(57)【要約】    【課題】本発明は、冷鉄源比率を従来より高くしても、転炉の内張り耐火物の溶損が少なく、炉体寿命を延長できる転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材及転炉製鋼法を提供することを目的としている。【解決手段】ＭｇＯ−Ｃ系耐火物を内張りした転炉で、冷鉄源比率を装入鉄源中の１０質量％以上として、酸素吹錬で溶鋼を溶製する技術の改良を行った。それは、粒径３ｍｍ以下のＭｇＯ含有物質を６０質量％以上、バインダーとしてのタール・ピッチを２０〜４０質量％含有し、かつ形状をブリケット状に成型加工してなる転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材を使用するものである。この場合、前記ＭｇＯ含有物質が軽焼マグネシア、軽焼ドロマイト及び炭酸マグネシウムから選ばれた１種又は２種以上であるのが好ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径３ｍｍ以下のＭｇＯ含有物質を６０質量％以上、バインダーとしてのタール・ピッチを２０〜４０質量％含有し、かつ形状をブリケット状に成型加工してなることを特徴とする転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材。
【請求項２】
前記ＭｇＯ含有物質が軽焼マグネシア、軽焼ドロマイト及び炭酸マグネシウムから選ばれた１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材。
【請求項３】
ＭｇＯ−Ｃ系耐火物を内張りした転炉において、冷鉄源比率を装入鉄源中の１０質量％以上として、酸素吹錬で溶鋼を溶製するに際して、
前記酸素吹錬の開始から２分経過するまでに、請求項１又は２記載の転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材を該転炉内に投入することを特徴とする転炉製鋼法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材及び転炉製鋼法に係わり、特に、冷鉄源の配合比率を従来より高めた溶銑を転炉精錬して溶鋼を溶製するに際し、高歩留りで炉内に投入され、形成されるスラグのＭｇＯ濃度を適切に調整し、転炉に内張りされた耐火物の溶損を減らし、炉体の寿命延長に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶鋼を溶製するには、高炉で得た溶銑に脱珪、脱燐及び脱硫等の所謂「溶銑予備処理」を施してから、該溶銑を転炉に装入し、適切な精錬剤を加えて酸素吹錬し、脱炭を主とした精錬反応を起こさせることで行われる。その際に用いられる転炉は、製錬中に形成されるスラグが塩基性を呈することから、マグネシア（記号：ＭｇＯ）−炭素（記号：Ｃ）系等の塩基性耐火物で内張りされたものが使用される。それにもかかわらず、該内張りは、高温のスラグによって化学的侵食を受けて損耗するという問題を抱えていた。
【０００３】
そこで、スラグによる耐火物侵食を防止して転炉の寿命を延長するため、ＭｇＯを含有するドロマイトあるいは軽焼ドロマイトを投入したり、これらに代えて、転炉解体時に発生するＭｇＯレンガ屑を２０ｍｍ以下に破砕したものを用いることも行われていた（特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、この特許文献１記載の方法では、破砕時に５ｍｍ以下のレンガ屑が大量に発生し、レンガ屑の有効利用の点で問題があった。また、強度が弱く、ハンドリングに難があり、バンカーでの詰まりや集塵による歩留りの低下という問題もあった。
【０００５】
これらの問題を解決するため、ＭｇＯを主成分とする使用済み耐火物を５ｍｍ以下に粉砕し（７０〜８５質量％）、バインダー及び水を添加・混練しブリケット状に成型して強化したものを吹錬開始直後の炉内に投入、溶解し、形成されるスラグのＭｇＯ濃度を溶解飽和濃度に近いほぼ６質量％に調整する技術が提案された（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、投入時期については記載されていないが、粉粒状のＭｇＯにＣａＯ及びアルカリ金属、蛍石、アルミナ、珪石等の融剤を加えてブリケット化し、溶解の促進を図った精錬剤を利用することも開示されている（特許文献３参照）。
【０００７】
その結果、これらのブリケットの利用で、上記ハンドリング等の問題は解決したばかりでなく、スラグへの溶解性も増し、転炉の内張り耐火物の溶損が減り、円滑な操業が行えるようになった。
【０００８】
ところが、地球温暖化の予防が強く叫ばれるようになった最近の環境事情から、製鉄業においては、転炉へ装入する鉄源（以下、装入鉄源という）としての溶銑の配合比率を低下させ、ＣＯ２の大気放出量を削減するようになった。つまり、装入鉄源から炭素含有量が４〜５質量％と多い溶銑を減らす代わりに、溶銑に比べて炭素含有量がかなり少ない冷鉄源としての鋼スクラップ（炭素含有量は通常０．５質量％より低い）の配合比率（以下、冷鉄源比率という）を高めるように操業するのである。ちなみに、冷鉄源比率が５質量％程度であった従来の操業に対して、最近では、それを１０質量％以上にすることが望まれている。
【０００９】
そこで、本出願人は、冷鉄源比率を１０質量％以上にした溶銑で行うようにしたところ、転炉の内張り耐火物の溶損が大きくなるという問題が起きた。炉体寿命で評価するならば、冷鉄源比率の変更前は炉体寿命が２０００ヒートであったものが、１８００ヒートと減少してしまった。つまり、冷鉄源比率を高めると、転炉の炉体寿命が低下するという新しい問題が発生したので、内張り耐火物の溶損を以前の状態に戻すことが要望されているのである。
【００１０】
なお、上記した炉体寿命とは、転炉の内張りワーク・レンガを張り替えて操業を始めてから、該ワーク・レンガが溶損し、一部で永久レンガが露出し、それ以降に操業を継続すると鉄皮の溶損をきたす恐れがあるため、溶損した内張りワーク・レンガを張り替えるまでの操業期間をいう。
【特許文献１】特開平６−１１６６１７号公報
【特許文献２】特開平１０−３１７０４０号公報
【特許文献３】特開平６−３３１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑み、冷鉄源比率を従来より高くしても、転炉の内張り耐火物の溶損が少なく、炉体寿命を延長できる転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材及転炉製鋼法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。すなわち、本発明は、粒径３ｍｍ以下のＭｇＯ含有物質を６０質量％以上、バインダーとしてのタール・ピッチを２０〜４０質量％含有し、かつ形状をブリケット状に成型加工してなることを特徴とする転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材である。この場合、前記ＭｇＯ含有物質が軽焼マグネシア、軽焼ドロマイト及び炭酸マグネシウムから選ばれた１種又は２種以上であるのが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物を内張りした転炉において、冷鉄源比率を装入鉄源中の１０質量％以上として、酸素吹錬で溶鋼を溶製するに際して、前記酸素吹錬の開始から２分経過するまでに、前記の転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材を該転炉内に投入することを特徴とする転炉製鋼法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、強度が大きく、かつスラグへの溶解性に優れた転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材を開発した。その結果、ハンドリング時の粉砕問題を発生せずに、冷鉄源比率が装入鉄源中の１０質量以上に高まっても、転炉の内張り耐火物の溶損が少なく、炉体寿命の長い転炉製鋼ができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。
【００１６】
まず、発明者は、高炉から出銑した溶銑に、冷鉄源である鋼スクラップを１５質量％配合したものを装入鉄源として、上吹き転炉で炭素濃度０．０６質量％の溶鋼を酸素吹錬で溶製した。この場合、上吹き転炉の内張りは、マグネシア（記号：ＭｇＯ）−炭素（記号：Ｃ）系レンガである。そして、操業に際しては、内張り耐火物の溶損を防止するための従来技術として、特許文献１に記載されたような「ＭｇＯレンガ屑を２０ｍｍ以下に破砕したもの」（以下、Ａ材という）及び特許文献２に記載されたような「ＭｇＯを主成分とする使用済み耐火物を５ｍｍ以下に粉砕し（７０〜８５質量％）、バインダー及び水を添加・混練しブリケット状に成型して強化したもの」（以下、Ｂ材という）をそれぞれ別個に酸素吹錬開始直後の炉内に投入して、炉内で形成されるスラグのＭｇＯ濃度をほぼ６質量％に調整するようにした。スラグのＭｇＯ濃度をほぼ６質量％にすると、耐火物の溶損がへることはすでに周知だからである。
【００１７】
そして、出鋼後の空になった炉体内壁を観察したところ、いずれの場合も内張り耐火物の溶損が見出され、その程度は、Ｂ材の使用時の方がＡ材の使用時に比べ大きいことがわかった。この原因を推定するに、冷鉄源比率の増大で、装入鉄源の炭素含有量が大幅に低下し、酸素吹錬の開始当初の炭素の燃焼熱が不足するため、鋼スクラップの溶解遅れやスラグの昇温速度の遅れが生じるためと考えられる。特に、Ｂ材は、粒度の大きいものが多いので、Ａ材の使用時より結果が好ましくなかったのである。
【００１８】
そこで、発明者は、冷鉄源比率を従来より増大させた転炉製鋼を行うには、かかるＢ材やＡ材よりもスラグへの溶解性を一層良くする転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材が必要と考え、その実現性を検討することにした。まず、ＭｇＯ含有物質の粒度を５ｍｍ以下、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下と５段階にわたり変更し、混練するバインダーのタール・ピッチの量も同様に数段階に変更すると共に、これら物質の配合量をも種々変更して多種のブリケットを試作した。なお、ブリケット化は、既存のブリケット・マシンを利用し、加圧力を１２０ＭＰａとして行った。ブリケットの形状はマセック形で、そのサイズは４０ｍｍ×４０ｍｍである。そして、これらのブリケット試料を１６００℃に保持した製鋼スラグ中に投入し、酸素を吹き付けつつ溶解するまでの時間を求める溶解実験を行った。
【００１９】
その結果、３ｍｍ以下にＭｇＯ源を粉砕し、その粉末にバインダーとしてのタール・ピッチを２０〜４０質量％含有させたものが、Ｂ材の場合よりも、溶解時間が平均して約４０％短いことを知見した。２ｍｍ以下、１ｍｍ以下でタール・ピッチを２０〜４０質量％含有させたものも同様に溶解性は良かったが、粉砕の作業性を配慮すると３ｍｍ以下で十分であると判断したのである。なお、ブリケット中のＭｇＯ含有物質の含有量は、６０質量％以上とした。その理由は、６０質量％未満であると、成形後のブリケットの強度が不十分で、輸送中やホッパー等の貯蔵設備内での粉化が著しくなるからである。
【００２０】
このように、ＭｇＯ源の粒度を３ｍｍ以下とＢ材よりも小さくし、かつバインダーとしてのタール・ピッチの配合量を２０〜４０質量％とすると共に、水を使用せずに混練すると、熱的に溶解に対して有利となることが明らかであり、発明者は、このブリケットを本発明に係る転炉スラグのＭｇＯ濃度調整材とすることにした。
【００２１】
ＭｇＯ含有物質は、ＭｇＯ含有量が多いほど、少ない投入量でスラグ中のＭｇＯ濃度を高めるのに有利であり、とりわけＭｇＯ含有量が４０質量％以上の物質が好ましい。このような物質として具体的には、軽焼マグネシア（ＭｇＯ含有量：９０質量％以上）、軽焼ドロマイト（ＭｇＯ含有量：４０質量％以上）、炭酸マグネシウム（ＭｇＯ含有量：４５質量％以上）、ＭｇＯ―Ｃ耐火物屑（ＭｇＯ含有量：７０質量％以上）などが工業的に入手し易い。ただし、ＭｇＯ―Ｃ系耐火物屑は、Ｃを含有しているためスラグに対する濡れ性が悪く、スラグへの速やかな溶解が妨げられる場合があるので、軽焼マグネシア、軽焼くドロマイト、炭酸マグネシウムの使用が推奨される。炭酸マグネシウムは、炉内に投入されるとＭｇＯとＣＯ２とに分解する過程で吸熱するため、スラグの温度を低下する恐れがあるが、一方分解の過程で爆裂して細かく分散してスラグとの接触界面積が増大して溶解が促進される面もあり、総体的には、軽焼マグネシア、軽焼ドロマイトに遜色ない溶解性が期待できる。
【００２２】
また、ブリケットのサイズも特に限定しないが、例えば、上記した４０ｍｍ×４０ｍｍの前後の大きさが溶解性やハンドリング時の破壊防止に対する強度の観点で好ましいことがわかった。
【００２３】
引き続き、この本発明に係るブリケットを、上記した冷鉄源である鋼スクラップを１５質量％配合したものを装入鉄源として、上吹き転炉で炭素濃度０．０６質量％の溶鋼を酸素吹錬で溶製する操業に試用した。つまり、酸素吹錬の開始から２分経過するまでに、本発明に係るブリケットを該転炉内に投入したのである。その結果、操業後の炉内観察では、内張り耐火物の溶損が見られず、好ましい操業であることが確認された。そこで、本出願人は、このような操業方法も本発明に加えることにした。
【００２４】
なお、本発明の転炉製鋼法における冷鉄源比率を装入鉄源（すなわち、溶銑と冷鉄源の合計）の１０質量％以上とするのは、そのような条件の操業において、本発明の転炉スラグのＭｇＯ濃度調整剤を使用することによる、転炉の内張り耐火物の溶損防止効果が顕著となるからである。冷鉄源比率の上限は、特にフェロシリコンや炭材などの昇熱材を使用しない通常の転炉精錬で出鋼時の目標溶鋼温度を達成するためには熱バランスから自ずと定まるものであり、特に規定しないが、およそ２０質量％が熱バランス上の限界と考えられる。
【実施例】
【００２５】
３ｍｍ以下に粉砕した軽焼マグネシア（ＭｇＯ含有量：９７．３質量％）、ＭｇＯ含有物質４０質量％及び炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）４０質量％に、バインダーとしてのタール・ピッチを２０質量％配合して混練し、ブリケット・マシンでサイズが４０ｍｍ×４０ｍｍのマセック形のブリケットに成型加工した。
【００２６】
このブリケットを、上吹き転炉で鋼スクラップを１４質量％配合した溶銑を装入鉄源として酸素吹錬し、炭素濃度０．０８質量％の溶鋼を溶製する操業に試用した。つまり、２０００ｋｇのブリケットを酸素吹錬前に５０質量％、吹錬開始から２分経過するまでに５０質量％炉内に投入し、酸素吹錬を行った。吹錬中の投入でも炉口からの噴き出しもなく、円滑に投入できたので、同一転炉でこの方法を採用する操業を多数チャージ継続して行った。なお、各チャージでの溶鋼の出鋼時温度は、１６２０〜１６４０℃である。
【００２７】
そして、その結果を前記転炉の炉体寿命で評価したところ、従来のブリケットの使用では１８００チャージで炉体の補修が必要であったものが、２０００チャージを超えてもまだ同一炉で操業の継続が可能と判断された。