JP2013127089A - 溶銑予備処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トピードカーにおいて溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理を行うに際し、脱Ｓｉ・Ｐ反応を効果的に促進するとともに、冷鉄源溶解のための熱余裕を十分に確保する。
【解決手段】トピードカー内に保持された溶銑に対して、酸素ガスと酸化鉄源及び石灰源からなる粉状脱燐剤を吹き込みランス又は上吹きランスを通じて供給し、溶銑に脱Ｓｉ反応と脱Ｐ反応を順次生じさせ、溶銑中のＳｉ及びＰを除去する方法において、酸素ガス比率（％）＝｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００（但し、Ａ：粉状脱燐剤のうち酸化鉄源に含まれる酸素量（Ｎｍ^３／min）、Ｂ：酸素ガス流量（Ｎｍ^３／min））で示される酸素ガス比率を、脱Ｓｉ反応期間中は８０％以上、脱Ｐ反応期間中は６０％以下とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、トピードカーを用いて溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理を行う溶銑予備処理方法に関するものである。

近年、鉄鋼プロセスにおけるＣＯ_２排出抑制のために、製鋼工程での冷鉄源（スクラップなど）の使用が拡大している。製鋼工程で冷鉄源を使用する場合、冷鉄源溶解のための熱余裕創出が必要となる。トピードカーを用いた溶銑脱Ｐ処理では、脱燐剤であるダスト、スケール、焼結鉱などの酸化鉄源と石灰が溶銑中に吹き込まれる。しかし、酸化鉄を脱Ｐ用の酸素源として用いることにより、酸化鉄の還元熱の分だけ溶銑温度が低下し、熱余裕が低下してしまう。これに対しては、脱Ｐ用の酸素源として用いられる酸化鉄と酸素ガスの割合を、酸素ガスの比率が高くなるようにすることにより、熱余裕の低下を抑制することが可能である。しかしながら、酸素ガス比率を高くすると反応領域の温度が高くなるため、脱Ｐ反応には不利である。このため、冷鉄源溶解のための熱余裕創出と、脱Ｓｉ・Ｐ反応の促進を両立させることができる技術が望まれていた。

トピードカーによる溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理中に酸素ガスを供給する方法として、特許文献１には、２重管ランス（内管：酸素、外管：プロパンガス）を用いることにより、ランスの溶損を抑制しつつ、溶銑中に酸素を吹き込む方法が示されている。また、特許文献２には、酸素ガスを上吹きランスにより溶銑表面に吹きつける方法が示されている。また、特許文献３には、溶銑搬送容器として保温性の高いトピードカーを用いて、予め冷鉄源を容器内に装入する方法が示されている。

特開２００７−２３１３４２号公報 特開２００７−２７７６２６号公報 特開２００７−１６９７１８号公報

特許文献１の方法では、溶銑に浸漬させた２重管ランスにより溶銑中に酸素ガスを吹き込み、脱Ｓｉ反応を酸素ガス主体で行い、熱余裕を増加させている。しかし、トピードカーで溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理を行う場合に、脱Ｓｉ反応、脱Ｐ反応における熱余裕拡大と反応効率を両立させる条件が明確でない。
また、特許文献２の方法では、上吹きランスを用いて溶銑表面に酸素ガスを吹き付け、溶銑中Ｃの燃焼とＣＯガスの２次燃焼を介して溶銑温度の上昇を図っている。しかし、この方法でも熱余裕拡大と脱Ｐ反応効率を両立させる条件が明確でない。また、特許文献３の方法では、高炉での受銑前にトピードカー内に予め装入した冷鉄源を効率的に溶解することが可能であるが、脱Ｓｉ・脱Ｐ反応を考慮した溶銑温度の制御が行われていない。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、トピードカーにおいて溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理を行うに際し、脱Ｓｉ・Ｐ反応を効果的に促進することができるとともに、冷鉄源溶解のための熱余裕を十分に確保することができる溶銑予備処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］トピードカー内に保持された溶銑に対して、酸素ガスと酸化鉄源及び石灰源からなる粉状脱燐剤を吹き込みランス又は上吹きランスを通じて供給し、溶銑に脱Ｓｉ反応と脱Ｐ反応を順次生じさせ、溶銑中のＳｉ及びＰを除去する方法において、下記（1）式で示される酸素ガス比率を、脱Ｓｉ反応期間中は８０％以上、脱Ｐ反応期間中は６０％以下とすることを特徴とする溶銑予備処理方法。
酸素ガス比率（％）＝｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００ …（1）
但し Ａ：粉状脱燐剤のうち酸化鉄源に含まれる酸素量（Ｎｍ^３／min）
Ｂ：酸素ガス流量（Ｎｍ^３／min）
［2］上記［1］の溶銑予備処理方法において、高炉での受銑前にトピードカー内に予め装入する冷鉄源又は／及び処理中に上方からトピードカー内に添加する冷鉄源により、処理中の溶銑温度を１４００℃以下に制御することを特徴とする溶銑予備処理方法。

本発明法によれば、トピードカーにおいて溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理を行うに際し、脱Ｓｉ・Ｐ反応効率を高位に保ちつつ、冷鉄源溶解のための熱余裕を十分に確保することができる。

本発明で使用されるトピードカーと、溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理の実施状況を示す説明図 溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理を行った試験において、処理前半の脱Ｓｉ反応期間中における酸素ガス比率と脱Ｓｉ酸素効率との関係を示すグラフ 溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理を行った試験において、処理後半の脱Ｐ反応期間中における酸素ガス比率と脱Ｐ酸素効率との関係を示すグラフ 溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理を行った試験において、溶銑の処理後温度と処理後［Ｐ］濃度との関係を示すグラフ

本発明の溶銑予備処理方法は、トピードカー内に保持された溶銑に対して、酸素ガスと酸化鉄源及び石灰源からなる粉状脱燐剤を吹き込みランス又は上吹きランスを通じて供給し（溶銑中への吹き込み又は溶銑浴面への吹き付け）、溶銑に脱Ｓｉ反応と脱Ｐ反応を順次生じさせ、溶銑中のＳｉ及びＰを除去する方法である。
この方法における酸素ガスと粉状脱燐剤の供給形態、使用する粉状脱燐剤（酸化鉄及び石灰源）及び酸素ガス、粉状脱燐剤の搬送ガスなどの各条件については、後に詳述する。

本発明者らは、トピードカーにおける脱Ｓｉ・Ｐ処理（溶銑予備処理）について、反応効率と熱余裕拡大が両立する条件を見出すべく、以下のような試験を行った。
図１に実験を行ったトピードカーを示す。１はインジェクションランス（吹き込みランス）、２はトピードカー内に保持された溶銑、３は同じくスラグであり、脱Ｓｉ・Ｐ処理では、先端が溶銑２に浸漬されたインジェクションランス１を通じて、溶銑２中に粉状脱燐剤を搬送ガスとともに吹き込み、溶銑に脱Ｓｉ反応と脱Ｐ反応を順次生じさせ、溶銑中のＳｉ及びＰを除去する。一般に、粉状脱燐剤としては、酸化鉄源（例えば、焼結鉱粉、スラグ粉、ダスト、スケールなど）と石灰が用いられ、搬送ガスとしては不活性ガスや酸素ガスが用いられる。

この試験では、インジェクションランス１として、耐火物で被覆された２重管ランス（内管：酸素＋窒素、外管：プロパンガス）を用いた。
処理の対象とした溶銑量、溶銑温度及び成分（初期条件）を表１に、処理条件を表２にそれぞれ示す。粉状脱燐剤としては、ＣａＯ粉と酸化鉄源である焼結鉱粉、ダスト及び転炉スラグ粉を用いた。この粉状脱燐剤を、インジェクションランス１の内管を通じて搬送ガス（酸素＋窒素）とともに溶銑２中に吹き込んだ。
この試験では、下記（1）式で示される処理中の酸素ガス比率が処理効率に及ぼす影響を調べた。処理中の酸素ガス比率は、酸化鉄源である焼結鉱、ダスト及び転炉スラグ粉の吹き込み速度と、その搬送ガス中に混合する酸素ガスの割合によって制御した。
酸素ガス比率（％）＝｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００ …（1）
但し Ａ：粉状脱燐剤のうち酸化鉄源に含まれる酸素量（Ｎｍ^３／min）
Ｂ：酸素ガス流量（Ｎｍ^３／min）
ここで、酸化鉄源が含有する酸素量は、酸化鉄源を構成する化合物中の酸素濃度と脱燐剤の供給速度から計算される。

酸化鉄源中に含まれる酸素量は粉体種によって異なるが、酸化鉄の分析値から換算して、焼結鉱粉及びダストの酸素量は０．１５〜０．１７Ｎｍ^３／min、転炉ダスト粉の酸素量は０．０５〜０．０８Ｎｍ^３／minとした。
処理前半の脱Ｓｉ反応期間、処理後半の脱Ｐ反応期間について、それぞれ酸素ガス比率と処理効率との関係を調査した。その結果を図２と図３に示す。ここで、脱Ｓｉ酸素効率、脱Ｐ酸素効率は以下の式で示される。
脱Ｓｉ酸素効率＝ΔＳｉ（％）×８．０／（酸素原単位，Ｎｍ^３／ｔ）
脱Ｐ酸素効率＝ΔＰ（％）×９．０３／（酸素原単位，Ｎｍ^３／ｔ）
但し ΔＳｉ：［脱Ｓｉ処理前Ｓｉ濃度（mass％）］−［脱Ｓｉ処理後Ｓｉ濃度（mass％）］
ΔＰ：［脱Ｐ処理前Ｐ濃度（mass％）］−［脱Ｐ処理後Ｐ濃度（mass％）］
なお、上記ΔＳｉの定義中「脱Ｓｉ処理」とは、処理前半の脱Ｓｉ反応期間中での処理を指し、同じくΔＰの定義中「脱Ｐ処理」とは、処理後半の脱Ｐ反応期間中での処理を指す。
また、脱Ｓｉ反応期間、脱Ｐ反応期間期の区別は、トーピードカーの集塵系統で測定される排ガス温度或いはサンプル採集で判定でき、例えば、排ガス温度の急上昇で脱Ｓｉ反応期間が終了したと判断することができる。

図２によれば、脱Ｓｉ反応期間中の酸素ガス比率は８０％以上が好適であることが判る。また、図３によれば、脱Ｐ反応期間中の酸素ガス比率は６０％以下が好適であることが判る。脱Ｓｉ反応については、反応効率に及ぼす酸素ガス比率の影響はそれほど大きくはないが、酸素ガス比率が８０％以上の高い領域で脱Ｓｉ反応効率が高位にあり、熱余裕拡大との両立が容易である。一方、脱Ｐ反応については、全体的に酸素ガス比率が高くなると脱Ｐ酸素効率は低下する傾向にあり、酸素ガス比率が６０％超でその傾向が顕著になる。酸素ガス比率の増加により溶銑中に吹き込まれた領域での温度が上昇し、低温ほど有利である脱Ｐ反応の効率が低下したものと考えられる。熱余裕拡大のためには好適範囲内でより高い酸素ガス比率とすることが望ましいが、脱Ｐ酸素効率が僅かに低下するため、脱Ｐ処理時間等の制約により適宜調整するとよい。すなわち、処理後温度を高くすることを優先する場合には酸素ガス比率を高目にし、一方、処理後Ｐ濃度を低くすることを優先する場合には、酸素ガス比率を低目にすればよい。

以上の結果から、本発明では、トピードカー内に保持された溶銑（溶銑中又は溶銑浴面）に対して、酸素ガスと酸化鉄源及び石灰源からなる粉状脱燐剤を吹き込みランス又は上吹きランスを通じて供給し、溶銑に脱Ｓｉ反応と脱Ｐ反応を順次生じさせ、溶銑中のＳｉ及びＰを除去するに際し、上記（1）式で示される酸素ガス比率を、脱Ｓｉ反応期間中は８０％以上、脱Ｐ反応期間中は６０％以下とするものであり、このような酸素ガス比率となるよう、粉状脱燐剤である酸化鉄源の吹き込み速度と供給する酸素ガス量を適宜調整する。

さらに、上記のように脱Ｓｉ反応期間及び脱Ｐ反応期間をそれぞれ好適条件で行う際の溶銑温度の影響を調査した。ここで、処理中の温度上昇は初期の溶銑温度と成分により変動する。それに対応するため、溶銑に添加する冷鉄源について、高炉受銑前のトピードカー内前置き（高炉受銑前にトピードカー内に冷鉄源を予め装入しておくこと）と、処理中の上添加（処理中にトピードカー内の溶銑に冷鉄源を上方から添加すること）を併用して冷鉄源量を溶銑に対する質量比で１０質量％以内に調整した。この試験における溶銑量、溶銑温度及び成分（初期条件）を表３に示す。この試験ではトータル酸素原単位を６．０Ｎｍ^３／ｔとした。また、冷鉄源の上添加は専用ホッパーを用いた。

図４に、溶銑の処理後温度と処理後［Ｐ］濃度との関係を示す。これによれば、溶銑の処理後温度が１４００℃超では処理後［Ｐ］濃度が高く、脱Ｐ反応効率が低い。このため、処理中の溶銑温度は１４００℃以下とすることが好ましい。また、冷鉄源の前置き、上添加による溶銑温度変化の実績と、反応効率、使用副原料から計算される処理中の溶銑温度変化に基づき、溶銑温度を１４００℃以下とする制御が可能であることが判った。したがって、高炉での受銑前にトピードカー内に予め装入する冷鉄源又は／及び処理中に上方からトピードカー内に添加する冷鉄源により、処理中の溶銑温度を１４００℃以下に制御することが好ましい。

本発明では、酸素ガスと粉状脱燐剤を吹き込みランス（インジェクションランス）を通じて溶銑中に吹き込んでもよいし、上吹きランスを通じて溶銑浴面に吹き付けてもよく、また、両者を併用してもよい。また、吹き込みランスや上吹きランスは、それぞれ複数本使用してもよい。
酸素ガスは、単独で供給してもよいし、粉状脱燐剤の搬送ガスとして粉状脱燐剤とともに供給してもよい。また、酸素ガスは、他のガスと混合して供給してもよい。

粉状脱燐剤である酸化鉄源としては、例えば、焼結鉱、ダスト、スケール、スラグ粉などの酸化鉄含有粉が挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。また、スラグは、転炉スラグ、２次精錬スラグなど再利用可能なスラグであればいかなるものでもよい。
同じく粉状脱燐剤である石灰源としては、ＣａＯ粉、転炉スラグ、鋳造スラグなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。
粉状脱燐剤の搬送ガスは、酸素ガス、窒素ガス、圧縮空気などが挙げられ、本発明が規定する酸素ガス比率を満足する範囲で、これらの１種以上を用いることができる。
冷鉄源としては、製鉄所内で発生する地金類、還元鉄、成型スクラップなど、主たる成分が金属であるものであればよいい。

図１に示すトピードカーを用い溶銑の脱Ｓｉ・Ｐ処理（溶銑予備処理）を行った。インジェクションランス（吹き込みランス）による粉状脱燐剤と搬送ガスの吹き込み条件、溶銑量と溶銑温度及び成分（初期条件）は、表２及び表３と同様とした。
本実施例における酸素ガス比率と冷鉄添加量、溶銑の処理後温度及び処理後［Ｐ］濃度を表４に示す。
比較例のなかで、比較例１は脱Ｓｉ反応期間中の酸素ガス比率が本発明範囲から外れたもの、比較例２は脱Ｐ反応期間中の酸素ガス比率が本発明範囲から外れたもの、比較例３は脱Ｓｉ反応期間中と脱Ｐ反応期間中のいずれもで酸素ガス比率が本発明範囲から外れたものである。

また、発明例のなかで、発明例２は、冷鉄源の前置き及び上添加により処理中の溶銑温度を１４００℃以下に制御したものである。
発明例１では、溶銑の処理後［Ｐ］濃度が比較例とほぼ同一条件において、より多くの冷鉄源を溶解することができている。また、発明例２のように冷鉄源添加量の調整により溶銑温度を１４００℃以下とすることにより、冷鉄源の多量溶解と溶銑の低Ｐ化がともに達成されている。

１ インジェクションランス
２ 溶銑
３ スラグ

Claims (2)

1. トピードカー内に保持された溶銑に対して、酸素ガスと酸化鉄源及び石灰源からなる粉状脱燐剤を吹き込みランス又は上吹きランスを通じて供給し、溶銑に脱Ｓｉ反応と脱Ｐ反応を順次生じさせ、溶銑中のＳｉ及びＰを除去する方法において、
   下記（1）式で示される酸素ガス比率を、脱Ｓｉ反応期間中は８０％以上、脱Ｐ反応期間中は６０％以下とすることを特徴とする溶銑予備処理方法。
   酸素ガス比率（％）＝｛Ｂ／（Ａ＋Ｂ）｝×１００ …（1）
   但し Ａ：粉状脱燐剤のうち酸化鉄源に含まれる酸素量（Ｎｍ^３／min）
   Ｂ：酸素ガス流量（Ｎｍ^３／min）
2. 高炉での受銑前にトピードカー内に予め装入する冷鉄源又は／及び処理中に上方からトピードカー内に添加する冷鉄源により、処理中の溶銑温度を１４００℃以下に制御することを特徴とする請求項１に記載の溶銑予備処理方法。

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