(57)【要約】【課題】本発明は、溶銑又は溶融還元炉にて溶製した含Ｃｒ溶鉄を貯銑又は貯鉄する加熱装置を備えた貯銑炉において、炉内に滞留するスラグの量を著しく低減し、該貯銑炉の内張り耐火物の侵食が減り、貯銑炉の寿命を延長可能な貯銑炉内スラグの流動性調整方法を提供することを目的としている。【解決手段】加熱手段を備えた貯銑炉内に保持した溶鉄へ鉄スクラップを投入して溶解させ、該溶鉄の保持量を増加させるに際して、炉内に残留するスラグにＳｉを含有する合金鉄を投入し、該スラグ中に含まれる低級酸化物の濃度を低下して、スラグの炉からの排出性を高める。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段を備えた貯銑炉内に保持した溶鉄へ鉄スクラップを投入して溶解させ、該溶鉄の保持量を増加させるに際して、
炉内に残留するスラグにＳｉを含有する合金鉄を投入し、該スラグ中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ことを特徴とする貯銑炉内スラグの流動性調整方法。
【請求項２】
前記合金鉄の投入で、前記溶鉄中のＳｉ含有量を０．０５〜０．３０質量％に調整することを特徴とする請求項１記載の貯銑炉内スラグの流動性調整方法。
【請求項３】
前記加熱手段を、誘導加熱装置とすることを特徴とする請求項１又は２記載の貯銑炉内スラグの流動性調整方法。
【請求項４】
前記低級酸化物を、Ｆｅ、Ｃｒ及びＭｎの酸化物とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の貯銑炉内スラグの流動性調整方法。
【請求項５】
前記溶鉄を、予備脱珪処理、予備脱燐処理及び／若しくは予備脱硫処理を施された溶銑、又はクロム鉱石の溶融還元で溶製した含クロム溶鉄とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貯銑炉内スラグの流動性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯銑炉内スラグの流動性調整方法に係わり、詳しくは、溶銑又は溶融還元炉にて溶製した含Ｃｒ溶鉄を貯銑又は貯鉄する加熱装置を備えた貯銑炉において、炉内に滞留するスラグの量を著しく低減し、該貯銑炉の内張り耐火物の侵食が減り、貯銑炉の寿命を延長する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉から出銑された溶銑は、混銑車や溶銑鍋に受け、脱燐及び脱硫等の予備処理が施されてから、予め鉄スクラップ（以下、単にスクラップという）等が投入されている転炉に装入し、上吹きランス等を介して酸素ガスを吹きつけて脱炭精錬を行い、溶鋼を溶製している。
【０００３】
ところで、前記した混銑車と転炉とは、その容量が釣り合わないのが一般的である。そのため、混銑車や溶銑鍋等に保持している溶銑は、転炉への溶銑の払い出し待機中に温度低下が生じる。また、混銑車や溶銑鍋から転炉への供給量が不足すると、転炉の安定、あるいは円滑な操業ができなくなるという問題も生じる。従来は、かかる問題に対処するため、図５に示すような貯銑炉１と称する炉を別に準備し、転炉へ払い出し前の溶銑２の量の確保及び成分の調整を行うことが行われている。なお、貯銑炉１には、加熱装置３が備えられており、溶銑の温度低下の防止に加え、必要に応じてスクラップの事前溶解及び溶銑の成分調整にも有効に利用されている。また、ステンレス鋼を転炉で溶製するには、母溶湯として、転炉型溶融還元炉にてＣｒ鉱石を炭材で溶融還元して予め含Ｃｒ溶鉄を溶製しているが、この含Ｃｒ溶鉄も該貯銑炉を有効に利用している。
【０００４】
しかしながら、加熱装置を用いて貯銑炉内で、スクラップを炉内で溶解する過程において、不可避的にスクラップが含有する金属成分の酸化が生じ、炉内に滞留するスラグの量が増加する。このスラグの増加は、耐火物とスラグとの接触面積を増加させるため、必然的に、スラグによって侵食される面積が増加する。その結果、耐火物の損耗量を増加して、炉体寿命が短くなる。
【０００５】
一方、貯銑炉の耐火物がスラグによって侵食されるのを回避するには、貯銑炉内に滞留するスラグの塩基度（スラグ中のＣａＯとＳｉＯ２との質量比：ＣａＯ／ＳｉＯ２で表す）を１．０以上とすることが望ましいと言われている。そして、造滓材として石灰等のＣａＯ源や珪石等のＳｉＯ２源を別途添加して、スラグの塩基度調整を実施している。
【０００６】
ところが、この方法は、スラグの量をさらに増加させるので、スクラップを溶解する加熱装置を備えた貯銑炉にとっては有効な手段ではない。また、スラグの増加は、スクラップを貯銑炉に投入した際に、その表面にスラグが付着したり、あるいはスラグの上にスクラップが浮遊するので、溶銑からスクラップへの浸炭が阻害され、スクラップの溶解速度が著しく低下するという問題も生じる。
【０００７】
そこで、珪石又は珪素鋼板屑の添加で塩基度を０．８〜２．０に調整して、スラグを低融点にすると共に、流動性（スラグは固液共存状態なので、粘度ではない。従って、以後、炉からの排出性ともいうことあり）を確保し、且つＡ１灰やＡ１２０３源の添加で、該スラグのＡ１２０３含有量を５〜１５質量％として、スラグの滓化を維持する操業方法が開示された（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２１８０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の方法も、炉内への珪石やＡｌ２０３源等の造滓材を添加するため、貯銑炉内スラグの増量は回避できない。また、スラグの塩基度は、０．８〜２．０に調整するのが望ましいと記載されているが、スラグの前記流動性を確保するには、一層低い０．８以下がより望ましい。ところが、特許文献１には、０．８以下の低塩基度で、耐火物の溶損を抑制する手段も実施例も記載されていない。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑み、溶銑又は溶融還元炉にて溶製した含Ｃｒ溶鉄を貯銑又は貯鉄する加熱装置を備えた貯銑炉において、炉内に滞留するスラグの量を著しく低減し、該貯銑炉の内張り耐火物の侵食が減り、貯銑炉の寿命を延長可能な貯銑炉内スラグの流動性調整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】
【００１０】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【００１１】
すなわち、本発明は、加熱手段を備えた貯銑炉内に保持した溶鉄へ鉄スクラップを投入して溶解させ、該溶鉄の保持量を増加させるに際して、炉内に残留するスラグにＳｉを含有する合金鉄を投入し、該スラグ中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ことを特徴とする貯銑炉内スラグの流動性調整方法である。
【００１２】
この場合、前記合金鉄の投入で、前記溶鉄中のＳｉ含有量を０．０５〜０．３０質量％に調整するのが良い。また、前記加熱手段を、誘導加熱装置としたり、あるいは前記低級酸化物を、Ｆｅ、Ｃｒ及びＭｎの酸化物とするのが好ましい。さらに、前記溶鉄を、予備脱珪処理、予備脱燐処理及び／若しくは予備脱硫処理を施された溶銑、又はクロム鉱石の溶融還元で溶製した含クロム溶鉄とするのが良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、貯銑炉内のスラグにＳｉ源等を還元剤として投入し、スラグの固化要因であるスラグ中のＦｅＯやＣｒ２０３等を優先的に還元するようにしたので、所謂「造滓材」でのスラグの成分調整をすることなく、炉からのスラグの排出性を高め、前記貯銑炉から溶銑を払い出す際に、同時に排出されるスラグの量を増加できるようになる。その結果、貯銑炉内に滞留するスラグの量が低減し、内張り耐火物の侵食が減り、貯銑炉の寿命が延長する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。
【００１５】
現在、ステンレス鋼を転炉で溶製するために、母溶湯として、転炉型溶融還元炉にてＣｒ鉱石を炭材で溶融還元して予め含Ｃｒ溶鉄を溶製し、誘導加熱装置を備えた貯銑炉に保持し、スクラップ、合金鉄等のさらなる溶解を行って、溶鉄量の増加や成分調整を行ってから、転炉へ必要に応じた量を払い出すようにしている。この貯銑炉の寿命は、炉内のスラグラインに相当する位置の耐火物が激しく損耗し、ある炉代では目標とする寿命の１７％という短命に終わった。この炉代を以下「第１の炉代」と呼ぶ。
【００１６】
そこで、発明者は、その原因について鋭意検討を重ね、０．２〜０．６という低塩基度のスラグ形成を回避するため、炉内へ石灰（ＣａＯ）源を投入したことによると推定した。つまり、スラグへの石灰（ＣａＯ）源の投入で、スラグ量が著しく増加したのである。また、その投入に際しては、スラグの塩基度を１．５とするのを目標としていたが、サンプリングしたスラグの分析調査では、全てのスラグ試料で塩基度が１.０以下（０．６〜０．８）と目標の塩基度まで上昇していない。これは、貯銑炉に別途投入した脱珪処理されていない溶銑等の高Ｓｉ源が、炉内で酸化して予想外のＳｉＯ２が発生したためと思われるが、このことも、炉内に存在するスラグの増量要因であった。
【００１７】
次いで、次なる炉代（この炉代を以下「第２の炉代」と呼ぶ」）の操業に際し、発明者は、スラグの塩基度を調整する方法の採用は得策でないと考え、スラグ量を徹底して低減することにした。そして、炉内スラグのインプット量及びアウトプット量を日々管理したところ、炉内スラグの排出量が増加するのは、貯銑炉内に保持した溶鉄のＳｉが上昇した時であることに気がついた。具体的には、通常時には０．０３質量％以下であるのが、０．０７質量％以上になると、スラグの排出量が多くなったのである。なお、この時の炉内スラグの特徴としては、Ｔ．Ｆｅ及びＴ・Ｃｒの含有量が低いという現象が観察された。
【００１８】
そこで、炉内スラグが固化、又は増加し始めたタイミングにおいて、炉内へＳｉ源としてＳｉ含有量の多いフェロクロム（Ｓｉ＝１〜４質量％）を添加したところ、溶鉄の払い出しに際してスラグの排出量が著しく増加し、炉内に残留する量の低減が確認された。その理由は、スラグが含有するＦｅ酸化物、Ｃｒ酸化物及びＭｎ酸化物等の所謂「低級酸化物」が、下式で示す反応によってＳｉで還元されるため、スラグ量が減少するからである。
【００１９】
２（ＦｅＯ）＋［Ｓｉ］＝２［Ｆｅ］＋（ＳｉＯ２）・・            （１）
２（Ｃｒ２０３）＋３［Ｓｉ］＝４［Ｃｒ］＋３（ＳｉＯ２）          （２）
２（ＭｎＯ）＋［Ｓｉ］＝２［Ｍｎ］＋（ＳｉＯ２）                （３）
ここで、（）はスラグ中の成分を、［］は溶鉄中の成分をであることを表す。
【００２０】
かかる（１）〜（３）の還元反応で発生するＳｉＯ２は、貯銑炉内のスラグの塩度度を低下させるために、その流動性を増し、溶鉄払い出し時でのスラグの排出性が向上する。
【００２１】
なお、上記ＳｉＯ２の生成量は、前記した従来技術でスラグの塩基度調整に添加する石灰源の量に比べ、著しく少ないので、スラグを増量する主な要因にはならない。また、本発明の実施で生じるような低塩基度のスラグは、従来より耐火物損傷への影響が危惧されてきたが、貯銑炉内のスラグ量を削減することによって、その有害性は著しく抑制されたのである。
【００２２】
さらに、本発明では、前記ＦｅＣｒの添加は、貯銑炉内においてスラグが溶鉄の表面全体を覆っているタイミングで行うのが望ましい。表面を覆っていない状態では、溶鉄中のＳｉが雰囲気中の酸素によって下記の反応によって酸化され、スラグ中のＳｉＯ２量を必要以上に増加させるマイナス面があるからである。
【００２３】
［Ｓｉ］＋Ｏ２＝（ＳｉＯ２）・・                                      （４）
本発明は、以上述べた事実を要件に完成させたものであり、具体的には、加熱手段を備えた貯銑炉内に保持した溶鉄へ鉄スクラップを投入して溶解させ、該溶鉄の保持量を増加させるに際して、炉内に残留するスラグにＳｉを含有する合金鉄を投入し、該スラグ中に含まれる低級酸化物の濃度を低下して、スラグの減量を図ると共に、炉からの排出性を高めることを特徴としている。また、スラグ中のＦｅやＣｒ等の有価金属は溶鉄に移行するため、本発明は、経済的にも有利である。
【００２４】
なお、前述の第１の炉代での実績に基づくと、貯銑炉に保持した溶銑がＳｉ＝０．３０質量％以上ではスラグの増量が観察されているため、Ｓｉ＝０．０５〜０．３０質量％の範囲で操業することが望ましい。また、０．７〜０．１５質量％で調整すれば、一層好ましい。下限を０．０５質量％としたのは、それ未満では、Ｓｉの添加効果が出現しないからである。
本発明では、Ｓｉ源である合金鉄の種類は特に限定しないが、ＦｅＳｉやＳｉＭｎ等の珪素合金、Ｓｉを１．０〜１０．０質量％含有する高ＳｉのＦｅＣｒの使用で良い。高ＳｉのＦｅＣｒは、比較的安価であり、含Ｃｒ溶銑の貯銑炉においては、Ｓｉ源及びＣｒ源としても有効だからである。
【００２５】
また、本発明では、加熱装置の種類も特に限定するものでなく、気体あるいは液体を燃料としたバーナーや誘導加熱やプラズマ加熱等の電気による加熱方法が利用できる。ただし、今までの実績では、作業性や経済的な理由で誘導加熱装置の利用が好ましい。
【実施例】
【００２６】
ステンレス鋼の溶製工場に設けた誘導加熱装置付き貯銑炉に、Ｃｒ鉱石を炭材で溶融還元して溶製した含Ｃｒ溶鉄を保持し、脱炭精錬炉へ払い出し待機中に、本発明に係る方法を適用し、該含Ｃｒ溶鉄を覆うスラグの流動性調整を行った。その誘導加熱装置付き貯銑炉は、図５に示した構造とほぼ類似したもので、容量１４００ｔで誘導加熱装置は２．０ＭＷ×４基の能力である。
【００２７】
まず、貯銑炉内スラグの固化及び増量の傾向が見られる毎に、Ｓｉ＝１〜４質量％を含むＦｅＣｒ合金を炉内へ投入した。この時のＳｉ量は、１ｋｇ／溶銑−ｔ程度であった。
【００２８】
その結果、図３に示すように、炉内スラグ中のＴ．Ｆｅ（Ｔはｔｏｔａｌの意味）が従来は平均で２０質量％であったものが、本発明の適用により平均で５質量％以下に低下した。  つまり、スラグ中のＦｅ酸化物及び投入したＳｉで還元され、Ｆｅが溶鉄へ移行したのである（なお、図３は、横軸の尺度に溶鉄中のＳｉ濃度を採用）。これによって、溶鉄の脱炭精錬炉への払い出し時に同時に行うスラグの排出は、流動性が改善されたため、円滑に実施できた。図４に示すように、１回の溶鉄払い出し当たりに排出されるスラグ量は、従来は平均で０．５ｔしかなかったのが、平均で０．８ｔにまで増加したのである。これによって、今までは、定常的に３０〜６０ｋｇ／溶銑−ｔ程度存在していたスラグが、２９質量％も低減した。耐火物の溶損に関しては、図１に示すように、本発明の適用により、従来の損耗速度の約３０％に低減できた。また、貯銑炉で実施するスクラップの溶解についても改善があり、図２に示すように、本発明の実施前に比べ、溶解速度が１８％も向上した。参考のために、従来と本発明の適用後での代表的なスラグの成分を表１に示しておく。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
なお、図１の耐火物損耗指数は、本発明を適用する前の耐火物損耗速度（ｍｍ／ｄａｙ）を１．０とした時の相対値、及び図２の溶解速度指数は、本発明を適用する前の溶解速度（ｔｏｎ／ｈｒ）を１．０とした時の相対値である。また、Ｓｉを１．０〜１０．０質量％含有する高Ｓｉのフェロクロムは、比較的安価であるが、転炉での使用は造滓材使用量の増加を招くため難しいが、含Ｃｒ溶銑保持炉においてはＳｉ源、Ｃｒ源として比較的有効に利用できることもわかった。
【００３１】
このように、本発明によれば、貯銑炉においてＳｉを含有する合金鉄を投入することで、スラグ中のＦｅ、Ｃｒを還元回収し、その結果、スラグの流動性が改善され、貯銑炉から溶銑を出鋼する際に同時に排出されるスラグ量が増加したのである。また、スラグ排出量の増加によって、貯銑炉内のスラグ量が低減するため、スラグと貯銑炉の内張り耐火物の接触面積が減少し、スラグの耐火物への浸透することによる耐火物の劣化と、それに伴う耐火物の割れの発生が抑止する。また、スラグが耐火物を侵食する面積が減少するため、耐火物の損耗も抑制される。さらに、スラグ量が削減できるので、加熱装置付き貯銑炉へのスクラップの投入時に、該スクラップへのスラグの付着が起きず、さらに加えて、溶鉄のスクラップへの侵炭が良好に進行するので、スクラップの溶解速度も向上した。
【００３２】
上記実施例は含クロム溶鉄の場合であるが、本発明は、それに限るものではなく、通常
の製鋼に用いる溶銑予備処理された高炉溶銑にも適用できることは、説明するまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る貯銑炉内スラグの流動性調整方法の実施前と実施後における内張り耐火物の損耗状況を比較した図である。
【図２】本発明に係る貯銑炉内スラグの流動性調整方法の実施前と実施後におけるスクラップ溶解速度を比較した図である。
【図３】本発明に係る貯銑炉内スラグの流動性調整方法の実施前と実施後におけるスラグ中のＴ．Ｆｅの含有量を比較した図である。
【図４】本発明に係る貯銑炉内スラグの流動性調整方法の実施前と実施後におけるスラグの排出量をスラグ中のＴ．Ｆｅに対応させて、比較した図である。
【図５】一般的な貯銑炉の構造を示す図であり、（ａ）は、縦断面を、（ｂ）は側面の外観を示している。
【符号の説明】
【００３４】
１    貯銑炉
２    溶鉄（又は溶銑）
３    加熱装置（誘導式）
４    装入口
５    サンプリング孔
６    出鉄口又はスラグ排出口
７    内張り耐火物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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