JP2005171375A

JP2005171375A - 溶銑の予備処理方法

Info

Publication number: JP2005171375A
Application number: JP2004026087A
Authority: JP
Inventors: Akitoshi Matsui; 章敏松井; Eiju Matsuno; 英寿松野; Takeshi Murai; 剛村井; Yoshiteru Kikuchi; 良輝菊地; Hiroshi Shimizu; 宏清水; Ryohei Takehama; 良平竹濱
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2024-02-02
Also published as: JP4466097B2

Abstract

【課題】溶銑予備脱Ｐの処理を行う際に、脱Ｐ反応を阻害することなく、効率的に加炭を行う溶銑予備処理方法を提案する。
【解決手段】気体酸素源５もしくは固体酸素源を溶銑４に供給して溶銑の脱Ｐ処理を行う溶銑の予備処理方法において、石灰源６を炉上から塊状で添加し、石灰源を添加した後に炭素源８を炉上より上置き添加する。炭素源は、連続的に添加され、その添加速度をＦｃ（ｋｇ／（ｍｉｎ・ｔ））、送酸速度をＦｏ２（Ｎｍ３・ｔ））としたとき、Ｆｃ／Ｆｏ２が０．３〜１．５となるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶銑の予備処理工程における炭素濃度の低下を補償するための溶銑の加炭処理方法に関する。

従来、溶銑段階で予備脱Ｐを行い、溶銑中の燐濃度をある程度除去してから転炉で脱炭吹錬を実施する製鋼方法が発展してきた。この予備脱Ｐ処理はトーピードカー、溶銑鍋、転炉等の設備を用い、ＣａＯ系媒溶材と気体酸素・固体酸化鉄等の酸素源を添加して行われる。しかしこの方法では、溶銑に酸素を添加するために、酸素が溶銑中の燐と反応する以外にも溶銑中の炭素と反応し、脱炭が生じて次工程での熱余裕に不足が生じる。

この次工程での熱余裕不足を補うために吹錬中に上方から炭材を添加して、添加した炭材と当量分の酸素を吹き込む技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−６９５２２号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、添加した炭材に応じて吹き込む酸素量が増加するため、吹錬時間が長くなり、処理量が減少してしまう。

さらに、特許文献１に記載の方法では、石灰の添加と同時に炭材を投入し、炭材と当量分の酸素を吹き込むことによって炭材の完全燃焼を狙っているが、炭材が未燃であった場合には、酸素供給によって生成したスラグ中のＦｅＯを炭素源が還元してしまう可能性があり、脱Ｐ不良となるおそれがある。

このように、溶銑予備脱Ｐ処理において、酸素を供給しつつ炭素源を添加して熱源を補償する技術はいまだ確立されておらず、さまざまな課題を抱えていた。

本発明は上記従来の技術の問題点を鑑み、溶銑予備脱Ｐの処理を行う際に、脱Ｐ反応を阻害することなく、効率的に加炭を行う溶銑予備処理方法を提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、気体酸素源もしくは固体酸素源を溶銑に供給して溶銑の脱Ｐ処理を行う溶銑の予備処理方法において、石灰源を炉上から塊状で添加し、石灰源を添加した後に炭素源を炉上より上置き添加することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の溶銑の予備処理方法において、前記炭素源は、連続的に添加されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の溶銑の予備処理方法において、前記炭素源の添加速度をＦ_C(kg/(min・t))、送酸速度をＦ_O2(Nm³/(min・t))としたとき、Ｆ_C/Ｆ_O2が０．３〜１．５の間になるように前記炭素源の添加速度を制御することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３いずれかに記載の溶銑の予備処理方法において、前記炭素源の粒径を１mm以上、２０mm以下とすることを特徴とする。

本発明によれば、脱Ｐ処理中に、脱Ｐ反応を阻害すること無く効率的に加炭を行うことができ、次工程以降の熱余裕の補償が可能な、極めて優れた溶銑予備処理を行うことができる。

本発明者らは、転炉型容器を用いた実験で効率的に加炭を行いつつ、脱Ｐ処理する方法を検討した。一般に脱Ｐ反応は以下の(1)式に従って進行する。

２Ｐ＋５（ＦｅＯ）＋３ＣａＯ＝３ＣａＯ・Ｐ₂Ｏ₅＋５Ｆｅ (1)

(1)式左辺第２項の（ＦｅＯ）を生成するために、酸素ガスなどの気体酸素源又は酸化鉄などの固体酸素源を供給するのであるが、背景技術の項でも明記したように、この方法では(2)式に示すように脱炭反応も進行するため、処理後の溶銑中炭素濃度が低下する。

Ｃ＋1/2Ｏ₂＝ＣＯ (2)

そこで、熱余裕補償として炭素源の添加により溶銑Ｃ濃度を増加させる方法を考えた。しかし、炭素源の添加方法が適切でない場合には、(3)式の反応によって、脱Ｐに必要なＦｅＯを還元し、脱燐反応が阻害される恐れがある。

（ＦｅＯ）＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ (3)

したがって、(1)式の反応が進行しつつ(3)式の反応が進行しないような効率的な加炭方法を考える必要がある。そこで本発明者は、石灰源を溶銑に供給した後に炭素源を炉上より連続的に上置き添加するという方法を考えた。つまり、石灰と同時に炭素源を添加すると石灰の周りにＣが存在するため、ＦｅＯが生成しにくく、石灰の滓化阻害を引き起こすおそれがあるため、それを回避しようというものである。なお、「連続的に添加する」とは、連続して添加する場合のみならず、２分間程度の短い時間間隔で炭素源を投入する場合を含むものとする。

この方法によって脱Ｐ処理後のＣ濃度は従来よりも高くなった。また炭素源を連続的に添加することで、炭材当量分の酸素を増加することなく、つまり処理時間を延長せずとも次工程以降の熱余裕を補償することが可能となった。炭素源を一括添加すると脱Ｐに有効なＦｅＯを還元してしまうおそれがあるため、当量分の酸素によって炭素源を燃焼せざるを得ないが、炭素源の分割添加により、ＦｅＯを過剰に還元することがないため、酸素を増加する必要が無くなったと考えられる。

さらに実験を繰り返すうちに、炭素源の添加速度Ｆ_Cと送酸速度Ｆ_O2の比、Ｆ_C/Ｆ_O2の制御が重要な因子であることが見出せた。Ｆ_C/Ｆ_O2が０．３より低いと加炭速度が送酸速度に比べて遅すぎるため、充分な加炭ができず、またＦ_C/Ｆ_O2が１．５より大きいと加炭速度が大きすぎて脱Ｐ反応を阻害してしまうことが確認できた。これは加炭により脱Ｐに必要なＦｅＯを還元してしまっていると考えることができる。

また、さらなる実験により、添加する炭素源の粒径も加炭及び脱Ｐ反応に影響を及ぼすことが分かってきた。粒径が小さすぎると、脱Ｐ反応を阻害し、処理後のＰ濃度が高くなる傾向に有り、一方粒径が大きすぎると、炭材歩留が悪く、処理後のＣ濃度が粒径の小さい炭素源を添加した場合と比べて低くなる傾向にあることを確認した。

なお本発明で用いられる溶銑が注銑される容器には、転炉型容器の他、トーピードカー、溶銑鍋等を挙げることができる。

高炉で出銑した溶銑を溶銑鍋内で脱珪処理し、機械撹拌を用いて溶銑鍋内で脱硫処理を施したあと、図１に示される３００ｔの転炉型容器１内で脱Ｐ処理を行った。なお、この時用いる溶銑４としては、どのような組織であっても処理可能である。因みに溶銑４の化学成分は、炭素３．８〜５．０mass％、珪素０．４mass％以下、硫黄０．０５mass％以下、燐０．０８〜０．３mass％程度である。但し、炉内で生成されるスラグの量が多くなると脱燐効率が低下するので、炉内のスラグ量を少なくして脱燐効率を高めるために、予め脱珪処理により溶銑中の珪素濃度を０．１mass％以下にまで低減しておくことが好ましい。なお、脱珪処理とは、溶銑に酸素ガスあるいはミルスケールなどの酸化鉄を添加して溶銑中の珪素を除去する処理である。上吹きランス２を用いて酸素ガス５を溶銑浴面に吹付け、炉上ホッパーより石灰６を上置き添加した。各実施例とも炉底に埋め込まれたノズル３を介して底吹きガス７として窒素ガスなどの非酸化性ガス又はＡｒガスなどの希ガスを撹拌用ガスとして０．０３〜０．２Nm³／(min・t)の供給量で吹き込み、脱燐処理を行った。なお、処理前後での温度は１２８０〜１３５０℃の範囲であれば問題なく処理でき、処理時間は１０〜１２min程度となるようにした。各実施例の結果を脱燐処理条件とともに表１に示す。

まず、比較例において石灰投入と同時に炭素源（炭材８）を炉上ホッパーより一括添加する水準（Ｎｏ．４，５）を行った。炭素源の添加により、脱Ｃ量は炭素源添加無しと比べて減少したが、脱Ｐ量も少なく、処理後の燐濃度は高くなる傾向となった。そこで、脱Ｐ不良を解消するため、石灰添加後に炭素源を一括添加する水準（発明例１、Ｎｏ．６，７）を行った。この方法では、石灰と炭素源を同時に添加する方法と比較して、脱Ｃ量はほぼ同じで、脱Ｐ量は若干上昇したが、それでも炭素源添加無しと比べると、依然として脱Ｐ量は少ない結果となってしまった。しかしながら、これら２水準の実施により、炭素源の添加時期は石灰の添加後の方が脱Ｐ反応に対して良好であることが分かった。これは上述したように、石灰添加後に炭素源を添加することで脱Ｐに必要なＦｅＯの還元量が減少したため、石灰の滓化を確保できたものと考えられる。以上の比較結果に基づき、以降の実施例では炭素源は全て石灰添加後に投入することとした。

続いて本発明では、脱Ｐ量を高めるために炭素源を連続的に添加する水準（発明例２〜５、Ｎｏ．８〜２６）を実施した。炭素源の分割添加によりＦｅＯを過剰に還元することを防ぎ、脱Ｐ量を確保しようというものである。なお、先述した通り、炭素源の連続添加とは、連続して添加する場合のみならず、２分間程度の短い時間間隔で炭素源を投入する場合も含む。表１の発明例２及び図２から明らかなように、発明例２の脱燐量は比較例の炭素源有りの実施例に比べて十分多くなっており、さらに脱Ｃ量も炭素源を添加した場合と略同等であり、炭素源添加無しに比べて少なくなっていることが分かる。このように、本発明によって酸素原単位増及び処理時間延長無しに、効率的に加炭を行いながらの脱Ｐ処理が可能なことが明らかとなった。

さらに実験を繰り返すうちに、炭素源の添加速度Ｆ_Cと送酸速度Ｆ_O2の比、Ｆ_C/Ｆ_O2の制御が効率的な加Ｃ脱Ｐに対する重要な因子であることが分かった。表１の発明例２と発明例３から明らかなとおり、Ｆ_C/Ｆ_O2比が０．３より小さくなると、脱燐量は多いものの炭材歩留が悪化する傾向があり、またＦ_C/Ｆ_O2比が１．５より大きくなると炭材歩留は良好なものの、脱Ｐ量が少なくなってしまっている。これはＦ_C/Ｆ_O2比が小さすぎると、加炭速度が小さすぎて投入した炭素源がスラグフォーミングやスロッピング、発生したＣＯガス気流などに巻き込まれて系外に出てしまい、結果炭材歩留が悪化していると考えられる。逆にＦ_C/Ｆ_O2比が大きすぎると、加Ｃ量が多すぎて脱Ｐに有効なＦｅＯを還元してしまい脱Ｐ不良を引き起こしていると考えられる。このようにＦ_C/Ｆ_O2比には最適な範囲が存在し、その範囲は０．３〜１．５であることが発明例３の結果より確認できた。

また、さらなる実験によって、炭素源の粒径も加Ｃ脱Ｐに対して影響を及ぼすことが分かってきた。表１の発明例２と発明例４から明らかなように、炭素源の粒径が１ｍｍより小さくなると炭材歩留は高いものの、脱燐量が少なくなる傾向になり、逆に粒径が２０ｍｍより大きくなると、脱Ｐ量は多くなるものの炭材歩留が悪化する傾向があることが分かる。これについては、炭材粒径が小さい場合には浸炭速度が速いため炭材歩留としては高くなるが、底吹きガス撹拌により炭材が脱Ｐ反応サイトへと供給されやすく、したがって脱Ｐサイトにある（ＦｅＯ）を還元してしまうのではないかと考えられる。逆に、炭材粒径が大きい場合にはスラグ中に炭材が留まることがほとんど無く、脱Ｐサイトに存在する（ＦｅＯ）を還元することが無いため脱Ｐ反応自体は良好であるが、浸炭速度が遅く、結局処理後のＣ濃度が低くなって炭材歩留が悪化しているものと考えられる。このように、炭材の粒径にも最適な範囲が存在し、脱Ｐ反応と加Ｃ歩留の両面から考え、最適な粒径は１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲にあることが発明例４の結果より確認できた。

また、発明例５のようにＦ_C/Ｆ_O2比及び炭材粒径が共に前述した条件を満たす場合には、より脱Ｐ量は多く、かつ炭材歩留は高くなることが分かった。

本発明で用いられる転炉型容器の概略断面図。本発明の効果を示すグラフ。

符号の説明

１…転炉型容器
２…上吹きランス
３…ノズル
４…溶銑
５…酸素ガス
６…石灰
７…底吹きガス
８…炭素源（炭材）

Claims

気体酸素源もしくは固体酸素源を溶銑に供給して溶銑の脱Ｐ処理を行う溶銑の予備処理方法において、
石灰源を炉上から塊状で添加し、石灰源を添加した後に炭素源を炉上より上置き添加することを特徴とする溶銑の予備処理方法。
前記炭素源は、連続的に添加されることを特徴とする請求項１に記載の溶銑の予備処理方法。
前記炭素源の添加速度をＦ_C(kg/(min・t))、送酸速度をＦ_O2(Nm³/(min・t))としたとき、Ｆ_C/Ｆ_O2が０．３〜１．５の間になるように前記炭素源の添加速度を制御することを特徴とする請求項２に記載の溶銑の予備処理方法。
前記炭素源の粒径を１mm以上、２０mm以下とすることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の溶銑の予備処理方法。