JP2007009237A - 低燐溶銑の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶銑を脱燐処理して低燐溶銑を製造するに当たり、多量の蛍石を使用することなく、少ない石灰系脱燐用フラックスで効率良く脱燐処理する。
【解決手段】 溶銑１６を保持した容器２内に酸素源１８と石灰系の脱燐用フラックス１７とを添加して、溶銑に脱燐処理を施すことにより低燐溶銑を製造する方法において、上吹きランス４を通じて酸素ガスと少なくとも一部の石灰系脱燐用フラックス１７とを溶銑浴面に吹き付けるとともに、搬送用ガスとともに溶銑中に吹き込んだ固体酸素源１８を、前記酸素ガスの吹き付けによって生じる火点Ｒの近傍へ供給する。その際に、上吹きランスから供給される石灰系脱燐用フラックスのうちの少なくとも一部を火点に吹き付けること、また、固体酸素源の吹き込み速度を０．０３〜１ｋｇ／分・溶銑ｔｏｎとすることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶銑予備処理として行われる脱燐処理によって低燐溶銑を効率的に製造するための方法に関するものである。

従来の高炉−転炉法に代わって、溶銑の段階で、脱燐処理及び脱硫処理を行う溶銑予備処理を加えた処理方法が広く用いられるようになった。当初、これらの予備処理は、鋼材の品質面上から低硫化や低燐化が要求されるものについて実施されていたが、近年では、転炉における生産性向上、転炉でのＭｎ鉱石の還元によるコスト削減効果などにより、銑鋼一貫の製鉄所における製鋼工程のトータルコストを削減する手段として、出銑されるほぼ全ての溶銑に対して脱硫処理及び脱燐処理が施されるようになってきた。

このうち、脱燐処理は、溶銑を攪拌しながら、酸素ガスなどの気体酸素源または鉄鉱石などの固体酸素源を脱燐剤として供給するとともに生石灰などの脱燐用フラックスを添加し、溶銑中の燐をこれらの酸素源で酸化し、生成する燐酸化物を生石灰などの脱燐用フラックスに吸収して固定させ、溶銑から燐を除去するという方法で行われている。この場合に、脱燐用フラックスが滓化しないと燐酸化物を吸収しないので、脱燐用フラックスの滓化促進のために、蛍石（ＣａＦ₂ ）を添加することが広く行われている。処理容器としては、トーピードカー、溶銑鍋、転炉型精錬炉などが用いられている。

この脱燐反応を促進させるために、従来、種々の手段が提案されている。例えば、特許文献１には、トーピードカーに収容された溶銑中に固体酸素源と生石灰とを、空気或いは不活性ガスを搬送用ガスとして吹き込むとともに、溶銑中に酸素ガスを吹き込んで行う脱燐処理方法が開示されている。特許文献２には、溶銑中に固体酸素源と生石灰と蛍石とを酸素ガスを搬送用ガスとして吹き込みながら、上方から酸素ガスまたは固体酸素源を連続的に供給して行う脱燐処理方法が開示されている。また、特許文献３には、転炉型精錬炉に収容された溶銑に攪拌用ガスを吹き込んで攪拌しながら、上吹きランスから酸素ガスとともに酸化カルシウム粉を溶銑に吹き付けて行う脱燐処理方法が開示されている。
特開平６−２７９８２５号公報 特開平６−２８７６１６号公報 特開平８−３１１５２３号公報

溶銑の脱燐反応は、供給した酸素源と溶銑中の燐とが反応して燐酸化物を形成し、この燐酸化物を生石灰などの脱燐用フラックスが吸収・固定することで推進する。従って、脱燐反応を促進させるためには、生成した燐酸化物が直ちに脱燐用フラックスに吸収されるような条件にする必要がある。また、燐酸化物の生成速度は、溶銑中の燐濃度に依存することから、反応済みの燐濃度の低い溶銑は供給される酸素源の近傍からできるだけ早く離れ、燐濃度の高い溶銑に更新されなければならない。このようにすることで、少ない脱燐用フラックスで効率良く脱燐することが可能となる。つまり、生石灰などの脱燐用フラックスの添加位置は酸素源の添加位置の周辺にする必要があり、単に溶銑に吹き込み添加しても脱燐効率は上昇しない。また、攪拌用ガスを吹き込んで溶銑を攪拌する場合、攪拌の激しい位置と激しくない位置が発生するが、脱燐反応の効率を高めるためには攪拌の激しい位置で脱燐反応を進行させる必要がある。

このような観点から上記従来技術を検討すると、何れの技術も未だ改善する余地が高いといわざるを得ない。つまり、少ない脱燐用フラックスで効率良く脱燐することに関しては未だ十分ではなく、更なる改善の余地が十分に残されている。

ところで、近年、生石灰などの石灰系脱燐用フラックスの滓化を促進するための蛍石の添加については、フッ素が環境に及ぼす影響を考慮して、鋼の精錬においても蛍石の使用量を極力削減することが求められており、蛍石添加により脱燐効率の向上を図ることにも限界がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶銑を脱燐処理して低燐溶銑を製造するに当たり、多量の蛍石を使用することなく、少ない石灰系脱燐用フラックスで効率良く脱燐処理することができ、これによりスラグ発生量も極力低減することができる、低燐溶銑の製造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・研究を行った。その結果、上吹きランスから酸素ガスとともに生石灰などの石灰系脱燐用フラックスを溶銑浴面に吹き付けることで、生成される多量のＦｅＯによって石灰系脱燐用フラックスの滓化が促進されると同時に、酸素ガスと反応して生成される燐酸化物が直ちに石灰系脱燐用フラックスに吸収されることから脱燐反応が促進することを確認した。また、この状態で、上吹きランスから供給される酸素ガスによって形成される火点近傍の攪拌強度を高めることで、火点近傍即ち脱燐反応界面の溶銑が更新され、脱燐反応が更に効率的に行われるとの知見を得た。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る低燐溶銑の製造方法は、溶銑を保持した容器内に酸素源と石灰系の脱燐用フラックスとを添加して、溶銑に脱燐処理を施すことにより低燐溶銑を製造する方法において、上吹きランスを通じて酸素ガスと少なくとも一部の石灰系脱燐用フラックスとを溶銑浴面に吹き付けるとともに、搬送用ガスとともに溶銑中に吹き込んだ固体酸素源を、前記酸素ガスの吹き付けによって生じる火点近傍へ供給することを特徴とするものである。

第２の発明に係る低燐溶銑の製造方法は、第１の発明において、上吹きランスから供給される石灰系脱燐用フラックスのうちの少なくとも一部は、酸素ガスの吹き付けによって生じる火点に吹き付けられることを特徴とするものである。

第３の発明に係る低燐溶銑の製造方法は、第１または第２の発明において、搬送用ガスとともに溶銑中に吹き込む固体酸素源の吹き込み速度を０．０３〜１ｋｇ／分・溶銑ｔｏｎとすることを特徴とするものである。

第４の発明に係る低燐溶銑の製造方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、脱燐処理で添加される固体酸素源のうちの１０質量％以上を溶銑中に吹き込んで添加することを特徴とするものである。

第５の発明に係る低燐溶銑の製造方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、珪素の含有量が０．４０質量％以下の溶銑に対して脱燐処理を行うことを特徴とするものである。

第６の発明に係る低燐溶銑の製造方法は、第１ないし第５の発明の何れかにおいて、溶銑を保持する容器として鍋型またはトーピードカー型の容器を用い、上吹きランスを通して酸素ガスと少なくとも一部の石灰系脱燐用フラックスとを溶銑浴面に吹き付けるとともに、インジェクションランスまたは吹込み羽口を通じて搬送用ガスとともに固体酸素源を吹き込むことを特徴とするものである。

本発明によれば、多量の蛍石を添加することなく且つ少ない石灰系脱燐用フラックスの使用量で効率的な脱燐処理を行うことができ、これによりスラグ発生量も極力低減することが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明による脱燐処理を実施する際に用いた脱燐処理設備の概略断面図である。

図１において、高炉（図示せず）から出銑された溶銑１６を収容した溶銑鍋２が、台車３に搭載されて脱燐処理設備１に搬入されている。脱燐処理設備１には、上吹きランス４とインジェクションランス５とが設置されており、上吹きランス４及びインジェクションランス５は、溶銑鍋２の内部を上下移動可能となっている。

上吹きランス４には、酸素ガス配管７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を介して任意の流量で上吹きランス４から溶銑鍋２の内部に供給されるようになっている。また、酸素ガス配管７は分岐しており、分岐した酸素ガス配管７Ａは、粉状の石灰系脱燐用フラックス１７を収容した貯蔵タンク６に接続されていて、この貯蔵タンク６には、上吹きランス４と接続するフラックス移送配管８が接続されている。即ち、貯蔵タンク６に供給された酸素ガスは、貯蔵タンク６に収容される石灰系脱燐用フラックス１７の搬送用ガスとして機能し、フラックス移送配管８を経由して上吹きランス４の先端から石灰系脱燐用フラックス１７を溶銑鍋２に収容される溶銑１６の浴面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には遮断弁９が設けられ、また、酸素ガス配管７Ａには遮断弁１０が設けられており、酸素ガスを上吹きランス４から直接供給することも、また、貯蔵タンク６を経由して供給することも任意に調整することができるようになっている。

石灰系脱燐用フラックス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などを滓化促進剤として加えてもよいが、本発明においては石灰系脱燐用フラックス１７を溶銑浴面に吹き付けて添加するので、生石灰粉単体であっても十分に滓化して、アルミナ粉などの滓化促進剤は用いなくても十分に脱燐することができる。特に、生成されるスラグ２１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、蛍石などのフッ素含有物質は滓化促進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。

脱燐剤として上吹きランス４から吹き付ける酸素ガスは工業用純酸素であり、窒素ガスなどの不純物を体積％で数％程度含んでいてもよい。脱燐剤として酸素ガスを用いることで、酸化熱によって溶銑１６の温度は上昇する。空気、酸素富化空気などの酸素含有ガスも、気体酸素源として使用することができるが、脱燐反応速度が速いことから酸素ガスを使用することが好ましい。

インジェクションランス５は、貯蔵タンク１１と接続されており、貯蔵タンク１１に収容された鉄鉱石など酸化鉄からなる粉状の固体酸素源１８を、窒素ガスやＡｒガスなどの非酸化性ガスまたは不活性ガスを搬送用ガスとして、溶銑１６に吹き込み添加することができる。固体酸素源１８は酸素ガスと同様に脱燐剤として機能するものである。但し、固体酸素源１８を添加することにより、酸化熱は発生するものの、固体酸素源１８の顕熱及び潜熱のために溶銑１６の温度は低下する。インジェクションランス５からは、窒素ガスやＡｒガスなどの非酸化性ガスまたは不活性ガスのみを吹き込み、溶銑１６を攪拌することもできる。

更に、脱燐処理設備１には、ホッパー１２及びホッパー１３と、原料搬送装置１４と、シュート１５とからなる原料供給設備が設置されており、この原料供給設備を用いて、ホッパー１２に収容された粒状或いは塊状の固体酸素源１９、及び、ホッパー１３に収容された粒状或いは塊状の石灰系脱燐用フラックス２０を溶銑鍋２の内部に上置き添加することができるようになっている。粒状或いは塊状の固体酸素源１９は、粉状の固体酸素源１８と同様に脱燐剤として機能し、粒状或いは塊状の石灰系脱燐用フラックス２０は、脱燐反応により生成された燐酸化物と反応して燐酸化物をスラグ２１に固定するためのものである。固体酸素源１８，１９としては、鉄鉱石、焼結鉱、ミルスケール、集塵ダストなどを用いることができる。尚、本発明では、石灰系脱燐用フラックスとしては、主に粉状の石灰系脱燐用フラックス１７を使用するので、塊状の石灰系脱燐用フラックス２０は必ずしも必要とはしない。上置き添加する場合には、石灰系脱燐用フラックス２０の滓化は遅く、従って、石灰系脱燐用フラックス２０に蛍石などの滓化促進剤を混合してもよく、また、石灰系脱燐用フラックス２０の代わりに他のフラックスを収容してもよい。

このような構成の脱燐処理設備１を用い、本発明に係る脱燐処理を以下のようにして実施する。

溶銑１６にインジェクションランス５を浸漬させ、インジェクションランス５から窒素ガスやＡｒガスなどを搬送用ガスとして固体酸素源１８を連続的に吹き込むとともに、石灰系脱燐用フラックス１７を酸素ガスとともに上吹きランス４を通して溶銑１６の浴面に連続的に吹き付け、溶銑１６の脱燐処理を実施する。上吹きランス４を通して吹き付けられる酸素ガスは溶銑１６の浴面に衝突して、所謂「火点」を形成する。図１においては、火点をＲで示している。火点Ｒは周囲よりも凹んでおり、スラグ２１は火点Ｒの周囲に押しやられる。

その際、インジェクションランス５から吹き込んだ固体酸素源１８が、火点Ｒの近傍に供給されるように、インジェクションランス５の吐出角度、位置及び搬送用ガスの流量を調整する。これは、事前に予備試験などを行うことにより、問題なく実施することができる。この場合、インジェクションランス５の替わりに、溶銑鍋２の底部或いは側壁部に羽口（図示せず）を設け、羽口から固体酸素源１８を吹き込むようにしてもよい。羽口の位置を上吹きランス４の鉛直方向直下位置とすれば、羽口から吹き込まれる固体酸素源１８は必然的に火点Ｒの近傍に供給される。

上吹きランス４を通じて酸素ガスを溶銑浴面に吹き付けると、浴面に衝突した酸素ガスによって火点Ｒでは大量のＦｅＯが生成される。その結果、火点Ｒは石灰系脱燐用フラックス１７の滓化に有利な条件となり、このＦｅＯが大量に生成した領域に上吹きランス４を通じて石灰系脱燐用フラックス１７を直接供給することにより、石灰系脱燐用フラックス１７のＣａＯと、生成するＦｅＯとが接触することによって、石灰系脱燐用フラックス１７はその表面にＣａＯ−ＦｅＯ系融体を形成する。つまり、石灰系脱燐用フラックス１７の表面は滓化した状態になる。酸素ガスと反応して生成した燐酸化物（Ｐ₂ Ｏ₅ ）は、このＣａＯ−ＦｅＯ系融体に取り込まれ、３ＣａＯ・Ｐ₂Ｏ₅ という安定な固相を形成する。３ＣａＯ・Ｐ₂ Ｏ₅ という安定な固相を形成した石灰系脱燐用フラックス１７は、脱燐処理の進行に伴ってスラグ２１として火点Ｒの周囲に押し出される。

また、溶銑１６に吹き込まれた固体酸素源１８による攪拌効果によって、反応済みの燐濃度の低い溶銑が直ちに火点Ｒの近傍から排除され、火点Ｒの近傍は溶銑１６のバルクと同等の燐濃度が維持されるため、供給する酸素ガスと溶銑中の燐との反応速度を、高い状態のまま維持して脱燐処理することができる。つまり、脱燐速度を高めることができる。

このように火点Ｒを中心とした領域において直接的な脱燐反応が生じるとともに、火点Ｒの外側に押し出されたスラグ２１が固相主体の状態で存在することにより、少ない石灰系脱燐用フラックス１７，２０の使用量で効率的な脱燐を行うことができる。

従って、本発明では、石灰系脱燐用フラックスの少なくとも一部を火点Ｒに吹き付ける。可能ならば、必要とする石灰系脱燐用フラックスの全量を火点Ｒに吹き付けることが好ましい。必要とする石灰系脱燐用フラックスの全量を上吹きランス４から添加できる場合には、上置き添加される石灰系脱燐用フラックス２０は、添加する必要がない。

インジェクションランス５からは火点Ｒにおける溶銑１６の攪拌強度を維持させるために、脱燐処理の終了まで固体酸素源１８を吹き込む。固体酸素源１８を吹き込むことで、攪拌用ガスのみを吹き込む場合に比べてより大きな攪拌力を得ることができる。固体酸素源１８の吹き込み速度は、０．０３〜１ｋｇ／分・溶銑ｔｏｎとすることが好ましい。吹き込み速度が０．０３ｋｇ／分・溶銑ｔｏｎ未満では、攪拌力が不十分であり、一方、吹き込み速度が１ｋｇ／分・溶銑ｔｏｎを超えても攪拌力の上昇効果は少なく、それに対して吹き込み設備の設備コストが上昇するので好ましくない。固体酸素源１８をこの範囲の吹き込み速度で吹き込み、更に、固体酸素源を必要とする場合には、固体酸素源１９を上置き添加する。この場合、攪拌力を確保するために、脱燐処理で使用される固体酸素源のうちの少なくとも１０質量％以上を溶銑中に吹き込んで添加するように、吹き込み速度を調整することが好ましい。

酸素源として供給する酸素ガスと固体酸素源との比率は、処理前後の溶銑の温度、成分に応じて、温度バランスから設定する。前述したように、酸素ガスを使用すれば温度が上昇し、固体酸素源を使用すれば温度が低下する。脱燐処理終了時の溶銑１６の温度は、１２５０℃〜１４００℃望ましくは１２５０℃〜１３５０℃とすればよい。

インジェクションランス５から石灰系脱燐用フラックスを吹き込んでも攪拌力は上昇するが、溶銑１６に吹き込んだ石灰系脱燐用フラックスがＦｅＯ濃度の高い火点Ｒに到達する比率は、石灰系脱燐用フラックスを直接火点Ｒに吹き付けた場合に比べて少なくなる。少ない石灰系脱燐用フラックスで効率的に脱燐反応を行うためには、石灰系脱燐用フラックスを脱燐反応サイトである火点Ｒに吹き付ける必要がある。従って、本発明では、インジェクションランス５からは石灰系脱燐用フラックスを供給しない。石灰系脱燐用フラックス１７，２０の投入量は、溶銑１６の珪素濃度及び燐濃度に応じて変更することとするが、最大でも４０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ程度であれば十分である。また、ランス高さは特に限定する必要はなく、スラグ２１の生成量などを勘案して設定すればよい。

脱燐処理後、溶銑１６を収容した溶銑鍋２を排滓場に搬送し、ドラッガーなどを用いて溶銑鍋２からスラグ２１を排出し、その後、次工程に搬送する。

本発明の脱燐処理で対象とする溶銑１６としては、どのような組成であっても処理することができ、脱燐処理の前に脱硫処理や脱珪処理が施されていてもよい。脱珪処理とは、溶銑１６に酸素ガスやミルスケールなどの酸化鉄を添加し、主として溶銑１６の珪素を除去する処理である。因みに、脱燐処理前の溶銑１６の主な化学成分は、炭素：３．８〜５．０質量％、珪素：０．２質量％以下、硫黄：０．０５質量％以下、燐：０．０８〜０．２質量％程度である。但し、脱燐処理で発生するスラグ２１の量が多くなると脱燐効率が低下するので、スラグ２１の発生量を少なくして脱燐効率を高めるために、予め脱珪処理などにより、溶銑１６の珪素含有量を０．４質量％以下まで低減しておくことが好ましい。溶銑中の珪素は脱燐処理においては優先的に酸化され、ＳｉＯ₂ を形成する。また、溶銑温度は１２５０〜１３５０℃の範囲であれば問題なく脱燐処理することができる。

以上説明したように、本発明では、石灰系脱燐用フラックス１７を酸素ガスとともに溶銑１６の浴面に向けて吹き付けて添加し、且つ、溶銑中に吹き込んだ固体酸素源１８を火点Ｒの近傍へ供給するので、蛍石などのフッ素源を使用しなくても石灰系脱燐用フラックス１７の滓化が十分に進行し、少ない石灰系脱燐用フラックスの使用量で効率的な脱燐処理を行うことができ、これによりスラグ発生量も低減することが可能となる。

尚、上記説明では、溶銑鍋２を処理容器として用いた例で説明したが、本発明を実施する上で処理容器は溶銑鍋２に限るわけではなく、トーピードカーや装入鍋であっても、更には転炉型精錬炉であっても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を容量が２００トンの溶銑鍋で受銑して図１に示す脱燐処理設備に搬送して脱燐処理を施した。脱燐処理前の溶銑成分は、珪素濃度：０．０５〜０．３０質量％、燐濃度：０．０８〜０．１２質量％であった。生石灰粉を石灰系脱燐用フラックスとして酸素ガスとともに処理開始時点から上吹きランスを介して溶銑浴面に吹き付けるとともに、インジェクションランスから窒素ガスを搬送用ガスとして鉄鉱石の焼結工場で発生したダストを固体酸素源として０．０５〜０．５ｋｇ／分・溶銑ｔｏｎの吹き込み速度で吹き込んだ。必要とする生石灰の全量を上吹きランスから吹き付け添加した。添加する生石灰の量は処理前の溶銑中の珪素濃度によって設定した。酸素源原単位は、脱珪に要する酸素を除き酸素ガス換算で７〜９Ｎｍ³ ／溶銑ｔｏｎとした。

この条件で脱燐処理した結果、石灰系脱燐用フラックスとしての生石灰の使用量は５．５ｋｇ／溶銑ｔｏｎであり、脱燐量が同等の従来の場合に必要な生石灰が約７．２ｋｇ／溶銑ｔｏｎであったのに比べ、大幅に使用量を削減することができた。

本発明による脱燐処理を実施する際に用いた脱燐処理設備の概略断面図である。

符号の説明

１ 脱燐処理設備
２ 溶銑鍋
３ 台車
４ 上吹きランス
５ インジェクションランス
６ 貯蔵タンク
７ 酸素ガス配管
８ フラックス移送配管
９ 遮断弁
１０ 遮断弁
１１ 貯蔵タンク
１２ ホッパー
１３ ホッパー
１４ 原料搬送装置
１５ シュート
１６ 溶銑
１７ 石灰系脱燐用フラックス
１８ 固体酸素源
１９ 固体酸素源
２０ 石灰系脱燐用フラックス
２１ スラグ
Ｒ 火点

Claims (6)

1. 溶銑を保持した容器内に酸素源と石灰系の脱燐用フラックスとを添加して、溶銑に脱燐処理を施すことにより低燐溶銑を製造する方法において、上吹きランスを通じて酸素ガスと少なくとも一部の石灰系脱燐用フラックスとを溶銑浴面に吹き付けるとともに、搬送用ガスとともに溶銑中に吹き込んだ固体酸素源を、前記酸素ガスの吹き付けによって生じる火点近傍へ供給することを特徴とする、低燐溶銑の製造方法。
2. 上吹きランスから供給される石灰系脱燐用フラックスのうちの少なくとも一部は、酸素ガスの吹き付けによって生じる火点に吹き付けられることを特徴とする、請求項１に記載の低燐溶銑の製造方法。
3. 搬送用ガスとともに溶銑中に吹き込む固体酸素源の吹き込み速度を０．０３〜１ｋｇ／分・溶銑ｔｏｎとすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の低燐溶銑の製造方法。
4. 脱燐処理で添加される固体酸素源のうちの１０質量％以上を溶銑中に吹き込んで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つに記載の低燐溶銑の製造方法。
5. 珪素の含有量が０．４０質量％以下の溶銑に対して脱燐処理を行うことを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の低燐溶銑の製造方法。
6. 溶銑を保持する容器として鍋型またはトーピードカー型の容器を用い、上吹きランスを通して酸素ガスと少なくとも一部の石灰系脱燐用フラックスとを溶銑浴面に吹き付けるとともに、インジェクションランスまたは吹込み羽口を通じて搬送用ガスとともに固体酸素源を吹き込むことを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の低燐溶銑の製造方法。

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