2. 京浜地区の概要 2.1 京浜地区製鋼工場の概要京浜地区製鋼工場 図 1 示 高炉 炉 出銑 溶銑 溶銑鍋 受, 除滓 後 KR 脱硫処理 行, 脱 専用転炉 脱 処理 脱 処理 行 溶銑 装入鍋 出湯, 後脱炭専用転炉 脱炭処理 行 脱炭処理 行 溶鋼 溶鋼鍋 出鋼, 鋼種 応 2 次精錬設備
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- たつや かむら
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1 JFE 技報 No. 8 (2016 年 8 月 )p JFE スチール東日本製鉄所 ( 京浜地区 ) における省資源型製鋼技術 Resource Saving Steelmaking Technologies in East Japan Works (Keihin), JFE Steel 前田孝彦 MAEDA Takahiko JFE 東日本製鉄所 ( 京浜地区 ) 製鋼部製鋼技術室主任部員 ( 課長 ) 田野学 TANO Manabu JFE 東日本製鉄所 ( 京浜地区 ) 製鋼部製鋼技術室長 ( 部長 ) 奥山悟郎 OKUYAMA Goro JFE 経営企画部海外事業統括室主任部員 ( 部長 ) 博士( 工学 ) 要旨東日本製鉄所 ( 京浜地区 ) 製鋼工場 2004 年 溶銑脱硫工程,2005 年 溶銑脱 工程 精錬剤 蛍石 用 操業 切 替 蛍石 用 溶銑脱硫剤 反応効率向上技術, 機械撹拌型溶銑脱硫, 石灰投射技術 開発, 脱硫剤使用量 低減 溶銑脱 工程,Double-slag Refining Process (DRP ) 導入, 実施率向上 処理 短縮 媒溶材 削減 改善, 溶銑配合率 低減 同時, 蛍石 使用 当時 90% 媒溶材 削減 Abstract: Hot metal desulfurization and dephosphorization processes were switched from with flour spar to without flour spar operation in 2004 and 2005, respectively, at East Japan Works, Keihin District. CaO blasting was applied, and flux consumption was reduced in hot metal desulfurization without flour spar. Double-slag Refining Process (DRP ) introduced and its operation speed was increased to improve application rate, which resulted in decreasing flux consumption. Flux consumption decreased by 10% compared with that in the case with flour spar at the condition of lower hot metal ratio. 1. 緒言自動車 造船等 製造業向, 関連向 等 高級鋼, 中国等新興市場 成長 背景 分野 需要 拡大 石油, 天然 生産, 輸送, 貯蔵 鋼材 多用 天然 地中 取 出 油井管, 海上 掘削用 使用 海洋構造物用鋼材, 田 消費地 輸送, 石油 LNG 船用鋼材,, 蓄 圧力容器用鋼材 産業 鋼材 重要性 増 使用 材料 例 取, 性能 対 要求 年々高度化, 需要 増加 対応, 開発 深 井戸, 腐食環境 厳 井戸 開発 CO2 多 井戸 CO2 腐食,,H2S 多 井戸 水素誘起割 (HIC) 硫化物応力腐食割 (SSC) 問題,, 北海 寒冷地 井戸 使用 低温靭性 優 構造用材料 材 求, 環境 対応, 鋼材 低, 低硫化 求 一方, 環境負荷物質排出 関 法規制 強化 伴, 水質汚濁 係 環境基準 2009 年, 同 土壌汚染 係 環境基準 2011 年 改正,F 基準項目 新 追加,F 含 製鋼 路盤材等 再利用, 溶出 F 周辺 土壌 水質 許容量 超過 可能性 指摘 循環型社会 構築 推進,F 含有 排出量 低減 製鋼 再利用可能性 向上 必要 京浜地区製鋼工場 F 含有 排出量低減 目的,2004 年 溶銑脱硫,2005 年 転炉型脱 予備処理 F 化 製鋼工程 完全 F 化 達成 1), 発生量 低減 必要, 媒溶材使用量 削減 求 鋼材 低, 低硫化 媒溶材削減 両立, 精錬 効率化 必要 本報告, 京浜地区製鋼工場 F 脱, 脱硫 効率化, 媒溶材 削減 結果 報告 2016 年 1 月 8 日受付 Copyright 2016 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved
2 2. 京浜地区の概要 2.1 京浜地区製鋼工場の概要京浜地区製鋼工場 図 1 示 高炉 炉 出銑 溶銑 溶銑鍋 受, 除滓 後 KR 脱硫処理 行, 脱 専用転炉 脱 処理 脱 処理 行 溶銑 装入鍋 出湯, 後脱炭専用転炉 脱炭処理 行 脱炭処理 行 溶鋼 溶鋼鍋 出鋼, 鋼種 応 2 次精錬設備 経, 連続鋳造機 丸 製造 1CCM CCM 連鋳機,5CCM 丸 連鋳機 2.2 京浜地区製鋼工場における F レス化京浜地区製鋼工場 循環型社会構築 推進 目的, 製鋼 再利用可能性 向上,F 含有 排出量 目標,2004 年 溶銑脱硫工程, 2005 年 溶銑脱 工程 F 化, 製鋼工場 完全 F 化 達成,F 化 媒溶材使用量 増大 図 2 F 化前後 媒溶材原単位 示 F 化 図 200 年以降の生産量, 溶銑配合率, 予備処理比率, 石灰使用原単位推移 Fig. The transition of crude steel production amount in the Keihin steel steelmaking plant, hot metal mixing ratio, Pretreatment ratio and lime per unit 脱硫材原単位 17% 増加, 脱 P 媒溶材原単位 20% 増加 1) 2. 京浜地区製鋼工場における媒溶材原単位 Fig. 1 図 1 京浜地区製鋼工場のレイアウト Layout of steelmaking in Keihin district 図 京浜地区製鋼工場 粗鋼生産量, 溶銑配合率, 予備処理比率, 媒溶材量 推移 示 媒溶材量 200 年上期 100 指数 表示 2004 年 溶銑脱硫工程,2005 年 溶銑脱 工程 F 化, 脱硫, 脱 媒溶材使用量 増大, 脱硫工程 2008 年 8 月 炉稼動 処理前 S 上昇, 媒溶材使用量 増大 脱 工程,2007 年上期 生産量増大 対応, 高炉 1 基操業 京浜地区製鋼工場 溶銑配合率 低減 粗鋼生産量 増大 溶銑配合率 低減, 熱余裕 必要, 予備処理比率 低減 製鋼工場全体 媒溶材使用量 200 年上期 100,2010 年上期 156 増大 本報告, 京浜地区製鋼工場, 媒溶材使用量削減 取 組 内容 報告. KR 石灰投射による媒溶材削減.1 脱硫材投入方法の変更による脱硫効率向上 図 2 溶銑脱硫, 溶銑脱燐プロセスにおける蛍石使用, 蛍石使用なしの操業における媒溶材原単位比較 Fig. 2 Comparison of flux consumption between with and without flour spar in hot metal desulfurization and dephosphorization KR 媒溶材削減, 脱硫効率 向上 求 一般 脱硫反応 以下 式 表 -d[s]/dt=a/v K [S] (1) [S]: 溶銑 S 濃度,a: 反応界面積,V: 溶銑体積,K: 物質移動係数 JFE 技報 No. 8(2016 年 8 月 )
![優位 [S]i 初期,[S]f 終了 S 濃度 示 図 7 上添加 投射 脱硫材原単位 示 石灰投射 使用, 上添加 81% 媒溶材使用量 削減 1).2 1KR 脱硫材投射化概要 京浜地区製鋼工場 1KR 2009 年 8 月 石灰投射設備 導入 設備概要 図 5 示 投射, 設置, 既存 石灰投入方法 上添加 併用 可能, 既存 間 設置 図 6 脱硫石灰効率と溶銑温度の関係 Fig.](/docs-images/92/109794992/images/3-3.jpg "6 Relationship between hot metal temperature and CaO efficiency for desulfurization 図 5 石灰投射設備の概要 Fig.")
3 表 1 石灰投射設備の仕様 Table 1 Conditions of CaO blasting Gas flow rate for CaO blasting 6-20 m -norm./min Lance height m Feeding rate of desulfurization flux kg/min Capacity of dispenser 5 m 石灰投射設備 仕様 表 1 示. 脱硫材投射による媒溶材削減 図 4 溶銑脱硫プロセスにおける従来 改良法の比較 Fig. 4 Comparison between conventional and improved techniques in hot metal desulfurization 溶銑脱硫 反応率向上 添加 溶銑 界面積 確保 重要 知,1 mm 以下 脱硫材 用 処理 行, 反応界面積 増大, 更 小径化 行 場合, 脱硫材添加時 飛散 増大 飛散 防止, 小径 脱硫材 溶銑浴中 添加 2) 方法, 中井 溶解炉実験投射添加 結果, 添加時 分散促進 凝集抑制効果 脱硫効率 向上 確認 図 4 石灰投射設備 模式図, 石灰添加方法 比較 示 本章 京浜 1 KR 脱硫材投射化 結果 報告 図 6 脱硫石灰効率 溶銑温度 関係 示 脱硫効率 ln([s]i/[s]f)/(cao 原単位 ) 表 投射 場合, 上添加 比較 脱硫効率 高位, 溶銑温度 低位 場合, 投射 脱硫石灰効率 優位 [S]i 初期,[S]f 終了 S 濃度 示 図 7 上添加 投射 脱硫材原単位 示 石灰投射 使用, 上添加 81% 媒溶材使用量 削減 1).2 1KR 脱硫材投射化概要 京浜地区製鋼工場 1KR 2009 年 8 月 石灰投射設備 導入 設備概要 図 5 示 投射, 設置, 既存 石灰投入方法 上添加 併用 可能, 既存 間 設置 図 6 脱硫石灰効率と溶銑温度の関係 Fig. 6 Relationship between hot metal temperature and CaO efficiency for desulfurization 図 5 石灰投射設備の概要 Fig. 5 Schematic diagram of CaO blasting facilities in mechanical stirring process at East Japan Works (Keihin District) 図 7 脱硫効率と石灰添加方法の関係 Fig. 7 Effect of powder blasting on desulfurization flux consumption JFE 技報 No. 8(2016 年 8 月 )
4 4. DRP による媒溶材削減 4.1 DRP プロセス概要京浜地区製鋼工場 転炉 2 基有 転炉 2/2 基稼動期間 精錬 有利 転炉型脱 (LD-NRP)+ 脱炭炉, 転炉 1/2 基稼動期間 普通吹錬 (1 回吹錬 ) 実施 京浜地区 高炉 1 基 操業, 生産量 増大 溶銑配合率 低減 必要,LD-NRP, 溶銑 Si 増大 脱 効率 低下, 鍋 NRP 設備 脱珪処理 実施, 出湯 熱 大 熱余裕創出 課題 途中 出湯工程 必要 普通吹錬, 熱余裕 拡大, 必要 T. CaO 量 増大, 脱炭工程 P 持込 Mn 鉱石還元, 高炭吹 止 得 課題 図 8 京浜地区製鋼工場 転炉 示 上記 課題 解決, 鍋脱珪 実施 溶銑 転炉 装入, 脱珪処理後 中間排滓 実施, 高 SiO2 炉外 排出 後, 脱 吹錬 実施 Double-slag Refining Process(DRP ) 開発 鍋 NRP 脱珪 行 場合, 処理中放熱 処理後 除滓 熱 発生,NRP 脱珪 行 DRP LD-NRP 比 熱的 有利 LD-NRP DRP 熱 整理 結果,DRP 鍋脱珪 実施,Input 熱量 増大, 不明熱 ( 炉体, 大気中 熱放散等 ) LD-NRP 同程度 LD-NRP DRP 溶銑配合率 整理 結果, 上記 熱余裕拡大,LD-NRP 90% 溶銑配合率 DRP 82% 低減 LD-NRP DRP 出鋼歩留 整理 結果,LD-NRP 出 鋼歩留 100 場合,DRP 出鋼歩留 向上, 中間排滓 排出 脱 処理完了後 比較,CaO/SiO2 低, 中 懸濁 粒鉄 比率低減 考 4.2 DRP による媒溶材削減図 9 LD-NRP DRP 装入 Si T. CaO 関係 示 LD-NRP, 溶銑 Si 増加,T. CaO 増加,DRP 中間排滓 高 SiO2 排出, 溶銑 Si,CaO 必要量 一定 図 10 LD-NRP DRP 出湯 P 出湯 C 関係 示 DRP 出湯 P 工程 LD-NRP 同程度 4. DRP プロセス実施率向上の取組媒溶材削減 生産性向上 両立,DRP 処理 短縮 取 組 当初 51 分 対 DRP 処理 短縮 打 手,1 待 時間短縮,2 出湯鍋 炉下通過待 時間削減,,4 中間排滓時間短縮 ( 設置効果, 鍋大型化 ),5 出湯口径拡大 取 組 内容 報告 1 待 時間短縮定格荷重 465 t #1 脱 炉 溶銑装入, 図 9 LD-NRP と DRP における装入 Si と T. CaO の関係 Fig. 9 Relationship between [Si] and total CaO consumption in LD-NRP and DRP 図 8 新転炉型溶銑脱燐プロセス (DRP ) の概要 Fig. 8 Schematic image of new hot metal dephosphorization process using converter (DRP ) 図 10 LD-NRP と DRP における出湯 P と出湯 C の関係 Fig. 10 Relationship between [C] and [P] at blowend of LD-NRP and DRP JFE 技報 No. 8(2016 年 8 月 )
5 JFE スチール東日本製鉄所 京浜地区 における省資源型製鋼技術 図った 従来の脱珪スラグの流滓では ノロパン内でのス ラグフォーミングによりスラグが溢れることがネックとなり 高速でスラグを排出することが困難であったため ノロパン 容量増によりフリーボード確保した ノロパン容量について は クレーン容量から 40 m -norm. に決定した 外径 トラ ニオン間隔は変更させずに容量が 5 m -norm. 40 m -norm. となるよう嵩上げを実施した さらに容量アップに伴いトラ ニオン位置も併せて変更し 重心の安定性を担保した 効 果として 流滓時間 6 分から 5 分となり DRP ピッチを 1 分 短縮できた 図 11 溶銑 溶鋼鍋の動き Fig. 11 ⑤ 出湯口径拡大 Movement of ladles for hot metal and molten steel DRP 操業を行う脱りん炉は 脱炭炉バックアップのため に 脱炭炉と同様の出鋼口径としており 出湯時間は約 5 脱炭炉への脱りん銑装入を行い 2 クレーンで脱りん炉へ 分かかっていたが 上述の DRP 処理ピッチ短縮により 脱 のスクラップ装入を実施していたため 脱炭炉へ脱りん銑を 炭バックアップ頻度が低下できたため 出湯口スリーブの大 装入し 脱りん炉へ戻すまで 脱りん炉での出湯を待つ時 径化を実施した 工程スリーブの内径が 240 mmn なのに対 間が 9 分発生していた し 大径スリーブの内径は 290 mm と 50 mm 増加させるこ そのため 2 クレーンを定格荷重 465 t へ格上げするこ とにより 2 クレーンでの溶銑ハンドリングが可能となり とで 出湯時間を 1 分短縮できた 外形も拡大したため内 径拡大による出湯口寿命の低下は見られない 2 クレーンは脱りん炉へスクラップを装入した後 すぐに 図 12 に改善前後の DRP 処理ピッチの内訳 表 2 に項目 脱りん銑を脱炭炉へ装入することが可能となった この改善 別の打ち手と改善前後のピッチを示す 上述の種々の改善 により 脱りん出湯から次チャージ装入までの時間を 12 分 により DRP 操業ピッチを 51 分から 28 分に 2 分短縮す から 分にすることができた ることができた ② 出湯鍋の炉下通過待ち時間削減 図 1 に DRP 処理ピッチの推移 図 14 に DRP 日間最大 図 11 に京浜地区製鋼工場での溶銑 溶鋼の動きを示す 処理チャージの推移をそれぞれ示す ピッチを 28 分まで短 脱りん処理前の溶銑はクレーンで脱りん炉に装入される 脱りん処理を終えた鍋は 炉裏側でサンプリングを実施し 台車で炉前側の開口部まで移動し クレーンで吊り上げ脱 炭炉に装入される 脱炭炉から出鋼された溶鋼は台車で炉 裏側へ運ぶ 問題点として炉垂直の状態で 脱りん炉下を出湯鍋が通 過できないため 溶銑装入 脱珪吹錬間に待ち時間が発生 していたため 出湯鍋のくちばし部分を 500 mm 切断するこ とにより 炉垂直状態で脱りん炉の炉下を出湯鍋が通過で きるようになった この 改 善 により 炉 下 通 過 時 間 5 分 を 0 分 に 短 縮 し 図 12 従来 改良法における DRP 操業の生産性比較 Fig. 12 Comparison between conventional and improved productivities in DRP operation DRP ピッチを 5 分短縮することができた ③ 中間排滓時間短縮 遮蔽扉 シャッター 設備設置 京浜地区製鋼工場の転炉ではシャッターが使用できてい なかったため 中間排滓実施時に炉前床に熱滓 溶銑が飛 散する危険性があった そのため 脱 Si 吹錬終了後に ス ラグを十分に沈静してから中間排滓をおこなっていた 炉 前床への熱滓 溶銑飛散リスクの低減と中間排滓時間の短 縮を目的として 炉前シャッターを設置し 中間排滓時間は 12 分から 6 分となり DRP ピッチを 6 分短縮することがで きた ④ 中間排滓時間短縮 大型スラグ鍋導入 図 1 DRP ピッチ短縮推移 脱珪スラグの流滓時間短縮のために スラグ鍋大型化を 85 Fig. 1 Operation pitch of DRP process JFE 技報 No 年 8 月
6 Item Before improvement (min) 表 2 項目別の打ち手と改善前後のピッチ Table 2 DRP operation pitch shortening result Countermeasures After improvement (min) Scrap charging 2 2 Hot metal charged Ladle passing time 5 Avoidance of interference with the fumace body by tapping pot height change 0 De-Si blowing 4 Oxygen-flow-rate expansion (in the future) 4 Waste slag 12 Dregs shatterproof by the shutter installation Slag pot large De-P blowing 7 Oxygen-flow-rate expansion 6 Tapping waiting 1 Tapping preparation time reduction (in the future) 1 Tapping 5 Tapping diameter expansion 4 Crane waiting 12 Handling improvement by crane downgrades Shortening wait-slag-off time (in the future) 5 図 14 DRP 生産性の推移 Fig. 14 Productivity trend of DRP 縮,DRP 日間処理数 47 /day 向上, 生産量増加対応 可能 5. 結言 図 年以降の生産量, 溶銑配合率, 予備処理比率, 石灰使用原単位推移 Fig. 15 The transition of crude steel production amount in the Keihin steel steelmaking plant, hot metal mixing ratio, Pretreatment ratio and lime per unit 京浜地区製鋼工場 2004 年 溶銑脱硫工程,2005 年 溶銑脱 工程 F 化, 製鋼工場 完全 F 化 達成 図 15 京浜製鋼工場 粗鋼生産量, 溶銑配合率, 予備処理比率, 媒溶材量 推移 示 脱硫, 脱 工程 F 化 媒溶材原単位 大幅 増加 脱硫工程, 上述 技術開発 合, 高炉鍋 大型化 処理前温度向上, 脱硫 熱間 等 媒溶材 削減 脱 工程, 上述 技術開発 合, 溶銑鍋 装入 処理前温度向上,FeO 制御 脱 効率 向上等 媒溶材 削減 改善,2015 年上期, 溶銑配合率 低減 同時 F 化以前 90% 媒溶材 削減 参考文献 1)Tanaka, K SEAISI Conference & Exhibition, 0. 2)Nakai, Y.; Uchida, Y.; Miki, Y.; Sumi, I.; Tanaka, K. CAMP-ISIJ. 2014, vol. 27, p 前田孝彦田野学奥山悟郎 JFE 技報 No. 8(2016 年 8 月 ) Copyright 2016 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved. 禁無断転載
JFE 技報 No. 38 (2016 年 8 月 )p JFE スチール西日本製鉄所 ( 福山地区 ) における製鋼工場の一貫生産能力向上対策 Improvement in Production Capacity at Steelmaking Plant in West Japan
JFE 技報 No. 38 (2016 年 8 月 )p. 91-95 JFE スチール西日本製鉄所 ( 福山地区 ) における製鋼工場の一貫生産能力向上対策 Improvement in Production Capacity at Steelmaking Plant in West Japan Works (Fukuyama), JFE Steel 井上周大 INOUE Shuta JFE 西日本製鉄所
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