(57)【要約】【課題】吹錬処理が行われていない待機状態において、より安価に、スラグのフォーミングを鎮静させることができるスラグの鎮静方法を提供すること。【解決手段】上吹きランス１２を有する転炉型の精錬炉１におけるスラグ４の鎮静方法であって、精錬炉１の炉体１１に溶鉄３及びスラグ４が収容され、上吹きランス１２から酸素を含むガス２を溶鉄に吹き付ける吹錬処理が行われていない待機状態において、炉体１１内のスラグ４がフォーミングした場合に、上吹きランス１２から炉体１１内にガス２を吹き込む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上吹きランスを有する転炉型の精錬炉におけるスラグの鎮静方法であって、
前記精錬炉の炉体に溶鉄及びスラグが収容され、前記上吹きランスから酸素を含むガスを前記溶鉄に吹き付ける吹錬処理が行われていない待機状態において、前記炉体内のスラグがフォーミングした場合に、前記上吹きランスから前記炉体内にガスを吹き込むことを特徴とするスラグの鎮静方法。
【請求項２】
前記炉体内に前記ガスを吹き込む時間を、前記ガスが酸素を含むガスの場合は３０ｓ以内とすることを特徴とする請求項１に記載のスラグの鎮静方法。
【請求項３】
前記上吹きランスから噴射される前記ガスの噴射速度を、３００００Ｎｍ３／ｈｒ以上５００００Ｎｍ３／ｈｒ以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載のスラグの鎮静方法。
【請求項４】
前記上吹きランスのランス高さを、前記溶鉄の浴面から前記炉体の炉口までの高さに対して、
前記ガスに酸素が含まれる場合は、９５％以上１６０％以下とし、
前記ガスに酸素が含まれない場合は、６０％以上１６０％以下
とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスラグの鎮静方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグの鎮静方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉型の精錬炉で溶鉄を精錬処理する場合、精錬処理に伴ってスラグが発生する。そして、このような精錬処理では、発生する一酸化炭素（ＣＯ）ガス等のガスによって、スラグが膨張する現象（「フォーミング」という。）が起きる。フォーミングによる膨張量が大きいと、スラグが精錬炉の炉体から溢れ出ることから、スラグのフォーミングを鎮静または抑制する方法が検討されている。スラグのフォーミングを鎮静させる方法としては、一般的には、フォーミングしたスラグに鎮静剤を投入することが行われている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１には、スラグのフォーミングを抑制する方法として、上吹きランスによる送酸開始後３分以内に炭材を投入する方法が開示されている。
さらに、特許文献２には、スラグのフォーミングを鎮静させる方法として、スラグがフォーミングした時に上吹きランスの送酸速度と底吹きガスの底吹き流量とを調整する方法が開示されている。
さらに、特許文献３には、転炉型の精錬炉と異なる反応容器においてスラグのフォーミングを鎮静させる方法として、スラグの上部から棒体の挿入・引き抜きをすることで、スラグにガス抜き用の開孔を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８８８３１３号公報
【特許文献２】特開２０００−１０９９２３号公報
【特許文献３】特開平１０−１８３２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、転炉型の精錬炉にて中間排滓を伴う操業を実施する場合、排滓性を向上させるためにスラグをある程度フォーミングさせる必要がある。そのため、中間排滓を伴う精錬処理では、中間排滓を伴わない精錬処理と比較して、中間排滓時以外においてスラグが炉外に噴出し易い傾向となることから、鎮静剤の使用量が増加する。中間排滓を伴う精錬処理は、中間排滓を伴わない通常の精錬処理に比べて、処理に掛かるコストが低くなる。しかし、鎮静剤の使用量が増加してしまうとコストが高くなってしまい、コストの観点から中間排滓を行う利得が十分に得られない可能性がある。また、鎮静剤の在庫がなくなってしまうという、操業への影響も考えられる。
【０００６】
また、特許文献１では、スラグのフォーミングを未然に抑える方法であることから、実際にフォーミングが発生した場合には対応することができない。また、特許文献２では、送酸を実施している吹錬中での対応となるため、吹錬処理を実施していない待機状態時に発生するスラグのフォーミングには対応することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、吹錬処理が行われていない待機状態において、より安価に、スラグのフォーミングを鎮静させることができるスラグの鎮静方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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、上吹きランスを有する転炉型の精錬炉におけるスラグの鎮静方法であって、上記精錬炉の炉体に溶鉄及びスラグが収容され、上記上吹きランスから酸素を含むガスを上記溶鉄に吹き付ける吹錬処理が行われていない待機状態において、上記炉体内のスラグがフォーミングした場合に、上記上吹きランスから上記炉体内にガスを吹き込むことを特徴とするスラグの鎮静方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、吹錬処理が行われていない待機状態において、より安価に、スラグのフォーミングを鎮静させることができるスラグの鎮静方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】転炉型の精錬炉を示す模式図である。
【図２】実施例１における鎮静剤の使用量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【００１２】
＜スラグの鎮静方法＞
（溶鉄の脱燐処理）
図１を参照して、本発明の一実施形態に係るスラグの鎮静方法について説明する。本実施形態では、転炉型の精錬炉１を用いて中間排滓を伴う精錬処理である脱燐処理を行う。
精錬炉１は、図１に示すように、炉体１１と上吹きランス１２とを有する。炉体１１は、上部に開口部である炉口１１１が形成された精錬容器であり、内側には耐火物が設けられる。なお、炉体１１の底部には、複数の底吹き羽口（不図示）が設けられ、この底吹き羽口から撹拌用の不活性ガスが炉体１１内に吹き込まれる。上吹きランス１２は、鉛直方向（図１の上下方向）に昇降可能なランスである。上吹きランス１２は、上端側に接続されるガス供給経路（不図示）から供給される酸素ガスであるガス２を、下端に形成される少なくとも一つのノズル孔から噴射する。
【００１３】
脱燐処理は、その後に行われる脱炭処理を効率的に行われる予備処理であり、複数の工程に分割された以下のプロセスで行われる。
脱燐処理では、まず、炉体１１内に溶鉄３を装入する（装入工程）。溶鉄３は、高炉から出銑された溶銑であり、事前に鋳床脱珪といった簡易的な脱珪処理や脱硫処理が施されてもよい。炉体１１には、後述するように脱燐工程にて発生したスラグが残されていてもよい。また、炉体１１には、事前にスクラップ等の冷鉄源が装入されてもよい。
【００１４】
装入工程の後、上吹きランス１２からガス２を吹き付けて吹錬処理をすることで、溶鉄３中の主に珪素（Ｓｉ）を除去する処理が行われる（脱珪工程）。脱珪工程は、炉体１１の底部に設けられた複数の底吹き羽口から撹拌用の不活性ガスが吹き込まれながら処理が行われる。脱珪工程では、脱燐処理前の溶鉄３のＳｉ濃度や脱珪反応効率に応じて設定される量のガス２が吹き付けられるまで行われる。また、脱珪工程では、溶鉄３中のＳｉの酸化反応や炉体１１内に予め装入されているスラグによって、溶鉄３の浴面に溶融したスラグ４が形成される。さらに、脱珪工程では、後述する中間排滓工程におけるスラグの流動性を向上させるために、処理中にスラグを安定的にフォーミングさせる必要がある。スラグのフォーミングの制御には、中間排滓を伴う脱燐処理で一般的に行われている方法を用いることができる。例えば、スラグのフォーミングの制御は、炉体１１内のスラグ４の高さをスラグレベル計で測定し、測定結果に応じてスラグの塩基度（スラグ中のＣａＯ濃度（ｍａｓｓ％）に対するＳｉＯ２濃度（ｍａｓｓ％）の比、ＣａＯ／ＳｉＯ２）や上吹きランス１２からの送酸速度、上吹きランス１２のランス高さ等の調整あるいは鎮静剤の添加によって行われる。スラグレベル計は、スラグ４の鉛直方向（図１の上下方向）の高さが測定できるものであればよく、例えばマイクロ波式のレベル計が用いられてもよい。
【００１５】
脱珪工程の後、炉体１１に収容されたスラグ４の一部を排出する排滓処理が行われる（中間排滓工程）。中間排滓工程では、炉体１１を傾動させながら、炉体１１の炉口１１１からスラグ４を排出する。例えば、図１の一例の場合、炉体１１を右回転させるように傾動させることで、溶鉄３の浴面上のスラグ４を炉口１１１から排出させる。排出されたスラグ４は、炉体１１の下方に配された鍋型の容器であるスラグ鍋へと収容される。そして、中間排滓工程では、所定量のスラグが排出された後、炉体１１が傾動し、図１に示す炉口１１１が鉛直方向上側となる状態（「正体した状態」ともいう。）へと戻されることで排滓処理が完了する。
【００１６】
中間排滓工程の後、所定量の生石灰や石灰石等のＣａＯ系媒溶剤を炉体１１に投入し、上吹きランス１２からガス２を吹き付けて吹錬処理をすることで、溶鉄３中の主に燐（Ｐ）を除去する処理が行われる（脱燐工程）。脱燐工程では、脱珪工程と同様に、炉体１１の底部に設けられた複数の底吹き羽口から撹拌用の不活性ガスが吹き込まれながら処理が行われる。脱燐工程では、脱燐処理前の溶鉄３のＰ濃度や脱燐反応効率に応じて設定される量のガス２が吹き付けられるまで行われる。また、脱燐工程では、排滓処理で残っているスラグや投入されたＣａＯ系媒溶剤によって、溶鉄３の浴面に溶融したスラグ４が形成される。
【００１７】
脱燐工程の後、スラグ４を残したまま溶鉄３を炉体１１から排出する出湯処理が行われる（出湯工程）。出湯工程では、中間排滓工程での傾動方向の反対側へと炉体１１を傾動させ、炉体１１の側壁に形成される出湯孔（不図示）から溶鉄３を排出する。排出された溶鉄３は、炉体１１の下方に配された鍋型の容器である溶銑鍋へと収容される。出湯工程は、炉体１１の溶鉄３が炉体１１外へと排出されることで終了する。なお、出湯工程が終了した状態において、溶鉄３の浴面に浮いているスラグ４は、炉体１１に残った状態となる。そして、この残されたスラグ４は、次の脱燐処理において、脱珪工程で引き続き用いられる。
以上の一連のプロセスによって脱燐処理が実施される。
【００１８】
（スラグの鎮静処理）
さらに、本実施形態では、一連のプロセスにおいて、スラグ４のフォーミングの鎮静処理が行われる。この鎮静処理は、炉体１１に溶鉄３及びスラグ４が収容され、精錬炉１が待機状態となっている間において、炉体１１内のスラグ４がフォーミングした場合に上吹きランス１２から炉体１１内にガス２を吹き込むことで行われる。この鎮静処理では、上吹きランス１２から噴射されるガス２によって、フォーミングしたスラグ４の気泡が物理的に破壊される。なお、鎮静処理は、図１のように炉体１１が正体した状態で行われる。
【００１９】
ここで、待機状態とは、上吹きランス１２から酸素ガスであるガス２を溶鉄３に吹き付ける吹錬処理が、精錬炉１で行われていない状態となる。つまり、本実施形態では、脱珪工程及び脱燐工程において、脱珪及び脱燐のために上吹きランス１２からのガス２の噴射が行われている状態が吹錬処理の行われている状態であり、それ以外の状態が待機状態となる。本実施形態では、一例として、脱珪工程が終了してから、中間排滓工程が始まるまでの間において、鎮静処理を行うとする。上述の脱珪処理では、脱珪工程でスラグ４をフォーミングさせるように吹錬処理が行われる。このため、脱珪工程における吹錬処理が終了した待機時間の間においても、スラグ４のフォーミングが進行し、炉体１１からスラグ４が噴出する場合がある。
【００２０】
鎮静処理におけるスラグ４のフォーミングの検知は、スラグレベル計を用いて行われる。そして、スラグレベル計によって測定されるスラグ４の高さが、所定の閾値以上となる場合に、炉体１１からのスラグ４の噴出の兆候が検知され、スラグ４の鎮静処理が行われる。
また、鎮静処理では、上吹きランス１２からガス２を吹き込む時間を、３０ｓ以内とすることが好ましい。本実施形態のようにガス２に酸素が含まれる場合、長い間ガス２を吹き付けることで、溶鉄３中の炭素の酸化によってＣＯガス等が発生し、スラグ４のフォーミングがさらに進行してしまう可能性がある。
【００２１】
さらに、鎮静処理では、上吹きランス１２からのガス２の噴射速度を３００００Ｎｍ３／ｈｒ以上５００００Ｎｍ３／ｈｒ以下とすることが好ましい。上吹きランス１２からのガス２の噴射速度が３００００Ｎｍ３／ｈｒ未満となる場合、ガス２の噴射速度が低いことから、スラグ４の気泡が破壊されにくくなり、フォーミングの鎮静効果が充分に得られない可能性がある。また、上吹きランス１２からのガス２の噴射速度が５００００Ｎｍ３／ｈｒ超となる場合、酸素を含んだガス２と溶鉄３中の炭素との反応が促進され、ＣＯガス等が新たに発生する可能性があるため、フォーミングの鎮静効果が充分に得られない可能性がある。
【００２２】
さらに、鎮静処理では、上吹きランス１２のランス高さが、炉体１１内の溶鉄３の浴面から炉口１１１までの高さである浴面高さに対して、ガス２に酸素が含まれる場合には炉体１１内の溶鉄３の浴面から９５％以上１６０％以下の高さとなるように、またガス２に酸素が含まれない場合には炉体１１内の溶鉄３の浴面から６０％以上１６０％以下の高さとなるように、上吹きランス１２を配することが好ましい。ここでガス２に酸素が含まれる場合とは、ガス２の酸素の濃度が８０ｖｏｌ％以上の場合をいう。上吹きランス１２のランス高さとは、炉体１１内の溶鉄３の浴面から、上吹きランス１２の下端に形成されガス２を噴射するノズル孔までの高さである。ランス高さが浴面高さに対して下限値未満となる場合、かえってフォーミングを助長してしまう。その際、ガス２に酸素が含まれる場合には、溶鉄３との反応によるＣＯガスの発生によりフォーミングがより助長されるため、ランス高さの下限値は、酸素を含まないガス２の場合と比較して高くなっている。一方、ランス高さが浴面高さに対して１６０％超となる場合、上吹きランス１２とスラグ４との距離が遠くなるため、スラグ４のフォーミングの鎮静効果が充分に得られない可能性がある。
鎮静処理は、予め設定された時間、あるいはスラグレベル計にて測定されるスラグ４の高さが所定の値以下となるまで行われ、終了する。なお、この所定の値は、スラグ４のフォーミングが充分に鎮静されたと判断できる値である。
【００２３】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
【００２４】
例えば、上記実施形態では、鎮静処理が中間排滓工程を含む脱燐処理の脱珪工程と中間排滓工程との間で行われるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、上記実施形態と同様な脱燐処理において、脱燐工程と出湯工程との間に行われてもよい。また、上記実施形態のような脱燐処理だけでなく、脱燐処理と排滓処理と脱炭処理とを順に行うような操業における待機状態の精錬炉に対して行う等、転炉型の精錬炉を用いた他の精錬処理において適用してもよい。
【００２５】
また、上記実施形態では、鎮静処理において、上吹きランス１２からガス２として酸素を噴射するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。上吹きランス１２から噴射されるガス２は、酸素以外の他の成分のガスであってもよい。つまり、鎮静処理では、上吹きランス１２から噴射されるガス２は、酸素以外の成分のガスや、酸素と酸素以外の成分とを含んだガスであってもよい。特に、設備制約上に問題がなく、酸素以外の気体を噴射できる場合には、鎮静処理において、窒素ガス等の不活性ガスをガス２として噴射してもよい。この場合、ガス２は溶鉄３中の炭素と反応しなくなるため、酸素ガスを用いる場合に比べて、上吹きランス１２からの噴射速度を上げてもよいし、または噴射時間を延長してもよい。
【００２６】
さらに、上記実施形態では、脱珪工程や脱燐工程の吹錬処理において、上吹きランス１２からガス２として酸素を噴射するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。吹錬処理において上吹きランス１２から噴射されるガス２は、酸素を含んでいればよく、酸素以外の成分が含まれていてもよい。また、上吹きランス１２からは、ガス２ともに粉状のＣａＯ系媒溶剤（石灰石や生石灰、スラグ粉等）が噴射されるようにしてもよい。
【００２７】
さらに、上記実施形態では、鎮静処理にて上吹きランス１２からガス２を吹き込むことでスラグ４のフォーミングを鎮静させるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、鎮静処理では、上吹きランス１２からのガス２の吹き込みに加えて、鎮静剤をさらに投入してもよい。鎮静剤としては、スラグのフォーミングの抑制に用いられる一般的なものでよく、例えば、炭材等を用いることができる。ガス２と鎮静剤とを併用することで、より短い時間でスラグ４のフォーミングを鎮静させることができる。
【００２８】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係るスラグ４の鎮静方法は、上吹きランス１２を有する転炉型の精錬炉１におけるスラグ４の鎮静方法であって、精錬炉１の炉体１１に溶鉄３及びスラグ４が収容され、上吹きランス１２から酸素を含むガス２を溶鉄３に吹き付ける吹錬処理が行われていない待機状態において、炉体１１内のスラグ４がフォーミングした場合に、上吹きランス１２から炉体１１内にガス２を吹き込む。
【００２９】
上記（１）の構成によれば、上吹きランス１２から噴射されるガス２によってフォーミングしたスラグ４の気泡が物理的に破壊されるため、吹錬処理が行われていない待機状態において、スラグのフォーミングを鎮静させることができる。これにより、鎮静剤の使用量を低減することができ、精錬処理に掛かるコストを低廉化することができる。つまり、上記（１）の構成によれば、吹錬処理が行われていない待機状態において、より安価に、スラグのフォーミングを鎮静させることができるようになる。
【００３０】
（２）上記（１）の構成において、炉体１１内にガス２を吹き込む時間を、ガス２が酸素を含むガスの場合は３０ｓ以内とする。
上記（２）構成によれば、フォーミングの鎮静に用いられるガス２に酸素が含まれることで、ＣＯガスの二次燃焼が促進される。そして、二次燃焼により生じた熱によって、炉体１１内に付着した地金の溶解を行うことができる。このため、地金の付着量が過多となることでの操業停止のリスクの低減や、溶解した地金による溶鉄３の製造歩留りの向上効果を得ることができる。また、スラグ４中のＦｅＯ濃度を向上させることができるため、鎮静処理以降における脱燐効率を向上させることができる。
【００３１】
（３）上記（１）または（２）の構成において、上吹きランス１２から噴射されるガス２の噴射速度を、３００００Ｎｍ３／ｈｒ以上５００００Ｎｍ３／ｈｒ以下とする。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかの構成において、上吹きランス１２のランス高さを、溶鉄３の浴面から炉体１１の炉口１１１までの高さに対して、ガス２に酸素が含まれる場合は、９５％以上１６０％以下とし、ガス２に酸素が含まれない場合は、６０％以上１６０％以下とする。
上記（３），（４）の構成によれば、スラグ４のフォーミングの鎮静効果を、安定的且つ充分に得ることができる。
【実施例１】
【００３２】
次に、本発明者らが行った実施例１について説明する。実施例１では、上記実施形態と同様に脱燐処理を行った。脱燐処理では、脱珪工程と中間排滓工程との間でスラグ４のフォーミングを検知した場合には、鎮静処理を行った。鎮静処理では、炉体１１からスラグ４が噴出しないように、状況に応じて上吹きランス１２からのガス２の噴射に加えて、鎮静剤の投入も行った。また、実施例１では、比較として、鎮静処理を行う際に、上吹きランス１２からのガス２の噴射を行わず、鎮静剤の投入のみで対応した脱燐処理も行った（比較例）。
【００３３】
なお、実施例１の鎮静処理では、精錬炉１としてヒートサイズを３５０トンのものを用いた。なお、ヒートサイズは、精錬炉１にて精錬処理可能な溶鉄２の最大容量である。また、実施例１の鎮静処理では、上吹きランス１２から噴射されるガス２を酸素が９９．９ｖｏｌ％含まれるガスとし、このガス２の噴射速度（送酸速度）を３００００Ｎｍ３／ｈｒ以上５００００Ｎｍ３／ｈｒ以下とし、上吹きランス１２のランス高さを浴面高さに対して９５％以上１６０％以下とした。なお、上記の条件で行われる実施例の鎮静処理では、スラグ４の浴面と上吹きランス１２の下端を０ｍｍとした計算条件で、スラグ４の浴面におけるガス２の流速は２２６ｍ／ｓ以上３２８ｍ／ｓであり、ガス２の動圧は０．０４ＭＰａ以上０．０７ＭＰａ以下である。
【００３４】
図２に、実施例１における結果として、溶鉄３の脱燐処理前のＳｉ濃度（ｍａｓｓ％）別の鎮静剤の使用量（ｋｇ／ｔ）の平均値を示す。鎮静剤の使用量は、脱燐処理において用いられた鎮静剤の、溶鉄１トン（ｔ）当たりの使用量である。つまり、図２の結果では、例えば脱珪工程や脱燐工程といった鎮静処理が行われていないときに用いられた鎮静剤も使用量に含まれる。なお、図２において、最も右側の「平均」で示す結果は、実施例１及び比較例における全結果の平均値を示す。
図２示すように、上記実施形態と同様に鎮静処理を行った実施例１では、鎮静剤の使用量が大幅に低減し、脱燐処理に掛かるコストを低廉化することができることが確認できた。また、実施例では、待機状態において炉体１１からのスラグ４の噴出を防止できていたことから、ガス２を用いた鎮静処理によってフォーミングを鎮静できることが確認できた。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明者らが行った実施例２について説明する。実施例２では、ガス２として酸素を含まない窒素ガスを用いて、上吹きランス１２のランス高さを浴面高さに対して、６０％以上１６０％以下として、精錬処理を行った。なお、実施例２におけるその他の精錬処理条件は、実施例１と同じとした。
精錬処理を行った結果、実施例２においても、実施例１と同様に、鎮静剤の使用量が大幅に低減できることが確認された。
【符号の説明】
【００３６】
１  精錬炉
１１  炉体
１１１  炉口
１２  上吹きランス
２  ガス
３  溶鉄
４  スラグ
【図１】
2019094522.tif 000003
【図２】
2019094522.tif 000004