JP2003113410A - 溶銑の精錬方法 - Google Patents
溶銑の精錬方法Info
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Abstract
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
用いて溶銑を精錬する方法に関する。
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。
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。
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・P2O5 (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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
鉄を含むスラグは、スラグ中の鉄イオンの価数変化(F
e2+⇔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。
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。
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)
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)
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)
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。
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×(ρS/ρM)-1/3×(Fo2/n/d)2/3 LS :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%)
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。
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を
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。
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
LS≧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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
%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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
れ、極低燐化処理が可能となった。
ラグ、溶銑の状況を示す模式図。
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。
活量の関係を示す図。
の関係を示す図。
Claims (2)
- 【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。 - 【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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JP2003113410A true JP2003113410A (ja) | 2003-04-18 |
JP3668172B2 JP3668172B2 (ja) | 2005-07-06 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
-
2001
- 2001-10-04 JP JP2001308197A patent/JP3668172B2/ja not_active Expired - Lifetime
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