【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
産業上の利用分野
本発明は転炉を用いた鉄鋼精錬の操業方法に関
するものである。
従来技術
上吹きもしくは上底吹転炉操業の目的は、転炉
吹錬中に供給される酸素により溶湯中に含まれる
炭素を低減すると共に、炉内に投入する造滓剤を
滓化させて、生成した溶融スラグと溶湯との反応
により、脱燐・脱硫等の作用を営ませることにあ
る。
この場合、スラグの滓化状態が転炉操業の成果
を左右する大きな因子で、滓化が過度に進むと、
スラグのフオーミング状態を助長し、遂にはスラ
グが炉外に溢流する異常反応すなわちスロツピン
グを生じ、作業効率の低下、鉄歩留の低下、作業
環境の悪化、装置の損傷など種々の問題が生ず
る。
これに反し、滓化不良の場合は、脱燐作用等が
低下し、所望の品質の鋼を得ることができない。
したがつて、スラグを過剰に形成する方向で吹
錬を行い、且つスロツピングが起らないよう制御
するのが望ましい。
スロツピング発生のような緊急な処置をのぞけ
ば通常最も普通に行なわれる制御は、ランス上吹
ジエツトおよび底吹ガスの調整である。
ランス上吹ジエツトの調整においては、上吹ジ
エツトの溶湯への衝突力と衝突面積を変化し、ス
ラグ−メタル間の撹拌状態および酸化反応・還元
反応のバランスを変化せしめ、スラグ中の酸素ポ
テンシヤル（FeOで代表される）を変化させて制
御しようとするものである。こゝで、酸化反応と
は溶湯中のメタル（Feで代表される）とランス
から噴出される酸素と反応してFeOが生成してス
ラグ成分となり、還元反応とはFeOが溶湯中の炭
素と反応してCOガスを発生しFeになる反応をい
う。
底吹ガスの調整とは、底吹ガスの流量を変化さ
せて、ガスによる撹拌力を変え、スラグ−メタル
間の撹拌状態および酸化反応・還元反応のバラン
スを変化せしめ、スラグ中酸素ポテンシヤルを変
化させて制御しようとするものである。
これらは何れもスラグ−メタル間の撹拌状態を
変化せしめ、酸化反応・還元反応のバランスを変
えて、徐々に平衡するスラグ中酸素ポテンシヤル
を変化させるために、アクシヨン後の反応変化が
遅く、迅速適切なアクシヨンの効果が期待できな
い時が多い。
しかして炉内の撹拌状態は、炉の形状、ランス
羽口の形状、底吹羽口位置などの操業条件によつ
て大きく影響され、操作量と酸素ポテンシヤル変
化量の相関はそれほど高くなく、効果のばらつき
も大きい。
以上の物理的変化を引金としての制御方法に対
し、特開昭54−107414号では、スラグとメタルと
のエマルジヨン状態の時期に、出鋼孔よりフオー
ミングスラグ中に生石灰粉や蛍石粉等のスラグ媒
溶剤を直接吹込む方法が開示されているが、直接
滓化過程を大きく支配するスラグ中酸素ポテンシ
ヤルを制御しようとするものではなかつた。
発明の目的
本発明はスラグ中に粉状酸化剤もしくは還元剤
を直接吹込んでスラグ−メタル反応を制御して、
転炉操業の目的を達成しようとするものである。
発明の構成・作用
本発明の構成は上吹もしくは上底吹転炉操業に
おいて、スラグ過形成吹錬を行い、ついで吹錬の
中期もしくは末期に該スラグ中に粉状の酸化剤も
しくは還元剤を直接吹込み、スラグと溶湯の反応
を制御することを特徴とする転炉操業方法であ
る。
前述の如く、転炉操業の最大の目的の一つは脱
炭である。ランスから噴出する酸素ジエツトは溶
湯面と衝突して速かに溶湯に吸収され、溶湯中の
Ｃと反応してCO又はCO2ガスとして炉口から排
出される。
しかして、実際の炉内での脱炭反応の速度−
dc／dtは次のようになる。すなわち吹錬開始後早
い時期は、溶湯中のSiの濃度がまだ高く、溶湯温
度もまだ低いため、脱炭の反応速度は徐々に上昇
する。反応がある程度進み、溶湯の温度が上昇す
ると、供給される酸素がほぼ100％脱炭に消費さ
れ、反応速度も一定になる。その後溶湯中のＣの
濃度は減り、溶湯中のＣの、酸素ジエツトと溶湯
の衝突面への拡散が律速となり、反応速度は次第
に低下する。
これを供給する酸素をベースに考えて−dc／
do2すなわち脱炭素効率としても、時間当りの酸
素流量を一定とすれば、全く同じ形のグラフとな
り、模式的に第１図の如く画かれ、反応速度一定
のところの−dc／do2は通常、理論上1.08Kg／Ｎ
m3程度となる。
このグラフのフラツトな線の時間帯を吹錬の中
期、その前後をそれぞれ吹錬の初期および末期と
定義する。勿論、実際の吹錬中の−dc／do2の変
化は第１図のように単純なものではないが、その
傾向は、ほぼ第１図に代表されると考えてよい。
吹錬初期においては、ランスから供給される酸
素は、脱炭反応以外に溶湯中のSiと急速に反応し
てSiO2になり、添加される造滓剤と反応してス
ラグ滓化を進行させる。また溶湯中のFeと酸素
との反応により生成するFeOはスラグ成分とな
る。溶湯中のＰはスラグ中のFeOと反応して
P2O5に酸化され、スラグ中のCaOと反応してリ
ン酸カルシウムとなつて脱燐される。溶湯中の
Mnもスラグ中のFeOと反応して酸化物になる。
反応の末期には、前述の脱炭反応の速度が低下し
て溶湯中の酸素濃度が上昇し、これがスラグ中
FeOの増加となつて現われる。
したがつて過去の多くの操業実績から、吹錬酸
素流量、排ガス流量、排ガス成分、転炉にチヤー
ジする溶銑の量及び成分、副原料の投入銘柄（組
成・成分）、副原料投入速度等より求められた炉
内の酸素量のバランス変化を現わす炉内残留酸素
量（Os）を算出し、吹錬前にあらかじめOsの時
間的変化の許容限界を定めてパターン化し、操業
中逐次算出されるOs値を許容限界値内に入るご
とく吹錬操作を行えば最適な操業ができる。
発明者は、このOs準據の操業方法を種々検討
の結果次の知見を得て本発明を完成した。すなわ
ち吹錬の初期より、スラグ過形成の吹錬を行うこ
とである。このスラグ過形成吹錬とは、前述した
ように吹錬中におけるスラグの過剰形成を促進す
る吹錬を意味しており、具体的にはスラグ中の酸
素ポテンシヤルを高めに推移せしめ、生石灰等の
造滓剤の滓化を促進し、炉内のスラグを大量に存
在せしめる吹錬を行うことである。この酸素ポテ
ンシヤルを制御するには、上吹ジエツトや底吹ガ
ス流量等を調節することによつて可能である。例
えば、ランス高さを高くし上吹ジエツトをソフト
ブローとするか、底吹ガス流量を少なくして弱攪
拌の吹錬を行えばスラグ中の酸素ポテンシヤルを
増加させることができる。このようにスラグ過形
成により、脱リンの反応は速かに進行する。
ついで吹錬の中期、末期においては、若しOs
準據の許容限界パターンから外れた場合は、スラ
グと溶湯の反応のバランスが崩れたことを示すも
のであるから、スラグと速かに反応する酸化剤、
還元剤を直接スラグに吹込み、前記反応の制御を
行う。
こゝに酸化剤とは、例えば砂鉄、焼結鉱、スケ
ール、鉄マンガン鉱石等高温で速かに分解して酸
素を放出して低酸化物もしくは金属にまで還元す
るもので、これらの多くはFeOとなり、炉内で生
成したSiO2とともに、生石灰の滓化を促進する。
還元剤とは例えばコークス、石炭などの炭素源を
含み、スラグ中のFeOと反応して自らは酸化して
気体となつて系外に去り、FeOは還元されてFe
になるのでスラグが減少し溶湯が増加する。しか
してこれらの反応を速かに進めるため種々検討し
た結果、各剤ともその搬送の設備上の確実さと吹
込後のスラグとの反応性の速さより粒径が５mm以
下の粉であるとよいとの結論を得た。尚、吹錬の
初期より吹錬をスラグ過形成吹錬としているの
は、所望の品質の鋼を得るべく脱リンを確実に行
わせるためであり、しかもそれにより誘発される
スロツピング傾向は、前記Osの許容限界パター
ンの上限にて検知し、スラグ中への還元剤の吹込
みにより解消するためである。ところでその吹錬
中においてスラグ過形成状況にあるか否かは、前
述したOsを指標として第２図に示すOsの許容下
限線を判断基準として決定できる。即ち吹錬中に
時々刻々算出されるOsが前記許容下限線より上
方であればスラグ過形成状況にあり、下方であれ
ばスラグ過形成状況に達していない状況にあるこ
とを決定できる。またこのスラグ過形成状況にあ
るか否かは、スラグレベルを測定することによつ
ても決定することができる。即ちスラグ中の酸素
ポテンシヤルが高めに推移し、スラグ過形成状況
にあると言うことは、スラグが過剰に形成されて
いる状態である。従つて前記Osの許容範囲と同
様に当該吹錬時のスラグレベルの許容パターンを
予め設定して判断基準とする共に、吹錬中におけ
るスラグレベルを周知の手段で直接的に検出し、
前記設定パターンと比較することによつて炉内が
スラグ過形成状況にあるか、あるいは過形成状況
に達していないかを決定することができる。スラ
グ過形成吹錬の時期は溶製鋼種、操業によつて定
めればよく、例えば吹錬初期、あるいは吹錬初
期、中期あるいは吹錬全域等適宜選択すればよ
い。
実施例
170Tの上底吹転炉を用い、第２図に示すごと
く予めOs準據の許容限界の上限線、下限線を設
定して操業を行つた。
吹錬初期には、スラグ過形成を達成させるため
ランス高さを基準＋200mmとし、上吹ジエツトを
ソフトブローにしてスラグ中の酸素ポテンシヤル
が増加するようにし、吹錬中期の中頃Ｘと終期Ｙ
に約３mm以下の石炭粉150Kgおよび140Kgをそれぞ
れスラグ中に吹込み、Os値の許容上限線超過を
修正し、反応後期Ｚには、約４mm以下の焼結鉱粉
をスラグ中に吹込んでOs値の許容下限線脱落を
修正した。しかして粉体吹込の速度は各回とも最
大１分間当り200Kgとした。なお送酸量は吹錬全
期間、基準量のまま一定とした。
このようにして本発明の方法で操業を35回行
い、従来法を40回行つて、スラグ中（Ｔ・Fe）、
吹止〔Ｐ〕ならびに吹土〔Mn〕の含有率の平均
値とそのばらつきを求め第１表の結果を得た。該
表より本発明の方法が従来法にくらべて極めて安
定した操業方法であることは明らかである。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a method of operating steel refining using a converter. Prior Art The purpose of top-blown or top-bottom blown converter operation is to reduce carbon contained in the molten metal using oxygen supplied during converter blowing, and to turn the slag-forming agent introduced into the furnace into slag. The purpose is to cause dephosphorization, desulfurization, etc. to occur through the reaction between the generated molten slag and the molten metal. In this case, the state of slag slag is a major factor that determines the results of converter operation, and if slag progresses excessively,
This promotes the forming state of slag and eventually causes an abnormal reaction in which slag overflows outside the furnace, i.e., slopping, which causes various problems such as decreased work efficiency, decreased iron yield, deterioration of the working environment, and damage to equipment. . On the other hand, in the case of poor slag formation, the dephosphorization effect and the like deteriorate, making it impossible to obtain steel of desired quality. Therefore, it is desirable to carry out blowing in such a way that excessive slag is formed and to control the blowing so that sloping does not occur. Except for emergency measures such as the occurrence of slopping, the most commonly used control is the adjustment of the lance top-blown jet and bottom-blown gas. In adjusting the lance top-blown jet, the impact force and impact area of the top-blown jet on the molten metal are changed, the stirring state between the slag and metal and the balance of oxidation and reduction reactions are changed, and the oxygen potential in the slag ( The aim is to control this by changing the amount of carbon dioxide (represented by FeO). Here, the oxidation reaction is the reaction between the metal in the molten metal (represented by Fe) and the oxygen ejected from the lance to produce FeO, which becomes a slag component, and the reduction reaction is the reaction between FeO and carbon in the molten metal. A reaction that generates CO gas and becomes Fe. Adjusting the bottom blowing gas means changing the flow rate of the bottom blowing gas, changing the stirring force of the gas, changing the stirring state between the slag and metal and the balance of oxidation and reduction reactions, and changing the oxygen potential in the slag. This is an attempt to control the situation. All of these methods change the stirring state between slag and metal, change the balance of oxidation and reduction reactions, and gradually change the equilibrium oxygen potential in the slag. There are many times when you cannot expect the effect of a certain action. However, the stirring state inside the furnace is greatly influenced by operating conditions such as the shape of the furnace, the shape of the lance tuyere, and the position of the bottom blowing tuyere, and the correlation between the amount of operation and the amount of change in oxygen potential is not very high, and the effect There is also large variation. In contrast to the above-mentioned control method using physical changes as triggers, in JP-A-54-107414, quicklime powder and fluorite powder are mixed into the forming slag from the tapping hole when the slag and metal are in an emulsion state. Although a method of directly injecting a slag solvent has been disclosed, it does not attempt to control the oxygen potential in the slag, which largely controls the direct slag formation process. Purpose of the invention The present invention controls the slag-metal reaction by directly injecting a powdered oxidizing agent or reducing agent into the slag.
This aims to achieve the objectives of converter operation. Structure and operation of the invention The structure of the present invention is to perform slag overforming blowing in top-blown or top-bottom blown converter operation, and then add a powdered oxidizing agent or reducing agent to the slag in the middle or final stage of blowing. This is a converter operating method characterized by direct injection and controlling the reaction between slag and molten metal. As mentioned above, one of the most important objectives of converter operation is decarburization. The oxygen jet ejected from the lance collides with the molten metal surface, is quickly absorbed by the molten metal, reacts with C in the molten metal, and is discharged from the furnace mouth as CO or CO 2 gas. Therefore, the rate of decarburization reaction in the actual furnace -
dc/dt is as follows. That is, early after the start of blowing, the concentration of Si in the molten metal is still high and the molten metal temperature is still low, so the decarburization reaction rate gradually increases. When the reaction progresses to a certain extent and the temperature of the molten metal rises, almost 100% of the supplied oxygen is consumed for decarburization, and the reaction rate becomes constant. Thereafter, the concentration of C in the molten metal decreases, and diffusion of C in the molten metal to the collision surface between the oxygen jet and the molten metal becomes rate-determining, and the reaction rate gradually decreases. Based on the oxygen that supplies this - dc/
For do 2 , that is, decarbonization efficiency, if the oxygen flow rate per hour is constant, the graph will have exactly the same shape, and it is schematically drawn as shown in Figure 1, and -dc/do 2 at a constant reaction rate is Normally, theoretically 1.08Kg/N
It will be about m 3 . The time period of the flat line in this graph is defined as the middle stage of blowing, and the periods before and after that are defined as the early and final stages of blowing, respectively. Of course, the change in -dc/do 2 during actual blowing is not as simple as shown in FIG. 1, but the tendency can be considered to be roughly represented by FIG. In the early stage of blowing, the oxygen supplied from the lance rapidly reacts with Si in the molten metal in addition to the decarburization reaction to form SiO 2 , which reacts with the slag-forming agent added to progress the formation of slag slag. . In addition, FeO generated by the reaction between Fe and oxygen in the molten metal becomes a slag component. P in the molten metal reacts with FeO in the slag.
It is oxidized to P 2 O 5 , reacts with CaO in the slag, becomes calcium phosphate, and is dephosphorized. in molten metal
Mn also reacts with FeO in the slag to form oxides.
At the end of the reaction, the rate of the decarburization reaction described above decreases and the oxygen concentration in the molten metal increases, causing
This appears as an increase in FeO. Therefore, based on many past operating results, the blowing oxygen flow rate, exhaust gas flow rate, exhaust gas components, the amount and composition of hot metal charged to the converter, the brand (composition/composition) of auxiliary raw materials, the rate of auxiliary raw material input, etc. The amount of residual oxygen (Os) in the furnace that represents the determined balance change in the amount of oxygen in the furnace is calculated, and the allowable limits for temporal changes in Os are determined and patterned in advance before blowing, and the amount is calculated sequentially during operation. Optimum operation can be achieved if the blowing operation is performed so that the Os value falls within the allowable limit value. The inventor completed the present invention after obtaining the following knowledge as a result of various studies on the operating method of this Os semi-axle. That is, from the initial stage of blowing, blowing for slag overformation is performed. This slag hyperformation blowing refers to blowing that promotes the excessive formation of slag during blowing, as mentioned above, and specifically, it increases the oxygen potential in the slag to increase the oxygen potential of quicklime, etc. This involves performing blowing that promotes slag formation of the slag-forming agent and causes a large amount of slag to exist in the furnace. This oxygen potential can be controlled by adjusting the top blowing jet, bottom blowing gas flow rate, etc. For example, the oxygen potential in the slag can be increased by increasing the lance height and using a soft top blow jet, or by reducing the bottom blow gas flow rate and performing weak stirring blowing. In this way, the dephosphorization reaction progresses rapidly due to slag overformation. Then, in the middle and final stages of blowing, Os
If it deviates from the permissible limit pattern of quasi-slag, it indicates that the balance of the reaction between slag and molten metal has been disrupted.
A reducing agent is blown directly into the slag to control the reaction. Oxidizing agents are substances such as iron sand, sintered ore, scale, ferromanganese ore, etc. that decompose quickly at high temperatures, release oxygen, and reduce to low oxides or metals. It becomes FeO, and together with SiO 2 generated in the furnace, it promotes the formation of quicklime into slag.
The reducing agent contains carbon sources such as coke and coal, and reacts with FeO in the slag, oxidizes itself and leaves the system as a gas, and FeO is reduced and becomes Fe.
As a result, slag decreases and molten metal increases. However, as a result of various studies in order to speed up these reactions, it was decided that it would be better to use powder with a particle size of 5 mm or less for each agent, considering the reliability of the transportation equipment and the speed of reactivity with the slag after blowing. The conclusion was obtained. The reason for using slag overforming blowing from the beginning of blowing is to ensure dephosphorization to obtain steel of the desired quality, and the slopping tendency induced thereby This is because it is detected at the upper limit of the permissible limit pattern of Os, and is resolved by injecting a reducing agent into the slag. By the way, whether or not there is slag overformation during the blowing can be determined using the above-mentioned Os as an index and the permissible lower limit line of Os shown in FIG. 2 as a criterion. That is, if Os calculated from moment to moment during blowing is above the allowable lower limit line, it can be determined that slag overformation is present, and if it is below, it can be determined that slag overformation has not yet been reached. Furthermore, whether or not the slag overformation is present can also be determined by measuring the slag level. That is, if the oxygen potential in the slag is increasing and the slag is in a state of excessive formation, it means that an excessive amount of slag is formed. Therefore, in the same way as the permissible range of Os, the permissible pattern of the slag level during the blowing is set in advance and used as a judgment criterion, and the slag level during the blowing is directly detected by a well-known means.
By comparing with the set pattern, it can be determined whether the furnace interior is in a slag overformation state or has not reached an overformation state. The timing of the slag overforming blowing may be determined depending on the type of smelted steel and the operation, and may be appropriately selected, for example, at the beginning of the blowing, the early or middle period of the blowing, or the entire area of the blowing. Example A 170T top-bottom blowing converter was used, and the operation was carried out by setting the upper and lower limits of the permissible limit of Os quasi-boiling in advance, as shown in Fig. 2. In the early stage of blowing, in order to achieve slag overformation, the lance height is set to the standard +200 mm, and the top blowing jet is soft-blown to increase the oxygen potential in the slag.
150 kg and 140 kg of coal powder of approximately 3 mm or less are injected into the slag to correct the Os value exceeding the allowable upper limit line, and in the late reaction stage Z, sintered ore powder of approximately 4 mm or less is injected into the slag to increase the Os value. Fixed the dropout of the lower limit of the value. The speed of powder injection was set at a maximum of 200 kg per minute each time. The amount of oxygen fed was kept constant at the standard amount throughout the blowing period. In this way, the method of the present invention was operated 35 times, and the conventional method was operated 40 times.
The average value and the dispersion of the content of Fukitte [P] and Fukido [Mn] were determined, and the results shown in Table 1 were obtained. From the table, it is clear that the method of the present invention is a much more stable operating method than the conventional method.
【表】
発明の効果
以上詳述したように、本発明の方法によれば、
きわめて適正な転炉操業が可能となり、安定した
品質の鋼が得られ、産業上の価値は非常に大き
い。[Table] Effects of the invention As detailed above, according to the method of the present invention,
This makes it possible to operate the converter in an extremely appropriate manner, yielding steel of stable quality, and is of great industrial value.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は脱炭酸素効率の経時変化を模式的に示
す図、第２図は本発明の操業方法の一例を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing changes over time in decarburization oxygen efficiency, and FIG. 2 is a diagram showing an example of the operating method of the present invention.