JP2018178192A - 溶銑の脱珪脱燐方法および脱珪脱燐装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模な設備投資の増加や工程の増加による操業能率の低下を生じることなく、簡易な方法によってより効率的に溶銑を脱珪脱燐する。
【解決手段】トーピードカー１に収容された溶銑４ａを、溶銑払出し口４ｂから、溶銑払出し流４を形成しながら、受銑容器３へ払出す際に、固酸源６を投入する溶銑４ａの脱珪脱燐方法である。溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ以上である場合には、固酸源６を受銑容器３の内部にシュート２を介して投入し、撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ未満である場合には、固酸源６を溶銑払出し流４にキャリアガスとともに吹付ける。さらに、溶銑１トン当たりの固酸源６の投入総量を５０ｋｇ以上とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶銑の脱珪脱燐方法および脱珪脱燐装置に関する。

従来、トーピードカーからのステンレス鋼の溶銑の払出し時に、脱燐負荷の低減のために、焼結鉱を多量に投入して脱珪処理および脱燐処理を行っていた。しかし、珪効率および脱燐効率はともに低かった。

特許文献１には、溶銑樋から溶銑を流下させて傾注樋に注ぎ込むように溶銑落下流を形成し、この溶銑落下流に噴射ノズルを向けて配設した投射ランスから脱珪剤を投射して脱珪処理を行う方法が開示されている。

特許文献２には、混銑車から取鍋への溶銑の払出し流に脱珪剤を吹き付けて巻き込ませ、脱珪剤および溶銑の反応を促進し、また払出し速度に応じて脱珪用の酸素を供給することにより、操業に対する阻害がなく高効率かつ低コストで脱珪処理する方法が開示されている。

特許文献３には、酸化鉄（Ｆ）、生石灰（Ｃ）及び、アルミナ（Ａ）の合計（Ｆ＋Ｃ＋Ａ）が７０重量％以上、その他不可避的不純物からなり、重量比（Ｃ／Ａ）が３／７〜７／３であり、生石灰（Ｃ）とアルミナ（Ａ）の合計と、酸化鉄中の酸素（Ｏ）との重量比（Ｃ＋Ａ）／Ｏが０．５〜２である溶銑脱珪剤を用い、処理中の溶銑の珪素濃度（［Ｓｉ］：％）に応じて、溶銑脱珪剤中の（Ｃ＋Ａ）／Ｏを、（Ｃ＋Ａ）／Ｏ＝α−０．９×log［Ｓｉ］で定義されるパラメータαが０．６〜０．９５の範囲になるように、調整することにより、低Ｓｉ域まで効率的に脱珪処理する方法が開示されている。

さらに、特許文献４には、ＣａＯ源と酸素源を添加し、溶銑の脱珪脱燐処理を行うに際し、溶銑上の空間容積を溶銑１ｔｏｎ当たり０．２０ｍ^３／ｔｏｎ以上、０．６ｍ^３／ｔｏｎ以下とし、生石灰源として、粉状のＣａＯ源を添加することにより、少ない設備費で全量安定処理可能な溶銑の脱珪脱燐方法が開示されている。

特開２０００−１４４２２８号公報 特開平１１−２６９５２６号公報 特開２０００−３４５１２号公報 特開２００２−２５６３２０号公報

特許文献１，２により開示された発明は、脱珪材の投入量が少なく、［Ｓｉ］≦０．１０質量％の極低珪素領域までの脱珪方法を対象としておらず、またその際に脱燐は生じていない。

特許文献３により開示された発明では、［Ｓｉ］≦０．２０質量％の低珪素領域まで脱珪可能であるものの、専用の処理ステーションを用いる必要があり、設備投資の増加や工程の増加による操業能率の低下が発生する。また、その際に脱燐は生じていない。

さらに、特許文献４により開示された発明を実施するには、専用炉の導入が必要であり、設備投資の増加や工程の増加による操業能率の低下が発生する。

本発明の目的は、専用炉の設置等の大規模な設備投資の増加や工程の増加による操業能率の低下を生じることなく、簡易な方法によってより効率的に脱珪脱燐を行い、脱珪効率および脱燐効率の向上を図ることができる、溶銑の脱珪脱燐方法および脱珪脱燐装置を提供することである。

本発明は、以下に列記の通りである。

（１）トーピードカーや円筒形状の混銑車等の混銑車の溶銑収容部に収容された溶銑を、前記溶銑収容部を旋回させて該溶銑収容部に設けられた溶銑払出し口から、溶銑払出し流を形成しながら、受銑容器へ払出す際に、固酸源を投入する溶銑の脱珪脱燐方法であって、
前記溶銑１トン当たりの前記固酸源の投入総量を５０ｋｇ以上、好ましくは５０ｋｇ以上１００ｋｇ以下とするとともに、
前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ以上である場合には、前記固酸源を前記受銑容器の内部に、例えばシュートを介して、投入し、
前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ未満である場合には、前記固酸源を前記溶銑払出し流にＡｒやＮ_２等のキャリアガスとともに吹付けることを特徴とする溶銑の脱珪脱燐方法。

換言すると、本発明は、混銑車の溶銑収容部に収容された溶銑を、前記溶銑収容部を旋回させて該溶銑収容部に設けられた溶銑払出し口から、溶銑払出し流を形成しながら、受銑容器へ払出す際に、固酸源を、
はじめに、前記受銑容器の内部にシュート投入を行い、払出された溶銑と攪拌を行った後に、
前記溶銑払出し流への吹付けに切り替えて、投入する方法であって、
前記溶銑１トン当たりの前記固酸源の投入総量を５０ｋｇ以上、好ましくは５０ｋｇ以上１００ｋｇ以下とするとともに、
前記シュート投入と前記吹付けとの切り替えを、前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ以上であるときに行う、溶銑の脱珪脱燐方法。

（２）前記固酸源は、平均粒径が６ｍｍ以下の焼結鉱である、１項に記載の溶銑の脱珪脱燐方法。

（３）酸素源として固酸源のみ用いる、１または２項に記載の溶銑の脱珪脱燐方法。

（４）トーピードカーや円筒形状の混銑車等の混銑車の溶銑収容部に収容された溶銑を、前記溶銑収容部を旋回させて該溶銑収容部に設けられた溶銑払出し口から、溶銑払出し流を形成しながら、受銑容器へ払出す際に、固酸源を投入する溶銑の脱珪脱燐装置であって、
前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ以上である場合に、前記固酸源を前記受銑容器の内部に投入するシュートと、
前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ未満である場合に、前記固酸源を前記溶銑払出し流に、ＡｒやＮ_２等のキャリアガスとともに吹付ける吹き付け装置とを備え、
前記シュートおよび前記吹き付け装置からの前記固酸源の投入総量が、前記溶銑１トン当たり５０ｋｇ以上、好ましくは５０ｋｇ以上１００ｋｇ以下である、溶銑の脱珪脱燐装置。

本発明により、専用炉の設置等の大規模な設備投資の増加や工程の増加による操業能率の低下を生じることなく、簡易な方法によってより効率的に脱珪脱燐を行い、脱珪効率および脱燐効率の向上を図ることができる。

図１は、焼結鉱原単位と脱燐効率の関係を示すグラフである。 図２は、溶銑払出し高さと撹拌エネルギーを示すグラフである。 図３は、本発明の概略を示す説明図である。 図４は、撹拌エネルギーと脱珪焼結粉効率の関係を示すグラフである。 図５は、撹拌エネルギーと脱燐焼結粉効率との関係を示すグラフである。

本発明を、添付図面を参照しながら説明する。

本発明者らは、簡易な方法によってより効率的に脱珪脱燐を行い、脱珪効率および脱燐効率の向上を図るため、トーピードカーから受銑容器への溶銑の払出し時における脱珪脱燐処理に着目し、特に、脱燐反応が進行するために必要な焼結鉱の原単位と、焼結鉱の投入方法とを検討した。

溶銑中の珪素は燐と比べて酸素との親和力が高く、酸素を投入すると脱珪反応が優先的に進行し、その後に脱燐反応が進行する。このため、溶銑の払出し時に脱燐反応を進行させるためには、焼結鉱の原単位、すなわち払出し時に投入する固酸（焼結鉱）量を規定する必要がある。

図１は、焼結鉱の原単位と脱燐効率の関係を示すグラフである。図１のグラフは、溶銑の払出し速度が４．０ｔｏｎ／ｍｉｎの場合である。

図１のグラフに示すように、脱燐反応は、焼結鉱の原単位≧５０ｋｇ／ｔｏｎで進行する。

また、焼結鉱の投入方法に関して、溶銑の払出しの初期においては、払出し高さ（溶銑払出し口の最下部と溶銑面との間の鉛直方向距離）が充分に確保されており、払出し流が有する撹拌エネルギーを有効に利用することができるが、払出しの時間経過に伴って受銑容器内に払出された溶銑の湯面レベルが上昇して払出し高さが減少するため、払出し流が有する撹拌エネルギーが減少する。

図２は、溶銑重量：６０ｔｏｎ，払出し速度：４．０ｔｏｎ／ｍｉｎ，初期溶銑落差：６．０ｍの場合における、溶銑払出し高さと払出し流が有する撹拌エネルギーとの関係を示すグラフである。

本発明者らは、図２に示すグラフより、撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ未満の場合には、溶銑に対する撹拌力を別の方法により補う必要があり、焼結鉱（固酸）の投入方法として受銑容器内への吹込み投入を採用することが有効であると考えた。

製鋼段階で発生するスラグの量の低減および精錬コストの削減の観点から、溶銑予備処理の段階で脱珪処理が行われているが、この際、脱珪量が多い程スラグ量が低減されるため、脱珪効率が高い程よく、また後工程での脱燐負荷低減のためには同時に脱燐も行われていることが望ましい。

図３は、本発明の概略を示す説明図である。図３は、本発明による溶銑払出し時の概略を示し、図３における符号１は混銑車であるトーピードカーを示し、符号２は焼結粉投入シュートを示し、符号３は受銑容器を示し、符号４は溶銑流を示すとともに、符号５は吹付け装置の吹付けノズルを示す。

図３に示す本発明に係る溶銑の脱珪脱燐装置０は、トーピードカー１の溶銑収容部１ａに収容された溶銑４ａを、溶銑収容部４ａを旋回させて溶銑収容部４ａに設けられた溶銑払出し口４ｂから、溶銑払出し流４を形成しながら、受銑容器３へ払出す際に、固酸源６を投入する。

固酸源６としては、平均粒径が６ｍｍ以下の焼結鉱が例示される。平均粒径が６ｍｍ超であると脱珪反応の進行が遅くなるからである。

脱珪脱燐装置０は、シュート２と吹付け装置の吹付けノズル５とを備える。

シュート２は、溶銑流（溶銑払出し流）４が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ以上である場合に、固酸源６を受銑容器３の内部に投入する。

さらに、吹付け装置の吹付けノズル５は、前記撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ未満である場合に、固酸源６を溶銑払出し流４に、ＡｒやＮ_２等のキャリアガスとともに吹付ける。

これにより、溶銑払出し流４が有する撹拌エネルギーを有効に利用しながら、溶銑４ａの払出し高さの減少により溶銑払出し流４が有する撹拌エネルギーの減少を補って、脱珪反応効率を維持することができる。

また、脱珪脱燐装置０における、シュート２および吹き付け装置の吹付けノズル５からの固酸源６の投入総量は、溶銑１トン当たり５０ｋｇ以上、好ましくは５０ｋｇ以上１００ｋｇ以下である。これにより、脱珪反応が優先的に進行した後に、脱燐反応が進行することができる。

このように、本発明では、溶銑払出し時に脱珪脱燐処理を行う際に、溶銑払出し初期にはシュート２からより受銑容器３へ固酸源６である焼結鉱を投入し、その後、溶銑払出し流４が有する攪拌エネルギーが１６０ｗ／ｔに低下したタイミングで、吹付け装置の吹付けノズル５から不活性ガス（ＡｒガスあるいはＮ_２ガス）をキャリアガスとして用いて溶銑払出し流４への固酸源６の吹付けを開始する。

本発明によれば、落下による溶銑払出し流４の攪拌エネルギーと、固酸源６の吹付けによる衝突エネルギーとを最大限に利用することができ、溶銑４ａへの固酸源６の巻き込みを増加して反応効率を高めることができるため、気体酸素を用いずに酸素源として固酸源のみ用いて脱珪処理および軽度の脱燐処理を行うことができる。

７０トン程度の溶銑に対して図３に示す脱珪脱燐装置０を用いて本発明を実施した。

対象とした溶銑４ａの成分は、高炉における出銑成分としてＳｉ：０．４０〜０．６０質量％、Ｐ＝０．１２０〜０．１５０質量％である。

本実施例では、吹付けノズル５の搬送ガスにはＮ_２ガスを用い、払出し前後のＳｉ濃度、Ｐ濃度の挙動を把握するため、払出し終了後にサンプリングを行い、溶銑中Ｓｉ濃度、Ｐ濃度を把握した。

脱珪焼結鉱効率と攪拌エネルギーとの関係を図４にグラフで示し、脱燐焼結鉱効率と攪拌エネルギーとの関係を図５にグラフで示す。

ここで、Ｓは焼結鉱原単位とした場合に、ｌｎ（［Ｓｉ］_０／［Ｓｉ］_１）／Ｓを脱珪焼結鉱効率と定義し、ｌｎ（［Ｐ］_０／［Ｐ］_１）／Ｓを脱燐焼結鉱効率と定義する。添え字０は払出し前の濃度を意味し、添え字１は払出し後の濃度を意味する。

図４，５のグラフに示すように、撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ以上においてどちらも効率は略一定であり、１６０ｗ／ｔ以下に減少する結果となった。これより、本発明において、溶銑払出しの初期にはシュート２から固酸源６を受銑容器３の内部に投入し、溶銑払出し流４の攪拌エネルギーが１６０ｗ／ｔになった時に、吹付け装置の吹付けノズル５から溶銑払出し流への固酸源６の吹付けを開始する本発明の有効性が明らかである
次に、図３に示す脱珪脱燐装置０を用い、表１に示す払出し前成分および処理量の溶銑４ａの脱珪処理を行うに際し、溶銑払出し流４の攪拌エネルギーが表１に示す値以上である場合には、固酸源６である焼結鉱（平均粒径１．４ｍｍ）を受銑容器３の内部に投入し、溶銑払出し流４の攪拌エネルギーが表１に示す値未満である場合には、固酸源６を溶銑払出し流４にキャリアガスとともに吹付けるとともに、溶銑１トン当たりの固酸源６の投入総量を表１に示す焼結鉱原単位として、溶銑の脱珪脱燐を行った。

そして、脱珪効率および脱燐効率を求めた。結果を表１にまとめて示す。

表１におけるＮｏ．１〜２６は本発明の条件を満足しない比較例であり、Ｎｏ．２７〜３２は本発明の条件を全て満足する本発明例である。

表１に示すように、本発明例であるＮｏ．２７〜３２は、専用炉の設置等の大規模な設備投資の増加や工程の増加による操業能率の低下を生じることなく、簡易な方法によってより効率的に脱珪脱燐を行い、脱珪効率および脱燐効率の向上を図ることができた。これに対し、比較例であるＮｏ．１〜２６は、溶銑払出し流４の攪拌エネルギーの切り替えが本発明の範囲の下限を下回るため、脱珪効率および脱燐効率の向上を図ることができなかった。

０ 脱珪脱燐装置
１ トーピードカー
１ａ 溶銑収容部
２ 焼結粉投入シュート
３ 受銑容器
４ 溶銑流
４ａ 溶銑
４ｂ 溶銑払出し口
５ 吹付けノズル
６ 固酸源（焼結鉱)

Claims (4)

1. 混銑車の溶銑収容部に収容された溶銑を、前記溶銑収容部を旋回させて該溶銑収容部に設けられた溶銑払出し口から、溶銑払出し流を形成しながら、受銑容器へ払出す際に、固酸源を投入する溶銑の脱珪脱燐方法であって、
   前記溶銑１トン当たりの前記固酸源の投入総量を５０ｋｇ以上とするとともに、
   前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ以上である場合には、前記固酸源を前記受銑容器の内部に投入し、
   前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ未満である場合には、前記固酸源を前記溶銑払出し流にキャリアガスとともに吹付けることを特徴とする、
   溶銑の脱珪脱燐方法。
2. 前記固酸源は、平均粒径が６ｍｍ以下の焼結鉱である、請求項１に記載の溶銑の脱珪脱燐方法。
3. 酸素源として固酸源のみ用いる、請求項１または２に記載の溶銑の脱珪脱燐方法。
4. 混銑車の溶銑収容部に収容された溶銑を、前記溶銑収容部を旋回させて該溶銑収容部に設けられた溶銑払出し口から、溶銑払出し流を形成しながら、受銑容器へ払出す際に、固酸源を投入する溶銑の脱珪脱燐装置であって、
   前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ以上である場合に、前記固酸源を前記受銑容器の内部に投入するシュートと、
   前記溶銑払出し流が有する撹拌エネルギーが１６０ｗ／ｔ未満である場合に、前記固酸源を前記溶銑払出し流に吹付ける吹き付け装置とを備え、
   前記シュートおよび前記吹き付け装置からの前記固酸源の投入総量が、前記溶銑１トン当たり５０ｋｇ以上である、溶銑の脱珪脱燐装置。

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