(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上底吹き型転炉における溶鋼の酸素吹錬において、溶鋼中の炭素濃度が0.5%以下の領域で、下記のICO 値を70以下にして吹錬することを特徴とする転炉吹錬方法。
【数１】
0003697944.tif 000013
但し、Q ：溶鋼１トン当たりの上吹き送酸速度(Nm3/min・ton)、ε：攪拌動力密度(Watt/ton)、L ：上吹きジェットによる溶鋼のへこみ深さ(mm)、Lo：溶鋼の浴深(mm)、Ws：スラグ量(kg/ton)、[C] ：溶鋼中の炭素濃度（重量%)。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼の転炉吹錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脱炭精錬を効率よく進行させる手段として、溶鋼の攪拌を強化することが効果的であることは広く知られている。そのため、現在使用されている転炉のほとんどは、酸素上吹きジェットに加えて、溶鋼の攪拌を目的として底吹き羽口を設置し、酸素、炭化水素、不活性ガス等をこの底吹き羽口から溶鋼に吹き込んでいるのが実状である。
【０００３】
この底吹き操作時の溶鋼攪拌力を評価するために、各種の吹錬指標が提案されている。
【０００４】
例えば、特開昭６０−５０１０８号公報には、特定の式で示される吹錬指標のBOC 値を所定の値にするような総酸素供給速度にして、脱炭精錬をすることにより、スラグ中への鉄損を少なくして耐火物の損耗を抑制し、処理時間を短縮する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法では、吹錬特性の推定精度が低いため、吹錬制御に用いることができない。例えば、転炉吹錬中には、酸素供給用の上吹き条件がランス高さの変更やノズル径の変更で変化する場合があり、吹錬実績では、これらの上吹き条件が変化した場合に、スラグ中の(T.Fe)濃度や溶鋼の酸素活量が変化することが経験的にわかっている。しかし、前記の吹錬指標BOC 値に、これらの上吹き条件の変更を取り込んで計算しても、BOC 値はほとんど変化せず、BOC 値では、これらの上吹き条件の変更を正しく評価できないことが判明し、吹錬制御に適用できないことがわかった。
【０００６】
また、同様に吹錬実績では、転炉吹錬中のスラグ量の大小によりスラグ中の(T.Fe)濃度や溶鋼の酸素活量が変化することが経験的にわかっているが、前記BOC 値はスラグに関し全く考慮していないため、これらの因子を評価することができない。
【０００７】
本発明の目的は、上吹き条件およびスラグ条件を考慮した精度の高い転炉吹錬指標を提案することにより、転炉吹錬制御の精度を高めた転炉吹錬方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者等は、試験を重ね以下の知見を得た。
（Ａ）上底吹き転炉では、鋼浴の攪拌は底吹きガスの攪拌動力εで決まり、このεが小さい場合には、鋼浴内の均一性が悪化し、精錬特性が悪化する。
【０００９】
（Ｂ）低炭素濃度域では脱炭速度は溶鋼側の物質移動速度により支配されている（溶鋼側物質移動律速）ことが知られている。ここでいう低炭素濃度域とは、脱炭反応が酸素供給律速から溶鋼中の炭素移動律速に転換した後の領域で、溶鋼中の炭素濃度が0.5%以下の領域である。
【００１０】
この低炭素濃度域では、液側物質移動係数が吹錬特性を支配することになる。この液側物質移動係数は、乱流強度U'と相関関係があることが知られている。
【００１１】
そこで、実際の転炉の約１／１０の相似形状の上底吹き転炉水モデル装置を用いて火点相当位置での乱流強度U'を調査するため、流速（m/S ）を熱線流速計で測定した。流速出力をアナログ／デジタル変換し、コンピューターにサンプル周期10msで取り込み、統計処理に十分なＮ数である30000 個のデータを各条件毎に採取し、乱流強度U'を以下の式で求めた。ただし、UoはN 個の流速の平均値、U は個々の流速の値である。
【００１２】
【数２】
0003697944.tif 000002
【００１３】
（Ｃ）底吹きの影響を底吹き攪拌動力εで上吹きジェットの影響を浴液体へこみ深さL と浴深Loとの比L/Loで整理すると、火点相当位置の乱流強度U'は、底吹き攪拌動力εの2/3 乗に比例し、上吹きジェットによる浴液体へこみ深さL の指標であるL/Loの4/5 乗に比例することが判明した。
なお、底吹き攪拌動力εは、下記式から求めることができる。
【００１４】
【数３】
0003697944.tif 000003
【００１５】
ただし、QB：浴液体1ton当たりの底吹きガス流量(Nm3/min・ton)、T ：浴液体絶対温度(K) 、ρ：浴液体密度(kg/m3) 、g ：重力加速度(m/s2)、Lo：浴深(mm)、P ：大気圧(Pa)である。
【００１６】
溶鋼のへこみ深さＬの算出式は、転炉吹錬中にマイクロ波を用いてへこみ深さＬ実測して得た下記の経験式で算出できる。
【００１７】
【数４】
0003697944.tif 000004
【００１８】
但し、V ：ノズル断面積当たりの上吹き酸素流量[(Nm3/s)/m2]、d ：ノズル径（ラバールノズルの場合はスロート径）(mm)、h ：上吹き酸素ランス高さ(mm)、L ：溶鋼のへこみ深さ(mm)である。
【００１９】
液側物質移動係数ｋは乱流強度U'の1/2 乗に比例することから、液側物質移動係数ｋは下記の式で表せることになる。
【００２０】
【数５】
0003697944.tif 000005
【００２１】
但し、Ｃは比例定数である。
（Ｄ）次に、溶鋼量2tonの上底吹き型試験転炉を用いて、実際に酸素上吹きして脱炭吹錬を行い、脱炭速度定数αを求めた。実験には上吹き酸素ランスとして、単孔、３孔、４孔、６孔ノズルのランスを用いた。それぞれの吹錬条件から溶鋼のへこみ深さＬを計算し、浴深LoからL/Loを算出した。また、底吹き条件としては、転炉炉底に４本の底吹き単管羽口を用いて所定のガス流量でArを流した。吹錬中に連続して溶鋼およびスラグサンプルを採取した。溶鋼サンプルから炭素濃度を分析し、その経時変化から脱炭速度定数αを次式で求めた。
【００２２】
【数６】
0003697944.tif 000006
【００２３】
液側物質移動係数ｋと脱炭速度定数αは比例関係にあるため、脱炭速度定数αは、ε1/3 ・(L/Lo)2/5 と比例関係にあるはずである。
【００２４】
図１は、溶鋼1ton当たりのスラグ量Ws(kg/ton)をパラメーターとして、ε1/3 ・(L/Lo)2/5 と脱炭速度定数αとの関係をプロットしたグラフである。
【００２５】
同図に示すように、αとε1/3 ・(L/Lo)2/5 との間には非常によい直線性が得られ、スラグ量Ws(kg/ton)によりその傾きが変化することが判明した。
【００２６】
そこで、図１の傾きであるα・ε-1/3・(L/Lo)-2/5を縦軸にとり、スラグ量Wsを横軸にとってプロットした結果を図２に示す。
【００２７】
図２に示すように、α・ε-1/3・(L/Lo)-2/5は、スラグ量Wsの-0.2乗に比例することが判明した。
比例係数をＣとして上記結果を下記式で表すことができる。
【００２８】
【数７】
0003697944.tif 000007
【００２９】
上記式を脱炭速度定数αで整理し、比例係数Ｃを１とすると下記式が得られる。
【００３０】
【数８】
0003697944.tif 000008
【００３１】
（Ｅ）次に、送酸速度Q(Nm3/min・ton)と脱炭速度d[C]/dt(=-α・[C])との比の絶対値はQ/( α・[C])となり、これを下記のようにICO と定義する。
【００３２】
ICO=Q/(α・[C])
このICO の定義式に上記で得られた脱炭速度定数αの等式を代入すると下記式が得られる。
【００３３】
【数９】
0003697944.tif 000009
【００３４】
このICO の意味するところは、ICO の定義式の分子を構成する送酸速度が分母を構成する脱炭速度よりも相対的に大きくなると、すなわちICO の値が大きくなると、吹き込み酸素と溶鋼とが反応し易くなり、酸化鉄生成量が増加し、スラグ中の(T.Fe)濃度が増大するということである。スラグ中の(T.Fe)濃度が増大すると溶鋼歩留が低下し、溶鋼製造コストの悪化要因となり問題となる。
【００３５】
また、ICO 値が大きいほど、鋼浴の攪拌力あるいは上吹きジェットの吹き付け力が増大し、溶鋼のスピッティング量が増加するため、同様に溶鋼歩留が低下する。
【００３６】
そこで、溶鋼中の[C] 濃度が0.5%以下におけるICO 値と溶鋼歩留との関係を250ton転炉および160ton転炉にて調査した。
【００３７】
図３、ICO 値と溶鋼歩留との関係を示すグラフである。
同図に示すように、ICO 値と溶鋼歩留との間に極めてよい相関がみられ、ICO 値が70以下で溶鋼歩留が94% 以上が得られることが判明した。望ましくは、50以下である。
【００３８】
ICO 値が70を超えると、供給酸素が溶鋼を酸化することにより、溶鋼中の鉄がFeO となりスラグ中へ吸収されるために溶鋼歩留が低下する。
【００３９】
また、ICO 値が大きいほど、鋼浴の攪拌力が増大すると、鋼浴を構成する耐火物の損耗が激しくなるおそれがあり、[C]<0.5%におけるICO 値と耐火物損耗指数との関係を250ton転炉および160ton転炉にて同様に調査した。
【００４０】
図４は、ICO 値と耐火物損耗指数との関係を示すグラフである。
【００４１】
なお、耐火物損耗指数とは、ICO 値が７０のときの耐火物損耗量（ｍｍ）を１としたときの指数の値である。
【００４２】
同図に示すように、ICO 値と耐火物損耗指数との間に極めてよい相関がみられ、ICO 値が70以下で耐火物損耗指数が１以下が得られることが判明した。望ましくは、50以下である。ICO 値が70を超えると、鋼浴の攪拌力が必要以上に増大し、耐火物損耗指数が増加する。また、スラグ中の(T.Fe)濃度も増加し、転炉側壁のスラグラインの損耗が激しくなり、耐火物損耗指数が増加する一因となる。
【００４３】
以上から、溶鋼歩留を高位に維持し、耐火物損耗指数を低く維持するためには[C] が0.5%の低炭素領域においてICO 値を70以下に維持することが必要である。
【００４４】
以上の知見に基づいて本発明を完成できた。
ここに本発明の要旨は、上底吹き型転炉における溶鋼の酸素吹錬において、溶鋼中の炭素濃度が溶鋼中の[C] 濃度が0.5%以下の領域で、下記のICO 値を70以下にして吹錬することを特徴とする転炉吹錬方法である。
【００４５】
【数１０】
0003697944.tif 000010
【００４６】
但し、Q ：溶鋼１トン当たりの上吹き送酸速度(Nm3/min・ton)、ε：攪拌動力密度(Watt/ton)、L ：上吹きジェットによる溶鋼のへこみ深さ(mm)、Lo：溶鋼の浴深(mm)、Ws：スラグ量(kg/ton)、[C] ：溶鋼中の炭素濃度（重量%)。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明法のICO 値を管理する操業は、高炉から運搬された溶銑をそのまま、あるいは脱硅、脱りん、脱硫などの溶銑処理を行った後、転炉に装入し吹錬を行う際に適用する。より具体的には、溶銑装入後、転炉炉口上部から転炉吹錬用ランスを転炉内に降下させ、酸素吹酸を行い、炉底部に設けた羽口より攪拌用のガスを吹き込む際の各操業条件を、溶鋼中の[C] 濃度が0.5%以下の領域で、ICO 値が70以下になるように操業管理を行う。
【００４８】
ICO 値を70以下にして吹錬することにより、転炉吹錬の制御精度を高め、スラグ中の(T.Fe)を低減することによりスラグへの溶鋼ロスによる溶鋼歩留低下を抑制できる。望ましいICO の値は50以下である。
【００４９】
【実施例】
表１に示す代表成分の溶銑250ton（温度1200〜1300℃）を転炉に装入し、酸素ガスを各種上吹きランス（48mmφｘ６孔、傾斜角10度）から溶鋼に上吹き吹錬した。
【００５０】
【表１】
0003697944.tif 000011
【００５１】
上吹き吹錬の際に、転炉炉底に設けた4 本の羽口（ステンレス製単管）から吹錬中にArガスを流して、溶鋼中の[C] 濃度が0.05% になるまで吹錬した。吹錬初期の吹錬条件は上吹き酸素流量1000Nm3/min、底吹きAr流量15Nm3/min(0.06Nm3/min・ton)、ランス高さ2990mmとした。スラグ発生量は60kg/ton、転炉吹錬時の鋼浴深さは2.0mであった。
【００５２】
上記条件でQ ：4.0Nm3/min・ton 、ε：258Watt/ton、L/Lo：0.157、Ws：60
となり、ICO 値は定義式より、ICO ：1.3/[C] で表せる。このまま、吹錬終点の溶鋼中の[C] 濃度を0.05% まで吹錬すると、ICO 値は最終的に26となると予想できる。そこで、溶鋼中の[C] 濃度が0.4%の時点で上底吹き条件を変更し、溶鋼中の[C] 濃度が0.05% になるまで吹錬した。
【００５３】
表２は、溶鋼中の[C] 濃度が0.4%の時点で上底吹き条件を変更し、溶鋼中の[C] 濃度が0.05% まで吹錬したときのICO 値と溶鋼歩留、耐火物溶損指数とを示す。
【００５４】
【表２】
0003697944.tif 000012
【００５５】
表２に示すように、ICO 値が70以下の値であれば、溶鋼歩留を95% 以上に、耐火物溶損指数を１未満にすることができた。
【００５６】
【発明の効果】
本発明により、上吹き条件およびスラグ条件を考慮した精度の高い転炉吹錬方法が可能となる。
【００５７】
より具体的には、転炉吹錬の制御精度を高め、スラグ中の(T.Fe)を低減することによりスラグへの溶鋼ロスによる溶鋼歩留低下を抑制できる。また、脱酸剤使用量の削減、吹錬時間の短縮により、生産性向上および耐火物損耗の防止が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶鋼1ton当たりのスラグ量Ws(kg/ton)をパラメーターとして、ε1/3 ・(L/Lo)2/5 と脱炭速度定数αとの関係をプロットしたグラフである。
【図２】図１の傾きであるα・ε-1/3・(L/Lo)-2/5を縦軸にとり、スラグ量を横軸にとってプロットしたグラフである。
【図３】  ICO 値と溶鋼歩留との関係を示すグラフである。
【図４】  ICO 値と耐火物損耗指数との関係を示すグラフである。
【図１】
0003697944.tif 000014
【図２】
0003697944.tif 000015
【図３】
0003697944.tif 000016
【図４】
0003697944.tif 000017