(57)【要約】【課題】  溶銑を貯蔵する貯銑炉の炉体耐火物の寿命向上を目的として炉内スラグの組成を調整するにあたり、出湯口耐火物のスラグによる溶損を効率的に抑制することのできるスラグの組成調整方法を提案するとともに、当該スラグの組成調整方法を実施するうえで最適な貯銑炉を提案する。【解決手段】  本発明に係る貯銑炉内スラグの組成調整方法は、貯銑炉内のスラグに耐火物の溶出を防止するためのスラグ組成調整剤を投入して、前記スラグの組成を調整するにあたり、前記スラグ組成調整剤を貯銑炉１の出湯口２の近傍のスラグに局所的に投入することを特徴とし、また、本発明に係る貯銑炉は、溶銑とは接触しない天井側であって、貯銑炉１の出湯口２の上方に相当する位置に、耐火物の溶出を防止するスラグ組成調整剤を投入するための調整剤投入用開口部９が設けられていることを特徴とする。【選択図】            図１
2011168847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯銑炉内のスラグに耐火物の溶出を防止するためのスラグ組成調整剤を投入して、前記スラグの組成を調整するにあたり、前記スラグ組成調整剤を貯銑炉の出湯口近傍のスラグに局所的に投入することを特徴とする、貯銑炉内スラグの組成調整方法。
【請求項２】
溶銑を貯蔵する貯銑炉において、溶銑とは接触しない天井側であって、貯銑炉の出湯口の上方に相当する位置に、耐火物の溶出を防止するスラグ組成調整剤を投入するための調整剤投入用開口部が設けられていることを特徴とする貯銑炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉で精錬する前に溶銑を一旦貯蔵する混銑炉或いは保持炉（以下、総称して「貯銑炉」と称する）において、炉体耐火物の寿命向上を目的として行う、炉内に存在するスラグの組成調整方法、及び、スラグ組成の調整に好適な貯銑炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶銑を貯蔵する貯銑炉において、炉内に存在するスラグは適時に排滓することが重要であり、そのために、炉内に存在するスラグは、排滓に適した流動性を備えていることが求められている。一方、スラグの流動性が過度に高い場合は、貯銑炉の内張り耐火物に対する侵食性が高くなり、内張り耐火物の寿命が低下するという問題がある。
【０００３】
貯銑炉におけるスラグの流動性調整方法として、従来、以下の方法が開示されている。特許文献１には、スラグの塩基度（［質量％ＣａＯ］／［質量％ＳｉＯ2］）を０．８〜２．０に調整してスラグを低融点化するとともに、ＡｌドロスなどのＡｌ源を添加してスラグの滓化を維持する技術が提案されている。また、特許文献２には、炉内に残留するスラグにＳｉを含有する合金鉄を投入し、スラグに含まれる低級酸化物の濃度を低下して、炉からのスラグの排出性を高める技術が提案されている。これらの技術は、炉内スラグの組成を調整して低融点化するとともに流動性を確保し、スラグの排出性を高めるという技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８０３９号公報
【特許文献２】特開２００７−２５４８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。
【０００６】
上記特許文献１及び特許文献２では、スラグの流動性を確保し、且つ、耐火物に対する侵食性を低減するために、造滓剤を投入してスラグ組成を調整するか、溶銑のＳｉ含有量を調整してスラグ組成を調整している。その際、組成を調整しようとする対象のスラグは、貯銑炉内に存在するスラグの全体である。
【０００７】
ところで、貯銑炉の内張り耐火物の寿命律速部位は、一般的に出湯口であることが多い。これは、貯銑炉では炉内の溶銑の撹拌は極めて弱いために、溶銑の上面に存在するスラグも流動することが少ないことに比較し、出湯口は、出湯の都度、流動するスラグによって損耗を受けるうえに、出湯時と溶銑の貯蔵時との間での温度変化が大きいためである。貯銑炉の炉寿命は、この出湯口の内張り耐火物の寿命によって律速されるので、炉寿命を向上させるためには出湯口の内張り耐火物の寿命向上が必要である。
【０００８】
一般的に、貯銑炉の内張り耐火物としては、出湯口の部位を含めて、クロム−マグネシア質煉瓦（Ｃｒ2Ｏ3−ＭｇＯ煉瓦）が使用されている。クロム−マグネシア質煉瓦の溶損を抑制するためには、一般に、スラグ組成は、適切な塩基度の範囲で且つ高ＭｇＯ濃度であることが必要である。しかしながら、上記の特許文献１及び特許文献２の方法は、クロム−マグネシア質煉瓦で構成される出湯口耐火物の侵食を防止するには十分ではない。
【０００９】
また、上記の特許文献１或いは特許文献２の方法に加えて、単にスラグの塩基度やＭｇＯ濃度を調整するためのスラグ組成調整剤（ＣａＯ含有物質或いはＭｇＯ含有物質）をスラグに添加したとしても以下の問題がある。即ち、
（１）スラグの撹拌性が少なく、また炉内温度も比較的低いために、単に、これらのスラグ組成調整剤を添加しても溶融しにくく、また組成の均一化も図りにくい。
（２）スラグ組成調整剤の添加によりスラグ体積が増加して内張り耐火物の溶損が増大する。
（３）スラグ組成調整剤の添加によりスラグが固化してしまい、スラグの排出性が悪化する。
（４）スラグ組成調整剤を貯銑炉に投入する場合、一般に溶銑装入口やその他開口部から投入するが、出湯口から離れた場所で投入される。この場合、スラグ組成調整剤の溶融性が悪い、つまりスラグ組成の均一化が悪いために、寿命を向上させたい出湯口耐火物への効果は限定的とならざるを得ない。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、転炉で精錬する前に溶銑を一旦貯蔵する貯銑炉の内張り耐火物の寿命向上を目的とし、スラグ組成調整剤を添加して炉内スラグの組成を調整するにあたり、出湯口付近に存在するスラグの組成調整を確実に且つ効率的に行うことができ、これにより、出湯口耐火物のスラグによる溶損を効率的に抑制することのできる、貯銑炉内スラグの組成調整方法を提案するとともに、この貯銑炉内スラグの組成調整方法を実施するうえで好適な貯銑炉を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するべく、検討・研究を行った。その結果、貯銑炉の出湯口の耐火物の溶損を防止することを目的としてスラグ性状を調整するためのスラグ組成調整剤（ＣａＯ含有物質或いはＭｇＯ含有物質）を添加するにあたり、炉内のスラグ全体にスラグ組成調整剤を添加するのでなく、貯銑炉の寿命を律速する出湯口近傍のスラグに局所的に添加し、この部位のスラグの性状を最適に調整することで、上記課題が解決できることを知見した。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、本発明に係る貯銑炉内スラグの組成調整方法は、貯銑炉内のスラグに耐火物の溶出を防止するためのスラグ組成調整剤を投入して、前記スラグの組成を調整するにあたり、前記スラグ組成調整剤を貯銑炉の出湯口近傍のスラグに局所的に投入することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る貯銑炉は、溶銑を貯蔵する貯銑炉において、溶銑とは接触しない天井側であって、貯銑炉の出湯口の上方に相当する位置に、耐火物の溶出を防止するスラグ組成調整剤を投入するための調整剤投入用開口部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、貯銑炉の耐火物寿命の律速部である出湯口の近傍のスラグに局所的にスラグ組成調整剤を投入するので、最も損耗しやすい出湯口の近傍に存在するスラグを、確実に目標とするスラグ組成範囲に近づけることができ、出湯口に施工された内張り耐火物の溶損を効率的に抑制することが実現され、貯銑炉の寿命を延長することが可能となる。一方で、出湯口近傍以外のスラグに対してはスラグ組成調整剤の添加を必要としないか、若しくは最小限にとどめることができるので、スラグ体積の増加を最小限にすることができ、これによっても貯銑炉の内張り耐火物の寿命向上に寄与する。更に、スラグ組成調整剤を投入することによって出湯口近傍のスラグを局所的に固化させた場合には、スラグと耐火物との反応が抑制されることから、出湯口に施工された内張り耐火物の損耗がより一層抑制され、その一方で、出湯口の近傍以外の大部分の溶湯表面上に存在するスラグの排出性はスラグ組成調整剤を添加しない場合と同等に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る貯銑炉の概略斜視図である。
【図２】スラグの塩基度及びＭｇＯ濃度とクロム−マグネシア質煉瓦の損耗との関係を示す図である。
【図３】比較例における貯銑炉内スラグの組成変化を示す図である。
【図４】スラグ組成調整剤の添加によるスラグ排出量を、本発明例、比較例、通常操業で比較して示す図である。
【図５】スラグ組成調整剤の添加による出湯口煉瓦寿命を、本発明例、比較例、通常操業で比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る貯銑炉の概略斜視図で、貯銑炉の一部をカットした断面で示している。
【００１７】
本発明の対象とする貯銑炉１は、特許文献１や特許文献２に開示される形式のものであり、図１に示すように、傾転可能な円筒状の炉本体７を有し、誘導加熱装置５などの溶銑６の加熱手段を備えたものである。この貯銑炉１は、高炉や溶融還元炉から供給された溶銑６を炉本体７に装入するための溶銑装入口３と、傾転によって貯蔵した溶銑６を出湯するための出湯口２とを備えている。また、炉内の点検、試料採取、或いは副原料（造滓剤、合金鉄或いは鉄スクラップなど）を炉本体７の内部に投入するための開閉可能な開口部４が１個または複数個設けられていても構わない。尚、貯蔵する溶銑６は、普通銑、含Ｃｒ溶銑などであり、また、炉本体７の外殻は鉄皮で構成されている。
【００１８】
炉本体７の鉄皮の内側に施工される内張り耐火物８は、溶銑６及びスラグ（図示せず）による侵食を防止でき、且つ耐熱衝撃性に優れた材質であれば特に限定されないが、本発明者らの経験によれば、耐久性が高いことからクロム−マグネシア質煉瓦（Ｃｒ2Ｏ3−ＭｇＯ煉瓦）が好ましい。同様に、出湯口２もクロム−マグネシア質煉瓦とすることが好ましい。
【００１９】
貯銑炉内のスラグは、出湯の際に溶銑６とともに排出可能であることが必要である。このことは、先に引用した特許文献１または特許文献２に開示されるとおりである。そのためには、貯銑炉内のスラグは適切な塩基度（［質量％ＣａＯ］／［質量％ＳｉＯ2］）の範囲にあることが必要である。塩基度の調整は、極力、炉内のスラグ体積を増大させないようにして調整するのが望ましく、本発明者らが先に出願した特許文献２に開示したように、溶銑中のＳｉ含有量を調整する方法によることが好ましい。
【００２０】
そして、本発明においては、出湯口２の近傍に存在するスラグの侵食性を低減させるために、スラグ組成調整剤を出湯口２の近傍に存在するスラグに局所的に投入し、出湯口２の近傍に存在するスラグの組成を調整する。このスラグ組成調整剤は、出湯口２の外側から出湯口２の内側近傍に存在するスラグを目掛けて投入することもできるが、確実に且つ効率的に出湯口２の近傍に投入するために、本発明に係る貯銑炉１には、貯銑炉内の溶銑６とは接触しない天井側であって、出湯口２の上方に相当する位置にスラグ組成調整剤を投入するための開閉可能な調整剤投入用開口部９が設けられている。調整剤投入用開口部９からの投入手段は、人力でも構わないが、安全性及び投入位置の精度の観点から、シュートや投射ランスなどを用いて投入することが好ましい。
【００２１】
使用するスラグ組成調整剤としては、塩基度を高める作用のある生石灰（ＣａＯ）などのＣａＯ含有物質、或いは、クロム−マグネシア質煉瓦からのＭｇＯの溶出を防止する作用のあるマグネシアクリンカー（ＭｇＯ）や軽焼ドロマイト（ＭｇＯ−ＣａＯ）などのＭｇＯ含有物質が好適である。マグネシアクリンカーや軽焼ドロマイトに代えて、ＭｇＯ質耐火物屑を粉砕したものを使用することも可能である。
【００２２】
尚、出湯口の近傍以外の大部分の溶湯表面上に存在するスラグに対しても、スラグの排出性などのスラグ性状を適切に維持するために通常使用されるスラグ組成調整剤（例えば、スラグ中でＳｉＯ2源、Ａｌ2Ｏ3源、ＣａＯ源、ＭｇＯ源となる物質など）を必要最小限添加することを妨げるものではない。
【００２３】
このように、本発明によれば、貯銑炉１の耐火物寿命の律速部である出湯口２の近傍のスラグに局所的にスラグ組成調整剤を投入するので、出湯口２の近傍に存在するスラグを、確実に目標とするスラグ組成範囲に近づけることができ、出湯口２に施工された内張り耐火物の溶損を効率的に抑制することが実現され、貯銑炉１の寿命を延長することが可能となる。一方で、出湯口近傍以外のスラグに対してはスラグ組成調整剤の添加を必要としないか、若しくは最小限にとどめることができるので、スラグ体積の増加を最小限にすることができ、これによっても貯銑炉１の内張り耐火物の寿命向上につながる。更に、スラグ組成調整剤を投入することによって出湯口近傍のスラグを局所的に固化させた場合には、スラグと耐火物との反応が抑制されることから、出湯口２に施工された耐火物の損耗がより一層抑制され、その一方で、出湯口２の近傍以外の大部分の溶湯表面上に存在するスラグの排出性はスラグ組成調整剤を添加しない場合と同等に維持できる。
【実施例１】
【００２４】
溶銑貯蔵最大量が１４００トン、加熱能力が２ＭＷの溝型誘導加熱装置を４基備えた、図１に示す貯銑炉と同様の貯銑炉にて本発明を実施した。貯銑炉の内張り耐火物としては、クロム−マグネシア質煉瓦（ＭｇＯ含有量：５５質量％、Ｃｒ2Ｏ3含有量：１８質量％）を使用した。貯蔵中の溶銑温度は１３８０℃を目標とし、溶銑の装入及び出湯によって若干の温度変動はあったものの概ね１３６５℃から１３９０℃の間で操業した。
【００２５】
スラグ組成を調整しない通常操業の場合には、溶銑装入鍋から溶銑とともに貯銑炉に持ち越されるスラグと、貯銑炉に貯蔵中での溶銑に含有されるＳｉの酸化によって発生するＳｉＯ2とによって、貯銑炉内のスラグは、ほぼ、ＣａＯが１８質量％、ＳｉＯ2が３５質量％、Ａｌ2Ｏ3が１５質量％であり、塩基度（［質量％ＣａＯ］／［質量％ＳｉＯ2］）は０．５１程度で安定していた。
【００２６】
この通常操業のときの、取鍋への出湯時のスラグ排出量（出湯時に取鍋に溶銑とともに流出するスラグ量）及び出湯口煉瓦の寿命（出湯口のクロム−マグネシア質煉瓦の残厚がゼロとなるまでの出湯回数）を基準として、本発明例の操業と比較例の操業とで、スラグ排出量及び出湯口煉瓦の寿命を指数化して比較した。
【００２７】
［本発明例］
本発明例では、出湯口の上方に設けた開閉式の調整剤投入用開口部から、簡便なシュートを用いて、生石灰とマグネシアクリンカーとをスラグ組成調整剤として出湯口近傍の溶銑表面のスラグに局所的に投入した。
【００２８】
調整剤投入用開口部からシュートを介して造滓剤を投入した予備実験によって、スラグ表面のどの程度の範囲まで造滓剤が到達するかを調査し、投入した造滓剤が覆うスラグの面積を、組成調整が可能な範囲のスラグの表面積として見積もった。実際のスラグ組成の調整にあたっては、そのときの貯銑炉内のスラグ厚みと、上記により定まる、組成調整される範囲のスラグ表面積とから、組成調整対象のスラグ質量を見積もり、この見積もりスラグ質量とスラグの分析値とから、目標とするスラグ組成に調整するために必要な生石灰及びマグネシアクリンカーの質量を決定し、その質量分の生石灰及びマグネシアクリンカーを調整剤投入用開口部から出湯口近傍のスラグに局所的に投入した。
【００２９】
また、内張り耐火物として使用したクロム−マグネシア質煉瓦と同質の煉瓦を用い、予め坩堝試験によって、塩基度及びＭｇＯ濃度を変えたスラグによる侵食量を調査した。その結果を図２に示す。図２に示すように、スラグ中のＭｇＯ濃度が５質量％の場合は、塩基度が１．０のときに最もクロム−マグネシア質煉瓦の溶損が少なくなった。スラグ中のＭｇＯ濃度は、飽和濃度までの範囲では高ければ高いほど、クロム−マグネシア質煉瓦からのＭｇＯの溶出を妨げるので、クロム−マグネシア質煉瓦の溶損防止に効果があるが、一方、スラグの融点が高くなるので、出湯口付近のスラグのみを組成調整する場合であっても、出湯口付近のスラグが過度に高融点化して出湯口の閉塞を招く恐れがある。出湯口の閉塞を招くことなく、スラグの侵食性を低減できるスラグ中のＭｇＯ含有量の上限値は約１５質量％であった。
【００３０】
この結果に基づき、本発明例では、出湯口近傍のスラグの塩基度が１．０、ＭｇＯ含有量が１５質量％となることを目標として、生石灰及びマグネシアクリンカーを投入した。尚、これら生石灰及びマグネシアクリンカーの投入は、転炉での脱炭精錬に必要な量の溶銑を貯銑炉から取鍋に出湯した直後に行い、次の出湯の直前に、出湯口近傍に存在するスラグからスラグ試料を採取してスラグ組成を調査した。その結果、スラグの塩基度及びＭｇＯ含有量は何れも目標の値である、塩基度が１．０、ＭｇＯ含有量が１５質量％を達成していた。
【００３１】
［比較例］
比較例として、貯銑炉内に存在するスラグの全量を、塩基度が１．０、ＭｇＯ含有量が１５質量％となるように、生石灰及びマグネシアクリンカーを溶銑装入口から投入した。これら生石灰及びマグネシアクリンカーの投入は、転炉での脱炭精錬に必要な量の溶銑を貯銑炉から取鍋に出湯した直後に行い、次の出湯の直前に、出湯口近傍に存在するスラグからスラグ試料を採取してスラグ組成を調査した。調査結果を図３に示す。その結果、図３に示すように、スラグの塩基度は０．７、ＭｇＯ含有量は１２質量％に留まり、何れも目標の値を達成できなかった。これは、貯銑炉ではスラグの撹拌性が少なく、また炉内温度も比較的低いために、溶銑装入口から投入したスラグ組成調整剤がスラグ全体に行き渡らず、且つ溶融もし難かったために、スラグ組成が均一化しなかったことによると考えられる。
【００３２】
上記の本発明例及び比較例におけるスラグ排出量及び出湯口煉瓦寿命を、スラグ組成調整剤を添加しない通常操業の場合と比較して図４及び図５に示す。尚、図４及び図５では、通常操業の場合を基準（１．０）として指数化して示している。
【００３３】
図４から明らかなように、生石灰及びマグネシアクリンカーを溶銑装入口から投入した比較例では、スラグ調整を行わない通常操業に対してスラグ排出量は約２０％まで減少した。これは、投入した生石灰及びマグネシアクリンカーによって炉内スラグが固化してしまったことによる。一方、出湯口近傍にのみ添加した本発明例では、スラグ排出量は通常操業の約９０％であり、ほとんど減少しないことが分かった。
【００３４】
また、図５に示すように、生石灰及びマグネシアクリンカーを溶銑装入口から投入した比較例では、スラグの排出量が減り、結果として炉内スラグ量が増加して出湯口煉瓦寿命が大幅に低下した。一方、出湯口近傍にのみ添加した本発明例では、スラグの排出量の減少を最小限に抑えることができ、且つクロム−マグネシア質煉瓦が溶損しにくいスラグ組成になったことから、出湯口煉瓦寿命が向上した。
【符号の説明】
【００３５】
１  貯銑炉
２  出湯口
３  溶銑装入口
４  開口部
５  誘導加熱装置
６  溶銑
７  炉本体
８  内張り耐火物
９  調整剤投入用開口部
【図１】
2011168847.tif 000003
【図２】
2011168847.tif 000004
【図３】
2011168847.tif 000005
【図４】
2011168847.tif 000006
【図５】
2011168847.tif 000007