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技術 スラグフォーミング鎮静材及びスラグフォーミング鎮静方法並びに転炉吹錬方法

出願人 日本製鉄株式会社
発明者 山口将史松澤玲洋
出願日 2018年1月30日 (2年11ヶ月経過) 出願番号 2018-568084
公開日 2019年11月7日 (1年1ヶ月経過) 公開番号 WO2018-150862
状態 特許登録済
技術分野 炭素鋼又は鋳鋼の製造 銑鉄の精製;鋳鉄の製造;転炉法以外の製鋼
主要キーワード 秤量機 ガス供給速度 フォーミング現象 酸化鉄濃度 P精錬 Pスラグ 傾動角度 操業実績
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重要な関連分野

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図面 (3)

課題・解決手段

スラグフォーミング鎮静材は、水酸化物を50質量%以上含み、吸熱量が1800J/g以上である。スラグフォーミング鎮静方法は、このスラグフォーミング鎮静材を、スラグ排滓する排滓鍋投入する。転炉吹錬方法は、1基の転炉装入された溶銑に脱Si吹錬及び脱P吹錬を行って、あるいは、2基以上の転炉のうち少なくとも1基の転炉に装入された溶銑に脱Si吹錬を行って、転炉を傾動させ、この転炉内に溶銑を残した状態で転炉内のスラグを炉口から排滓する際に、前記スラグフォーミング鎮静方法を適用し、排滓後に、転炉内の溶銑に脱C吹錬を行う。

概要

背景

精錬予備処理方法として、現在まで様々な方法が開発されているが、近年主流となっている方法が転炉型予備処理方式である。
例えば、非特許文献1には、高炉から出銑された溶銑転炉装入して脱Si及び脱P吹錬を行った後、転炉を傾動させ、転炉内に溶銑を残した状態で生成したスラグ炉口から排滓し、その後脱C吹錬を行う方法が開示されている。
また、他の方法として特許文献1には、高炉から出銑された溶銑を転炉に装入して脱Si吹錬を行った後、転炉を傾動させ、転炉内に溶銑を残した状態で生成したスラグを炉口から排滓し、脱P吹錬を行い、その後転炉から溶銑を一度排出することで脱Pスラグと分離し、この溶銑のみを別の転炉に再度装入して脱C吹錬を行う方法が開示されている。
前者は1基の転炉を、後者は2基以上の転炉を用いた操業方法であるが、両方法ともスラグを炉口から効率的に排滓するため、吹錬中に発生するスラグのフォーミング泡立ち)を利用して、スラグの体積を増加させる点で共通している。

転炉で発生するスラグのフォーミングは、スラグへのガス供給速度よりもスラグのガス散逸速度が下回った場合に発生する。
また、脱Si(及び脱P)吹錬中にフォーミングしたスラグは炉外に排出されるが、その際、炉下に設置したスラグパン排滓鍋)に収容する。このスラグパンへの排滓量を増加させるほど、炉内に残留するSiO2やP2O5を削減でき、生石灰といった新規原料の使用量を低減することが可能となる。
従って、短時間で多量のスラグを炉外に排出することが求められる。ここで、短時間としたのは、スラグのフォーミング高さは吹錬終了後から減少していく傾向にあるため、短時間で排滓することがスラグを最も多量に炉外に排出できると考えられることによる。

しかしながら、スラグパン内でもスラグのフォーミングは継続して発生するため、多量のスラグをスラグパンへ排滓しようとすると、スラグがスラグパンから溢れてしまう問題が生じてしまう。
この対策として、スラグパン内にフォーミングを鎮静させる物質(以下、スラグフォーミング鎮静材フォーミング鎮静材、又は、単に鎮静材という)を投入することで、その問題の解決に取り組んでいる。

スラグのフォーミングの鎮静には、主に気泡の発生鎮静やガスの散逸促進があり、これらのメカニズムを基に、様々な鎮静材が開発された。
例えば、特許文献2には、軽金属炭素質物質及び金属水酸化物及び(又は)水の混合物とを、互いに独立して存在させた鎮静材(スラグ泡立防止剤)が開示されている。
特許文献3には、生ドロマイトを含む鎮静材(フォーミング防止剤)が開示され、この生ドロマイトによる吸熱反応を利用した鎮静方法が開示されている。
そして、特許文献4には、水酸化アルミニウム炭酸カルシウムを構成成分とする鎮静材(フォーミング抑制剤)が開示されている。

概要

スラグフォーミング鎮静材は、水酸化物を50質量%以上含み、吸熱量が1800J/g以上である。スラグフォーミング鎮静方法は、このスラグフォーミング鎮静材を、スラグを排滓する排滓鍋に投入する。転炉吹錬方法は、1基の転炉に装入された溶銑に脱Si吹錬及び脱P吹錬を行って、あるいは、2基以上の転炉のうち少なくとも1基の転炉に装入された溶銑に脱Si吹錬を行って、転炉を傾動させ、この転炉内に溶銑を残した状態で転炉内のスラグを炉口から排滓する際に、前記スラグフォーミング鎮静方法を適用し、排滓後に、転炉内の溶銑に脱C吹錬を行う。

目的

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、脱Si及び脱P吹錬後、あるいは、脱Si吹錬後の炉外へ排滓されたスラグのフォーミングを効率的に鎮静可能なスラグフォーミング鎮静材及びスラグフォーミング鎮静方法並びに転炉吹錬方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

水酸化物を50質量%以上含み、吸熱量が1800J/g以上であることを特徴とするスラグフォーミング鎮静材

請求項2

請求項1記載のスラグフォーミング鎮静材において、密度が1.5g/cm3以上であることを特徴とするスラグフォーミング鎮静材。

請求項3

請求項1又は2記載のスラグフォーミング鎮静材において、更に有機物を20質量%以上50質量%以下含むことを特徴とするスラグフォーミング鎮静材。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載のスラグフォーミング鎮静材を、スラグ排滓する排滓鍋投入することを特徴とするスラグフォーミング鎮静方法。

請求項5

1基の転炉装入された溶銑に脱Si吹錬及び脱P吹錬を行って前記転炉を傾動させ、該転炉内に溶銑を残した状態で該転炉内のスラグを炉口から排滓する際に、請求項4記載のスラグフォーミング鎮静方法を適用し、排滓後に、前記転炉内の溶銑に脱C吹錬を行うことを特徴とする転炉吹錬方法。

請求項6

2基以上の転炉のうち少なくとも1基の前記転炉に装入された溶銑に脱Si吹錬を行って前記転炉を傾動させ、該転炉内に溶銑を残した状態で該転炉内のスラグを炉口から排滓する際に、請求項4記載のスラグフォーミング鎮静方法を適用し、排滓後に、前記転炉内の溶銑に脱P吹錬を行うことを特徴とする転炉吹錬方法。

技術分野

0001

本発明は、フォーミングしたスラグ鎮静材及び鎮静方法並びに転炉吹錬方法に関する。

背景技術

0002

精錬予備処理方法として、現在まで様々な方法が開発されているが、近年主流となっている方法が転炉型予備処理方式である。
例えば、非特許文献1には、高炉から出銑された溶銑転炉装入して脱Si及び脱P吹錬を行った後、転炉を傾動させ、転炉内に溶銑を残した状態で生成したスラグを炉口から排滓し、その後脱C吹錬を行う方法が開示されている。
また、他の方法として特許文献1には、高炉から出銑された溶銑を転炉に装入して脱Si吹錬を行った後、転炉を傾動させ、転炉内に溶銑を残した状態で生成したスラグを炉口から排滓し、脱P吹錬を行い、その後転炉から溶銑を一度排出することで脱Pスラグと分離し、この溶銑のみを別の転炉に再度装入して脱C吹錬を行う方法が開示されている。
前者は1基の転炉を、後者は2基以上の転炉を用いた操業方法であるが、両方法ともスラグを炉口から効率的に排滓するため、吹錬中に発生するスラグのフォーミング(泡立ち)を利用して、スラグの体積を増加させる点で共通している。

0003

転炉で発生するスラグのフォーミングは、スラグへのガス供給速度よりもスラグのガス散逸速度が下回った場合に発生する。
また、脱Si(及び脱P)吹錬中にフォーミングしたスラグは炉外に排出されるが、その際、炉下に設置したスラグパン排滓鍋)に収容する。このスラグパンへの排滓量を増加させるほど、炉内に残留するSiO2やP2O5を削減でき、生石灰といった新規原料の使用量を低減することが可能となる。
従って、短時間で多量のスラグを炉外に排出することが求められる。ここで、短時間としたのは、スラグのフォーミング高さは吹錬終了後から減少していく傾向にあるため、短時間で排滓することがスラグを最も多量に炉外に排出できると考えられることによる。

0004

しかしながら、スラグパン内でもスラグのフォーミングは継続して発生するため、多量のスラグをスラグパンへ排滓しようとすると、スラグがスラグパンから溢れてしまう問題が生じてしまう。
この対策として、スラグパン内にフォーミングを鎮静させる物質(以下、スラグフォーミング鎮静材フォーミング鎮静材、又は、単に鎮静材という)を投入することで、その問題の解決に取り組んでいる。

0005

スラグのフォーミングの鎮静には、主に気泡の発生鎮静やガスの散逸促進があり、これらのメカニズムを基に、様々な鎮静材が開発された。
例えば、特許文献2には、軽金属炭素質物質及び金属水酸化物及び(又は)水の混合物とを、互いに独立して存在させた鎮静材(スラグ泡立防止剤)が開示されている。
特許文献3には、生ドロマイトを含む鎮静材(フォーミング防止剤)が開示され、この生ドロマイトによる吸熱反応を利用した鎮静方法が開示されている。
そして、特許文献4には、水酸化アルミニウム炭酸カルシウムを構成成分とする鎮静材(フォーミング抑制剤)が開示されている。

0006

特開2013−167015号公報
特開昭63−137116号公報
特開2003−213314号公報
特許第6005310号公報

先行技術

0007

小川雄司、矢野正孝、信也、平田浩著、「転炉を用いた脱りん脱炭連続処理プロセスの開発」、鉄と鋼、Vol.87(2001年)No.1、p.21〜28

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、前記したいずれの技術も、フォーミングを劇的に抑えるまでには至っておらず、スラグパン内のフォーミングを完全に鎮静できていないため、中間排滓を連続的に実施できていない。そのため、多量の鎮静材を使用することで、中間排滓を可能な限り連続的に実施しようとしている。

0009

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、脱Si及び脱P吹錬後、あるいは、脱Si吹錬後の炉外へ排滓されたスラグのフォーミングを効率的に鎮静可能なスラグフォーミング鎮静材及びスラグフォーミング鎮静方法並びに転炉吹錬方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
(1)水酸化物を50質量%以上含み、吸熱量が1800J/g以上であることを特徴とするスラグフォーミング鎮静材。

0011

(2)密度が1.5g/cm3以上であることを特徴とする本発明のスラグフォーミング鎮静材。

0012

(3)更に有機物を20質量%以上50質量%以下含むことを特徴とする本発明のスラグフォーミング鎮静材。

0013

(4)本発明のスラグフォーミング鎮静材を、スラグを排滓する排滓鍋に投入することを特徴とするスラグフォーミング鎮静方法。

0014

(5)1基の転炉に装入された溶銑に脱Si吹錬及び脱P吹錬を行って前記転炉を傾動させ、該転炉内に溶銑を残した状態で該転炉内のスラグを炉口から排滓する際に、本発明のスラグフォーミング鎮静方法を適用し、排滓後に、前記転炉内の溶銑に脱C吹錬を行うことを特徴とする転炉吹錬方法。

0015

(6)2基以上の転炉のうち少なくとも1基の前記転炉に装入された溶銑に脱Si吹錬を行って前記転炉を傾動させ、該転炉内に溶銑を残した状態で該転炉内のスラグを炉口から排滓する際に、本発明のスラグフォーミング鎮静方法を適用し、排滓後に、前記転炉内の溶銑に脱P吹錬を行うことを特徴とする転炉吹錬方法。

0016

本発明に係るスラグフォーミング鎮静材は、水酸化物を50質量%以上含み、吸熱量が1800J/g以上であるので、スラグの冷却効果が高められ、従来よりもスラグのフォーミングを鎮静化することができる。
特に、本発明に係るスラグフォーミング鎮静方法及び転炉吹錬方法は、上記した鎮静材を使用するので、転炉の炉口からスラグを排滓する際の排滓鍋内におけるスラグのフォーミングを鎮静化でき、スラグの溢れを起こすことなく多量のスラグを転炉内から排滓できる。

図面の簡単な説明

0017

水分量と鎮静率の関係を示すグラフである。
吸熱量と鎮静率の関係を示すグラフである。

0018

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の一実施の形態に係るスラグフォーミング鎮静材(以下、単に鎮静材ともいう)は、水酸化物を50質量%以上含み、吸熱量が1800J/g以上である。以下、詳しく説明する。

0019

転炉における脱Si及び脱P吹錬では、酸素を溶銑に供給することで、溶銑中のSi及びPを酸化してSiO2及びP2O5とし、スラグへ移行させて除去している。このとき、溶銑中のCは酸素ガスあるいはスラグ中のFeOと反応してCOガスとなり、その一部がスラグに捉えられスラグ内滞留することで、フォーミングが発生する。

0020

スラグが適度にフォーミングした後、このスラグを転炉の下方に設置したスラグパン(排滓鍋の一例)へ炉口から排滓するが、スラグパン内でもフォーミングが発生する。これは、吹錬中の溶銑の一部がスラグ内に粒鉄として懸濁しており、この粒鉄中に含まれるCがスラグパン内で、式(1)の反応によりCO気泡を発生するためである。
C+FeO=CO(g)+Fe ・・・(1)

0021

スラグパン内では、落下してきたスラグの運動エネルギーにより強い撹拌が発生することで、CO気泡が多量に発生し、スラグが激しくフォーミングする。そのため、フォーミングの鎮静効果がある物質をスラグパン内のスラグに投入し、スラグパンからのスラグの溢れを防止する必要がある。

0022

スラグのフォーミングの鎮静方法としては、気泡の発生を鎮静する方法と気泡の散逸を促進する方法とが考えられる。上記した式(1)の反応は吸熱反応であることから、排滓されたスラグを冷却することで気泡の発生鎮静に繋がるため、従来より鎮静方法の一つとしてスラグの冷却が検討されていた。
そこで、この冷却効果に着目し、転炉内の溶銑の脱Si及び脱P吹錬後に炉口から排滓されたスラグを想定した組成及び温度の条件において、スラグの冷却がフォーミング鎮静効果に与える影響を小型炉実験により検証した。なお、フォーミング鎮静を高効率で実施するためには、少量で急激に冷却する物質であることが好ましいと想定されるため、冷却に液体の水を使用した。水は安価で多量に使用できる物質であり、かつ、式(2)に示す分解反応における吸熱によりスラグの冷却が期待できるためである。
H2O(g)=H2(g)+1/2O2(g) ・・・(2)

0023

試験方法は、鉄坩堝内でスラグ100gを1350℃において溶解させ、このスラグに銑鉄を上方より投入した。一定時間後、鉄製の棒をスラグに浸漬させ、スラグの付着高さを測定し、その後水分を添加した。更に、一定時間後(例えば、20〜30秒後)、再び鉄製の棒をスラグに浸漬させて、スラグの付着高さを測定した。
この高さの変化量を鎮静率として、式(3)を使用して算出し、フォーミング鎮静効果を評価した。
(鎮静率)=(H1−H0)/H0×100 ・・・(3)
ここで、H0は水分投入前のスラグ高さ(mm)、H1は水分投入後のスラグ高さ(mm)、である。

0024

投入した水分量と鎮静率の関係を図1示す。
図1に示すように、水分投入量が増加するにつれて鎮静率は増加し、水分投入量0.1g以上で飽和した。これより、適度な水分の投入はスラグ冷却による大幅な鎮静効果を発揮することが分かった。なお、水分投入量が0.3gになると鎮静率は若干低下したが、これは、水分投入量が多くなり過ぎると局所的にスラグ表面融点以下まで冷却されるため、その部分が皮張りしてしまい、スラグ中の気泡の散逸を減少させてしまうためだと推定される。

0025

続いて、水分投入量を水の分解反応の吸熱量におきかえて、図2に吸熱量と鎮静率の関係を示す。
図2に示すように、吸熱量が増加するにつれて鎮静率も増加している。良好な鎮静率を得るためには、1800J/g以上の吸熱量が必要であることが確認できる。吸熱量が4000J/gを超えると鎮静率が若干低下する傾向がみられるため、吸熱量は4000J/g以下であることが好ましい。
なお、今回の結果は、鎮静材として水を用いた実験の結果であるが、後述する水酸化物を含む鎮静材でも、同様な吸熱量の範囲で良好な鎮静効果が得られることを確認している。また、この場合の吸熱量は示差熱分析(DTA)装置を用いて測定した。

0026

ところで、炉口からのスラグの排滓中に過剰に溶銑が混入した場合、液体の水分は溶銑と反応して水蒸気爆発を引き起こす可能性がある。そこで、危険性の抑制や、水の分解反応を利用した吸熱によるスラグの鎮静率向上を期待して、水酸化物の投入を検討した。
水酸化物は、式(4)及び式(5)に示す分解反応が、スラグパン内にて発生する。
X(OH)t(s)=XOt/2(s)+t/2H2O(g) ・・・(4)
t/2H2O(g)=t/2H2(g)+t/4O2(g) ・・・(5)
上記した式(4)及び式(5)はいずれも吸熱反応である。
従って、水酸化物をスラグに投入することで、水蒸気爆発を引き起こす危険性が極めて低位となり、かつ、スラグの冷却による鎮静率の向上が可能となる。

0027

次に、鎮静材の好適な水酸化物の組成範囲について説明する。
鎮静材中に含まれる水酸化物の比率が大きいほど、鎮静材のスラグ冷却効果は大きくなる。この観点から、冷却効果を担保するために50質量%(好ましくは55質量%)を下限とする。
ここで、水酸化物の比率が50質量%未満の場合、鎮静材による冷却効果が低位となりフォーミング鎮静効果が小さくなる。
なお、水酸化物の比率の上限値は特に限定しないが、80質量%を超える場合、鎮静材の単位質量当たりの冷却量が大きくなり、スラグが局所的に固相となって、フォーミング鎮静効果が小さくなる場合があるため、80質量%以下であることが好ましい。

0028

また、鎮静材は、密度が1.5g/cm3以上であることが好ましい。
鎮静材の密度がフォーミングしたスラグの密度(例えば、1.0〜1.5g/cm3)以上でなければ、スラグパン内のスラグ表面のみに鎮静材の効果が発揮されてしまい、フォーミング鎮静効果が減少してしまうおそれがある。
そのため、鎮静材の密度を、フォーミングしたスラグの密度以上、即ち1.5g/cm3以上とすることが好ましい。なお、鎮静材の密度が大きいほど、鎮静材がスラグに沈み込む深さがおおきくなることから、よいと推定されるため、上限については特に限定していないが、鎮静材の構成を考慮すれば、例えば、3g/cm3程度である。

0029

更に鎮静材は、有機物を20質量%以上50質量%以下(好ましくは、下限を25質量%、上限を45質量%)含有することが好ましい。
前記した効果により、スラグの冷却による気泡の発生の鎮静効果でフォーミングを効率的に鎮静できることを見出したが、スラグパン内のスラグ中に残存する、あるいは、一部発生するガスを散逸する効果は期待できない。
そこで、ガスの散逸効果を鎮静材に付与することで、更なる鎮静効果が期待される。
このガスの散逸効果を備える物質としては有機物が好ましい。これは、有機物が炭素分を含有しているためガスの散逸効果が期待され、また、有機物の熱分解反応により吸熱することや、有機物が安価で手に入り易く扱いが容易であること、という利点が挙げられることによる。

0030

上記したように、鎮静材は、水酸化物を50質量%以上(好ましくは80質量%以下)含有していれば、水酸化物と有機物のみで構成することができるが、この有機物と共に、又は、有機物の代わりに、酸化物が含まれてもよい。
ここで、水酸化物としては、Al(OH)3やCa(OH)2がある。
有機物としては、例えば、アクリル樹脂メタクリル樹脂等の樹脂、また、スギ赤松といった木屑(木材)等が挙げられる。
酸化物としては、酸化鉄、SiO2、MgO、Al2O3等がある。
また、炭酸カルシウムは吸熱量が低く、炭酸カルシウムが増えた分水酸化物の含有量が減るため、吸熱量の低下により鎮静効果が落ちる恐れある。そのため、本発明の鎮静材は、炭酸カルシウム(CaCO3)を含まないか、含むとしても、6質量%以下が好ましく、3質量%未満とすることがより好ましい。

0031

なお、鎮静材の粒径は3mm以上20mm以下であることが好ましい。
これは、鎮静材の粒径が3mm未満の場合、粒径が過剰に細かくなり、例えば、鎮静材を供給する投入ホッパー内での吊り発生や、粉塵として舞い上がり作業環境の悪化を招くといった可能性が高まるためである。一方、粒径が20mm超の場合、スラグへ迅速に溶解しにくく、フォーミングの鎮静効果が小さくなり易いためである。

0032

以上に示した鎮静材は、使用にあっては、袋等の容器に入れ、排滓流の落下位置近傍へ投入することがより好ましい。
この位置では、スラグパン内でのスラグの撹拌が最も大きく、鎮静材に含まれる水酸化物をスラグ内部まで到達させることができ、フォーミングを効果的に鎮静し易くなることによる。
なお、いずれの投入方法においても、排滓終了まで投入を継続する必要はなく、スラグパン内でのスラグのフォーミング状況をみて、スラグ溢れが起こらないと予想できる場合は、途中で中断してもよい。

0033

以上に示した鎮静材を用いたスラグフォーミング鎮静方法は、転炉の炉口からスラグパンにスラグを排滓する際に、鎮静材をスラグパン内に投入することで、スラグパン内におけるスラグのフォーミングを鎮静化でき、スラグ溢れを起こすことなく多量のスラグを転炉内から排滓できる方法である。
また、上記したスラグフォーミング鎮静方法は、転炉へ溶銑を装入して吹錬を行い、吹錬を一旦中断して転炉を傾動させ、転炉の炉内に溶銑を残した状態で転炉の下方に設置したスラグパンにスラグを排滓する、転炉吹錬方法に用いることができる。
具体的には、以下の通りである。

0034

1基の転炉に装入された溶銑に脱Si吹錬及び脱P吹錬を行って転炉を傾動させ、この転炉内に溶銑を残した状態で転炉内のスラグを炉口から排滓する際に、上記したスラグフォーミング鎮静方法を適用し(即ち、上記した鎮静材をスラグパン内に投入し)、排滓後に、転炉内の溶銑に脱C吹錬を行う(1基の転炉を用いる転炉吹錬方法:非特許文献1参照)。
また、2基以上の転炉のうち少なくとも1基の転炉に装入された溶銑に脱Si吹錬を行って転炉を傾動させ、この転炉内に溶銑を残した状態で転炉内のスラグを炉口から排滓する際に、上記したスラグフォーミング鎮静方法を適用し(即ち、上記した鎮静材をスラグパン内に投入し)、排滓後に、転炉内の溶銑に脱P吹錬を行う(2基以上の転炉を用いる転炉吹錬方法:特許文献1参照)。

0035

上記した方法は、スラグのフォーミング現象を利用して、炉口からスラグを排滓するという形態は同様であるため、上記したスラグフォーミング鎮静方法を実施することで、その効果を享受することができる。
また、上記した転炉吹錬方法以外においても、ある精錬容器から別の精錬容器へスラグを排滓する段階で、フォーミングの鎮静が必要な場合は、上記したスラグフォーミング鎮静方法(スラグフォーミング鎮静材の排滓先精錬容器への投入)を用いることで、スラグの溢れを鎮静できる。
更に、本発明のスラグフォーミング鎮静材は、転炉内で発生するスラグフォーミングの鎮静材としても使用することができる。

0036

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、前記した1基あるいは2基以上の転炉を用いる転炉吹錬方法において、内容積300m3の転炉へ400トンの溶銑を装入して吹錬を行い、吹錬を一旦中断して転炉を傾動させ、転炉内に溶銑を残した状態で、転炉内のスラグを転炉の下方に設置したスラグパン(内容積:50m3)に2〜4分間排出した。その際、鎮静材を投入シュートからスラグパン内に連続的に投入した。
使用した鎮静材の組成を含む特徴を表1に示す。

0037

0038

ここで、記号A1、A2、B1、B2、C1、C2、C3は、本発明の実施例である。
具体的には、記号A1、A2の鎮静材は、水酸化物にAl(OH)3あるいはCa(OH)2を使用したものであり、有機物は含有されていない。また、記号B1、B2の鎮静材は、水酸化物にCa(OH)2を、有機物に木材及びアクリル樹脂あるいはアクリル樹脂のみを、それぞれ使用したものである。そして、記号C1、C2、C3の鎮静材は、水酸化物にAl(OH)3を、有機物にアクリル樹脂あるいはメタクリル樹脂を、それぞれ使用したものである。
なお、表1中の水酸化物、有機物以外の成分は、酸化鉄、SiO2、MgO、Al2O3等の酸化物である。

0039

一方、記号D1、E1、F1は、比較例である。
具体的には、記号D1、E1の鎮静材は、水酸化物を含有しておらず、生ドロマイトあるいはCaCO3を代替としたものである。また、記号F1の鎮静材は、水酸化物(Ca(OH)2)の含有量が本発明の適正範囲の下限値未満のものである。
なお、記号D1、E1、F1の鎮静材は全て、有機物を含有しており、それぞれアクリル樹脂あるいはメタクリル樹脂を含有している。

0040

各鎮静材の吸熱量は、示差熱分析(DTA)装置を用いて、坩堝白金試料重量:20〜30mg、試料粒度:150μmアンダー昇温速度:10℃/分、最高温度:1450℃、雰囲気:Ar、という実験条件で求めた。

0041

スラグの排滓中は、スラグパン内の様子を目視にて観察した。
このとき、スラグがスラグパンから溢れそうになった場合は、転炉の傾動を一旦停止して排滓を中断し、フォーミングの成長停滞してスラグが溢れなければ、再度転炉を傾動して排滓を再開した。なお、排滓時間には、排滓を中断している時間も含んでおり、この排滓中断時も鎮静材を継続して投入した。

0042

スラグパンを設置する移動台車に取り付けられた秤量機重量変化を測定し、スラグパンに投入した鎮静材の重量を差し引いて、排滓したスラグの重量(wslag)を算出した。
また、排滓前の転炉内のスラグの重量(Wslag)は、以下の方法で算出した。

0043

排滓前の転炉内のスラグの重量Wslag(トン/チャージ)は、リサイクルスラグの重量WR−slag(トン/チャージ)と、溶銑中のSiの酸化により発生するSiO2量WSiO2(トン/チャージ)と、転炉へのCaO投入量WCaO(トン/チャージ)との合計値、即ち、以下に示す式から算出できる。
Wslag=WR−slag+WSiO2+WCaO

0044

ここで、リサイクルスラグとは、前チャージで脱C吹錬を行って、転炉の出鋼孔から溶鋼を出鋼した後に、転炉内に残されたP濃度が低いスラグであり、次チャージの脱Si(及び脱P)で溶銑の脱P精錬使用可能なものである。つまり、リサイクルスラグの重量WR−slagは、前チャージの脱C吹錬後に転炉内に残されたスラグ量であり、脱C吹錬後に転炉の炉口からスラグを排出する際の転炉の傾動角度より算出できる。この転炉の傾動角度とは、転炉の正立時(吹錬中の状態)を基準(0度)として、転炉の軸心を傾けた最終的な角度(傾斜角度)である。

0045

上記したリサイクルスラグの重量WR−slagと転炉の傾動角度との間には、相関関係がある。
具体的には、転炉の傾動角度が大きくなるに伴って、リサイクルスラグの重量WR−slagが少なくなる傾向にある。この関係は、例えば、過去の操業実績に基づいて得ることができる。

0046

また、溶銑中のSiの酸化により発生するSiO2量WSiO2は、予め測定した溶銑予備処理を行う溶銑の分析値を用いて、以下に示す式から算出できる。
WSiO2=(HM)×(HM−Si)×(SiO2分子量)/(Si分子量)
ここで、HMは溶銑量(トン/チャージ)、HM−Siは溶銑中のSi量(質量%)、SiO2分子量は60.1、Si分子量は28.1、である。

0047

そして、転炉へのCaO投入量WCaOは、溶銑予備処理を行う際に転炉内のスラグに添加される副原料量(CaO量)から得ることができる。

0048

上記した方法で算出した、排滓したスラグの重量(wslag)と、排滓前の転炉内のスラグの重量(Wslag)を用い、式(6)の排滓率(%)により、フォーミング鎮静効果の有無を評価した。なお、フォーミングの鎮静効果が優れるほど、フォーミングによる排滓中断が発生しなくなるため、排滓率が高い値となる。
(排滓率)=(wslag)/(Wslag)×100 ・・・(6)
ここで、wslagは排滓したスラグの重量(トン/チャージ)、Wslagは排滓前の転炉内のスラグの重量(トン/チャージ)、である。

0049

なお、排滓率は、スラグパンでのスラグフォーミングの他、転炉の内容積やスラグパンの内容積、溶銑量等の影響を受ける。
このため、1基の転炉を用いる転炉吹錬方法では、表2に結果を示す処理方式で60%以上の排滓率、2基以上の転炉を用いる転炉吹錬方法では、表3に結果を示す処理方式で50%以上の排滓率を、良好な排滓率としている。
なお、排滓中のスラグパンからのスラグ溢出の有無は目視で判定した。

0050

まず、1基の転炉を用いる転炉吹錬方法の結果について、表2を参照しながら説明する。
なお、スラグ組成塩基度(CaO質量%/SiO2質量%)が1.0〜1.3、スラグ中の酸化鉄濃度が20〜30質量%、スラグの温度は1250〜1350℃、であった。

0051

0052

表2に示す実施例1〜7は、前記した表1に記載の実施例の鎮静材を使用した実施例である。
実施例1〜7はいずれも、鎮静材中の水酸化物の含有量と鎮静材の吸熱量(更には、鎮静材中の有機物の含有量や鎮静材の密度)が、本発明の適正範囲内であったため、スラグをスラグパンから溢れさせることなく、速やかに排滓できた。そのため、排滓率も61質量%以上と高位であった。

0053

表2に示す比較例8は、鎮静材を投入しなかった例であり、表2に示す比較例9〜11は、前記した表1に記載の比較例の鎮静材を使用した例である。
比較例8は、鎮静材を投入しなかったため、スラグパンからスラグが溢れ出し、排滓率は28質量%程度にとどまった。
比較例9、10は、水酸化物を含有せず、吸熱量が過小な(比較例9:994J/g、比較例10:947J/g)鎮静材を使用したため、フォーミングの鎮静効果が小さくなった。これにより、排滓を一時中断したため、排滓率は48〜50質量%にとどまった。
比較例11は、水酸化物の含有量が過小な(40質量%)鎮静材を使用したため、比較例9、10と同様の理由により、排滓率は51質量%程度となった。

0054

次に、2基以上の転炉を用いる転炉吹錬方法の結果について、表3を参照しながら説明する。
なお、スラグ組成は塩基度(CaO質量%/SiO2質量%)が0.6〜0.8、スラグ中の酸化鉄濃度が20〜30質量%、スラグの温度は1250〜1350℃、であった。

0055

0056

表3に示す実施例12〜18は、前記した表1に記載の実施例の鎮静材を使用した実施例である。
実施例12〜18はいずれも、鎮静材中の水酸化物の含有量と鎮静材の吸熱量(更には、鎮静材中の有機物の含有量や鎮静材の密度)が、本発明の適正範囲内であったため、スラグをスラグパンから溢れさせることなく、速やかに排滓できた。そのため、排滓率も50質量%以上と高位であった。

0057

表3に示す比較例19は、鎮静材を投入しなかった例であり、表3に示す比較例20〜22は、前記した表1に記載の比較例の鎮静材を使用した例である。
比較例19は、鎮静材を投入しなかったため、スラグパンからスラグが溢れ出し、排滓率は28質量%程度にとどまった。
比較例20、21は、水酸化物を含有せず、吸熱量が過小な(比較例20:994J/g、比較例21:947J/g)鎮静材を使用したため、フォーミングの鎮静効果が小さくなった。これにより、排滓を一時中断したため、排滓率は38〜40質量%にとどまった。
比較例22は、水酸化物の含有量が過小な(40質量%)鎮静材を使用したため、比較例20、21と同様の理由により、排滓率は45質量%程度となった。

0058

以上のことから、本発明のスラグフォーミング鎮静材及びスラグフォーミング鎮静方法並びに転炉吹錬方法により、脱Si及び脱P吹錬後、あるいは、脱Si吹錬後の炉外へ排滓されたスラグのフォーミングを効率的に鎮静できることを確認できた。

実施例

0059

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のスラグフォーミング鎮静材及びスラグフォーミング鎮静方法並びに転炉吹錬方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、スラグフォーミング鎮静材を、スラグを排滓するスラグパンに投入する場合について説明したが、スラグのフォーミングを鎮静させるのであれば、スラグパンに限定されるものではなく、他の排滓鍋に投入することもできる。

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