転炉での鉄鋼生産に必要な材料

基本的な酸素炉での鉄鋼生産に必要な材料

転炉（BOF）製鋼工程で溶鋼を製造するには、以下の種類の材料が必要です（図1）。

• 溶銑、スクラップ、石灰などの基本的な原材料
• 脱酸剤や浸炭剤などの二次原料。
• 酸素、窒素、アルゴンなどのユーティリティガス
• 耐火物および耐火物（ライニング材、ガン材、パッチ材など）
• 温度プローブやサンプリングプローブなどの消耗品プローブ
• 酸素吹きランスと排気ガスを冷却するための冷却水。

図1転炉での鉄鋼生産に必要な材料

基本的な原材料

BOFコンバーターで製鋼するために必要な基本的な原材料には、（i）高炉からの溶銑、（ii）鉄鋼スクラップおよび/またはその他の金属鉄源、（iii）鉄鉱石、および（iv）フラックスが含まれます。スクラップボックスからチャージされるスクラップは、BOFにチャージされる最初の材料です。次に、溶銑を溶銑充填取鍋から転炉に注入し、その後、酸素ガスの吹き付けを開始します。フラックスは、通常は塊の形で、酸素ブローの開始後にビンシステムを介してBOFに充填されます。フラックスは、下部羽口から粉末状で炉に注入することもできます。 BOFコンバーターで使用される基本的な原材料の組成と量は、その入手可能性とプロセスの経済性に応じて、製鋼所ごとに異なります。

溶銑または溶鉄は、鉄ユニットとエネルギーの主要な供給源です。溶銑は、オープントップまたは魚雷車のいずれかの高炉から受け取られます。オープントップ取鍋の場合、溶銑を溶銑ミキサーに流し込み、BOFコンバーターで使用する前に温度を維持します。溶銑の化学組成は大幅に異なりますが、通常、約3.8％〜4.5％の炭素、0.5％〜1.5％のシリコン、0.25％〜1.5％のマンガン、0.05％〜0.15％のリン、0.03％〜0.08％が含まれます。硫黄。

溶銑脱硫プラントでは、溶銑の硫黄レベルを0.001％まで下げることができます。溶銑の組成は、高炉での使用方法と装入量によって異なります。一般に、高炉がより低温の状態で稼働すると、シリコン含有量が減少し、溶銑の硫黄が増加します。高炉負荷でリン含有量が多いと溶銑のリン含有量が増加します。

炭素とシリコンはエネルギーの主な貢献者です。溶銑シリコンは、BOFコンバーターの熱でチャージできるスクラップの量に影響を与えます。例えば、溶銑シリコンが高い場合、その酸化により発生する熱量が多くなるため、熱に多くのスクラップを投入することができます。溶銑シリコンもスラグの量に影響を与えるため、石灰の消費量と結果として生じる鉄の収量に影響を与えます。

溶銑は通常炭素で飽和しており、その炭素濃度は温度とシリコンやマンガンなどの他の溶質元素の濃度に依存します。溶銑の炭素含有量は、温度とマンガン含有量の増加とともに増加し、シリコン含有量の増加とともに減少します。

BOFコンバーターのプロセス制御のために、BOFコンバーターに注入されたときの溶銑の温度と炭素含有量を知ることが重要です。溶銑温度は通常、溶銑充填取鍋で測定されてから、BOFコンバーターで充電されます。通常、溶銑の温度は1300℃から1350℃の範囲です。

脱硫は、高温および低酸素ポテンシャルで好まれます。また、炭素やシリコンなどの溶銑に他の溶質元素が存在すると、硫黄の活性が高まり、脱硫が促進されます。したがって、低酸素ポテンシャルと高炭素およびシリコン含有量は、BOFコンバーターの鋼からではなく溶銑から硫黄を除去するための条件をより有利にします。すべての溶銑が脱硫されるわけではありません。厳しい硫黄仕様の鋼種を製造するために使用される溶銑は、溶銑脱硫プラントで脱硫されます。脱硫試薬は、溶銑硫黄を0.001％まで、より一般的には0.004％から0.005％の範囲まで低減できます。溶銑脱硫後に生成されたスラグは、スラグスキミングによって効果的に除去されることが重要です。このスラグには大量の硫黄が含まれており、脱硫に適さない条件でBOFコンバーターに持ち越されたスラグは、溶鋼に硫黄を吸収します。

溶銑の計量は、BOFコンバーターに注がれる前に計量スケールで行われます。溶銑の重量を正確に知ることは非常に重要です。エラーがあると、BOFコンバーターのターンダウンの化学的性質、温度、および熱サイズに問題が生じる可能性があるためです。この重量は、静電荷モデルの重要な入力でもあります。

スクラップは、溶銑に次ぐBOFコンバーターの鉄ユニットの2番目に大きな供給源です。スクラップは基本的にリサイクルされた鉄または鋼であり、製鉄所内で生成されるか（CCMでの作物、製鉄所のスクラップ、製鉄所の廃棄物から回収されたスクラップ、または保守用のスクラップ）、または外部から購入されます。

スクラップボックス内のスクラップミックスの要件を満たすために、さまざまなタイプのスクラップが正しい量でロードされることが重要です。スクラップボックスは、スクラップボックス内のスクラップの正確な量を知るために計量されます。スクラップミックスとスクラップ重量は重要なパラメータです。そうしないと、BOFコンバーターの熱のターンダウン性能が悪影響を受けます。

一般的に、軽いスクラップは前部に積み込まれ、重いスクラップはスクラップボックスの後端に積み込まれます。これにより、スクラップボックスが傾斜しているときに、軽いスクラップが最初にBOFコンバーターに着地します。軽いスクラップは、重いスクラップの前に最初に耐火物ライニングに落下して、その衝撃と耐火物ライニングへの損傷を最小限に抑えることが好ましい。また、重いスクラップは軽いスクラップよりも溶けにくいので、酸素ジェットの衝突領域に最も近く、より速く溶けるように上に置くことが好ましい。大きすぎて炉に投入できないスクラップ片は、はさみ、火炎切断、または酸素穿刺によって小さな断片に切断されます。シートシャーリングやパンチングなどの薄くて小さなスクラップは、特殊な油圧プレスを使用してベールに圧縮されます。通常、大きくて重いスクラップは、軽くて小さいスクラップよりも溶けにくいです。溶けていないスクラップは、プロセス制御に重大な問題を引き起こす可能性があります。ターンダウン時に高温になったり、化学物質が失われたりする可能性があります。

BOFコンバーターでの組み合わせブロー技術は、混合特性を大幅に向上させることができるため、より大きなスクラップ片の溶解を改善します。銅、モリブデン、スズ、ニッケルなどのスクラップに含まれる特定の元素は、スクラップチャージによってBOFコンバーターに導入されます。これらの元素は酸化できないため、BOF熱を吹き付けている間に除去することはできません。これらの元素は、酸素ブロー中に液体浴に均一に溶解します。スクラップに存在するアルミニウム、シリコン、ジルコニウムなどの特定の他の元素は、ブロープロセス中に完全に酸化され、スラグに組み込まれる可能性があります。リン、マンガン、クロムなど、反応する傾向の観点から中間のカテゴリーに分類される元素は、金属とスラグの間に分布します。亜鉛と鉛は、蒸気としてBOF熱を吹き付けるときにほとんど除去されます。鉄鋼溶解工場は通常、総金属装入物の約10％から35％をスクラップとして使用しますが、正確な量は地域の状況と経済状況によって異なります。技術的には、BOF金属装入物のスクラップ溶銑比率は、溶銑のシリコン、炭素、温度、燃焼後ランスの使用などの要因に依存します。

海綿鉄（DRI）は、一部の鉄鋼溶解工場で、冷却剤および鉄ユニットの供給源として使用されています。 DRIには通常、総鉄の約89％から94％（金属化の約88％から96％）、0.1％から4％の炭素、2.8％から6％のアルミナとシリカの組み合わせ、3％から8％のFeO、および少量のFeOが含まれています。 CaOとMgO。 DRIには、0.005％から0.09％の範囲のリン、0.001％から0.03％の範囲の硫黄、および低濃度の窒素（通常は20 ppm未満）が含まれている可能性があります。

DRIは通常、塊状または練炭状のサイズで約25mmから30mmのいずれかでBOFに供給されます。 DRIブリケットは不動態化されて自発燃焼の傾向を排除し、製鋼工場で便利に取り扱うことができます。 DRIは通常、ビンシステムを介してBOFコンバーターに供給されます。

一部の製鋼所では、銑鉄も鉄ユニットの供給源として使用されています。銑鉄は溶けるために熱を必要とし、溶けるとBOFコンバーター内で溶銑として振る舞います。銑鉄は、他のスクラップミックスと一緒にスクラップボックスを介してコンバーターに充填されます。

鉄鉱石は通常、クーラントとして塊の形でBOFコンバーターに投入され、スクラップの代替品として使用されることがよくあります。鉄鉱石は、銅、亜鉛、ニッケル、モリブデンなどの残留元素の含有量が少ないため、有用なスクラップ代替品です。鉄鉱石の冷却効果はスクラップの約3倍です。鉱石中の酸化鉄の還元は吸熱性であり、鉄鉱石を冷却に使用する場合、より多くの溶銑とより少ない量のスクラップが必要です。鉄鉱石中の酸化鉄を効果的に還元するために、液浴中の炭素含有量が高い場合、鉄鉱石はブローの早い段階で充填されます。鉱石中の酸化鉄の還元はかなりの量のガスを生成し、その結果、スラグの発泡と傾斜の傾向が高まります。鉄鉱石の添加が遅いと、鉄の収量と終点のスラグの化学的性質に悪影響を及ぼします。コンバーターから熱を奪う直前に鉄鉱石を冷却剤としてのみ使用すると、スラグは高度に酸化されて流動性になり、取鍋へのスラグのキャリーオーバーが促進されます。還元されていない鉄鉱石による冷却反応の遅れは、急激な温度低下または激しい取鍋反応を引き起こし、溶鋼の過酸化を引き起こします。

ミルスケールをBOFコンバーターのクーラントとして適切な量で使用することが可能です。ミルスケールは、溶銑とスクラップの比率を高めるのに非常に効果的であることがわかっています。ただし、プロセス中に大きなスロープが発生します。ミルスケールおよびその他の酸化鉄の添加は、鉄と酸素を放出するメインブロー中に減少します。この追加の酸素は炭素除去に利用できるようになり、反応全体がスピードアップします。スロッピングは、より多くの溶銑を使用することに伴うスラグ量の増加（シリコンと炭素の量が多いほど、それぞれより多くのSiO2とCOが生成される）と反応速度の増加が原因である可能性があります。

BOFコンバーターでの製鋼中、石灰石灰の消費量は、溶銑シリコン、コンバーターチャージの溶銑とスクラップの比率、初期（溶銑）および最終（鉄鋼目的）の硫黄とリンの含有量に依存します。煆焼石灰は、石灰石を煆焼することによって生成されます。 BOF転炉製鋼に必要な石灰石灰の品質については、リンクhttp://www.ispatguru.com/quality-of-lime-for-steelmaking-in-converter/にある別の記事で説明されています。

大量の煆焼石灰が短時間でBOFコンバーターに投入されるため、スラグへの溶解を改善するには、石灰の品質を慎重に選択することが重要です。一般に、気孔率の高い小さな塊は反応性が高く、スラグの急速な形成を促進します。煆焼石灰の最も一般的な品質の問題は、煆焼されていない内部コア、水和、過剰な微粉、および反応性が低すぎることです。

煆焼したドロマイトに煆焼した石灰を入れてスラグをMgOで飽和させ、炉の耐火物からスラグへのMgOの溶解を減らします。通常、焼成ドロマイトには、約36％から40％のMgOと54％から58％のCaOが含まれています。 BOF転炉浴への煆焼ドロマイトの添加は、スラグのMgOレベルを飽和限界より上に保つようにする必要があります。飽和限界を超えるスラグのMgOレベルは、スラグの腐食性を低下させ、炉の耐火物に対するスラグの化学的攻撃を低減/排除します。

一部の製鋼所では、生のドロマイトが直接BOFコンバーターに追加されます。これは冷却剤として、またスラグを飽和させるためのMgOの供給源として機能しますが、BOFコンバーターで煆焼反応が起こるため、効果が遅れます。生のドロマイトが加熱されると、吸熱煆焼反応が起こり、BOFコンバーターの温度が低下します。

スラグが飛散する前にスラグをコンディショニングするために、焼成ドロマイトも追加されます。煆焼したドロマイトの化学的性質とサイズを制御することが重要です。

一部のBOFコンバーターショップでは、石灰石または生ドロマイトがフラックスとしてではなく冷却剤として頻繁に使用されます。ターンダウン温度が指定された目標よりも高い場合、石灰石は一般的にバスを冷却するために使用されます。石灰石が加熱されると、吸熱性の煆焼反応が起こり、CaOとCO2が生成され、BOFコンバーターの温度が低下します。タップ直前の温度低下の程度は、熱量とスラグの状態によって異なります。たとえば、150トンの熱サイズでは、石灰石を1トン追加すると、バスの温度が約12℃低下します。

フッ化カルシウムまたは蛍石（CaF2）は、スラグの粘度を下げるスラグ流動化剤です。 BOFに添加すると、石灰粒子の周囲に形成されたケイ酸二カルシウム（2CaO.SiO2）層を溶解し、スラグへの石灰の溶解を遅らせることにより、スラグへの石灰の急速な溶解を促進します。最近、蛍石は、BOFコンバーターと鋼製の取鍋の両方を含むすべてのタイプの耐火物に対する非常に腐食性の攻撃のため、非常に控えめに使用されています。また、フッ化物は廃ガス収集システムで強酸を形成し、構造部品を腐食させ、望ましくない排出物にもなります。

二次原料

二次原料は脱酸剤と浸炭剤です。これらは通常、コンバーターからの熱を奪う際に鋼製の取鍋に追加されます。

脱酸は製鋼の最終段階です。製鋼中、タッピング時の鋼浴には400〜800ppmの酸素が含まれています。脱酸は、タッピング中に、適量の鉄合金または他の特殊な脱酸剤を取鍋に追加することによって実行されます。

脱酸剤は通常、フェロシリコン、シリカマンガン、フェロマンガンなどのバルクフェロ合金です。それらは、脱酸のための製鋼および合金元素の導入に使用されます。それらは、合金元素を鋼に導入するための最も経済的な方法です。フェロアロイは鋼に独特の品質を与えます。

フェロアロイは、結晶粒径の制御や鋼の機械的特性の改善のためにも追加されています。製鋼のプロセスと製造される鋼の種類に応じて、さまざまなフェロアロイの要件は大きく異なります。鋼にフェロアロイを添加すると、耐食性、耐酸化性、高温での引張強度、炭素を添加した耐摩耗性、耐摩耗性が向上し、クリープ強度などの鋼の他の望ましい特性が向上します。フェロアロイは、あらゆる種類の鋼を生産しています。それらは合金鋼およびステンレス鋼の製造の原料として使用されます。

打撃の終わりに鋼の炭素含有量が仕様を下回った場合、液体鋼も再炭化されます。これは、満員の取鍋に炭水化物を制御して追加することによって行われます。一般的な浸炭剤は、コークス風と石油コークスです。

ただし、取鍋に大量に追加すると、溶鋼の温度に悪影響を及ぼします。

ユーティリティガス

BOFコンバータの製鋼プロセスでは、水冷ランスを使用して非常に高速で酸素を液槽に注入し、鋼を製造します。不純物レベルの低い高品質の鋼を製造する要求が高まるにつれ、非常に高純度の酸素が供給されることになります。したがって、製鋼用の酸素は、少なくとも99.5％の純度、理想的には99.7％から99.8％の純度である必要があります。残りの部分は0.005％から0.01％の窒素で、残りはアルゴンです。

BOFコンバーターでは、水冷ランスの先端にある収束/発散（ラバール）ノズルを使用して、酸素が超音速（Mach> 1）で噴射されます。強力なガスジェットがスラグを貫通し、液体金属の表面に衝突して鋼を精製します。現在、ほとんどのBOFは、4〜5個のノズルを含むランスチップで動作し、酸素流量は640 N cum / min〜900 N cum/minの範囲です。

窒素は通常、吹き付けとスラグの飛散を組み合わせたBOFコンバーターで使用されます。金属浴の混合を改善するために必要な窒素ガスは、底部に取り付けられた羽口または透過性要素を通して吹き込まれます。浴の攪拌は、浴中の溶融物の高炭素範囲の窒素ガスを用いて行われる。ボトムフローレートは通常、0.2 N Cum/t分未満です。通常、窒素ガスは、酸素ブローの最初の60％から80％で底部から導入されます。酸素の流れの最初の部分でのCOガスの急速な発生は、鋼中の窒素の吸収を防ぎます。

窒素は、耐火物の上にスラグコーティングの保護層を作成するためにBOFコンバーターからの熱を利用した後、調整された液体スラグをBOFコンバーターの壁に飛散させるためにも使用されます。

アルゴンは通常、複合ブロー用のBOFコンバーターで使用されます。金属浴の混合を改善するために必要なアルゴンガスは、底部に取り付けられた羽口または透過性要素を通して吹き込まれます。浴の攪拌は、浴中の溶融物の低炭素範囲のアルゴンガスを用いて行われる。ボトムフローレートは通常、0.2 N Cum/t分未満です。通常、アルゴンガスは、酸素ブローの最後の20％から40％で底部から導入されます。

耐火物および耐火物

転炉製鋼に必要な耐火材料は3種類あります。これらは、通常はマグネシア炭素耐火物、耐火物の損傷部分をガンニッティングするためのマグネシアベースのガンコンパウンド、およびコンバーターの侵食された底部をパッチするためのパッチ材料（通常は壊れた使用済みレンガ）です。これらは、リンクhttp://www.ispatguru.com/refractory-lining-of-a-basic-oxygen-furnace/の下にある記事で説明されています。

消耗品プローブ

BOFコンバーターでの鉄鋼生産に必要な消耗品は、ブロー終了後の分析のために鋼をサンプリングし、溶銑充填取鍋内の溶銑とBOFコンバーター内の溶鋼の温度を測定するための使い捨てタイプのプローブです。打撃は終わった。

冷却水

酸素吹き付けランスとノズルの冷却、および排気ガスの冷却のために、BOFコンバーターでの鉄鋼生産に水が必要です。

ランスには、BOFコンバーターの酸素ランスの焼損を防ぐための冷却水が必要です。銅製のランスノズルと鋼製のランスの両方が、約6 kg /sqcmの圧力で水を再循環させることによって冷却されます。ランスの重要なコンポーネントは、冷却水がノズルの中心を通って流れ、ランスの外側のパイプを通って出る水冷チャネルです。これは、最高温度にさらされるノズル領域で冷却水の最大速度が得られるように設計されています。高いランス寿命を維持するには、冷却水が重要です。流量は設計速度に維持する必要があります。冷却水の出口温度は60℃から65℃を超えてはなりません。

コンバーターから出てくるCOリッチガスは、最初にコンバーターフード内で冷却水または蒸発冷却システム（ECS）のいずれかによって間接的に冷却され、公称温度が1600〜1700℃から約900℃に低下します。このシステムでは熱が蒸気の形で回収されるため、排気ガスの冷却には蒸発冷却システムの脱塩水が必要です。

一部の製鋼所では、BOFコンバーターのトップコーンは水冷式です。低い動作温度を維持する手段として水冷の恩恵を受けることができるBOFコンバーターの上部コーンの2つのコンポーネントは、円錐シェル自体とコーンの上部コーナーにあるリップリングです。

水質は重要なパラメータです。水が酸化物や汚れで汚染されていると、通常、パイプ内に堆積物が形成され、熱伝達に悪影響を及ぼします。