転炉内壁面のスラグコーティング方法
【課題】耐火物の補修のために転炉の稼働を停止する時間を極力短縮しながら、損耗が特に激しい出鋼孔近傍の耐火物に対する効果的な補修を可能にする転炉内壁面のスラグコーティング方法を提供する。
【解決手段】転炉内壁面のスラグコーティング方法は、出鋼後にスラグ１６を残留させた転炉１０を複数回揺動させてスラグ１６の温度を１１５０〜１４００℃に低下させる工程Ａと、転炉１０を傾けて、転炉１０の側部上側に設けられた出鋼孔１２からスラグ１６を排出させながら、転炉１０の内壁面に配設された耐火物１３の表面にスラグ１６のコーティングを形成する工程Ｂとを有する。
【解決手段】転炉内壁面のスラグコーティング方法は、出鋼後にスラグ１６を残留させた転炉１０を複数回揺動させてスラグ１６の温度を１１５０〜１４００℃に低下させる工程Ａと、転炉１０を傾けて、転炉１０の側部上側に設けられた出鋼孔１２からスラグ１６を排出させながら、転炉１０の内壁面に配設された耐火物１３の表面にスラグ１６のコーティングを形成する工程Ｂとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉内壁面のスラグコーティング方法に係り、更に詳細には、転炉精錬の副生成物であるスラグを転炉の内壁面に配設された耐火物の表面にコーティングして耐火物を保護する転炉内壁面のスラグコーティング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吹錬操業により損耗した転炉の内壁面に配設された耐火物の補修方法として、転炉精錬の副生成物であるスラグを耐火物の表面にコーティングするスラグコーティング方法が一般的に用いられている。スラグコーティング方法は、転炉の操業を完全に停止することなく比較的短時間で実施することができ、転炉内壁面の耐火物の交換間隔を長くすることができるので、転炉の操業効率の向上に有効である。
例えば、特許文献１には、転炉操業での出鋼後に、転炉内に残留させた溶融スラグに分解吸熱反応を起こす固化材を添加して吹付け又は転炉傾動等のコーティングアクションを行って、転炉内壁面をスラグコーティングする方法が開示されている。
また、特許文献２には、転炉内に残留させた溶融スラグに、転炉の底部に設けられた底吹羽口から、ガス発生物質を混入した不活性ガスを吹き込む転炉内壁面へのスラグコーティング法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２０９０２２号公報
【特許文献２】特開昭５９−９３８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の転炉内壁面へのスラグコーティング方法においては、溶融スラグ中に固化材が均質に溶解及び分散するまでに長時間を要すると共に、吹付け又は転炉傾動等のコーティングアクションでは、最も損耗の大きい出鋼孔の近傍に十分な厚さを有するコーティングを形成することが困難である。また、出鋼孔の近傍に形成されるコーティングは多層になるため、コーティングの剥離強度が低くなり、高耐用性が得られない。
また、特許文献２記載の転炉内壁面へのスラグコーティング法においても、最も損耗の大きい出鋼孔の近傍に十分な厚さを有するコーティングを形成することが困難であり、出鋼孔の近傍に形成されるコーティングは多層になるため、コーティングの剥離強度が低くなり、高耐用性が得られない。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、耐火物の補修のために転炉の稼働を停止する時間を極力短縮しながら、損耗が特に激しい出鋼孔近傍の耐火物に対する効果的な補修を可能にする転炉内壁面のスラグコーティング方法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】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法は、出鋼後にスラグを残留させた転炉を複数回揺動させて該スラグの温度を低下させる工程Ａと、前記転炉を傾けて、前記転炉の側部上側に設けられた出鋼孔からスラグを排出させながら、前記転炉の内壁面に配設された耐火物の表面に前記スラグのコーティングを形成する工程Ｂとを有する。
【０００７】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ａでは前記スラグの温度を１１５０℃〜１４００℃に低下させることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記転炉の揺動回数が２〜５回であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記出鋼孔の内径が１４０〜３００ｍｍであることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ａで前記転炉を揺動させる前に、粒径が１０〜５０ｍｍで、前記転炉内に残留したスラグの６〜３０質量％の塩基性炭酸塩塊を投入してもよい。
【００１１】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ｂでは、前記出鋼孔からの前記スラグの排出を５〜１２０秒間行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜６記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、出鋼から排滓に至る一連の転炉操業工程の中で転炉内壁面に配設された耐火物の補修を行うことができるので、耐火物の補修のために転炉の稼動を停止する時間を短縮できる。
また、工程Ａにおいてスラグの温度を低下させることにより、スラグの粘性を増大させて転炉内壁面に付着しやすくし、次いで工程Ｂで出鋼孔からスラグを排出しながらコーティングを形成するので、特に損耗の激しい出鋼孔の近傍に十分な厚さを有するスラグコーティングを形成することができる。したがって、転炉内壁面の耐火物の交換間隔を長くすることができ、転炉の操業効率の向上及び操業コストの低下に寄与しうる。
【００１３】
特に、請求項２記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、スラグの温度を１１５０℃〜１４００℃に低下させるので、スラグの流動性を確保しつつ粘性を増大させることができる。したがって、十分な厚さを有するコーティングを形成することができる。
【００１４】
請求項３記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、転炉の揺動回数が２〜５回であるので、必要最低限の転炉の揺動によりスラグの温度を低下させることができる。
【００１５】
請求項４記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、出鋼孔の内径が１４０〜３００ｍｍであるので、スラグが出鋼孔の近傍で固化してコーティングを形成するために必要かつ十分な滞留時間を確保することにより、十分な厚さを有しかつ均一なコーティングを形成することができる。
【００１６】
請求項５記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、工程Ａで転炉を揺動させる前に投入される塩基性炭酸塩塊が、分解吸熱反応によりスラグ温度を低下させると共に、反応生成物である酸化物が耐火性の骨材の役割を果たすため、コーティングの耐用性を向上させることができる。
【００１７】
請求項６記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、工程Ｂで、出鋼孔からのスラグの排出を５〜１２０秒間行うので、転炉の操業効率を低下させることなく、十分な厚さのコーティングを出鋼孔の近傍に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る転炉内壁面へのスラグコーティング方法を適用する転炉の概略説明図、図２は同転炉を揺動させる一連のサイクルの説明図、図３は出鋼孔の近傍に形成された凸状の付着物を説明するための出鋼孔近傍の部分概略図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法に適用される転炉１０は、銑鉄を精錬して鋼を製造するのに用いる樽形の反応炉で、図示しないトラニオン軸の周りに揺動可能に支持されている。通常の精錬時には、転炉１０は直立した状態で使用されるが、溶銑の注入、溶鋼の取出し、及びスラグの排出等の際には、トラニオン軸の周りにどちらの方向にも傾けることができる。
転炉１０の頂部には炉口１１が設けられている。溶銑の注入、精錬終了後のスラグの排出、及び図示しない上吹きランスからの酸素の吹込みは、この炉口１１から行われる。
転炉１０の側部上側には、転炉１０を一方向に傾けたときに下向きになるよう出鋼孔１２が設けられている。転炉１０の外壁は鋼鉄製であり、内壁面には、耐熱性及び耐衝撃性を有する耐火物１３が配設されている。また、転炉１０の底部には、不活性ガス等を吹き込むための羽口１４が設けられている。
また、出鋼孔１２には、耐火物よりなる円筒状の出鋼孔スリーブ１５が取付けられている。
【００２０】
転炉１０を用いた鋼の製造は、下記のようにして行われる。
転炉１０に溶銑を注入し、更に炭酸カルシウムや石灰等を主原料とするスラグ原料を添加する。これにランスから高圧の酸素を吹き込み撹拌すると、酸素は溶銑中の炭素、ケイ素、リン、マンガン等の不純物と反応（酸化反応）し、高熱が発生する。このとき、高温の溶鉄が転炉１０内を激しく流動するので、耐火物１３が損耗する。
酸化生成物のうち、一酸化炭素は気体となって除去され、ケイ素、リン等の酸化生成物は、スラグ原料と結びついてスラグを形成し、溶鉄から除去される。このようにして不純物が除去され、溶鋼が生成する。
精錬終了後、出鋼孔１２が下向きになるように転炉１０を傾けて、出鋼孔１２から溶綱を取り出す（出鋼）。このとき、高速で流動する溶綱と、出鋼孔１２の近傍に配設された耐火物１３との間に摩擦が生じるため、耐火物１３の損耗は出鋼孔１２の近傍において特に顕著である。
【００２１】
本実施の形態に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法は、出鋼後にスラグ１６（図２参照）を残留させた転炉１０を複数回揺動させてスラグ１６の温度を低下させる工程Ａと、転炉１０を傾けて、出鋼孔１２からスラグ１６を排出させながら、転炉１０の内壁面に配設された耐火物１３の表面にスラグのコーティングを形成する工程Ｂとを有する。
以下、工程Ａ及び工程Ｂについて詳細に説明する。
【００２２】
工程Ａでは、出鋼後にスラグ１６を残留させた転炉１０を複数回揺動させて、比較的低温な転炉１０の上部の内壁面にスラグ１６を接触させることにより、スラグ１６の温度を低下させる。
出鋼時にスラグ１６を転炉１０内に残留させるための方法に特に制限はなく、任意の方法を用いることができるが、例えば、スラグボールが用いられる。スラグボールは、スラグ１６よりも比重が大きく、かつ溶鋼よりも比重が小さい耐熱性の材料よりなり、出鋼孔１２の内径よりも径が大きな球状の形状を有している。出鋼孔１２から溶鋼が排出されている間は、スラグボールは、溶鋼と、その上に浮上しているより比重の小さなスラグ１６との界面付近に位置しているが、溶鋼の排出が終了すると、スラグ１６よりも比重の大きなスラグボールは、スラグ１６内に沈み、内部から出鋼孔１２を閉塞するので、スラグ１６は出鋼孔１２から排出されず、転炉１０の内部に残留する。
このようにして、出鋼時にスラグ１６を残留させた転炉１０を一旦正立させた後、トラニオン軸の周りに揺動させて、スラグ１６の温度を低下させる。出鋼終了直後のスラグ１６は高温（例えば、約１７００℃）で粘性に乏しく、そのままでは耐火物１３の表面に付着してコーティングを形成しないため、転炉１０を揺動させることにより温度を低下させて、粘性を増大させる必要がある。
【００２３】
スラグ１６の温度は、１１５０〜１４００℃に低下させる。スラグ１６の温度が１４００℃よりも高い状態では粘性が低すぎるため、耐火物１３の表面に十分な厚さのコーティングを形成することが困難である。逆に、スラグ１６の温度が１１５０℃を下回ると、スラグ１６の粘性が増大しすぎるため流動性が低下し、やはり耐火物１３の表面に十分な厚さのコーティングを形成することが困難である。
【００２４】
転炉１０の揺動とは、図２及び下記に示す（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）からなる一連のサイクルを所定の回数繰り返して実行することをいい、この一連のサイクルの繰り返し回数を揺動回数という。
（Ａ）正立状態にある転炉１０をトラニオン軸の周りに回転させ、出鋼孔１２が上を向いた状態にする。
（Ｂ）出鋼孔１２が上を向いた状態にある転炉１０をトラニオン軸の周りに、（Ａ）と逆方向に回転させ、再び正立状態にする。
（Ｃ）正立状態にある転炉１０をトラニオン軸の周りに（Ａ）と逆方向に回転させ、出鋼孔１２からスラグが排出されないように転炉１０を傾ける。
（Ｄ）出鋼孔１２が下を向いた状態にある転炉１０をトラニオン軸の周りに、（Ａ）と同一方向に回転させ、再び正立状態にする。
【００２５】
なお、（Ａ）〜（Ｄ）からなる一連のサイクルは、転炉内壁面のスラグコーティングに要する時間を短縮するために、転炉１０を途中で静止させることなく連続的に実行するのが好ましい。また、転炉１０の回転速度、及び（Ａ）、（Ｃ）における転炉１０の傾斜角度は、常に一定の値としてもよいが、転炉１０の内部に残留したスラグ１６の量等に応じて適宜定めてもよい。
【００２６】
スラグの温度を上記の範囲に低下させるために必要な転炉１０の揺動回数は、出鋼後に転炉１０内に残留するスラグの量にバラツキが生じる等の理由により、一義的に決定することは困難であるが、一般的に２回以上５回以下であることが好ましい。揺動回数が０回又は１回の場合には、揺動による十分なスラグの冷却効果が得られない。逆に、揺動回数が６回以上になると、スラグと転炉１０の内壁温度との差が小さくなるため、揺動回数の増大に伴う冷却効果の増加量が飽和する。
【００２７】
転炉１０の揺動回数は、出鋼後に転炉１０内に残留するスラグ１６の量及び温度等に応じて定めてもよい。残留スラグ１６の量が少ない場合には、蓄熱量も小さいため、より少ない揺動回数で十分な冷却効果を得ることができるからである。例えば、残留するスラグの量が４０トン未満である場合には、揺動回数を２回とし、残留するスラグの量が４０トン以上である場合には、揺動回数を５回としてもよい。
このように、転炉１０内に残留するスラグ１６の量に応じて揺動回数を最適化することにより、必要最低限の時間でスラグコーティングを行うことができる。
【００２８】
なお、最後の回（例えば、揺動回数を５回とした場合には５回目）の揺動の際には、一連のサイクルのうち（Ｄ）を実行せず、（Ｃ）を実行後、出鋼孔１２が下を向いた状態のままで（必要ならば転炉１０の傾斜角度を変化させてもよい）出鋼孔１２を開き、スラグ１６を排出させながらコーティングを行う工程Ｂを開始してもよい。このようにすることにより、転炉１０を一旦正立状態に戻してから再び傾けるのに要する時間を節約できる。
【００２９】
転炉１０の揺動を開始する前に、塩基性炭酸塩塊を転炉１０内に投入する。用いることができる塩基性炭酸塩としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の炭酸塩が挙げられる。その具体例としては、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、生ドロマイト（ＭｇＣＯ３・ＣａＣＯ３）等が挙げられるが、コスト面から、生ドロマイトが好ましい。
【００３０】
これらの塩基性炭酸塩を転炉１０内に投入すると、炉熱により脱炭酸反応を起こし、酸化物と二酸化炭素を生成する。脱炭酸反応は吸熱反応であるため、スラグの温度を、例えば５０〜６０℃低下させることができる。したがって、塩基性炭酸塩塊の投入により、スラグの冷却効率を高め、転炉１０の揺動回数を低減させることができる。
また、脱炭酸反応により生成するＣａＯ、ＭｇＯ等の酸化物は、２０００℃以上の高い融点を有しているため、耐火物１３の表面に形成されたスラグコーティングの強度を高める骨材としても作用しうる。
【００３１】
なお、骨材としては、例えば、転炉煉瓦の廃材（マグカーボン煉瓦塊；ＭｇＯ−Ｃ）を塊状にした物がコスト面では優れていると考えられるが、炭酸イオンを含まないため、塩基性炭酸塩に比べて冷却効果に劣っている。また、マグカーボン煉瓦はスラグに対する濡れ性が低いため、スラグコーティングの骨材としては、十分な効果を発揮できず、生ドロマイト等の塩基性炭酸塩を用いた場合に比べて骨材の脱落が発生しやすい。
【００３２】
塩基性炭酸塩塊の平均粒径は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とする。
平均粒径が１０ｍｍを下回ると、生成する酸化物の骨材としての耐用性が不十分である。逆に、平均粒径が５０ｍｍを上回ると、生成する酸化物の粒径が、耐火物１３の表面に形成されるスラグコーティングの厚さに比べて大きすぎるため、コーティングからの脱落が発生しやすくなる。
【００３３】
塩基性炭酸塩塊の投入量は、転炉１０内に残留したスラグ１６の質量の６質量％以上３０質量％とし、１０質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。塩基性炭酸塩塊の投入量がスラグ１６の質量の６質量％を下回ると、骨材としてスラグコーティングの耐用性を向上させる効果が不十分である。逆に、塩基性炭酸塩塊の投入量がスラグ１６の質量の３０質量％を上回ると、スラグに含まれる骨材（酸化物）の比率が高くなりすぎ、凹凸のない均質なコーティングが形成されにくくなる。特に、図３に示すように、出鋼孔１２の近傍に凸状の付着物１７が形成されると、残湯（出鋼時に排出されない溶鋼）１８が発生し、溶鋼歩留まりを低下させる原因となる。
【００３４】
工程Ｂでは、転炉１０を傾けて、出鋼孔１２からスラグ１６を排出（孔排滓）させながら、転炉１０の内壁面に配設された耐火物１３の表面にスラグのコーティングを形成する。なお、出鋼孔１２からの排出の後、転炉１０内に残存したスラグ１６は、炉口１１より排出される。
工程Ａで温度を低下させたスラグ１６を、炉口１１からではなく出鋼孔１２から排出することにより、損耗の大きい出鋼孔１２近傍に配設された耐火物１３の表面に効果的にスラグコーティングを行うことが可能になる。
【００３５】
出鋼孔１２近傍の耐火物１３の表面に十分な厚さのスラグコーティングを形成するためには、出鋼孔１２近傍において、スラグ１６が固化するのに十分な滞留時間を確保できるようにスラグの流速を調整する必要がある。このような要求を満足するために、出鋼孔１２の内径（具体的には出鋼孔スリーブ１５の内径）を１４０ｍｍφ以上３００ｍｍφ以下とする。出鋼孔１２の内径が１４０ｍｍφを下回ると、スラグの流動速度が小さくなり、図３に示すように、出鋼孔１２の近傍に凸状の付着物１７が形成されやすくなるため、残湯１８の発生による、溶鋼歩留まりの低下が起こりやすくなる。逆に、出鋼孔１２の内径が３００ｍｍφを上回ると、スラグの流動速度が大きくなるため、コーティングの厚さの確保が困難になり、耐用性の低下を招く。
【００３６】
スラグコーティングを行うために、出鋼孔１２からスラグを排出させる時間（以下「孔排滓時間」という）は、５秒以上１２０秒以下とする。孔排滓時間が５秒を下回ると、形成されるスラグコーティングの厚さが不十分で、コーティングによる耐火物１３の保護効果が不十分である。逆に、孔排滓時間が１２０秒を上回ると、転炉１０の非稼働時間が増大することによる稼動効率の低下の影響が顕著になる。また、出鋼孔１２近傍でのスラグの滞留時間が長くなりすぎ、図３に示すように、出鋼孔１２の近傍に凸状の付着物１７が形成されやすくなるため、残湯１８の発生による、溶鋼歩留まりの低下が起こりやすくなる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
図４は孔排滓を行った場合と孔排滓を行わなかった場合の耐火物の残厚と出鋼回数との関係を示すグラフ、図５は平均スラグ温度と耐火物の損耗速度の関係を示すグラフ、図６は残留スラグ量が２０ｔ及び４０ｔの場合における転炉の揺動回数とスラグ温度との関係を示すグラフ、図７は出鋼孔スリーブの内径と耐火物の損耗速度との関係を示すグラフ、図８は生ドロマイト又はマグカーボン煉瓦塊の添加割合と耐火物の損耗速度の関係を示すグラフ、図９は孔排滓時間と耐火物の損耗速度との関係を示すグラフ、図１０は孔排滓を行う場合と行わない場合における転炉の非稼働時間の比較を示すグラフである。
【００３８】
実験（試験操業）条件
実施例の実施には３５０ｔ転炉を使用した。
出鋼孔スリーブの内径は、出鋼回数の増加に伴い損耗が進んで拡大して行くため、各実験における第１回の出鋼時に測定した出鋼孔スリーブの実測値を代表値として用いた。
実験操作は、下記に示すとおりである。
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内にスラグが残留した状態で、必要な場合には、所定量の生ドロマイトを投入した（具体的な添加量は、各実験の項において説明する）。その後、転炉を所定回数揺動させた後（具体的な揺動回数は、各実験の項において説明する）、転炉出鋼孔からスラグを所定時間排出（孔排滓）した（具体的な孔排滓時間は、各実験の項において説明する）。なお、試験操業中の出鋼孔からのスラグの排出の実施比率（（出鋼孔からのスラグの排出を実施した回数）／（全出鋼回数））は５０％に統一した。
その後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。
【００３９】
スラグの温度の測定
放射温度計を用いて、出鋼孔又は炉口から排出直後のスラグの温度を測定した。そのため、スラグ温度の測定値は、転炉内におけるスラグの温度とほぼ等しいと考えられる。
【００４０】
耐火物の損耗速度の測定
レーザープロフィールメーターを用いて、３０〜５０回出鋼を行う度に、出鋼孔近傍の同一部位の耐火物の厚さ（残厚）を測定した。残厚を出鋼回数（ｃｈ：ｃｈａｒｇｅの略）に対してプロットしたグラフの傾きから、単位出鋼回数あたりの耐火物の損耗速度（ｍｍ／ｃｈ）を求めた。
【００４１】
実験１：スラグコーティングの有無と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入した。転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ以上の場合は４回、転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ未満の場合には２回、転炉を揺動させ、スラグの温度を１４００℃以下に低下させた。１０秒間孔排滓（出鋼孔スリーブの内径２２０〜２８０ｍｍφ）した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した場合と、転炉を揺動させた後、孔排滓を行わず、炉口から全量排出した場合について、出鋼孔近傍の耐火物の損耗速度を比較した。
【００４２】
孔排滓を行った場合（●で示す）と、孔排滓を行わなかった場合（▲で示す）の耐火物の残厚と出鋼回数との関係を図４に示す。孔排滓を行った場合と行わなかった場合における耐火物の損耗速度は、それぞれ０．２ｍｍ／ｃｈ及び０．５ｍｍ／ｃｈである。以上の結果から、出鋼孔近傍の耐火物へのスラグコーティングにより、損耗速度がスラグコーティングを行わなかった場合の約４０％に低下していることがわかる。また、孔排滓を行わなかった場合には、約１４００回出鋼を行うと、耐火物の損耗が進み、操業を停止して耐火物を補修する必要が生じるが、孔排滓を行った場合には、耐火物の補修のため操業を一時停止することなく３０００回以上連続して操業を行うことが可能である。
これらの結果から、出鋼孔近傍の耐火物へのスラグコーティングの効果が確認された。
【００４３】
実験２：孔排滓時のスラグの温度と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入した。その後、転炉を２回揺動させ、出鋼孔（出鋼孔スリーブの内径２２０ｍｍφ）からスラグを１０秒間排出させ、放射温度計を用いてその温度を測定した。転炉に残存したスラグは、転炉を傾けて炉口から全量排出した。また、３０〜５０ｃｈ毎に、レーザープロフィールメーターを用いて出鋼孔近傍の耐火物の残厚測定を行い、損耗速度を求めた。その後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。
異なる原料ロット毎に数十〜数百回ずつ実験を行った。
【００４４】
平均スラグ温度と耐火物の損耗速度の関係を図５に示す。スラグの温度が１４００℃を超える付近から、スラグの温度の上昇に伴い損耗速度も増大しており、約１５００℃では、スラグコーティングを行わなかった場合の損耗速度（０．５ｍｍ／ｃｈ）とほぼ同一の値となっていることがわかる。以上の結果から、スラグの温度が１４００℃を超えると、スラグコーティングの効果が減少し、１５００℃では粘性が減少して殆どコーティングが形成されていないと考えられる。
これらの結果から、十分な耐用性を有するスラグコーティングのためには、スラグの温度を１４００℃以下に低下させる必要があることが確認された。
【００４５】
実験３：転炉の揺動回数とスラグ温度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入し、出鋼孔（出鋼孔スリーブの内径２２０ｍｍφ）からスラグを５秒間排出させ、放射温度計を用いてその温度を測定した。その後、転炉を１回揺動させる度に出鋼孔（出鋼孔スリーブの内径２２０ｍｍφ）からスラグを５秒間排出させ、放射温度計を用いてその温度を測定した。６回揺動した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。
【００４６】
残留スラグ量が２０ｔ及び４０ｔの場合における、転炉の揺動回数とスラグ温度との関係を図６に示す。いずれの場合にも、スラグの温度を１４００℃程度まで低下させるためには、１回の揺動では不十分であり、少なくとも転炉を２回揺動させる必要があること、及び揺動回数が５回を超えると、スラグの温度が殆ど低下しなくなることがわかる。
これらの結果から、操業効率を大きく低下させることなくスラグの温度を１４００℃以下に低下させるためには、転炉の揺動を２〜５回行うことが好ましいことが確認された。
【００４７】
実験４：出鋼孔の内径と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入した。転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ以上の場合は４回、転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ未満の場合には２回、転炉を揺動させ、スラグの温度を１４００℃以下に低下させた。１０秒間孔排滓（出鋼孔スリーブの内径１６０〜３３０ｍｍφ）した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。３０〜５０ｃｈ毎に、レーザープロフィールメーターを用いて出鋼孔近傍の耐火物の残厚測定を行い、損耗速度を求めた。
【００４８】
出鋼孔スリーブの内径と耐火物の損耗速度との関係を図７に示す。出鋼孔スリーブの内径が３００ｍｍφを超えると、損耗速度がほぼ直線的に増大しているが、スラグの流動速度が増大して、コーティングを形成するために必要な滞留時間が確保できなくなるためであると考えられる。
以上の結果から、耐用性の高いスラグコーティングを出鋼孔近傍の耐火物に形成させるためには、出鋼孔（スリーブ）の内径を３００ｍｍφ以下にすることが好ましいことが確認された。
【００４９】
実験５：生ドロマイトの添加量と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し０〜４０質量％の生ドロマイト、及び比較のために転炉内に残留したスラグに対し６〜３０質量％のマグカーボン煉瓦塊を投入した。転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ以上の場合は４回、転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ未満の場合には２回、転炉を揺動させ、スラグの温度を１４００℃以下に低下させた。１０秒間孔排滓（出鋼孔スリーブの内径２２０ｍｍφ）した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。３０〜５０ｃｈ毎に、レーザープロフィールメーターを用いて出鋼孔近傍の耐火物の残厚測定を行い、損耗速度を求めた。
【００５０】
生ドロマイト（●で示す）及びマグカーボン煉瓦塊（■で示す）の添加割合（転炉内に残留したスラグ質量に対する生ドロマイト及びマグカーボン煉瓦塊の質量の割合）と耐火物の損耗速度の関係を図８に示す。生ドロマイトの添加割合の増大に伴い耐火物の損耗速度は低下した。また、生ドロマイトの添加割合が６質量％以上の場合、損耗速度は０．２５ｍｍ／ｃｈ以下となり、十分な耐用性が得られることがわかった。生ドロマイトの添加割合が１２質量％を超えると、損耗速度の低下量は飽和し、添加割合の増大に伴う損耗速度の顕著な改善は観測されなかった。更に、生ドロマイトの添加割合が３０質量％を超えると、出鋼孔の近傍に残湯の原因となる凸状の付着物が観測された。
以上の結果から、耐用性の高いスラグコーティングを出鋼孔近傍の耐火物に形成させるためには、転炉内に残留したスラグの６〜３０質量％の生ドロマイトを投入することが好ましいことが確認された。
【００５１】
生ドロマイトの代わりにマグカーボン煉瓦塊を添加した場合にも、耐火物の損耗速度において若干の改善が見られたが、生ドロマイトに比べその効果は小さかった。
【００５２】
実験６：孔排滓時間と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入した。転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ以上の場合は４回、転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ未満の場合には２回、転炉を揺動させ、スラグの温度を１４００℃以下に低下させた。１〜１８０秒間孔排滓（出鋼孔スリーブの内径２２０〜２８０ｍｍφ）した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。３０〜５０ｃｈ毎に、レーザープロフィールメーターを用いて出鋼孔近傍の耐火物の残厚測定を行い、損耗速度を求めた。
【００５３】
孔排滓時間と耐火物の損耗速度との関係を図９に示す。孔排滓時間が１〜２秒の場合には、損耗速度が十分低下していないのに対し、孔排滓時間が５秒以上の場合には、損耗速度が約０．２ｍｍ／ｃｈに低下しており、十分な耐用性を有することがわかる。
また、孔排滓を行う場合と行わない場合における転炉の非稼働時間の比較を図１０に示す。孔排滓時間が１２０秒を超えても、損耗速度はわずかながら減少しており、耐用性の向上が確認されるが、あまり孔排滓時間を長くしすぎると、図１０に示すように孔排滓の実施に伴う転炉の非稼働時間が増大する。これらの結果及び転炉の稼動効率を勘案すると、孔排滓時間は１２０秒以下であることが好ましい。
以上の結果から、耐用性の高いスラグコーティングを出鋼孔近傍の耐火物に形成させるためには、孔排滓を５〜１２０秒間行うことが好ましいことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法が適用される転炉の断面を示す説明図である。
【図２】同転炉を揺動させる一連のサイクルの説明図である。
【図３】出鋼孔の近傍に形成された凸状の付着物を説明するための出鋼孔近傍の部分概略図である。
【図４】孔排滓を行った場合と孔排滓を行わなかった場合の耐火物の残厚と出鋼回数との関係を示すグラフである。
【図５】平均スラグ温度と耐火物の損耗速度の関係を示すグラフである。
【図６】残留スラグ量が２０ｔ及び４０ｔの場合における、転炉の揺動回数とスラグ温度との関係を示すグラフである。
【図７】出鋼孔スリーブの内径と耐火物の損耗速度との関係を示すグラフである。
【図８】生ドロマイト又はマグカーボン煉瓦塊の添加割合と耐火物の損耗速度の関係を示すグラフである。
【図９】孔排滓時間と耐火物の損耗速度との関係を示すグラフである。
【図１０】孔排滓を行う場合と行わない場合における転炉の非稼働時間の比較を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１０：転炉、１１：炉口、１２：出鋼孔、１３：耐火物、１４：羽口、１５：出鋼孔スリーブ、１６：スラグ、１７：凸状付着物、１８：残湯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉内壁面のスラグコーティング方法に係り、更に詳細には、転炉精錬の副生成物であるスラグを転炉の内壁面に配設された耐火物の表面にコーティングして耐火物を保護する転炉内壁面のスラグコーティング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吹錬操業により損耗した転炉の内壁面に配設された耐火物の補修方法として、転炉精錬の副生成物であるスラグを耐火物の表面にコーティングするスラグコーティング方法が一般的に用いられている。スラグコーティング方法は、転炉の操業を完全に停止することなく比較的短時間で実施することができ、転炉内壁面の耐火物の交換間隔を長くすることができるので、転炉の操業効率の向上に有効である。
例えば、特許文献１には、転炉操業での出鋼後に、転炉内に残留させた溶融スラグに分解吸熱反応を起こす固化材を添加して吹付け又は転炉傾動等のコーティングアクションを行って、転炉内壁面をスラグコーティングする方法が開示されている。
また、特許文献２には、転炉内に残留させた溶融スラグに、転炉の底部に設けられた底吹羽口から、ガス発生物質を混入した不活性ガスを吹き込む転炉内壁面へのスラグコーティング法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２０９０２２号公報
【特許文献２】特開昭５９−９３８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の転炉内壁面へのスラグコーティング方法においては、溶融スラグ中に固化材が均質に溶解及び分散するまでに長時間を要すると共に、吹付け又は転炉傾動等のコーティングアクションでは、最も損耗の大きい出鋼孔の近傍に十分な厚さを有するコーティングを形成することが困難である。また、出鋼孔の近傍に形成されるコーティングは多層になるため、コーティングの剥離強度が低くなり、高耐用性が得られない。
また、特許文献２記載の転炉内壁面へのスラグコーティング法においても、最も損耗の大きい出鋼孔の近傍に十分な厚さを有するコーティングを形成することが困難であり、出鋼孔の近傍に形成されるコーティングは多層になるため、コーティングの剥離強度が低くなり、高耐用性が得られない。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、耐火物の補修のために転炉の稼働を停止する時間を極力短縮しながら、損耗が特に激しい出鋼孔近傍の耐火物に対する効果的な補修を可能にする転炉内壁面のスラグコーティング方法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】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法は、出鋼後にスラグを残留させた転炉を複数回揺動させて該スラグの温度を低下させる工程Ａと、前記転炉を傾けて、前記転炉の側部上側に設けられた出鋼孔からスラグを排出させながら、前記転炉の内壁面に配設された耐火物の表面に前記スラグのコーティングを形成する工程Ｂとを有する。
【０００７】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ａでは前記スラグの温度を１１５０℃〜１４００℃に低下させることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記転炉の揺動回数が２〜５回であることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記出鋼孔の内径が１４０〜３００ｍｍであることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ａで前記転炉を揺動させる前に、粒径が１０〜５０ｍｍで、前記転炉内に残留したスラグの６〜３０質量％の塩基性炭酸塩塊を投入してもよい。
【００１１】
本発明に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ｂでは、前記出鋼孔からの前記スラグの排出を５〜１２０秒間行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜６記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、出鋼から排滓に至る一連の転炉操業工程の中で転炉内壁面に配設された耐火物の補修を行うことができるので、耐火物の補修のために転炉の稼動を停止する時間を短縮できる。
また、工程Ａにおいてスラグの温度を低下させることにより、スラグの粘性を増大させて転炉内壁面に付着しやすくし、次いで工程Ｂで出鋼孔からスラグを排出しながらコーティングを形成するので、特に損耗の激しい出鋼孔の近傍に十分な厚さを有するスラグコーティングを形成することができる。したがって、転炉内壁面の耐火物の交換間隔を長くすることができ、転炉の操業効率の向上及び操業コストの低下に寄与しうる。
【００１３】
特に、請求項２記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、スラグの温度を１１５０℃〜１４００℃に低下させるので、スラグの流動性を確保しつつ粘性を増大させることができる。したがって、十分な厚さを有するコーティングを形成することができる。
【００１４】
請求項３記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、転炉の揺動回数が２〜５回であるので、必要最低限の転炉の揺動によりスラグの温度を低下させることができる。
【００１５】
請求項４記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、出鋼孔の内径が１４０〜３００ｍｍであるので、スラグが出鋼孔の近傍で固化してコーティングを形成するために必要かつ十分な滞留時間を確保することにより、十分な厚さを有しかつ均一なコーティングを形成することができる。
【００１６】
請求項５記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、工程Ａで転炉を揺動させる前に投入される塩基性炭酸塩塊が、分解吸熱反応によりスラグ温度を低下させると共に、反応生成物である酸化物が耐火性の骨材の役割を果たすため、コーティングの耐用性を向上させることができる。
【００１７】
請求項６記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法においては、工程Ｂで、出鋼孔からのスラグの排出を５〜１２０秒間行うので、転炉の操業効率を低下させることなく、十分な厚さのコーティングを出鋼孔の近傍に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る転炉内壁面へのスラグコーティング方法を適用する転炉の概略説明図、図２は同転炉を揺動させる一連のサイクルの説明図、図３は出鋼孔の近傍に形成された凸状の付着物を説明するための出鋼孔近傍の部分概略図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法に適用される転炉１０は、銑鉄を精錬して鋼を製造するのに用いる樽形の反応炉で、図示しないトラニオン軸の周りに揺動可能に支持されている。通常の精錬時には、転炉１０は直立した状態で使用されるが、溶銑の注入、溶鋼の取出し、及びスラグの排出等の際には、トラニオン軸の周りにどちらの方向にも傾けることができる。
転炉１０の頂部には炉口１１が設けられている。溶銑の注入、精錬終了後のスラグの排出、及び図示しない上吹きランスからの酸素の吹込みは、この炉口１１から行われる。
転炉１０の側部上側には、転炉１０を一方向に傾けたときに下向きになるよう出鋼孔１２が設けられている。転炉１０の外壁は鋼鉄製であり、内壁面には、耐熱性及び耐衝撃性を有する耐火物１３が配設されている。また、転炉１０の底部には、不活性ガス等を吹き込むための羽口１４が設けられている。
また、出鋼孔１２には、耐火物よりなる円筒状の出鋼孔スリーブ１５が取付けられている。
【００２０】
転炉１０を用いた鋼の製造は、下記のようにして行われる。
転炉１０に溶銑を注入し、更に炭酸カルシウムや石灰等を主原料とするスラグ原料を添加する。これにランスから高圧の酸素を吹き込み撹拌すると、酸素は溶銑中の炭素、ケイ素、リン、マンガン等の不純物と反応（酸化反応）し、高熱が発生する。このとき、高温の溶鉄が転炉１０内を激しく流動するので、耐火物１３が損耗する。
酸化生成物のうち、一酸化炭素は気体となって除去され、ケイ素、リン等の酸化生成物は、スラグ原料と結びついてスラグを形成し、溶鉄から除去される。このようにして不純物が除去され、溶鋼が生成する。
精錬終了後、出鋼孔１２が下向きになるように転炉１０を傾けて、出鋼孔１２から溶綱を取り出す（出鋼）。このとき、高速で流動する溶綱と、出鋼孔１２の近傍に配設された耐火物１３との間に摩擦が生じるため、耐火物１３の損耗は出鋼孔１２の近傍において特に顕著である。
【００２１】
本実施の形態に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法は、出鋼後にスラグ１６（図２参照）を残留させた転炉１０を複数回揺動させてスラグ１６の温度を低下させる工程Ａと、転炉１０を傾けて、出鋼孔１２からスラグ１６を排出させながら、転炉１０の内壁面に配設された耐火物１３の表面にスラグのコーティングを形成する工程Ｂとを有する。
以下、工程Ａ及び工程Ｂについて詳細に説明する。
【００２２】
工程Ａでは、出鋼後にスラグ１６を残留させた転炉１０を複数回揺動させて、比較的低温な転炉１０の上部の内壁面にスラグ１６を接触させることにより、スラグ１６の温度を低下させる。
出鋼時にスラグ１６を転炉１０内に残留させるための方法に特に制限はなく、任意の方法を用いることができるが、例えば、スラグボールが用いられる。スラグボールは、スラグ１６よりも比重が大きく、かつ溶鋼よりも比重が小さい耐熱性の材料よりなり、出鋼孔１２の内径よりも径が大きな球状の形状を有している。出鋼孔１２から溶鋼が排出されている間は、スラグボールは、溶鋼と、その上に浮上しているより比重の小さなスラグ１６との界面付近に位置しているが、溶鋼の排出が終了すると、スラグ１６よりも比重の大きなスラグボールは、スラグ１６内に沈み、内部から出鋼孔１２を閉塞するので、スラグ１６は出鋼孔１２から排出されず、転炉１０の内部に残留する。
このようにして、出鋼時にスラグ１６を残留させた転炉１０を一旦正立させた後、トラニオン軸の周りに揺動させて、スラグ１６の温度を低下させる。出鋼終了直後のスラグ１６は高温（例えば、約１７００℃）で粘性に乏しく、そのままでは耐火物１３の表面に付着してコーティングを形成しないため、転炉１０を揺動させることにより温度を低下させて、粘性を増大させる必要がある。
【００２３】
スラグ１６の温度は、１１５０〜１４００℃に低下させる。スラグ１６の温度が１４００℃よりも高い状態では粘性が低すぎるため、耐火物１３の表面に十分な厚さのコーティングを形成することが困難である。逆に、スラグ１６の温度が１１５０℃を下回ると、スラグ１６の粘性が増大しすぎるため流動性が低下し、やはり耐火物１３の表面に十分な厚さのコーティングを形成することが困難である。
【００２４】
転炉１０の揺動とは、図２及び下記に示す（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）からなる一連のサイクルを所定の回数繰り返して実行することをいい、この一連のサイクルの繰り返し回数を揺動回数という。
（Ａ）正立状態にある転炉１０をトラニオン軸の周りに回転させ、出鋼孔１２が上を向いた状態にする。
（Ｂ）出鋼孔１２が上を向いた状態にある転炉１０をトラニオン軸の周りに、（Ａ）と逆方向に回転させ、再び正立状態にする。
（Ｃ）正立状態にある転炉１０をトラニオン軸の周りに（Ａ）と逆方向に回転させ、出鋼孔１２からスラグが排出されないように転炉１０を傾ける。
（Ｄ）出鋼孔１２が下を向いた状態にある転炉１０をトラニオン軸の周りに、（Ａ）と同一方向に回転させ、再び正立状態にする。
【００２５】
なお、（Ａ）〜（Ｄ）からなる一連のサイクルは、転炉内壁面のスラグコーティングに要する時間を短縮するために、転炉１０を途中で静止させることなく連続的に実行するのが好ましい。また、転炉１０の回転速度、及び（Ａ）、（Ｃ）における転炉１０の傾斜角度は、常に一定の値としてもよいが、転炉１０の内部に残留したスラグ１６の量等に応じて適宜定めてもよい。
【００２６】
スラグの温度を上記の範囲に低下させるために必要な転炉１０の揺動回数は、出鋼後に転炉１０内に残留するスラグの量にバラツキが生じる等の理由により、一義的に決定することは困難であるが、一般的に２回以上５回以下であることが好ましい。揺動回数が０回又は１回の場合には、揺動による十分なスラグの冷却効果が得られない。逆に、揺動回数が６回以上になると、スラグと転炉１０の内壁温度との差が小さくなるため、揺動回数の増大に伴う冷却効果の増加量が飽和する。
【００２７】
転炉１０の揺動回数は、出鋼後に転炉１０内に残留するスラグ１６の量及び温度等に応じて定めてもよい。残留スラグ１６の量が少ない場合には、蓄熱量も小さいため、より少ない揺動回数で十分な冷却効果を得ることができるからである。例えば、残留するスラグの量が４０トン未満である場合には、揺動回数を２回とし、残留するスラグの量が４０トン以上である場合には、揺動回数を５回としてもよい。
このように、転炉１０内に残留するスラグ１６の量に応じて揺動回数を最適化することにより、必要最低限の時間でスラグコーティングを行うことができる。
【００２８】
なお、最後の回（例えば、揺動回数を５回とした場合には５回目）の揺動の際には、一連のサイクルのうち（Ｄ）を実行せず、（Ｃ）を実行後、出鋼孔１２が下を向いた状態のままで（必要ならば転炉１０の傾斜角度を変化させてもよい）出鋼孔１２を開き、スラグ１６を排出させながらコーティングを行う工程Ｂを開始してもよい。このようにすることにより、転炉１０を一旦正立状態に戻してから再び傾けるのに要する時間を節約できる。
【００２９】
転炉１０の揺動を開始する前に、塩基性炭酸塩塊を転炉１０内に投入する。用いることができる塩基性炭酸塩としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の炭酸塩が挙げられる。その具体例としては、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、生ドロマイト（ＭｇＣＯ３・ＣａＣＯ３）等が挙げられるが、コスト面から、生ドロマイトが好ましい。
【００３０】
これらの塩基性炭酸塩を転炉１０内に投入すると、炉熱により脱炭酸反応を起こし、酸化物と二酸化炭素を生成する。脱炭酸反応は吸熱反応であるため、スラグの温度を、例えば５０〜６０℃低下させることができる。したがって、塩基性炭酸塩塊の投入により、スラグの冷却効率を高め、転炉１０の揺動回数を低減させることができる。
また、脱炭酸反応により生成するＣａＯ、ＭｇＯ等の酸化物は、２０００℃以上の高い融点を有しているため、耐火物１３の表面に形成されたスラグコーティングの強度を高める骨材としても作用しうる。
【００３１】
なお、骨材としては、例えば、転炉煉瓦の廃材（マグカーボン煉瓦塊；ＭｇＯ−Ｃ）を塊状にした物がコスト面では優れていると考えられるが、炭酸イオンを含まないため、塩基性炭酸塩に比べて冷却効果に劣っている。また、マグカーボン煉瓦はスラグに対する濡れ性が低いため、スラグコーティングの骨材としては、十分な効果を発揮できず、生ドロマイト等の塩基性炭酸塩を用いた場合に比べて骨材の脱落が発生しやすい。
【００３２】
塩基性炭酸塩塊の平均粒径は、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とする。
平均粒径が１０ｍｍを下回ると、生成する酸化物の骨材としての耐用性が不十分である。逆に、平均粒径が５０ｍｍを上回ると、生成する酸化物の粒径が、耐火物１３の表面に形成されるスラグコーティングの厚さに比べて大きすぎるため、コーティングからの脱落が発生しやすくなる。
【００３３】
塩基性炭酸塩塊の投入量は、転炉１０内に残留したスラグ１６の質量の６質量％以上３０質量％とし、１０質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。塩基性炭酸塩塊の投入量がスラグ１６の質量の６質量％を下回ると、骨材としてスラグコーティングの耐用性を向上させる効果が不十分である。逆に、塩基性炭酸塩塊の投入量がスラグ１６の質量の３０質量％を上回ると、スラグに含まれる骨材（酸化物）の比率が高くなりすぎ、凹凸のない均質なコーティングが形成されにくくなる。特に、図３に示すように、出鋼孔１２の近傍に凸状の付着物１７が形成されると、残湯（出鋼時に排出されない溶鋼）１８が発生し、溶鋼歩留まりを低下させる原因となる。
【００３４】
工程Ｂでは、転炉１０を傾けて、出鋼孔１２からスラグ１６を排出（孔排滓）させながら、転炉１０の内壁面に配設された耐火物１３の表面にスラグのコーティングを形成する。なお、出鋼孔１２からの排出の後、転炉１０内に残存したスラグ１６は、炉口１１より排出される。
工程Ａで温度を低下させたスラグ１６を、炉口１１からではなく出鋼孔１２から排出することにより、損耗の大きい出鋼孔１２近傍に配設された耐火物１３の表面に効果的にスラグコーティングを行うことが可能になる。
【００３５】
出鋼孔１２近傍の耐火物１３の表面に十分な厚さのスラグコーティングを形成するためには、出鋼孔１２近傍において、スラグ１６が固化するのに十分な滞留時間を確保できるようにスラグの流速を調整する必要がある。このような要求を満足するために、出鋼孔１２の内径（具体的には出鋼孔スリーブ１５の内径）を１４０ｍｍφ以上３００ｍｍφ以下とする。出鋼孔１２の内径が１４０ｍｍφを下回ると、スラグの流動速度が小さくなり、図３に示すように、出鋼孔１２の近傍に凸状の付着物１７が形成されやすくなるため、残湯１８の発生による、溶鋼歩留まりの低下が起こりやすくなる。逆に、出鋼孔１２の内径が３００ｍｍφを上回ると、スラグの流動速度が大きくなるため、コーティングの厚さの確保が困難になり、耐用性の低下を招く。
【００３６】
スラグコーティングを行うために、出鋼孔１２からスラグを排出させる時間（以下「孔排滓時間」という）は、５秒以上１２０秒以下とする。孔排滓時間が５秒を下回ると、形成されるスラグコーティングの厚さが不十分で、コーティングによる耐火物１３の保護効果が不十分である。逆に、孔排滓時間が１２０秒を上回ると、転炉１０の非稼働時間が増大することによる稼動効率の低下の影響が顕著になる。また、出鋼孔１２近傍でのスラグの滞留時間が長くなりすぎ、図３に示すように、出鋼孔１２の近傍に凸状の付着物１７が形成されやすくなるため、残湯１８の発生による、溶鋼歩留まりの低下が起こりやすくなる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
図４は孔排滓を行った場合と孔排滓を行わなかった場合の耐火物の残厚と出鋼回数との関係を示すグラフ、図５は平均スラグ温度と耐火物の損耗速度の関係を示すグラフ、図６は残留スラグ量が２０ｔ及び４０ｔの場合における転炉の揺動回数とスラグ温度との関係を示すグラフ、図７は出鋼孔スリーブの内径と耐火物の損耗速度との関係を示すグラフ、図８は生ドロマイト又はマグカーボン煉瓦塊の添加割合と耐火物の損耗速度の関係を示すグラフ、図９は孔排滓時間と耐火物の損耗速度との関係を示すグラフ、図１０は孔排滓を行う場合と行わない場合における転炉の非稼働時間の比較を示すグラフである。
【００３８】
実験（試験操業）条件
実施例の実施には３５０ｔ転炉を使用した。
出鋼孔スリーブの内径は、出鋼回数の増加に伴い損耗が進んで拡大して行くため、各実験における第１回の出鋼時に測定した出鋼孔スリーブの実測値を代表値として用いた。
実験操作は、下記に示すとおりである。
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内にスラグが残留した状態で、必要な場合には、所定量の生ドロマイトを投入した（具体的な添加量は、各実験の項において説明する）。その後、転炉を所定回数揺動させた後（具体的な揺動回数は、各実験の項において説明する）、転炉出鋼孔からスラグを所定時間排出（孔排滓）した（具体的な孔排滓時間は、各実験の項において説明する）。なお、試験操業中の出鋼孔からのスラグの排出の実施比率（（出鋼孔からのスラグの排出を実施した回数）／（全出鋼回数））は５０％に統一した。
その後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。
【００３９】
スラグの温度の測定
放射温度計を用いて、出鋼孔又は炉口から排出直後のスラグの温度を測定した。そのため、スラグ温度の測定値は、転炉内におけるスラグの温度とほぼ等しいと考えられる。
【００４０】
耐火物の損耗速度の測定
レーザープロフィールメーターを用いて、３０〜５０回出鋼を行う度に、出鋼孔近傍の同一部位の耐火物の厚さ（残厚）を測定した。残厚を出鋼回数（ｃｈ：ｃｈａｒｇｅの略）に対してプロットしたグラフの傾きから、単位出鋼回数あたりの耐火物の損耗速度（ｍｍ／ｃｈ）を求めた。
【００４１】
実験１：スラグコーティングの有無と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入した。転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ以上の場合は４回、転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ未満の場合には２回、転炉を揺動させ、スラグの温度を１４００℃以下に低下させた。１０秒間孔排滓（出鋼孔スリーブの内径２２０〜２８０ｍｍφ）した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した場合と、転炉を揺動させた後、孔排滓を行わず、炉口から全量排出した場合について、出鋼孔近傍の耐火物の損耗速度を比較した。
【００４２】
孔排滓を行った場合（●で示す）と、孔排滓を行わなかった場合（▲で示す）の耐火物の残厚と出鋼回数との関係を図４に示す。孔排滓を行った場合と行わなかった場合における耐火物の損耗速度は、それぞれ０．２ｍｍ／ｃｈ及び０．５ｍｍ／ｃｈである。以上の結果から、出鋼孔近傍の耐火物へのスラグコーティングにより、損耗速度がスラグコーティングを行わなかった場合の約４０％に低下していることがわかる。また、孔排滓を行わなかった場合には、約１４００回出鋼を行うと、耐火物の損耗が進み、操業を停止して耐火物を補修する必要が生じるが、孔排滓を行った場合には、耐火物の補修のため操業を一時停止することなく３０００回以上連続して操業を行うことが可能である。
これらの結果から、出鋼孔近傍の耐火物へのスラグコーティングの効果が確認された。
【００４３】
実験２：孔排滓時のスラグの温度と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入した。その後、転炉を２回揺動させ、出鋼孔（出鋼孔スリーブの内径２２０ｍｍφ）からスラグを１０秒間排出させ、放射温度計を用いてその温度を測定した。転炉に残存したスラグは、転炉を傾けて炉口から全量排出した。また、３０〜５０ｃｈ毎に、レーザープロフィールメーターを用いて出鋼孔近傍の耐火物の残厚測定を行い、損耗速度を求めた。その後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。
異なる原料ロット毎に数十〜数百回ずつ実験を行った。
【００４４】
平均スラグ温度と耐火物の損耗速度の関係を図５に示す。スラグの温度が１４００℃を超える付近から、スラグの温度の上昇に伴い損耗速度も増大しており、約１５００℃では、スラグコーティングを行わなかった場合の損耗速度（０．５ｍｍ／ｃｈ）とほぼ同一の値となっていることがわかる。以上の結果から、スラグの温度が１４００℃を超えると、スラグコーティングの効果が減少し、１５００℃では粘性が減少して殆どコーティングが形成されていないと考えられる。
これらの結果から、十分な耐用性を有するスラグコーティングのためには、スラグの温度を１４００℃以下に低下させる必要があることが確認された。
【００４５】
実験３：転炉の揺動回数とスラグ温度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入し、出鋼孔（出鋼孔スリーブの内径２２０ｍｍφ）からスラグを５秒間排出させ、放射温度計を用いてその温度を測定した。その後、転炉を１回揺動させる度に出鋼孔（出鋼孔スリーブの内径２２０ｍｍφ）からスラグを５秒間排出させ、放射温度計を用いてその温度を測定した。６回揺動した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。
【００４６】
残留スラグ量が２０ｔ及び４０ｔの場合における、転炉の揺動回数とスラグ温度との関係を図６に示す。いずれの場合にも、スラグの温度を１４００℃程度まで低下させるためには、１回の揺動では不十分であり、少なくとも転炉を２回揺動させる必要があること、及び揺動回数が５回を超えると、スラグの温度が殆ど低下しなくなることがわかる。
これらの結果から、操業効率を大きく低下させることなくスラグの温度を１４００℃以下に低下させるためには、転炉の揺動を２〜５回行うことが好ましいことが確認された。
【００４７】
実験４：出鋼孔の内径と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入した。転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ以上の場合は４回、転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ未満の場合には２回、転炉を揺動させ、スラグの温度を１４００℃以下に低下させた。１０秒間孔排滓（出鋼孔スリーブの内径１６０〜３３０ｍｍφ）した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。３０〜５０ｃｈ毎に、レーザープロフィールメーターを用いて出鋼孔近傍の耐火物の残厚測定を行い、損耗速度を求めた。
【００４８】
出鋼孔スリーブの内径と耐火物の損耗速度との関係を図７に示す。出鋼孔スリーブの内径が３００ｍｍφを超えると、損耗速度がほぼ直線的に増大しているが、スラグの流動速度が増大して、コーティングを形成するために必要な滞留時間が確保できなくなるためであると考えられる。
以上の結果から、耐用性の高いスラグコーティングを出鋼孔近傍の耐火物に形成させるためには、出鋼孔（スリーブ）の内径を３００ｍｍφ以下にすることが好ましいことが確認された。
【００４９】
実験５：生ドロマイトの添加量と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し０〜４０質量％の生ドロマイト、及び比較のために転炉内に残留したスラグに対し６〜３０質量％のマグカーボン煉瓦塊を投入した。転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ以上の場合は４回、転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ未満の場合には２回、転炉を揺動させ、スラグの温度を１４００℃以下に低下させた。１０秒間孔排滓（出鋼孔スリーブの内径２２０ｍｍφ）した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。３０〜５０ｃｈ毎に、レーザープロフィールメーターを用いて出鋼孔近傍の耐火物の残厚測定を行い、損耗速度を求めた。
【００５０】
生ドロマイト（●で示す）及びマグカーボン煉瓦塊（■で示す）の添加割合（転炉内に残留したスラグ質量に対する生ドロマイト及びマグカーボン煉瓦塊の質量の割合）と耐火物の損耗速度の関係を図８に示す。生ドロマイトの添加割合の増大に伴い耐火物の損耗速度は低下した。また、生ドロマイトの添加割合が６質量％以上の場合、損耗速度は０．２５ｍｍ／ｃｈ以下となり、十分な耐用性が得られることがわかった。生ドロマイトの添加割合が１２質量％を超えると、損耗速度の低下量は飽和し、添加割合の増大に伴う損耗速度の顕著な改善は観測されなかった。更に、生ドロマイトの添加割合が３０質量％を超えると、出鋼孔の近傍に残湯の原因となる凸状の付着物が観測された。
以上の結果から、耐用性の高いスラグコーティングを出鋼孔近傍の耐火物に形成させるためには、転炉内に残留したスラグの６〜３０質量％の生ドロマイトを投入することが好ましいことが確認された。
【００５１】
生ドロマイトの代わりにマグカーボン煉瓦塊を添加した場合にも、耐火物の損耗速度において若干の改善が見られたが、生ドロマイトに比べその効果は小さかった。
【００５２】
実験６：孔排滓時間と耐火物の損耗速度との関係
転炉中での鋼の精錬及び出鋼孔からの出鋼を完了後、転炉内に残留したスラグに対し１０〜１２質量％の生ドロマイトを投入した。転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ以上の場合は４回、転炉内に残留したスラグ量が４０ｔ未満の場合には２回、転炉を揺動させ、スラグの温度を１４００℃以下に低下させた。１〜１８０秒間孔排滓（出鋼孔スリーブの内径２２０〜２８０ｍｍφ）した後、転炉に残存したスラグを、転炉を傾けて炉口から全量排出した。３０〜５０ｃｈ毎に、レーザープロフィールメーターを用いて出鋼孔近傍の耐火物の残厚測定を行い、損耗速度を求めた。
【００５３】
孔排滓時間と耐火物の損耗速度との関係を図９に示す。孔排滓時間が１〜２秒の場合には、損耗速度が十分低下していないのに対し、孔排滓時間が５秒以上の場合には、損耗速度が約０．２ｍｍ／ｃｈに低下しており、十分な耐用性を有することがわかる。
また、孔排滓を行う場合と行わない場合における転炉の非稼働時間の比較を図１０に示す。孔排滓時間が１２０秒を超えても、損耗速度はわずかながら減少しており、耐用性の向上が確認されるが、あまり孔排滓時間を長くしすぎると、図１０に示すように孔排滓の実施に伴う転炉の非稼働時間が増大する。これらの結果及び転炉の稼動効率を勘案すると、孔排滓時間は１２０秒以下であることが好ましい。
以上の結果から、耐用性の高いスラグコーティングを出鋼孔近傍の耐火物に形成させるためには、孔排滓を５〜１２０秒間行うことが好ましいことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る転炉内壁面のスラグコーティング方法が適用される転炉の断面を示す説明図である。
【図２】同転炉を揺動させる一連のサイクルの説明図である。
【図３】出鋼孔の近傍に形成された凸状の付着物を説明するための出鋼孔近傍の部分概略図である。
【図４】孔排滓を行った場合と孔排滓を行わなかった場合の耐火物の残厚と出鋼回数との関係を示すグラフである。
【図５】平均スラグ温度と耐火物の損耗速度の関係を示すグラフである。
【図６】残留スラグ量が２０ｔ及び４０ｔの場合における、転炉の揺動回数とスラグ温度との関係を示すグラフである。
【図７】出鋼孔スリーブの内径と耐火物の損耗速度との関係を示すグラフである。
【図８】生ドロマイト又はマグカーボン煉瓦塊の添加割合と耐火物の損耗速度の関係を示すグラフである。
【図９】孔排滓時間と耐火物の損耗速度との関係を示すグラフである。
【図１０】孔排滓を行う場合と行わない場合における転炉の非稼働時間の比較を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１０：転炉、１１：炉口、１２：出鋼孔、１３：耐火物、１４：羽口、１５：出鋼孔スリーブ、１６：スラグ、１７：凸状付着物、１８：残湯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出鋼後にスラグを残留させた転炉を複数回揺動させて該スラグの温度を低下させる工程Ａと、前記転炉を傾けて、前記転炉の側部上側に設けられた出鋼孔からスラグを排出させながら、前記転炉の内壁面に配設された耐火物の表面に前記スラグのコーティングを形成する工程Ｂとを有することを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項２】
請求項１記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ａでは前記スラグの温度を１１５０℃〜１４００℃に低下させることを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記転炉の揺動回数が２〜５回であることを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記出鋼孔の内径が１４０〜３００ｍｍであることを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ａで前記転炉を揺動させる前に、粒径が１０〜５０ｍｍで、前記転炉内に残留したスラグの６〜３０質量％の塩基性炭酸塩塊を投入することを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ｂでは、前記出鋼孔からの前記スラグの排出を５〜１２０秒間行うことを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項１】
出鋼後にスラグを残留させた転炉を複数回揺動させて該スラグの温度を低下させる工程Ａと、前記転炉を傾けて、前記転炉の側部上側に設けられた出鋼孔からスラグを排出させながら、前記転炉の内壁面に配設された耐火物の表面に前記スラグのコーティングを形成する工程Ｂとを有することを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項２】
請求項１記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ａでは前記スラグの温度を１１５０℃〜１４００℃に低下させることを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記転炉の揺動回数が２〜５回であることを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記出鋼孔の内径が１４０〜３００ｍｍであることを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ａで前記転炉を揺動させる前に、粒径が１０〜５０ｍｍで、前記転炉内に残留したスラグの６〜３０質量％の塩基性炭酸塩塊を投入することを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の転炉内壁面のスラグコーティング方法において、前記工程Ｂでは、前記出鋼孔からの前記スラグの排出を５〜１２０秒間行うことを特徴とする転炉内壁面のスラグコーティング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−９１６０７（Ｐ２００９−９１６０７Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６１８２２（Ｐ２００７−２６１８２２）
【出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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