JFE 技報 No. 38（2016 年 8 月）p. 81-86

JFE スチール東日本製鉄所（京浜地区）における省資源型製鋼技術
Resource Saving Steelmaking Technologies
in East Japan Works (Keihin), JFE Steel
前田孝彦

MAEDA Takahiko

JFE スチール

東日本製鉄所（京浜地区）製鋼部製鋼技術室主任部員（課長）

田野学

TANO Manabu

JFE スチール

東日本製鉄所（京浜地区）製鋼部製鋼技術室長（部長）奥山悟郎

OKUYAMA GoroJFE スチール

経営企画部

海外事業統括室主任部員（部長）・博士（工学）要旨
東日本製鉄所（京浜地区）製鋼工場では 2004 年に溶銑脱硫工程，2005 年に溶銑脱りん工程における精錬剤として蛍石を用いない操業に切り替えた。蛍石を用いない溶銑脱硫剤の反応効率向上技術として，機械撹拌型溶銑脱硫において，石灰投射技術を開発し，脱硫剤使用量を低減した。溶銑脱りん工程では，Double-slag Refining Process®

（DRP ）の導入と，実施率向上のための処理ピッチ短縮により媒溶材を削減した。これらの改善により，溶銑配合率の低減と同時に，蛍石を使用していた当時の 90％まで媒溶材を削減することができた。

Abstract:
Hot metal desulfurization and dephosphorization processes were switched from with flour spar to without flour spar
operation in 2004 and 2005, respectively, at East Japan Works, Keihin District. CaO blasting was applied, and flux®

consumption was reduced in hot metal desulfurization without flour spar. Double-slag Refining Process (DRP )introduced and its operation speed was increased to improve application rate, which resulted in decreasing flux
consumption. Flux consumption decreased by 10% compared with that in the case with flour spar at the condition oflower hot metal ratio.

1． 緒言

パイプ材が求められており，これらの環境に対応するため，鋼材の低りん，低硫化が求められている。

自動車・造船等の製造業向け，エネルギー関連向け等の一方，環境負荷物質排出に関する法規制の強化に伴い，高級鋼においては，中国等新興市場の成長を背景にいずれ水質汚濁に係る環境基準が 2009 年に，同じく土壌汚染に係の分野も需要が拡大している。

る環境基準が 2011 年にそれぞれ改正され，F の基準項目が石油，天然ガスなどのエネルギーの生産，輸送，貯蔵に新たに追加されている。それにより，F を含む製鋼スラグをは鋼材が多用されている。天然ガスを地中から取り出す油路盤材等に再利用すると，溶出した F により周辺の土壌も井管，海上における掘削用リグに使用される海洋構造物用

しくは水質が許容量を超過する可能性が指摘されている。

鋼材，ガス田から消費地まで輸送するためのラインパイプ，循環型社会の構築を推進するためには，F 含有スラグの排出石油タンカーおよび LNG 船用鋼材，また，ガスを蓄えてお量を低減して製鋼スラグの再利用可能性を向上させる必要

く圧力容器用鋼材などである。エネルギー産業における鋼がある。
京浜地区製鋼工場では F 含有スラグの排出量低減を目的材の重要性はますます増している。
パイプラインに使用される材料を例に取れば，その性能として，2004 年に溶銑脱硫を，2005 年に転炉型脱りん予備に対する要求は年々高度化しており，エネルギー需要の増処理を F レス化して製鋼工程での完全 F レス化を達成し ，加に対応するために，これまでは開発されなかったような深さらにスラグ発生量の低減が必要となっており，媒溶材使い井戸や，腐食環境の厳しい井戸が開発されるようになっ用量の削減が求められている。

1）てきた。CO2 の多い井戸では CO2 腐食が，また，H2S の多鋼材の低りん，低硫化と媒溶材削減の両立には，精錬プい井戸では水素誘起割れ（HIC）や硫化物応力腐食割れ（SSC）ロセスの効率化が必要である。本報告では，京浜地区製鋼が問題となる。また，サハリンやアラスカ，北海などの寒冷工場において F レスでの脱りんプロセス，脱硫プロセスの地の井戸に使用する低温靭性に優れた構造用材料やライン効率化により，媒溶材を削減した結果について報告する。

2016 年 1 月 8 日受付－ 81 －Copyright © 2016 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved.

JFE スチール東日本製鉄所（京浜地区）における省資源型製鋼技術

2． 京浜地区の概要
2.1

京浜地区製鋼工場の概要

京浜地区製鋼工場のプロセスフローを図 1 に示す。高炉およびシャフト炉より出銑された溶銑を溶銑鍋で受け，除滓した後に KR で脱硫処理を行い，脱りん専用転炉で脱りん処理をおこなっている。脱りん処理を行った溶銑は装入鍋に出湯し，その後脱炭専用転炉で脱炭処理を行う。脱炭処理を行った溶鋼は溶鋼鍋に出鋼し，鋼種に応じた 2 次精錬設備を経て，3 つの連続鋳造機でスラブと丸ビレットを製造している。1CCM および 3CCM はスラブ連鋳機，5CCM は丸ビレット連鋳機となっている。

2.2

京浜地区製鋼工場における F レス化

京浜地区製鋼工場では循環型社会構築の推進を目的として，製鋼スラグの再利用可能性を向上させるために，F 含有

図3 2
 003 年以降の生産量，溶銑配合率，予備処理比率，石灰使用原単位推移
Fig. 3

スラグの排出量ゼロを目標とし，2004 年に溶銑脱硫工程，2005 年に溶銑脱りん工程を F レス化し，製鋼工場の完全 F

The transition of crude steel production amount in the
Keihin steel steelmaking plant, hot metal mixing ratio,Pretreatment ratio and lime per unit

レス化を達成した。
しかしながら，F レス化により媒溶材使用量が増大した。
図 2 に F レス化前後の媒溶材原単位を示す。F レス化にともない脱硫材原単位は 17％増加し，脱 P 媒溶材原単位は1）20％増加した 。

2.3

京浜地区製鋼工場における媒溶材原単位

図 3 に京浜地区製鋼工場における粗鋼生産量，溶銑配合率，予備処理比率，媒溶材量の推移を示す。媒溶材量は2003 年上期を 100 とした指数で表示している。2004 年に溶銑脱硫工程，2005 年に溶銑脱りん工程を F レス化したことにより，脱硫，脱りんの媒溶材使用量は増大した。さらに，脱硫工程では 2008 年 8 月のシャフト炉稼動による処理前 Sの上昇にともない，媒溶材使用量が増大した。脱りん工程においては，2007 年上期からの生産量増大に対応するため，高炉 1 基操業の京浜地区製鋼工場では溶銑配合率の低減により粗鋼生産量を増大させた。溶銑配合率を低減するため，熱余裕が必要となり，予備処理比率を低減させた。
図 1 京浜地区製鋼工場のレイアウト
Fig. 1

Layout of steelmaking in Keihin district

製鋼工場全体での媒溶材使用量は 2003 年上期を 100 とす
ると，2010 年上期には 156 まで増大した。
本報告では，京浜地区製鋼工場において，媒溶材使用量削減に取り組んだ内容について報告する。

3． KR 石灰投射による媒溶材削減
3.1

脱硫材投入方法の変更による脱硫効率向上

KR の媒溶材削減ために，脱硫効率の向上が求められる。
一般に脱硫反応は以下の式で表される。
図2 溶
 銑脱硫，溶銑脱燐プロセスにおける蛍石使用，蛍石使用なしの操業における媒溶材原単位比較
Fig. 2－d［S］/dt＝a/V・K・［S］ …………………… （1）Comparison of flux consumption between with andwithout flour spar in hot metal desulfurization anddephosphorization

JFE 技報 No. 38（2016 年 8 月）

［S］
：溶銑 S 濃度，a：反応界面積，V：溶銑体積，K：
物質移動係数－ 82 －JFE スチール東日本製鉄所（京浜地区）における省資源型製鋼技術

表 1 石灰投射設備の仕様
Table 1Conditions of CaO blasting3

Gas flow rate for CaO blasting

6-20 m -norm./min

Lance height

0.3-1.4 m

Feeding rate of desulfurization flux

100-400 kg/min

Capacity of dispenser

5m

3

石灰投射設備の仕様を表 1 に示す。

3.3
図 4 溶銑脱硫プロセスにおける従来・改良法の比較
Fig. 4

脱硫材投射による媒溶材削減

図 6 に脱硫石灰効率と溶銑温度の関係を示す。脱硫効率

Comparison between conventional and improved
techniques in hot metal desulfurization

は ln（［S］i/［S］
f）/（CaO 原単位）で表される。投射の場合，上添加と比較して脱硫効率が高位である。また，溶銑温度が低位の場合ほど，投射の脱硫石灰効率が優位であった。

溶銑脱硫の反応率向上のために添加フラックスと溶銑のここで［S］
i は初期，［S］
f は終了 S 濃度を示している。

界面積を確保することが重要であることがよく知られている

図 7 に上添加と投射の脱硫材原単位を示す。石灰投射をため，1 mm 以下の脱硫材を用いて処理を行っている。しか使用することにより，上添加の 81％まで媒溶材使用量を削し，反応界面積を増大させるために，更なる小径化を行っ減することができた 。

1）た場合は，脱硫材添加時の飛散が増大してしまう。
飛散を防止しつつ，小径な脱硫材を溶銑浴中へ添加させるための方法として，中井らの溶解炉実験投射添加の結果

2）から，フラックス添加時の分散促進と凝集抑制効果による脱硫効率が向上することを確認した。図 4 に石灰投射設備の模式図，石灰添加方法の比較を示す。本章では京浜 1 KRにおける脱硫材投射化の結果について報告する。

3.2

1KR 脱硫材投射化概要

京浜地区製鋼工場 1KR においては 2009 年 8 月に石灰投射設備を導入した。設備概要を図 5 に示す。投射ランスは，インペラーのキャリッジに設置した。また，既存の石灰投入方法である上添加の併用を可能とするため，既存のサービスタンクとディスペンサー間にバイパスラインを設置した。

図 6 脱硫石灰効率と溶銑温度の関係
Fig. 6

Relationship between hot metal temperature and CaO
efficiency for desulfurization

図 5 石灰投射設備の概要

図 7 脱硫効率と石灰添加方法の関係

Fig. 5 Schematic diagram of CaO blasting facilities in mechanicalstirring process at East Japan Works (Keihin District)－ 83 －Fig. 7

Effect of powder blasting on desulfurization fluxconsumption
JFE 技報 No. 38（2016 年 8 月）

JFE スチール東日本製鉄所（京浜地区）における省資源型製鋼技術

4． DRP® による媒溶材削減
4.1

鋼歩留を 100 とした場合，DRP では 102.1 へ出鋼歩留を向上させることができた。これは，中間排滓で排出されるスラDRP® プロセス概要

グと脱りん処理完了後のスラグを比較し，CaO/SiO2 が低い

京浜地区製鋼工場では転炉を 2 基有している。転炉 2/2基稼動期間は精錬コストが有利な転炉型脱りんプロセス

ことから，スラグ中に懸濁している粒鉄の比率低減されたためと考える。

（LD-NRP）＋脱炭炉，転炉 1/2 基稼動期間は普通吹錬（14.2回吹錬）を実施していた。京浜地区では高炉 1 基での操業

DRP® による媒溶材削減のため，生産量の増大には溶銑配合率の低減が必要である

図 9 に LD-NRP と DRP の装入 Si と T. CaO の関係を示す。

が，LD-NRP では，溶銑 Si の増大にともない脱りん効率がLD-NRP では，溶銑 Si の増加にともない，T. CaO が増加し低下することから，鍋 NRP 設備にて脱珪処理を実施していたが，DRP では中間排滓で高 SiO2 のスラグを排出することる。また，出湯による熱ロスが大きいため熱余裕創出が課により，溶銑 Si によらず，CaO 必要量が一定となっている。

題となっていた。途中での出湯工程を必要としない普通吹図 10 に LD-NRP と DRP の出湯 P と出湯 C の関係を示す。

錬では，熱余裕を拡大できるが，必要な T. CaO 量の増大と，DRP の出湯 P は工程の LD-NRP と同程度となっている。

脱炭工程への P 持込により Mn 鉱石還元，高炭吹き止めの4.3

メリットが得られないことが課題である。

DRP® プロセス実施率向上の取組

図 8 に京浜地区製鋼工場での転炉プロセスを示す。上記

媒溶材削減と生産性向上の両立のため，DRP 処理ピッチの課題を解決するため，鍋脱珪を実施しない溶銑を転炉へ短縮に取り組んだ。当初の 51 分に対する DRP 処理ピッチ

装入し，脱珪処理後に中間排滓を実施し，高 SiO2 のスラグ短縮の打ち手として，①クレーン待ち時間短縮，②出湯鍋を炉外に排出した後に，脱りん吹錬を実施する Double-slagの炉下通過待ち時間削減，③，④中間排滓時間短縮（シャッ®

Refining Process（DRP ）を開発した。鍋 NRP で脱珪を行ター設置効果，スラグ鍋大型化），⑤出湯口径拡大に取り組う場合，処理中放熱ロスや処理後の除滓での熱ロスが発生んだ内容について報告する。

するため，NRP 脱珪を行わない DRP は LD-NRP に比べ熱① クレーン待ち時間短縮的に有利である。

定格荷重 465 t の＃1 クレーンで脱りん炉への溶銑装入，

LD-NRP と DRP の熱バランスを整理した結果，DRP プロ
セスでは鍋脱珪を実施しないため，Input 熱量が増大し，不明熱（炉体，大気中への熱放散等）は LD-NRP プロセスと同程度であった。LD-NRP と DRP の溶銑配合率を整理した
結果，上記の熱余裕拡大により，LD-NRP では 90％であった溶銑配合率を DRP では 82％まで低減させることができた。
LD-NRP と DRP の出鋼歩留を整理した結果，LD-NRP の出

図 9 LD-NRP と DRP® における装入 Si と T. CaO の関係
Fig. 9図 8 新転炉型溶銑脱燐プロセス（DRP®）の概要
Fig. 8

図 10 LD-NRP と DRP® における出湯 P と出湯 C の関係

Schematic image of new hot metal dephosphorization®
process using converter (DRP )JFE 技報 No. 38（2016 年 8 月）

Relationship between [Si] and total CaO consumption in®
LD-NRP and DRP

Fig. 10 Relationship between [C] and [P] at blowend of®
LD-NRP and DRP－ 84 －JFE スチール東日本製鉄所（京浜地区）における省資源型製鋼技術図った。従来の脱珪スラグの流滓では，ノロパン内でのスラグフォーミングによりスラグが溢れることがネックとなり高速でスラグを排出することが困難であったため，ノロパン容量増によりフリーボード確保した。ノロパン容量について3は，クレーン容量から 40 m -norm. に決定した。外径，トラ33

ニオン間隔は変更させずに容量が 35 m -norm. → 40 m -norm.となるよう嵩上げを実施した。さらに容量アップに伴いトラニオン位置も併せて変更し，重心の安定性を担保した。効果として，流滓時間 6 分から 5 分となり DRP ピッチを 1 分短縮できた。

図 11 溶銑，溶鋼鍋の動き
Fig. 11⑤ 出湯口径拡大

Movement of ladles for hot metal and molten steel

DRP 操業を行う脱りん炉は，脱炭炉バックアップのために，脱炭炉と同様の出鋼口径としており，出湯時間は約 5脱炭炉への脱りん銑装入を行い，＃2 クレーンで脱りん炉へ分かかっていたが，上述の DRP 処理ピッチ短縮により，脱のスクラップ装入を実施していたため，脱炭炉へ脱りん銑を炭バックアップ頻度が低下できたため，出湯口スリーブの大装入し，脱りん炉へ戻すまで，脱りん炉での出湯を待つ時径化を実施した。工程スリーブの内径が 240 mmn なのに対間が 9 分発生していた。

し，大径スリーブの内径は 290 mm と 50 mm 増加させるこ

そのため，＃2 クレーンを定格荷重 465 t へ格上げすることにより，＃2 クレーンでの溶銑ハンドリングが可能となり，とで，出湯時間を 1 分短縮できた。外形も拡大したため内径拡大による出湯口寿命の低下は見られない。

＃2 クレーンは脱りん炉へスクラップを装入した後，すぐに

図 12 に改善前後の DRP 処理ピッチの内訳，表 2 に項目脱りん銑を脱炭炉へ装入することが可能となった。この改善

別の打ち手と改善前後のピッチを示す。上述の種々の改善により，脱りん出湯から次チャージ装入までの時間を 12 分

により，DRP 操業ピッチを 51 分から 28 分に，23 分短縮すから 3 分にすることができた。

ることができた。

② 出湯鍋の炉下通過待ち時間削減

図 13 に DRP 処理ピッチの推移，図 14 に DRP 日間最大

図 11 に京浜地区製鋼工場での溶銑，溶鋼の動きを示す。

処理チャージの推移をそれぞれ示す。ピッチを 28 分まで短脱りん処理前の溶銑はクレーンで脱りん炉に装入される。
脱りん処理を終えた鍋は，炉裏側でサンプリングを実施し，台車で炉前側の開口部まで移動し，クレーンで吊り上げ脱炭炉に装入される。脱炭炉から出鋼された溶鋼は台車で炉裏側へ運ぶ。
問題点として炉垂直の状態で，脱りん炉下を出湯鍋が通過できないため，溶銑装入―脱珪吹錬間に待ち時間が発生していたため，出湯鍋のくちばし部分を 500 mm 切断することにより，炉垂直状態で脱りん炉の炉下を出湯鍋が通過できるようになった。
この 改 善 により，炉 下 通 過 時 間 5 分 を 0 分 に 短 縮 し，

図 12 従来・改良法における DRP® 操業の生産性比較
Fig. 12Comparison between conventional and improved®
productivities in DRP operation

DRP ピッチを 5 分短縮することができた。
③ 中間排滓時間短縮（遮蔽扉（シャッター）設備設置）
京浜地区製鋼工場の転炉ではシャッターが使用できていなかったため，中間排滓実施時に炉前床に熱滓・溶銑が飛散する危険性があった。そのため，脱 Si 吹錬終了後に，スラグを十分に沈静してから中間排滓をおこなっていた。炉前床への熱滓・溶銑飛散リスクの低減と中間排滓時間の短縮を目的として，炉前シャッターを設置し，中間排滓時間は12 分から 6 分となり，DRP ピッチを 6 分短縮することができた。
④ 中間排滓時間短縮（大型スラグ鍋導入）

図 13 DRP® ピッチ短縮推移

脱珪スラグの流滓時間短縮のために，スラグ鍋大型化を－ 85 －Fig. 13®

Operation pitch of DRP process
JFE 技報 No. 38（2016 年 8 月）

JFE スチール東日本製鉄所（京浜地区）における省資源型製鋼技術

表 2 項目別の打ち手と改善前後のピッチ
Table 2®

DRP operation pitch shortening result

Beforeimprovement(min)Countermeasures

Afterimprovement(min)

Scrap charging2―

2

Hot metal charged3―3Ladle passing time5

De-Si blowing

4

Item

Avoidance of interference with the fumace body by tapping pot height change0

Oxygen-flow-rate expansion (in the future)

4

Dregs shatterproof by the shutter installation
Slag pot large

Waste slag

12De-P blowing

7

Oxygen-flow-rate expansion

6

Tapping waiting

1

Tapping preparation time reduction (in the future)1

Tapping5

Crane waiting

12

5

Tapping diameter expansion

4

Handling improvement by crane downgrades
Shortening wait-slag-off time (in the future)3

図 14 DRP® 生産性の推移
Fig. 14®

Productivity trend of DRP

縮したことにより，DRP 日間処理数は 47 チャージ /day まで向上し，生産量増加対応が可能となった。

図 15 2
 003 年以降の生産量，溶銑配合率，予備処理比率，石灰使用原単位推移
Fig. 155． 結言

The transition of crude steel production amount in the
Keihin steel steelmaking plant, hot metal mixing ratio,Pretreatment ratio and lime per unit

京浜地区製鋼工場では 2004 年に溶銑脱硫工程，2005 年に溶銑脱りん工程を F レス化し，製鋼工場での完全 F レス化を達成した。図 15 に京浜製鋼工場における粗鋼生産量，溶銑配合率，予備処理比率，媒溶材量の推移を示す。脱硫，

参考文献
1）Tanaka, K. 2015 SEAISI Conference & Exhibition, 30.
2）Nakai, Y.; Uchida, Y.; Miki, Y.; Sumi, I.; Tanaka, K. CAMP-ISIJ. 2014, vol.
27, p. 645.

脱りん工程の F レス化にともない媒溶材原単位は大幅に増加した。
脱硫工程では，上述した技術開発に合わせて，高炉鍋の大型化による処理前温度向上，脱硫スラグの熱間リサイクル等により媒溶材を削減した。
脱りん工程では，上述した技術開発に合わせて，溶銑鍋ダイレクト装入による処理前温度向上，FeO 制御による脱りん効率の向上等により媒溶材を削減した。
これらの改善により，2015 年上期では，溶銑配合率の低減と同時に F レス化以前の 90％まで媒溶材を削減すること前田ができた。
JFE 技報 No. 38（2016 年 8 月）
Copyright © 2016 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved. 禁無断転載－ 86 －孝彦

田野学

奥山悟郎