JP2005068533A - 溶銑の脱燐方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 予備脱燐処理後の溶銑の熱的余裕を増大することの可能な脱燐方法を提供する。
【解決手段】 酸素源を供給して溶銑を予備脱燐処理する際に、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑１４を用い、ＣａＯを主体とする媒溶剤１７を添加して生成するスラグ１５の塩基度を２．５以上とし、冷銑、粒銑、コークス、石炭、プラスチックのうちの一種以上からなる炭素源１６を添加し、当該炭素源を溶銑に供給する酸素源のうちの少なくとも気体酸素源で燃焼させ、予備脱燐処理後の溶銑温度が１３７０℃以上で且つ予備脱燐処理後の溶銑中の炭素濃度と溶銑温度とが下記の（１）式の範囲内となるように、炭素源及び気体酸素源の供給量を調整する。但し、（１）式において、［Ｃ］は溶銑中の炭素濃度（質量％）、Ｔは溶銑温度（℃）である。
13.5≦[Ｃ]＋0.0072×Ｔ≦14.5 ……（１）
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶銑中の燐を除去するための脱燐方法に関し、詳しくは、予備脱燐処理後の溶銑の熱的余裕を高めることのできる脱燐方法に関するものである。

高炉で製造された溶銑から鋼材を製造するには、製鋼精錬過程において、溶銑に含まれる不純物元素を所定値まで低減したうえで、その鋼材に要求される組成範囲に調整することが必要である。不純物元素としては、４質量％以上含まれる炭素の他に、燐、硫黄等があり、一方、鋼材の必要とする元素としては、強度や靭性を高めるマンガン、珪素等がある。

転炉を用い、炭素と燐とを同時に酸化除去していた従来の製鋼精錬方法に対し、最近では、燐を溶銑段階で事前に除去する予備脱燐処理が行われている。この予備脱燐処理は、主な媒溶剤である生石灰に加えて、酸化源としての鉄鉱石、スケール等の固体炭素源が使用され、脱燐反応の促進に有利な高酸化度に保たれ、溶銑鍋、トーピードカー、転炉等で行われている。又、溶銑段階の処理であり、溶鋼段階に比べて処理温度が低いことも脱燐反応の促進に有利な条件になっている。予備脱燐処理された溶銑の転炉脱炭精錬においては、脱燐のために必要なスラグを大幅に削減することができるため、転炉内にマンガン鉱石を投入して還元することができ、そのため、マンガン鉱石を還元することによって成分調整用のマンガン合金鉄の使用量を削減することが行われている。

このマンガン鉱石の使用量を増加するためには、マンガン鉱石の溶解熱を必要とすることから、転炉に装入する溶銑の熱的な余裕を増大させることが必要である。又、溶銑の熱的余裕が増大することで、転炉脱炭精錬時の溶銑配合比率を低めること、換言すれば、転炉脱炭精錬における鋼屑、冷銑、還元鉄等の冷鉄源の配合比率を高くすることが可能となり、限られた溶銑供給量の条件下においても、転炉での溶鋼生産量を柔軟に調整することが可能となる。溶銑の熱的余裕の増大は、予備脱燐処理後の溶銑の温度を高めること、又は、予備脱燐処理後の溶銑中の炭素濃度を高めることによって得ることができる。

しかしながら、予備脱燐処理では、前述したように、脱燐反応促進のために酸素ポテンシャルを高めるべく、大量の酸素源が添加されるので、脱燐反応と同時に溶銑中の炭素の酸化反応が起こり、溶銑中の炭素濃度が低下する。本来、脱燐反応には低温ほど好ましいことも相まって、予備脱燐処理後の溶銑の熱的余裕は十分に高いとは云い難い。

予備脱燐処理後の溶銑の熱的余裕を増大する方法として、従来、予備脱燐処理中に溶銑中にコークス等の炭材を添加して炭素を補う方法が多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、炭材を添加する方法では、炭素濃度が飽和濃度に近い付近で加炭しなければならず、炭材の添加歩留まりが極めて低く、大量の炭材を必要とし、製造コストの上昇を余儀なくされている。又、炭材には硫黄が含まれるために溶銑中の硫黄濃度が上昇し、溶銑予備処理の予備脱燐処理と予備脱硫処理の順序のフレキシビリティーがなくなる、或いは予備脱硫処理費用が増大する等々の問題点も発生する。
特開平８−３１１５１７号公報

このように、従来、予備脱燐処理における溶銑の熱的余裕を増大する手段が望まれていたが、有効な手段がないまま、やむなく前述したような炭材添加に依存しており、その効果も少なく、製造コストの上昇をもたらしていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、予備脱燐処理後の溶銑の熱的余裕を増大することの可能な脱燐方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行なった。以下に、検討・研究結果を説明する。

予備脱燐処理後の溶銑の熱的余裕は、主に溶銑の温度と溶銑中の炭素濃度とに依存する。前述したように、予備脱燐処理後の溶銑中の炭素濃度を現状レベル以上に高めることは、炭材添加法を用いても困難であることから、予備脱燐処理後の溶銑の熱的余裕を増大させるには、予備脱燐処理後の炭素濃度を、少なくとも従来の加炭処理後の炭素濃度と同等レベルに維持しつつ、予備脱燐処理後の溶銑の温度を高くすることが効果的であるとの知見が得られた。溶銑温度を高くすることによって炭素の飽和溶解度が上昇し、溶銑への炭材の溶解が促進されるため、炭素濃度自体も高くなり、溶銑の熱的余裕の更なる増大が期待できる。

溶銑温度を高くする方法としては、溶銑中の炭素を燃焼させ、発生する燃焼熱で溶銑を加熱する方法が利用できる。この方法では、容易に且つ比較的安価に溶銑温度を高くすることが可能である。但し、この燃焼によって溶銑中の炭素を低下させてしまうと、炭素濃度に基づく熱的余裕は低減する。しかし、この問題は、炭素源を添加することによって炭素濃度の減少を抑制することで防止可能であることが分かった。即ち、本来脱燐反応には不利な、生成酸化鉄の還元剤にもなる炭素源を添加し、この炭素源を燃焼させることによって発生する燃焼熱により溶銑温度を高めると同時に、炭素源の添加によって溶銑中の炭素濃度の低下を抑制することができ、その結果、溶銑の熱的余裕を増大させることができるとの知見が得られた。

ところで、予備脱燐処理後の溶銑の保有する熱エネルギーは、前述したように、溶銑の炭素濃度と温度とに依存する。そこで、溶銑の保有する熱エネルギーを把握しやすくするために、溶銑の顕熱を炭素濃度に換算することとした。その結果、１質量％当たりの炭素濃度と、溶銑温度に０．００７２を乗算した値とが、熱エネルギー的には同等であることが分かった。即ち、溶銑の保有する熱エネルギーは、下記の（２）式に示す関数で表されることが分かった。但し、（２）式において、Ｑは溶銑の保有する熱エネルギー、［Ｃ］は溶銑中の炭素濃度（質量％）、Ｔは溶銑温度（℃）である。

即ち、溶銑中の炭素濃度（[Ｃ]）と、溶銑温度に０．００７２を乗算した値（0.0072×Ｔ）との合計値（[Ｃ]＋0.0072×Ｔ）を所定値以上確保すれば、溶銑の熱的余裕が得られることが分かった。

従来の予備脱燐処理後の溶銑においては、この合計値（[Ｃ]＋0.0072×Ｔ）は１３．０程度である。本発明者等の経験上、少なくとも炭素濃度の０．５質量％に相当する熱エネルギーを溶銑に付加させることで、熱的余裕に起因する従来の問題点の大半は解消されることが知見された。そこで、この合計値（[Ｃ]＋0.0072×Ｔ）の下限値として１３．５を設定した。この熱的余裕は、炭素濃度と溶銑温度の両者で決まるものであり、本来、合計値（[Ｃ]＋0.0072×Ｔ）が１３．５以上であるならば、溶銑温度はどのようであっても構わないが、炭素源を溶銑へ迅速に溶解させるには、溶銑温度は高いほど好ましく、この観点から１３７０℃以上の溶銑温度が必要であり、溶銑温度の下限値として１３７０℃を設定した。

この場合、溶銑の保有熱増加のためには、溶銑温度及び炭素濃度の可能な限りの増大も好ましいが、そのためには大量の炭素源の添加が必要であり、炭素源中の不純物の問題や燃焼のために処理時間が延長する等の問題がある他に、スラグ中に炭素源が残留し、脱燐のための高酸素ポテンシャルの維持が不安定になり、脱燐反応が阻害される恐れもある。そこで、合計値（[Ｃ]＋0.0072×Ｔ）の上限値として１４．５を設定した。即ち、従来に比較して十分な熱的余裕を確保するためには、予備脱燐処理後の溶銑温度を１３７０℃以上とすると同時に、合計値（[Ｃ]＋0.0072×Ｔ）を下記の（１）式の範囲内にする必要があるとの知見が得られた。

溶銑の脱燐反応は、基本的に、溶銑中の燐を酸化し、生成する酸性酸化物（燐酸）を塩基性の媒溶剤で固定することによって行われる。即ち、酸素ガス等の気体酸素源及び酸化鉄等の固体酸化源による高い酸素ポテンシャルの維持と、生成した燐酸を安定化させうる塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）の高いスラグが必須である。具体的には、脱燐処理温度における多成分スラグ系において、ＣａＯの活量を高位に維持することが必須であり、スラグの状態図でＣａＯ飽和に相当する融点等から選定することができる。更に、上記のように、従来に比較して高温度域で予備脱燐処理する場合には、高温度域における脱燐効率を高める観点から、スラグの塩基度を高塩基度にすること、具体的には２．５以上にする必要があり、更に望ましくは４．０以上を確保することが好ましいことが分かった。

このスラグの塩基度は、ＣａＯ源として通常用いられる生石灰の使用量で調整するが、事前に溶銑中の珪素や反応容器内のＳｉＯ₂ 量を少なくした方が、少ない生石灰の使用量で高い塩基度を確保することができる。これは、溶銑の珪素含有量を減じると、酸性酸化物として作用するＳｉＯ₂ 量が減り、塩基性媒溶剤の必要量を減らすことが可能になるためである。前述したように、高温度域で効率的に予備脱燐処理する場合には、従来の低温度域での予備脱燐処理の場合よりも更に高い塩基度が必要であり、生石灰使用量及びスラグ量を少なくする観点から、溶銑の珪素含有量を０．２質量％以下、望ましくは０．１質量％以下に予め低減しておく必要があることが分かった。

通常、脱燐反応は、気体酸素源又は固体酸素源を供給して行うが、固体酸素源を使用する場合には固体酸素源自体を昇温したり、固体酸素源を還元して酸素を供給するための熱が必要になるため、溶銑を加熱しようとする際には不利である。即ち、溶銑を加熱・昇温する際には、酸化反応による発熱が可能な気体酸素源を主体に使用することが好ましい。具体的には、酸素源のうちの少なくとも５０質量％以上、望ましくは全量を気体酸素源とすることが好ましいとの知見が得られた。

脱燐反応を促進させるには、生石灰を早期に滓化させることが重要である。粉状の生石灰を気体酸素源と共に溶銑浴面に吹き付けて添加することで、気体酸素源が浴面に衝突し酸化鉄を生成する場所に微粉の生石灰を添加することができ、酸化鉄と生石灰との混合・接触の観点からは最適な条件になり、生石灰の溶融・滓化が促進されることから、粉状の生石灰を気体酸素源と共に溶銑浴面に吹き付けて添加することが好ましいとの知見が得られた。

又、脱燐反応は、溶銑温度が低いほど促進されることから、高温度域で、しかも気体酸素源を主として脱燐する場合は、脱燐反応の促進には極めて不利な条件になる。脱燐反応界面の温度上昇を抑制する観点から、気体酸素源の溶銑への吹き付け面へ、溶銑と反応した場合に吸熱反応を生じさせる物質、例えば二酸化炭素、水蒸気、窒素酸化物、酸化鉄、マンガン酸化物、石灰石、消石灰等を冷却剤として添加することが好ましいとの知見が得られた。

本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る溶銑の脱燐方法は、酸素源を供給して溶銑を予備脱燐処理する際に、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑を用い、ＣａＯを主体とする媒溶剤を添加して生成するスラグの塩基度を２．５以上とし、冷銑、粒銑、コークス、石炭、プラスチックのうちの一種以上からなる炭素源を添加し、当該炭素源を溶銑に供給する酸素源のうちの少なくとも気体酸素源で燃焼させ、予備脱燐処理後の溶銑温度が１３７０℃以上で且つ予備脱燐処理後の溶銑中の炭素濃度と溶銑温度とが上記の（１）式の範囲内となるように、炭素源及び気体酸素源の供給量を調整することを特徴とするものである。

第２の発明に係る溶銑の脱燐方法は、第１の発明において、前記酸素源のうちの５０質量％以上を気体酸素源とすることを特徴とするものである。

第３の発明に係る溶銑の脱燐方法は、第１又は第２の発明において、前記ＣａＯを主体とする媒溶剤として、実質的にフッ素を含まない媒溶剤を使用し、当該媒溶剤の５０質量％以上を、気体酸素源と共に上吹きランスから溶銑浴面に向けて吹き付けて添加することを特徴とするものである。

第４の発明に係る溶銑の脱燐方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記気体酸素源と共に、二酸化炭素、水蒸気、窒素酸化物、酸化鉄、マンガン酸化物、石灰石、消石灰のうちの少なくとも一種以上を溶銑浴面に向けて吹き付けて添加することを特徴とするものである。

本発明によれば、溶銑に炭素源を添加し、この炭素源を気体酸素源で燃焼させ、予備脱燐処理後の溶銑温度が１３７０℃以上で且つ溶銑中の炭素濃度と溶銑温度とが上記の（１）式の範囲内となるように調整するので、脱燐反応を阻害することなく、従来に比較して格段に溶銑の保有熱を高めることができる。その結果、次工程の転炉脱炭精錬では、溶銑配合比率を低くしたり、マンガン鉱石添加量を多くすることが可能となり、省資源、省エネルギーが達成されるのみならず、転炉脱炭操業の安定化が達成され、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を具体的に説明する。本発明に係る予備脱燐処理で用いる溶銑は、高炉等の溶銑製造設備で製造された溶銑であり、予備脱燐処理の前に予め溶銑の珪素含有量を０．２質量％以下、望ましくは０．１質量％以下まで低減させておく。溶銑の珪素含有量をこの範囲まで下げる手段としては、溶銑製造用原料に予備処理等を施し、高炉等の溶銑製造設備への珪酸分の全装入量を低減したり、高炉々内における珪酸の還元反応を抑制するために低温操業やコークスの偏在装入等の対策を講じることができる。又、製造された溶銑に酸素ガスや酸化鉄等の酸素源を供給し、酸素源によって珪素を酸化させ、珪素を酸化物として強制的に除去すること（「溶銑の予備脱珪処理」と呼ぶ）もできる。

溶銑の予備脱珪処理の具体的な方法は、例えば、高炉から出銑された溶銑を高炉鋳床の溶銑樋を経由して溶銑鍋、トーピードカー等の溶銑搬送容器で受銑する際に、溶銑に酸素ガスや鉄鉱石等の酸化鉄を供給して行う方法や、溶銑搬送容器内で溶銑に酸素ガスや鉄鉱石等の酸化鉄を供給して行うことができる。その際に、溶銑に撹拌用ガスを吹き込んで脱珪反応を促進させたり、生石灰等のＣａＯ源を添加して生成するスラグの塩基度を調整してもよい。溶銑搬送容器内に限らず、専用の反応容器に移し替えて行うこともできる。

このようにして得た溶銑に対して本発明による予備脱燐処理を施す。本発明による予備脱燐処理は、処理終点の溶銑温度が１３７０℃以上と高いので、スラグの塩基度を２．５以上にする必要があり、更に、望ましくは４．０以上を確保することが好ましく、生石灰等のＣａＯ源の添加量が基本的に多くなる。そのため、生石灰等のＣａＯ源の必要量を極力少なくするために、即ちスラグ量を極力少なくするために、前工程の予備脱珪処理等で生成したスラグを排滓し、予備脱燐処理工程への珪酸分の混入を極力少なくすることが好ましい。

本発明による予備脱燐処理は、溶銑鍋やトーピードカー等の溶銑搬送容器内で行うこともできるが、これらの溶銑搬送容器に比べてフリーボードが大きく、溶銑を強攪拌することが可能である転炉型の精錬設備で行うことが好ましい。図１は、本発明に最適な転炉型精錬設備の１例を示す概略図である。

この転炉型精錬設備１は、図１に示すように、溶銑１４を収容する炉本体２と、この炉本体２内に挿入され、上下方向に移動可能な上吹きランス３と、炉本体２内に原材料を投入するための原料投入装置４とを備え、炉本体２の炉底には、ガス導入管６と接続する、撹拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口５が設けられている。上吹きランス３には、酸素ガス配管７及び冷却用ガス配管８が接続されており、気体酸素源としての酸素ガスが酸素ガス配管７を介し、又、二酸化炭素、水蒸気、窒素酸化物等のうちの１種以上の冷却用ガスが冷却用ガス配管８を介して、それぞれ任意の流量で上吹きランス３から炉本体２内に供給されるようになっている。

酸素ガス配管７から分岐した酸素ガス配管７Ａは、ＣａＯを主体とする媒溶剤１７を収容したディスペンサー９に接続されており、一方、ディスペンサー９には、上吹きランス３と接続する媒溶剤移送配管１３が接続されている。即ち、ディスペンサー９内に供給された酸素ガスは、ディスペンサー９内の媒溶剤１７の搬送用ガスとして機能し、媒溶剤移送配管１３を経由して上吹きランス３の先端から媒溶剤１７を炉本体２内に吹き付けて供給することができるようになっている。酸素ガス配管７，７Ａには、流量調整弁１０，１１が設けられており、酸素ガスを上吹きランス３から直接吹き込むことも、又、ディスペンサー９を経由して吹き込むことも任意に調整することができるようになっている。冷却用ガス配管８には、冷却用ガスの流量を調整するための流量調整弁１２が設けられている。冷却用ガスの供給流路と酸素ガスの供給流路とは、上吹きランス３への供給前又は上吹きランス３内で合流するようにしてもよいが、上吹きランス３内に別の流路を設け、上吹きランス３の先端から別々に吹き込んでもよい。尚、本発明による脱燐方法を実施する場合、上吹きランス３は媒溶剤１７の供給流路を兼ねる必要はなく、上吹きランス３とは別に媒溶剤１７の供給用ランスを設置してもよい。同様に、上吹きランス３から冷却用ガスを供給する必要はなく、上吹きランス３とは別系統のランスを用いて供給してもよい。但し、炉本体２の上方部における設備配置が煩雑になるので、これを防止するためには上吹きランス３が冷却用ガス及び媒溶剤１７の供給流路を兼ねることが好ましい。

このような構成の転炉型精錬設備１を用い、予め珪素含有量を０．２質量％以下とした溶銑１４に対して、以下のようにして本発明による予備脱燐処理を実施する。

先ず、炉本体２内に溶銑１４を装入し、次いで、ＣａＯを主体とする媒溶剤１７を上吹きランス３を介して溶銑１４の浴面に向けて吹き付けると共に、底吹き羽口５から窒素ガス等の非酸化性ガス又はＡｒガス等の希ガスを撹拌用ガスとして溶銑１４中に吹き込みながら、上吹きランス３から酸素ガスを供給して溶銑１４の脱燐処理を実施する。そして、上吹きランス３からの酸素ガスの供給開始に前後して、原料投入装置４から炭素源１６を投入する。炭素源１６は、連続的に投入してもよく、又断続的に投入してもよく、更には一括して添加してもよい。予備脱燐処理前の溶銑温度は、通常の１２５０〜１３５０℃の範囲であれば、問題なく予備脱燐処理することができる。

炭素源１６としては、冷銑、粒銑、コークス、石炭、プラスチックのうちの一種以上を用いる。本発明では、炭素源１６を酸素ガスで燃焼させた時に発生する燃焼熱を利用して、溶銑１４の昇温及び予備脱燐処理による熱ロスを補償するので、使用する炭素源１６としては、燃焼及び着熱の効率が高い炭素含有物質が好ましい。コークス、石炭、プラスチックは、溶銑１４の浴内及び浴面近傍で酸素ガスによって燃焼し、更に、溶銑１４中へ溶解した後に燃焼する。冷銑中及び粒銑中の炭素は、溶銑１４中に一旦溶解し、その後酸素ガスで酸化される。これらは何れも、燃焼及び着熱の効率が高い炭素含有物質である。各燃焼条件によって着熱挙動が異なるが、着熱量に応じて炭素源１６及び酸素源の添加量が決定される。

ＣａＯを主体とする媒溶剤１７としては、生石灰粉を使用することができる。生石灰粉にアルミナ粉等を媒溶剤として加えてもよいが、本発明においては媒溶剤１７を溶銑浴面に吹き付けて添加するため、生石灰粉単体であっても十分に滓化するので、アルミナ粉等の媒溶剤は用いなくても十分に脱燐することができる。特に、スラグ１５からのフッ素の溶出量を抑えて環境を保護する観点から、蛍石等のフッ素含有物質は造滓剤として使用しないことが好ましい。但し、フッ素が不純物成分として不可避的に混入した物質については使用しても構わない。

底吹き羽口５から吹き込まれた攪拌用ガスによって溶銑１４は攪拌され、浴面に吹き付けられた媒溶剤１７は火点にて溶融し、スラグ１５を形成する。媒溶剤１７の添加量は、生成するスラグ１５の塩基度が２．５以上好ましくは４．０以上となるように調整する。具体的には、媒溶剤１７からのＣａＯ量と、溶銑１４中の珪素が酸化して生成するＳｉＯ₂ 量に基づき、媒溶剤１７の添加量を設定する。ＣａＯを主体とする媒溶剤１７は全て上吹きランス３から添加する必要はなく、原料投入装置４を用いて溶銑１４の浴面上に塊状の媒溶剤を上置き添加してもよいが、媒溶剤の滓化を促進させて脱燐反応を円滑に行うために、少なくとも添加する媒溶剤のうちの５０質量％以上は、上吹きランス３を介して添加することが好ましい。

脱燐反応のための酸素源としては、上記の酸素ガス等の気体酸素源の他に、鉄鉱石、ミルスケール等の酸化鉄を固体酸素源として使用することができる。通常、粉状の固体酸素源は、上吹きランス３から添加する媒溶剤１７に混合させたり、インジェクション法により添加し、塊状の固体酸素源は溶銑１４に上置きして添加する。但し、固体酸素源を添加すると、溶銑１４の昇熱には不利であるので、酸素源のうちの５０質量％以上は、気体酸素源を使用することが好ましい。気体酸素源としては、上記の酸素ガスの他に、空気及び酸素富化空気等を使用することができるが、本発明は熱的な改善を目的とするものであるので、排ガスの顕熱を少なくする観点から酸素ガスを用いることが好ましい。

炭素源１６を添加し、且つ、酸素ガスを供給して脱燐し、溶銑１４の燐濃度が所定の値になるまで予備脱燐処理を継続する。この場合、炭素源１６を溶銑１４に迅速に溶解させるために、溶銑１４の温度を１３７０℃以上に昇温する。溶銑温度が高いほど炭素源１６の溶解が促進され、溶銑１４中の炭素濃度が高く維持されるので、予備脱燐処理開始後、直ちに溶銑１４を昇温させることが好ましい。そして、予備脱燐処理終了時の溶銑温度を１３７０℃以上とすると共に、予備脱燐処理終了時の溶銑１４中の炭素濃度と溶銑温度とが上記の（１）式の範囲内となるように、炭素源及び気体酸素源の供給量を調整して、予備脱燐処理を終了する。本発明者等は、このような予備脱燐処理においては、気体酸素源及び固体酸素源を含めた全酸素源の原単位を１４Ｎｍ³ ／Ｔ以上にする必要があることを確認している。予備脱燐処理が施された溶銑１４は、次工程の転炉脱炭精錬に供される。

脱燐反応は、溶銑温度が低いほど促進されることから、本発明のように、１３７０℃以上の高温度域で脱燐する場合は、脱燐反応の促進には不利な条件になる。そこで、脱燐反応界面の温度上昇を抑制する観点から、酸素ガスの溶銑１４への吹き付け面へ、冷却剤として溶銑１４と反応した場合に吸熱反応を生じさせる物質を添加することが好ましい。

この冷却剤としては、二酸化炭素、水蒸気、窒素酸化物等の気体物質、並びに、酸化鉄、マンガン酸化物、石灰石、消石灰等の固体物質を使用することができる。特に、製鉄所内で多量に発生する二酸化炭素及び水蒸気は入手が容易なうえに、熱的な効果も大きいので好ましい。これらのガスに窒素ガス等が混入して純度が多少低くても、予備脱燐処理工程は、製鋼工程の最終工程ではないため、大きな問題にはならない。又、還元して生成するＣＯガスやＨ₂ ガスを、予備脱燐処理時の排ガスの一部として回収することで、排ガスの熱量増加の効果を得ることも可能である。気体物質の方が操業上は使いやすいが、固体物質も使え、気体物質と併用もできる。これらの選択は経済性等も考慮され決定される。冷却用ガスとしての気体物質は、酸素ガス配管７に接続される冷却用ガス配管８から供給され、冷却用固体物質は、媒溶剤１７に事前に混合させておき、媒溶剤１７と共に上吹きランス３から供給することができる。

以上説明したように、本発明に係る溶銑の脱燐方法では、溶銑１４に炭素源１６を添加し、この炭素源１６を気体酸素源で燃焼させ、予備脱燐処理後の溶銑温度が１３７０℃以上で且つ溶銑１４中の炭素濃度と溶銑温度とが上記の（１）式の範囲内となるように調整するので、脱燐反応を阻害することなく、従来に比較して格段に溶銑１４の保有熱を高めることができる。その結果、次工程の転炉脱炭精錬では、溶銑配合比率を低くしたり、マンガン鉱石添加量を多くすることが可能となり、省資源、省エネルギーが達成されるのみならず、転炉脱炭操業の安定化が達成される。

尚、上記説明では、脱燐処理設備として転炉型精錬設備１を用いた場合を示したが、脱燐処理設備は上記の転炉型精錬設備１に限るものではなく、取鍋やトーピードカー等の溶銑搬送容器等であっても、窒素ガス、Ａｒガス等の攪拌用ガスをインジェクションランス等によって溶銑中に吹き込むことで、上記に沿って本発明を実施することができる。

高炉から出銑された溶銑に対し、高炉鋳床での予備脱珪処理、転炉での予備脱燐処理、転炉での脱炭精錬からなる一連の工程を施し、溶銑から溶鋼を溶製した実施例について説明する。

高炉鋳床において高炉で製造された溶銑に鉄鉱石の焼結粉を上置き投入し、溶銑鍋での受銑までに脱珪反応させて予備脱珪処理を施した。高炉から出銑時の珪素濃度が０．２２〜０．４０質量％に対し、予備脱珪処理後の珪素濃度は０．０３〜０．１８質量％であった。予備脱珪処理後、溶銑鍋内のスラグを排滓した後、図１に示す、容量が３００トンの転炉型精錬設備に溶銑を装入し、予備脱燐処理を施した。

予備脱燐処理は、炉底部の底吹き羽口からの約０．１Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔの窒素ガスによる吹き込み攪拌を行いつつ、上吹きランスによる送酸と生石灰粉の添加を行った。この生石灰粉の添加量は、装入された溶銑の珪素濃度及び燐濃度に応じて塩基度が４．０以上となるように決めた。用いた上吹きランスは中心孔と５個の周囲孔とを有し、中心孔からは生石灰粉と酸素ガス、周囲孔からは酸素ガスのみを供給できるものを用いた。生石灰粉は予め３mm径以下に粉砕調整されたものである。生石灰粉の搬送用酸素ガスと、周囲孔からの酸素ガスとを加えた総送酸量は１．３Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・Ｔとした。炭素源としては、２０ｍｍ径以下のコークスを用い、予備脱燐処理の前半及び後半のそれぞれ２０％の期間を除く期間に連続的に添加した。

又、一部の試験では、上吹きランスから冷却剤を添加して、脱燐反応に及ぼす影響を調査した。冷却剤としては、二酸化炭素、水蒸気、石灰石、消石灰を用いた。二酸化炭素を用いた場合には、二酸化炭素の混合比率が、酸素ガスに対する外数で５、１０，２０体積％となるように、二酸化炭素の供給量を調整した。

転炉脱炭精錬では、溶銑の燐濃度に応じて媒溶剤としての生石灰の使用量を調整した。又、炉内にマンガン鉱石を添加してマンガンの還元を図った。

一連の工程のうち、予備脱珪処理と予備脱燐処理における処理条件及び処理結果を表１に示し、転炉脱炭精錬における処理条件及び処理結果を表２に示す。尚、表１及び表２には、本発明の範囲以外の処理条件で行った比較例の処理条件及び処理結果を併せて示している。

表１から明らかなように、本発明例では、比較例と比べて溶銑に高い保有熱を与えると同時に、少ない生石灰の添加量で低い燐濃度レベルまで溶銑を予備脱燐処理することができた。特に、冷却剤を添加することにより、予備脱燐処理の終点温度を１３７０℃以上に高めても、脱燐反応が促進され、溶銑の燐濃度を０．０１０質量％以下まで低下することができた。

図２に、これらの溶銑を用いた転炉脱炭精錬における予備脱燐処理後の溶銑温度とマンガン鉱石投入量との関係を示し、図３に、これらの溶銑を用いた転炉脱炭精錬におけるマンガン鉱石投入量とマンガン歩留まりとの関係を示す。上記の表２及び図２〜３に示すように、本発明方法により脱燐処理された溶銑を用いた場合には、転炉脱炭精錬では脱燐の必要がないために、生石灰の使用量、即ちスラグ発生量を少なくすることができ、更に、予備脱燐処理後の溶銑の保有熱が高いため、転炉脱炭精錬でのマンガン鉱石の添加量を高めることができ、スラグ量を少なくできることと相まって、高いマンガン歩留まりを得ることが達成された。

本発明に最適な転炉型精錬設備の１例を示す概略図である。 実施例１において調査した、予備脱燐処理後の溶銑温度とマンガン鉱石投入量との関係を示す図である。 実施例１において調査した、マンガン鉱石投入量とマンガン歩留まりとの関係を示す図である。

符号の説明

１ 転炉型精錬設備
２ 炉本体
３ 上吹きランス
４ 原料投入装置
５ 底吹き羽口
６ ガス導入管
７ 酸素ガス配管
８ 冷却用ガス配管
９ ディスペンサー
１４ 溶銑
１５ スラグ
１６ 炭素源
１７ 媒溶剤

Claims (4)

1. 酸素源を供給して溶銑を予備脱燐処理する際に、珪素含有量が０．２質量％以下の溶銑を用い、ＣａＯを主体とする媒溶剤を添加して生成するスラグの塩基度を２．５以上とし、冷銑、粒銑、コークス、石炭、プラスチックのうちの一種以上からなる炭素源を添加し、当該炭素源を溶銑に供給する酸素源のうちの少なくとも気体酸素源で燃焼させ、予備脱燐処理後の溶銑温度が１３７０℃以上で且つ予備脱燐処理後の溶銑中の炭素濃度と溶銑温度とが下記の（１）式の範囲内となるように、炭素源及び気体酸素源の供給量を調整することを特徴とする、溶銑の脱燐方法。
   13.5≦[Ｃ]＋0.0072×Ｔ≦14.5 ……（１）
   但し、（１）式において、［Ｃ］は溶銑中の炭素濃度（質量％）、Ｔは溶銑温度（℃）である。
2. 前記酸素源のうちの５０質量％以上を気体酸素源とすることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱燐方法。
3. 前記ＣａＯを主体とする媒溶剤として、実質的にフッ素を含まない媒溶剤を使用し、当該媒溶剤の５０質量％以上を、気体酸素源と共に上吹きランスから溶銑浴面に向けて吹き付けて添加することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の溶銑の脱燐方法。
4. 前記気体酸素源と共に、二酸化炭素、水蒸気、窒素酸化物、酸化鉄、マンガン酸化物、石灰石、消石灰のうちの少なくとも一種以上を溶銑浴面に向けて吹き付けて添加することを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の溶銑の脱燐方法。

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