JP2016029212A

JP2016029212A - 溶銑の精錬方法

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Publication number: JP2016029212A
Application number: JP2015139309A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　友彦; Tomohiko Ito; 友彦伊藤; 泰志小笠原; Yasushi Ogasawara; 奥山　悟郎; Goro Okuyama; 悟郎奥山; 三木　祐司; Yuji Miki; 祐司三木; 和人百崎; Kazuhito MOMOSAKI; 小林　直人; Naoto Kobayashi; 直人小林
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2035-07-13
Also published as: JP2016029206A; JP6168111B2; JP6172194B2

Abstract

【課題】１つの転炉型精錬炉を用いて溶銑の一次吹錬工程と二次吹錬工程とを、途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑の精錬方法において、排滓工程におけるスラグの迅速な排出と、コスト面及び品質面で十分な二次吹錬工程とを両立させる。
【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に酸化精錬を施す一次吹錬工程と、一次吹錬工程で生成したスラグの一部を排出する排滓工程と、その後、ＣａＯ系媒溶剤を添加し、気体酸素源を供給して残留させた溶銑に酸化精錬を施す二次吹錬工程と、を有する精錬方法であって、一次吹錬工程中に炉内のスラグ高さを測定し、炉内フリーボードの高さに対するスラグ高さの比率が０．６以上となるまで吹錬を行い、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一次吹錬工程を終了する。
【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に対して一次の酸化吹錬と二次の酸化吹錬とを、途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑の精錬方法に関する。

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。

しかし、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。

また、上記のような予備処理方法に限らず、１つの転炉型精錬炉を用い、溶銑に対して酸化精錬を、途中の排滓工程を挟んで、一次の酸化吹錬（一次吹錬）と二次の酸化吹錬（二次吹錬）とに分けて行う溶銑の精錬方法においては、同様に、ＣａＯ系媒溶剤の使用量を削減するために途中の排滓工程でのスラグの排出量を十分に確保する必要があり、また、途中の排滓工程でのスラグの排出を効率良く行う必要がある。このような溶銑の精錬方法としては、上記のような溶銑の予備処理方法の他に、一次吹錬が溶銑の脱燐処理であり、二次吹錬が溶銑を脱炭して溶鋼とする脱炭処理（「脱炭精錬」ともいう）である場合が挙げられる。

そこで、本発明者らは、一次吹錬後の排滓工程における一次吹錬スラグの排出性について、特に、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一次吹錬スラグを炉内から流出させるためには、一次吹錬中に一次吹錬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、一次吹錬中のスラグレベルを検知し、一次吹錬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、一次吹錬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３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４及び特許文献５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４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４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５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。

特許文献６には、マイクロ波レーダーを用いて転炉が直立した直後の浴面レベルを測定し、浴面レベルの測定結果に基づいて操業諸元を決定する操業方法が開示されている。

しかしながら、特許文献６に開示された技術では、転炉に溶銑を装入した直後の転炉が直立したときの浴面しか測定しないので、スラグがフォーミングして、スラグ高さが高くなったときにはスラグ高さを測定することができない。また、吹錬中にスラグ高さの測定ができないので、スラグ高さの変化に伴って、ランス高さ、底吹きガス供給量、スラグ組成、スラグ鎮静材供給量などを調整し、スラグ高さを制御することはできない。

ところで、転炉においては、予備処理の実施回数が増していくと、地金やスラグが炉体内面に付着し複雑な形状を示すようになる。この地金が成長すると、成長した地金は炉内に進入したマイクロ波の反射体となり、マイクロ波の測定波形上には不要な反射信号が現れ、スラグ高さを正しく測定できない場合があった。

特許文献７には、マイクロ波を用いた転炉スラグレベル計測方法が開示されている。しかしながら、特許文献７に開示された技術では、炉口や炉壁に大きく成長した地金が存在する場合には、結局、これらの地金からの反射は回避できず、スラグからの反射信号が明瞭に観察できない場合があった。更には、マイクロ波の照射半径を絞るために高周波のマイクロ波を用いた場合は、スティッピングやスロッピングなどによる反射も多くなり、測定が非常に困難となる場合があった。

特開平１１−３２３４２０号公報特開２００１−２７１１１３号公報特開平５−２５５７２６号公報特開昭５９−４１４０９号公報特開平３−２８１７１７号公報特開２０１２−１０７３０４号公報特開２０１５−１１０８１７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一次吹錬工程（酸化精錬）と二次吹錬工程（酸化精錬）とを、途中の排滓工程を挟んで連続して行う溶銑の精錬方法において、一次吹錬工程後の排滓工程では、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一次吹錬工程スラグを速やかに短時間で炉外に排出することができ、次工程の二次吹錬工程では、コスト面及び品質面から十分な酸化精錬（主に脱燐精錬）を行うことを可能とする、溶銑の精錬方法を提供することである。特に、一次吹錬工程における脱燐反応促進と一次吹錬工程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二次吹錬工程を行うことを可能とする、溶銑の精錬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に酸化精錬を施す一次吹錬工程と、該一次吹錬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に酸化精錬を施す二次吹錬工程と、を有する溶銑の精錬方法であって、前記一次吹錬工程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、前記一次吹錬工程を終了することを特徴とする、溶銑の精錬方法。
［２］前記一次吹錬工程が溶銑の脱珪処理であり、前記二次吹錬工程が溶銑の脱燐処理であることを特徴とする、上記［１］に記載の溶銑の精錬方法。
［３］前記一次吹錬工程が溶銑の脱燐処理であり、前記二次吹錬工程が溶銑を脱炭して溶鋼とする脱炭処理であることを特徴とする、上記［１］に記載の溶銑の精錬方法。
［４］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とともに、前記脱珪処理における溶銑１トンあたりの酸素の総供給量を、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ことを特徴とする、上記［２］に記載の溶銑の精錬方法。
［５］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前記一次吹錬工程の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［１］ないし上記［４］のいずれか１項に記載の溶銑の精錬方法。
［６］周波数変調連続波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前記一次吹錬工程の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［１］ないし上記［４］のいずれか１項に記載の溶銑の精錬方法。
［７］擬似ランダム信号処理レーダー方式マイクロ波距離計または周波数変調連続波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、マイクロ波の反射波の反射強度と往復伝播時間との関係を一定の時間間隔毎に求めて記録し、前記記録した反射波の反射強度と往復伝播時間との関係から、所定の時間間隔をおいて差分をとった反射波の反射強度と往復伝播時間との関係を求め、炉口から溶銑浴面までの範囲に対応する反射波の往復伝播時間の範囲において、最も反射強度の差分または反射強度の差分の絶対値が大き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面までの距離を求めることを特徴とする、上記［１］ないし上記［４］のいずれか１項に記載の溶銑の精錬方法。

本発明によれば、１つの転炉型精錬炉を用いて、溶銑に対して酸化精錬を一次吹錬工程と二次吹錬工程とに、途中の排滓工程を挟んで分離して施す溶銑の精錬方法において、一次吹錬工程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で定義されるスラグ高さ比率が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、スラグのそれ以上のフォーミングを抑制しながら吹錬を継続するので、酸素供給量を過度に抑制することなくスラグ高さ比率を適正な範囲に制御することが可能となる。これにより、スラグ中の酸化鉄濃度を高位に維持して、脱珪反応の促進、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、酸素供給速度の低下やスラグの過剰なフォーミングによる精錬時間の延長を招くことなく、効率的な一次吹錬工程を実施することが可能となる。

また、一次吹錬工程終了の際は、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一次吹錬を終了するので、その後の排滓工程では、一次吹錬工程スラグの突沸的な流出や受滓容器（スラグポット）での過剰なスラグのフォーミングを抑えたうえで、目標とする所定量の一次吹錬工程スラグを速やかに短時間で炉外に排出することが実現される。これにより、排滓工程を遅延させることなく円滑に行うことが可能となるとともに、次工程の二次吹錬工程では、少ないＣａＯ系媒溶剤の使用量で溶銑または溶鋼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精錬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精錬方法の一つの実施形態である、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。ＦＭＣＷ式マイクロ波レーダーの測定原理を示す図である。脱珪吹錬中の或る瞬間において測定された、擬似ランダム信号式マイクロ波レーダーの反射波形を示す図である。脱珪吹錬中の１記録単位後における擬似ランダム信号マイクロ波レーダーの反射波形を示す図である。脱珪吹錬中の或る瞬間において測定された、ＦＭＣＷ式マイクロ波レーダーの反射波形を示す図である。脱珪吹錬中の１記録単位後におけるＦＭＣＷ式マイクロ波レーダーの反射波形を示す図である。擬似ランダム信号式マイクロ波レーダーで測定した波形データに対して差分処理を行わずに、波形データから検出したスラグ高さの時間変化を示す図である。擬似ランダム信号式マイクロ波レーダーで測定した波形データに対して差分処理を行い、更に最大値をスラグ高さとしたときのスラグ高さの時間変化を示す図である。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。本発明例及び比較例１、２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精錬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精錬方法の一つの実施形態である、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精錬方法では、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。

本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑の予備処理方法においては、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の精錬（溶銑予備処理）に使用し、残りの少なくとも１基を、本発明に係る溶銑の精錬（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。

本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑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。

本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑５の予備処理方法では、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好ましい。

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。

脱珪スラグ６の塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ₂)）は、下記の（１）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))］・・・（１）
尚、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。

脱珪処理における溶銑１トンあたりの酸素の総供給量（酸素原単位）は、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ことが好ましい。即ち、脱珪処理における脱珪外酸素量は、５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上とすることが好ましい。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り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酸素供給量として加算し、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、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差し引い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のうちで脱珪反応に使用される分を除いた酸素を「脱珪外酸素量」と定義する。

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、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。

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、更には８．０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以下とすることが望ましく、脱珪処理後の溶銑の燐含有量は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適である。

このように、脱珪処理中にも脱燐反応を進行させるためには、脱珪処理後のスラグ塩基度が高めになるように、処理前の残留スラグや添加物を調整することが望ましく、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以下とすることが望ましい。

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を排出しており、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必要もある。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。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、より望ましくは４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望ましい。

所定の酸素量を供給して脱燐反応が進行し、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。

本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑の予備処理方法では、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。

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。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必要がある。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、本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑の予備処理方法では、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必要となる。

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或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から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に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に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。

マイクロ波距離計としては、上記の擬似ランダム方式の他に、比較的外乱に強い周波数変調連続波式マイクロ波レーダー（ＦＭＣＷ式）を用いることも可能である。以下、ＦＭＣＷ式マイクロ波レーダーの原理を説明する。

図６に、ＦＭＣＷ式マイクロ波レーダーの測定原理を示す。１０ＧＨｚまたはそれ以下の周波数、望ましくは８ＧＨｚ以下の周波数ｆ₀を基準として、図６に示すように、ｆ₀を中心とした周波数が三角波状に変化するように変調し、アンテナを介して転炉炉内へ送信する。送信波と受信波とをミキシングすることでビート信号周波数を得る。

この際、周波数変調によるマイクロ波周波数の基準周波数ｆ₀からの周波数の変動幅は、１０〜１００ＭＨｚ程度の範囲が好ましく、例えば３０ＭＨｚが例示できる。また、マイクロ波周波数の変動周期、即ち上記三角波の変動周期は、１０⁻⁴〜１０⁻²ｓｅｃ程度の範囲が好ましく、例えば１０⁻³ｓｅｃが例示できる。

周波数が上昇する区間のビート周波数ｆｕｂは、下記の（２）式で表され、周波数が下降する区間のビート周波数ｆｄｂは、下記の（３）式で表される。

ｆｕｂ＝ｆＲ＋ｆＶ・・・（２）
ｆｄｂ＝ｆＲ−ｆＶ・・・（３）
ここで、ｆＲはスラグ面との距離に比例する周波数、ｆＶはスラグ面の移動速度に比例する周波数と考える。スラグ面が一定であるときはｆＶ＝０であり、ｆＲ＝ｆｕｂ＝ｆｄｂとなる。

まず、スラグ面の高さが一定の状況を考える。スラグ面が一定であるとき、送信波に対して受信波（反射波）は、スラグ面までの距離をＬとし、ｃを光速とすると、下記の（４）式で表される時間（ΔＴ）だけ遅れる。

ΔＴ＝２Ｌ／ｃ・・・（４）
送信信号を変調する三角波の周期をＴ、変調した周波数の最大値と最小値との差、即ち変調周波数の変化幅をΔｆとし、送信波の周波数と受信波の周波数との差をΔＦとすると、変調する周波数の変化率（ΔＦ／ΔＴ）は、下記の（５）式で表される。

ΔＦ／ΔＴ＝２Δｆ／Ｔ・・・（５）
（５）式を変形し、且つ、ΔＴに（４）式を代入すると、下記の（６）式が得られる。

ΔＦ＝(２Δｆ／Ｔ)×ΔＴ＝４ΔｆＬ／(ｃＴ)・・・（６）
この周波数は距離Ｌに比例するので、前述のｆＲは、下記の（７）式で表すことができる。

ｆＲ＝４△ｆＬ／(ｃＴ)・・・（７）
次に、スラグ面が上昇または下降する場合を考える。スラグ面の上昇速度または下降速度をＶとすると、送信周波数ｆ₀はドップラー効果によってシフトする。このドップラー効果を加味すると、（２）式及び（３）式に示される周波数ｆＶは、下記の（８）式で表される。

ｆＶ＝ｆ₀−{(ｃ−Ｖ)／(ｃ＋Ｖ)}×ｆ₀＝{２Ｖ／(ｃ＋Ｖ)}×ｆ₀≒(２Ｖ／ｃ)×ｆ₀・・・（８）
スラグレベルが変化すると、ビート信号周波数は周期的に高低を繰り返すが、（２）式及び（３）式から、距離Ｌのみを抽出することができる。実際には、送信信号と受信信号とのミキシングを行い、得られた信号に対してフーリエ変換を行うことで、反射波形を得ることができる。

即ち、このようにすることで、ＦＭＣＷ式マイクロ波レーダーによって、スラグ高さを測定することができる。このほか、粉塵によるマイクロ波距離計の性能低下の問題がなければ、パルス式、位相変調式連続波レーダーなど、スラグレベルまでの測距が可能なレーダーを使用することも可能である。

マイクロ波レーダーから得られた反射波形（伝播時間と反射信号強度との関係）からは、擬似ランダム信号方式では擬似ランダム信号のクロック周波数の差分の周期ごとに、ＦＭＣＷ方式では送信信号を変調する三角波の周期ごとに、スラグ高さを求めることができるので、スラグ高さを一定間隔おきに記録しておき、予め設定した高さに達したことを知らせることで、脱珪処理の最適な終了時間を検知することも可能である。この場合、「一定の高さに達する」とは、例えば、設定した高さを一旦超えたのち低下して所定の高さに達するなど、スラグ高さが所定の変化を示したのちに終了とする、などの意味合いも含まれる。

ところで、スラグレベルを測定する際、転炉の炉内には地金が多量に付着することがある。炉壁から大きく出っ張った地金により、マイクロ波が反射して測定に影響する場合がある。この場合、付着地金とスラグ面からの反射信号とが重なって観測されることとなる。また、これらの地金からの反射波はスラグ面からの反射強度とほとんど同じか、それよりも大きい場合もある。

そこで発明者らは、異なる時間の反射波形（伝播時間と反射信号強度との関係）を比較調査した。その結果、これら付着地金からの反射は、反射波が出現する位置、強度ともほとんど変化しないが、スラグ面からの反射信号は時々刻々変化することがわかった。スラグフォーミングにおいては、様々な場所で泡立っており、アンテナから発信されたマイクロ波信号が照射される範囲では、スラグ高さは局所的には異なっている。よって、反射波形には、地金からの反射の信号とスラグ面からの反射の信号とが重なり合わさった状態であり、短時間の差で得られた反射波形の差分をとることで、地金による反射は大きく低減可能なことがわかった。

その際に、反射波形データは記録装置に記録するが、記録装置としてはＡ／Ｄ変換器を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ）に記録するのが簡便である。擬似ランダム信号のクロック周波数の差分の周期、またはＦＭＣＷの送信信号を変調する三角波の周期に同期したトリガー信号を時間基準として、１周期以上となるように所定のデータ点数を記録する。このとき、反射波形を再現するのに十分なサンプリング速度が必要である。

この記録した所定のデータ点数を１波形記録単位とする。また、記録周期をΔｔ秒ごととする。いま、波形記録開始後ｎ番目の波形記録単位はｎΔｔ秒後に記録される。このときｎ−１番目の波形記録単位データとの差分をとればよい。差分をとったのちに、炉口から溶銑浴面までの範囲に対応する反射波の往復伝播時間の範囲において、最も反射強度の差分或いは反射強度の差分の絶対値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する。差分をとったのちに残った信号の最大値或いはこの信号の絶対値の最大値はスラグレベルをよく表しており、周囲の不要反射も低減するのでＳ／Ｎ比も向上することがわかった。

図７〜図１０に、脱珪吹錬中の或る瞬間において測定された、擬似ランダム信号マイクロ波レーダーの反射波形（図７）及びその１記録単位後の反射波形（図８）、並びに、ＦＭＣＷ式マイクロ波レーダーの反射波形（図９）及びその１記録単位後の反射波形（図１０）を示す。どの波形データにも同じ位置に同程度の大きさの反射波が存在しており、これらの反射波が地金からの反射と考えられる。スラグが上昇すると、これらの信号にスラグからの反射信号が重なることとなるが、地金からの反射信号は一定の位置と大きさなので、短時間を隔てて測定した２つの測定結果の差分をとれば、その差がスラグ面からの反射信号を示すということになる。

炉内でフォーミングしているスラグの表面は、スラグ層を通過する大量の気体による攪拌で激しく波立っており、局所的には瞬間的なスラグ面の高さは常に大きく変動していると考えられる。また、或る一回の単位測定における反射波の信号は、マイクロ波の照射範囲に存在する多数の局所的なスラグ面からの反射波の信号などが重畳されたものである。従って、或る短い時間間隔の前と後において、反射マイクロ波の信号強度と往復伝播時間との関係を測定し、２つの測定結果の差分をとれば、平均的なスラグ表面の位置に対応する往復伝播時間の近辺に反射信号強度の増減が統計的に分布するように現れる。そこで、炉口から溶銑浴面までの範囲に対応する反射波の往復伝播時間の範囲において、最も信号強度の差分が大きい往復伝播時間が、前後いずれかの測定時点における代表的なスラグ表面からの反射波に対応するものと判定することができる。或いは、信号強度の差分の絶対値を或る時間幅で平均化して、炉口から溶銑浴面までの範囲に対応する反射波の往復伝播時間の範囲において、最も信号強度の差分の絶対値が大きい往復伝播時間を求めることにより、その時間範囲における代表的なスラグ表面の位置を求めることができる。

図１１及び図１２に、それぞれ擬似ランダム信号式マイクロ波レーダーで測定したときの、波形データの差分処理を行わない従来の測定方法によって検出したスラグ高さの時間変化（図１１）と、波形データの差分処理を行って更に最大値をスラグ高さとしたときのスラグ高さの時間変化（図１２）とを比較して示す。図１１では地金の反射の影響でスラグ高さの時間変化のばらつきが大きくなるが、図１２ではスラグ高さのばらつきは小さく、単調に高さが上昇する様子がわかる。

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１３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１４に示す。図１３及び図１４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１３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１４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１５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１６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１７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１５）、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１６）、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１７）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、本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑の予備処理方法においては、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及び／または脱燐反応を進行させる。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。

即ち、本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑の予備処理方法においては、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、本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑の予備処理方法において、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、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の排滓率を増大するために、脱珪処理終了時において、脱珪スラグ６の塩基度は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、本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑の予備処理方法によれば、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、脱珪処理の際に、フォーミングした脱珪スラグ６のスラグ高さ比率が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ので、脱珪処理工程では、スラグ高さ比率を適正な範囲に維持しつつ脱珪外酸素量を増大させて効率的に脱燐反応を促進することが可能となり、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可能となり、その後の脱燐処理工程では、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。

また、上記説明では、１つの転炉型精錬炉を用い、溶銑に対して一次吹錬として脱珪処理を施し、この脱珪処理後に炉内に溶銑を残したままスラグを排出し、その後、更に溶銑に対して二次吹錬として脱燐処理を施して行う、溶銑の予備処理において、一次吹錬として行う脱珪処理中にスラグ高さを測定して制御する本発明の実施形態について主に説明した。しかし、本発明の実施形態は上記説明の範囲に限定されるものではなく、１つの転炉型精錬炉を用い、溶銑に対して一次吹錬として脱燐処理を施し、その後、炉内に溶銑を残したままスラグを排出し、その後、更に溶銑に対して二次吹錬として脱炭処理を施し、溶銑から溶鋼を溶製する溶銑の精錬においても、本発明を適用することができる。この場合、上記説明に準じて、一次吹錬として行う脱燐処理中にスラグ高さを測定して制御すれば、中間排滓を効率良く実施することができ、二次吹錬工程である脱炭処理では、上記と同様に、少ないＣａＯ系媒溶剤の使用量で溶鋼の燐濃度を低濃度まで低減できるという効果を得ることができる。

一次吹錬として行う脱燐処理においては、スラグの塩基度を１．４〜１．８の範囲とすることが望ましい。また、一次吹錬として行う脱燐処理においては、酸素を供給してスラグの酸化鉄濃度を増加させ、所定の燐濃度以下に低減するには、脱珪外酸素量を１０Ｎｍ³／溶銑−ｔ以上とし、スラグ中の酸化鉄濃度を２０質量％以上にすることが望ましい。脱燐処理中に酸素供給速度を増大させ過ぎると、ＣＯガス発生速度が増大するとともに、スラグ中の酸化鉄濃度が上昇して、フォーミングが過剰となりやすい。そこで、脱燐処理中のスラグ高さを測定し、スラグ高さ比率が０．６〜０．８の範囲でスラグのフォーミング鎮静材を投入すれば、フォーミングを過剰に抑制することなく、また、酸素供給速度を過度に低減することなく、適度なフォーミング状態を維持しつつ吹錬を継続して、上記酸素供給量の目標値を達成することが可能となる。その後の排滓工程では、迅速に十分な量の脱燐スラグを炉外に排出することが可能となり、その後の二次吹錬として行う脱炭処理では、ＣａＯ系媒溶剤の使用量を抑制しつつ脱炭処理（この場合、脱燐処理も同時に進行する）後の溶鋼の燐含有量を低位に安定することが実現される。

図１に示す容量３３０トンの転炉型精錬炉を用い、本発明に係る溶銑の精錬方法の一つの実施形態である溶銑予備処理（本発明例）と、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ない従来法による溶銑予備処理（比較例１、２）とを、それぞれ２０チャージずつ実施した。予備処理終了時の溶銑中燐濃度の目標値は、いずれも０．０３０質量％とした。

本発明例では、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。

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。

また、比較例２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、脱珪外酸素原単位が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。

本発明例及び比較例１、２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３００００Ｎｍ³／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１２００Ｎｍ³／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、本発明例及び比較例１、２とも、互いに脱珪処理及び脱燐処理での脱珪外酸素量の合計が等しくなるように、脱燐処理での酸素原単位を調整した。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１に、本発明例及び比較例１、２のそれぞれの代表例の試験結果を示す。また、図１８に、本発明例及び比較例１、２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１、図１８では、それぞれの代表例を、本発明例及び比較例１、２で表示している。

図１８に示すように、本発明例では、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１に示す本発明例では、脱珪外酸素原単位が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。

これに対して、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。

また、吹錬中にフォーミング鎮静材を投入することなく、脱珪外酸素原単位を５．０Ｎｍ³／溶銑−ｔとした、表１に示す比較例２では、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０．０３１質量％となったことから、溶銑の燐含有量は、比較例１よりは低下しているものの、本発明例よりは高位に留まっていた。

更に、図１８に示すように、比較例２では、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１に示したように排滓時間の延長を招いた。

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

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に酸化精錬を施す一次吹錬工程と、該一次吹錬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に酸化精錬を施す二次吹錬工程と、を有する溶銑の精錬方法であって、
前記一次吹錬工程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、前記一次吹錬工程を終了することを特徴とする、溶銑の精錬方法。
前記一次吹錬工程が溶銑の脱珪処理であり、前記二次吹錬工程が溶銑の脱燐処理であることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の精錬方法。
前記一次吹錬工程が溶銑の脱燐処理であり、前記二次吹錬工程が溶銑を脱炭して溶鋼とする脱炭処理であることを特徴とする、請求項１に記載の溶銑の精錬方法。
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とともに、前記脱珪処理における溶銑１トンあたりの酸素の総供給量を、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ことを特徴とする、請求項２に記載の溶銑の精錬方法。
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前記一次吹錬工程の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１ないし請求項４のいずれか１項に記載の溶銑の精錬方法。
周波数変調連続波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前記一次吹錬工程の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１ないし請求項４のいずれか１項に記載の溶銑の精錬方法。
擬似ランダム信号処理レーダー方式マイクロ波距離計または周波数変調連続波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、マイクロ波の反射波の反射強度と往復伝播時間との関係を一定の時間間隔毎に求めて記録し、前記記録した反射波の反射強度と往復伝播時間との関係から、所定の時間間隔をおいて差分をとった反射波の反射強度と往復伝播時間との関係を求め、炉口から溶銑浴面までの範囲に対応する反射波の往復伝播時間の範囲において、最も反射強度の差分または反射強度の差分の絶対値が大き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面までの距離を求めることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の溶銑の精錬方法。