JP2002060825A

JP2002060825A - 溶銑の脱燐方法

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Publication number: JP2002060825A
Application number: JP2000250039A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kikuchi; 直樹菊池; Masayuki Hashimoto; 雅之橋本; Mamoru Suda; 守須田; Toshio Fujimura; 俊生藤村; Hiroshi Nomura; 寛野村
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2020-08-21
Also published as: JP4080679B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、蛍石やアルカリ金属の塩化物を使用
しなくても、脱燐酸素効率に優れた溶銑の予備処理にお
ける脱燐方法を提供することを目的としている。【解決手段】ガスの上底吹き機能を備えた転炉に保持し
た溶銑に精錬剤を添加し、酸素ガスを上吹きしつつ炉底
羽口から吹込むガスで該溶銑を撹拌して脱燐する溶銑の
予備処理方法において、前記精錬剤の一部に２０ｋｇ／
ｔ以上の焼結鉱を用い、且つ該焼結鉱が溶銑中へ持ち込
む酸素量を一定範囲内に制限するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶銑の脱燐方法に
係わり、詳しくは、転炉型反応容器を用い、高効率で、
且つ蛍石、塩化物等を使用せず、環境規制に適応した溶
銑の予備処理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鋼工程においては、高炉から出銑され
た溶銑が含有する珪素（以下、元素記号Ｓｉで表示す
る）、燐（元素記号Ｐ）、硫黄（元素記号Ｓ）を、転炉
で脱炭吹錬する前に予め除去する溶銑予備処理が普及し
ている。これは、溶銑を事前に予備処理することで、脱
炭吹錬の負荷を軽減したり、製鋼トータルコストのミニ
マム化、あるいは低Ｐ，低Ｓ鋼を安定して溶製するため
である。

【０００３】この溶銑予備処理のうちの脱Ｓ及び脱Ｐ
は、溶鋼中のこれら元素を酸化し、生成物をスラグへ移
行する所謂「スラグ−メタル反応」であり、転炉、溶銑
鍋及び混銑車（以下、トピード・カーという）を反応容
器として実施されている。転炉による溶銑の脱Ｐ処理
は、炉内のフリーボード（鋼浴上方の空間）を有効に利
用し、酸素供給速度を高めて処理することを特徴として
いる。しかしながら、その反面で、処理中に脱炭反応も
活発になり、使用される全酸素のうち実際に脱Ｐに使用
される割合（以下、脱Ｐ酸素効率という）が低く、経済
的でないという問題がある。

【０００４】また、スラグを特に脱Ｐに適した特性（組
成も含む）にするために別途添加する精錬剤（通称、フ
ラックス）や酸素源（気体として吹き込まれる酸素ガス
の他、固体として添加されるものもある）に、生石灰、
蛍石、酸化鉄、酸素ガス等が用いられるが、脱Ｐ反応を
促進するには、まずスラグを溶融状態にすること（滓化
ともいう）が必要である。このスラグの滓化を促進する
には、従来より蛍石、塩化物等を用いる場合が多かった
が、最近は、環境問題に対応して弗素（元素記号Ｆ）、
ナトリウム（元素記号Ｎａ）の使用規制が叫ばれてい
る。そのため、蛍石等を使用せずに、効率の良い溶銑の
脱燐方法の開発が盛んになっている。

【０００５】例えば、特開平１１−２６９５２４号公報
は、「底吹き撹拌と酸素ガス上吹きとを行いつつ脱燐を
含む精錬を行う溶銑予備処理方法において、底吹き撹拌
動力を１ｋＷ／ｔ以上、上吹き酸素ガス流量を０．７〜
２．０Ｎｍ³／ｔ／ｍｉｎ，予備処理後のスラグ中Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ₂を２．５以下、Ｔ．Ｆｅを３％以上とする
ことを特徴とする溶銑予備処理方法」を提案している。
この技術は、上底吹き転炉を反応容器として高速脱燐を
図ると共に、蛍石をできるだけ使わないようにスラグ組
成を規制するものである。また、特開平１１−２６９５
２２号公報は、スラグの滓化を促進するため、螢石に代
えＡ１₂Ｏ₃を使用する技術を開示している。さらに、特
開平０９−５９７０９公報は、「上底吹き転炉形式の炉
において、転炉滓（スラグ）と酸化鉄とを主成分とする
脱燐用フラックスを用い、酸素を上吹きして溶銑を脱燐
処理する際、処理中のスラグ条件を重量％で、塩基度
（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）＝１．２〜２．０、（Ａｌ₂Ｏ₃）
＝２〜１５％、（Ｔ．Ｆｅ）＝７〜２５％、且つ（Ｍｎ
Ｏ）＝５〜１５％に制御することを特徴とする溶銑の脱
燐方法」を提案している。この技術は、溶銑予備処理後
に行なわれた脱炭精錬で発生したスラグ（以下、脱炭炉
スラグという）を、前工程の溶銑脱Ｐ処理にフラックス
の一部として再利用すると共に、脱Ｐ処理中のスラグ組
成の規制を重視したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−２６９５２４号公報記載の技術では、蛍石を使用
しないとは言っているが、蛍石添加量を１ｋｇ／ｔ未満
を好ましいとしており、完全に使用しない技術ではな
い。つまり、環境規制に対しては不十分なものと言え
る。また、特開平１１−２６９５２２号公報記載の技術
のように、フラックスとしてＡｌ₂Ｏ₃を多量に利用する
と、反応容器である転炉の内張り耐火物の寿命向上に行
っている所謂「スラグコーティング」で形成した保護層
の溶融剥離を促進し、経済的な操業を志向する現状に合
わない。さらに、特開平０９−５９７０９号公報記載の
技術で使用するような脱炭精錬で生成するスラグは一般
にＭｎＯやＰ₂Ｏ₅を含み、低Ｍｎの鋼種を溶製する場合
には適用できず、また溶銑予備処理後での復Ｐが問題と
なる。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑み、蛍石やアル
カリ金属の塩化物を使用しなくても、上記した各種問題
を生じさせず、脱燐酸素効率に優れた溶銑の予備処理方
法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため鋭意研究し、その成果を本発明に具現化し
た。

【０００９】すなわち、本発明は、ガスの上底吹き機能
を備えた転炉に保持した溶銑に精錬剤を添加し、酸素ガ
スを上吹きしつつ炉底羽口から吹込むガスで該溶銑を撹
拌して脱燐する溶銑の予備処理方法において、前記精錬
剤の一部に２０ｋｇ／ｔ以上の焼結鉱を用い、且つ該焼
結鉱が溶銑中へ持ち込む酸素量が下式で定義する焼結鉱
酸素比率の範囲を満足することを特徴とする溶銑の脱燐
方法である。

【００１０】３０％≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００≦６０％ここで、Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００：焼結鉱酸素比率
（％）Ａ（＝焼結鉱原単位（ｋｇ／ｔ）×０．１７）：焼結鉱
の酸素含有量Ｂ（＝酸素ガス原単位（Ｎｍ³／ｔ））：溶銑に吹き込
む酸素ガス量また、本発明は、前記精錬剤の添加時期を、予備処理前
もしくは予備処理中とすることを特徴とする溶銑の脱燐
方法である。

【００１１】さらに、本発明は、形成されるスラグの塩
基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１．５〜２．５、トータル
鉄分（Ｔ．Ｆｅ）を１０〜３０ｍａｓｓ％、溶銑温度を
１３４０〜１４００℃として予備処理を終了することを
特徴とする溶銑の脱燐方法である。

【００１２】加えて、本発明は、添加する精錬剤の５０
ｍａｓｓ％以上が、プリメルト品であることを特徴とす
る溶銑の脱燐方法である。

【００１３】本発明によれば、蛍石、塩化物等を使用し
なくとも、転炉型反応容器で高い酸素効率で溶銑からの
脱燐が可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１５】溶銑の脱Ｐ反応は．（１）式で示される。

【００１６】２［Ｐ］＋５［Ｏ］＝（Ｐ₂Ｏ₅）（１）ここで、［Ｐ］：溶銑中の燐濃度、［Ｏ］：溶銑中酸素
濃度（供給源は、酸素ガス、あるいは酸化鉄から）、
（Ｐ₂Ｏ₅）：スラグ中のＰ₂Ｏ₅濃度この脱Ｐ反応の進行を促進するには、スラグの脱Ｐ能の
増加、スラグ／メタル間の反応界面積Ａの増加が必要で
ある。蛍石、アルカリ金属の塩化物（例えば、ソーダ
灰）は、この両方を満足するものである。しかしなが
ら、これらの物質は環境規制上好ましくないので、これ
らを使用しないでも、効率良く脱燐可能な吹錬方法の開
発が望まれる。

【００１７】そこで、発明者らは、処理能力２００トン
のガス上底吹き機能を備えた転炉を用い、表１に示すよ
うに、スラグへ添加する精錬剤を種々変更した実験を行
い、スラグの脱Ｐ能を高く維持し、且つスラグ／メタル
間の反応界面積を増加させる物質として焼結鉱に注目し
た。添加した精錬剤以外の実験条件は、表２に示す通り
である。

【００１８】上記実験で得られたデータから、各水準毎
に下記式で脱Ｐ酸素効率を求め、その結果を図１に示
す。

【００１９】脱Ｐ酸素効率（％）＝Ｐ₂Ｏ₅として脱Ｐに使用された酸素量（Ｎｍ³）／全酸素量（焼結鉱＋酸素ガス）×１００（Ｎｍ³）（２）燒結鉱中酸素量（Ｎｍ³）＝０．１７×焼結鉱量（ｋｇ）（３）ここで、Ｐ₂Ｏ₅として脱Ｐに使用された酸素量は、脱Ｐ
量（％）×９．０３×（溶銑重量）で算出される。ま
た、上記係数０．１７は、焼結鉱の化学分析結果から酸
化鉄中の酸素含有分を算出したものである。

【００２０】表１より、脱Ｐ酸素効率は、固体酸素源を
使用した場合（水準１、２及び４）の方が酸素ガスを使
用した場合（水準３）より高く、固体酸素源のうちでも
焼結鉱での値が最も高いことが明らかになった。なお、
ここで言う焼結鉱とは、高炉装入鉄源として通常使用さ
れているもので、ＰやＭｎＯの含有量が少なく、且つＣ
ａＯを多量に含む石灰焼結鉱あるいは自溶性焼結鉱と称
されているものである。また、この実験時には、焼結鉱
を使用した時に、スラグの流動性が最も良いことが観察
され、前記反応界面積の増加に対しても、焼結鉱の添加
が有効であることが明らかになった。つまり、酸素ガス
よりも固体酸素源が脱Ｐ反応に有効であり、固体酸素源
としては、焼結鉱が最も脱Ｐ反応の促進に効果的である
ことがわかった。この理由は、以下のように考えられ
る。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】焼結鉱のような固体酸素源は、スラグ中に
添加され溶銑中のＣと反応して微細なＣＯ気泡をスラグ
中で発生すると言われている。これは、従来から見られ
るスラグのフォーミングやスロッピングに近い現象であ
る。一方、底吹き、上吹き等で供給される酸素ガスは、
比較的大きいＣＯ気泡を発生し、浮力が大きいため、該
気泡はスラグ内に留まらない。つまり、固体酸素源は、
スラグ中に留まり、スラグの撹拌を促進する。溶銑の脱
Ｐ反応速度は、スラグ側、メタル側での物質（ＰやＯ）
移動の混合律速であり、特にスラグ側の物質移動抵抗が
大きいと言われている。従って、固体酸素源は、スラグ
を攪拌することで、スラグ側のＰの物質移動を促進し、
脱Ｐ反応効率を向上する。これら固体酸素源のうちでも
焼結鉱が特に効果があったのは、焼結鉱が含有するＣａ
Ｏ分は一度溶融、軟化したもので、滓化が早いためと推
定される。

【００２４】次に、この焼結鉱の適切な添加量を知るた
め、前記表２に示した条件で引き続き実験を行ない、焼
結鉱を使用した場合の焼結鉱原単位と脱Ｐ酸素効率との
関係を求めた。その結果、図２に示すように、焼結鉱の
使用量として２０ｋｇ／ｔ以上必要であることが明らか
になったので、この値を本発明の第１の要件とした。な
お、上限については特に定めないが、６０ｋｇ／ｔが好
ましい。それ以上添加しても脱燐酸素効率は飽和し、上
昇しないからである。

【００２５】ところが、このように焼結鉱を実際に多量
添加して脱Ｐ吹錬する場合には、焼結鉱の主成分である
酸化鉄が溶銑浴内で生成するＣＯガスで還元されるが、
その還元が吸熱反応であり、溶銑やスラグの温度を必要
以上に低下させる恐れがある。そのため、この吸熱量を
上吹き酸素ガスによる溶銑中Ｃの１次燃焼及び転炉のフ
リーボードでのＣＯガスの２次燃焼で補償しなければな
らない。また、処理する溶銑の成分、温度に基づき熱量
計算を行い、吹錬中及び吹錬後の溶銑やスラグの温度調
整を行う必要がある。

【００２６】そこで、発明者らは、かかる焼結鉱の使用
条件を明確にするために、上吹き酸素ガスと焼結鉱によ
る固体の酸素の割合を変化させる実験を行った。その
際、実験結果は、下記（４）式で定義する焼結鉱酸素比
率なる指数を用いて整理することにした。

【００２７】焼結鉱酸素比率（％）＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００（４）ここで、Ａ（＝焼結鉱原単位（ｋｇ／ｔ）×０．１
７）：焼結鉱の酸素含有量Ｂ（＝酸素ガス原単位（Ｎｍ³／ｔ））：溶銑に吹き込
む酸素ガス量上記（４）式で定義した焼結鉱酸素比率と脱Ｐ酸素効率
との関係を図３に示す。図３より、焼結鉱酸素比率は３
０〜６０％が好適であることが明らかである。つまり、
３０％≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００≦６０％である。３０
％未満では、焼結鉱量が不十分で脱Ｐ酸素効率が低く、
逆に６０％超えでは、熱補償するための酸素ガスが多量
になり過ぎ、総送酸速度の過剰により脱Ｐ酸素効率が小
さいくなるからである。そこで、発明者は、この焼結鉱
酸素比率の制限を第２の要件とし、前記第１の要件と組
み合わせて本発明としたのである。

【００２８】また、蛍石、ソーダ灰のような滓化促進剤
を使用せずに脱Ｐ処理を効率的に行うため、溶融し易い
酸化鉄源である焼結鉱を使用した下記実験も行なった。
実験条件は、表３に示す通りである。これらの各実験の
結果は、脱Ｐ処理後スラグのＰ分配比（記号Ｌｐ）とス
ラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）、トータル鉄分
（Ｔ．Ｆｅ）、温度及び脱炭後スラグのＣａＯ分に対す
る置換率で整理することにした。ここで、Ｌｐ＝（スラ
グ中Ｐ濃度）／（メタル中Ｐ濃度）である。

【００２９】

【表３】

【００３０】まず、脱Ｐ反応に影響を及ぼすスラグ塩基
度についての最適範囲を見い出す実験を行なった。その
条件は、（Ｔ．Ｆｅ）＝１５ｍａｓｓ％，溶銑の処理後
温度を１３６０℃とし、精錬中に生成するＳｉＯ₂に対
する添加ＣａＯの量を調整して、スラグ塩基度を変化さ
せた。その結果を図４に示す。スラグ塩基度とＰ分配比
から１．５≦スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）≦２．
５が好適であることがわかる。スラグ塩基度の上記範囲
は、スラグの脱Ｐ能とスラグ滓化（溶融）とのバランス
で決まるものであり、スラグの塩基度が高いほど脱Ｐに
有利であることを示している。しかし、２．５を超える
と、スラグの融点が高くなり、滓化が不調になるので、
２．５が上限となる。また、１．５未満では、スラグの
脱Ｐ能が低いため、１．５が下限となる。従って、スラ
グ塩基度は、１．５以上、２．５以下が好ましいとす
る。

【００３１】次に、スラグ塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）
を２．０，溶銑の処理後温度を１３６０℃とし、スラグ
の（Ｔ．Ｆｅ）を変化させた。その結果を図５に示す。
この場合、（Ｔ．Ｆｅ）量の調整は、焼結鉱の添加量、
酸素ガス流量を変更して行なったが、１０≦（Ｔ．Ｆ
ｅ）≦３０が好適であることがわかる。すなわち、脱Ｐ
反応は、酸化反応であり、（Ｔ．Ｆｅ）は高い程酸素分
圧を上昇し有利であり、１０以上が良く、大き過ぎる場
合はスラグ中のＣａＯ分が希釈され、脱Ｐ能が小さくな
るため、３０以下が良い。

【００３２】最後に、スラグの（Ｔ．Ｆｅ）を１５ｍａ
ｓｓ％，（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を２．０とし，焼結鉱添
加量、酸素ガス流量を調整して、溶銑の処理後温度を変
化させる実験を行なった。その結果を図６に示す。１３
４０〜１４００℃が好適であることがわかった。脱Ｐ反
応は発熱反応であり、低温ほど有利であるが、低温程添
加した焼結鉱の溶融熱が不足する。そのため、溶銑の処
理後温度として前記の範囲が好適となる。以上の実験結
果より、副原料及び焼結鉱の添加量、酸素ガス流量等の
調整でスラグ塩基度、（Ｔ．Ｆｅ），処理後の溶銑温度
を前記範囲になるように操業することも本発明とした。

【００３３】次に、滓化促進剤なしに添加フラックス
（スラグ）の溶融を促進する目的で、プリメルトフラッ
クスを精錬剤に使用することを検討した。脱Ｐ反応を促
進するには、スラグ中でＰを固定するＣａＯの滓化が重
要である。そこで、添加するＣａＯ源を焼石灰から脱炭
精錬後のスラグのように、一旦高温条件下で溶融したも
ので置換し、ＣａＯの滓化を促進する実験を行なった。
この実験では、焼石灰として添加する量に相当するＣａ
Ｏを脱炭炉スラグ中のＣａＯ濃度から換算される量に置
換し、脱Ｐ挙動を調査した。その際、脱Ｐの条件は、上
記で明らかにしたスラグの塩基度及び（Ｔ．Ｆｅ），処
理後温度を達成するものとした。その結果を図７に示
す。図７より、添加するＣａＯ源の置換率として５０％
以上が好適であることがわかったので、この置換率も本
発明の要件に加えることにした。

【００３４】

【実施例】本発明に係る溶銑の脱Ｐ方法を実際の操業に
適用した。使用した反応容器は、前記処理能力が２００
トンの上底吹き転炉である。また、本発明の効果と比較
するため、同じ転炉で酸素源を全て酸素ガス、ＣａＯ源
を全て生石灰とした従来の脱Ｐ方法での操業も行なっ
た。なお、処理前溶銑のＰ濃度は、０．１２０ｍａｓｓ
％である。

【００３５】表４に主な実験条件及び操業で得た成績を
一緒に示す。表４に示した本発明法１は、精錬剤に焼結
鉱を使用し、焼結鉱以外のＣａＯ源を生石灰とした場
合、本発明法２は、精錬剤に焼結鉱を使用し、焼結鉱以
外のＣａＯ源のうち５０％以上を脱炭後スラグで置換し
た場合で、スラグ塩基度は、未調整で１．５〜２．５に
適合する。本発明法２は、精錬剤に焼結鉱を使用し、焼
結鉱以外のＣａＯ源を生石灰として、処理後のスラグ塩
基度、（Ｔ．Ｆｅ）及び溶銑温度を調整した場合であ
り、本発明法３は、本発明法２に加え、精錬剤に焼結鉱
を使用し、焼結鉱以外のＣａＯ源のうち５０ｍａｓｓ％
以上を脱炭後スラグで置換した場合である。

【００３６】表４より、焼結鉱の利用、スラグ塩基度、
（Ｔ．Ｆｅ）及び溶銑温度の調整、さらには脱炭後スラ
グによるＣａＯ置換で、溶銑の脱Ｐ反応効率は、蛍石や
塩化物を使用しなくても高く維持でき、溶銑中Ｐ濃度も
低くなることが明らかである。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、蛍
石、塩化物等を使用しなくとも、転炉型反応容器で高い
酸素効率で溶銑からの脱燐が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】添加精錬剤の種類と溶銑の脱燐酸素効率との関
係を示す図である。

【図２】精錬剤の一部に使用した焼結鉱の量と溶銑の脱
燐酸素効率との関係を示す図である。

【図３】本発明に係る焼結鉱酸素比率と溶銑の脱燐酸素
効率との関係を示す図である。

【図４】スラグ塩基度のスラグのＰ分配比に及ぼす影響
を示す図である。

【図５】スラグ中トータル鉄分のスラグのＰ分配比に及
ぼす影響を示す図である。

【図６】スラグ温度のスラグのＰ分配比に及ぼす影響を
示す図である。

【図７】脱炭後スラグでのＣａＯ置換率がスラグのＰ分
配比に及ぼす影響を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須田守岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者藤村俊生岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者野村寛岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内Ｆターム(参考） 4K002 AB01 AB04 AC07 AC08 AD02 AE01 AE02 AF04 4K014 AA03 AB03 AB04 AC01 AC08 AC11 AC16 AC17 AD00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスの上底吹き機能を備えた転炉に保持
した溶銑に精錬剤を添加し、酸素ガスを上吹きしつつ炉
底羽口から吹込むガスで該溶銑を撹拌して脱燐する溶銑
の予備処理方法において、前記精錬剤の一部に２０ｋｇ／ｔ以上の焼結鉱を用い、
且つ該焼結鉱が溶銑中へ持ち込む酸素量が下式で定義す
る焼結鉱酸素比率の範囲を満足することを特徴とする溶
銑の脱燐方法。３０％≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００≦６０％ここで、Ａ／（Ａ＋Ｂ）×１００：焼結鉱酸素比率
（％）Ａ（＝焼結鉱原単位（ｋｇ／ｔ）×０．１７）：焼結鉱
の酸素含有量Ｂ（＝酸素ガス原単位（Ｎｍ³／ｔ））：溶銑に吹き込
む酸素ガス量
【請求項２】前記精錬剤の添加時期を、予備処理前も
しくは予備処理中とすることを特徴とする請求項１記載
の溶銑の脱燐方法。
【請求項３】形成されるスラグの塩基度（ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ₂）を１．５〜２．５、トータル鉄分（Ｔ．Ｆｅ）
を１０〜３０ｍａｓｓ％、溶銑温度を１３４０〜１４０
０℃として予備処理を終了することを特徴とする請求項
１又は２記載の溶銑の脱燐方法。
【請求項４】添加する精錬剤の５０ｍａｓｓ％以上
が、プリメルト品であることを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載の溶銑の脱燐方法。