JP5488025B2 - 転炉炉口付着地金の溶解方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑を精錬するための転炉の炉口に付着した地金を非吹錬時に効率的に除去する方法に関する。

転炉精錬においては、吹錬中に発生するスピッティングやスロッピングにより、飛散した溶銑、溶鋼及びスラグの一部は炉口に地金として付着する。付着した地金はヒ−トを続けるにつれ成長し、その大きさが或る限度以上になると、溶銑装入及びスクラップ装入の障害になるばかりでなく、吹錬中の落下などにより操業に大きな支障を及ぼす。従って、炉口に付着した地金は操業に支障を来たす大きさ以上になる前に除去する必要があり、そこで、炉口の付着地金を酸素ガスによる溶解によって除去する方法が幾つか提案されている。

例えば、特許文献１には、吹錬を終了して溶鋼を排出した転炉を直立状態とし、その上方から炉口に衝突するように、酸素ガスのジェット流を上吹きランスにて噴射することによって、炉口に付着した地金を溶解・除去する方法が提案されている。

また、特許文献２には、外周面に複数のノズルが放射状に且つ複数段に配置された地金溶解専用ランスを、転炉炉口の上方から炉口を通して炉内に挿入し、前記ノズルからの酸素ガスの噴射軌跡の鉛直方向の最下端が炉口付着地金の表面に到達しないように制御しながら、地金溶解専用ランスのノズルから酸素ガスを噴射させ、非吹錬時に炉口の付着地金を溶解する方法が提案されている。

また更に、特許文献３には、転炉吹錬兼炉口地金溶解用上吹きランスとして、先端に下方外側へ向けて円周配置された複数のノズル吐出孔を有し、当該ノズル吐出孔を介して酸素ガスを溶融金属浴面へ向けて噴出する転炉吹錬兼炉口地金溶解用上吹きランスであって、少なくとも一つの前記ノズル吐出孔の出口開口面は、噴出される前記酸素ガスが前記転炉吹錬兼炉口地金溶解用上吹きランスの下方中心側に向かうように、前記ノズル吐出孔の中心軸に対して傾斜して形成されることを特徴とする転炉吹錬兼炉口地金溶解用上吹きランスが提案されている。

特開平１−２０１４１４号公報 特開平１０−２５１７３５号公報 特開平１０−２８７９０９号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。

即ち、特許文献１の方法によれば、炉口の付着地金の溶解は可能であるが、時として転炉の炉口金物まで溶解してしまうという問題点がある。また、付着地金の溶解を吹錬終了後の溶鋼を排出した転炉にて行うので、溶解した地金は酸化鉄となって空の転炉内に流下することになる。そのため、地金溶解を終了した転炉に、そのまま次ヒートの溶銑を装入すると、溶銑中の炭素と前記酸化鉄とが激しく反応し、突沸するという危険があるので、付着地金の溶解後には、転炉を傾動または倒立させて地金溶解によって生成した酸化鉄を排出しなくてはならない。これにより、装入鉄源に対して付着地金分が系外に排出されることになり、鉄源の歩留りが低下するという問題点がある。

特許文献２の方法では、外周面に複数のノズルが放射状に且つ複数段に配置された地金溶解専用ランスが必要であり、設備費が嵩むという問題点がある。また、地金溶解を終えた後、転炉で溶銑の精錬を実施するには、その都度、地金溶解専用ランスを通常の精錬用上吹きランスに交換しなくてはならず、ランス交換に伴ってロスタイムが発生し、生産性が低下するという問題点がある。また、吹錬終了後の溶鋼を排出した転炉で地金溶解を行うので、特許文献１と同様の鉄源歩留り低下の問題点がある。

特許文献３は、通常の精錬中に、溶銑の脱炭反応によって発生したＣＯガスを転炉内で二次燃焼させて炉口への地金付着を抑制する技術であり、地金溶解毎のランスの交換は不要であり、また、地金溶解によって生成した酸化鉄は精錬中の溶銑または溶鋼に流下するので、鉄源歩留りの低下は無く、また、激しい突沸も起こらない。しかしながら、吹錬中に発生するスピッティングなどによる炉口部への地金付着速度と、二次燃焼熱による地金溶解速度とのバランスが崩れると、地金の付着を抑制できなくなるという問題がある。そして、一旦、肥大成長した付着地金はこの方法で溶解することは極めて困難であるという問題点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、地金溶解用の専用ランスを必要とせず、また、鉄源歩留りを低下することなく、更には、転炉炉口金物を溶解することなく確実に付着地金を溶解することのできる、転炉炉口付着地金の溶解方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る転炉炉口付着地金の溶解方法は、酸化精錬を施すための溶銑を収容した上吹き転炉または上底吹き転炉に対して、前記酸化精錬で使用する上吹きランスを前記転炉の上方に下記の（１）式の条件で配置し、該上吹きランスから、前記溶銑の酸化精錬に先立って転炉炉口面積１ｍ²あたり４０Ｎｍ³／分以上６０Ｎｍ³／分以下の範囲内で酸素ガスを噴射して炉口の付着地金を溶解することを特徴とするものである。
０．７≦ｈ／Ｄ≦０．９…（１）
但し、（１）式において、ｈは、転炉炉口から上吹きランス先端までの鉛直方向上方への距離（ｍ）、Ｄは、転炉炉口の内径（ｍ）である。

第２の発明に係る転炉炉口付着地金の溶解方法は、第１の発明において、前記上吹きランスから、前記条件での酸素ガスの噴射を６分間以上１０分間以下の範囲で行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、地金溶解用の専用ランスを必要とせずに酸化精錬で使用する上吹きランスを用いて、鉄源歩留りを低下することなく、更には、転炉炉口金物を溶解することなく確実に転炉炉口の付着地金を溶解することが実現される。

上吹きランスから噴射する酸素ガスによって炉口付着地金を溶解するときの転炉炉口と上吹きランスとの位置関係を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明においては、溶銑を精錬する際に使用する一般的な上吹きランスを、その先端位置が転炉炉口よりも上方位置になるように配置し、この上吹きランスから噴射する酸素ガスによって転炉炉口の付着地金を溶解する。但し、単に上吹きランスを転炉炉口よりも上方に配置したのでは、特許文献１におけるように、転炉炉口金物をも溶損する恐れがある。そこで、本発明者らは、炉口金物を溶損することなく炉口付着地金のみを溶解する条件を調査した。その結果、上吹きランスから噴射された酸素ガスは、上吹きランスからの酸素ガスジェットそのものが炉口付着地金と衝突しなくても、付着地金を溶解できる条件があることを見出した。

図１に、上吹きランスから噴射する酸素ガスによって炉口付着地金を溶解するときの転炉炉口と上吹きランスとの位置関係を示す。尚、図１において、符号１は転炉本体、２は炉口、３は上吹きランス、ｈは、転炉炉口から上吹きランス先端までの鉛直方向上方への距離（ｍ）、Ｄは、転炉炉口の内径（ｍ）である。

図１に示すように、溶銑を精錬する際に使用する通常の精錬用上吹きランス３は、その先端部３ａに複数のノズル（図示せず）を備えており、おのおののノズルは、ノズルの中心軸が上吹きランス３の鉛直軸心に対して１５°程度の傾斜角度（θ₁）で傾斜して配置されており、また、ノズルから噴射される酸素ガスジェットはノズル中心軸から片側１２°程度の広がり角度（θ₂）で噴射される。

転炉炉口金物の溶損は酸素ガスジェットが炉口金物に直接衝突することで生じることから、転炉炉口金物を溶損させないようにするためには、ノズルから噴出する酸素ガスジェットの最外縁が炉口２よりも内側空間を通過するようにする必要がある。即ち、前述したノズルの傾斜角度（θ₁）及び広がり角度（θ₂）を考慮すると、ノズルから噴出する酸素ガスジェットの最外縁が炉口２よりも内側に位置するようにするためには、幾何学的に前記距離（ｈ）と前記内径（Ｄ）との比（ｈ／Ｄ）を０．９以下とする必要があることが分かった。

この場合、付着地金には酸素ガスジェットが衝突しないが、付着地金が溶解するのは以下の理由による。即ち、転炉内に酸素ガスを噴射する際には、転炉排ガス回収設備の誘引送風機（図示せず）を作動させて排ガスを排気する。このために、炉内に噴射された酸素ガスは炉内でその方向を転じて上向き反転流となって炉上に向かうが、炉の中心部側では上吹きランス３からの酸素ガスジェットによる強い下降流が形成されるので、上向き反転流は炉中心部側を通ることができず、炉壁近傍の空間を通って上方に抜けることになる。このときに、必然的に上向き反転流は、転炉の絞り部から炉口内壁に付着した地金と接触することになり、地金の酸化溶解が発生する。

一方、比（ｈ／Ｄ）が０．７未満では、地金の溶解が遅延する或いは進行しないことが分かった。これは、比（ｈ／Ｄ）が０．７未満では、幾何学的に、下向きの酸素ジェットと炉口２との間隙が広くなるために、上向き反転流の通過できる円環状の面積が広くなる。これにより、上向き反転流の線流速が小さくなり、付着地金での着火（酸化発熱によって連続的に地金が溶解する現象）が生じにくくなり、地金の溶解が遅延する或いは進行しないからである。

このように、付着地金の円滑な溶解のためには、下向きの酸素ジェットと炉口２との間隙である円環状の空間を上昇する酸素ガスの上向き反転流の線流速は或る所定以上の流速を必要としており、上向き反転流の線流速は、炉口２と上吹きランス３との位置関係のみならず、炉口２の面積及び酸素ガス流量にも依存する。そこで、比（ｈ／Ｄ）を、円環状空間の面積が最も大きくなる０．７の一定とした条件で、上吹きランス３からの酸素ガス供給量をＱ_O2（Ｎｍ³／分）、炉口面積（開口部面積）をＳ（ｍ²）として、比（Ｑ_O2／Ｓ）をパラメータとして付着地金の溶解を調査した結果、比（Ｑ_O2／Ｓ）が４０Ｎｍ³／(分・ｍ²)以上の範囲で付着地金の溶解が円滑に生じることが分かった。一方、酸素ガス流量を増やしても、比（Ｑ_O2／Ｓ）が６０Ｎｍ³／(分・ｍ²)を超えると地金の溶解速度が飽和し、それ以上の流量の酸素ガス供給は不要であることが分かった。

本発明は、これらの調査結果に基づきなされたものであり、本発明に係る転炉炉口付着地金の溶解方法は、酸化精錬を施すための溶銑を収容した上吹き転炉または上底吹き転炉に対して、前記酸化精錬で使用する上吹きランスを前記転炉の上方に下記の（１）式の条件で配置し、該上吹きランスから、前記溶銑の酸化精錬に先立って転炉炉口面積１ｍ²あたり４０Ｎｍ³／分以上６０Ｎｍ³／分以下の範囲内で酸素ガスを噴射して炉口の付着地金を溶解することを特徴とする。
０．７≦ｈ／Ｄ≦０．９…（１）
但し、（１）式において、ｈは、転炉炉口から上吹きランス先端までの鉛直方向上方への距離（ｍ）、Ｄは、転炉炉口の内径（ｍ）である。

本発明の対象とする転炉は、上吹きランスを備えた上吹き転炉または上底吹き転炉である。ここで、上底吹き転炉には、酸素ガスを上吹きし、底吹きガスとしても酸素ガスを吹き込む型式の上底吹き転炉と、酸素ガスを上吹きし、底吹きガスとして溶湯の攪拌用に不活性ガスを吹き込む型式の上底吹き転炉の２種類があるが、本発明は酸素ガスを上吹きする上吹きランスを有する限り、何れの転炉にも適用することができる。

また、本発明では、付着地金の溶解のための専用のランスや特許文献３に提案されるような特殊なランスを必要とせず、溶銑を精錬する際に使用する一般的な上吹きランス３を使用する。ここで、溶銑を精錬する際に使用する一般的な上吹きランスとは、転炉内に収容された溶銑の脱炭精錬または予備脱燐精錬で一般的に使用されている上吹きランスを意味する。即ち、ランス先端部に、傾斜角度（θ₁）が１５°程度、つまり、ランスの鉛直軸心に対して中心軸が１５°程度傾斜した複数のノズルを配した上吹きランスであり、ノズルの個数は４〜６個が一般的であり、ノズルの型式は末広がりの所謂「ラバールノズル」が一般的である。

本発明においては、付着地金の溶解は、特許文献１や特許文献２のように空炉の状態ではなく、脱炭精錬または予備脱燐精錬を実施するための溶銑を収容した転炉において実施する。このようにすることで、上吹きランス３から噴射された酸素ガスによって溶解した地金が溶融状態の酸化鉄となって炉内に流下しても、その流下は逐次的であるので激しい突沸とはならない。また、かなりの量のＣＯガスの発生する反応が生じたとしても、地金溶解時、転炉は直立状態であるので、傾斜した溶銑装入時のように炉前作業床や装入用クレーン運転室に向けて噴出する危険がない。

付着地金の溶解は、上吹きランス３からの酸素ガス供給時間が長くなるほど進行し、特に、６分間以上継続して酸素ガスを供給することで、付着地金の除去率が８０％以上となり、付着地金の操業への影響を回避することができる。但し、地金除去時間が１０分間を超えると、付着地金の除去率は飽和に達する上に、炉口２や絞り部の内壁耐火物を溶損する恐れがあるので、１０分間以以下に止めることが望ましい。

本発明方法を適用して付着地金の溶解を行った後は、付着地金の溶解に使用した上吹きランス３を転炉本体１の所定位置まで降下させ、引き続いて通常の転炉精錬を実施する。ここで、通常の転炉精錬とは、溶銑を溶鋼組成まで脱炭する脱炭精錬、或いは、溶銑に生石灰や酸化鉄などの脱燐剤を添加し、上吹き酸素ガスによって脱燐する予備脱燐精錬の何れかを意味する。

以上説明したように、本発明によれば、地金溶解用の専用ランスを必要とせずに酸化精錬で使用する上吹きランス３を用いて、鉄源歩留りを低下することなく、更には、転炉炉口金物を溶解することなく確実に転炉炉口の付着地金を溶解することが実現される。

炉容量が３００トンで、底吹きガスとして溶湯の攪拌用に不活性ガスを吹き込む型式の上底吹き転炉を用いた脱炭精錬において本発明を適用した（本発明例）。使用した上底吹き転炉の炉口内径（Ｄ）は３．７６ｍ、炉口面積（Ｓ）は１１．１ｍ²であり、使用した上吹きランスは、傾斜角度（θ₁）が１３°、広がり角度（θ₂）が１２°である５個のラバールノズルがランス先端部に配置された上吹きランスである。また、地金溶解を行う前の炉口には、その内側全周に亘って厚さ５００〜８００ｍｍの地金が付着した状態であった。尚、地金の付着状況は、溶銑装入前の転炉を溶銑装入側に横転し、炉口を写真撮影してその写真から推定した値である。

前ヒートの終了した空の転炉内に鉄スクラップと溶銑とを装入した後、ランス先端が炉口から鉛直方向上方に３．０ｍとなる位置に上吹きランスを降下させ（ｈ／Ｄ＝０．８）、酸素ガスを５００Ｎｍ³／分（Ｑ_O2／Ｓ＝４５．１Ｎｍ³／(分・ｍ²)）として８分間、酸素ガスを噴射した。その後、通常の脱炭精錬でのランス高さとなる位置まで上吹きランスを降下させ、引き続き、溶銑の脱炭精錬を行った後、溶製した溶鋼を取鍋に出鋼した。

出鋼後更に排滓を実施し、その後、転炉を溶銑装入側に横転させ、炉口を写真撮影してその写真から炉口に付着している地金の面積を測定し、前記溶銑装入前の転炉炉口の写真と比較して地金の除去率を算出した。

その結果、地金の除去率は９５％であった。また、脱炭精錬前に転炉に装入した鉄スクラップと溶銑中鉄源との合計値に対して出鋼された溶鋼質量から求めた鉄源歩留りは１００．６％であった。

一方、比較例として、上記と同様の転炉を使用し、ほぼ同程度の炉口地金が付着した状態で、特許文献２に記載される地金溶解専用ランスを用いて付着地金の溶解を行い、その後、通常の上吹きランスに交換して溶銑の脱炭精錬を実施する操業を行った。

この場合、１０分間の地金溶解時間で、地金除去率は本発明例と同等の９５％を達成できた。この地金溶解の後に、転炉を倒立させて溶解により生成した地金混じりの酸化鉄の全量をスラグ鍋に排出し、その後、ランスの交換作業（ランス上部台車及び下部台車の横行、ランス高さ基準点の再計測と設定、酸素ガスラインの切り替え）を実施した。この交換作業に７分間を要し、これがそのままロスタイムとなった。

その後、転炉内に鉄スクラップと溶銑とを装入し、本発明例と同様の条件で脱炭精錬を実施し、溶製した溶鋼を取鍋に出鋼した。脱炭精錬前に転炉に装入した鉄スクラップと溶銑中鉄源との合計値に対して出鋼された溶鋼質量から求めた鉄源歩留りは９８．５％であった。

このように、本発明例と比較例との鉄源歩留りの差は２．１％であり、比較例では本発明例に対して６．３トンの地金に相当する歩留りロスとなった。

１ 転炉本体
２ 炉口
３ 上吹きランス

Claims (2)

1. 酸化精錬を施すための溶銑を収容した上吹き転炉または上底吹き転炉に対して、前記酸化精錬で使用する上吹きランスを前記転炉の上方に下記の（１）式の条件で配置し、該上吹きランスから、前記溶銑の酸化精錬に先立って転炉炉口面積１ｍ²あたり４０Ｎｍ³／分以上６０Ｎｍ³／分以下の範囲内で酸素ガスを噴射して炉口の付着地金を溶解することを特徴とする、転炉炉口付着地金の溶解方法。
   ０．７≦ｈ／Ｄ≦０．９…（１）
   但し、（１）式において、ｈは、転炉炉口から上吹きランス先端までの鉛直方向上方への距離（ｍ）、Ｄは、転炉炉口の内径（ｍ）である。
2. 前記上吹きランスから、前記条件での酸素ガスの噴射を６分間以上１０分間以下の範囲で行うことを特徴とする、請求項１に記載の転炉炉口付着地金の溶解方法。

Images