JP2018154907A - 溶銑の予備処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】石灰源の使用量を抑制し、効率的に予備処理を行うことができる溶銑の予備処理方法を提供すること。
【解決手段】溶銑搬送容器（例えば、混銑車１）に収容された溶銑２に精錬剤を添加して、酸化精錬による予備処理を施す溶銑２の予備処理方法において、酸素源のみを精錬剤として溶銑に添加することで、溶銑２を脱珪処理する第１の予備処理工程と、第１の予備処理工程で添加される酸素源の酸素ガス相当の積算供給量Ｑが（１）式を満たした後、ＣａＯを有する造滓剤と酸素源とを精錬剤として溶銑２に添加することで、溶銑２を脱燐処理する第２の予備処理工程とを備え、第１の予備処理工程では、酸素源として酸化鉄を含む固体酸素源を少なくとも用い、溶銑２に浸漬させたインジェクションランス３から固体酸素源を吹き込むことで、溶銑２に酸素源を添加する。Ｑ≧［Ｓｉ］×１６ ・・・（１）
【選択図】図１

Description

本発明は、溶銑の予備処理方法に関する。

近年、鋼材に対する要求品質は益々厳格化しており、燐や硫黄に代表される不純物元素の低減が求められている。このような要求に対応するために、製鋼工程では、溶銑段階において脱珪処理や脱燐処理、脱硫処理といった溶銑の予備処理を行うことが一般的となっている。このうち脱燐処理では、気体酸素（酸素ガス）或いは固体の酸化鉄などの酸素源を脱燐剤として溶銑に供給し、脱燐剤中の酸素で溶銑中の燐を酸化して酸化物（Ｐ_２Ｏ_５）とし、生成された燐酸化物を脱燐精錬用スラグに吸収することで処理が行われる。

このような溶銑の予備処理においては、反応効率を高める方法としていくつかの方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、混銑車内の溶銑に脱硫処理を施してスラグを形成させた後に、スラグの塩基度を１．８以上に維持しつつ、吹き込み塩基度を２．５以下とした酸化剤及びフラックスを吹き込むことで脱燐処理を行う溶銑の予備処理方法が提案されている。
また、特許文献２には、脱珪後の低塩基度なスラグを除去した後に、脱燐処理を行う溶銑の予備処理方法が提案されている。

特開２００３−１６０８０７号公報 特開昭５６−１３３４１３号公報

ところで、酸化精錬による溶銑の予備処理では、初めに脱珪反応が進行しＳｉＯ_２が生成する。このため、特許文献１で提案されている予備処理方法のように、脱燐処理中に溶銑上に存在するスラグの塩基度を１．８以上に維持する場合には、石灰源の投入量が多くなることから、脱燐処理に掛かるコストの増加や溶銑温度の低下といった問題が生じる。
また、特許文献２で提案されている予備処理方法では、脱珪処理と脱燐処理との間に除滓を行う必要があることから処理工程が増加し、予備処理全体で処理時間が増加することが問題となる。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、石灰源の使用量を抑制し、効率的に予備処理を行うことができる溶銑の予備処理方法を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、溶銑搬送容器に収容された溶銑に精錬剤を添加して、酸化精錬による予備処理を施す溶銑の予備処理方法において、酸素源のみを上記精錬剤として上記溶銑に添加することで、上記溶銑を脱珪処理する第１の予備処理工程と、上記第１の予備処理工程で添加される上記酸素源の酸素ガス相当の積算供給量が（１）式を満たした後、ＣａＯを有する造滓剤と上記酸素源とを上記精錬剤として上記溶銑に添加することで、上記溶銑を脱燐処理する第２の予備処理工程とを備え、上記第１の予備処理工程では、上記酸素源として酸化鉄を含む固体酸素源を少なくとも用い、上記溶銑に浸漬させたインジェクションランスから上記固体酸素源を吹き込むことで、上記溶銑に上記酸素源を添加することを特徴とする溶銑の予備処理方法が提供される。
Ｑ≧［Ｓｉ］×１６ ・・・（１）
Ｑ：酸素源の酸素ガス相当の積算供給量［Ｎｍ^３／ｔ］
［Ｓｉ］：予備処理前の溶銑中のＳｉ濃度［ｗｔ％］

本発明の一態様によれば、溶銑搬送容器に収容された溶銑に精錬剤を添加して、酸化精錬による予備処理を施す溶銑の予備処理方法において、酸素源のみを上記精錬剤として上記溶銑に添加することで、上記溶銑を脱珪処理する第１の予備処理工程と、上記第１の予備処理工程で添加される酸素源の酸素ガス相当の積算供給量が（２）式を満たした後、ＣａＯを有する造滓剤と上記酸素源とを上記精錬剤として上記溶銑に添加することで、上記溶銑を脱燐処理する第２の予備処理工程とを備え、上記第１の予備処理工程では、上記酸素源として酸化鉄を含む固体酸素源を少なくとも用い、上記溶銑に浸漬させたインジェクションランスから上記固体酸素源を吹き込むことで、上記溶銑に上記酸素源を添加し、
（２）式における定数ｋとして、酸化精錬によって上記溶銑のＳｉ濃度が０．１５ｗｔ％以下となる、上記酸素源の酸素ガス換算の積算供給量に応じた値を用いることを特徴とする溶銑の予備処理方法が提供される。
Ｑ≧［Ｓｉ］×ｋ ・・・（２）
Ｑ：酸素源の酸素ガス相当の積算供給量［Ｎｍ^３／ｔ］
［Ｓｉ］：予備処理前の溶銑中のＳｉ濃度［ｗｔ％］
ｋ：定数

本発明の一態様によれば、石灰源の使用量を抑制し、効率的に予備処理を行うことができる溶銑の予備処理方法が提供される。

本発明の一実施形態における予備処理設備を示す模式図である。 予備処理中に混銑車を傾転させた状態を示す模式図である。 予備処理設備の変形例を示す模式図である。 実施例１における脱珪外脱燐酸素効率を示すグラフである。 実施例１における脱燐石灰効率を示すグラフである。 実施例２における脱珪外脱燐酸素効率を示すグラフである。 実施例２における脱燐石灰効率を示すグラフである。

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。

＜溶銑の予備処理設備＞
本発明の一実施形態における溶銑の予備処理設備について説明する。本実施形態では、図１に示す予備処理設備を用いて、混銑車１に収容された溶銑２を酸化精錬することで、溶銑２中の珪素（Ｓｉ）及び燐（Ｐ）を除去する、脱珪処理及び脱燐処理を予備処理として行う。
混銑車１は、溶銑搬送容器の一つであり、魚雷型の容器１０（「トピード」ともいう）と、軌道上を移動可能な自走式車両または自走式台車である車両部１１とを有する。容器１０は、鉄皮の内側に不図示の耐火物がライニングされ、溶銑２を内部に収容可能に構成される。また、容器１０の長手方向（図１の左右方向）の中央上側には、開口部である炉口１００が設けられる。車両部１１は、容器１０の長手方向（図１の左右方向）に平行な容器１０の中心軸を回転軸として傾転可能に、容器１０の長手方向の両端を支持することで、容器１０を搭載する。

予備処理設備は、溶銑２に浸漬可能なインジェクションランス３を有する。インジェクションランス３は、鉛直方向に所定の角度で傾いて延在し、この延在方向に沿って昇降可能に構成される。また、インジェクションランス３の鉛直方向下側の先端は、水平方向に平行に折れ曲がった形状を有する。さらに、インジェクションランス３は、不図示の供給設備に接続され、供給設備から搬送ガスと共に供給される精錬剤である酸素源及び造滓剤を、下側の先端から溶銑２へと吹き込む。供給設備は、酸素源と造滓剤とをそれぞれ任意の供給量で供給することができ、例えば、精錬剤として酸素源のみ、あるいは精錬剤として酸素源と造滓剤の両方を供給すことができる。搬送ガスには、空気あるいは不活性ガス（窒素ガスやアルゴンガス等）が用いられる。本実施形態では、酸素源として、酸化鉄を主に含む粉粒状の固体である固体酸素源を用いる。固体酸素源としては、製鉄所にて発生する安価なダスト等を用いることが好ましい。本実施形態では一例として、焼結工場にて発生する焼結ダストを固体酸素源として用いる。造滓剤は、石灰（ＣａＯ）を含む粉粒状の精錬剤であり、ＣａＯ源である。本実施形態では一例として、転炉で発生したスラグを粉砕し、鉄分を除去した転炉滓を造滓剤として用いる。

＜溶銑の予備処理方法＞
次に、本実施形態に係る溶銑２の予備処理方法について説明する。まず、混銑車１が予備処理設備に搬送された後、あるいは混銑車１が予備処理設備に搬送される前に、容器１０に溶銑２が収容された混銑車１を所定の角度に傾転させる。溶銑２は、高炉から出銑された溶銑であり、溶銑２のＳｉ濃度をある程度低減させる鋳床脱珪等の脱珪処理が事前に施されていてもよい。容器１０を傾転させる角度は、容器１０の炉口１００から溶銑２が排出されない程度に傾いた角度である。つまり、容器１０は、図２に示すように、炉口１００が鉛直方向（図２の上下方向）上側に向いた状態から、炉口１００から溶銑２が排出される角度よりも小さい角度で傾転する。

次いで、予備処理設備にて、容器１０に収容された溶銑２にインジェクションランス３を浸漬させて、インジェクションランス３から酸素源を精錬剤として吹き込むことで脱珪処理を行う（第１の予備処理工程）。第１の予備処理工程では、予備処理前の溶銑２のＳｉ濃度を分析し、予備処理前のＳｉ濃度に応じて（１）式で示される所定量以上の固体酸素源が溶銑２に添加される。（１）式において、Ｑは溶銑１ｔ当たりの酸素源の酸素ガス相当（酸素源中のＯ量のＯ_２ガス換算）の積算供給量［Ｎｍ^３／ｔ］、［Ｓｉ］は予備処理前の溶銑中のＳｉ濃度［ｗｔ％］である。
Ｑ≧［Ｓｉ］×１６ ・・・（１）

なお、第１の予備処理工程では、インジェクションランス３から搬送ガスとともに酸素源のみを吹き込み、造滓剤は吹き込まないものとする。
また、第１の予備処理工程では、酸素源による酸化反応により、ＳｉＯ_２等の酸化物であるスラグが発生する。そして、発生したスラグは、溶銑２に比べ比重が軽いため、溶銑２の浴面上に浮上し、トップスラグ４を形成する。本実施形態では、図２に示すように、容器１０を傾転させた状態で第１の予備処理工程を行うため、傾転角度に応じた所定の高さ（炉口１００の高さ）以上となったトップスラグ４の一部が、容器１０の外へと排出される。なお、容器１０から排出されたトップスラグ４は、混銑車１の下方の容器１０を傾転させた側に設けられた、スラグを収容可能な穴状の回収部（スラグピット）へと収容される。

ここで、溶銑２の酸化精錬では、初めに珪素の酸化反応が起きた後に、燐の酸化反応が起きることが知られている。この珪素の酸化反応である脱珪反応が主に進行する期間を脱珪期、燐の酸化反応である脱燐反応が主に進行する期間を脱燐期といい、溶銑２のＳｉ濃度が０．１５ｗｔ％以下となることで脱珪期から脱燐期へ切り替わる。（１）式における右辺の［Ｓｉ］×１６で算出される値は、酸素源の添加によって脱珪期から脱燐期へと切り替わる、酸素源の溶銑１ｔ当たりの積算供給量の閾値である。

第１の予備処理工程にて（１）式を満たす量の酸素源が添加された後、溶銑２に浸漬させたインジェクションランス３から、酸素源と造滓剤とを精錬剤として吹き込むことで脱燐処理を行う（第２の予備処理工程）。第２の予備処理工程では、搬送ガスとともに、酸素源と造滓剤とが溶銑２に添加される。さらに、第２の予備処理工程では、脱燐処理中のトップスラグ４の塩基度が１．２以上となるように、造滓剤の組成及び添加量が調整されることが好ましい。スラグの塩基度は、ＳｉＯ_２の含有量［ｗｔ％］に対するＣａＯの含有量［ｗｔ％］の比（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）である。通常の予備処理設備では、脱燐処理中に造滓剤の組成を調整することは難しいため、塩基度が２以上の造滓剤を、処理条件または設備仕様に応じた添加速度で添加することが好ましい。

第２の予備処理工程においても、第１の予備処理工程と同様に、容器１０が傾転した状態で脱燐処理が行われ、脱燐処理中に発生するスラグを含むトップスラグ４の一部は、容器１０の外へと排出される。このため、第２の予備処理工程では、トップスラグ４は、初期のＳｉＯ_２濃度が高く塩基度の低い状態から、造滓剤の添加にしたがって、徐々に塩基度が高くなっていく。

第２の予備処理工程では、脱燐処理中の全期間にわたってトップスラグ４の塩基度を１．２以上とすることが好ましい。しかし、実操業上、初期の塩基度を１．２以上とすることが困難な場合には、脱燐処理後のトップスラグ４の塩基度あるいは脱燐処理中の平均のトップスラグ４の塩基度が１．２以上となるように精錬剤が添加されてもよい。なお、予備処理中に測定することでトップスラグ４の塩基度を確認してもよいが、予備処理中の測定が困難な場合には、容器１０内の推定のスラグ量や溶銑２の成分、造滓剤の添加量、酸素源の添加量、排滓量等の条件に基づいた物質収支から塩基度を推定してもよい。

第２の予備処理工程では、予備処理前の溶銑２の燐濃度と予備処理後の目標燐濃度とから算出される脱燐量に応じた供給量の酸素源が添加されることで、第２の予備処理工程が終了する。なお、第１の予備処理工程及び第２の予備処理工程では、溶銑２の温度が１２００℃以上となるように各処理が行われることが好ましい。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
例えば、上記実施形態では、溶銑搬送容器は混銑車１であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、溶銑搬送容器は、溶銑鍋等の鍋型容器であってもよい。

また、上記実施形態では、酸素源として固体酸素源を用いる構成としたが本発明はかかる例に限定されない。酸素源として、固体酸素源に加えて酸素ガスである気体酸素源を用いてもよい。この場合、気体酸素源は、固体酸素源や造滓剤とともにインジェクションランス３から吹き込まれてもよい。また、図３に示すような予備処理設備を用いて、溶銑２の上方に配された上吹きランス５から、溶銑２に酸素ガスを吹き込むことで、気体酸素源を溶銑２に添加してもよい。この場合、第１の予備処理工程では、（１）式における積算供給量Ｑとして、固体酸素源と気体酸素源との両方の酸素源についての酸素ガス相当の積算供給量が用いられる。

さらに、上記実施形態では、第１の予備処理工程では（１）式を満足する条件で、酸素源を添加するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。一般的な予備処理設備であれば、（１）式を満足することで、溶銑２のＳｉ濃度を０．１５ｗｔ％以下とすることができるが、用いられる処理設備に応じて（１）式の代わりに（２）式を用いてもよい。（２）式においてｋは定数であり、酸化精錬によって溶銑２のＳｉ濃度が０．１５ｗｔ％以下となる、酸素源の酸素ガス換算の積算供給量に応じた値である。
Ｑ≧［Ｓｉ］×ｋ ・・・（２）

この定数ｋは、溶銑処理設備において、予め予備処理を行い、得られる脱珪期における酸素源の脱珪効率から、溶銑２のＳｉ濃度が０．１５ｗｔ％以下となる値が設定されてもよい。また、定数ｋは、第１の予備処理工程における酸素源の積算供給量を変化させた条件で、第１の予備処理工程及び第２の予備処理工程を行い、脱燐石灰効率（石灰源（造滓剤）の添加量に対する脱燐量）が最大程度となる値として設定されてもよい。

さらに、第１の予備処理工程では、（１）式の代わりに（３）式、（２）式の代わりに（４）式を満足する条件で、酸素源を添加するようにしてもよい。このような条件にすることで、脱燐期の塩基度の低下を抑えることができ、脱燐期における脱燐効率をより向上させることができる。
［Ｓｉ］×１６＋２≧Ｑ≧［Ｓｉ］×１６ ・・・（３）
［Ｓｉ］×ｋ＋２≧Ｑ≧［Ｓｉ］×ｋ ・・・（４）
さらに、上記実施形態では、固体酸素源として焼結ダストを用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。固体酸素源は、粉粒状（粒径が０．５ｍｍ以下）で、酸化鉄を含むものであれば、他の物質が用いられてもよい。

さらに、上記実施形態では、造滓剤として転炉滓を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。造滓剤は、粉粒状（粒径が１．０ｍｍ以下）で、ＣａＯを含み、好ましくは塩基度が２以上であれば、他の物質が用いられてもよい。
さらに、上記実施形態において、第２の予備処理工程では、必ずしも酸素源と造滓剤とが処理の全期間にわたって同時に添加される必要はない。例えば、第２の予備処理工程における一部の期間では、酸素源のみが添加される構成であってもよい。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る溶銑２の予備処理方法は、溶銑搬送容器（例えば、混銑車１）に収容された溶銑２に精錬剤を添加して、酸化精錬による予備処理を施す溶銑２の予備処理方法において、酸素源のみを精錬剤として溶銑に添加することで、溶銑２を脱珪処理する第１の予備処理工程と、第１の予備処理工程で添加される酸素源の酸素ガス相当の積算供給量Ｑが（１）式を満たした後、ＣａＯを有する造滓剤と酸素源とを精錬剤として溶銑２に添加することで、溶銑２を脱燐処理する第２の予備処理工程とを備え、第１の予備処理工程では、酸素源として酸化鉄を含む固体酸素源を少なくとも用い、溶銑２に浸漬させたインジェクションランス３から固体酸素源を吹き込むことで、溶銑２に酸素源を添加する。

ここで、溶銑２に製錬剤を吹き込んで酸化精錬を行う予備処理方法では、吹き込まれた精錬剤は浮上中に溶銑２中の珪素や燐と反応するトランジトリー反応と、トップスラグ４と溶銑２との界面で珪素や燐と反応するパーマネント反応とによって脱珪処理及び脱燐処理が進行することとなる。このような予備処理方法では、パーマネント反応に比べて、トランジトリー反応の方が脱珪反応及び脱燐反応への寄与が大きくなる。

さらに、脱珪期においては、下記（５）式の脱珪反応が主に進行することが知られている。この脱珪反応では、石灰（ＣａＯ）がなくとも反応が進行する。
［Ｓｉ］＋２［Ｏ］ ＝ ＳｉＯ_２ ・・・（５）
また、脱珪期において発生するスラグは、ＳｉＯ_２の濃度が高くなるため、塩基度が低くなる。スラグの塩基度が低い場合、スラグの粘性が上昇する。さらに、酸化精錬による予備処理では、溶銑中の酸素源と炭素との反応によってＣＯガス等の気泡が発生する。このため、スラグが泡立ちするフォーミング現象が生じる。

一方、脱燐期においては、下記（６）式の脱燐反応が主に進行することが知られている。脱燐反応では、溶銑２中に燐と酸素とにより生成される燐酸化物が、滓化（溶融）したスラグ中のＣａＯに安定形態の化合物として固定することで、溶銑２から燐が除去される。このため、脱燐処理では、石灰の添加が必須となる。
３ＣａＯ＋２［Ｐ］＋５［Ｏ］ ＝ ３ＣａＯ・Ｐ_２Ｏ_５ ・・・（６）

以上のことから、本発明者らは、脱珪期には精錬剤として酸素源のみを添加し、脱燐期には精錬剤として酸素源と造滓剤とを添加することを知見し、本発明にいたった。また、本発明者らは、第１の予備処理工程における酸素源の積算供給量を変化させて、石灰源の脱燐効率が大きくなる酸素源の積算供給量から、脱珪期から脱燐期へ切り替わる酸素源の積算供給量を求めることで（１）式を知見するにいたった。

つまり、上記（１）の構成では、第１の予備処理工程において、脱珪期に対応した期間の間、精錬剤として造滓剤を用いずに酸素源のみを用いて脱珪処理を行い、第２の予備処理工程において、脱燐期に対応した期間の間、精錬剤として酸素源と造滓剤とを用いて脱燐処理を行う。これに対して、従来の予備処理方法では、脱珪期及び脱燐期を通じて、酸素源と造滓剤との両方を精錬剤として溶銑に添加することで行われてきた。このため、このような従来の予備処理方法に比べて、上記（１）の構成の予備処理方法によれば、脱珪期における造滓剤の使用量を削減することができるため、石灰源の使用量を抑制しながらも効率よく予備処理を行うことができる。

また、上記（１）の構成では、脱珪処理と脱燐処理との間に除滓を行わないため、特許文献２に比べ効率的に予備処理を行うことができる。さらに、特許文献２に記載の方法では、スラグ除去設備が必要となるため設備費が掛かることが問題となるが、上記（１）の構成によればスラグ除去設備を設ける必要がないため、設備費を安価にすることができる。

（２）本発明の一態様に係る溶銑２の予備処理方法は、溶銑搬送容器（例えば、混銑車１）に収容された溶銑２に精錬剤を添加して、酸化精錬による予備処理を施す溶銑２の予備処理方法において、酸素源のみを精錬剤として溶銑２に添加することで、溶銑２を脱珪処理する第１の予備処理工程と、第１の予備処理工程で添加される酸素源の酸素ガス相当の積算供給量が（２）式を満たした後、ＣａＯを有する造滓剤と酸素源とを精錬剤として溶銑２に添加することで、溶銑２を脱燐処理する第２の予備処理工程とを備え、第１の予備処理工程では、酸素源として酸化鉄を含む固体酸素源を少なくとも用い、溶銑２に浸漬させたインジェクションランス３から固体酸素源を吹き込むことで、溶銑２に酸素源を添加し、（３）式における定数ｋとして、酸化精錬によって溶銑２のＳｉ濃度が０．１５ｗｔ％以下となる、酸素源の酸素ガス換算の積算供給量に応じた値を用いる。

上記（２）の構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。また、予備処理設備に応じて定数ｋを設定することで、処理条件の異なる予備処理設備においても、脱珪期から脱燐期に切り替わるタイミングに精度良く合わせて、第１の予備処理工程から第２の予備処理工程に切り替えることができる。このため、石灰源の使用量をより抑制することができる。

（３）上記（１）または（２）の構成において、第２の予備処理工程では、脱燐処理中のトップスラグ４の塩基度が１．２以上となるように、精錬剤を添加する。
脱燐反応においては、トップスラグ４の塩基度を１．２以上として、さらに高くするほど脱燐効率は向上する。このため、上記（３）の構成によれば、脱燐反応が促進されるため、より高い脱燐効率で脱燐処理を行うことができる。なお、塩基度が高く、溶銑２の温度が高い場合には、予備処理後のスラグが凝固してしまい、溶銑２を混銑車１から排出できない場合がある。このため、トップスラグ４の塩基度は、３．０以下とすることがさらに好ましい。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかの構成において、溶銑搬送容器として混銑車１を用いて、第１の予備処理工程の前に、溶銑２が混銑車１の炉口１００から排出されない角度で、混銑車１を傾転させ、第１の予備処理工程及び第２の予備処理工程では、混銑車１を傾転させた状態で、生成されるトップスラグ４の一部を炉口１００から排出させながら脱珪処理及び脱燐処理を行う。

第１の予備処理工程では、造滓剤を添加しないため、トップスラグ４の塩基度が低くなり、トップスラグ４がフォーミングし易くなる。しかし、上記（４）の構成によれば、トップスラグ４がフォーミングしても所定量以上のトップスラグ４が炉口１００から傾転させた側へと適宜排出される。このため、混銑車１を傾転させた側にのみトップスラグ４を排出させることができ、それ以外の場所へのトップスラグ４の流出を防止することができる。
また、第２の予備処理工程では、トップスラグ４を排出させながら造滓剤を添加して脱燐処理を行うことで、トップスラグ４の塩基度を、第１の予備処理工程で発生した低い状態から、高い状態へと切り替えることができる。このため、ＣａＯ源（造滓剤）の使用量を抑制することができる。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかの構成において、酸素源として、インジェクションランス４から吹き込まれる気体酸素源及び溶銑２の上方に配された上吹きランス５から噴射される気体酸素源の少なくとも一方の気体酸素源をさらに用いる。
固体酸素源を用いた酸化精錬処理では、酸化鉄の分解にともなう吸熱反応が生じる。このため、固体酸素源の使用量が多くなることで、溶銑２の温度は低くなる。しかし、上記（５）の構成によれば、酸素源として固体酸素源に加えて気体酸素源を用いることで、酸素源の供給量が増加しても、溶銑２の温度低下を抑制することができる。これにより、後工程における精錬反応の促進効果や昇熱材の削減効果が得られ、製鋼工程における精錬コストを低減することができる。

次に、本発明者らが行った実施例１について説明する。実施例１では、上記実施形態と同様に溶銑搬送容器として混銑車１を用いて、溶銑２の予備処理を行った。混銑車１に収容される溶銑２の量は３００ｔとした。また、実施例１では、酸素源の積算供給量を変化させた複数の条件で第１の予備処理工程を行い、その後、酸素源と造滓剤とを８５：１５の割合で溶銑２に吹き込むことで第２の予備処理工程を行った。第２の予備処理工程では、上記条件の造滓剤を吹き込むことで、脱燐処理中のトップスラグ４の塩基度を１．２以上に調整した。酸素源としては、上記実施形態と同様に固体酸素源である酸化鉄を含む焼結ダストを用い、造滓剤としては、塩基度が２以上の転炉滓を用いた。さらに、実施例１では、各条件における精錬反応効率を調査した。

表１、図４及び図５に実施例１の結果を示す。実施例１では、表１に示すように、第１の予備処理工程における酸素源の積算供給量が（１）式を満たす実施例１−１〜１−３の３条件、第１の予備処理工程における酸素源の積算供給量が（１）式を満たさない比較例１−１〜１−２の２条件の計５条件で処理を行った。表１には、予備処理前後での溶銑２の成分、第１の予備処理工程での酸素源の積算供給量、ＣａＯ源の積算供給量、脱珪外酸素量、脱珪外脱燐酸素効率、脱燐石灰効率、及び（１）式の右辺の値（１６×［Ｓｉ］）を示す。ＣａＯ源の積算供給量は、第２の予備処理工程にて添加された造滓剤のＣａＯ分の積算供給量である。脱珪外酸素量は、第１の予備処理工程及び第２の予備処理工程において溶銑２に添加された酸素源のうち、脱珪反応に用いられた酸素を除いた酸素の酸素ガス相当量である。脱珪外脱燐酸素効率は、実際の脱燐量から、第１の予備処理工程及び第２の予備処理工程において溶銑２に添加された酸素源のうち脱珪反応に用いられた酸素を除いた酸素が、（４）式に示す脱燐反応にどの程度用いられたかを示す比率である。つまり、脱珪外脱燐酸素効率が高いほど、脱燐処理が効率よく行われていることを示す。脱燐石灰効率は、実際の脱燐量から、添加した造滓剤中の石灰分のうち、どの程度の石灰分が（４）式に示す脱燐反応に用いられたかを示す比率である。つまり、脱燐石灰効率が高いほど、石灰源が有効に使われ、石灰源の使用量が削減できることを示す。

図４の横軸は、（１）式の左辺の値（１６×［Ｓｉ］）から第１の予備処理工程での酸素源の積算供給量を差し引いた値を示し、図４の縦軸は、脱珪外脱燐酸素効率［％］を示す。つまり、図４の横軸が０以上となる領域が（１）式を満たす条件となる。また、図５の横軸は、図４の横軸と同様に、（１）式の左辺の値（１６×［Ｓｉ］）から第１の予備処理工程での酸素源の積算供給量を差し引いた値を示し、図５の縦軸は、脱燐石灰効率［％］を示す。
図４に示すように、横軸の値が増加するに伴って脱珪外脱燐酸素効率が向上し、横軸が０以上となる範囲では高い脱珪外脱燐酸素効率が得られることが確認された。また、横軸が０未満となる範囲では、脱珪外脱燐酸素効率が急激に低下することが確認された。

図５に示すように、横軸の値に対して脱燐石灰効率は大きく変化せず、横軸の範囲においても十分な脱燐石灰効率が得られることが確認された。さらに、図５に示す結果からは、横軸の値が０近傍において、脱燐石灰効率が最も高くなることが確認された。これは、横軸の値が０未満の範囲では、横軸の値が小さくなるほど石灰源の供給タイミングが早くなり、脱珪期で添加された石灰が脱燐反応に寄与しない状態で、容器１０の外へと排出されるため、見かけ上の効率が低下したものと考えられる。また、横軸の値が０超の範囲では、横軸の値が大きくなるほど、ＣａＯ源の供給タイミングが遅くなり、脱燐期の塩基度が低下するために脱燐効率が低下したものと考えられる。なお、脱燐石灰効率を向上させる観点からは、横軸の値が−１以上２以下となる範囲で予備処理を行うことが好ましいことが確認された。つまり、第２の予備処理工程を行うタイミングとして、（１）式代わりに（３）式、または（２）式の代わりに（４）式を用いることで、脱燐石灰効率をより向上させることができ、同程度の脱燐量で比較した場合に石灰源の使用量を低減できることが確認された。
以上の結果から、横軸の値が０以上となる上記実施形態に係る溶銑２の予備処理方法を用いることで、脱燐石灰効率を維持しながらも脱珪外脱燐酸素効率を向上させることができるようになるため、ＣａＯ源の使用量を抑制することができ、予備処理を効率的に行うことができることが確認された。

次に、本発明者らが行った実施例２について説明する。実施例２では、上記実施形態と同様に溶銑２の予備処理を複数回行った。実施例２では、実施例１と同様に、混銑車１に収容される溶銑２の量は３００ｔとした。また、実施例２では、酸素源の積算供給量が（１）式を満たす条件で第１の予備処理工程を行い、その後、酸素源と造滓剤とを８５：１５の割合で溶銑２に吹き込むことで第２の予備処理工程を行った。酸素源及び造滓剤には、実施例１と同じものを用いた。さらに、実施例１では、各条件における精錬反応効率を調査した。

また、実施例２では、比較として、従来と同様な予備処理方法でも溶銑２の予備処理を複数回行った（比較例２）。比較例２では、予備処理を行う全期間にわたって、実施例２における第２の予備処理工程と同様に、酸素源と造滓剤とを精錬剤として溶銑２に吹き込むことで脱珪処理及び脱燐処理を行った。比較例２では、用いる精錬剤以外の条件については、実施例２と同じとした。
表２、図６及び図７に実施例２の結果を示す。表２には、予備処理前後での溶銑２の成分の平均値、脱珪外酸素量の平均値、脱珪外脱燐酸素効率の平均値、ＣａＯ積算供給量、及び脱燐石灰効率の平均値を示す。

図６には、実施例２及び比較例２の複数の条件における、脱珪外酸素量と脱珪外脱燐酸素効率との関係を示す。図７には、実施例２及び比較例２の複数の条件における、脱珪外酸素量と脱燐石灰効率との関係を示す。
表２及び図６から分かるように、実施例２の脱珪外脱燐酸素効率は、比較例２と同等であることが確認できた。つまり、脱珪期において石灰源となる造滓剤を溶銑２に添加しない精錬条件であっても、脱燐効率には大きく影響しないことが確認された。また、表２及び図７から分かるように、実施例２では比較例２に比べ、脱燐石灰効率は向上することが確認された。つまり、本発明によれば、高い脱燐効率を維持しつつも、石灰源の使用量を抑制できることが確認できた。

また、本発明者らは、図３に示す上吹きランス５をさらに設けた予備処理設備でも、第１の予備処理工程及び第２の予備処理工程を行うことで溶銑２の予備処理を行った。この際、酸素源としては、上記実施形態と同様な固体酸素源に加えて、上吹きランス５から噴射される気体酸素源（酸素ガス）を用いた。この場合においても、実施例２と同様に石灰源の使用量の抑制効果を確認することができた。

１ 混銑車
１０ 容器
１００ 炉口
１１ 車両部
２ 溶銑
３ インジェクションランス
４ トップスラグ
５ 上吹きランス

Claims (5)

1. 溶銑搬送容器に収容された溶銑に精錬剤を添加して、酸化精錬による予備処理を施す溶銑の予備処理方法において、
   酸素源のみを前記精錬剤として前記溶銑に添加することで、前記溶銑を脱珪処理する第１の予備処理工程と、
   前記第１の予備処理工程で添加される前記酸素源の酸素ガス相当の積算供給量が（１）式を満たした後、ＣａＯを有する造滓剤と前記酸素源とを前記精錬剤として前記溶銑に添加することで、前記溶銑を脱燐処理する第２の予備処理工程と
   を備え、
   前記第１の予備処理工程では、前記酸素源として酸化鉄を含む固体酸素源を少なくとも用い、前記溶銑に浸漬させたインジェクションランスから前記固体酸素源を吹き込むことで、前記溶銑に前記酸素源を添加することを特徴とする溶銑の予備処理方法。
   Ｑ≧［Ｓｉ］×１６ ・・・（１）
   Ｑ：酸素源の酸素ガス相当の積算供給量［Ｎｍ^３／ｔ］
   ［Ｓｉ］：予備処理前の溶銑中のＳｉ濃度［ｗｔ％］
2. 溶銑搬送容器に収容された溶銑に精錬剤を添加して、酸化精錬による予備処理を施す溶銑の予備処理方法において、
   酸素源のみを前記精錬剤として前記溶銑に添加することで、前記溶銑を脱珪処理する第１の予備処理工程と、
   前記第１の予備処理工程で添加される酸素源の酸素ガス相当の積算供給量が（２）式を満たした後、ＣａＯを有する造滓剤と前記酸素源とを前記精錬剤として前記溶銑に添加することで、前記溶銑を脱燐処理する第２の予備処理工程と
   を備え、
   前記第１の予備処理工程では、前記酸素源として酸化鉄を含む固体酸素源を少なくとも用い、前記溶銑に浸漬させたインジェクションランスから前記固体酸素源を吹き込むことで、前記溶銑に前記酸素源を添加し、
   （２）式における定数ｋとして、酸化精錬によって前記溶銑のＳｉ濃度が０．１５ｗｔ％以下となる、前記酸素源の酸素ガス換算の積算供給量に応じた値を用いることを特徴とする溶銑の予備処理方法。
   Ｑ≧［Ｓｉ］×ｋ ・・・（２）
   Ｑ：酸素源の酸素ガス相当の積算供給量［Ｎｍ^３／ｔ］
   ［Ｓｉ］：予備処理前の溶銑中のＳｉ濃度［ｗｔ％］
   ｋ：定数
3. 前記第２の予備処理工程では、脱燐処理中のトップスラグの塩基度が１．２以上となるように、前記精錬剤を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の溶銑の予備処理方法。
4. 前記溶銑搬送容器として混銑車を用いて、
   前記第１の予備処理工程の前に、前記溶銑が前記混銑車の炉口から排出されない角度で、前記混銑車を傾転させ、
   前記第１の予備処理工程及び前記第２の予備処理工程では、前記混銑車を傾転させた状態で、生成されるトップスラグの一部を前記炉口から排出させながら前記脱珪処理及び前記脱燐処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶銑の予備処理方法。
5. 前記酸素源として、前記インジェクションランスから吹き込まれる気体酸素源及び前記溶銑の上方に配された上吹きランスから噴射される気体酸素源の少なくとも一方の気体酸素源をさらに用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶銑の予備処理方法。

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