JP3671769B2

JP3671769B2 - 精錬時のスラグフォーミングの抑制方法

Info

Publication number: JP3671769B2
Application number: JP27969899A
Authority: JP
Inventors: 善彦樋口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001107125A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶鉄の脱燐、脱硫、脱珪または脱炭精錬中に発生するスラグフォーミング（以下、単にフォーミングともいう）の抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉から出銑された溶銑（以下、溶鉄ともいう）をトピードカーまたは溶鉄鍋に収容し、そのままあるいは別の溶鉄処理用反応容器に移し替えて、脱燐や脱硫、脱珪などの予備処理を行う方法が従来から行われている。この予備処理では、各種精錬剤の添加とガス吹き込み攪拌または攪拌羽根による機械攪拌が行われている。
【０００３】
これらの予備処理を行った後、溶鉄は転炉に装入され上吹き、底吹き、または上底吹きされた酸素ガスにより脱炭精錬が行われる。
【０００４】
予備処理および転炉のいずれの場合も、添加したフラックスやスラグが泡状となるいわゆるフォーミング（泡立ち）現象を処理中あるいは出湯時に起こし易く、それが甚だしい場合には容器からフラックスやスラグが横溢して処理速度の低下等を引き起こす場合がある。
【０００５】
例えば、ある容器にて酸素を吹きながら精錬中にスラグがフォーミングすると酸素流量を低下させたり、精錬後にフォーミングが鎮静するまで出湯を待つなどの操作が入り、全体の生産効率が低下するという問題があった。また、スラグ中にはＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃あるいは粒鉄などの鉄含有物が含まれており、スラグが横溢することにより鉄ロスを引き起こし鉄歩留まりが低下するという問題があった。
【０００６】
例えば、文献（鉄と鋼、６９（１９８３）、Ｓ１３５）には、ＣＯまたはＣＯ₂ガスを溶鉄中に吹き込むとフォーミングを助長することが知られ、Ａｒガスであるとフォーミングが緩和されることが報告されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらのガスに代わるフォーミング抑制効果を有する攪拌ガスの選定が望まれていた。
【０００８】
本発明の目的は、フォーミング抑制効果を有する攪拌ガスを選定することにより、スラグフォーミングを抑制できる精錬方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、るつぼ内で人為的にスラグフォーミングを起こし、Ｘ線透過法によりスラグ中に気泡の挙動を調査し、下記の知見を得た。
【００１０】
（ａ）スラグフォーミングとは、スラグ中の微細気泡が分散・滞留して状態であり、この微細気泡を合体大型化すると、スラグからの離脱速度が大きくなり、スラグフォーミングを抑制できることがわかった。
【００１１】
しかし、外部からスラグ中にＡｒ、Ｎ₂、ＣＯ、ＣＯ₂またはＯ₂などのガスを吹き込んでも、この微細気泡を合体大型化する効果が無いことが判明した。
【００１２】
一方、Ｈ₂ガスをスラグ中に吹き込むと、スラグ中の微細気泡が合体大型化し、スラグからの離脱速度が大きくなり、スラグフォーミングを抑制できることがわかった。
【００１３】
（ｂ）次に、小型試験転炉で水素ガスを炉底羽口から溶鉄に吹き込む実験を行い、上記の基礎実験結果と同様にフォーミング抑制効果があることを確認した。
【００１４】
しかし、この小型試験転炉で水素を底吹きした場合、配管接続部からリークした水素による小爆発が発生するおそれがある。
【００１５】
従って、実操業では、このような小爆発であっても安全の観点から完全に回避する必要があり、配管内では水素ガスに分解せずに精錬炉内に入って水素ガスに分解する炭化水素をフォーミング抑制ガスとして利用することを着想した。
【００１６】
（ｃ）試験転炉にて溶鉄脱珪あるいは溶鉄脱燐、あるいは脱炭などの酸素上吹き吹錬実験を行い、転炉の底吹き羽口から炭化水素を流したところ、従来Ａｒ、Ｎ₂、ＣＯ、ＣＯ₂またはＯ₂ガス底吹きで発生するフォーミングによる炉口からスラグのの横溢が見られなかった。
【００１７】
しかし、炭化水素ガスが分解して生成する水素ガス量が多過ぎると、スピッティングが発生し易くなるため水素ガス量に上限が存在することが判明した。
【００１８】
なお、転炉上底吹き精錬で使用する底吹きガスは、例えば２重管を使用して内管に酸素、外管に炭化水素（酸素の冷却剤として使用：酸素量に対して３〜１０％の流量比）を入れた操業を実施している。
【００１９】
しかし、炭化水素が分解して生成したＨ₂ガスは下記反応でＨ₂Ｏガスに変化するためＨ₂ガスの添加効果を発揮することができない。
【００２０】
Ｈ₂(外管：炭化水素分解ガス）＋１／２Ｏ₂（内管：底吹きガス）＝Ｈ₂Ｏ
また、上記炭化水素量の１０倍以上のＯ₂ガスを底吹きガスとして使用すると、フォーミング抑制効果がなく、底吹きガスとしてＯ₂ガスを使用することは適当ではない。
【００２１】
（ｄ）ガス種をＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₄Ｈ₁₀と種々変更し、さらにこれらの炭化水素ガスを混合して用いたが、いずれも分解後に発生する水素ガス量が適正範囲であればスピッティングを抑制しながらスラグフォーミングを抑制できることを確認した。
【００２２】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記の通りである。
【００２３】
（１）溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方法において、攪拌ガスとして精錬容器の底部に設けた羽口からの水素ガスを使用し、水素ガス流量を溶鉄トン当り０．０４Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ）以上０．２Ｎｍ ^３／（ｍｉｎ・ｔ）以下とすることを特徴とする精錬時のスラグフォーミングの抑制方法。
【００２４】
（２）溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方法において、攪拌ガスとして精錬容器の底部に設けた羽口からの炭化水素を使用し、該炭化水素が分解して発生する水素ガス流量を溶鉄トン当り０．０４Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ）以上０．２Ｎｍ ^３／（ｍｉｎ・ｔ）以下とすることを特徴とする精錬時のスラグフォーミングの抑制方法。
【００２６】
【発明の実施の形態】
溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬プロセスは、溶鉄脱珪、脱硫、脱燐および脱炭プロセスがある。
【００２７】
上記プロセスで攪拌ガスとして添加する炭化水素は、溶鉄中で分解して水素ガス（以下、Ｈ₂ガスともいう）を発生する。
【００２８】
この分解後に発生する水素ガス量が適正範囲であればスピッティングを抑制しながらスラグフォーミングを抑制できる。
【００２９】
分解後の水素ガス流量は、ＣＨ₄ならＣ＋２Ｈ₂となるためＣＨ₄流量の２倍、Ｃ₃Ｈ₈なら３Ｃ＋４Ｈ₂となるためＣ₃Ｈ₈流量の４倍として算出する。
【００３０】
溶鉄トン（以下、単にｔともいう）当りの水素流量が０．０４Ｎｍ³／(min・ｔ）未満では、スラグフォーミングによりスラグの横溢が発生する。
【００３１】
４．０Ｎｍ³／(min・ｔ）超では底吹きガス流量が大きく成り過ぎスピッティングが急激に増加する。
【００３２】
したがって、スラグフォーミングを抑制するには、水素流量を０．０４Ｎｍ³／（min ・ｔ）以上とすればよいが、スピッティングを抑制しながら、スラグフォーミングを抑制するには、分解後の水素ガス流量は溶鉄トンあたり０．０４〜４．０Ｎｍ³／(min・ｔ）の範囲とすればよい。
望ましい範囲は、０．１〜３．０Ｎｍ³／(min・ｔ）である。
【００３３】
以下に、転炉底吹き羽口を一実施態様例として炭化水素を吹き込む方法について説明する。
【００３４】
使用する底吹き羽口は単管でもよいが、羽口の冷却を防止するために二重管を用いることが望ましい。
【００３５】
二重管は内管および外管の２つの管から構成され、内管に炭化水素を、外管に不活性ガスを導入する。
【００３６】
外管に不活性ガスを導入する理由は、炭化水素の内管内での分解を防止できるからである。すなわち不活性ガスは、外管に不活性ガスを流すことで内管を保護する断熱材としての機能が期待でき、内管内での炭化水素の分解を防止できる。
【００３７】
この結果、底吹き羽口は、炭化水素分解時の吸熱（冷却）による冷却を免れ、羽口付近への溶鉄付着トラブルを回避できる。
【００３８】
単管または二重管の内管に導入する炭化水素はＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₄Ｈ₁₀等を単独または混合して用いる。
【００３９】
二重管の外管に導入する不活性ガスはＡｒ、Ｎ₂等を単独または混合して用いる。
【００４０】
上記に、本発明の一実施態様例として転炉での底吹き例を示したが、転炉以外の精錬容器（溶鉄予備処理や二次精錬等）での底部あるいは側面に設けた羽口だけでなく耐火物で被覆された昇降型ランスも適用可能である。
【００４１】
【実施例】
２５０トン転炉に溶鉄を装入し、脱燐剤を添加して上吹きランスから酸素を吹き付け、底吹き羽口から攪拌ガスを流して溶鉄脱燐試験を行った。
【００４２】
酸素上吹き流量は１２５Ｎｍ³／min の同条件で行い、底吹き羽口（単管または２重管を使用）から攪拌ガスのガスの種類を変えて溶鉄中の［Ｐ］濃度が０．０２質量％以下まで脱燐処理した。
表１に試験結果を示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
なお、横溢したスラグ量を炉下で回収して質量を計測し、炉内添加スラグに対する割合を求めてスラグ横溢率（質量％）とした。
【００４５】
また、炉内にスラグ上面位置を確認するための探査棒（プローブ）を昇降させてフォーミング高さを測定し、炉内フリーボード高さとの比を％表示で表しフォーミング高さ比（Ｆ値）とした。
【００４６】
このＦ値が０％の時ははフォーミングなしの状態を意味し、Ｆ値が１００％の時はフォーミングしたスラグ面が炉口と同じ高さになっていることを示している。スラグが炉口から横溢した場合は＞１００で表示した。
【００４７】
さらに、転炉内の炉口から下方１ｍの高さに飛散溶鉄回収箱を設置し、スピッティングにより飛散した鉄粒子量を測定した。Ｎｏ．１１での回収鉄粒子量を基準としたＳ値（回収鉄粒子量ｋｇ／Ｎｏ．１１回収鉄粒子量ｋｇ）でスピッティング量を評価した。
【００４８】
評価は、スラグ横溢率が０％でＳ値が１．２以下の試験結果に◎印、スラグ横溢率が１％以上の試験結果に×印、スラグ横溢率が０％でＳ値が５以上の試験結果に○印を付けた。
【００４９】
表１の本発明例の試験番号１１〜１５に示すように、鉄銑トン当りの水素流量が０．０４〜０．２Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ）であると、スラグ横溢率が０％でありＦ値も８２％以下で安定していた。しかもＳ値は１．２以下でありスピッティングの問題が特に発生しなかった。
【００５０】
炭化水素を使用しない従来例の試験番号３〜７の結果は、スラグ横溢率が１〜１３％でありフォーミングを抑制できなかった。
【００５１】
溶鉄トン当りの水素流量が０．０４Ｎｍ³／（min ・ｔ）未満である比較例の試験番号８〜１０の結果は、スラグ横溢率が３〜４％でありフォーミングを抑制できなかった。
【００５２】
また、溶鉄トン当りの水素流量が４．０Ｎｍ³／（min ・ｔ）を超える比較例の試験番号２０〜２１の結果は、スラグ横溢率が０％でありＦ値も３４．３％以下と非常に安定しているが、Ｓ値が５．２〜８．４と高くスピッティングを抑制することができなかった。
【００５３】
従って、フォーミングおよびスピッティングを抑制するには、水素流量を０．０４〜０．２Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ）とすることが必要であることがわかった。
【００５４】
【発明の効果】
本発明により、スラグフォーミングを抑制できる。

Claims

溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方法において、攪拌ガスとして精錬容器の底部に設けた羽口からの水素ガスを使用し、水素ガス流量を溶鉄トン当り０．０４Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ）以上０．２Ｎｍ ^３／（ｍｉｎ・ｔ）以下とすることを特徴とする精錬時のスラグフォーミングの抑制方法。
溶鉄中に攪拌ガスを添加する精錬方法において、攪拌ガスとして精錬容器の底部に設けた羽口からの炭化水素を使用し、該炭化水素が分解して発生する水素ガス流量を溶鉄トン当り０．０４Ｎｍ^３／（ｍｉｎ・ｔ）以上０．２Ｎｍ ^３／（ｍｉｎ・ｔ）以下とすることを特徴とする精錬時のスラグフォーミングの抑制方法。