JP3312536B2

JP3312536B2 - 溶銑の脱りん方法

Info

Publication number: JP3312536B2
Application number: JP21686595A
Authority: JP
Inventors: 政樹宮田; 信深川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: JPH0959709A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶銑の脱りん方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低りん鋼の要請がますます強くな
っているが、純酸素上吹転炉による脱りん脱炭同時処理
で充分な低りん鋼を得るには、媒溶剤が大量に必要であ
る。また、転炉１基の吹錬では炉壁へスラグが付着する
ことにより、〔%P〕を下げることが困難である。そこ
で、低りん鋼の安定溶製および媒溶剤使用量の節減によ
る溶製コスト合理化を目的とする溶銑脱りん法が行われ
るようになった。具体的にはトーピードカー、取鍋また
は転炉を用い、溶銑中に生石灰、CaF₂、Na₂CO₃等を添加
して撹拌（インジェクション）する方法がとられてき
た。しかし、生石灰、CaF₂およびNa₂CO₃は比較的高価で
あり、コスト面から媒溶剤使用量の更なる節減が望まれ
ている。

【０００３】本出願人は特公昭55-30042号公報におい
て、溶銑段階における脱りん処理の際に上吹転炉滓を用
いることが有効であることを開示した。すなわち、上吹
転炉滓の脱りん能力は1600〜1750℃という高温の転炉終
点では、ほぼ飽和状態となっている。しかし上吹転炉滓
は、溶銑のように1250〜1400℃程度の低温で、熱力学的
に脱りんに有利な条件下にあり、かつ転炉終点に比べ未
だ脱りんされていない高いりん含有量を持つ溶銑に対し
ては、まだ充分な脱りん能力を有する。

【０００４】上記公報の方法は、上吹転炉滓を溶銑脱り
んに使用し、低りん鋼のみならず一般鋼溶製のトータル
コストミニマム化を図る新プロセスであって、転炉滓系
媒溶剤を用いるメリットを最大限に活用した２段の階分
式向流精錬法を具現化したものである。さらに、この方
法は、反応容器として、例えば脱りん炉、脱炭炉と呼ば
れる２基の上底吹転炉形式の炉を用いる製鋼法である。

【０００５】このような溶銑脱りん法における脱りん処
理剤（フラックス）として従来は、「鉄と鋼」〔第76年
(1990)第11号の第1817〜1822頁、同第1801〜1808頁〕ま
たは上記特公昭55-30042号公報に示されているように、
生石灰系または転炉滓系の脱りん剤が用いられていた。
フラックスとして転炉滓を使用することにより、スラグ
の滓化が促進されるため、効率的な脱りんが可能となる
とともに、しかも脱りん、脱炭に必要なトータルの媒溶
剤量を約半減し、かつ発生スラグ量も大幅に低減するこ
とができた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、脱炭末
期スラグ（転炉滓）を脱りん用上底吹転炉形式の炉に脱
りんフラックスとしてリターンさせて使用することによ
り、大幅な媒溶剤使用量の節減と発生スラグ量の大幅低
減等、非常に有益な効果がもたらされた。通常、低りん
鋼溶製の際はスラグの塩基度(CaO/SiO₂)を２以上とし、
滓化促進のためCaF₂を添加した組成のフラックスを用い
るのが一般的であった。しかし、媒溶剤使用量を更に低
減するためには、CaF₂使用量をミニマムにし、かつ低い
塩基度で脱りんすることが必要である。

【０００７】さらに、スラグ塩基度が２以下になると、
滓化不良またはスラグが凝固する際の３CaO ・SiO₂→２
CaO ・SiO₂+f-CaO (f-CaO:遊離石灰）反応により生じる
遊離石灰がスラグ中にほとんど存在しないため、エージ
ング処理を省略しても処理後スラグを路盤材として利用
できる可能性がある。

【０００８】特開昭62-207810 号公報には、CaF₂を使用
しない脱りんフラックスとしてCaO-Al₂O₃-Fe₂O₃系でCa
O:Al₂O₃=2.5 〜20:1、(SiO₂)が10％以下のものが提案さ
れている。この発明では、生石灰、天然ボーキサイト、
鉄鉱石等を事前に混合して上記組成の脱りん剤としてお
り、粉砕および混合の費用が発生する。さらに、単に混
合しただけでは滓化に時間がかかってしまう。短時間に
滓化させようとすれば混合した後、プリメルトにする必
要があり、さらにコストが増大する。したがって、低コ
ストでしかも良好な滓化性を得るためには、転炉滓を使
用することが必要となる。

【０００９】特開昭62-207810 号公報には、脱りん処理
初期に添加するフラックスの組成のみが示されている。
しかしこの場合、脱りん処理中に溶銑中の〔Si〕が酸化
してSiO₂を生成し、スラグ中(%SiO₂) が増大するので、
スラグ塩基度が低下してしまう。また、CaO-Al₂O₃-Fe₂O
₃系フラックスによる溶銑の脱りん処理中には〔Mn〕が
酸化され、スラグ中の(%MnO)が増大する。そのため、初
装フラックス組成、特にCaO/Al₂O₃比を規定するだけで
は、安定した脱りんを達成することができない可能性が
ある。また脱りん処理中にスラグ中の(%FeO)は低下して
いくが、処理末期まで或る値以上の高(%T.Fe）を維持し
なければ脱りんは充分に進行しない。つまり、脱りん処
理中のスラグ組成〔塩基度、(%Al₂O₃)、(%T.Fe) 、(%Mn
O)〕を規定しなければ高脱りん率は達成できないのであ
る。

【００１０】CaF₂を含む転炉滓を脱りん処理に用いる場
合、脱りん処理スラグ中の(%F)が高いとスラグへの(Mg
O）溶解度が増大し、耐火物原単位が悪化する。

【００１１】本発明の目的は、転炉滓を用いる溶銑脱り
ん法において、さらに脱りん用フラックスおよび耐火物
のコストを低減し、かつ脱りん処理後スラグを低コスト
で路盤材等に利用するための脱りんスラグ系において、
特に脱りんに有効なスラグ組成および脱りん方法を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の溶
銑の脱りん方法にある。

【００１３】上底吹き転炉形式の炉において、転炉滓と
酸化鉄とを主成分とする脱りん用フラックスを用い、酸
素を上吹きして溶銑を脱りん処理する際、処理中のスラ
グ条件を重量％で、塩基度(%CaO/%SiO₂)=1.2〜2.0 、(A
l₂O₃)=２〜15％、(T.Fe)= ７〜25％、かつ(MnO)=５〜15
％に制御することを特徴とする溶銑の脱りん方法。

【００１４】上記方法において望ましいのは、さらに
(F) 〔スラグ中のフッ素〕を２％以下に制御すること、
および(Al₂O₃) の制御の際のAl₂O₃源として鋼の連続鋳
造滓および／または造塊滓を用いることである。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に基づいて、本発明方法を実
現する装置および方法の例を説明する。図１は、転炉
滓、酸化鉄、鋼の連続鋳造滓および／または造塊滓から
なる脱りん用フラックスを用いる本発明の脱りん方法の
工程例を示す概略図である。

【００１６】図１の例では、先ず、上底吹脱りん転炉
（脱Ｐ炉）で脱硫（脱Ｓ）溶銑の脱りん処理を行う。こ
のとき、脱りん用フラックスとして、媒溶剤−１（造塊
滓、酸化鉄）および別の上底吹脱炭転炉（脱Ｃ炉）で用
いた媒溶剤−２（造滓剤、ただし、少量のCaF₂をさらに
添加する場合もある）と脱Ｃ炉で発生した酸化鉄とから
なる脱炭末期の低りん（Ｐ）転炉滓、必要に応じて、さ
らに鋼の連続鋳造（連鋳）滓および／または造塊滓を配
合して用いる。

【００１７】脱Ｐ転炉滓は路盤材などとして有効活用さ
れる。一方、脱Ｐ炉で脱りん処理された溶銑は、別の上
底吹転炉（脱Ｃ炉）に移され、媒溶剤−２を添加して脱
Ｃ処理を行い、溶鋼とする。すなわち、図１の例は、反
応容器として脱Ｐ炉および脱Ｃ炉の２基の上底吹転炉形
式の炉を用い、スラグとメタルの流れが向かい合う２段
の階分式向流精錬法の一つである。

【００１８】鋼の連続鋳造滓および造塊滓は、後述する
ようにAl₂O₃を含有し、しかも、いったん溶融した滓で
あり、脱りん用フラックスへの添加剤として好適であ
る。

【００１９】本発明方法は、高価なCaF₂の使用、処
理後スラグを路盤材等に利材化するためのエージング処
理によるコスト増大を解決するために、CaF₂レスで、低
塩基度(CaO/SiO₂)のフラックスを用いて低りん鋼溶製に
必要な脱りん処理を行うものである。「CaF₂レス」と
は、上底吹脱Ｃ炉で用いたCaF₂が低Ｐ転炉滓中に残存し
て含まれている以外は、脱りん用フラックスへのF(フッ
素）分を新たに添加せず、または、F 分をある値以下
に維持するという意味である。

【００２０】種々検討した結果、脱りん用フラックスを
CaO-SiO₂- Fe_tO-Al₂O₃-MnO 系とし、その組成を適正化
することにより、〔Mn〕の酸化量を調節しながら、低り
ん鋼溶製に必要な脱りん率が90％以上および処理後〔%
P〕が0.01重量％以下を達成することが可能であること
が判明した。これを図２〜図８により詳細に説明する。

【００２１】以下、組成を示す％は重量％を意味する。

【００２２】２kg規模のルツボ実験により、溶銑脱りん
に及ぼすスラグ組成の影響について検討した。処理温度
は1300〜1400℃とし、脱りん用フラックスは予めプリメ
ルトしたものを用いた。近年需要の高い低りん鋼を溶製
するためには、脱りん処理後の〔%P〕を0.01％以下とす
る必要があるので、これを目標とした。

【００２３】図２は、溶銑脱りん処理中のスラグ中(%Al
₂O₃)と処理後〔%P〕との関係を示す図である。図示する
ように、(%Al₂O₃)が２％未満ではAl₂O₃添加によるスラ
グ融点の低下が充分でないため、目標の〔%P〕が達成で
きない。一方、(%Al₂O₃)が15％を超えると、(%CaO)が相
対的に低下することによりフォスフェイトキャパシティ
が低下してしまうため、脱りんが不十分となる。

【００２４】図３は、溶銑脱りん処理中のスラグ塩基度
(%CaO/%SiO₂)と処理後〔%P〕との関係を示す図である。
図示するように、スラグ中の(%Al₂O₃)を２〜15％に調整
しても、目標〔%P〕を達成するにはスラグ塩基度を適正
な範囲に制御する必要があることがわかる。

【００２５】処理中のスラグ塩基度が1.2 未満の場合
に、処理後〔%P〕が目標値に到達しないのは、スラグ塩
基度が低いためにフォスフェイトキャパシティが低下し
たことによる。一方、塩基度が2.0 を超えるとスラグの
滓化が悪化して脱りんが進行しにくくなり、目標〔%P〕
を達成することができない。

【００２６】図４は、溶銑脱りん処理中のスラグ中(%T.
Fe) と処理後〔%P〕との関係を示す図である。図示する
ように、スラグ中の(%Al₂O₃)= ２〜15％、スラグの塩基
度=1.2〜2.0 と適正な条件としても、さらに適正なスラ
グ中の(%T.Fe) の範囲が存在することがわかる。すなわ
ち、(%T.Fe) が７％未満では、スラグの酸素ポテンシャ
ルが低いため、脱りんが充分に進行しない。一方、(%T.
Fe) が25％を超えるとスラグ中の(%CaO)が相対的に低下
してしまうため、フォスフェイトキャパシティが低下
し、脱りんが不十分となる。

【００２７】図５は、溶銑脱りん処理中のスラグ中(%Mn
O)と処理後〔%P〕との関係を示す図である。図に示すよ
うに、スラグ中の(%Al₂O₃)= ２〜15％、スラグの塩基度
=1.2〜2.0 、(%T.Fe)=７〜25％とし、さらにスラグ中の
(%MnO)= ５〜15％とすることにより、脱りん率が飛躍的
に向上することがわかる。スラグ中の(%MnO)が５％未満
では(%MnO)の脱りんに対する影響はほとんどない。一
方、スラグ中の(%MnO)が15％を超えるとスラグの融点が
上昇して滓化が悪化し、脱りんが進行しにくくなり、目
標〔%P〕を達成することができない。

【００２８】スラグ中の(%MnO)の制御は、上吹きＯ₂、
底吹きＮ₂またはＣＯ₂の上底吹ガス比を操作する〔M
n〕の酸化量調節および／またはMn鉱石添加を行うこと
により可能である。前者では、有価金属であるMnをロス
するため鋼の溶製コストが高くなるが、〔Mn〕の酸加熱
の分だけ熱的に有利となる。このときの望ましい上底吹
ガス比の範囲は、上吹きＯ₂、底吹きＮ₂の場合 0.1〜
0.5 、上吹きＯ₂、底吹きＣＯ₂の場合0.05〜0.25であ
る。後者のMn鉱石添加では、有価金属であるMnのロス量
が低減できるが、Mn鉱石の昇熱分だけ熱的に不利とな
る。両者を併用する場合は、造滓剤中のMn鉱石量を減少
することができるので熱的に有利となり、しかも初期(%
MnO)が低いためスラグの融点が低く、滓化が促進される
という効果を得ることができる。

【００２９】以上の検討結果から、脱りん処理中のスラ
グ条件は、塩基度(%CaO/%SiO₂)で1.2 〜2.0 、(%Al₂O₃)
で２〜15％、(%T.Fe) で７〜25％、(%MnO)で５〜15％に
制御することとした。

【００３０】Al₂O₃源としては、天然のボーキサイト、
ダイアスポア、赤泥、連鋳滓、造塊滓および精製アルミ
ナのうち一種以上を混合した物を使用することができ
る。連続鋳造滓および造塊滓は、Al脱酸時に生成したAl
₂O₃を含有するCaO-Al₂O₃-SiO₂系の鋼滓であり、スムー
ズな滓化が期待できる一種のプリメルトスラグである。

【００３１】したがって、Al₂O₃源としては連続鋳造滓
および／または造塊滓を選んで用いるのが最も望まし
い。これらを使用することにより、効率的でしかも低コ
ストで脱りん処理を行うことができる。

【００３２】図６は、溶銑２kgを以下の (a)〜(d) の条
件で製造したフラックスで脱りんした場合について、処
理中スラグの滓化率および脱りん率の時間変化を示す図
である。

【００３３】(a)低Ｐ転炉滓、鉄鉱石、造塊滓を混合し
た場合（記号○） (b)低Ｐ転炉滓、鉄鉱石、ボーキサイトを混合した場合
（記号●） (c)生石灰、鉄鉱石、造塊滓を混合した場合（記号△） (d)生石灰、鉄鉱石、ボーキサイトを混合した場合（記
号□）表１に上記の各使用材の組成の一例を示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】図６に示すように、(a) は滓化が最も速
く、処理末期には滓化率、脱りん率とも最も高い。(b)
は滓化が(a) に比べやや遅いが、処理末期の滓化率、脱
りん率はともに(a) とほぼ同等である。(c) は(a) およ
び(b) に比べ滓化時期が遅く、処理末期の滓化率、脱り
ん率はともに低い。(d) は滓化が最も遅く、処理末期の
滓化率、脱りん率とも最も低くなっている。

【００３６】よって、低Ｐ転炉滓を使用することは、滓
化を促進して溶銑脱りんを効率よく行うために必要であ
り、造塊滓をAl₂O₃源として添加すると更に滓化が促進
されることがわかる。すなわち、CaO 源として滓化性の
良い低Ｐ転炉滓を用いることにより、スラグ滓化促進剤
であるCaF₂の替わりにAl₂O₃を用いても、十分滓化さ
せ、脱りんを効率よく行うことができるのである。

【００３７】また、CaO 源およびAl₂O₃源としてそれぞ
れ使用する転炉滓および造塊滓は安価であるので、溶銑
脱りんコストを低減することができる。

【００３８】図７は、Mn鉱石を添加した際の脱りん処理
中のスラグ中(%MnO)と処理後〔％Ｍｎ〕との関係を示す
図である。処理後〔％Ｐ〕を低下させるとともに処理後
〔%Mn 〕をできるだけ高くしようとする観点からは、図
示するようにスラグ中の(%MnO)を８％以上として〔Mn〕
の酸化量を低減するのがよい。しかし、スラグ中の(%Mn
O)が15％を超えると滓化が悪化し、スラグ−メタル反応
が阻害されるため、スラグ中の(%MnO)が増加しても〔M
n〕の酸化は抑制されない。

【００３９】図８は、脱りん処理中のスラグ中の(%F)と
耐火物溶損指数との関係を示す図である。耐火物溶損指
数は、スラグ中の(%F)= ０％の時の耐火物溶損量を1.0
として指数化したものである。図８から、(%F)が２％を
超えると耐火物溶損が急激に増大することがわかる。

【００４０】図１の説明で述べたように、脱Ｃ炉では媒
溶剤−２として少量のCaF₂を用いる場合もあるため、脱
りん処理に使用する低Ｐ転炉滓中に含まれるCaF₂によ
り、脱りん処理スラグ中に(%F)が存在する可能性があ
る。したがって、 (%F)の低い低Ｐ転炉滓を使用する、高(%F)の低Ｐ転炉滓を使用する場合には、生石灰およ
びMgO 等の添加量を増やして(%F)を希釈する等の方法により、脱りん処理時のスラグ中の(%F)を２％
以下に制御すれば、耐火物溶損を抑制し、かつ脱りんを
効率的に行うことができる。

【００４１】なお、上記スラグ中の(%F)が２％の場合で
も、耐火物溶損は若干増大する傾向があり、(%F)は可能
であれば１％以下にできるだけ低減することが、さらに
望ましい。

【００４２】溶銑脱りん処理は1250〜1400℃の温度範囲
で行うのが望ましい。これは、スラグが滓化していれ
ば、熱力学的に低温ほど脱りんに有利となるためであ
る。また、脱りんフラックスをペレットやブリケットに
合成化して使用すると、スラグの滓化促進上有利であ
る。

【００４３】本発明方法による脱りん処理後の高Ｐ転炉
滓は遊離石灰の含有量が低いため、エージング処理を施
すことなく、低コストで路盤材などとして有効に活用す
ることが可能となる。

【００４４】

【実施例】上下吹試験転炉に装入された溶銑（温度は12
80℃、組成は〔%C〕: 約4.4 、〔%P〕: 約0.1 、〔%Mn
〕: 約0.25）２トンに：転炉滓（組成は CaO:48.4 ％-
SiO₂:5.1 ％-Al₂O₃:0.5％-T.Fe:23％-P₂O₅:２％) 約25k
g/t、鉄鉱石10〜30kg/t、Mn鉱石０〜11kg/T、および造
塊滓（組成は CaO:47 ％-Al₂O₃:18.6 ％-SiO₂:11％-P₂O
₅:１％) 約10kg/tを添加し、更に珪砂およびボーキサイ
トを適宜添加して、塩基度および(%Al₂O₃)を調整し、酸
素を上吹き、Ｎ₂ガスを吹き込み速度0.25Nm³/min ・t
で底吹きして脱りん処理を実施した。

【００４５】スラグ中の(%T.Fe) の調整は、鉄鉱石添加
量および上吹酸素ランス−湯面間距離を調整することに
より行い、吹錬時間は約10分とした。処理後〔%P〕目標
は0.01％以下とし、この目標の達成可否および処理後ス
ラグのエージング処理なしでの使用可否を調査した。

【００４６】表２に、脱りん処理中のスラグ塩基度、同
じくスラグ組成、脱りん処理前後における溶銑中〔%
P〕、上吹送酸速度(Nm³/min・t)、処理後温度（℃）お
よび評価結果を併せて示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】表２に示すように、本発明で定めるスラグ
条件で処理した場合は、スラグの融点が低下し、目標
〔%P〕0.01％以下を達成することができた。

【００４９】表２に示す評価が○印の処理後スラグは、
遊離石灰の含有率が0.5 重量％以下と少なく、特にエー
ジング処理を実施しなくとも水和膨張の恐れが無く、エ
ージング処理コストをかけずに安価に路盤材なとへの利
材化を図ることができるスラグであった。×印の処理後
スラグでは水和膨張があり、エージング処理が必要であ
った。

【００５０】

【発明の効果】本発明方法によれば、脱りん用フラック
スに蛍石(CaF₂)を添加することなく、低CaO/SiO₂の安価
なフラックスを使用して脱りん処理が可能であり、低り
ん鋼溶製コストの低減を達成することができる。脱りん
処理後スラグは、エージング処理を省略して路盤材等へ
有効に活用することができ、本発明方法は処理後スラグ
の利材化の観点からも経済的なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の脱りん方法の工程例を示す概略図であ
る。

【図２】脱りん処理中のスラグ中(%Al₂O₃)と処理後〔%
P〕との関係を示す図である。

【図３】脱りん処理中のスラグ塩基度(%CaO/%SiO₂)と処
理後〔%P〕との関係を示す図である。

【図４】脱りん処理中のスラグ中(%T.Fe) と処理後〔%
P〕との関係を示す図である。

【図５】脱りん処理中のスラグ中(%MnO)と処理後〔%P〕
との関係を示す図である。

【図６】脱りん用フラックスの種類による処理中のスラ
グの滓化率および脱りん率の時間変化を示す図である。

【図７】Mn鉱石を添加した際の脱りん処理中のスラグ中
(%MnO)と処理後〔%Mn 〕との関係を示す図である。

【図８】脱りん処理中のスラグ中(%F)と耐火物溶損指数
との関係を示す図である。

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−200313（ＪＰ，Ａ) 特開平７−70626（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−58011（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−157809（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 5/32 C21C 1/02 110

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上底吹き転炉形式の炉において、転炉滓と
酸化鉄とを主成分とする脱りん用フラックスを用い、酸
素を上吹きして溶銑を脱りん処理する際、処理中のスラ
グ条件を重量％で、塩基度(%CaO/%SiO₂)=1.2〜2.0 、(A
l₂O₃)=２〜15％、(T.Fe)= ７〜25％、かつ(MnO)=５〜15
％に制御することを特徴とする溶銑の脱りん方法。