JP2016029206A - 溶銑の予備処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの転炉型精錬炉を用いて溶銑の脱珪処理と脱燐処理とを、途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑の予備処理方法において、脱珪処理後の溶銑の燐濃度を低減させることにより、次工程の脱燐処理におけるＣａＯ系媒溶剤の原単位を抑制する。
【解決手段】 転炉型精錬炉１内の溶銑５に上吹きランス２から気体酸素源を供給して溶銑を脱珪処理する脱珪処理工程と、脱珪処理工程で生成したスラグの一部を排出する排滓工程と、排滓工程後、ＣａＯ系媒溶剤を添加し、上吹きランスから気体酸素源を供給して残留させた溶銑を脱燐処理する脱燐処理工程と、を有する予備処理方法であって、脱珪処理終了時のスラグの塩基度を１．１〜１．５に制御し、且つ、脱珪処理工程において、炉内に供給される酸素量のうちで脱珪反応に使用される分を除いた酸素量を脱珪外酸素量と定義したとき、脱珪処理における脱珪外酸素量原単位を５．０〜９．０Ｎｍ³／溶銑−ｔに制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、１つの転炉型精錬炉を用いて溶銑の脱珪処理と脱燐処理とを、途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑の予備処理方法に関する。

近年、転炉型精錬炉を用いた溶銑の予備処理技術の開発が進み、以下の予備処理方法が開発されている。即ち、転炉型精錬炉内の溶銑に脱珪処理を行った後に転炉型精錬炉を傾転させて脱珪処理で生成した炉内のスラグ（脱珪処理で生成するスラグを「脱珪スラグ」という）の少なくとも一部を排出し、その後、炉内にＣａＯ系媒溶剤を投入し、残留させた溶銑に脱燐処理を行う、という精錬方法（この精錬方法を「２回排滓法」という）が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

この２回排滓法は、転炉型精錬炉における従来の予備処理方法、つまり、精錬開始時にＣａＯ系媒溶剤を投入して転炉型精錬炉内の溶銑に脱珪・脱燐処理を行う予備処理方法と比較して、以下の利点がある。即ち、（１）途中で脱珪スラグを排出することから珪素含有量の高い溶銑の処理が可能であり、溶銑中の珪素を熱源として有効活用することが可能、（２）途中で脱珪スラグを排出することで、その後の脱燐処理時でのＣａＯ系媒溶剤の使用量を削減することが可能、という利点がある。

この２回排滓法においては、脱珪処理後の排滓工程で、如何に速やかに短時間で且つ目標とする所定量の脱珪スラグを炉内から排出するかが、操業の重要なポイントとなる。排滓工程での脱珪スラグの排出量が少ない場合には、上記の効果は得られず、前述した従来の転炉型精錬炉における予備処理方法と同等になる。

また、脱燐処理の終了後、脱燐処理した溶銑は炉から出湯するものの、脱燐処理で生成したスラグ（脱燐処理で生成するスラグを「脱燐スラグ」という）を炉内に残留させ、脱燐スラグを残留させた転炉型精錬炉に次チャージの溶銑を装入し、この溶銑に対して上記手順に沿って予備処理を行うという精錬方法も開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。この精錬方法には、更に、以下の利点がある。即ち、（３）脱燐処理で生成した脱燐スラグを炉内に残すことにより、脱珪処理時でのＣａＯ系媒溶剤の削減、脱燐スラグの顕熱の活用、脱燐スラグ中の鉄分の回収が可能、（４）脱燐スラグを再使用すること及び溶銑中の珪素を熱源として有効活用することで熱効率が高く、冷鉄源の配合比率を高めることが可能、（５）塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）が比較的高く、エージング処理が必要である脱燐スラグの発生を抑制し、脱燐スラグを、エージング処理を省略しても良好な体積安定性が得られる脱珪スラグに転換することが可能、という利点がある。

この脱燐スラグを残留させた転炉型精錬炉に次チャージの溶銑を装入し、この溶銑に対して上記手順に沿って予備処理を行うという精錬方法においては、脱珪処理での復燐の防止が重要となる。ここで、「復燐」とは、スラグ中の燐酸化物が還元され、この還元によって生成する燐が溶銑に移行して溶銑の燐濃度が上昇する現象である。

特許文献３は、脱珪処理後のスラグの塩基度を０．５以上１．５以下、溶銑温度を１２４０℃以上１４００℃以下とすることで、復燐を防止しつつ次工程の脱燐処理が行えることを開示している。

しかしながら、脱珪処理中の復燐を防止したとしても、従来、脱珪処理では脱燐反応を促進させることは行われておらず、脱珪処理後の溶銑の燐濃度は高く、つまり、次工程の脱燐処理に持ち込まれる溶銑の燐濃度は高く、次工程の脱燐処理ではＣａＯ系媒溶剤の使用量を低減することはできない。

そこで、本発明者らは、次工程の脱燐処理におけるＣａＯ系媒溶剤の使用量を低減することを検討した。その結果、溶銑の燐濃度が比較的高い脱珪処理中には、脱燐スラグに比較して相対的に脱燐能の低い脱珪スラグであっても、ＣａＯ系媒溶剤の使用量を大幅に増大させることなく、酸素供給量及びスラグ塩基度を適正化することで、脱燐量を増大させる余地があることを知見した。脱珪処理における脱燐量を増大させることにより、次工程の脱燐処理におけるＣａＯ系媒溶剤の使用量を低減することが可能となる。この知見は、特許文献１、特許文献２及び特許文献３には記載されていない。

また、脱燐スラグを残留させる方法では、脱珪処理後のスラグの排出量が不十分であると、前チャージで残留させた脱燐スラグに由来する燐が炉内に大量に残留し、次チャージの脱燐処理では溶銑の燐濃度を目標レベルまで低下させることが困難となるので、脱珪処理後の排滓工程におけるスラグの排出量を十分に確保する必要がある。一方、スラグの排出量を確保するべく、排滓のための作業時間が長くなると、このような予備処理の実施可能なチャージ数が制限されたり、また、スラグの排出速度を増すために炉体の傾き角度を大きくし過ぎると、スラグとともに流出する溶銑の流出量が増大して鉄歩留まりが低下したりするという問題が起こる。従って、これらの問題が起こらないように、脱珪処理後の排滓工程ではスラグの排出を効率良く行う必要がある。

そこで、本発明者らは、脱珪処理後の排滓工程における脱珪スラグの排出性について検討した。その結果、脱珪処理中での脱珪スラグのフォーミングが少ないと、脱珪スラグの流動性が低く、所定時間内で十分な量の脱珪スラグを排出することは困難であることがわかった。従って、排滓工程で速やかに且つ十分な量の脱珪スラグを炉内から流出させるためには、脱珪吹錬中に脱珪スラグを安定的にフォーミングさせなければならないことを知見した。ここで、スラグのフォーミングとは、溶融状態のスラグが気泡を含み、見掛け上、体積膨脹する現象である。

つまり、脱珪処理中のスラグレベルを検知し、脱珪スラグのフォーミングを制御することが重要であることを知見した。但し、脱珪スラグの過剰なフォーミングは、排滓工程時に突沸的なスラグの流出を招き、これを抑える処置が必要となり、却って排滓工程の時間を延長させることから、フォーミングを適度に制御することが重要であることも知見した。これらの知見は、特許文献１及び特許文献２には記載されていない。

従来、転炉型精錬炉でのスラグのフォーミングを検知する方法として、特許文献４には、サブランスに一定振動数・振幅の振動（強制振動）を与えると同時にサブランスの振動を測定しながら、サブランスを炉内に挿入し、与えた強制振動の減衰量に基づいて、炉内スラグのフォーミング高さを検出する方法が提案されている。しかしながら、この方法は、サブランスの先端がフォーミングしたスラグに埋没した状態を前提とする技術であり、フォーミングが少なく、サブランスの先端がフォーミングしたスラグに埋没しない場合には、フォーミング高さを検出することはできない。また、生成するスラグの組成や温度によって強制振動の減衰量は変化するので、フォーミング高さを精度良く検出することは困難である。

また、特許文献５及び特許文献６には、マイクロ波を用いて精錬中のスラグ高さを測定する方法が提案されている。しかしながら、これらの技術は、転炉での溶銑の脱炭精錬におけるフォーミング検知技術であり、溶銑予備処理の脱珪処理での脱珪スラグと、転炉での脱炭精錬での転炉スラグとは、スラグの温度、塩基度、酸化鉄濃度が大きく異なることから、電気伝導度が大きく異なり、そのために、マイクロ波の反射特性は脱珪処理と脱炭精錬とで異なり、脱炭精錬での実績をそのまま脱珪処理に適用することはできない。

例えば、特許文献５には、その原理は不明であるが、送信波と反射波との混合波の周波数変化に基づいてスラグレベルを検知することや、マイクロ波の反射率からスラグレベルを検知することが記載されている。しかしながら、電気伝導度の小さい脱珪スラグでは、マイクロ波の反射率は非常に小さくて大部分は透過するので、溶銑浴面からの反射波や、溶銑浴面とスラグ表面での多重反射波も存在することから、特許文献５の方法ではスラグレベルを検知することができない。

また、特許文献６では、送受信用のアンテナを炉内に挿入しており、高温のスラグや溶銑の液滴に晒される精錬炉内では、短時間の使用でもこれらの液滴がアンテナに付着して凝固するので、精錬期間中に連続して測定することは困難である。

特開平１１−３２３４２０号公報 特開２００１−２７１１１３号公報 特開２０１３−１６７０１５号公報 特開平５−２５５７２６号公報 特開昭５９−４１４０９号公報 特開平３−２８１７１７号公報

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、１つの転炉型精錬炉を用いて溶銑の脱珪処理と脱燐処理とを、途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑の予備処理方法において、脱珪処理後の溶銑の燐濃度を低減させることにより、次工程の脱燐処理におけるＣａＯ系媒溶剤の原単位を抑制することのできる溶銑の予備処理方法を提供することである。また、脱珪処理後の排滓工程では、突沸的なスラグの流出を抑えたうえで、目標とする所定量の脱珪スラグを速やかに短時間で炉外に排出することができ、次工程の脱燐処理では、コスト面及び品質面から十分な脱燐処理を行うことを可能とする、溶銑の予備処理方法を提供することである。

つまり、脱珪処理における脱燐反応促進と脱珪スラグの効率的な排出とを両立させて、コスト面及び品質面から効率的な脱燐処理を行うことを可能とする、溶銑の予備処理方法を提供することである。

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］転炉型精錬炉内の溶銑に上吹きランスから気体酸素源を供給して溶銑を脱珪処理する脱珪処理工程と、該脱珪処理工程で生成したスラグの少なくとも一部を前記転炉型精錬炉から排出する排滓工程と、該排滓工程後、前記転炉型精錬炉内にＣａＯ系媒溶剤を添加し、前記上吹きランスから気体酸素源を供給して残留させた溶銑を脱燐処理する脱燐処理工程と、を有する溶銑の予備処理方法であって、前記脱珪処理終了時の炉内のスラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）を１．１以上１．５以下に制御し、且つ、前記脱珪処理工程において、炉内に供給される酸素量のうちで脱珪反応に使用される分を除いた酸素量を脱珪外酸素量と定義したとき、前記脱珪処理における脱珪外酸素量原単位を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上９．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以下に制御することを特徴とする、溶銑の予備処理方法。
［２］前記脱珪処理終了時における溶銑の燐含有量を０．０５質量％以上０．０９質量％以下に制御することを特徴とする、上記［１］に記載の溶銑の予備処理方法。
［３］前記脱珪処理終了時における溶銑の燐含有量を、前記脱燐処理後の溶銑の燐含有量の目標値の２．０倍以上３．５倍以下に制御することを特徴とする、上記［１］または上記［２］に記載の溶銑の予備処理方法。
［４］前記脱燐処理工程後、炉内の溶銑を前記転炉型精錬炉から出湯した後、炉内のスラグを前記転炉型精錬炉から排出せずに炉内に残留させたまま、次チャージの溶銑を前記転炉型精錬炉に装入し、該溶銑に対して前記予備処理を行うことを特徴とする、上記［１］ないし上記［３］の何れか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
［５］前記脱珪外酸素量原単位は、前記転炉型精錬炉に装入する溶銑と冷鉄源中の金属鉄との合計量１トンあたりの脱珪処理工程における酸素量原単位（Ｎｍ³／溶銑−ｔ）をＡとし、前記転炉型精錬炉に装入する溶銑に含有される珪素量と、脱珪処理前及び脱珪処理中に前記転炉型精錬炉に投入される添加物に含有される酸化物ではない珪素量とを、合計した珪素量総原単位（ｋｇ／溶銑−ｔ）をＢとしたとき、下記の（１）式で定義されることを特徴とする、上記［１］ないし上記［４］の何れか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
脱珪外酸素量原単位（Ｎｍ³／溶銑−ｔ）＝Ａ−０．８×Ｂ・・・(１)
［６］前記脱珪処理中に炉内の溶銑浴面からのスラグ高さを測定し、炉内の溶銑浴面から炉口までの炉内フリーボードの高さに対する測定されたスラグ高さの比率をスラグ高さ比率と定義したとき、スラグ高さ比率が０．６以上となるまで吹錬を継続して行い、スラグ高さ比率が０．６以上０．８未満のときにスラグのフォーミング鎮静材を炉内に投入して吹錬を継続し、スラグ高さ比率が０．５以上０．７以下となっている状態で、脱珪処理を終了することを特徴とする、上記［１］ないし上記［５］の何れか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
［７］前記スラグ高さの測定結果に基づいて、前記脱珪処理中に、上吹きランスからの気体酸素源の供給流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口からの攪拌用ガスの供給流量、炉内のスラグの組成、スラグのフォーミング鎮静材の投入量の群から選択された少なくとも１種を調整し、この調整によって、脱珪処理中における炉内のスラグ高さを制御することを特徴とする、上記［６］に記載の溶銑の予備処理方法。
［８］擬似ランダム信号処理レーダー方式マイクロ波距離計を用い、１０ＧＨｚ以下の周波数のマイクロ波を前記転炉型精錬炉内に送信して炉内からの反射波を受信し、反射波の往復伝播時間から対象物までの距離を求め、炉口から溶銑浴面までの範囲に存在する対象物からの反射波の信号のうちで、反射波の信号に対応する対象物までの距離が脱珪処理開始時から変化せずに、継続して存在する反射波の信号をノイズとして除去したうえで、溶銑浴面に対応する反射波の信号を除いて最も反射強度が高い反射波の信号をスラグ表面からの反射波の信号と判定してスラグ表面までの距離を求め、求めたスラグ表面までの距離に基づいて前記スラグ高さを測定することを特徴とする、上記［６］または上記［７］に記載の溶銑の予備処理方法。

本発明によれば、１つの転炉型精錬炉を用いて、溶銑の脱珪処理と脱燐処理とを、途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑の予備処理において、脱珪処理終了時の脱珪スラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）を１．１以上１．５以下、好ましくは１．２超え以上１．５以下に制御し、且つ、脱珪処理工程において、炉内に供給される酸素量のうちで脱珪反応に使用される分を除いた酸素量を脱珪外酸素量と定義したとき、この脱珪外酸素量原単位を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上９．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以下に制御するので、脱珪処理工程において脱燐反応が進行し、脱珪処理後の溶銑の燐濃度を低減することができる。これにより、次工程の脱燐処理では、少ないＣａＯ系媒溶剤の使用量で溶銑の燐濃度を低濃度まで低減することが可能となる。

本発明に係る溶銑の予備処理方法を実施する際に用いる転炉型精錬炉の概略断面図である。 本発明に係る溶銑の予備処理方法を工程順に示す概略図である。 脱珪処理における脱珪外酸素量原単位と脱燐処理終了時の溶銑中燐濃度との関係を示す図である。 マイクロ波スラグレベル計を用いて採取した反射波の信号の１例を示す図である。 マイクロ波スラグレベル計により得られた測定結果から脱珪処理中での炉内のスラグ高さの推移を求めた結果の１例を示す図である。 脱珪処理終了時のスラグ高さ比率と中間排滓時間との関係を示す図である。 脱珪処理終了時のスラグ高さ比率と脱燐処理終了時の溶銑中燐濃度との関係を示す図である。 上吹きランスからの送酸速度変化のスラグ高さ変化速度に及ぼす影響を示す図である。 上吹きランスのランス高さのスラグ高さ変化速度に及ぼす影響を示す図である。 底吹きガス流量のスラグ高さ変化速度に及ぼす影響を示す図である。 本発明例１、２及び比較例１における脱珪処理中の炉内のフリーボードの高さに対するスラグ高さの比率の推移を示す図である。

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、本発明に係る溶銑の予備処理方法を実施する際に用いる転炉型精錬炉の概略断面図、図２は、本発明に係る溶銑の予備処理方法を工程順に示す概略図である。尚、図１は、図２−（Ｂ）の脱珪処理工程を示す図である。

本発明に係る溶銑の予備処理方法では、図１に示すような上底吹き可能な転炉型精錬炉１を用いる。上吹きは、転炉型精錬炉１の内部を昇降可能な上吹きランス２を介して、上吹きランス２の先端から気体酸素源として酸素含有ガスを溶銑５に向けて供給して行われる。酸素含有ガスとしては、酸素ガス、酸素富化空気、空気、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用することができる。図１では、酸素含有ガスとして酸素ガス８を使用した例を示している。ここで、酸素ガス８とは工業用純酸素である。底吹きは、転炉型精錬炉１の底部に設けられた底吹き羽口３を介して行われる。底吹きガス９としては、酸素ガスを含むガスでも、或いはアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスのみでもよい。また、溶銑中に吹き込むことにより溶銑５の攪拌を強化して冷鉄源の溶解を促進する機能を有するほか、底吹き羽口３から搬送用ガスとともに造滓剤を溶銑中に吹き込む機能を有するものでもよい。尚、図１の詳細な説明は後述する。

本発明においては、溶銑５の精錬に２基以上の転炉型精錬炉１を使用し、そのうちの少なくとも１基の転炉型精錬炉１を本発明に係る溶銑予備処理に使用し、残りの少なくとも１基を、本発明に係る溶銑予備処理の施された溶銑５の脱炭精錬に使用する。つまり、溶銑予備処理用の転炉型精錬炉１で予備処理を行い、次いで、予備処理が施された溶銑５を脱炭精錬用の転炉型精錬炉１に移し替えて脱炭処理を行う。

本発明に係る溶銑５の予備処理方法では、図２−（Ａ）に示すように、予め鉄スクラップなどの冷鉄源７が装入された転炉型精錬炉１に、装入鍋１０を介して脱珪処理及び脱燐処理の施されていない溶銑５を装入する（溶銑装入工程）。

次いで、この転炉型精錬炉内の溶銑５に、酸素源として気体酸素源或いは気体酸素源及び酸化鉄などの固体酸素源を供給して、図２−（Ｂ）に示すように脱珪処理を実施する（脱珪処理工程）。溶銑５に含有される珪素と酸素源中の酸素とが反応（Ｓｉ＋２Ｏ→ＳｉＯ₂）して脱珪処理が進行する。この脱珪反応による珪素の酸化熱で溶銑温度が上昇し、溶銑中の冷鉄源７の溶解が促進される。

本発明では、１つの転炉型精錬炉１を用いて脱珪処理及び脱燐処理を実施しており、脱珪処理を実施する際には、前チャージの脱燐処理で生成した脱燐スラグが、転炉型精錬炉１の炉壁に付着して残留する。従って、脱珪処理において、脱珪スラグ６の塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）（以下、単に「塩基度」とのみ表示することもある）を制御しない場合には、残留した脱燐スラグに含有される燐酸化物（Ｐ₂Ｏ₅）が分解して、溶銑５の燐濃度が上昇する、所謂、「復燐」が発生する虞がある。脱珪処理時でのＣａＯ系媒溶剤の使用量を削減するべく、脱燐スラグを意図的に炉内に残留させる場合には、復燐による燐濃度のピックアップがより大きくなる虞がある。つまり、このような復燐を防止するために、脱珪処理で生成する脱珪スラグ６の塩基度を調整することが必要となる。

通常の脱珪処理条件においては、溶銑温度が１３００℃程度で、且つ、脱珪スラグ中のＦｅＯ濃度が１０〜２０質量％程度であり、これらを勘案すると、脱珪処理後の脱珪スラグ６の塩基度を０．８以上とすることで復燐反応が抑制される。更に、脱珪スラグ６の塩基度を１．１以上とすることにより、酸素供給量を増大させた条件では、脱燐反応を進行させることが可能となる。好ましくは、脱珪スラグ６の塩基度を１．２超えとすることが望ましい。塩基度を１．２超えとすることで、スラグ中の燐含有量が比較的高い条件であっても脱燐反応を効果的に進行させることができる。つまり、脱珪処理中における脱燐を促進するために、本発明では、脱珪処理後の脱珪スラグ６の塩基度を１．１以上、好ましくは１．２超えとする。

脱珪スラグ６の塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）は、下記の（２）式に基づいて計算することができる。

塩基度＝［(炉内残留CaO量(kg/溶銑-t))＋(脱珪処理での添加CaO量(kg/溶銑-t))］／［(炉内残留SiO₂量(kg/溶銑-t))＋(脱珪処理での生成SiO₂量(kg/溶銑-t))］・・・（２）
尚、（２）式における炉内残留ＣａＯ量及び炉内残留ＳｉＯ₂量は、炉内に残留する前チャージの脱燐スラグ中に含有されるＣａＯ量及びＳｉＯ₂量であり、脱珪処理での生成ＳｉＯ₂量は、脱珪処理前後の溶銑中Ｓｉ濃度の変化から算出できる。

脱珪処理のための酸素源としては、上吹きランス２からの酸素ガス８のみでもよく、また、酸素ガス８と酸化鉄（図示せず）などの固体酸素源とを併用してもよい。短時間で行われる脱珪処理中に目標とする塩基度の脱珪スラグ６を生成させるためには、ＣａＯ系媒溶剤の滓化を促進させる機能を有する酸化鉄を使用することが効果的である。但し、本発明の目的の１つである多量の冷鉄源７を溶解させる観点からは、昇熱時及び分解時に吸熱する酸化鉄を多量に用いることは好ましくなく、従って、酸化鉄の使用量は必要最小限にすることが好ましい。また、精錬容器として転炉型精錬炉１を使用するので、酸素ガス供給速度を増大することが可能であり、酸素ガス８のみを用いて脱珪処理を行っても、十分にＣａＯ系媒溶剤の滓化を促進させて目標とする塩基度の脱珪スラグ６を生成させることができる。

本発明では、脱珪処理における溶銑１トンあたりの酸素の総供給量（酸素量原単位）を、脱珪処理前の溶銑１トンが含有する珪素を全て酸化するのに化学量論的に必要な酸素量よりも５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上大きい量とする。即ち、脱珪処理における脱珪外酸素量を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上とする。

ここで、脱珪外酸素量を算出するにあたり、酸化鉄や酸化マンガンなどの脱珪処理において炭素によって還元されやすい酸化物を添加する場合には、これらの酸化物に含まれる酸素も同じ質量の標準状態の気体体積に換算して酸素供給量として加算するが、炭素によって還元されないその他の酸化物（ＣａＯやＳｉＯ₂など）に含まれる酸素については酸素供給量に含めない。また、酸化物でない珪素を脱珪処理において添加する場合には、溶銑に含有される珪素のみならず、この添加した珪素を酸化するために消費される酸素量も含めて脱珪外酸素量を算出する。尚、脱珪外酸素量とは、炉内に供給される酸素量のうちで脱珪反応に使用される分を除いた酸素量を「脱珪外酸素量」と定義する。脱珪外酸素量が多いということは、脱珪反応が十分に行われると同時に、溶銑に含有される炭素、鉄及び燐などが供給される酸素によって酸化されやすい条件であることを表す。

脱珪外酸素量は、以下のようにして求めることができる。即ち、転炉型精錬炉１に装入する溶銑５と鉄スクラップなどの冷鉄源中の金属鉄との合計量１トンあたりの脱珪処理工程における酸素量原単位（Ｎｍ³／溶銑−ｔ）をＡとし、また、転炉型精錬炉１に装入する溶銑５に含有される珪素量と、脱珪処理前及び脱珪処理中に転炉型精錬炉１に投入される添加物に含有される酸化物ではない珪素量とを、合計した珪素量総原単位（ｋｇ／溶銑−ｔ）をＢとすると、脱珪外酸素量原単位は、酸素量原単位（Ａ）と珪素量総原単位（Ｂ）とから、下記の（１）式によって求められる。

脱珪外酸素量原単位（Ｎｍ³／溶銑−ｔ）＝Ａ−０．８×Ｂ・・・(１)
尚、係数の０．８は、１モルの珪素（28g）を１モルの酸素ガス（22.4NL）で酸化するときの質量から体積への変換係数（22.4/28）である。また、（１）式は、酸化物でない全ての珪素が酸化されるという前提条件で求められる式である。

本発明者らは、脱珪処理における脱珪外酸素量（原単位）と、排滓工程後に続けて行う脱燐処理の終了時における溶銑中燐濃度との関係を調査した。調査結果を図３に示す。脱珪処理における脱珪外酸素量を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上とすることにより、好ましくは、６．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上とすることにより、後工程の脱燐処理後の溶銑中燐濃度が、およそ０．０３０質量％以下の低位に安定することがわかった。尚、図３は、脱珪処理終了時の脱珪スラグ６の塩基度が０．８〜１．５の範囲内のときのデータである。

これは、脱珪処理における脱珪外酸素量を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上とすることにより、スラグ中の酸化鉄濃度が高位に維持され、復燐反応の防止及び脱燐反応の促進の観点から、より有利な条件で効率的な脱珪処理が可能となるためと考えられる。

特に、脱珪処理後の溶銑の燐含有量を予備的に減少させて、排滓工程後に続けて行う脱燐処理における脱燐負荷を軽減することが、脱燐処理後の溶銑の燐含有量を低下させるために有利であり、脱珪処理後の溶銑の燐含有量を０．０９質量％以下、より望ましくは０．０８質量％以下に低下させることが望ましい。しかし、後述するようにスラグの塩基度が比較的低い脱珪処理では、溶銑の燐含有量が低下するとともに復燐反応が次第に顕在化して脱燐酸素効率が低下する傾向にあるので、脱珪外酸素量は９．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以下とし、更には８．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以下とすることが好ましい。これにより、脱珪処理後の溶銑の燐含有量を０．０５質量％以上、より望ましくは０．０６質量％以上に留めることが好ましい。

復燐防止のみならず、上記のように、脱珪処理中にも脱燐反応を積極的に進行させるためには、脱珪処理前の残留スラグや添加物を調整して、脱珪処理後のスラグ塩基度を１．１以上に調整する必要がある。より好ましくは脱珪処理後のスラグ塩基度を１．２超え、より望ましくは１．２５以上とすることが好適である。しかし、脱珪処理終了時のスラグの塩基度を高くし過ぎると、続けて行う排滓工程において効率的な排滓が困難となって、その後の脱燐処理では、ＣａＯ系媒溶剤の使用量を抑制しつつ溶銑の燐含有量を十分に低下することが困難となるので、脱珪処理終了時のスラグの塩基度は１．５以下とする必要がある。

この脱珪処理工程のあとに、図２−（Ｃ）に示すように、転炉型精錬炉１を、出湯口４が設置された側とは反対側に傾動させて、脱珪処理で発生した、ＳｉＯ₂を大量に含む脱珪スラグ６を転炉型精錬炉１の炉口を介して下方の軌道上に配置した図示しない受滓容器（以下「スラグポット」と記す）に排出する（排滓工程）。炉口から溶銑５が流出しない範囲で転炉型精錬炉１を傾動させて、炉口からの溢流によって脱珪スラグ６を排出する。この場合、傾動した炉体の炉口下端からのスラグ表面までの高さが高いほど効率的に排出することができる。但し、炉体を傾斜するだけであるので、脱珪スラグ６を完全に排出することはできず、脱珪スラグ６の一部は炉内に残留する。

また、排出されたスラグは、スラグポット内で更にフォーミングが継続して起こる場合がある。その場合には、スラグがスラグポットからオーバーフローして操業を阻害するリスクがあることから、スラグポット内の状況を監視しながら脱珪スラグ６の排出速度を調整する。スラグポット内でのフォーミングは、脱珪スラグ６とともに排出された粒鉄中の炭素とスラグ中の酸化鉄とが反応してＣＯガスが生成する現象に基づくものであり、スラグ排出時の炉内でのフォーミングが激しい場合ほど顕著となる傾向がある。スラグポット内でのフォーミングが著しい場合には、一旦脱珪スラグ６の排出を中断したり、脱珪スラグ６の排出速度を低減したりする対策を採らざるを得ず、排滓時間の延長を招くことになる。脱珪スラグ６の排滓工程は、脱珪処理と脱燐処理との間で行われるので、「中間排滓」とも呼ぶ。

排滓工程後は、転炉型精錬炉内に残留させた溶銑５にＣａＯ系媒溶剤及び酸素源を供給して、図２−（Ｄ）に示すように、溶銑５を脱燐処理する（脱燐処理工程）。脱燐処理工程において、炉内のスラグの塩基度は１．３〜３．５、より望ましくは１．６〜３．５の範囲に調整する。この脱燐処理工程において使用する酸素源は、脱珪処理と同様に、上吹きランス２からの酸素ガス８を主体とするが、一部酸化鉄を使用しても構わない。但し、本発明は多量の冷鉄源７の溶解を目的の１つとするものであり、前述したように、昇熱時及び分解時に吸熱する酸化鉄を酸素源として使用することはできるだけ避けることが好ましい。

脱燐処理で使用するＣａＯ系媒溶剤としては、生石灰や炭酸カルシウムなどが使用できる。但し、これらに限定されず、ＣａＯを４０質量％以上含有し、必要に応じてフッ素やアルミナ、酸化鉄などの他の成分を含有するものも、脱燐処理時のＣａＯ系媒溶剤として使用することができる。また、転炉における溶銑の脱炭精錬で生成する転炉スラグ（「脱炭スラグ」、「転炉滓」ともいう）も、ＣａＯ系媒溶剤として使用可能である。このＣａＯ系媒溶剤の添加方法としては、粒状及び塊状のものは炉上のホッパーから、粉状のものは上吹きランス２を介するなどして投入することができる。

溶銑中の燐は供給される酸素源中の酸素に酸化されて燐酸化物（Ｐ₂Ｏ₅）となり、この燐酸化物が、ＣａＯ系媒溶剤の滓化によって生成され、脱燐精錬剤として機能するスラグ中に３ＣａＯ・Ｐ₂Ｏ₅なる安定形態の化合物として取り込まれ、溶銑５の脱燐反応が進行する。脱燐処理後には、燐酸化物を含有する脱燐スラグが生成される。

ここで、ＣａＯ系媒溶剤の使用量を抑制しつつ効率的に溶銑の燐含有量を低減するためには、予め脱燐処理前の溶銑の燐含有量を低下させておくことが有効であり、脱燐処理後の燐含有量の目標値の５倍以下、好ましく４倍以下、より望ましくは３．５倍以下まで、脱珪処理によって脱燐処理前の溶銑の燐含有量を低下させておくことが好ましい。但し、脱珪処理で過度に溶銑の燐濃度を低下させると、前述したように、溶銑の燐含有量の低下とともに復燐反応が次第に顕在化して脱燐酸素効率が低下する傾向にあるので、脱燐処理後の燐含有量の目標値の２．０倍以上、より望ましくは２．５倍以上を確保することが好適である。

所定の酸素量を供給することで脱燐反応を進行させ、溶銑中燐濃度を目標とする値に低下させて脱燐処理を終了する。次いで、図２−（Ｅ）に示すように、転炉型精錬炉１を出湯口４が設置された側に傾転させ、転炉型精錬炉内の溶銑５を、出湯口４を介して溶銑保持容器（図示せず）に出湯する（出湯工程）。

この出湯工程後、炉内の脱燐スラグを排出せずに、転炉型精錬炉１に冷鉄源７及び溶銑５を装入し、次チャージの脱珪処理工程を開始してもよく、また、炉内の脱燐スラグを排出した後、冷鉄源７及び溶銑５を装入し、次チャージの脱珪処理工程を開始してもよい。炉内に生成された脱燐スラグの全量または大半を炉内に残留させて次チャージの脱珪処理を開始した場合には、前チャージの脱燐スラグの有する熱量及び鉄分を次チャージの脱珪処理において回収することができるとともに、前チャージの脱燐スラグ中のＣａＯ分を次チャージの脱珪処理におけるＣａＯ源として活用することができ、脱珪処理時のＣａＯ系媒溶剤の使用量を削減することができる。

本発明では、このようにして溶銑５に脱珪処理及び脱燐処理を施す。また、その際に、排滓工程で所定量以上の脱珪スラグ６を迅速に炉外へ流出させることを目的として、脱珪処理中に脱珪スラグ６の高さを測定し、脱珪処理終了時点で測定されるスラグ高さ（炉内の静止時の溶銑浴面から脱珪スラグ６の上端までの距離）が目標範囲となるように、即ち、炉内の溶銑浴面から炉口までの炉内フリーボードの高さに対する測定されたスラグ高さの比率を「スラグ高さ比率」と定義したとき、脱珪処理終了時の、測定されるスラグ高さ比率が０．５以上０．７以下となるように、脱珪処理中に脱珪スラグ６のフォーミングを調整することが好ましい。

尚、本発明者らは、脱珪処理終了時点での脱珪スラグ６のフォーミングが少ないと、脱珪スラグ６の流動性が低いので、所定時間内で十分な量の脱珪スラグ６を排出することが困難であることを確認している。一方、脱珪スラグ６のフォーミングが過剰な状態で脱珪スラグ６を排出すると、脱珪スラグ６とともに排出された粒鉄中の炭素と脱珪スラグ中の酸化鉄が反応し、スラグポット内で更にフォーミングが進行し、スラグがスラグポットからオーバーフローして操業を阻害するリスクがあるので、脱珪スラグ６の排出速度を低減せざるを得なくなり、結果として排滓時間の延長を招く場合があることを確認している。従って、排滓工程で速やかに且つ十分な量の脱珪スラグ６を炉内から流出させるためには、脱珪処理終了時に所定のスラグ高さの範囲となるように、脱珪スラグ６をフォーミングさせることが好ましい。ここで、スラグのフォーミングとは、溶融スラグが気泡を含み、見掛け上、体積膨脹する現象である。

また、本発明では、このようにして溶銑５に脱珪処理及び脱燐処理を施すにあたり、脱珪処理において炉内の脱珪スラグ６をフォーミングさせる際に、脱珪外酸素量を増大しつつスラグ高さを適正な範囲に調整することを目的として、スラグ高さ比率が０．６以上となるまで吹錬を継続して行い、スラグ高さ比率が０．６以上０．８未満のときにスラグのフォーミング鎮静材を炉内に投入し、それ以上の脱珪スラグ６のフォーミングを抑制しながら吹錬を継続する。

従って、本発明で使用する転炉型精錬炉１は、炉内のスラグ高さを測定する機能を備えていることが好ましい。

図１に示した本発明で用いる転炉型精錬炉１では、転炉型精錬炉１の炉口の上方には、炉内から発生する排ガスを回収するためのフード１２が設けられ、フード１２の上部には排ガスを集塵機に導入するための煙道１１が設けられている。フード１２には開口部１３及び開口部１４が設けられており、開口部１３を貫通して上吹きランス２が炉内に挿入され、また、開口部１４を貫通して、擬似ランダム信号処理レーダー方式マイクロ波距離計１５（以下、単に「マイクロ波スラグレベル計１５」と記す）に取り付けられた２本の導波管１６が設置されている。２本の導波管１６の先端には、それぞれ送信アンテナ１７及び受信アンテナ１８が開口部１４の直下位置に設けられている。つまり、マイクロ波スラグレベル計１５によって炉内の脱珪スラグ６の高さが測定されるように構成されている。

フォーミングした脱珪スラグ６のマイクロ波に対する反射率は１０^-4以下と極めて小さいので、本発明の一つの実施形態では、擬似ランダム信号でマイクロ波を変調した信号を利用することによって、測定感度を高めたレーダーを使用している。擬似ランダム信号としては、例えば、８００ＭＨｚ程度の高周波のクロック信号から適当な論理回路を組み合わせて発生させる、６ＭＨｚ程度の周波数で同じ波形を繰り返す擬似ランダム信号を用いることができる。これは、クロック信号が２⁷回（１２８回）入力されて一巡する論理回路によって擬似ランダム信号を発生させた場合の例である。

使用するマイクロ波の搬送波としては、例えば周波数約１０ＧＨｚのマイクロ波を使用し、擬似ランダム信号を乗算して変調させたマイクロ波を、炉上のフード１２の開口部１４に設置した送信アンテナ１７を介して転炉型精錬炉１の内部に向けて放射する。

ここで、周波数１０ＧＨｚの電磁波の空中での波長は約３．０ｃｍであり、１０ＧＨｚ未満の場合には波長はそれ以上であり、転炉型精錬炉内の粉塵や煙の粒子に比べて十分長いので、粉塵などの影響を受けにくく、しかも波長が短いので、アンテナの小形化に有利である。また送信アンテナ１７及び受信アンテナ１８は例えばホーンアンテナを用い、指向性を鋭く絞ることによりスラグ表面以外からの反射波を可及的に小さくする。マイクロ波の周波数は、低い方が粉塵などの影響を受けにくく、従って、本発明で使用するマイクロ波としては、周波数の上限値を１０ＧＨｚとし、１０ＧＨｚよりも低い方が好ましく、８ＧＨｚ以下がより好ましい。但し、マイクロ波の周波数が低すぎると、時間及び距離の分解能が低下する問題があるとともに、アンテナの大型化が必要となり、アンテナへのダストの付着を防止するうえでも好ましくないことから、マイクロ波の周波数は２ＧＨｚ以上とすることが好ましい。

送信アンテナ１７から転炉型精錬炉内に向けて放射された電磁波はスラグ表面で反射され、受信アンテナ１８を介して電気信号に変換される。マイクロ波スラグレベル計１５の受信器へ入力信号が供給されるタイミングは、当然、送信アンテナ１７から電磁波が放射されたタイミングから、電磁波が転炉型精錬炉内のスラグレベルまでの距離を往復し、受信アンテナ１８に到達するまでの電磁波の伝播時間だけ遅延している。この伝播時間は、マイクロ波の搬送波に変調させた疑似ランダム信号の位相差を受信波と送信波とで比較することにより測定できる。

その際、受信波と送信波とに変調された疑似ランダム信号成分の時間相関関数から、直接伝播時間を求めることもできるが、僅かにクロック周波数を変更して発生させた擬似ランダム信号を利用して信号処理を行うことで、時間相関関数の時間軸を大幅に拡大して分解能の高い測定を行うことが可能となる。

例えば、８００ＭＨｚの高周波のクロック信号から論理回路を用いて発生させた約６ＭＨｚの周波数で同じ波形を繰り返す擬似ランダム信号に対して、４ｋＨｚだけ周波数を変化させたクロック信号（例えば、８００．００４ＭＨｚ）から同じ論理回路を用いて発生させた擬似ランダム信号を利用する場合、両者の擬似ランダム信号を乗算すると、両者の位相が一致しない場合には乗算結果はクロック周波数程度以上の高周波成分のみとなるが、両者の位相が一致する場合には２つの同じ波形の擬似ランダム信号の乗算結果には直流成分あるいは低周波成分が生じることになる。そこで、更にローパスフィルタにより擬似ランダム信号の繰り返し周波数程度よりも高い周波数の信号成分を除去すると、４ｋＨｚの周期で２つの擬似ランダム信号の位相が一致するタイミングが検出される。これは、両者の擬似ランダム信号は、基準とするクロック周波数が４ｋＨｚだけ異なることから、少しずつ位相差が変化して、４ｋＨｚの周期で１回だけ位相が一致することによる。

このようにして、約６ＭＨｚの擬似ランダム信号の繰り返し周波数の周期内での位相差、即ち時間遅れが、４ｋＨｚの周期内での時間差に変換されて、時間軸を約１５００倍に拡大して、受信波と送信波の擬似ランダム信号の位相差を検出できる。

受信した反射波には、様々な経路及び対象物からの反射波が含まれており、それぞれの対象物からの反射波には、反射強度及び伝播時間分の位相遅れに対応した擬似ランダム信号成分が含まれている。このような反射波に対して、上記のクロック信号周波数を変更した擬似ランダム信号を用いた信号処理を行って、同様に信号処理した、送信波の信号と比較すると、伝播時間を約１５００倍に拡大して、それぞれの対象物からの反射波成分の伝播時間及び強度に応じた信号が検出される。

このようにして検出された信号について、送信波からの時間遅れを伝播時間に換算し、これにマイクロ波の伝播速度（３×１０⁸ｍ／ｓ）を乗じて、２で割ることにより、検出された信号に対応する対象物までの距離を算出できる。

図４は、前チャージの脱燐処理で生成した脱燐スラグを炉内に残留させ、当該チャージの溶銑５を炉内に装入した後に脱珪処理を行う際に、上記マイクロ波スラグレベル計１５を用いて採取した反射波の信号の１例である。図４では、反射波の発生源となる対象物のアンテナからの距離と、その反射波の強度との関係を示している。図４の横軸は、検出された信号の送信波からの遅れ時間を、送信アンテナ１７及び受信アンテナ１８から対象物までの距離に換算した値を用いている。前述のような信号処理を行った場合には、図４のような反射波の検出信号が、４ｋＨｚの周期で得られるので、更に平均化処理を行って信号／ノイズの比を向上させつつ、スラグレベルの変化を連続的に計測することが可能である。

図４では複数の位置にピークを持つ反射波の検出信号が示されているが、脱珪処理開始時から継続して位置が変化せずに存在するピークをノイズとして除いたうえで、炉口から溶銑浴面までの範囲の位置に対応するピークのうち、溶銑浴面に対応する反射波のピークを除いて、最も強度が高いピークをスラグ表面からの反射波と判定して、スラグ表面までの距離を算出することが望ましい。尚、アンテナから炉口に相当する位置までの距離は約９ｍであり、図４において、炉口に対応するピークが確認できる。アンテナからの距離が炉口に対応するピークよりも約１．５ｍ下方となる位置にある大きなピークは、スラグ表面に対応するものである。また、炉口に対応するピークとスラグ表面に対応するピークとの間の位置にも或る程度大きなピークが見られる。

この方法で判定したスラグ表面の基準面（アンテナの位置）に対する高さから、当該チャージで投入した溶銑及び鉄スクラップ量の和から推定される溶銑浴面の前記基準面（アンテナの位置）に対する高さを減じ、その差の絶対値をスラグ高さとした。

図５には、脱珪処理開始時から継続して位置が変化せずに存在するピークをノイズとして除く信号処理を行わなかった場合のマイクロ波スラグレベル計１５により得られた測定結果に基づいて脱珪処理中における炉内のスラグ高さの推移を求めた例を示した。図５に示すように、脱珪処理の経過途中において、スラグ高さの算出値が不連続で且つ一定となる場合がある。

これらの信号は、炉体設備や付着地金などの位置の変化しない物体によるマイクロ波の反射波或いは多重反射波に対応する信号に基づくものであり、これらの信号とフォーミングしたスラグ表面からの反射波の信号との強度の大小関係が変化することによって、スラグ高さの算出値が不連続で且つ一定となっているものと考えられる。従って、脱珪処理開始時から継続して位置が変化せずに存在するピークをノイズとして除く信号処理を行うことにより、信頼性の高いスラグ高さの算出が可能であることが理解できる。得られたスラグ高さの妥当性については、フォーミングした脱珪スラグ６の炉口からの噴出（スラグのスロッピング）のタイミングとの照合により確認した。

また、本発明者らは、脱珪処理終了時のスラグ高さと中間排滓時間との関係、及び、脱珪処理終了時のスラグ高さと脱燐処理終了時の溶銑中燐濃度との関係について調査した。脱珪処理終了時のスラグ高さと中間排滓時間との関係の調査結果を図６に示し、また、脱珪処理終了時のスラグ高さと脱燐処理終了時の溶銑中燐濃度との関係の調査結果を図７に示す。図６及び図７の横軸は、スラグ高さの炉内のフリーボード（「空塔部」ともいい、静止時の溶銑浴面と炉口との間の空間）の高さ（静止状態での溶銑浴面と炉口との間の距離）に対するスラグ高さの比率（スラグ高さ比率）で示している。

脱珪処理終了時のスラグ高さ比率が０．７を超えると、スラグポット内での脱珪スラグのフォーミングが激しすぎ、排滓中に一旦炉を立ててスラグポット内の脱珪スラグを鎮静させる対応を採る必要のある場合があり、中間排滓時間の延長を招いた。一方、脱珪処理終了時のスラグ高さ比率が０．５未満の場合は、中間排滓時の脱珪スラグ６の排出性が悪く、次工程の脱燐処理においては、脱珪スラグ６が過剰に残留するためにスラグの塩基度が低下し、脱燐処理後の溶銑中の燐濃度が増加した。

即ち、脱珪スラグ６のスラグ高さ比率が０．５以上０．７以下となっている状態で脱珪処理を終了することで、その後の排滓工程では、迅速に十分な量の脱珪スラグ６を炉外に排出することが実現され、これにより、次工程の脱燐処理では、少ないＣａＯ系媒溶剤の使用量で溶銑の燐濃度を低濃度まで低減することが可能となることを確認した。尚、上記のスラグ高さ比率の上限値及び下限値は、炉内プロフィールや炉口の形状の違いによっても最適値が異なると考えられるので、各転炉型精錬炉における実施形態に即して求めた図６に示すデータ（脱珪処理終了時のスラグ高さ比率と中間排滓時間との関係）及び図７に示すデータ（脱珪処理終了時のスラグ高さ比率と脱燐処理終了時の溶銑中燐濃度との関係）から、上限値及び下限値を上記の範囲内で適宜調整することが、より望ましい。

更に、本発明者らは、脱珪処理中の上吹きランス２での上吹き条件及び底吹きガス流量を変化させる実験を行い、これらの操業因子がスラグ高さの変化に及ぼす影響について調査した。上吹きランス２からの送酸速度（酸素ガス供給流量）の変化によるスラグ高さの変化速度に及ぼす影響の調査結果を図８に示し、上吹きランス２のランス高さの変化によるスラグ高さ変化速度に及ぼす影響の調査結果を図９に示し、底吹きガス流量の変化によるスラグ高さの変化速度に及ぼす影響の調査結果を図１０に示す。

上吹きランス２からの送酸速度を高めるとスラグ高さが増大し（図８）、上吹きランス２のランス高さを大きくするとスラグ高さが増大し（図９）、また、底吹き羽口３からの攪拌用ガス流量を増加することでスラグ高さが減少すること（図１０）がわかった。ここで、上吹きランス２のランス高さとは、上吹きランス２の下端から静止状態の溶銑浴面までの距離である。

また、スラグ組成もスラグ高さに及ぼす影響は大きく、低塩基度、高酸化鉄濃度、或いは高アルミナ濃度の場合ほどスラグ高さは増大する傾向となるので、スラグ組成を調整するために、スラグ高さの測定結果に基づいて造滓剤の投入を行うことも有効である。更に、スラグ高さを減少させる調整を行う際には、固形の冷却剤やガス発生物質などのスラグのフォーミング鎮静材を用いることも効果的である。

特に、脱珪処理において、脱珪外酸素量を例えば５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上といった高位とする場合には、脱珪スラグ６のフォーミングが過剰となる傾向がある。従って、本発明においては、スラグ高さ比率が０．６以上となるまで吹錬を継続して行い、脱珪スラグ６のフォーミングが更に進行して、スラグ高さ比率が０．６以上０．８未満の状態でスラグのフォーミング鎮静材を炉内に投入して更に吹錬を継続し、スラグ高さ比率を適正な範囲に維持しつつ脱珪反応を進行させる。つまり、フォーミング鎮静材の添加により、脱珪スラグ６のフォーミングを抑制し、スラグ高さ比率を０．８未満に制御しつつ吹錬を継続して、脱珪処理終了時にはスラグ高さ比率を０．５以上０．７以下の範囲に制御することが好ましい。

即ち、本発明においては、脱珪処理中に炉内の脱珪スラグ６の高さを測定し、この測定結果に基づいて、スラグ高さ比率が０．６以上０．８未満のときにスラグのフォーミング鎮静材を炉内に投入するとともに、上吹きランス２からの気体酸素源の供給流量、上吹きランス２のランス高さ、底吹き羽口３からの攪拌用ガスの供給流量、炉内のスラグの組成、フォーミング鎮静材の投入量の群から選択された少なくとも１種を調整し、この調整により、脱珪処理終了時における炉内の脱珪スラグ６のスラグ高さ比率が０．５以上０．７以下の範囲内になるように制御することが好ましい。

これにより、酸素流量の過度な抑制による処理時間の延長や、吹錬の中断による時間延長を招くことなく、脱珪処理においても効率的に脱燐反応を促進することが可能となるとともに、脱珪処理終了時におけるスラグ高さ比率を、上記の０．５以上０．７以下の範囲に調整することが容易に実現できるので、中間排滓の中断や待機による時間延長を招くことなく、脱珪スラグ６を脱珪処理終了後直ちに効率的に排出することが可能になる。

スラグのフォーミング鎮静材をスラグ高さ比率が０．６以上で投入すれば、フォーミングを過剰に抑制することなく、最低限必要なフォーミング状態を維持しつつ吹錬を継続して、脱珪処理終了時におけるスラグ高さ比率を０．５以上に調整することが容易に実現できる。また、スラグのフォーミング鎮静材をスラグ高さ比率が０．８未満、より望ましくは０．７以下の時点で投入すれば、フォーミングが過剰になって制御困難になることなく吹錬を継続して、脱珪処理終了時におけるスラグ高さ比率を０．７以下に調整することが容易に実現できる。スラグ高さ比率が０．８以上になった以降に、フォーミング鎮静材を添加しても、脱珪処理終了時におけるスラグ高さ比率を０．７以下に制御することは、極めて困難である。

スラグのフォーミング鎮静材としては、金属鉄や酸化鉄を含むダストなどの比重調整用の物質と廃プラスチックとを混合してブリケット状などに成形したものが好適であり、他の固形の冷却剤やガス発生物質などの公知のフォーミング鎮静材を使用してもよい。フォーミング鎮静材の投入量は、スラグ高さ比率やスラグ高さ比率の変化速度に応じて、１回あたりの投入量を０．２〜２ｋｇ／溶銑−ｔ、より望ましくは０．３〜１．５ｋｇ／溶銑−ｔ程度の範囲で調整することが望ましいが、脱珪処理中に複数回投入してもよく、また、投入装置が適したものであれば適当な期間に連続的に投入するようにしてもよい。

炉内のスラグ高さの測定は、脱珪処理に限ることはなく、脱燐処理においても上記に沿って行うことができる。脱燐処理では、脱燐スラグが炉口から噴出（スロッピング）しないように制御することで、添加したＣａＯ系媒溶剤の噴出ロス分を抑制して、効率的な脱燐処理を行うことができる。つまり、脱燐処理においては、脱燐スラグのスラグ高さ比率が１．０未満となるように調整すればよい。脱燐処理でも、上記説明のマイクロ波スラグレベル計１５を用いてスラグ高さを測定することが好ましい。

また、本発明において、排滓工程における脱珪スラグ６の排滓率（排滓率(質量％)＝(排出スラグ質量)×１００／[(脱珪処理工程で生成したスラグ質量)＋(前チャージの残留スラグ質量)]）は３０質量％以上を確保することが好ましい。これは、その後の脱燐処理工程においては脱燐反応を進めるうえで脱燐スラグの塩基度を１．３〜３．５に調整する必要があり、排滓率が３０質量％を下回ると、所望する燐濃度まで脱燐処理するためには、脱燐処理工程で添加すべきＣａＯ系媒溶剤の量が多くなってしまうからである。また、残留する脱珪スラグ量が多くなり過ぎると、脱燐処理におけるスラグ量が多くなり、脱燐処理中のスラグフォーミングが抑制できず、転炉型精錬炉１の炉口からのスラグの噴出による操業支障が生じる虞もある。

また、脱珪スラグ６の排滓率を増大させる観点からは、脱珪処理終了時において、脱珪スラグ６の塩基度を０．５以上１．５以下とし、且つ、溶銑温度或いは脱珪スラグ６の温度を１２８０℃以上とすることが好ましい。脱珪スラグ６の塩基度が０．５未満の場合、粘度が上昇してスラグの流動性が低くなり、排出速度や排滓率の低下を招き易くなり、塩基度が１．５を超える場合、固相スラグが生じることでスラグ流動性が低くなる。また、スラグ温度が１２８０℃を下回っても、同様に固相スラグの増加によるスラグ流動性の低下、並びに、液相スラグ自体の粘性上昇が生じることから、脱珪スラグ６の流動性が低くなりスラグの排出速度や排滓率の低下を招き易くなる。

脱燐スラグは、一般的に、脱珪スラグと比較して高塩基度であるので、水和膨張性などの特性から、土木材料に用いる際に用途に制約を受ける場合が多い。従って、脱燐スラグの発生量を極力低減し、脱燐スラグをこのような用途制約の少ない脱珪スラグ６に転換するためには、前チャージの脱燐処理工程後、炉内の溶銑を出湯した後、炉内の脱燐スラグを排出せず、炉内に前チャージの脱燐スラグを残留させたまま新たな溶銑を装入し、この溶銑に脱珪処理工程を施し、この脱珪処理後、排滓工程によって脱珪スラグ６の一部を精錬炉から排出し、その後、炉内に残留させた溶銑に脱燐処理工程を施す、という手順を繰り返して行う予備処理方法を採用することが好ましい。その際に、脱珪処理終了時において、脱珪スラグ６の塩基度は０．８以上好ましくは１．１以上１．５以下とし、溶銑温度或いは脱珪スラグ６の温度を１２８０℃以上１３８０℃以下とし、溶銑中珪素含有量を０．１０質量％以下として、且つ、排滓工程では、脱珪スラグ６の３０質量％以上を排出することが好ましい。

脱珪スラグ６の塩基度を０．８以上１．５以下とし、溶銑温度或いは脱珪スラグ６の温度を１２８０℃以上１３８０℃以下とすることにより、前チャージの脱燐スラグから溶銑への復燐を防止しつつ、排滓工程での脱珪スラグ６の排出を効率的に行うことができる。ここで、脱珪処理終了時においては、脱珪スラグ６の温度は溶銑温度に近いので、溶銑温度或いは脱珪スラグ６の温度のどちらを指標としても構わない。溶銑温度は熱電対を溶銑に浸漬することによって測定できるが、測定値に代えて、脱珪処理前の溶銑の温度及び成分、鉄スクラップなどの各種冷鉄源の使用量、生石灰などの各種副原料の使用量、フェロシリコンなどの各種昇熱剤の使用量、並びに、酸素ガス供給量などの操業条件から、熱収支を計算して算出される溶銑温度を用いても構わない。

また、脱珪処理後の溶銑中珪素含有量を０．１０質量％以下とすることにより、スラグ中酸化鉄濃度が比較的低くなっても、脱珪処理中に脱炭反応によるＣＯガス発生が活発となるので、脱珪スラグ６のフォーミングが促進され、脱珪処理終了時においてスラグ高さを高くすることに有利になる。また、この場合には、排滓工程中にも脱珪スラグ６のフォーミングが維持されてスラグ高さが高く維持されるので、脱珪スラグ６の排出効率を高める点でも有利である。

排滓工程での脱珪スラグ６の排滓率は３０質量％以上とすることが好ましい。これにより、前チャージの脱燐スラグを炉内に過剰に蓄積させることなく、また脱燐処理工程でのスラグ塩基度の過剰な低下を招くことなく、脱燐処理工程において生石灰などの脱燐剤使用量を抑制して溶銑中燐濃度を低下させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、１つの転炉型精錬炉１を用いて、溶銑５の脱珪処理と脱燐処理とを、途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑の予備処理において、脱珪処理終了時の脱珪スラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）を１．１以上１．５以下、好ましくは１．２超え１．５以下に制御し、且つ、脱珪処理工程では脱珪外酸素量原単位を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上９．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以下に制御するので、脱珪処理工程において脱燐反応が進行し、脱珪処理後の溶銑の燐濃度を低減することができる。これにより、次工程の脱燐処理では、ＣａＯ系媒溶剤の使用量を抑制しつつ脱燐処理後の溶銑の燐含有量を低位に安定することが実現される。

尚、本発明は上記説明の範囲に限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では、マイクロ波スラグレベル計１５を用いてスラグ高さを測定しているが、炉内の高さ方向温度プロフィールの測定、上吹きランスまたは炉体に取り付けた振動計の測定値、炉体から生じる音量の測定値などによるスラグ面の検知情報からもスラグ高さを測定することができる。

最大約３３０トンの溶銑の処理が可能な、図１に示す１基の転炉型精錬炉を用い、脱珪処理、中間排滓、脱燐処理を、この順に行って溶銑に予備処理を施す際に、脱珪処理終了時の脱珪スラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）及び脱珪処理における脱珪外酸素量原単位を変化させ、脱燐処理終了時の溶銑中燐濃度に及ぼす脱珪スラグの塩基度及び脱珪処理における脱珪外酸素量原単位の影響を調査する試験を行った。尚、脱珪スラグの塩基度及び脱珪処理における脱珪外酸素量原単位の影響を明確にするために、予備処理前の溶銑の燐濃度、溶銑量、鉄スクラップ配合量などを極力一致させた。

脱珪処理工程では、ＣａＯ系媒溶剤として転炉スラグを使用し、炉内に残留させた前チャージの脱燐スラグの残留量及び塩基度に応じて、転炉スラグの添加量を調整し、脱珪スラグの塩基度を０．８０〜１．６７の範囲に調整した。また、酸素源としては、溶銑中の珪素濃度に応じて、脱珪外酸素量原単位が４．２〜８．５Ｎｍ³／溶銑−ｔの範囲内となるように、工業用の純酸素ガス、鉄鉱石（焼結鉱）及び転炉スラグを供給した。尚、脱珪処理及び後述する脱燐処理における、酸素ガス及び攪拌用の底吹き窒素ガスの供給条件は、後述する実施例２の場合と同じとした。

中間排滓工程では、脱珪処理後のスラグ質量（計算値）に対する排滓量が目標値の３０質量％以上となるように、排滓されるスラグを収容するスラグポットを積載するための移動台車に設置したスラグポットの秤量器による秤量値を確認しつつ、下工程から要求される溶銑供給のタイミングに間に合うように、８〜１０分程度以下の時間範囲内で中間排滓を行った。

脱燐処理工程では、ＣａＯ系媒溶剤として粉状の生石灰を、使用量２．５トンを上限として上吹きランスから吹き付けて使用し、各試験チャージの脱燐スラグの計算塩基度が２．０となるように、生石灰の使用量を調整した。このため、脱珪スラグの塩基度が低い場合には、脱燐スラグの計算塩基度は１．８程度まで低下したが、これは通常の脱燐処理におけるスラグ塩基度の変動範囲（１．６〜２．２）からすると低いレベルではない。また、脱燐処理後の溶銑中炭素濃度が２．７質量％程度となるように、脱珪処理と脱燐処理との合計酸素量を脱珪処理前の溶銑成分に応じて調整した。

このようにして、溶銑に対して予備処理を施し、脱燐処理後の溶銑の燐濃度を比較した。表１に、各試験チャージの操業条件及び操業結果を示す。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲の試験は「本発明例」と表示し、それ以外の試験は「比較例」として表示している。

表１に示すように、脱珪処理終了時の脱珪スラグの塩基度が１．１以上１．５以下であり、且つ、脱珪処理における脱珪外酸素量原単位が５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上９．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以下である本発明例では、脱燐処理終了時の溶銑中燐濃度は０．０３０質量％以下であった。

これに対して、脱珪処理における脱珪外酸素量原単位が５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ未満の試験では、脱珪処理後の溶銑中燐濃度が高く、また、脱燐処理後の溶銑中燐濃度は０．０３０質量％以下にはならなかった。

脱珪スラグの塩基度が１．５を超えた試験（Ｎo.９、１０）では、中間排滓工程における排滓率が低く、脱珪外酸素量原単位が５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上である試験Ｎo.１０であっても、脱燐処理後の溶銑中燐濃度は０．０３０質量％を超え、目標の０．０３０質量％を達成することはできなかった。

これらの結果から、本発明を適用して溶銑の予備処理を行うことで、脱珪処理工程において脱燐反応が進行し、脱珪処理後の溶銑の燐濃度を低減できることが確認できた。

図１に示す容量３３０トンの転炉型精錬炉を用い、以下の３種類の条件（本発明例１、本発明例２、比較例１）で、それぞれ２０チャージずつ、溶銑の予備処理を実施した。予備処理終了時の溶銑中燐濃度の目標値は、何れも０．０３０質量％とした。

本発明例１では、脱珪スラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）及び脱珪処理における脱珪外酸素量原単位を本発明の範囲内とし、且つ、マイクロ波スラグレベル計によってスラグ高さを測定し、フォーミング鎮静材の投入によってスラグ高さを制御しながら予備処理を実施した。

本発明例２では、脱珪スラグの塩基度及び脱珪処理における脱珪外酸素量原単位を本発明の範囲内としたうえで、マイクロ波スラグレベル計によってスラグ高さを測定するものの、吹錬中にフォーミング鎮静材の投入によるスラグ高さの制御を行わずに、予備処理を実施した。

比較例１では、脱珪外酸素量原単位を本発明の範囲外とし、且つ、マイクロ波スラグレベル計によってスラグ高さを測定するものの、吹錬中にスラグのフォーミング鎮静材の投入によるスラグ高さの制御を行わずに、予備処理を実施した。

本発明例１では、脱珪処理中、マイクロ波スラグレベル計を用いて酸素吹錬中の溶銑面からのスラグ高さを測定し、測定したスラグ高さから定まるスラグ高さ比率が０．６となった時点で、スラグのフォーミング鎮静材３００ｋｇを炉内に投入し、脱珪外酸素量原単位が５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上となるまで、更に吹錬を継続し、スラグ高さ比率が０．５となった時点で脱珪処理を終了して、中間排滓を行い、その後、酸素吹錬により脱燐処理を継続して行った。スラグのフォーミング鎮静材としては、廃プラスチックに転炉ダストを混合物中の含有比率が約２０質量％となるように混合して、ブリケット状に成形したものを用いた。

本発明例２では、脱珪処理中、スラグ高さ比率が０．６となった以降も、スラグのフォーミング鎮静材を投入することなく吹錬を継続し、脱珪外酸素量原単位が５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔとなった時点で脱珪処理を終了して、中間排滓を行い、その後、酸素吹錬により脱燐処理を継続して行った。

また、比較例１では、脱珪処理中にスラグのフォーミング鎮静材を投入することなく、スラグ高さ比率が０．６となった時点で脱珪処理を終了し、中間排滓を行い、その後、酸素吹錬により脱燐処理を継続して行った。尚、スラグ高さ比率が０．６となった時点での脱珪外酸素量原単位は５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ未満であり、脱珪外酸素量原単位の平均値は４．５Ｎｍ³／溶銑−ｔであった。

本発明例１、２及び比較例１とも、脱珪処理時の送酸速度は、溶銑の珪素含有量が０．１０質量％程度になるまでの脱珪初期には４００００Ｎｍ³／ｈｒ、その後は２２０００Ｎｍ³／ｈｒとし、ランス高さは２．５ｍ、底吹きガス流量は３０００Ｎｍ³／ｈｒを基準条件とした。また、脱燐処理時の送酸速度は２５０００Ｎｍ³／ｈｒ、ランス高さは２．１ｍ、底吹きガス流量は１２００Ｎｍ³／ｈｒを基準条件とした。また、本発明例１、２及び比較例１とも、脱珪処理及び脱燐処理での酸素量原単位の合計が等しくなるように、脱燐処理での酸素量原単位を調整した。底吹きガスとしては、脱珪処理及び脱燐処理ともに窒素ガスを使用した。

表２に、本発明例１、２及び比較例１のそれぞれの代表例の試験結果を示す。また、図１１に、本発明例１、２及び比較例１のそれぞれの代表例における脱珪処理中のスラグ高さ比率の推移を示す。表２、図１１では、それぞれの代表例を、本発明例１、２及び比較例１で表示している。

図１１に示すように、本発明例１では、スラグ高さ比率が０．６となった時点でスラグのフォーミング鎮静材を３００ｋｇ投入して吹錬を継続した。フォーミング鎮静材の添加により、スラグ高さ比率は約０．４まで低下し、その後再び上昇し、スラグ高さ比率が０．５となった時点で脱珪処理を終了した。その結果、表２に示す本発明例では、脱珪外酸素量原単位が５．５Ｎｍ³／溶銑−ｔとなり、脱珪処理終了時の溶銑の燐含有量は０．０７７質量％まで低下した。また、中間排滓時の排滓性も良好であり、排滓時間の延長を招くことなく、約７分間の排滓時間において約６０％の排滓率が得られた。

これらの結果、脱燐処理工程での脱燐負荷が軽減されるとともに、ＣａＯ系媒溶剤の使用量を抑制しつつスラグ組成を適正な範囲に制御することが可能となり、脱燐処理後の溶銑の燐含有量は０．０２５質量％と低位となった。

また、吹錬中にフォーミング鎮静材を投入することなく、脱珪外酸素量原単位を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔとした本発明例２では、表１に例示するように、脱珪処理後の脱珪処理終了時の溶銑の燐含有量は０．０８５質量％まで低下し、脱燐処理後の溶銑の燐含有量は０．０３０質量％となった。しかしながら、本発明例２では、図１１に示すように、スラグ高さ比率が０．８以上となった時点で脱珪処理を終了し、その状態で中間排滓を行った結果、中間排滓工程においてスラグポットでのフォーミングのために排滓を中断せざるを得なくなり、表２に示したように排滓時間の延長を招いた。

一方、吹錬中にフォーミング鎮静材を投入することなく、スラグ高さ比率が０．６となった時点で脱珪吹錬を終了した、表１に示す比較例１では、脱珪外酸素量原単位が４．５Ｎｍ³／溶銑−ｔと低位となり、脱珪処理終了時の溶銑の燐含有量は０．０９３質量％までしか低下しなかった。このため、中間排滓時の排滓性は本発明例と同程度であったものの、脱燐処理後の溶銑の燐含有量は０．０３５質量％と比較的高位に留まった。

１ 転炉型精錬炉
２ 上吹きランス
３ 底吹き羽口
４ 出湯口
５ 溶銑
６ 脱珪スラグ
７ 冷鉄源
８ 酸素ガス
９ 底吹きガス
１０ 装入鍋
１１ 煙道
１２ フード
１３ 開口部
１４ 開口部
１５ マイクロ波スラグレベル計
１６ 導波管
１７ 送信アンテナ
１８ 受信アンテナ

Claims (8)

1. 転炉型精錬炉内の溶銑に上吹きランスから気体酸素源を供給して溶銑を脱珪処理する脱珪処理工程と、該脱珪処理工程で生成したスラグの少なくとも一部を前記転炉型精錬炉から排出する排滓工程と、該排滓工程後、前記転炉型精錬炉内にＣａＯ系媒溶剤を添加し、前記上吹きランスから気体酸素源を供給して残留させた溶銑を脱燐処理する脱燐処理工程と、を有する溶銑の予備処理方法であって、
   前記脱珪処理終了時の炉内のスラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）を１．１以上１．５以下に制御し、且つ、前記脱珪処理工程において、炉内に供給される酸素量のうちで脱珪反応に使用される分を除いた酸素量を脱珪外酸素量と定義したとき、前記脱珪処理における脱珪外酸素量原単位を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上９．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以下に制御することを特徴とする、溶銑の予備処理方法。
2. 前記脱珪処理終了時における溶銑の燐含有量を０．０５質量％以上０．０９質量％以下に制御することを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の予備処理方法。
3. 前記脱珪処理終了時における溶銑の燐含有量を、前記脱燐処理後の溶銑の燐含有量の目標値の２．０倍以上３．５倍以下に制御することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の溶銑の予備処理方法。
4. 前記脱燐処理工程後、炉内の溶銑を前記転炉型精錬炉から出湯した後、炉内のスラグを前記転炉型精錬炉から排出せずに炉内に残留させたまま、次チャージの溶銑を前記転炉型精錬炉に装入し、該溶銑に対して前記予備処理を行うことを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
5. 前記脱珪外酸素量原単位は、前記転炉型精錬炉に装入する溶銑と冷鉄源中の金属鉄との合計量１トンあたりの脱珪処理工程における酸素量原単位（Ｎｍ³／溶銑−ｔ）をＡとし、前記転炉型精錬炉に装入する溶銑に含有される珪素量と、脱珪処理前及び脱珪処理中に前記転炉型精錬炉に投入される添加物に含有される酸化物ではない珪素量とを、合計した珪素量総原単位（ｋｇ／溶銑−ｔ）をＢとしたとき、下記の（１）式で定義されることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
   脱珪外酸素量原単位（Ｎｍ³／溶銑−ｔ）＝Ａ−０．８×Ｂ・・・(１)
6. 前記脱珪処理中に炉内の溶銑浴面からのスラグ高さを測定し、炉内の溶銑浴面から炉口までの炉内フリーボードの高さに対する測定されたスラグ高さの比率をスラグ高さ比率と定義したとき、スラグ高さ比率が０．６以上となるまで吹錬を継続して行い、スラグ高さ比率が０．６以上０．８未満のときにスラグのフォーミング鎮静材を炉内に投入して吹錬を継続し、スラグ高さ比率が０．５以上０．７以下となっている状態で、脱珪処理を終了することを特徴とする、請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
7. 前記スラグ高さの測定結果に基づいて、前記脱珪処理中に、上吹きランスからの気体酸素源の供給流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口からの攪拌用ガスの供給流量、炉内のスラグの組成、スラグのフォーミング鎮静材の投入量の群から選択された少なくとも１種を調整し、この調整によって、脱珪処理中における炉内のスラグ高さを制御することを特徴とする、請求項６に記載の溶銑の予備処理方法。
8. 擬似ランダム信号処理レーダー方式マイクロ波距離計を用い、１０ＧＨｚ以下の周波数のマイクロ波を前記転炉型精錬炉内に送信して炉内からの反射波を受信し、反射波の往復伝播時間から対象物までの距離を求め、炉口から溶銑浴面までの範囲に存在する対象物からの反射波の信号のうちで、反射波の信号に対応する対象物までの距離が脱珪処理開始時から変化せずに、継続して存在する反射波の信号をノイズとして除去したうえで、溶銑浴面に対応する反射波の信号を除いて最も反射強度が高い反射波の信号をスラグ表面からの反射波の信号と判定してスラグ表面までの距離を求め、求めたスラグ表面までの距離に基づいて前記スラグ高さを測定することを特徴とする、請求項６または請求項７に記載の溶銑の予備処理方法。

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