特許 6874507 スラグの流出防止装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6874507

(24)【登録日】2021年4月26日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】スラグの流出防止装置

(51)【国際特許分類】

   C21C 5/46 20060101AFI20210510BHJP

【ＦＩ】

   C21C5/46 103D

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-87579(P2017-87579)

(22)【出願日】2017年4月26日

(65)【公開番号】特開2018-184645(P2018-184645A)

(43)【公開日】2018年11月22日

【審査請求日】2019年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090273

【弁理士】

【氏名又は名称】國分 孝悦

(72)【発明者】

【氏名】宮田 政樹

【審査官】 河口 展明

(56)【参考文献】

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１６−００７６３４３（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１９０５０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ ５／００，５／２８−５／５０

Ｃ２１Ｃ ７／００−７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

転炉の出銑又は出鋼時に、溶銑又は溶鋼を排出する排出孔を閉塞するためのヘッド部と、前記ヘッド部を前記排出孔に導くためのガイド部とを少なくとも備えた流出防止具の周りに、スラグの粘度又は見かけの粘度を高める物質を、スラグが流出し始める迄に破れて前記物質が流出防止具周辺に添加することができる袋に入れて付帯したことを特徴とするスラグの流出防止装置。

【請求項2】

前記スラグの粘度を高める物質は、前記スラグの組成を変える物質、又は前記スラグを冷却する物質であることを特徴とする請求項１に記載のスラグの流出防止装置。

【請求項3】

前記スラグの粘度又は見かけの粘度を高める物質は、ＣａＯ、ＣａＣＯ₃、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ₃、ドロマイト、煉瓦屑、及び転炉スラグからなる群から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラグの流出防止装置。

【請求項4】

前記スラグの粘度又は見かけの粘度を高める物質の最大粒径が５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスラグの流出防止装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炉内で処理された溶銑または溶鋼を転炉から排出する際に、溶銑または溶鋼上に浮遊しているスラグが排出孔から流出するのを防止するためのスラグの流出防止装置に関する。

【背景技術】

【0002】

溶銑の脱りん処理や脱炭処理が終了すると、転炉を傾斜することによって、炉内の溶銑又は溶鋼が転炉の側壁に設けられた出銑孔又は出鋼孔（以下、総称として排出孔と記す）を通して取鍋に移される。ところが、転炉内には溶銑又は溶鋼の上にスラグが浮遊しており、そのスラグが排出孔から流出して取鍋に入ると、脱りん処理効果を実質的に低下させてしまったり、鋼の品質を低下させたりする。従って、出銑又は出鋼が終わった段階でスラグの流出を防止する対策が必要である。そこで、その対策の１つとして、出銑又は出鋼の最終段階で炉内にスラグの流出防止装置（以下、ダーツと称す）を投入して排出孔を閉塞させる方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

図３は、出鋼の最終段階における転炉内の様子を縦断面で示した図であり、転炉がほぼ水平状態にされ、溶鋼が転炉内に少し残っている状態を示している。出鋼が最終段階になると、図３に示すように溶鋼２０の上面に浮遊するスラグ３０が排出孔４０から流出することを防止するために、ダーツ５０が転炉内に投入される。

【0004】

図４は、図３に示す排出孔４０の周辺を拡大した図である。図４に示すように、ダーツ５０はヘッド部５０ａとガイド部５０ｂとを備えており、ヘッド部５０ａの上方の中央には把持棒５０ｃが設けられている。この把持棒５０ｃは、例えば特許文献２に記載の投入設備などでダーツ５０を転炉内に投入する場合に用いられる。出鋼が最終段階に入り、炉内の溶鋼が少なくなった段階でダーツ５０が炉内に装入され、排出孔４０の直上に投下される。ダーツ５０は、図４に示すようにそのガイド部５０ｂが排出孔４０内に侵入することによりダーツ５０の溶鋼上での移動が規制される。このようにして、炉内の溶鋼が無くなる直前にヘッド部５０ａが排出孔４０の溶鋼入口部に覆い被さり、本来的にはスラグ３０の流出が防止される。なお、ヘッド部５０ａは、溶鋼とスラグとの界面に浮遊させておく必要があるので、ヘッド部５０ａの比重は溶鋼の比重とスラグの比重との間の値となるような材料で構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−９６５１２号公報

【特許文献2】実開平６−６９２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

転炉の排出孔入り側の耐火物６０は、転炉の操業回数を重ねると溶損し、歪な形になってくる。すると、転炉からのスラグ流出をダーツによって安定して抑制することは困難になる。それは、耐火物が消耗することによって排出孔入り側とダーツとの間に大きな隙間が生じ、そこからスラグが多量に流出してしまうためである。図５は、出鋼が完了した時のダーツ５０の状態を示す図である。図５に示すように、排出孔入り側に溶損部位７０があると、ダーツ５０が傾いてしまい、ダーツ５０と排出孔入り側との隙間からスラグ３０が流出してしまう場合がある。

【0007】

また、転炉は２０００回以上使用し、排出孔入り側の煉瓦（耐火物）が溶損して歪な形状になってから使用する回数の方が圧倒的に多い。そのため、転炉の操業回数によらず排出孔から流出するスラグ量を抑制する手段が強く要望されていた。

【0008】

本発明は前述の問題点を鑑み、転炉の操業回数によらず排出孔から流出するスラグ量を抑制できるスラグの流出防止装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、排出孔からスラグが流出するのを抑制する方法について鋭意検討し、排出孔入り側付近のスラグの流動性を低下させる方法に着目した。出銑又は出鋼の末期では、一般的に、排出孔から排出される溶銑又は溶鋼が渦を形成してその渦にスラグが巻き込まれる現象が発生する。このとき、排出孔の直上にダーツのヘッド部があると、そのヘッド部の存在によりスラグの巻き込みが抑制される。しかし、排出孔入り側付近の溶損部位が存在すると、ダーツのヘッド部と排出孔入り側との隙間がいびつに大きくなり、排出孔へ流れる溶銑又は溶鋼に引きずられて流出するスラグが多くなり易い。また、ダーツのヘッド部が排出孔の入口に接した後も排出孔入口の溶損部位には隙間が残っているため、その隙間からスラグが流出し続けてしまうことになる。そこで、ダーツ周辺に存在するスラグの流動性を低下させれば、たとえ排出孔入り側付近に溶損部位があろうとも、溶銑又は溶鋼に引きずられて流出するスラグの量を低減できることを見出した。

【0010】

具体的には、ダーツと一緒に、スラグ中に固相として分散して見掛けのスラグ粘度を高める高融点物質、熱分解してスラグを冷却してスラグ粘度を高める物質、又はスラグの組成を変えてスラグの粘度を増加させる物質を添加できるようにする。上記物質としては、ＣａＯ、ＣａＣＯ₃、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ₃、ドロマイト、煉瓦屑、転炉スラグなどがある。なお、上記物質の粒径は５０ｍｍ以下が望ましい。

【0011】

以上のことから本発明は以下のとおりである。
（１）転炉の出銑又は出鋼時に、溶銑又は溶鋼を排出する排出孔を閉塞するためのヘッド部と、前記ヘッド部を前記排出孔に導くためのガイド部とを少なくとも備えた流出防止具の周りに、スラグの粘度又は見かけの粘度を高める物質を、スラグが流出し始める迄に破れて前記物質が流出防止具周辺に添加することができる袋に入れて付帯したことを特徴とするスラグの流出防止装置。
（２）前記スラグの粘度を高める物質は、前記スラグの組成を変える物質、又は前記スラグを冷却する物質であることを特徴とする上記（１）に記載のスラグの流出防止装置。
（３）前記スラグの粘度又は見かけの粘度を高める物質は、ＣａＯ、ＣａＣＯ₃、ＭｇＯ、ＭｇＣＯ₃、ドロマイト、煉瓦屑、及び転炉スラグからなる群から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のスラグの流出防止装置。
（４）前記スラグの粘度又は見かけの粘度を高める物質の最大粒径が５０ｍｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のスラグの流出防止装置。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、転炉の操業回数によらず排出孔から流出するスラグ量を抑制できるスラグの流出防止装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係るスラグの流出防止装置の一例を示す図である。

【図2】本発明に係るスラグ流出装置を用いてスラグの流出を防止する様子を説明するための図である。

【図3】出鋼時にダーツが排出孔に収まる様子を説明するための図である。

【図4】出鋼時における排出孔付近を拡大した図である。

【図5】溶損部位がある場合のスラグの流出形態を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の詳細について図面を参照しながら説明する。本発明は、脱りん処理後の出銑、脱炭処理後の出鋼のどちらにも適用できる。以下、代表して脱炭処理後の出鋼時に適用する例について説明する。

【0015】

本発明のスラグの流出防止装置（以下、ダーツ）は、出鋼（出銑）の最終段階で投入されると、出鋼（出銑）の最終段階でダーツ周囲のスラグの流動性を低下させることによって排出孔から流出するスラグの量を抑制する。スラグの流動性を低下させる方法、すなわち粘度を増加させる方法としては、（１）液相スラグに固体粒を分散させる方法、（２）スラグを冷却する方法、及び（３）スラグの組成を変える方法がある。

【0016】

（１）液相スラグに固体粒を分散させる方法は、スラグに溶解し難い高融点の物質を固相粒子として添加して分散させ、スラグの見掛けの粘度を増加させる方法である。液相スラグへ固相粒子を分散させると、見掛けの粘度が増加することが知られている。固相粒子としては、ＭｇＯ、ドロマイト、煉瓦屑、転炉スラグなどが考えられる。

【0017】

（２）スラグを冷却する方法は、スラグを冷却することによってスラグそのものの粘度を増加させる方法である。この方法では、冷却時にスラグ中に固相が晶出して固相と液相とが分散し、前述した見掛けの粘度が増加することもある。冷却方法としては、スラグへ添加後に熱分解して熱を奪う吸熱反応が起こる物質を添加する方法が考えられる。このような物質としては、例えばＣａＣＯ₃、ＭｇＣＯ₃、ドロマイトなどが考えられる。

【0018】

（３）スラグの組成を変える方法は、スラグに溶解する物質を添加してスラグの組成を変えることによって、スラグそのものの粘度を増加させる方法である。例えば、ＣａＯを添加すると、スラグ中の（ＣａＯ）濃度を高くなり、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂比）が上昇し、スラグの粘度が増加する。

【0019】

以上のようにスラグの粘度又は見かけの粘度を増加させる方法が考えられる。そこで、本発明者らは、ダーツの投入時にこれらの物質を添加するために、これらの物質を付帯できるようにしたダーツを見出した。例えば図１に示すように、スラグ粘度を増加させるための物質２を入れた袋１をダーツ１０に付帯するようにする。出鋼が最終段階に入り、炉内の溶鋼が少なくなった段階で図１に示すようなダーツが炉内に装入され、排出孔の直上に投下される。そして、ダーツが投下されてスラグが流出し始める迄に、その袋１が破れて上記物質がダーツ周辺のスラグに添加され、スラグ中へ分散することによってスラグの粘度または見かけの粘度が高められるため、スラグ流出抑制効果が十分に発揮される。つまり、図２に示すように、排出孔付近のスラグ３は粘度または見かけの粘度が増加するため、溶損部位があることによってダーツが排出孔を十分に閉塞できない場合にも、スラグの流出を抑えることができる。

【0020】

以上のようにダーツ１０本体は少なくともヘッド部１０ａとガイド部１０ｂとを備えているが、溶銑（又は溶鋼）上に浮かんで最終的には排出孔の入口を閉塞するように、ダーツ１０のヘッド部１０ａの比重は溶銑（又は溶鋼）よりも小さく、スラグより大きい材質のものを用いる。ダーツそのものについては公知のものを用いてもよい。

【0021】

スラグの粘度または見かけの粘度を増加させるための物質をダーツとともに投下可能であれば、袋以外の物や容器で付帯するようにしてもよい。袋を用いる場合には、例えば、ダーツのヘッド部１０ａ上方の把持棒１０ｃから４方に４つの袋を吊り下げ、４つの袋内へ上記物質を装入する。このようなダーツを排出孔の直上に投下すれば、簡便で、確実に前述した効果を享受できる。袋を用いる以外に、適当な容器に上記物質を装入して把持棒に括りつける方法でも良い。

【0022】

なお、袋や容器の材質は、排出孔の真上からダーツを溶鋼へ投下する前段階で溶鋼及びスラグから発せられる熱によって溶解又は燃焼してしまわない材料であれば特に限定されない。袋や容器の材質としては、ダーツを投下する前段階では溶解または燃焼等により破損してしまわず、ダーツが排出孔の直上に運ばれた後の投下される直前、またはダーツが投下されて溶鋼とスラグとの間に位置しているときに破れて、内容物がスラグに添加されるような材質であることが望ましい。
具体的には、ダーツを排出孔直上まで運ぶのに要する時間に応じて適宜決めればよいことであり、袋であれば難燃・防炎素材や薄手の金網等が例示できるし、容器であれば厚手のボール紙等が例示できる。

【0023】

スラグの粘度（又は見かけの粘度）を増加させる物質は、前述した（１）〜（３）の少なくともいずれかの効果を有する物質が挙げられる。もちろん、上記（１）〜（３）の効果を同時に複数発揮できる物質もあり、その方が効果は大きい。ドロマイトなどはそれに相当する。さらに前述した物質を２種類以上混合して用いてもよい。

【0024】

なお、上記物質の最大粒径は５０ｍｍ以下が望ましい。但し、粒径が５ｍｍ未満である物質の割合が多過ぎると、界面張力の影響が強く出て、固相粒がスラグ浴内へ侵入して分散しにくくなる。そのため、粒径が５ｍｍ未満の割合（重量割合）は、２０％以下が望ましい。一方、最大粒径が５０ｍｍ超だと固相粒添加量が一定の場合、スラグとの接触面積が小さく、スラグへ溶解しにくくなり分散しにくくなる。

【0025】

また、ダーツとともに付帯する上記物質の量は、０．０７〜１．０ｋｇ／溶鋼ｔｏｎ（ｏｒ 溶銑ｔｏｎ）とすることが望ましい。上記物質の量が下限値を下回ると、粘度が増加したスラグでダーツ周辺を覆いきれないため、効果が低下してしまう恐れがある。また、上記物質の量が上限を超えると、効果が飽和し、コスト上不利である。より望ましくは０．２〜０．７ｋｇ／溶鋼ｔｏｎ（ｏｒ 溶銑ｔｏｎ）である。

【0026】

以上のようにスラグ粘度を増加させるための物質をダーツとともに投入することによって、少量の固相粒でも、転炉の炉回数によらず排出孔から流出するスラグ量を抑制できる。なお、脱りん処理後の出銑に適用すれば、その後の脱炭炉への燐持込量が減って、脱炭炉で脱りんするためのＣａＯ添加量を減らすことができる。脱炭炉へ適用すれば、取鍋へ流出するＦｅＯ等の低級酸化物量を減らせるので、二次精錬（脱酸、脱硫）の負荷を大幅に軽減できる。更には、ＦｅＯをＡｌで還元する際に生成するＡｌ₂Ｏ₃系介在物量も減らせるため、鉄鋼製品の品質が向上する。

【実施例】

【0027】

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

【0028】

（実施例）
流出防止具として、ヘッド部の主要組成が、質量％でＣｒ₂Ｏ₃：４０％、Ｆｅ₂Ｏ₃：２５％、ＭｇＯ：１０％、ＳｉＯ₂：１０％、Ａｌ₂Ｏ₃：１０％であり、ガイド部の主要組成が、Ａｌ₂Ｏ₃：７０％、ＳｉＯ₂：２０％のダーツを用いた。
一方、操業回数が１５００回以上の転炉で溶銑２５０ｔｏｎを脱りん吹錬した。脱りん吹錬終了後のスラグは、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）１．３、４０ｋｇ／溶銑ｔｏｎで、脱りん後の溶銑の温度は１３５０℃だった。その後、炉体を傾動して出銑を開始し、出銑末期に、前述した組成のダーツに最大粒径が５０ｍｍ以下のドロマイトを各１０ｋｇ（０．０４ｋｇ／溶銑ｔｏｎ）装入した４つの段ボール製容器をガイド部の四方に括りつけたダーツを作製し、投入装置のアームで把持棒を保持しながら排出孔の真上に当該ダーツを移動させて投下した。ダーツを転炉内に入れてから排出孔直上まで移動させるのに要した時間は５〜１０秒間であり、ダーツのガイド部を溶銑中へ投下してから出銑が完了するまでの時間は約１分であった。
スラグ流出量は、取鍋内のスラグ厚さから流出量を算出し、その量を溶銑量で割って、溶銑１ｔｏｎ当たりのスラグ流出量を求めた。
同様の実験を１００回行ったところ、スラグ流出量は平均で３ｋｇ／溶銑ｔｏｎであった。

【0029】

（比較例）
流出防止具として、ヘッド部の主要組成が、質量％でＣｒ₂Ｏ₃：４０％、Ｆｅ₂Ｏ₃：２５％、ＭｇＯ：１０％、ＳｉＯ₂：１０％、Ａｌ₂Ｏ₃：１０％であり、ガイド部の主要組成が、Ａｌ₂Ｏ₃：７０％、ＳｉＯ₂：２０％のダーツを用いた。
一方、操業回数１５００回以上の転炉で溶銑２５０ｔｏｎを脱りん吹錬した。脱りん吹錬終了後のスラグは、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）１．３、４０ｋｇ／溶銑ｔｏｎで、脱りん後の溶銑の温度は１３４５℃だった。その後、炉体を傾動して出銑を開始し、出銑末期に、投入装置のアームで前述した組成のダーツの把持棒を保持しながら排出孔の真上に当該ダーツを移動させて投下した。ダーツを転炉内に投下してから出銑が完了するまでの時間は約１分であった。
スラグ流出量は、取鍋内のスラグ厚さから流出量を算出し、その量を溶銑量で割って、溶銑１ｔｏｎ当たりのスラグ流出量を求めた。
同様の実験を１００回行ったところ、スラグ流出量は平均で６ｋｇ／溶銑ｔｏｎであった。

【符号の説明】

【0030】

１ 袋
２ 物質
１０ ダーツ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】