JP2001011529A

JP2001011529A - 溶銑の予備処理方法

Info

Publication number: JP2001011529A
Application number: JP11183772A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Higuchi; 善彦樋口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】炭化水素ガスの吹込みにより溶銑予備処理の
反応速度を促進する溶銑の予備処理方法を提供する。【解決手段】（１）攪拌ガスを単管羽口またはランス
ノズルから吹き込んで精錬剤を攪拌混合して溶銑の予備
処理を行う方法において、前記攪拌ガスとして炭化水素
ガスを使用する。（２）攪拌ガスを吹き込む羽口または
ランスノズルが内管と外管とで構成される二重管であっ
て、内管に炭化水素ガスを、外管に不活性ガスをそれぞ
れ流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素ガス吹込
みにより溶銑予備処理の反応速度を促進する溶銑の予備
処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉から出銑された溶銑をトピードカー
あるいは溶銑鍋等に収容し、脱Ｐや脱Ｓ、脱Ｓｉなどの
溶銑予備処理が従来から行われている。

【０００３】溶銑予備処理でのガス攪拌は、溶銑鍋等の
底部または側壁の羽口またはランスによるガス吹き込み
で行われ、一般的にＮ₂ ガス等の不活性ガスが用いられ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】転炉吹錬の前段階とし
ての溶銑予備処理では、生産性向上のために反応速度を
高める必要がある。反応速度を高めるためには、溶銑上
に存在する精錬用スラグやフラックスを効率よく攪拌す
ることが重要である。

【０００５】しかし、溶銑の攪拌用ガスとして通常使わ
れるＮ₂ ガスなどの不活性ガスを用いると、溶銑中を上
昇するガス気泡が大きく、ガス気泡が大きいと溶銑中の
気泡上昇速度が大きくなるために吹き抜けに近い状態と
なる。この結果、精錬用スラグやフラックスを効率よく
攪拌することができない。そのため、溶銑の脱Ｓｉ、脱
Ｐおよび脱Ｓ等の溶銑予備処理の処理速度が低く、生産
性が低下するという問題があった。

【０００６】また、溶銑予備処理で脱Ｓｉや脱Ｐを行う
場合、溶銑に酸化鉄、スケールのような酸素含有物や酸
素ガスを酸素源として添加する際に、有価金属である溶
銑中のＭｎが酸化し、スラグに移行し歩留が低下すると
いう問題もあった。

【０００７】本発明の目的は、炭化水素ガスの吹込みに
より溶銑予備処理の反応速度を促進する溶銑の予備処理
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、下記の知見
を得た。

【０００９】（Ａ）攪拌ガスとして、Ｏ₂ またはＣＯ₂
のように溶鉄中の炭素と反応して下記反応式に示すよう
に、攪拌ガスの２倍のガス量が発生する攪拌ガスもあ
る。

【００１０】２Ｃ＋Ｏ₂ ＝２ＣＯＣ＋ＣＯ₂ ＝２ＣＯしかし、反応生成したＣＯガスの気泡径は、不活性ガス
とほとんど同じ大きさであり、例えば溶銑の脱Ｐ速度は
不活性ガスを使用した場合と比較して変化が無かった。

【００１１】（Ｂ）気泡径を小さくすることが可能であ
り、かつ、攪拌ガス量の増量が期待できるガス種を検討
した結果、炭化水素ガスが有効であることが判明した。

【００１２】例えば、炭化水素ガス：メタン（ＣＨ₄ ）
を攪拌ガスとして使用すると、下記反応式に示すよう
に、炭素と２分子のＨ₂ ガスに熱分解する。

【００１３】ＣＨ₄ ＝Ｃ＋２Ｈ₂ 前記反応式のＣＯ生成の場合と異なって、炭化水素ガス
が溶鋼中で熱分解して生成するＨ₂ ガスは気泡径が小さ
くなる。

【００１４】（Ｃ）しかし、炭化水素ガスを溶鉄中に吹
き込んだ場合、炭化水素ガスの熱分解時の吸熱反応で冷
却され、炭化水素ガスの吹き込み羽口近傍で溶鉄が凝固
し、吹き込み羽口が閉塞しやすくなる。

【００１５】（Ｄ）従来から、炭化水素ガスは、二重管
羽口の内管に流す酸素の発熱をキャンセルするために、
吸熱材として二重管羽口の外管に用いられている。

【００１６】しかし、例えば、溶銑予備処理で使用する
炭化水素ガスに見合った酸素を使用すると、炭化水素ガ
スの約１０〜３０倍の酸素を使用することが必要にな
り、ほとんどの構成を酸素が占めることになり、前記の
とおり、スクラップの攪拌ガスには適さない。

【００１７】（Ｅ）攪拌ガス吹き込み用羽口の金属製パ
イプは、溶鉄に接した耐火物内を貫通しており、常温の
攪拌ガスをパイプに供給しても、攪拌ガスは、パイプ内
を通過する間に、溶鉄の熱で加熱され温度が上昇しやす
くなる。

【００１８】従って、攪拌ガスとして炭化水素ガスを使
用すると、前記パイプ内で熱分解し吸熱反応ため攪拌ガ
ス吹き込み用羽口が冷却され、羽口が閉塞し易くなる。
この溶鉄の熱を遮断するためには、炭化水素ガスが流れ
るパイプの外側に断熱領域を確保すればよい。この着想
に基づき、羽口を二重管構造とし、内管に炭化水素ガス
を、外管に不活性ガスを流す方式が最も良いことが判明
した。

【００１９】（Ｆ）上記の知見を確認するため、２ton
容量の小型トピードカーを用いて、溶銑脱Ｓｉ処理を行
った。

【００２０】酸化鉄をトピードカー内の溶銑上に添加
し、溶銑内に浸漬した耐火物で被覆した二重管構造（内
管：炭化水素ガスとしてＣ₃ Ｈ₈ 、外管：不活性ガスと
してＮ₂ ）のランスノズルで炭化水素ガスを吹き込む
と、処理前の溶銑中の［Ｓｉ］濃度が０．３５重量％
（以下、単に％で重量％を表す）であったが、約３分間
の脱Ｓｉ処理で処理後の溶銑中の［Ｓｉ］濃度が０．０
５％まで低下した。

【００２１】比較のために、ランスノズルからＮ₂ ガス
のみを吹き込むと、ほぼ同じの溶銑中の［Ｓｉ］濃度レ
ベルまで低下するのに約１０分かかった。

【００２２】（Ｇ）上底吹き形式の２ton 試験転炉に収
容した溶銑中の［Ｐ］濃度が０．１％の溶銑を使用して
溶銑脱Ｐ処理を行った。

【００２３】１３００℃の溶銑２０００ｋｇを２ton 試
験転炉に注銑し、上吹き酸素は溶銑温度を約１３００℃
に保てる程度の流量である１Ｎｍ³/minを流し、ＣａＯ
系の脱Ｐフラックスを添加して攪拌ガスは、底吹きで吹
き込み下記のＡ〜Ｃの方法で溶銑脱Ｐ処理を行ない比較
した。

【００２４】Ａ：二重管羽口を用いて内管に炭化水素ガ
スとしてプロパン（以下、Ｃ₃ Ｈ₈で表す）：０．２Ｎ
ｍ³/min、外管にＡｒ：０．０２Ｎｍ³/minを流した。

【００２５】Ｂ１：単管羽口を用いて、Ａｒ流量：０．
２２Ｎｍ³/min（炭化水素ガスの熱分解前の総ガス流量
と同じ）の流量を流した。

【００２６】Ｂ２：単管羽口を用いて、Ａｒ流量：０．
８２Ｎｍ³/min（炭化水素ガスの熱分解後の総ガス流量
と同じ）の流量を流した。

【００２７】Ｃ：単管羽口を用いて、炭化水素ガスとし
てＣ₃ Ｈ₈ ：０．２Ｎｍ³/minを流した。

【００２８】なお、溶銑脱Ｐ処理開始後、溶銑サンプル
を３０秒間隔で連続採取して溶銑中の［Ｐ］濃度の変化
を測定した。

【００２９】ＡおよびＣの方法では、処理時間９分で溶
銑中の［Ｐ］濃度が０．００６％まで低下した。Ｂ１の
方法では、同じ処理時間で溶銑中の［Ｐ］濃度が０．０
１５％、Ｂ２方法では、溶銑中の［Ｐ］濃度が０．０１
２％であった。

【００３０】Ｃの方法では、２０チャージ同一条件で実
験した場合に所定の炭化水素ガス流量が流れたのは１８
チャージであり、残りの２チャージでは羽口閉塞傾向と
なりＣ₃ Ｈ₈ が０．１５Ｎｍ³/minしか流れなかった
が、Ａの方法では、全チャージで安定的に所定の炭化水
素ガス流量が流れた。この結果から、二重管羽口を用い
ると、単管羽口に比べて羽口が閉塞しにくいことがわか
った。

【００３１】（Ｈ）２ton 容量の小型取鍋を用いて溶銑
脱Ｓ処理を行った。ＣａＯ系フラックスを溶銑上に添加
し、耐火物で被覆した二重管構造のランスノズルから内
管：炭化水素ガス、外管：Ｎ₂ ガスを流した。

【００３２】その結果、処理前の溶銑中の［Ｓ］濃度：
２８０ppm が１０分の処理時間で処理後の溶銑中の
［Ｓ］濃度：１０ppm まで低下した。比較のためにラン
スノズルからＮ₂ ガスのみを流したが、同じ１０分の処
理時間で処理後の溶銑中の［Ｓ］濃度：３０ppm までし
か低下しなかった。

【００３３】（Ｉ）炭化水素ガスを攪拌ガスとして使用
した場合は、Ｎ₂ ガスを使用した場合よりも地金の飛散
量が低下した。湯面から所定高さの位置に地金捕集板を
置き、地金量を比較した結果、炭化水素ガスを用いた場
合は、Ｎ₂ ガスを使用した場合の１／５の地金量であっ
た。

【００３４】以上のように、溶銑の脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｓ
において炭化水素ガスを攪拌ガスとして使用することに
より反応速度が著しく高くなり、地金の飛散量も低下す
ることが判明した。

【００３５】これらの効果は、上述したように炭化水素
ガス吹き込み時に生成する気泡が微細化し、スラグメタ
ル間の反応効率が高くなり、溶銑表面で気泡が離脱する
ときの破裂のエネルギーが低下したことによるものであ
る。

【００３６】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は、下記の通りである。

【００３７】（１）攪拌ガスを単管羽口またはランスノ
ズルから吹き込んで精錬剤を攪拌混合して溶銑の予備処
理を行う方法において、前記攪拌ガスとして炭化水素ガ
スを使用することを特徴とする溶銑の予備処理方法。

【００３８】（２）攪拌ガスを吹き込んで精錬剤を攪拌
混合して溶銑の予備処理を行う方法において、前記攪拌
ガスを吹き込む羽口またはランスノズルが内管と外管と
で構成される二重管であって、内管に炭化水素ガスを、
外管に不活性ガスをそれぞれ流すことを特徴とする溶銑
の予備処理方法。

【００３９】

【発明の実施の形態】高炉から運搬された溶銑に対し
て、脱Ｓｉ、脱Ｐ、脱Ｓなどの溶銑処理を行う。溶銑を
収容する容器には、攪拌ガス吹き込み用羽口が容器底部
あるいは側壁部に設置した単管羽口または二重管羽口か
ら構成されている。

【００４０】単管または二重管から構成されているラン
スノズルから溶銑を収容する容器に吹き込んでもよい。

【００４１】二重管は、二本のパイプの中間部（スリッ
ト部）には、クリアランスを一定にするためにスペーサ
ーを設置、あるいは、いずれかのパイプに切り込みを入
れて使用することが望ましい。本発明では、この内管に
炭化水素ガスあるいは炭化水素ガスと不活性ガスの混合
ガス、外管に不活性ガスを導入する。

【００４２】炭化水素ガスはメタン（ＣＨ₄ ）、エタン
（Ｃ₂ Ｈ₆ ）、プロパン（Ｃ₃ Ｈ₈）、ブタン（Ｃ₄ Ｈ
₁₀）などのガスを単独あるいは混合して用い、不活性ガ
スとしてはＡｒまたはＮ₂ ガス等の他に、ＣＯまたはＣ
Ｏ₂ などのガスを単独あるいは混合して用いる。

【００４３】二重管羽口の場合、炭化水素ガスと不活性
ガスとの使用体積比率（炭化水素ガス／不活性ガス）
は、１〜１００である。好ましくは、２〜５０である。

【００４４】

【実施例】（実施例１）本発明例１：３００ton トピードカーに重量濃度でＣ：
４．１％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：０．３２％、Ｐ：
０．１１％、Ｓ：０．０２５％の溶銑を収容し、耐火物
で被覆した下向き二重管のノズルを有するランスを溶銑
中に約２ｍ浸漬した。ランスノズルの内管からＣ₃ Ｈ₈
を流量０．５Ｎｍ³/min、外管からＮ₂ガスを流量０．０
４Ｎｍ³/min流し、３分間攪拌した。攪拌開始と同時に
トピードカー上部から酸化鉄（ｋｇ／溶銑ton ）と生石
灰（ｋｇ／溶銑ton ）を含む脱Ｓｉ剤を添加して脱Ｓｉ
処理を行った。

【００４５】処理後の溶銑中の［Ｓｉ］濃度は０．０９
％と低く脱Ｓｉ率は６４％と良好であり、スラグの横溢
などは生じなかった。ランス寿命は５１チャージであっ
た。

【００４６】比較例１：本発明例１と溶銑と脱Ｓｉ剤は
同条件下で、攪拌ガスは、内管からＮ₂ ガスを流量０．
５Ｎｍ³/min、外管からＮ₂ ガスを流量０．０４Ｎｍ³/m
in流し、３分間攪拌した。

【００４７】処理後の溶銑中の［Ｓｉ］濃度が０．２１
％と高く、脱Ｓｉ率は１６％と低位であった。ランス寿
命は５０チャージであった。

【００４８】比較例２：本発明例１と溶銑と脱Ｓｉ剤は
同条件下で、攪拌ガスは、内管からＣ₃ Ｈ₈ の熱分解
（Ｃ₃ Ｈ₈ →３Ｃ＋４Ｈ₂ ）後のガス流量に相当する
２．０Ｎｍ³/minのＮ₂ ガスを流し、外管からＮ₂ ガス
を流量０．０４Ｎｍ³/min流しながらで３分間攪拌し
た。

【００４９】比較例１よりも若干処理後の溶銑中の［Ｓ
ｉ］濃度が低下したものの脱Ｓｉ率は２８％と低く、し
かも、大量のガスを導入したことによりスラグの横溢が
大きかった。そのため、処理後の横溢スラグの処理に時
間がかかり生産性が本発明例１と比較して４０％低下し
た。

【００５０】ランス寿命は２２チャージであった。巨大
気泡によるランス側面の耐火物損耗が大きくなり寿命が
小さくなった。

【００５１】本発明例２：本発明例１と溶銑と脱Ｓｉ剤
は同条件下で、単管羽口からＣ₃ Ｈ₈ を吹き込む試験を
行ったが、所定流量の８０％以下しか流れなかった羽口
閉塞傾向時には脱Ｓｉ後溶銑中の［Ｓｉ］濃度が若干悪
化した。羽口閉塞傾向を示したチャージ数は全体の１０
％であった。ランス寿命は４８チャージであった。

【００５２】以上から、本発明例１および２では、熱分
解後に大量のガスが発生するにも関わらず、スラグの横
溢も生じることなく安定した操業が可能であり、しかも
処理後の溶銑中の［Ｓｉ］濃度が０．０１％と低く、脱
Ｓｉ率を高位に維持できることができた。

【００５３】（実施例２）本発明例１：２５０ton 転炉型溶銑予備処理装置に重量
濃度でＣ：４．０％、Ｓｉ：０．１８％、Ｍｎ：０．２
５％、Ｐ：０．１０％、Ｓ：０．０２５％の溶銑を収容
し、底吹きガスとして内管にＣ₃ Ｈ₈ を２０Ｎｍ³/min
、外管にＮ₂ を１Ｎｍ³/min 流し、上吹きランスから
酸素流量を１２５Ｎｍ³/min を流し、１０分間脱Ｐ処理
を行った。

【００５４】５００チャージ実施し、処理後の溶銑中の
［Ｐ］濃度は平均で０．００６％であった。

【００５５】比較例１：本発明例１と溶銑、上吹きラン
スから酸素流量は同条件下で、内管から本発明例１と同
量のＮ₂ ガスを流量２０Ｎｍ³/min、外管からＮ₂ ガス
を流量１Ｎｍ³/min流し、１０分間脱Ｐ処理を行った。

【００５６】５００チャージ実施し、処理後の溶銑中の
［Ｐ］濃度は平均で０．０２０％であった。

【００５７】比較例２：本発明例１と溶銑、上吹きラン
スから酸素流量は同条件下で、内管からＣ₃ Ｈ₈ の熱分
解（Ｃ₃ Ｈ₈ →３Ｃ＋４Ｈ₂ ）後のガス流量に相当する
Ｎ₂ガスを８０Ｎｍ³/min 、外管からＮ₂ ガスを流量１
Ｎｍ³/min 流し、１０分間脱Ｐ処理を行った。

【００５８】５００チャージ実施し、処理後の溶銑中の
［Ｐ］濃度は平均で０．０１５％であった。若干処理後
の溶銑中の［Ｐ］濃度は比較例１より低下した。しか
し、フリーボードの大きい転炉型反応容器でもスラグの
横溢が大きく脱Ｐ反応効率は本発明例１よりも劣ってい
た。

【００５９】また、スピッティングにより溶銑から飛散
する溶銑粒が増加して、鉄歩留が本発明例１の４倍と大
きくなった。

【００６０】本発明例２：本発明例１と溶銑、上吹きラ
ンスから酸素流量は同条件下で、単管羽口からＣ₃ Ｈ₈
を２０Ｎｍ³/min底吹きした場合は、脱Ｐ処理後の溶銑
中の［Ｐ］濃度は平均で０．００６％であった。

【００６１】羽口閉塞傾向時には所定流量の８０％以下
しか流れなかった。羽口閉塞傾向時には脱Ｐ処理後の溶
銑中の［Ｐ］濃度は平均で０．００７％となり若干悪化
した。羽口閉塞傾向を示したチャージ数は全体の１２％
であった。

【００６２】以上から、本発明例１および２では、熱分
解後に大量のガスが発生するにも関わらず、スラグの横
溢も生じることなく安定した操業が可能であり、しかも
処理後の溶銑中の［Ｐ］濃度も低く、脱Ｐ率を高位に維
持できることができた。

【００６３】（実施例３）本発明例１：２５０ton 収容の溶銑鍋に重量濃度でＣ：
３．９％、Ｓｉ：０．２０％、Ｍｎ：０．２４％、Ｐ：
０．１２％、Ｓ：０．０２５％の溶銑を収容し、耐火物
で被覆したランスを溶銑中に深さ約２ｍの位置まで浸漬
した。

【００６４】ランス先端の逆Ｔ字型水平２孔横向きノズ
ル（二重管構造）の内管からＣ₃ Ｈ₈ を流量０．５Ｎｍ
³/min 、外管からＮ₂ ガスを流量０．０４Ｎｍ³/min 流
し、１０分間攪拌した。攪拌の前に取鍋溶銑上にＣａＯ
−ＣａＦ₂ 系の脱Ｓ剤を添加した。

【００６５】処理後の溶銑中の［Ｓ］濃度は０．００１
％と低く脱Ｓ率は９６％と良好であり、スラグの横溢な
どは生じなかった。

【００６６】比較例１：本発明例１と溶銑、ランスの浸
漬位置および脱Ｓ剤は同条件下で、内管から本発明例１
と同量のＮ₂ ガスを流量０．５Ｎｍ³/min、外管からＮ₂
ガスを流量０．０４Ｎｍ³/min流し、３分間攪拌した。

【００６７】処理後の溶銑中の［Ｓ］濃度が０．００６
％と高く、脱Ｓｉ率は６０％と低位であった。

【００６８】比較例２：本発明例１と溶銑、ランスの浸
漬位置および脱Ｓ剤は同条件下で、内管からＣ₃ Ｈ₈ の
熱分解（Ｃ₃ Ｈ₈ →３Ｃ＋４Ｈ₂ ）後のガス流量に相当
するＮ₂ ガスを２．０Ｎｍ³/min 、外管からＮ₂ ガスを
流量０．０４Ｎｍ³/min 流し、３分間攪拌した。

【００６９】比較例１よりも若干処理後の溶銑中の
［Ｓ］濃度が０．００５％と低下したものの脱Ｓｉ率も
２８％と低く、しかも、大量のガスを導入したことによ
りスラグの横溢が大きかった。そのため、処理後の横溢
スラグの処理に時間がかかり生産性が本発明例１と比較
して４０％低下した。

【００７０】本発明例２：本発明例１と溶銑、ランスの
浸漬位置および脱Ｓ剤は同条件下で、単管のランスノズ
ルからＣ₃ Ｈ₈ を０．５Ｎｍ³/min底吹きした場合は、
脱Ｐ処理後の溶銑中の［Ｐ］濃度は平均で０．００１％
であった。

【００７１】所定流量の８０％以下しか流れなかった羽
口閉塞傾向時には脱Ｐ処理後の溶銑中の［Ｐ］濃度は平
均で０．００１５％となり若干悪化した。羽口閉塞傾向
を示したチャージ数は全体の８％であった。

【００７２】以上から、本発明例１および２では、熱分
解後に大量のガスが発生するにも関わらず、スラグの横
溢も生じることなく安定した操業が可能であり、しかも
処理後の溶銑中の［Ｓ］濃度も低く、脱Ｐ率を高位に維
持できることができた。

【００７３】

【発明の効果】本発明により、溶銑予備処理の反応速度
を促進することが可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】攪拌ガスを単管羽口またはランスノズル
から吹き込んで精錬剤を攪拌混合して溶銑の予備処理を
行う方法において、前記攪拌ガスとして炭化水素ガスを
使用することを特徴とする溶銑の予備処理方法。
【請求項２】攪拌ガスを吹き込んで精錬剤を攪拌混合
して溶銑の予備処理を行う方法において、前記攪拌ガス
を吹き込む羽口またはランスノズルが内管と外管とで構
成される二重管であって、内管に炭化水素ガスを、外管
に不活性ガスをそれぞれ流すことを特徴とする溶銑の予
備処理方法。