(57)【要約】【課題】  転炉で予備処理と脱炭を連続して行う製鋼法において、トータルコストのミニマム化を図る。【解決手段】  転炉に、溶銑、溶銑とスクラップ、又は、溶銑とスクラップと銑鉄を主原料として主原料として装入する第一工程、脱Ｓｉ・脱Ｐを行う脱二工程、転炉を傾動させ、第二工程で生成したスラグを排滓する第三工程、炉を直立させ、上吹きランスから酸素を供給して脱Ｃを行う第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱Ｃ精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、前記第三工程でスラグを排滓する際に、スラグ排滓開始からスラグ排滓終了までの時間Ｔと、炉口からスラグ排滓開始から排滓終了までの転炉傾動角度の中間角度まで到達する時間Ｔ1が下記式を満足し、且つ、スラグ排滓率が４０〜６０％となるように転炉傾動を制御する。    １．５≦Ｔ／Ｔ1【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉に、溶銑、溶銑とスクラップ、又は、溶銑とスクラップと銑鉄を主原料として装入する第一工程、
脱Ｓｉ・脱Ｐを行う脱二工程、
転炉を傾動させ、第二工程で生成したスラグを排滓する第三工程、
炉を直立させ、上吹きランスから酸素を供給して脱Ｃを行う第四工程、
生成した溶鋼を出鋼する第五工程、
第五工程にて生成した脱Ｃ精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、
前記第三工程でスラグを排滓する際に、スラグ排滓開始（炉口からスラグの流出開始）からスラグ排滓終了までの時間Ｔと、炉口からスラグ排滓開始から排滓終了までの転炉傾動角度の中間角度まで到達する時間Ｔ1が下記式を満足し、且つ、スラグ排滓率が４０〜６０％となるように転炉傾動を制御することを特徴とする転炉製鋼法。
１．５≦Ｔ／Ｔ1
【請求項２】
請求項１記載の転炉製鋼法において、予め、第三工程での排滓率を、転炉での投入する副原料コスト、転炉耐火物コスト及びユーティリティーコストを基に規定して操業することを特徴とする転炉製鋼法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱Ｃ精錬後のスラグの熱間での再利用を図るための転炉製鋼法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の転炉における溶銑の精錬は、転炉へ高炉溶銑を装入し、生石灰を主体とするフラックス投入と、酸素吹錬により、溶銑を脱Ｐ、脱Ｃし、鋼を溶製する方法が一般的であった。その後、多工程にわたる精錬機能を転炉に集約して行い、溶銑のもつエネルギーを有効活用し、エネルギーロスを大幅に低減するとともに、転炉前後工程の固定費（設備費、労務費）の大幅な軽減を可能とする方法が、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示の方法は、第一工程として、溶銑を転炉に装入し、第二工程として、フラックス添加と酸素吹込を行って、脱Ｓｉ・脱Ｐ精錬を施し、所定のＰ含有量まで低減し、第三工程として、前記転炉を傾動して、第二工程で生成したスラグを排出し、その後、第四工程として、同一転炉にて、フラックス添加と酸素吹錬により、所定のＣ含有量まで脱Ｃを行い、第五工程として、第四工程で生成したスラグを転炉内に残したまま出鋼して、再び、第一工程へ戻り、前記第五工程までを繰り返し実施する方法である。
【０００４】
特許文献１には、Ｍｎ鉱石歩留りを向上させるためには、排滓率を限りなく１００％に近づけることが有効であるものの、脱りん用フラックス低減の観点からは、排滓率６０％を超えると、生石灰原単位の低減率は小さくなるため、排滓率６０％が、最低必要な排滓率であると開示されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、第３工程でのスラグ排滓率向上のために、炉腹の炉底側から炉口側にかけて設けた複数個の羽口を用い、炉底側の羽口から炉口側の羽口に向かって順次ガス流量を増加させながら炉内にガスを吹込んでいき、スラグを炉口側へ移動させて排滓することが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−７０６２６号公報
【特許文献２】特開平５−１４０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２開示の方法では、同一転炉を用いて脱Ｐ、脱Ｃ工程を続けて行うプロセスで実施するので、溶銑のもつエネルギーを有効活用し、エネルギーロスを大幅に低減するとともに、転炉前後工程の固定費（設備費、労務費）の大幅な軽減が可能であり、第三工程でのスラグ排出量が少ないと、第二工程でスラグ中に除去したＰが第四工程で再び溶鋼中に戻ってくるため、第四工程にて再び脱Ｐする必要があり、生石灰等のフラックス量を増加させねばならず、コスト増につながることから、第三工程でのスラグ排出量をできるだけ増やそうとすることがなされてきたものの、単に、スラグ排出率を高めるだけでは、かえって操業を不安定にさせるばかりか、コストも低減しないことがわかってきた。
【０００８】
即ち、排滓率を高めるほど、副原料の原単位は小さくなることは明らかではあるものの、その一方で、転炉の構造上、溶銑上に浮遊している液状のスラグを炉口から排滓させるためには、転炉を傾動させる必要があり、転炉内の残スラグが少なくなる程（即ち、排滓率が大きくなる程）、炉内溶銑を排出せず排滓するには、傾動速度を小さくさせるために必要以上に時間を要するだけでなく、排滓時間が長くなる分だけ転炉サイクルタイム（第１工程〜出鋼する第５工程までに要する時間）が延長し、受銑、受鋼時間が長くなる分だけ、耐火物の寿命の低下を引き起こすと同時に、生産量の低下を招き、それに伴う電力等のユーティリティーコストの悪化があることがわかった。
【０００９】
そこで、本発明は、第三工程におけるスラグ排滓を適正にすることで、操業上のトータルコストをミニマムにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するためになされた本発明の転炉製鋼法の要旨は、以下の通りである。
【００１１】
（１）転炉に、溶銑、溶銑とスクラップ、又は、溶銑とスクラップと銑鉄を主原料として装入する第一工程、脱Ｓｉ・脱Ｐを行う脱二工程、転炉を傾動させ、第二工程で生成したスラグを排滓する第三工程、炉を直立させ、上吹きランスから酸素を供給して脱Ｃを行う第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱Ｃ精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、前記第三工程でスラグを排滓する際に、スラグ排滓開始（炉口からスラグの流出開始）からスラグ排滓終了までの時間Ｔと、炉口からのスラグ排滓開始から排滓終了時の転炉傾動角度までの中間角度までに到達する時間Ｔ1が下記式を満足し、且つ、スラグ排滓率が４０〜６０％となるように転炉傾動を制御することを特徴とする転炉製鋼法。
１．５≦Ｔ／Ｔ1
【００１２】
（２）前記（１）記載の転炉製鋼法において、予め、第三工程での排滓率を、転炉での投入する副原料コスト、転炉耐火物コスト及びユーティリティーコストを基に規定して操業することを特徴とする転炉製鋼法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、実操業において、特に転炉工程の生産性が求められる断面において中間排滓時間を一定領域に規定することで、排滓率を一定領域に設定し、結果的に、副原料コスト、耐火物コスト及びユーティリティーコストを含めた合計のトータルコストの最適化を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
転炉に、溶銑、溶銑とスクラップ、又は、溶銑とスクラップと銑鉄を主原料として装入する第一工程、脱Ｓｉ・脱Ｐを行う脱二工程、転炉を傾動させ、第二工程で生成したスラグを排滓する第三工程、炉を直立させ、上吹きランスから酸素を供給して脱Ｃを行う第四工程、生成した溶鋼を出鋼する第五工程、第五工程にて生成した脱Ｃ精錬後のスラグを炉内に残留させた後に第一工程に戻り、第一工程から第五工程を繰り返し実施する転炉製鋼法において、従来であれば、副原料のみに着目して、第三工程での排滓率を、できる限り高める操業を実施してきた。
【００１５】
ところが、第三工程での排滓率を向上させるために、より排滓時間を長くせざるを得ず、結果として、転炉の生産性を落とし、その為に、転炉稼動上のユーティリティーコストが悪化することが判ってきた。更に、第三工程の排滓時間を長くすることで、溶銑・溶鋼の在炉時間が長くなり、転炉内耐火物への影響が大きくなり、結果として、耐火物コストも悪化させることになると考えられる。
【００１６】
こうした副次的な影響までも考慮した場合には、上記第三工程である排滓作業に時間をかけて、排滓率を高めることをすべきではなく、むしろ、排滓率を適正範囲に規定し、排滓時間をむやみに長くさせないことの方が、むしろ有利となることを知見した。
【００１７】
第三工程においては、炉内スラグを流出させやすいように、スラグ中に気体を封入してスラグをフォーミングさせた後に転炉を傾動させることが一般的に行われる。しかし、一旦フォーミングさせたスラグが刻々と沈静していく状況で、炉内スラグを排滓させていく必要がある。
【００１８】
ところが、フォーミングしたスラグの体積変化は、立川ら（鉄と鋼：１９７４、Ａ１９）によれば、スラグ中の気泡の生成と消失のバランスで決定されことが知られており、下記（１）が成立する。
【００１９】
【数１】
2007077483.tif 000003
【００２０】
ここで、Ｖsはフォーミングスラグ体積（ｍ3）、Ｖs,∞は非フォーミング時スラグ体積（ｍ3）、Ｑgasはガス発生速度（ｍ3／ｓ）、τは気泡寿命（＝foaming index）（ｓ）、ｔは時間を表す。
【００２１】
（１）式より（２）式が導出され、また、嵩比重は、フォーミングスラグ体積に反比例する。
【００２２】
【数２】
2007077483.tif 000004
【００２３】
ここで、Ｖs,iは初期フォーミングスラグ体積（ｍ3）、Ｗsはスラグ質量（ｔ）、ρsはスラグ密度（ｔ／ｍ3）を表す。
【００２４】
（２）式から、時間ｔの経過に伴い、炉内のフォーミングしたスラグの体積が小さくなり、スラグ高さが確保できなくなる、即ち、溶鉄を排出させずにスラグを排滓しにくくなることがわかる。つまり、あまりに時間をかけたとしても、排滓率の大幅な向上が望めなくなる。
【００２５】
一方で、できるだけ炉内スラグが沈静する前に、極力早く転炉傾動を行い、排滓を行おうとした場合、図１に示すように、スラグ流出時の剪断力に溶鉄が引きずられて溶鉄が流出してしまうため、溶鉄の先端に作用する剪断力と重力（＝浮力）のバランスを考慮して、溶鉄流出限界を求める必要がある。
【００２６】
スラグ流出時の剪断力は（４）式、重力は（５）式、溶鉄流出限界時のバランスは（６）式で表される。
【００２７】
【数３】
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【００２８】
ここで、τは剪断力（Ｐａ）、μsはスラグ粘度（Ｐａ・ｓ）、ｕはスラグ流速（ｍ／ｓ）、Ｌは溶鉄面−炉口間距離（ｍ）、ｓは溶鉄隆起高さ（ｍ）、Ｂは重力（Ｐａ）、ρmは溶鉄密度（ｋｇ／ｍ3）、ρsはスラグ密度（ｋｇ／ｍ3）、ｇは重力加速度（ｍ2／ｓ）を表す。
【００２９】
（４）〜（６）式より、ｓ（＝溶鉄隆起高さ）に関する二次方程式（７）式が導出されるが、溶鉄が流出しない条件は、ｓが実数解を持つ条件であり、（８）式で表される。
【００３０】
【数４】
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【００３１】
すなわち、スラグ排出時の流出速度ｕが大きいほど、溶鉄の流出しはじめるＬの値は大きくなることがわかる。
【００３２】
従って、溶鉄−炉口間距離Ｌが大きい排滓の初期段階では、スラグ流出時の流速ｕが大きくても、溶鉄にかかる剪断力τは抑えられ、溶鉄の流出は生じ難い。反対に、排滓の末期段階では、溶鉄−炉口間距離Ｌが小さくなるため、スラグ流出時の流速ｕを低減する必要がある。
【００３３】
スラグ流出時の流速ｕは、転炉の傾動速度の増加に応じて増加するため、排滓段階に応じて転炉の傾動速度を調整することにより、溶鉄の流出を抑制しつつ迅速な排滓が可能となる。
【００３４】
これまで説明したように、第三工程における排滓については、長時間時間をかけない一方で、短時間すぎないことで、最適な操業領域に入ることが想定される。そこで、この両者を考慮して、以下、指標を基に、最適領域に操業を限定することを知見したのである。
【００３５】
前者のフォ−ミングしたスラグの沈静に影響を及ぼす要因である、転炉のスラグ排滓開始（炉口からスラグの流出開始）からスラグ排滓終了までの「トータルの排滓時間をＴ」とし、一方で、スラグ流出時の流速が大きくても、溶鉄にかかる剪断力は抑えられるために溶鉄が流出し難くなる、炉口からスラグ排滓開始から排滓終了までの転炉傾動中間角度θ1とし、「排滓開始から中間角度θ1まで到達する時間をＴ1」としたときに、この両者の比「Ｔ／Ｔ1」による転炉傾動時の溶鉄流出の影響を調査した。
【００３６】
ここで、具体的にθ1とは、転炉が直立した状態の角度を基準として炉口からスラグ排滓開始（炉口からスラグ流出開始）の傾動角度をθ0、スラグ排滓終了（排滓時の最大傾動角度）をθ2としたときに、
θ1＝（θ0＋θ2）／２
で表わされるものである。
【００３７】
図２は、Ｔ1＝０．３〜５．３、Ｔ＝１．１〜６．４までの範囲で変更し、Ｔ／Ｔ1の値を可変させた場合の溶鉄歩留との関係を調査した結果を示している。図２より、Ｔ／Ｔ1が小さくなるほど、溶鉄歩留は減少する傾向にあるが、Ｔ／Ｔ1が１．５以上では、溶鉄歩留がほぼ１００％となり、溶鉄流出の影響が殆どなくなることがわかった。
【００３８】
即ち、下記（９）式を満たすように調整することで、長時間排滓による弊害及び短時間排滓による地金流出等への弊害を防ぐことができることを見いだしたのである。
１．５≦Ｔ／Ｔ1                                      （９）
【００３９】
Ｔ／Ｔ1が１．５未満の場合には、図２に示したように、排滓開始（傾動角度θ0）から排滓完了（傾動角度θ2）の中間地点（傾動角度をθ1）までの傾動速度が、中間地点から排滓完了までの傾動速度よりも大きくなってしまい、前記のスラグ流出時の剪断力が大きくなるために、スラグによって溶鉄が流出してしまうものと考えられる。
【００４０】
なお、好ましくは、Ｔ／Ｔ1が１３以下であることが望ましい。Ｔ／Ｔ1が１３を超過するケースとして、Ｔが極端に大きい値となる場合と、逆に、Ｔ1が極端に小さい値となる場合の２つのケースが考えられる。
【００４１】
前者のケースでは、溶鉄を流出させることなく排滓できるものの、時間Ｔを大きくしすぎることにより、前記（１）式に示したように、炉内スラグが沈静してしまうために、排滓時間Ｔを大きくして生産性が低下するだけでなく、逆に、排滓率を低下させてしまう恐れがある。
【００４２】
一方、Ｔ1を極端に小さくする後者のケースでは、転炉傾動速度を大きくすることで、スラグ流出速度が大きくなり、初期のスラグ流出までの時間Ｔ1が極端に短くなるものの、スラグ流出速度が大きいために、剪断力による溶鉄流出を引き起こしやすくなり、溶鉄歩留が低下する恐れがある。
【００４３】
一方、単に、Ｔ／Ｔ1が前記（９）式を満足したとしても、トータルコストをミニマムにすることはできない。即ち、スラグ排滓開始（炉口からスラグの流出開始）からスラグ排滓終了までの時間Ｔが長くなると、前記のようにフォーミングしたスラグが、転炉内で沈静化してしまい、排滓し難くなるばかりか、鉄歩留が向上したとしても、生産性は悪化すると考えられるからである。
【００４４】
そこで、次に、排滓時間の短縮による生産性を向上しつつ、副原料や転炉耐火物、更に、電力量等の転炉稼働上のユーティティーコストを低減すべく、排滓率の適正範囲の検討を行った。
【００４５】
溶鋼量３７０ｔｏｎ転炉を用い、第三工程において、前記Ｔ／Ｔ1＝２．２一定となるように転炉傾動を制御して、評価を行った。コスト評価に際しては、第三工程の排滓率によって変動する副原料（ＣａＯ）コスト、排滓率の向上と共に長くなる排滓時間によって変動する生産性から算出される電力等のユーティリティ及び転炉耐火物の原単位について、総合評価した。
【００４６】
図３（ａ）は、横軸を第三工程の排滓時間Ｔとし、縦軸を排滓率とした結果を示す。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、排滓時間を長くすれば排滓率は向上し、副原料原単位は低減し、コスト的に安価な方向へ進む。
【００４８】
一方で、排滓時間を短くすれば排滓率は低くなるものの、全体での転炉の稼動サイクル（第一工程の溶銑装入から第五工程の出鋼まで）の時間が短縮されるため、生産性が向上する。従って、この場合には、転炉稼働のために電力等のユーティリティの原単位を低減させることが可能となる。
【００４９】
更に、排滓時間を短くすれば、溶銑・溶鋼の転炉内の在炉時間が短縮され、転炉内耐火物原単位が向上することが可能である。
【００５０】
図３（ｂ）は、前記の主要な３項目の各々コストについて排滓時間Ｔとの関係とともに、それらの合計を、トータルコストとして整理した結果を示す。図３（ｂ）に示すように、トータルコストとしては、第三工程の排滓率が４０〜６０％（排滓時間が２．０分〜４．０分程度）の場合に、トータルコストが小さく、最適な領域であると考えられる。
【００５１】
なお、例え、副原料単価、耐火物単価、電力等のユーティリティーの単価が変動したとしても、図３（ｂ）に示すトータルコストの絶対値は変化するものの、第三工程の排滓率が４０〜６０％の場合に、やはり、トータルコストが小さくなくことが確認できた。
【００５２】
ここで、上記の排滓率４０〜６０％となる傾動パターンを実現するためには、炉口からスラグが流出を開始する傾動角度θ0と、排滓時の最大傾動角度θ2の値が必要となるが、θ0については、炉内の耐火物プロフィールから傾動時の炉内容積と炉内の溶鉄量及びスラグ量から、概略値を予測することが可能であり、また、正確な値は、単純に炉口からスラグが流出する傾動角度の実績値を把握することで可能である。
【００５３】
一方、θ2についても、炉内の耐火物プロフィールから計算した傾動時の炉内容積と炉内の溶鉄量から、準静的に傾動した場合に溶鉄が流出する傾動角度を予測することは可能であるが、実際に溶鉄が流出する傾動角度は、直前の傾動速度の影響を受けるので、予め傾動速度を変更して試験を行い、θ2を決定しておく必要がある。
【００５４】
更に、θ0やθ2は、炉内耐火物の溶損状況等の炉形状や、溶鉄やスラグの装入量に応じて随時変化するため、それらの条件からθ0やθ2を予測できるようにするとさらに望ましい。
【００５５】
実際の傾動においては、前記（２）式を満たすように、予め傾動パターンを設定しておき、そのパターンに沿って傾動を行うのが現実的である。また、傾動パターンの制御については、段階的に傾動速度を切り替えるような制御でも、連続的に傾動速度を切り替えるような制御でも構わない。
【実施例】
【００５６】
実機転炉を用いた実施例について、以下、説明する。
【００５７】
試験は、３７０ｔ転炉において実施した。炉内にスクラップ及び溶銑を装入した後、溶銑中のＳｉ量に応じて、所定の塩基度及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った。脱りん処理後に転炉を横転させて、炉口からスラグを排滓した。
【００５８】
ここで、排滓率とは、予備脱りん処理時に生成したスラグのうち、排滓されたスラグの割合であり、スラグの組成に基づいた物質収支計算とスラグ秤量により求めた。
【００５９】
表１に、試験水準及び試験結果を示す。なお、転炉傾動速度のパターンは、Ｔ／Ｔ1＝１．２〜１３．３になるように制御した。表１において、コストは、既に述べているように、排滓時間を８分としたときの値を１００と規定し、無次元にて無次元表記した。
【００６０】
【表１】
2007077483.tif 000007
【００６１】
水準１〜７は、傾動パターン又は排滓率が本発明の範囲内である本発明例であり、溶鉄歩留、コスト（原単位）とも優れた結果が得られた。なお、水準７は、Ｔ／Ｔ1が１５となっており、排滓率が６０％以下であったものの、若干、溶鋼歩留が低くなり、排滓時間も４分程度と少し長くなったために、トータルコストが少し悪化したが、許容範囲であった。
【００６２】
一方、水準８〜１４は、傾動パターン又は排滓率が本発明の範囲外である比較例である。
【００６３】
水準８は、Ｔ／Ｔ1が１．６であったが、排滓時間Ｔが短いく排滓率が４０％未満となったために、副原料コストが悪くなり、トータルコストが悪化してしまった。
【００６４】
水準９は、水準７と同じく、Ｔ／Ｔ1が１．６であったが、Ｔを長くしたため、排滓率が６０％を超過し、その結果、副原料コストは安価となっているものの、溶鉄の在炉時間が長いことによるユーティリティと耐火物コストが悪化し、結果的に、トータルコストは悪化してしまった。
【００６５】
水準１０は、Ｔ／Ｔ1が２．９であったが、Ｔが小さく、排滓率が下限値４０％を下回った結果、副原料コストが本発明例と比較して悪く、トータルコストも悪化してしまった。
【００６６】
水準１１は、Ｔ／Ｔ1が水準１０と同様に２．９であったが、Ｔの値が大きく、排滓率上限値の６０％を超過したため、排滓時間が長くなり、溶鉄の在炉時間が長くなってしまった結果、ユーティリティと耐火物コストが悪化し、結果的にトータルコストも悪化してしまった。
【００６７】
水準１２は、排滓後半の転炉傾速度を早くして、時間（Ｔ―Ｔ1）を短くし、Ｔ／Ｔ1の下限値よりも小さい１．２にした結果、排滓後半のメタル―炉口距離が短くなってきているにもかかわらず、排滓時の流出速度が大きくなったため、溶鉄歩留が９７％まで悪化してしまった。
【００６８】
水準１３も、Ｔ／Ｔ1の下限値よりも小さい１．２とし、更に、Ｔを小さくして排滓率が下限値４０％を下回った結果、副原料コストが悪化し、トータルコストも悪化してしまった。更に、溶鉄歩留も９７％まで悪化してしまった。
【００６９】
水準１４も、Ｔ／Ｔ1の下限値よりも小さい１．２とし、Ｔを大きくして排滓率が上限値６０％を超過した結果、溶鉄の在炉時間が長くなり、ユーティリティと耐火物コストが悪化し、トータルコストも悪化してしまった。更に、溶鉄歩留が９７％まで悪化してしまった。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】排滓中の転炉でのメタル分の流出モデルを概念的に示す図である。
【図２】本発明におけるＴ／Ｔ1の値の適正範囲を示す図である。
【図３】本発明における排滓率の適正範囲と排滓率に対応する各種コストを示す図である。（ａ）が排滓率を示し、（ｂ）がコストを示す。
【図１】
2007077483.tif 000008
【図２】
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【図３】
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