JP2008196026A - 溶銑の予備処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、現状よりコストをかけないで、且つ予備処理での溶銑の温度をあまり低下させずに、転炉におけるスクラップの使用量を高めることの可能な溶銑予備処理方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 処理容器に保持した溶銑中に、インジェクションランスを浸漬し、該ランスを介して酸化剤と石灰系造滓剤を、処理の開始当初より終了まで連続的に吹き込み、該溶銑から脱珪及び脱燐を行う溶銑の予備処理方法を改良した。改良後の方法は、処理開始当初は、気体酸素だけを吹き込み、溶銑のＳｉ濃度が０．１質量％まで低下した後に、前記気体酸素に加え、固体酸化剤及び生石灰を吹き込むと同時に、前記処理容器の上方空間に別途設けた上吹きランスを介して、該溶銑の浴面上に気体酸素を吹き付けるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶銑の予備処理方法に係わり、特に、処理容器に保持した溶銑中に、インジェクションランスを浸漬し、該インジェクションランスを介して酸化剤や造滓剤を吹き込み、該溶銑から脱珪、脱燐を行う技術に関する。

近年、製鋼工程では、転炉精錬の負荷軽減、精錬に要するトータル・コストの最小化を図るため、高炉から出銑した溶銑が含有する珪素（記号：Ｓｉ），燐（記号：Ｐ）及び硫黄（記号：Ｓ）を、該溶銑の転炉での主精錬前に予めできるだけ除去する所謂「溶銑予備処理」が行われている。そして、所謂「低燐、低硫黄」の鋼材が要求される今日では、転炉精錬のほとんどが、溶銑予備処理を経た溶銑を用いて行われている。

そのような溶銑予備処理としては、図２に示すように、処理容器１に保持した溶銑２の中に、処理の開始より終了まで、前記インジェクションランス３を介して、酸化剤として気体酸素４及び／又は固体酸化剤（例えば、焼結鉱、製鉄ダスト、ミルスケール等の酸化鉄含有物質）５並びに石灰系造滓剤６を溶銑２中に連続的に吹き込み、溶銑の脱珪と脱燐とを行う方法がある（例えば、特許文献１及び引用文献２参照）。この場合、高炉から出銑したばかりの溶銑１は、Ｓｉを０．１〜０．６質量％、Ｐを０．０８〜０．１８質量％程度含有しており、処理の開始当初は脱珪反応が優先的に先行して起き、その後に脱燐反応が支配的になる。また、脱珪反応によってＳｉＯ_２分の多いスラグ７が生成するが、該スラグ７は後に起きる脱燐反応に悪影響を与えるので、脱珪期の途中あるいは脱珪期の終了後に処理容器から排出して処理を継続するのである。ここで、固体酸化剤を吹き込むのは、酸化剤として気体酸素よりも溶銑内での分散性が良いので、脱珪反応や脱燐反応の促進に有利であり、さらに、固体酸化剤の分解が吸熱反応で、溶銑の温度を低下させ、脱燐反応が起き易くなるからである。

しかしながら、溶銑の温度は、それ以降の転炉精錬での都合や溶銑の凝固温度との兼ね合いで、無制限に低下するのは好ましくない。そこで、図３に示すように、前記インジェクションランス３とは別に、溶銑１に浸漬させない上吹きランス８を処理容器１の上方空間（フリーボードともいう）９に設け、該上吹きランス８を介して溶銑の浴面上に気体酸素を上吹きして、浴内で発生し、前記上方空間に存在するＣＯガスを所謂「２次燃焼」させ、その発生熱で溶銑温度の必要以上の低下を抑止することも行われている。

ところで、最近の製鋼工程では、環境・省エネルギーの見地より、ＣＯ_２の大気放出量の低減が望まれ、転炉での鉄源としての溶銑に加える鉄スクラップ（以下、単にスクラップという）の使用量の増加が期待されている。すなわち、溶銑に比べ、スクラップの炭素含有量が格段に低いため、酸素吹錬してもＣＯ_２の大気放出量が減るからである。さらに、溶銑を製造するには、高炉で還元剤としてのコークスを大量に使用する。したがって、溶銑とスクラップにすることで、コークスの使用によるＣＯ_２の排出量を削減することができるからである。

転炉での鉄源として溶銑に加えるこのスクラップの配合量は、溶銑予備処理を行った溶銑を使用していなかった以前では、溶銑重量の１０〜１５質量％であった。しかしながら、溶銑予備処理を経た溶銑の使用が普及した今日では、該配合量は約５％程度に減少している。冷たいスクラップを溶銑へ多量投入すると、溶銑の温度が低下し過ぎるので、多量使用ができなくなっていたのである。

そのため、予備処理溶銑の利用を必須とする今日では、現状よりコストをかけないで、且つ予備処理での溶銑の温度をあまり低下させずに、転炉におけるスクラップの使用量を高める技術の出現が熱望されている。
特開２００４−１８９４２号 特開２００４−１４９８７６号

本発明は、かかる事情に鑑み、現状よりコストをかけないで、且つ予備処理での溶銑の温度をあまり低下させずに、転炉におけるスクラップの使用量を高めることの可能な溶銑予備処理方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。すなわち、本発明は、処理容器に保持した溶銑中に、インジェクションランスを浸漬し、該インジェクションランスを介して酸化剤と石灰系造滓剤を吹き込み、該溶銑からの脱珪及び脱燐を行う溶銑の予備処理方法において、処理開始当初は、石灰系造滓剤は吹き込まずに専ら酸化剤として気体酸素だけを吹き込み、溶銑のＳｉ濃度が０．１質量％まで低下した後に、前記気体酸素に加え、固体酸化剤及び石灰系造滓剤を吹き込むと同時に、前記処理容器の上方空間に別途設けた上吹きランスを介して、該溶銑の浴面上に気体酸素を吹き付けることを特徴とする溶銑の予備処理方法である。

この場合、前記処理容器を溶銑鍋又は混銑車としたり、あるいは前記固体酸化剤を焼結鉱、製鉄ダスト及び／又はミルスケールとするのが好ましい。

本発明によれば、脱Ｓｉ期に固体酸化剤を使用しないので、該固体酸化剤の吸熱分解が起きず、溶銑温度の低下が抑制でき、従来の方法に比べて、予備処理後の溶銑のＰ濃度を高めることなく、溶銑の温度を２２℃程度上昇できる。その結果、予備処理を施した溶銑を転炉に使用しても、従来の方法で予備処理した溶銑を使用した場合に比べて、製鋼プロセスにおける溶銑へのスクラップ配合比率を従来よりも２〜５％増加することが可能となる。また、脱珪期に溶銑の上に存在するスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を従来より低下できるばかりでなく、スラグ温度の上昇により、脱珪期中及び脱珪期終了後のスラグの容器からの排滓性が向上する。その結果、以後の脱燐期で使用する塩基度調整用石灰の量が減り、その使用原単位を従来より大幅に削減できる。

以下、発明をなす経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

発明者は、従来の溶銑予備処理方法を熱的な観点で見直し、従来技術は、溶銑の予備処理開始当初から終了まで分解吸熱する固体酸化剤を連続的に使用するものであり、脱珪期での酸素効率の点では良いが、熱損失のミニマム化という点では不十分であると結論した。そして、引き続き、対策として、既存の設備を用い、投入するエネルギーを従来より抑えて安価に溶銑予備処理を行うことができないか検討した。その結果、従来の処理開始当初の比較的反応効率の良い脱珪期を、酸化剤として気体酸素の吹き込みだけ行なっても溶銑の脱珪は十分にでき、且つ、固体酸化剤の分解顕熱による熱損失も削減できると考えた。つまり、処理開始当初は、インジェクションランスを介して気体酸素だけを溶銑中に吹き込み、溶銑のＳｉ濃度がある程度に低下した後に、前記気体酸素に加え、固体酸化剤及び石灰系造滓剤を吹き込み、脱燐を主体とした処理を行うのである。

そこで、発明者は、このインジェクションランスを介して気体酸素だけを溶銑中に吹き込む適切な期間を見出すため、気体酸素だけを溶銑中に吹き込む実験を行い、図１に示すような脱珪効率についてのデータを得た。ここで、脱珪効率は下式で定義されるものである。

脱Ｓｉ効率（％）＝［脱Ｓｉ量からの理論酸素量（ｍ^３（標準状態））／供給酸素量（ｍ^３（標準状態））］×１００
図１によれば、気体酸素だけの吹込みで、溶銑のＳｉ濃度は、０．１質量％まで低下すると上記脱珪効率が急激に低下してくる。そこで、発明者は、前記気体酸素だけを溶銑中に吹き込む期間を溶銑のＳｉ濃度が０．１質量％までの期間と定めることにしたのである。なお、このような溶銑の脱珪効率が急激に低下してくる時期は、気体酸素を吹き込む対象となる溶銑の組成（特にＳｉ濃度）や温度、気体酸素の吹き込み流量等の処理条件に依存して変化する。しかしながら、多くの実験結果に基づくと、実際に予備処理される条件下では、気体酸素だけを溶銑中に吹き込む期間を溶銑のＳｉ濃度：０．１質量％として十分であることが確認できた。

次に、発明者は、処理開始当初は、インジェクションランスを介して気体酸素だけを溶銑中に吹き込み、溶銑のＳｉ濃度がある程度に低下した後に、前記気体酸素に加え、固体酸化剤及び石灰系造滓剤として生石灰を吹き込み、脱燐を主体とした処理を行った場合に脱燐の起きる程度が、前記した従来の方法（図２参照）で予備処理した場合に比べてどのようになるかを検討した。

その結果、図４に示すように、脱燐量に対する溶銑温度の降下量が削減された。また、本方法において、発明者は、溶銑のＳｉ濃度が０．０１質量％を下回った時期に、従来から行われている「処理容器の上方空間に別途設けた上吹きランスを介して、該溶銑の浴面上に気体酸素を吹き付け、上方空間に存在するＣＯを二次燃焼して、その熱を溶鋼に着熱する」技術をも採用することにした。脱珪反応の終了後から脱炭反応が活発になるので、所謂「二次燃焼」による効果は十分に得られるからである。

そして、この二次燃焼を伴う実験を行ったところ、処理後の溶銑温度が従来法による場合に比べて約２２℃上昇し、脱燐程度が低下することもなかったので、この方法を本発明としたのである。つまり、従来技術から、処理中に溶銑への気体酸素の供給方法だけを変化させ、処理中の溶銑温度の低下をミニマム化したのである。また、脱珪期に固体酸化剤を使用しないため、該固体酸化剤に含有される石灰分が浴に供給されない。そのため、脱珪期の終了後に存在するスラグは、従来よりも低塩基度となり、さらに温度が高いので、処理容器からの排出（排滓性という）し易くなる。その結果、脱燐期に形成されるスラグの量も少なくなり、吹き込む塩基度調整用の生石灰の使用量が削減できる。

このような本発明を実施する処理容器としては、溶銑の搬送に利用する既存の溶銑鍋又は混銑車とするのが好ましい。従来よりの処理実績があり、経済的に有利だからである。また、固体酸化剤としては、酸化鉄を含有する物質であれば特に限定しないが、製鉄所で入手し易く、安価なので、焼結鉱、製鉄ダスト、ミルスケ−ルの利用で十分である。なお、石灰系造滓剤としては、公知の石灰系造滓剤である生石灰単味、若しくは生石灰を主体とし、これに石灰石（ＣａＣＯ_３）や蛍石（ＣａＦ_２）を加えたものが使用できる。

高炉から出銑したばかりの３５０トンの溶銑を、収容能力４５０トンの混銑車に受け、既存の予備処理設備（図３参照、インジェクションランス及び上吹きランスを使用する）を利用して従来方法（図５参照）及び本発明に係る方法で溶銑の予備処理を行った。なお、本発明に係る方法の実施に際しては、固体酸化剤として焼結鉱を４５ｋｇ／ｔ−溶銑、脱燐剤に生石灰を３ｋｇ／ｔ−溶銑使用した。また、気体酸素は、全期間を通じて１０〜３０ｍ^３（標準状態）／ｍｉｎの一定量を吹き込み、上吹きランスからの二次燃焼用気体酸素の流量は、２０〜３０ｍ^３（標準状態）／ｍｉｎとした。さらに、溶銑のＳｉ濃度がほぼ０．１０質量％になることの判断を、処理中のスラグフォーミングの程度（フォーミングしたスラグの高さ）を目視観察することで行った。溶銑中のＳｉ濃度が０．１０質量％以下に低下すると、供給された酸素が溶銑中のＣを酸化し、ＣＯガスの発生が活発となる。このため、急激にスラグがフォーミングし始めるので、フォーミング高さの急増をもって溶銑中のＳｉ濃度がほぼ０．１０質量％に到達したことを知り得るのである。

実施結果を、処理前後の溶銑の組成、溶銑温度及び脱珪期に排出したスラグの量で評価し、表１及び図６に一括して示す。

表１より、本発明によれば、すべての実施例で従来技術による場合に比べて、処理後の溶銑温度が２２℃上昇し、溶銑の燐濃度も０．００７質量％だけ低下していることが明らかである。また、図６より、排滓量は、本発明の実施で増加することも明らかである。さらに、スクラップの使用比率を従来より２〜５％増加させることができた。

本発明の基礎とした溶銑の気体酸素吹錬だけによって得られた溶銑のＳｉ濃度と脱珪効率との関係を示す図である。 従来の溶銑予備脱珪及び脱燐処理方法を説明する模式図である。 図２とは別態様の従来の溶銑予備脱珪及び脱燐処理方法を説明する模式図である。 溶銑の予備処理実験における脱燐結果を示す図である。 溶銑予備処理における操業パターンを比較した図であり、それぞれ（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来法の場合である。 溶銑予備処理における排滓量を本発明の場合と従来法の場合とで比較した図である。

符号の説明

１ 処理容器（混銑車）
２ 溶銑
３ インジェクションランス
４ 気体酸素
５ 固体酸化剤
６ 石灰系造滓剤
７ スラグ
８ 上吹きランス
９ フリーボード

Claims (3)

1. 処理容器に保持した溶銑中に、インジェクションランスを浸漬し、該インジェクションランスを介して酸化剤と石灰系造滓剤を吹き込み、該溶銑からの脱珪及び脱燐を行う溶銑の予備処理方法において、
   処理開始当初は、石灰系造滓剤は吹き込まずに専ら酸化剤として気体酸素だけを吹き込み、溶銑のＳｉ濃度が０．１質量％まで低下した後に、前記気体酸素に加え、固体酸化剤及び石灰系造滓剤を吹き込むと同時に、前記処理容器の上方空間に別途設けた上吹きランスを介して、該溶銑の浴面上に気体酸素を吹き付けることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
2. 前記処理容器を溶銑鍋又は混銑車とすることを特徴とする請求項１記載の溶銑の予備処理方法。
3. 前記固体酸化剤を、焼結鉱、製鉄ダスト及び／又はミルスケールとすることを特徴とする請求項１又は２記載の溶銑の予備処理方法。

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