(57)【要約】【課題】転炉にて溶銑の予備脱りんを行い、脱りん処理後に溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させてスラグのみを排滓する際に、溶銑の流出を抑制しつつ、残留スラグの量が少ない排滓方法を提供する。【解決手段】転炉にて溶銑の予備脱りん処理を行い、脱りん処理後に溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させてスラグのみを排滓する際に、スラグ組成が（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）≧１．０、（Ａｌ２Ｏ３）＝２〜１０ｍａｓｓ％の範囲となるようにスラグ組成を調整して排滓することを特徴とする転炉排滓法。また、そのスラグ組成に調整する際に使用するＡｌ２Ｏ３源として、製鋼二次精錬工程にて発生するスラグを用いることを特徴とする転炉排滓法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉にて溶銑の予備脱りん処理を行い、脱りん処理後に溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させてスラグを排滓する際に、スラグ組成が（１）、（２）式の範囲となるようにスラグ組成を調整して排滓することを特徴とする転炉排滓法。
（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）≧１．０                                （１）
（Ａｌ２Ｏ３）＝２〜１０                                          （２）
ここで、（ＣａＯ）、（ＳｉＯ２）、（Ａｌ２Ｏ３）はそれぞれスラグ中のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３濃度（ｍａｓｓ％）を表す。
【請求項２】
請求項１記載のスラグ組成に調整する際に使用するＡｌ２Ｏ３源として、製鋼二次精錬工程にて発生するスラグを用いることを特徴とする転炉排滓法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転炉の排滓法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼精錬において、脱りん反応効率を向上させるため、脱りん・脱炭を分割し、脱炭前の溶銑に脱りん処理を施す溶銑予備脱りん処理が広く行われている。溶銑予備脱りん処理の方式は、トーピードカー、鍋などの溶銑輸送容器を使用する方式と、転炉を使用する方式に大別されるが、転炉を使用する方式は、転炉の特徴を最大限活用したものであり、１）容器の内容積が大きく、フォーミング（＝スラグの泡立ち現象）やスロッピング（＝スラグや溶鉄が容器から横溢する現象）による操業障害等の問題が少ない、２）気体酸素を高速で送酸できるため、高速脱りん処理が可能である、３）酸素供給量が多いため、低塩基度での脱りん処理が可能であり、精錬用生石灰の削減やスラグの有効利用上問題となるフリーＣａＯの低減が可能である、４）上記理由により、脱りん処理前の事前脱珪処理が不要であり、脱珪と脱りんを同時に実施できる、５）固体酸素（＝酸化鉄等）の使用量が少ないため熱裕度が高く、スクラップ比の向上が可能である、６）転炉容器内で前チャージの脱炭スラグを脱りん用造滓剤として熱間で再使用することが容易である、等の利点がある。さらに、遊休転炉や現有転炉を活用できる場合は、新たな設備投資額が少なく、省資源、省エネルギーの面からも優位性の高い方式である。
【０００３】
転炉を使用した溶銑予備脱りん処理方式の中でも、脱りん処理後に溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させて脱りんスラグのみを排滓し、その後に同一転炉で脱炭吹錬を実施する方式（例えば、特許文献１参照）、２基以上の転炉をそれぞれ、脱りん、脱炭の専用炉として用いる方式（例えば、特許文献２参照）等があるが、前者の方式は後者に比べて、１）脱りん処理後に出銑、装入する工程がないため、転炉の非稼動時間が短い、２）溶銑の移し替え工程がないため、移し替えによる放熱ロスがない、３）脱炭スラグを炉内に残して、脱りん用造滓剤として使用することが容易である、などの利点がある。
【０００４】
一方で、前者の方式では溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させて脱りんスラグを排滓するため、溶銑の流出を抑制しつつ、スラグのみを高効率で排滓することが難しく、排滓されずに炉内に残留したスラグから脱炭吹錬時に復りんが生じるという問題がある。そこで、効率的な排滓法として、下記のように種々の提案がなされている。
【０００５】
まず、炉腹および炉底に設けた複数個の羽口からガスを吹き込んでスラグを炉口側に移動させて排滓する方法（例えば、特許文献１参照）、酸化性ガスを吹き込んでスラグフォーミングを促進して排滓する方法（例えば、特許文献３参照）が提案されているが、これらの方法では、炉腹に羽口を設置するため転炉の改造が必要であること、耐火物溶損が進行した転炉では内容積の変化によりスラグ位置が変化し、羽口の位置が最適な位置から外れてくること、吹錬中の羽口閉塞を防止するために常時ガスを吹き込む必要があり、本来不要なガスコストが増大する等の問題がある。
【０００６】
また、電磁力を利用してスラグのみを選択的に排滓する方法（例えば、特許文献４参照）が提案されているが、設備投資コストがかかること、また、高温かつ振動の激しい劣悪な環境下で整備コストが増大する等の問題がある。
【０００７】
さらに、溶銑の位置を電気的導通や光ファイバーで検出し、排滓に最適な転炉傾動位置を決定して排滓する方法（例えば、特許文献５、特許文献６参照）が提案されているが、これらの方法では溶銑の位置を検出し、最適な転炉傾動位置を決定することはできるが、排滓を促進するには不十分である。
【０００８】
その他、トーピードカーや鍋の排滓方法として利用されている排滓板によりスラグを掻き出す方法（例えば、特許文献７参照）等を転炉に適用することも考えられるが、転炉の容量を考えると、設備が大きくなりすぎ現実的とは言えない。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２５８２６９２号明細書
【特許文献２】
特許第１７６１６４６号明細書
【特許文献３】
特開平０５−２７９７２１号公報
【特許文献４】
特開平０５−２４７５１４公報
【特許文献５】
特開平０５−２８８４７９公報
【特許文献６】
特開平０６−２３５０１６公報
【特許文献７】
特開昭５９−１３００９公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
転炉にて溶銑の予備脱りんを行い、脱りん処理後に溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させてスラグを排滓する際に、溶銑の流出を抑制しつつ、残留スラグの量が少ない排滓方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は転炉にて溶銑の予備脱りんを行い、脱りん処理後に溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させて排滓する際に、スラグのフォーミングを促進してスラグの嵩体積を増加させることにより、溶銑の流出を抑制しつつ、排滓を促進するものであり、その手段としてスラグ物性を制御するために、スラグ組成を適正な範囲とすることである。
【００１２】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
【００１３】
１）転炉にて溶銑の予備脱りん処理を行い、脱りん処理後に溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させてスラグを排滓する際に、スラグ組成が（１）、（２）式の範囲となるようにスラグ組成を調整して排滓することを特徴とする転炉排滓法。
【００１４】
（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）≧１．０                                （１）
（Ａｌ２Ｏ３）＝２〜１０                                          （２）
ここで、（ＣａＯ）、（ＳｉＯ２）、（Ａｌ２Ｏ３）はそれぞれスラグ中のＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３濃度（ｍａｓｓ％）を表す。
【００１５】
２）前項１記載のスラグ組成に調整する際に使用するＡｌ２Ｏ３源として、製鋼二次精錬工程にて発生するスラグを用いることを特徴とする転炉排滓法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を下記に説明する。
【００１７】
スラグのフォーミングはスラグ相中にガスが滞留することにより生じ、フォーミング高さはスラグ中のガス滞留量によって決定される。すなわち、スラグ中のガスの上昇速度、気泡の破裂速度がともに小さく、また、脱炭等で発生するガスの発生速度が大きい場合はガスの滞留量が増加し、フォーミング高さが増加する。スラグ中のガスの上昇速度は、スラグ物性である粘度や密度およびスラグ中の気泡径によって、気泡の破裂速度は、スラグ物性である表面張力によって、決定される。従って、スラグ組成を変更し、スラグ物性を適正な範囲とすることで、フォーミングを制御することが可能となると考えられる。
【００１８】
そこで、本発明者らは、フォーミング高さを排滓に適正な範囲に制御することを目的として、スラグ組成と物性およびフォーミング高さの関係を検討した。図１に小型炉での実験結果に基づいて推定したスラグ組成とフォーミング高さの関係を示すが、実機転炉ではフォーミング高さが４〜８ｍの時に排滓が最も促進されることが経験的にわかっており、従って、スラグ組成が（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）≧１．０、（Ａｌ２Ｏ３）＝２〜１０ｍａｓｓ％の範囲で排滓が最も促進されることがわかった。また、スラグ組成がこの範囲外であると、フォーミング高さが低すぎて排滓が効率良く行えないか、もしくは、脱りん処理中に過剰なフォーミングやスロッピングが生じ、操業障害を引き起こすため、望ましくない。また、（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）が低すぎる場合は、スラグの脱りん能にも悪影響を及ぼす。
【００１９】
一方、スラグ物性は温度の影響も受けるが、通常の予備脱りん処理の温度域（＝１２５０〜１４００℃）では、上記のスラグ組成が最も適切であることもわかった。
【００２０】
スラグ組成の調整方法としては、脱りんに必要な塩基度とスラグ量を確保するため、溶銑中のＳｉ量や前チャージ脱炭スラグの残留量等に応じて、適宜、生石灰や珪石等の造滓剤を投入し、さらに脱りん処理終了数分前にＡｌ２Ｏ３源を投入する。さらに、Ａｌ２Ｏ３源として製鋼二次精錬工程にて発生するスラグを用いれば、製鋼工程副産物の有効活用が可能となる。
【００２１】
【実施例】
本発明の排滓方法による脱りん試験について説明する。
【００２２】
試験は３７０ｔ転炉において実施した。スクラップおよび溶銑を装入した後、溶銑中のＳｉ量等に応じて、所定の塩基度およびスラグ量となるように生石灰や珪石等の造滓剤を投入して溶銑の予備脱りん処理を行い、さらに脱りん処理終了の１〜３分前に、所定のＡｌ２Ｏ３濃度となるようにＡｌ２Ｏ３源として造塊滓を投入して、スラグ組成を調整した。脱りん処理後に測温とサンプリングを行い、転炉を横転させて、約５分間かけて炉口からスラグを排滓した。尚、脱りん処理後の温度は１３００〜１３５０℃の範囲であった。その後、転炉を直立させ、造滓剤を所定量投入して脱炭吹錬を行った。
【００２３】
排滓については、予備脱りんおよび脱炭吹錬前後の溶鉄中とスラグ中のりんのバランスおよびＣａＯのバランスから（３）、（４）式に基づいて脱りん処理後に炉内に残留したスラグの量を計算し、（５）式で定義した排滓率で評価した。
【００２４】
１０００×［Ｐ］１＋Ｗｒ，１×（Ｐ）１＝１０００×［Ｐ］２  ＋Ｗｓ，２×（Ｐ）２    （３）
Ｗｓ，２＝｛Ｗｒ，１×（ＣａＯ）１＋ＩＣａＯ，２×１００｝／（ＣａＯ）２          （４）
η＝｛（Ｗｓ，１−Ｗｒ，１）×１００｝／Ｗｓ，１                          （５）
ここで、
Ｗｓ，１、Ｗｓ，２：それぞれ、脱りんおよび脱炭処理後のスラグ量（ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ）
Ｗｒ，１：排滓後炉内残留スラグ量（ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ）
ＩＣａＯ，２：脱炭処理中のＣａＯ投入量（ｋｇ／ｔ−ｓｔｅｅｌ）
［Ｐ］１、［Ｐ］２：それぞれ、脱りんおよび脱炭処理後の溶鉄中りん濃度（ｍａｓｓ％）
（Ｐ）１、（Ｐ）２：それぞれ、脱りんおよび脱炭処理後のスラグ中りん濃度（ｍａｓｓ％）
（ＣａＯ）１、（ＣａＯ）２：それぞれ、脱りんおよび脱炭処理後のスラグ中ＣａＯ濃度（ｍａｓｓ％）
η：排滓率（％）。
【００２５】
表１に試験水準および試験結果を示す。水準１は従来のスラグ組成による比較例、水準２〜４はスラグ組成を本願特許記載の範囲とした発明例、水準５、６は本願特許記載の範囲外で（Ａｌ２Ｏ３）が過剰な比較例、水準７は本願特許記載の範囲外で（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）が低い比較となっている。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、従来のスラグ組成（水準１）では排滓率が４５％であるのに対し、本発明の範囲のスラグ組成（水準２〜４）では、７０％以上の排滓率が得られ、排滓性が大幅に向上している。さらに、スラグの脱りん能の指標となる（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）がほぼ等しい水準１〜３を比較すると、排滓が良好であった水準２、３では脱炭吹錬後のりん濃度（＝［Ｐ］）が低位となった。また、本発明の範囲を逸脱するスラグ組成（水準５〜７）では、いずれも脱りん処理中に過剰なフォーミングやスロッピングが生じており、さらに、その鎮静に時間を要したため、排滓に十分な角度まで転炉が横転できずに、排滓率が低下した。
【００２８】
【発明の効果】
転炉にて溶銑の予備脱りんを行い、脱りん処理後に溶銑を転炉内に残したまま、転炉を横転させてスラグを排滓する際に、溶銑の流出を抑制しつつ、残留スラグの量が少ない排滓が可能となり、脱炭吹錬時における仕上げ脱りん処理のための生石灰等の造滓剤が削減されるとともに、造滓剤の投入による温度降下が減少した。さらに、排滓率の変動による吹止時の溶鋼中りん濃度の変動が減少し、低位で安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグ組成とフォーミング高さの関係を示す図。
【図１】
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