精錬スラグはフッ素を含有しないので、製鋼工程から系外に排出する二次精錬スラグについても、路盤材として有効利用することが可能となる。

0034

高炉で出銑した溶銑を転炉で精錬し、その後上記本発明の二次精錬を行うに際し、転炉に装入した溶銑を脱Si,脱P精錬し、中間排滓を行い、引き続いて同一転炉において脱C精錬を行い、二次精錬スラグを脱C精錬時に転炉に添加することとすると好ましい。脱P精錬と脱C精錬を別々に行うので、トータルとして使用する副材料を削減し、結果として発生する転炉スラグをトータルとして削減することができる。また、二次精錬スラグを脱C精錬時に転炉に添加することにより、脱C精錬のために添加する副材料を削減し、系外に排出する二次精錬スラグを低減することができる。二次精錬スラグはフッ素を含有しないので、脱Cスラグをフッ素で汚染することがない。

0035

上記本発明においてはさらに、脱C工程で発生した転炉スラグの一部又は全部を転炉内に残留させ、次の精錬ヒートにおける脱Si、脱P精錬に用いると好ましい。脱Cスラグを脱P精錬に用いることにより、脱P精錬のために添加する副材料を削減し、系外に排出する脱Cスラグを低減することができる。脱Cスラグはフッ素を含有ないので、脱Pスラグをフッ素で汚染することがない。

0036

上記本発明においては、二次精錬で脱硫精錬を行うので、溶銑予備脱硫を行う必要がない。また、溶銑脱Siについても転炉内で脱P精錬にあわせて行うことが可能なので、転炉装入前の溶銑予備脱Siを行う必要がない。そこで本発明において好ましくは、前記転炉に装入する溶銑については、転炉装入前に溶銑予備脱Si、溶銑予備脱硫を行わない。これにより、溶銑予備脱Siスラグ及び溶銑予備脱硫スラグが発生しない。溶銑予備脱硫スラグを系外に排出すると、粉化しやすく強度が不十分なため路盤材としての資源化ができないという問題があった。本発明を適用した精錬ヒートにおいては溶銑予備脱Siスラグと溶銑予備脱硫スラグが系外に排出しないので、上記問題を解決することができる。

0037

高炉から出銑した溶銑を主原料とし、280トン純酸素上底吹き転炉で転炉精錬を行い、二次精錬としてRH真空脱ガス処理のみを用いる品種の製鋼工程において、本発明を適用した。本発明例ではLFとRH真空脱ガス処理をともに行うこととした。本発明例では、製錬工程として図1の(a)〜(c)に示す3種類の工程を適用した。図1(a)、(b)については、転炉においてまず脱Si脱P精錬を行い、中間排滓し、その後同じ転炉で脱C精錬を行っている。図1(a)についてはさらに、脱C精錬で発生した脱Cスラグをそのまま転炉内に残し、同じ転炉における次のヒートの脱Si脱P精錬用スラグとして用いている。比較例では、製錬工程として図1の(d)(e)に示す2種類の工程を適用した。製造条件及び製造結果を表1に示す。表1において、本発明例a〜cがそれぞれ図1の(a)〜(c)に対応する。また比較例d、eが、図1の(d)、(e)に対応する。各実施例別に、系外排出スラグのフッ素含有有無別の原単位を図3に示す。

0038

脱Cスラグのうち18kg/tを脱Si脱P精錬にリサイクルしている本発明例a、比較例dについて説明する。脱Si脱P精錬で発生したスラグ69kg/tのうちの35kg/tを中間排滓によって脱Pスラグとして排出し、残りは転炉内に残存した。脱C精錬でのスラグ発生原単位はともに40kg/tであり、そのうちの22kg/tを系外に排出し、残りの18kg/tは転炉内に残して次のヒートの脱Si脱P精錬スラグとして使用した。二次精錬スラグについては、溶鋼脱硫を行っていない比較例dでは発生原単位が15kg/tでありその全量を系外排出し、溶鋼脱硫を行っている本発明例aでは発生原単位が20kg/tでありその半分を脱C精錬にリサイクルしている。

0039

0040

本発明例a〜cのいずれも、二次精錬のLF処理においては十分な加熱昇温を行うことにより、転炉吹き止め温度を1630℃にまで低下させ、転炉脱C精錬におけるホタル石の使用を中止することができた。いずれも二次精錬においてLF処理を行っており、取鍋へのホタル石添加を行っておらず、取鍋にCaOとAlドロスを添加し、二次精錬スラグ中のCaO/Al2O3質量比を1.8程度に調整した。一方、比較例d、eは二次精錬でRH処理のみを行っており、転炉吹き止め温度は1690℃程度であり、転炉脱C精錬においてホタル石の使用を中止することができず、二次精錬においても取鍋へのホタル石添加を行っている。

0041

本発明例a〜cのいずれも、溶銑予備脱硫を行わないので溶銑予備脱硫スラグが発生せず、二次製錬工程でホタル石を用いないので二次精錬スラグ中にフッ素を含有せず、転炉製錬工程でホタル石を使わずさらにフッ素を含有しない二次精錬スラグをリサイクルするので転炉スラグ中にフッ素を含有していない。その結果、系外に排出するスラグは転炉スラグと二次精錬スラグの一部であり、いずれもフッ素を含有しておらず、路盤材としての有効利用が可能であった。また、本発明例a〜cのいずれも、二次精錬スラグの約半分を転炉にリサイクルし、本発明例aは脱Cスラグを脱Si脱P工程にリサイクルしているので、系外に排出するスラグを削減することができた。

0042

これに対し、比較例d、eは、転炉脱C工程でホタル石を用いたため、脱Cスラグ中にフッ素を含有し、また、二次精錬スラグ中にフッ素を含有しており、いずれも路盤材として用いることができないので、スラグの在庫増となった。フッ素を含むスラグ在庫は環境基準の異なる海洋用途での資源化か産業廃棄物としての処理が必要となる。

0043

脱Cスラグのうち18kg/tを脱Si脱P精錬にリサイクルしている本発明例aと比較例dとを対比する。比較例dでは溶銑予備脱硫を行っており予備処理スラグが15kg/t発生しているのに対し、本発明例aでは溶銑予備処理を行っていないので予備処理スラグ発生がない。一方、二次精錬スラグについては、本発明例aでは二次精錬スラグの半分を脱C精錬にリサイクルしているので、二次精錬スラグ系外排出量としては本発明例a(10kg/t)の方が比較例d(15kg/t)よりも低減している。その結果、全体のスラグ系排出原単位は、比較例dの87kg/tに対して本発明例aは67kg/tに低減した。また、比較例dは脱Si脱Pスラグ、脱Cスラグ、二次精錬スラグのいずれもフッ素を含有しており、予備脱硫スラグを含めて系外排出スラグの全量(87kg/t)が路盤材として使用不可である。それに対して本発明例aにおいては、系外排出スラグの全量(67kg/t)がフッ素を含有しないスラグであり、また予備脱硫スラグを含んでいないので、路盤材として使用することができた。

実施例

0044

本発明例bと比較例eとの対比についても上記と同様であり、本発明によって系外排出スラグ合計原単位を低減できるとともに、系外排出スラグの全量を路盤材として使用することが可能となった。

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