(57)【要約】【課題】  転炉での溶銑の脱炭精錬において、磁選屑の使用量を制限しなくても、また、生石灰などの造滓剤の使用量を増やさなくても、溶鋼中の燐濃度及び硫黄濃度の上昇を起こすことなく、スラグから回収した磁選屑を冷却材として使用する。【解決手段】  溶銑の予備処理工程から溶鋼の鋳造工程までの工程で発生するスラグを溶銑系スラグと溶鋼系スラグとに分別して回収し、回収した溶鋼系スラグを破砕し、破砕後に磁力選別して回収した磁選屑を、転炉での溶銑の脱炭精錬における冷却材として投入添加する。その際に、脱炭精錬の中期から末期における冷却材として使用する、及び、磁選屑の直径を５〜７０ｍｍとすることが好ましい。【選択図】            図１
2006274329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑の予備処理工程から溶鋼の鋳造工程までの工程で発生するスラグを溶銑系スラグと溶鋼系スラグとに分別して回収し、回収した溶鋼系スラグを破砕し、破砕後に磁力選別して回収した磁選屑を、転炉での溶銑の脱炭精錬における冷却材として投入添加することを特徴とする、溶銑の脱炭精錬方法。
【請求項２】
前記脱炭精錬の中期から末期における冷却材として使用することを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱炭精錬方法。
【請求項３】
前記磁選屑は、直径が５〜７０ｍｍであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶銑の脱炭精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉における溶銑の脱炭精錬方法に関し、詳しくは、スラグから回収した磁選屑を冷却材として利用した、溶銑の脱炭精錬方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶銑を脱炭精錬して溶鋼を溶製する、転炉における溶銑の脱炭精錬では、主原料を溶銑と鉄スクラップとし、この溶銑の有する顕熱と、溶銑中に含まれる炭素や珪素の酸化による発熱とを熱源として、次工程の要求する溶鋼温度を確保している。そして、主原料中の溶銑の比率（「溶銑配合率」という）を、生産量の変動や鉄スクラップ価格の変動などから常時最適条件となるように変動させている。また、この脱炭精錬では、主原料の他に副原料として、生石灰、ドロマイト、蛍石などの造滓材と、鉄鉱石、ミルスケール、製鉄ダストなどの精錬終了時点の溶鋼温度調整用の冷却材と、更に、成分調整用の合金鉄と、を使用している。溶銑配合率によって溶鋼温度のおおよその値は決定されるが、冷却材を使用することにより、精度の良い温度調整が可能となる。
【０００３】
ところで、最近、溶銑から溶鋼を溶製する際、溶銑を転炉で脱炭精錬する前に、溶銑段階で脱硫処理及び脱燐処理を予め実施（これらを「溶銑予備処理」という）し、この溶銑を転炉で脱炭精錬して溶鋼を溶製する方法が主流となってきている。また、脱燐処理を効率的に行うために脱燐処理に先立って溶銑の脱珪処理を行う場合もある。この脱珪処理も溶銑予備処理の１つである。
【０００４】
この脱硫処理、脱燐処理及び脱珪処理を施した後には、それぞれ除去対象成分（硫黄、燐、珪素）を濃縮したスラグが発生する。前工程の除去対象成分が、後工程において溶銑へピックアップすることを防止するために、前工程の終了後には生成したスラグは溶銑を収容した処理容器から除去される。スラグの除去方法には、掻き出し機（「スラグドラッガー」とも呼ぶ）を用いて掻き出す方法、或いはスラグを真空吸引する方法などがあるが、何れの方法であってもスラグのみを排出することは困難であり、排出されたスラグには１０〜３０質量％程度の地金分が混入する。また、当然ながら、転炉での脱炭精錬終了後にも地金を混入したスラグが発生する。また更に、転炉から出鋼された溶鋼を受鋼した取鍋からも地金を混入したスラグが発生する。
【０００５】
そのため、これらのスラグは冷却後に破砕され、破砕されたスラグを磁力選別することで地金が回収されている。このようにして回収した地金を「磁選屑」と称している。但し、破砕し且つ磁力選別したとはいえども、スラグと地金とが完全に分離されることはなく、回収される磁選屑には、３０〜８０質量％のスラグが付着している。
【０００６】
回収した磁選屑は、鉄源として再溶解されてリサイクル使用される。例えば、特許文献１には、転炉における溶銑の脱炭精錬時の冷却材として磁選屑を使用することが開示されており、また特許文献２には、溶銑の脱燐処理または溶銑の脱炭精錬で発生したスラグから回収した磁選屑を、転炉型精錬容器における溶銑の脱燐処理で再溶解して利用する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１４０２２３号公報
【特許文献２】特開平１０−２４５６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁選屑には、処理工程に応じて、それぞれ除去対象成分を濃縮したスラグが付着する。つまり、溶銑の脱硫処理で生成するスラグから回収した磁選屑の付着スラグの硫黄含有量は高く、同様に、溶銑の脱燐処理で生成するスラグから回収した磁選屑に付着するスラグの燐含有量は高くなる。
【０００８】
従って、回収した磁選屑を転炉での溶銑の脱炭精錬における冷却材として使用すると、磁選屑に付着したスラグに起因して、脱炭精錬後の溶鋼中の燐濃度または硫黄濃度が上昇する。これを防止するには、脱炭精錬において生石灰などの造滓剤の使用量を増やす必要があり、製造コストの上昇をもたらす。脱炭精錬後の溶鋼中の燐、硫黄が上昇しない程度だけ使用すれば問題はないが、その場合には発生する地金を消費することができない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、転炉での溶銑の脱炭精錬において、磁選屑の使用量を制限しなくても、また、生石灰などの造滓剤の使用量を増やさなくても、溶鋼中の燐濃度及び硫黄濃度の上昇を起こすことなく、磁選屑を冷却材として使用することのできる、溶銑の脱炭精錬方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための第１の発明に係る溶銑の脱炭精錬方法は、溶銑の予備処理工程から溶鋼の鋳造工程までの工程で発生するスラグを溶銑系スラグと溶鋼系スラグとに分別して回収し、回収した溶鋼系スラグを破砕し、破砕後に磁力選別して回収した磁選屑を、転炉での溶銑の脱炭精錬における冷却材として投入添加することを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明に係る溶銑の脱炭精錬方法は、第１の発明において、前記脱炭精錬の中期から末期における冷却材として使用することを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明に係る溶銑の脱炭精錬方法は、第１または第２の発明において、前記磁選屑は、直径が５〜７０ｍｍであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、溶銑の脱硫処理及び脱燐処理などで発生する溶銑系スラグと、溶銑の転炉脱炭精錬及び溶鋼を収容した取鍋などから発生する溶鋼スラグとに分別して回収し、このようにして回収した溶鋼スラグから回収される磁選屑を脱炭精錬における冷却材として使用するので、磁選屑に付着するスラグからの溶鋼への燐及び硫黄のピックアップを防止することができる。また、冷却材として一般的に使用される鉄鉱石などの酸化鉄と異なり、磁選屑は酸化鉄を含有していないので、顕熱及び潜熱のみから温度降下量を予測することができ、溶銑及び溶鋼の温度調整が容易となる。また更に、密度が大きいことから溶融スラグ中に埋没し、溶銑或いは溶鋼の温度変化が迅速に現われ、温度調整の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１５】
本発明では、高炉などで製造された溶銑の転炉における脱炭精錬において、溶鋼系スラグから回収した磁選屑を冷却材として精錬中に転炉炉口から転炉内に投入して使用する。使用する転炉は、上吹き転炉、底吹き転炉、上底吹き転炉など、どのような型式であっても構わない。脱炭精錬に使用する溶銑は、脱燐処理や脱硫処理などの溶銑予備処理が施されていても、また、溶銑予備処理が施されていなくても、どちらであってもよい。但し、脱炭精錬では、溶製される溶鋼の燐含有量を所望する範囲に調整するために、使用する溶銑の燐レベルに応じて、生石灰などの造滓材の添加量は変更する必要がある。
【００１６】
高炉などで製造された溶銑をトーピードカーや取鍋型の溶銑鍋で受銑した以降、この溶銑に転炉において脱炭精錬を施して溶鋼を溶製し、更に、この溶鋼を連続鋳造機で連続鋳造するまでの溶銑・溶鋼の処理工程においては種々のスラグが発生する。具体的には、溶銑予備処理の脱珪処理により発生するスラグ、溶銑予備処理の脱燐処理により発生するスラグ、溶銑予備処理の脱硫処理により発生するスラグ、溶銑の転炉脱炭精錬により発生するスラグ、転炉で溶製された溶鋼を受鋼した取鍋から発生するスラグ、連続鋳造機のタンディッシュから発生するスラグなどが挙げられる。尚、高炉から出銑される溶銑の化学成分組成は、炭素が４〜５質量％、珪素が０．２〜０．５質量％、燐が０．９〜０．１４質量％、硫黄が０．０３〜０．０５質量％程度であり、鋼の材質特性上からみて不純物元素である燐及び硫黄の含有量が高い。
【００１７】
本発明においては、これらのスラグを溶銑系スラグと溶鋼系スラグの２つに大別する。溶銑系スラグとは、溶銑予備処理の脱珪処理により発生するスラグ（「脱珪スラグ」と呼ぶ）、溶銑予備処理の脱燐処理により発生するスラグ（「脱燐スラグ」と呼ぶ）、及び溶銑予備処理の脱硫処理により発生するスラグ（「脱硫スラグ」と呼ぶ）であり、脱珪スラグは珪素含有量が高く、脱燐スラグは燐含有量が高く、脱硫スラグは硫黄含有量が高いという特徴を有する。また、スラグに混入する地金自体も、燐または硫黄の含有量が高いという特徴がある。例えば、脱珪スラグに混入する地金は燐及び硫黄が高く、脱燐スラグ及び脱硫スラグでは、処理工程の順序に応じて何れかのスラグに混入する地金の燐または硫黄が高くなる。
【００１８】
一方、溶鋼系スラグとは、溶銑の転炉脱炭精錬により発生するスラグ（「転炉脱炭スラグ」と呼ぶ）、転炉で溶製された溶鋼を受鋼した取鍋から発生するスラグ（「取鍋スラグ」と呼ぶ）、連続鋳造機のタンディッシュから発生するスラグ（「タンディッシュスラグ」と呼ぶ）であり、これらのスラグの燐含有量及び硫黄含有量は、溶銑系スラグに比べて十分に低い。
【００１９】
つまり、溶銑の転炉脱炭精錬の前には、脱燐処理及び脱硫処理が施されているので、転炉脱炭スラグの燐含有量及び硫黄含有量は低くなる。仮に、転炉脱炭精錬の前に脱燐処理及び脱硫処理が施されていない場合にも、使用する溶銑の燐含有量に応じて、転炉脱炭精錬では脱燐及び脱硫のために多量の石灰系造滓材を使用する必要があり、結局、スラグ中の燐及び硫黄は希釈され、転炉脱炭スラグの燐及び硫黄の含有量は低くなる。
【００２０】
取鍋スラグは、溶鋼を転炉から取鍋に出湯する際に溶鋼に混じって流出した転炉脱炭スラグを主体とするスラグであり、また、このスラグに、ＣａＯ／Ａｌ2 Ｏ3 の調整のために生石灰と、酸素ポテンシャル調整のための金属アルミニウムとが添加されたスラグもある。何れの取鍋スラグも、燐及び硫黄の含有量は低い。取鍋スラグでは、金属アルミニウムはＡｌ2Ｏ3 の形態になっている。
【００２１】
タンディッシュスラグは、鋳造末期に溶鋼に混じって取鍋スラグがタンディッシュに流出したもの、或いは、タンディッシュ内溶鋼の保温のためにタンディッシュに投入した合成フラックスを主体とするものであり、何れのタンディッシュスラグも燐及び硫黄の含有量は低い。また、転炉脱炭スラグ、取鍋スラグ及びタンディッシュスラグに混入する地金は、脱燐、脱硫、脱炭の各精錬が施されたものであり、燐及び硫黄の含有量は低い。
【００２２】
本発明では、これらの溶鋼スラグを冷却水などによって冷却し、冷却された溶鋼系スラグを回収して破砕・分級し、その後、磁力選別して、溶銑の脱炭精錬で冷却材として使用する磁選屑を回収する。磁選屑には、付着スラグ分として３０〜８０質量％のスラグ分が含まれている。この磁選屑を再度破砕・分級し、その後再度磁力選別し、鉄分の含有量を高めた磁選屑であればより望ましい。
【００２３】
冷却材として使用する磁選屑のサイズは、５〜７０ｍｍとすることが好ましい。５ｍｍ未満であると、転炉炉口からの投入時、大量に発生する排ガスとともに排気ダクトに流されて、添加歩留まりが低下する。一方、上限の７０ｍｍは副原料投入設備の設備仕様によるもので、設備的に可能ならば、上限値を規定する必要はなく、幾らであっても構わない。但し、あまり大きくすると、スラグの分離が悪くなるので、７０ｍｍ程度が妥当である。尚、本発明におけるサイズとは、篩目のサイズで規定するもので、５〜７０ｍｍのサイズとは、目開き寸法が５ｍｍの篩を通過せず、目開き寸法が７０ｍｍの篩を通過するもので、長円形の場合には長径が７０ｍｍを超えても問題ない。
【００２４】
このようにして溶鋼系スラグから回収した磁選屑を、転炉の炉上に設置される、ホッパー、原料切り出し装置、秤量機、シュートなどから構成される慣用の副原料投入設備に巻き上げて収容し、溶銑の脱炭精錬において、原料切り出し装置及び秤量機を用いて収容した磁選屑を任意の量、任意の時期に切り出し、冷却材として転炉炉上から転炉内に投入する。
【００２５】
冷却材として使用する磁選屑は、溶鋼系スラグから回収した磁選屑であるので、磁選屑を構成する地金及びスラグの燐及び硫黄の含有量がともに少なく、溶製される溶鋼の燐のピックアップ及び硫黄のピックアップを懸念することなく使用することができる。また、溶鋼系スラグから回収した磁選屑では、地金の炭素濃度が低く、融点が高くなるが、溶銑の転炉脱炭精錬では１６００℃以上の温度となるので容易に溶解する。
【００２６】
図１は、溶鋼系スラグから回収した磁選屑（「溶鋼系磁選屑」と呼ぶ）、溶銑系スラグから回収した磁選屑（「溶銑系磁選屑」と呼ぶ）、及び、軽量鉄スクラップを、溶銑の脱炭精錬に投入したときの溶鋼中の硫黄濃度の上昇量を調査した結果を示す図である。また、図２は、同様に、溶鋼系磁選屑、溶銑系磁選屑、及び、軽量鉄スクラップを投入したときの溶鋼中の燐濃度の上昇量を調査した結果を示す図である。図１及び図２に示すように、溶鋼系磁選屑を使用した場合には、投入量の多い少ないに拘わらず、硫黄及び燐のピックアップを防止することができる。これに対して、溶銑系磁選屑を使用した場合には、燐及び硫黄のピックアップが発生する。
【００２７】
従来、冷却材として主に使用されている鉄鉱石などの酸化鉄系冷却材に比較して、溶鋼系磁選屑は酸化鉄を殆ど含有していないので、酸化鉄の還元に費やされる熱量は酸化鉄系冷却材に比較して極めて少ない。つまり、溶鋼系磁選屑の冷却能は顕熱及び潜熱のみに依存し、顕熱、潜熱及び還元熱を冷却能として有する鉄鉱石などの酸化鉄系冷却材の冷却能の１／３〜１／２になる（鉄鋼便覧第II巻製銑・製鋼（日本鉄鋼協会編、第３版、４７６頁）参照）。実際、本発明等の試験結果でも、図３に示すように、溶鋼系磁選屑の冷却効果は、鉄鉱石の冷却効果の１／３〜１／２であった。従って、同じ冷却効果を得る場合には、酸化鉄系冷却材に比べて２〜３倍の使用量を必要とする。換言すれば、酸化鉄系冷却材の場合には少ない添加量であっても溶鋼温度は大きく変化するが、つまり、過剰或いは過小の場合には溶鋼温度が大きく変化するが、溶鋼系磁選屑の場合には溶鋼温度の変化量が少なく、その分、溶鋼温度を精度良く調整することができる。
【００２８】
また、酸化鉄分を含有していないので、酸化鉄と溶銑中炭素との反応によるＣＯガスの発生がなく、更に、添加時、溶鋼系磁選屑自体がスラグにガス抜けの通路となる孔を空けるので、これによるスラグのフォーミング抑制効果も加わり、スラグのフォーミングを抑制することができる。また更に、密度が大きいことから溶融スラグ中に埋没し、溶銑或いは溶鋼の温度変化が迅速に現われ、温度調整の精度を高めることができる。
【００２９】
溶鋼系磁選屑を冷却材として使用する場合、脱炭精錬のどの時点であっても構わないが、溶鋼系磁選屑は酸化鉄分をほとんど含有せず、溶銑中或いは溶鋼中の炭素と反応しないので、酸化鉄系冷却材を使用した場合に比べて精錬反応の制御、つまり溶鋼中炭素濃度の調整が容易になる。この点から、溶鋼系磁選屑は、溶鋼中の炭素濃度の調整が行われる脱炭精錬の中期から末期における冷却剤として使用することが好ましい。脱炭精錬の初期には従来の酸化鉄系冷却材などを使用してもよい。
【００３０】
このように、本発明では溶鋼系磁選屑のみを転炉脱炭精錬の冷却材として使用するので、溶鋼系磁選屑の使用量を制限しなくても、また、生石灰などの造滓剤の使用量を増やさなくても、溶鋼中の燐濃度及び硫黄濃度の上昇を起こすことなく、脱炭精錬終了時の溶鋼の温度を所望する温度範囲に調整することができる。
【実施例１】
【００３１】
上吹きランスから酸素ガスを吹き付け、底吹き羽口から攪拌用ガスを吹き込む転炉における本発明の実施例を説明する。図４に、上吹きランスからの送酸速度、媒溶材（生石灰）の投入時期、冷却材としての鉄鉱石の投入時期、及び、冷却材としての溶鋼系磁選屑の投入時期を合わせて示す。横軸は、１ヒートの処理時間を百分率で示したものである。
【００３２】
図４に示すように、上吹きランスからの吹錬開始後、直ちに生石灰の投入を開始し、着火後排ガスが安定した時期から冷却材として鉄鉱石を連続投入した。鉄鉱石の投入が安定した吹錬２０〜３０％の吹錬中期の時点より、溶鋼系磁選屑の連続投入を開始した。連続投入の開始から終了まで、鉄鉱石と同様に１２００ｋｇ／分程度の投入速度で投入した。投入中、溶鋼系磁選屑は鉄酸化物を含有しないことからスラグのフォーミングも少ないため、送酸速度は変化なしとした。実際に溶鋼系磁選屑の投入中はスラグのフォーミングが認められなかった。
【００３３】
その後、吹錬７５〜９０％の時点でサブランスを投入し、その時点での浴温度及び溶銑中炭素濃度を測定し、目標の温度及び炭素濃度に向けて必要酸素量及び必要冷却材量を推定した。そして、吹錬末期、溶鋼系磁選屑を目標温度への温度調整のための冷却材として使用した。投入速度は、投入完了後から脱炭精錬終了時まで３０秒以上の時間を確保するために、鉄鉱石の投入時と同様に、２４００ｋｇ／分程度として、最高３０００ｋｇ／分までを投入上限として連続投入を行った。
【００３４】
その結果、燐及び硫黄のピックアップの発生がなく、吹錬終点の溶鋼温度及び炭素濃度を所望する範囲に精度良く調整することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】溶鋼系磁選屑、溶銑系磁選屑及び軽量鉄スクラップを投入したときの溶鋼中硫黄濃度の上昇量を調査した結果を示す図である。
【図２】溶鋼系磁選屑、溶銑系磁選屑及び軽量鉄スクラップを投入したときの溶鋼中燐濃度の上昇量を調査した結果を示す図である。
【図３】鉄鉱石と溶鋼系磁選屑とで冷却効果を比較して示す図である。
【図４】実施例１の操業条件を示す図である。
【図１】
2006274329.tif 000003
【図２】
2006274329.tif 000004
【図３】
2006274329.tif 000005
【図４】
2006274329.tif 000006