JP2003113410A - 溶銑の精錬方法 - Google Patents

溶銑の精錬方法

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JP2003113410A JP2001308197A JP2001308197A JP2003113410A JP 2003113410 A JP2003113410 A JP 2003113410A JP 2001308197 A JP2001308197 A JP 2001308197A JP 2001308197 A JP2001308197 A JP 2001308197A JP 2003113410 A JP2003113410 A JP 2003113410A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラグ・メタル界面の酸素活量を高め、高効
率な脱燐精錬を可能とする方法を提供する。 【解決手段】 フラックス添加と酸素上吹きを行って溶
銑を脱燐精錬する際に、上吹き酸素がスラグにより遮断
されて直接溶銑に接触しない溶銑の脱燐方法において、
溶銑1t当りの上吹き酸素流量F(Nm3/min/t)と、ラン
スの先端から溶銑上面までの距離Hとノズルの出口直径
dとの比H/dが、下記(1)式を満たすように、上吹
き酸素流量、上吹きランス高さ、ランスノズルの出口直
径の少なくとも1つ以上を調節する。また、溶銑中Si
濃度が0.1質量%以上であるときは、上吹き酸素が直
接溶銑に接触するように、上吹き酸素流量、上吹きラン
ス高さ、ランスノズルの出口直径の少なくとも1つ以上
を調節する。 F×134.1×(H/d)-1.63>0.3 (1)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に転炉型容器を
用いて溶銑を精錬する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】製鋼トータルコストのミニマム化や低燐
鋼の安定溶製に関して、従来溶銑の脱燐法として、
(1)トーピードカー内の溶銑に脱燐用フラックスをイ
ンジェクションして予備脱燐を行う方法、(2)取鍋内
の溶銑に脱燐用フラックスをインジェクションするかも
しくは吹付けて、予備脱燐を行う方法、あるいは(3)
2基の転炉を用いて、一方で脱燐を行い、他方で脱炭を
行う方法(例えば、特開昭63−195210号公報)
が用いられている。
【0003】しかしながら、トーピードカーや溶銑鍋等
の溶銑搬送容器を用いた場合、容器容量が小さく強攪拌
精錬を行うことが困難で、特に脱燐反応は平衡から遠
く、目標の脱燐量を達成するためには必要以上のフラッ
クスを使用しなければならず、かつ精錬に長時間を要す
という欠点がある。また、搬送容器を用いる脱燐処理プ
ロセスでは、年々増加するスクラップを溶解消費するこ
とができないという問題もある。上記の観点から、近年
は、容器容量が大きく、強攪拌下での脱燐精錬が可能
な、上吹き酸素を用いた転炉型容器による脱燐処理方法
へ移行しつつある。
【0004】これらの脱燐方法においては、脱燐反応は
簡単に記述すると主として次式で示される。 2[P]+5[O]+3CaO→3CaO・P25 (2) ここで、[P]、[O]はスラグ・メタル界面に存在す
るPとOであり、PがOにより酸化された後、スラグ中
のCaOで固定化されると言われている。したがって、
スラグ中のCaO濃度が高いほど、またスラグ・メタル
界面の酸素活量が高いほど、脱燐反応は効率よく進行す
る。
【0005】しかしながら、スラグ中CaO濃度を増加
するために、多量の生石灰を脱燐用フラックスとして添
加すると生成スラグ量が増大する。CaO濃度が高いス
ラグは粉状化しやすいため、路盤材等への有効利用が困
難であり、スラグの多くは埋め立て処分等となる一種の
産業廃棄物になる。少量の生石灰添加で、CaO濃度を
低くすると有効利用しやすくなるとともに生成スラグ量
も低減できる。ただし、その場合は、脱燐反応を進行さ
せるためにスラグ・メタル界面の酸素活量を高める必要
がある。
【0006】しかしながら、溶銑脱燐精錬の場合、スラ
グ・メタル界面では脱炭反応が同時に進行するため、バ
ルクスラグの酸化鉄濃度と平衡する酸素活量よりスラグ
・メタル界面の酸素活量はかなり低くなっており、脱燐
速度や脱燐効率が不十分となる。上吹き酸素や鉄鉱石等
の酸化鉄源の添加によりスラグ中酸化鉄濃度を高めるこ
とでスラグ・メタル界面の酸素活量を高め、脱燐精錬効
率を向上することは可能であるが、その場合、スラグ中
の酸化鉄濃度を過剰に高めるため、スロッピングによる
操業不安定や鉄歩留まりの低下、生成スラグ量増大等を
招く。
【0007】上記問題点を解決するため、本発明者らは
先に、上吹き酸素をスラグにより遮断し、溶銑表面に接
触しないように吹きつけることにより、スラグ中酸化鉄
濃度を過剰に高めることなくスラグ・メタル界面の酸素
活量を高め、脱燐効率を大幅に向上する方法を提案した
(特願2001-48592)。しかしながら、本方法での溶銑脱
燐処理の研究を進めるにつれ、スラグによる上吹き酸素
の遮断を確実にするためにランスを過剰に高く上げた
り、上吹き酸素流量を過剰に低下すると、脱燐効率が低
下するという問題に直面した。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点に鑑み、安定してスラグ・メタル界面の酸素活量を高
め高効率な脱燐精錬を可能とする方法を提供するもので
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の要旨とするところは、(1)フラックス添
加と酸素上吹きを行って溶銑を脱燐精錬する際に、上吹
き酸素がスラグにより遮断されて直接溶銑に接触しない
溶銑の脱燐方法において、溶銑1t当りの上吹き酸素流
量F(Nm3/min/t)と、ランスの先端から溶銑上面までの
距離Hとノズルの出口直径dとの比H/dが、下記
(1)式を満たすように、上吹き酸素流量、上吹きラン
ス高さ、ランスノズルの出口直径の少なくとも1つ以上
を調節することを特徴とする溶銑の精錬方法、(2)溶
銑中Si濃度が0.1質量%以上であるときは、上吹き
酸素が直接溶銑に接触するように、上吹き酸素流量、上
吹きランス高さ、ランスノズルの出口直径の少なくとも
1つ以上を調節することを特徴とする請求項1記載の溶
銑の精錬方法、にある。ここで、 F×134.1×(H/d)-1.63>0.3 (1)
【0010】
【発明の実施の形態】本発明では、上吹きランス2のノ
ズル径とノズル数の適正な設計と、スラグ量に応じた操
業中の上吹き酸素流量とランス高さの調整により、図1
で示すように、転炉型容器1を用いた精錬において、上
吹き酸素ジェット5がスラグ4で遮断され、直接溶銑3
の表面に接触しないように制御する。
【0011】溶銑脱燐精錬時のような約3%以上の酸化
鉄を含むスラグは、スラグ中の鉄イオンの価数変化(F
2+⇔Fe3+)すなわち正孔の移動により、極めて速く
酸素を透過することが知られており、ランスから吹き込
まれてスラグ上面に達した酸素は高速でスラグ中を移行
し、スラグ・メタル界面に達する。そのため、スラグ・
メタル界面の酸素活量は高位に維持され、脱燐反応が速
やかに進行する。
【0012】しかしながら、スラグによる上吹き酸素の
遮断を確実にするため、ランスを過剰に高くすると、炉
内に吹き込まれた酸素がスラグ上面に到達する前に酸素
の大部分がスラグ・メタル界面での脱炭反応により発生
するCOガスの燃焼に消費され、スラグ上面での酸素濃
度が低下するため、スラグ・メタル界面の酸素活量を高
位に維持できなくなる。また、上吹き酸素流量を過剰に
低下しても、スラグ上面での酸素量が低下して、スラグ
・メタル界面の酸素活量が低下する。
【0013】本発明では、このスラグ上面での酸素量低
下に起因するスラグ・メタル界面活量低下を防止し、高
効率の溶銑脱燐精錬を実現するために、ランスノズルの
出口直径の適正な設計と、操業中の上吹き酸素流量とラ
ンス高さの調整により、下記の(1)式を満たすように
制御する。その理由は以下の通りである。 F×134.1×(H/d)-1.63>0.3 (1) ここで、F:溶銑1t当たりの上吹き酸素流量(Nm3/min
/t) H:ランス先端から溶銑上面までの距離(mm) d:ランスノズルの直径(mm)
【0014】本発明者らは、上吹き酸素噴流中のCO燃
焼挙動を調査した。その結果、図2に示すように、噴流
中の酸素濃度がランス先端からの距離xとノズルの出口
直径dの比x/dで一義的に決定されることを見出し
た。この関係を回帰分析すると、噴流の中心酸素濃度
(%O2)は次式で表される。 (%O2)=13410×(x/d)-1.63 (3)
【0015】そこで、溶銑1t当たりの上吹き酸素流量
F(Nm3/min/t)に上記酸素濃度を乗じたものを有効酸素
流量Qe(Nm3/min/t)と定義すると、Qeは次式で表され
る。 Qe=F×(%O2)/100=134.1×(x/d)-1.63 (4)
【0016】本発明者らは、小型炉を用いた種々の溶銑
脱燐処理実験を実施し、この有効酸素量Qeとスラグ・
メタル界面の酸素活量および脱燐効率の指標となる処理
後の燐分配比との関係を調査した。この際、スラグ上面
位置はスラグの泡立ち状態等により変動が大きいため、
xとしてはランス先端から溶銑上面までの距離Hを用い
た。図3にQeとスラグ・メタル界面の酸素活量との関
係を、図4にQeと処理後の燐分配比との関係を示す。
図から分かるように、有効酸素流量Qeが0.3超にな
ると急速にスラグ・メタル界面の酸素活量が増加し、燐
分配比も飛躍的に向上した。すなわち、有効酸素流量Q
eを0.3超にすることで高効率な脱燐精錬を行えるこ
とが判明した。
【0017】なお、有効酸素流量Qeの上限は特に規定
されないが、Qeを増加するためには、上吹き酸素流量
Fを増加したりランス先端から溶銑上面までの距離Hを
小さくすることが必要であり、スラグにより上吹き酸素
を遮断することが困難となる。したがって、上吹き酸素
がスラグにより遮断されて溶銑に直接接触しないように
する条件で有効酸素流量Qeの上限が決定される。上吹
き酸素が溶銑に接触しないようにする条件としては、下
記(5)式で計算される酸素ジェットによるスラグ凹み
深さLSが下記(6)式で計算される酸素ジェットが当
たっていない部分のスラグ厚みLSo未満となる条件とす
る。 LS=Lhexp(−0.78h/Lh) (5) 但し、Lh=63×(ρSM)-1/3×(Fo2/n/d)2/3S :酸素ジェットによるスラグ凹み深さ(mm) h :ランス先端から酸素ジェットが当たっていない部
分のスラグ上面までの距離(mm) Lh :h=0のときのスラグ凹み深さ(mm) ρS :スラグの嵩密度(=約1500kg/m3) ρM :溶銑の密度(=6900kg/m3) Fo2:上吹き酸素流量(Nm3/h) n :上吹きランスのノズル孔数(−) d :上吹きランスのノズル孔直径(mm) LSo=WS/ρS /(πD2/4)×1000 (6) 但し、WS=WCaO/(%CaO)f×100 LSo :酸素ジェットが当たっていない部分のスラグ厚
み(mm) WS :スラグ質量(kg) D :スラグ表面における精錬容器の内直径(m) WCaO :添加フラックス中の総CaO質量(kg) (%CaO)f:精錬後のスラグ中CaO濃度(質量%)
【0018】また、Si濃度が0.1質量%以上の溶銑
を脱珪および脱燐精錬する場合、溶銑中のSi濃度が
0.1質量%以上の場合にはPよりもSiの方が優先的
に酸化される割合が大きいため、上述のような界面酸素
活量増加による脱燐反応効率向上効果は小さく、むしろ
酸素を直接溶銑に接触させた方が速く脱珪が進行する。
したがって、溶銑中Si濃度が0.1質量%以上である
吹錬初期には、上吹き酸素を直接溶銑に接触させて効率
的に脱珪を行い、溶銑中Si濃度が0.1質量%未満と
なって、脱燐反応が進行しやすくなった段階で酸素が直
接溶銑に接触しない条件に制御することがより望ましい
実施の形態である。
【0019】具体的な実施の形態としては、以下のよう
な方法がある。まず、Si濃度が0.1質量%未満の溶
銑を脱燐精錬する場合には、吹錬中常に酸素ジェットを
溶銑に直接接触しないようにするのが望ましく、通常添
加するフラックスの質量により決定されるLSoと通常操
業での上吹き酸素流量と上吹きランス高さに応じて、
(5)式で求められるLSがLS<LSoを満足するように
ランスノズルの数および/または直径を設計して使用す
れば良いが、この際、操業中の上吹き酸素流量とランス
高さに対して、有効酸素流量Qeが(1)式を満たすよ
うにランスノズルの直径を設計する。または、既存の上
吹きランスをそのまま用いても(1)式とLS<LSo
同時に満たす条件が存在する場合は、その条件となるよ
うに、上吹き酸素流量、上吹きランス高さの1つ以上の
操業条件を変更しても良い。
【0020】Si濃度が0.1質量%以上の溶銑を脱珪
および脱燐精錬する場合には、上記と同様な方法で、吹
錬中常に上吹き酸素が溶銑に直接接触しない条件下で
(1)式を満たすように操業しても良いが、前述の通
り、溶銑中Si濃度が0.1質量%以上の期間中は、上
吹き酸素が溶銑に接触するようにした方がより望まし
い。従って、変更可能な上吹き酸素流量、上吹きランス
高さ、フラックス添加量の範囲内で、(5)式で求めら
れるLSがLS≧LSoとLS<LSoをいずれも満足できる
ように、かつLS<LSoを満足する条件下で(1)式も
満足するように上吹きランスノズルの直径と数を設計し
て、溶銑中Si濃度が0.1質量%以上の吹錬初期には
S≧LSoとなるように、溶銑中Si濃度が0.1質量
%未満となった以降はLS<LSoでかつ(1)式も満足
するように、上吹き酸素流量、上吹きランス高さの少な
くとも1つ以上を調整するのが最良の形態である。ある
いは、上吹きランスのノズル内に駆動系を設け、操業中
に酸素が噴出するノズルの直径や数が調節可能なように
ランスを製作し、溶銑中Si濃度が0.1質量%となる
前後でノズルの直径および/または数を変更しても良
い。
【0021】なお、溶銑中Si濃度の変化は、サブラン
ス等により溶銑サンプルを採取して迅速分析を行っても
良いが、分析に数分を要し、制御遅れが生じる。通常、
溶銑中Si濃度は吹き込んだ酸素量により精度良く推定
できるため、酸素流量に応じて吹錬時間から求めること
ができる。
【0022】
【実施例】試験転炉を用いて、溶銑の脱燐実験を実施し
た。まず、約4.5質量%のC、約0.1質量%のP、
約0.05質量%のSiを含む初期温度約1300℃の
溶銑約6tを用いて脱燐精錬を行った。試験転炉の炉内
直径はスラグが存在する部分で約1.1mである。
【0023】(実施例1)溶銑を転炉に装入し、脱燐フ
ラックスであるCaO濃度95質量%の生石灰15kg
を投入した後、上吹きランスからの酸素の吹き付けによ
り10分間の脱燐精錬を行った。上吹きランスとして
は、予め設計、製作したノズル数4、ノズル出口直径3
0mmのものを使用し、上吹き酸素流量は精錬開始から終
了まで1000Nm3/h一定とした。上吹きランス高さ
は、ランス先端から溶銑上面までの距離が1.7m一定
となるように調整した。精錬終了後のスラグ中CaO濃
度は42質量%であった。
【0024】(実施例2)実施例1と同じ条件下で、上
吹き酸素流量とランス高さのみ変更した脱燐精錬を行っ
た。上吹き酸素流量は2000Nm3/hでランス先端から
溶銑上面までの距離を3.0m一定とした。精錬終了後
のスラグ中CaO濃度は41質量%であった。
【0025】(実施例3)実施例1と同じ条件下で、上
吹きランス形状と上吹き酸素流量およびランス高さを変
更した脱燐精錬を行った。上吹きランスとしては、ノズ
ル数4、ノズル出口直径60mmのものを使用し、精錬中
のランス高さは、ランス先端からスラグ表面までの距離
が3.0m一定となるように調整した。精錬終了後のス
ラグ中CaO濃度は41質量%であった。
【0026】(比較例1)実施例1と同じ条件下で、上
吹きランス高さのみ異なる脱燐精錬を行った。ランス先
端から溶銑上面までの距離を3.0m一定とした。精錬
終了後のスラグ中CaO濃度は42質量%であった。
【0027】実施例1〜3および比較例1は、(5)
(6)式から計算するといずれも上吹き酸素が溶銑と接
触しない条件となっているが、(1)式から計算される
有効酸素流量は実施例が0.3超、比較例1が0.3以
下の条件となる。表1に、精錬条件と(1)式から計算
される有効酸素流量および精錬後の溶銑中P濃度の一覧
を示す。表1からわかるように、比較例1と同じ生石灰
投入量で、ランスノズルの出口直径や上吹き酸素流量、
ランス高さのいずれかを変更して有効酸素流量を高めた
実施例1〜3では、いずれも精錬後の溶銑中P濃度が著
しく低下しており、高い脱燐効率が得られていることが
わかる。
【0028】
【表1】
【0029】次に、約4.5質量%のC、約0.1質量
%のP、約0.4質量%のSiを含む溶銑約6tを用い
て脱珪および脱燐精錬を行った。精錬前の溶銑温度は、
この場合も約1300℃に調整した。この組成の溶銑を
1000Nm3/hの酸素流量で精錬する場合、精錬開始
1.5分で溶銑中Si濃度が0.1質量%未満となるこ
とを予め確認し、精錬開始1.5分を精錬制御条件変更
の時期とした。使用した試験転炉は実施例1〜3の時と
同一である。
【0030】(実施例4)溶銑を試験転炉に装入し、生
石灰105kgを投入した後、上吹きランスからの酸素
の吹き付けにより12分間の脱珪および脱燐精錬を行っ
た。上吹きランスとしては、予め設計、製作したノズル
数4、ノズル出口直径30mmのものを使用し、酸素流量
は精錬開始から終了まで1000Nm3/h一定とした。ラ
ンス高さは、ランス先端から溶銑表面までの距離が1.
5m一定となるように調整した。精錬終了後のスラグ中
CaO濃度は43質量%であった。
【0031】(実施例5)実施例4と同じ条件下で、上
吹きランス高さのパターンのみ変更した脱珪および脱燐
精錬を実施した。上吹きランス高さは、ランス先端から
スラグ表面までの距離が、精錬開始後1.5分までは
0.5m一定となるように、精錬開始1.5分後から精
錬終了までは1.5m一定となるように調整した。精錬
終了後のスラグ中CaO濃度は42質量%であった。
【0032】(実施例6)実施例4と同じ条件下で、上
吹き酸素流量とランス高さのパターンを変更した脱珪お
よび脱燐精錬を実施した。上吹き酸素流量は、精錬開始
後1.5分までは1000Nm3/h一定となるように、精
錬開始1.5分後から精錬終了までは300Nm3/h一定
となるように調整した。ランス高さは、ランス先端から
溶銑表面までの距離が0.6m一定となるように調整し
た。精錬終了後のスラグ中CaO濃度は42質量%であ
った。
【0033】(実施例7)実施例4と同じ条件下で、上
吹きランス形状、上吹き酸素流量およびランス高さのパ
ターンを変更した脱珪および脱燐精錬を実施した。上吹
きランスとしては、ノズル数4、ノズル出口直径40mm
のものを使用した。上吹き酸素流量は、精錬開始後1.
5分までは1000Nm3/h一定となるように、精錬開始
1.5分後から精錬終了までは800Nm3/h一定となる
ように調整した。ランス高さは、ランス先端から溶銑表
面までの距離が、精錬開始後1.5分までは0.4m一
定となるように、精錬開始1.5分後から精錬終了まで
は1.4m一定となるように調整した。精錬終了後のス
ラグ中CaO濃度は39質量%であった。
【0034】(比較例2)実施例4と同じ条件下で、ラ
ンス高さのみ異なる脱燐精錬を行った。ランス高さは、
ランス先端から溶銑表面までの距離が3.0m一定とな
るように調整した。精錬終了後のスラグ中CaO濃度は
43質量%であった。
【0035】実施例4〜7および比較例2についても、
精錬開始後1.5分以降の上吹き条件は上吹き酸素が溶
銑と接触しない条件となっているが、(1)式から計算
される有効酸素流量は実施例が0.3超、比較例1が
0.3以下の条件となる。表2に、精錬条件と、精錬開
始後1.5分以降の(1)式から計算される有効酸素流
量および精錬後の溶銑中P濃度の一覧を示す。
【0036】実施例4は比較例2と同じく、精錬開始か
ら常に上吹き酸素が溶銑と接触しないようにした精錬で
あるが、ランスを低くすることで有効酸素流量が増大
し、比較例2と比べて精錬後の溶銑中P濃度が大きく低
下できていることがわかる。溶銑中Si濃度が0.1質
量%未満となる精錬開始後1.5分以降のみ酸素が溶銑
に接触しないようにして、かつ有効酸素流量を高めた実
施例5〜7では、ランスノズルの出口径、上吹き酸素流
量、ランス高さのいずれを変更したものについても、実
施例4より更に精錬後の溶銑中P濃度が低下しており、
脱燐効率が大きく向上していることがわかる。
【0037】
【表2】
【0038】
【発明の効果】本発明により、脱燐効率が大幅に向上さ
れ、極低燐化処理が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶銑脱燐精錬時の転炉型容器内の酸素噴流、ス
ラグ、溶銑の状況を示す模式図。
【図2】ランス先端からの距離xとランスノズルの出口
直径dの比x/dと酸素噴流中心酸素濃度の関係を示す
図。
【図3】有効酸素流量Qeとスラグ・メタル界面の酸素
活量の関係を示す図。
【図4】有効酸素流量Qeと脱燐精錬処理後の燐分配比
の関係を示す図。
【符号の説明】
1 転炉型容器 2 上吹きランス 3 溶銑 4 スラグ 5 酸素ジェット
フロントページの続き (72)発明者 松尾 充高 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Fターム(参考) 4K014 AA01 AA03 AC11 AD00 AD27 4K070 AB06 AC02 BA05 BB02 BD13 EA30

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フラックス添加と酸素上吹きを行って溶
    銑を脱燐精錬する際に、上吹き酸素がスラグにより遮断
    されて直接溶銑に接触しない溶銑の脱燐方法において、
    溶銑1t当りの上吹き酸素流量F(Nm3/min/t)と、ラン
    スの先端から溶銑上面までの距離Hとノズルの出口直径
    dとの比H/dが、下記(1)式を満たすように、上吹
    き酸素流量、上吹きランス高さ、ランスノズルの出口直
    径の少なくとも1つ以上を調節することを特徴とする溶
    銑の精錬方法。
  2. 【請求項2】 溶銑中Si濃度が0.1質量%以上であ
    るときは、上吹き酸素が直接溶銑に接触するように、上
    吹き酸素流量、上吹きランス高さ、ランスノズルの出口
    直径の少なくとも1つ以上を調節することを特徴とする
    請求項1記載の溶銑の精錬方法。 F×134.1×(H/d)-1.63>0.3 (1)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009249666A (ja) * 2008-04-03 2009-10-29 Nippon Steel Corp 溶銑の脱りん精錬方法
WO2018016909A1 (ko) * 2016-07-22 2018-01-25 현대제철 주식회사 전로에서의 용선 정련 방법

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