JP2005179691A

JP2005179691A - 溶銑の脱珪処理方法

Info

Publication number: JP2005179691A
Application number: JP2003417386A
Authority: JP
Inventors: Eiju Matsuno; 英寿松野; Akitoshi Matsui; 章敏松井; Yoshiteru Kikuchi; 良輝菊地; Takashi Itakura; 孝板倉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】溶銑中の珪素濃度が０．１質量％以下の極低珪素濃度域においても、溶銑の脱炭反応を抑制して溶銑を効率良く脱珪処理する。
【解決手段】気体酸素源または固定酸素源を添加して溶銑５を脱珪処理する際に、脱珪処理後のスラグ６中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を、２質量％以上で１０質量％以下の範囲内に調整する。この場合、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を上記範囲に調整するために、溶銑の脱燐処理工程で発生する脱燐スラグ、または脱燐処理の施されていない溶銑を用いた転炉脱炭精錬工程で発生する脱炭スラグのうちの何れかを脱珪剤として使用することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉で製造された溶銑の脱珪処理方法に関し、詳しくは、溶銑の脱炭を抑制して効率良く脱珪する方法に関するものである。

溶銑の脱燐処理及び脱炭処理を効率的に行うために、予め溶銑に対して脱珪処理を施すことが一般的に行われている。脱珪処理は、溶銑鍋やトーピードカーなどの溶銑保持容器内に収容された溶銑に、酸化鉄、ミルスケールなどの鉄酸化物を主体とする固体酸素源又は純酸素ガスなどの気体酸素源を吹き付ける又は吹き込む、或いは、高炉鋳床の溶銑樋内又は傾注樋内を流れる溶銑に、固体酸素源や気体酸素源を吹き付ける又は吹き込む、などして、固体酸素源や気体酸素源中の酸素と溶銑中の珪素とを反応させ、溶銑中の珪素を除去することによって行われている。

しかし、脱珪反応の進行に伴って溶銑中の珪素濃度が低下するため、脱珪酸素効率が悪化し、その結果、脱珪反応に寄与しない過剰の酸素は溶銑中の炭素と反応するようになる。この脱炭反応の発生・進行により、溶銑中の炭素濃度が低下するため、後工程である転炉脱炭精錬工程においては熱余裕が低下するという弊害が発生する。また、脱珪処理中に脱炭反応で生成するＣＯガスによってスラグがフォーミングし、安定した脱珪処理操業ができなくなるという弊害も生じる。

そのため、溶銑の脱珪処理時の脱炭を抑制する方法が多数提案されている。例えば、特許文献１には、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを溶銑に吹き込んで脱珪処理する際に、溶銑中の珪素濃度に応じて混合ガス中の不活性ガスの比率が高くなるように変更して脱珪処理する方法が提案されている。しかし、この方法では、脱珪反応を阻害しないようにする観点から、酸素ガスの比率を極端に下げることはできず、溶銑中の珪素濃度が低い領域では脱炭反応が進行してしまう。

又、特許文献２には、溶銑中に吹き込むガス中の酸素ガスの濃度を所定値以下に限定すると共に、溶銑の攪拌力を所定値以上に限定することによって、脱炭を抑制する方法が提案されている。しかし、この方法においても、溶銑中に吹き込むガス中には酸素ガスが含まれているため、酸素ガスと溶銑中の炭素との反応が避けられず、脱炭反応の抑制には限界がある。
特開昭６１−１５９０９号公報特開平７−２７８６３６号公報

このように、溶銑の脱珪処理において、従来、脱炭反応を抑制して効率良く脱珪するための手段が多数提案されているが、何れも十分ではなく、後工程の転炉脱炭精錬工程においては、熱余裕の不足に起因する処理コストの上昇を余儀なくされていた。

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、溶銑を脱珪処理する際に、溶銑中の珪素濃度が０．１質量％以下の極低珪素濃度域においても、溶銑の脱炭反応を抑制して溶銑を効率良く脱珪処理することのできる脱珪処理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、従来技術の見直しと、溶銑の脱珪処理の試験・研究とを繰り返し実施した。以下に、その結果を説明する。

溶銑の脱珪処理においては、従来、供給された固体酸素源中及び気体酸素源中の酸素は、溶銑中の珪素濃度が低い領域では、溶銑中の珪素以外に溶銑中の炭素とも反応する。脱珪反応は、溶銑中の珪素濃度が０．２質量％以下の領域では、溶銑中の珪素の物質移動律速による一次反応といわれており、そのため、脱珪処理時間の経過に伴い、脱珪反応に使用される単位時間当たりの酸素質量が減少し、代わって、脱炭反応に使用される単位時間当たりの酸素質量が増加する。

脱炭反応を抑制するためには、気体酸素源などの酸素源の供給速度を低下することが効果的であるが、これによって脱珪反応も抑制され、脱珪処理に費やす時間が延長する。

本発明者等は、更に研究を続けることにより、脱炭反応はスラグ組成に依存することを見出した。つまり、脱珪処理後のスラグ中の燐酸（Ｐ₂ Ｏ₅ ）濃度が高いほど、脱炭反応は抑制されるとの知見を得た。これは、界面活性元素であるＰ₂ Ｏ₅ がスラグ中に存在することにより、酸素源の供給により生成したＦｅＯが、溶銑中の炭素と下記の（１）式にしたがって反応する際の反応速度が遅くなり、脱炭反応が低下するためである。

この場合、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度については、低すぎる場合にはその効果が小さく、２質量％以上は必要であること、一方、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度が高すぎる場合には、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ が解離して溶銑中の燐濃度が上昇し、後工程である溶銑の脱燐処理工程の負担が増大し、却って処理コストが増大するため、１０質量％以下にする必要があることが分かった。

更に、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を高めるには、溶銑の脱燐処理工程で発生するスラグ（以下、「脱燐スラグ」と記す）、及び、脱燐処理の施されていない溶銑を用いた転炉脱炭精錬工程で発生するスラグ（以下、「脱炭スラグ」と記す）を、単独で或いは併用して脱珪処理において使用することで、容易になされることが確認できた。

本発明は、上記知見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珪処理方法は、気体酸素源または固定酸素源を添加して溶銑を脱珪処理する際に、脱珪処理後のスラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を、２質量％以上で１０質量％以下の範囲内に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珪処理方法は、第１の発明において、溶銑の脱燐処理工程で発生する脱燐スラグ、脱燐処理の施されていない溶銑を用いた転炉脱炭精錬工程で発生する脱炭スラグのうちの何れか１種以上を、脱珪処理中に脱珪剤とし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、脱珪処理で生成されるスラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を２〜１０質量％の範囲内に調整するので、脱珪酸素効率が向上し、脱炭反応を抑制して溶銑中の珪素濃度を効率的に低下することが可能となり、後工程の転炉脱炭精錬工程では熱余裕が確保される。これにより、転炉脱炭精錬工程では、溶銑の配合比率を低くしたり、マンガン鉱石の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。本発明では、高炉で製造された溶銑を対象として脱珪処理を施す。

高炉で溶製され、出銑された溶銑は、通常、高炉鋳床に設けられた溶銑大樋内に流入し、溶銑大樋内を下流側に向かって流れる。溶銑は、この溶銑大樋内を流下する際に溶銑大樋に設けられたスキンマにより、出銑時に高炉から排出されて混入したスラグと分離され、スラグが分離された溶銑は、スキンマの下流側に設置された溶銑樋内に流入する。そして、溶銑樋内を流下した溶銑は、溶銑樋から、溶銑樋の直下に配置した傾注樋内に落下し、更に、傾注樋から、傾注樋の直下に配置した溶銑鍋又はトーピードカーなどの溶銑保持容器内に落下して溶銑保持容器で受銑される。

本発明に係る脱珪処理方法は、スキンマによってスラグが分離された以降であるならば、溶銑樋内或いは傾注樋内を流下する溶銑であっても、また、溶銑樋から傾注樋或いは傾注樋から溶銑保持容器へと落下する溶銑であっても、更に、溶銑鍋又はトーピードカーなどの溶銑保持容器内に収容された溶銑であっても適用することができる。但し、本発明は溶銑中の珪素濃度を０．１質量％以下の極低珪素濃度域まで脱珪する方法を目的としており、この場合には、反応効率の観点から、溶銑鍋やトーピードカーなどの溶銑保持容器内で処理することが好ましく、従って、以下、溶銑保持容器として溶銑鍋を使用し、溶銑鍋内で脱珪処理する方法を例として説明する。

図１は、溶銑鍋内の溶銑に対して本発明に係る脱珪処理を施す例を示す概略図であり、脱珪処理設備において溶銑を脱珪処理する様子を示している。図１に示すように、脱珪処理設備には、上下方向に移動し、その先端から気体酸素源を溶銑５の浴面に向けて吹き付けるための上吹きランス２と、上下方向に移動し、その先端を溶銑５中に浸漬させ、生石灰、脱珪剤などの粉体状の媒溶剤を搬送用ガスと共に溶銑５中に吹き込むためのインジェクション用ランス３と、固体酸素源としてのミルスケールや鉄鉱石などの鉄酸化物、及び、生石灰や脱珪剤などの塊状の媒溶剤を溶銑５の浴面上に上置き添加するための原材料投入装置４とが備えられている。生石灰は、主に、生成されるスラグ６の塩基度調整のために使用される。

溶銑５を受銑した溶銑鍋１を脱珪処理設備に搬送し、インジェクション用ランス３を溶銑５に浸漬させ、窒素ガスやＡｒガスなどを搬送用ガスとして生石灰または脱珪剤などの粉体状の媒溶剤を吹き込み、溶銑５を攪拌しながら上吹きランス２から気体酸素源を吹き付けて脱珪処理を施す。インジェクション用ランス３からは、生石灰や脱珪剤などの粉体状の媒溶剤を吹き込まず、窒素ガスやＡｒガスなどのみを供給し、生石灰や脱珪剤などは原材料投入装置４から投入してもよい。また、ミルスケールや鉄鉱石などの固体酸素源を気体酸素源と併用してもよい。添加した生石灰や脱珪剤は、生成されるＳｉＯ₂ と反応して溶融し、溶銑５の浴面上でスラグ６を形成する。本発明では、少なくとも脱珪処理の終了した時点において、スラグ６のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を２〜１０質量％の範囲内に調整する。

スラグ６のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を２〜１０質量％の範囲内に調整するために、脱珪剤として、溶銑の脱燐処理工程で発生する脱燐スラグ、または、脱燐処理の施されていない溶銑を用いた転炉脱炭精錬工程で発生する脱炭スラグを使用することが好ましい。通常、脱燐スラグには、Ｐ₂ Ｏ₅ が３〜５質量％程度含有され、脱炭スラグには、Ｐ₂ Ｏ₅ が２〜３質量％程度含有されている。また、脱燐スラグ及び脱炭スラグには１０質量％以上のＦｅＯが含有されているため、固体酸素源としての役割も有し、更に、脱燐スラグ及び脱炭スラグはＣａＯを主成分とする組成であり、塩基度調整用の生石灰の役割も有している。

その他の脱珪剤として、固体酸素源であるミルスケールや鉄鉱石などの鉄酸化物を使用することもできる。脱燐スラグや脱炭スラグを使用しても、生成するスラグ６中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度が２質量％以上にならない場合には、燐鉱石や燐酸化物の試薬などを脱珪剤の一部として使用することとする。

生石灰及び脱珪剤を、インジェクション用ランス３を介して吹き込んで添加するか、或いは、原材料投入装置４を介して溶銑５の浴面上に上置き添加するかは、生石灰及び脱珪剤のサイズに応じて使い分ければよい。但し、これらの粉体をインジェクション用ランス３を介して添加すると、溶銑５の攪拌力が増大し、脱珪反応が促進されることから、インジェクション用ランス３を介して添加することが好ましい。

気体酸素源としては、酸素を含有するガスであれば、どの種類のガスであっても使用することができるが、脱珪反応を迅速に行うと同時に溶銑５の温度低下を防止する観点から、酸素含有量の高いガスを使用することが好ましく、特に、純酸素ガスを使用することが望ましい。尚、本発明における純酸素ガスとは、工業上で用いられる純酸素ガスであり、体積％で数％程度の窒素ガスなどの不純物ガスを含んでいても構わない。

このようにして溶銑５を脱珪処理することで、脱珪酸素効率が向上し、脱珪処理中の脱炭量を低減すると同時に、珪素含有量の少ない溶銑５を効率良く溶製することが可能となり、脱珪処理におけるコストの削減、及び、後工程の転炉脱炭精錬における熱余裕の確保などが達成される。

尚、上記説明は、溶銑鍋１内で行われる脱珪処理に対して本発明を適用した場合について説明したが、溶銑樋内又は傾注樋において行われる脱珪処理にも本発明を適用することができる。この場合も、上記説明に準じて行えばよい。但し、この場合には、添加した脱燐スラグや脱炭スラグなどの脱珪剤は溶銑と共に流下し、最終的には溶銑保持容器内に収容される。従って、溶銑保持容器内のスラグの組成が、本発明の範囲内となるように、脱珪剤の添加量を決めればよい。

高炉で製造された溶銑を容量が１４５トンの溶銑鍋に受銑した後、図１に示す脱珪処理設備へ搬送し、脱珪処理後のスラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を変化させた脱珪処理試験を実施した。溶銑の成分は、炭素濃度が４．５１〜４．６５質量％、珪素濃度が０．２０〜０．２４質量％であり、溶銑の温度は１４００〜１４５０℃であった。

溶銑湯面から上吹きランスの先端までの距離（「ランス高さ」という）を１０００ｍｍの一定値とし、溶銑鍋内の溶銑へ向けて純酸素ガスを供給し、また、インジェクション用ランスを介してガスと粉体とを溶銑中に吹き込んだ。上吹きランスからの純酸素ガスの供給速度は０．３〜０．４Ｎｍ³ ／ｍｉｎ・ｔ、インジェクション用ランスからの吹き込みガスとしては窒素ガスを用い、その流量は２００〜３００Ｎｍ³ ／ｈとした。

また、吹き込む粉体としては、基本的に生石灰粉を用い、生石灰粉の代わりに、脱燐スラグ粉、脱炭スラグ粉、及び、脱燐スラグ粉と脱炭スラグ粉とを混合したものを使用した試験も実施した。脱燐スラグ及び脱炭スラグを使用しない試験では、脱珪処理後のスラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を調整するために、試薬の燐酸化物を使用し、この試薬の添加量を調整し、生石灰粉と同時に添加した。粉体の吹き込み速度は５０〜１５０ｋｇ／ｍｉｎの範囲で試験した。

純酸素ガスの原単位、脱珪処理後のスラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度、脱珪処理前後の溶銑の成分変化などを表１に示し、また、図２に、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度と処理前後の脱炭量との関係を、図３に、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度と処理前後の溶銑中燐濃度の変化量との関係を示す。

表１、図２及び図３からも明らかなように、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度が２質量％以上になると、溶銑の脱炭量が少なくなることが分かった。また、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度が１０質量％を越えると、脱珪処理中に溶銑中の燐濃度が上昇する（「復燐」という）ことが分かった。これは、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ が解離して、溶銑中に移行するためである。

これに対して、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度が２〜１０質量％の範囲内においては、脱炭が抑制され、且つスラグからの燐の移行もほとんどなく、効率的な脱珪処理が行われることが分かった。

溶銑鍋内の溶銑に対して本発明に係る脱珪処理を施す例を示す図である。実施例１において調査した、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度と処理前後の脱炭量との関係を示す図である。実施例１において調査した、スラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度と処理前後の溶銑中燐濃度の変化量との関係を示す図である。

符号の説明

１溶銑鍋
２上吹きランス
３インジェクション用ランス
４原材料投入装置
５溶銑
６スラグ

Claims

気体酸素源または固定酸素源を添加して溶銑を脱珪処理する際に、脱珪処理後のスラグ中のＰ₂ Ｏ₅ 濃度を、２質量％以上で１０質量％以下の範囲内に調整することを特徴とする、溶銑の脱珪処理方法。
溶銑の脱燐処理工程で発生する脱燐スラグ、脱燐処理の施されていない溶銑を用いた転炉脱炭精錬工程で発生する脱炭スラグのうちの何れか１種以上を、脱珪処理中に脱珪剤として添加することを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の脱珪処理方法。