JP3704267B2

JP3704267B2 - 溶鋼の精錬方法

Info

Publication number: JP3704267B2
Application number: JP2000028626A
Authority: JP
Inventors: 進務川; 航阪井; 意智國武
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP2001220621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハロゲン化物を使用せず、また高効率な鉄鋼精錬プロセスに関するものであって、銑鉄を原料とする鋼の精錬プロセスに広く利用される。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材使用環境の厳格化に伴い、鋼中に含まれるりん、硫黄等の不純物元素の低減に対する要求は厳しい。そこで、溶銑段階での脱珪、脱りん、脱硫事前処理、いわゆる溶銑予備処理技術が開発され、転炉での脱炭吹錬と組み合わせることにより、より効率的な不純物除去方法として発展してきている。一方で、最近、環境問題に対する社会的関心が高まる中、鉄鋼精錬工程において生じる様々な副産物の処理方法についても問題が提起されている。特に、製鋼スラグに含まれるフッ素は水中への溶出が問題とされており、フッ化物を用いないプロセスの提案が望まれるところである。
【０００３】
従来、りん、硫黄を安価に低減できる物質としてCaO が主たる精錬剤として利用されてきたが、CaO 自体は融点が2000℃以上の高融点物質であり1700℃程度を最高温度とする製鋼プロセスにおいてもCaO を単独で溶融・滓化させてスラグと化することは困難であり従来よりCaF₂、CaCl₂などのハロゲン化物が併用されてきた。一方、これらのハロゲン化物は精錬反応容器を構成する耐火物の侵食も著しく促進するので、これらハロゲン化物の種類、量を、目的や状況に応じて最適化して利用しているのが現状である。
しかし、上記環境問題に対し、とくにフッ化物を全く使用しないというニーズに対してはこれを達成するプロセスを構築するにはいたっていない。
【０００４】
各種酸化物、ハロゲン化物添加によるCaO の融点降下に関する研究は数多く行われており、工業的規模での利用が容易なものにCaF₂、Al₂O₃がある。CaF₂の利用には前記環境上の問題、および耐火物保護の観点から好ましくなく、その代替としてAl₂O₃の利用方法に関する検討が行われている。特公平6-17496 号公報には溶銑予備処理工程における生石灰の滓化促進の目的でAl₂O₃を使用する記載がある。特開平8-41516 号公報には溶銑での予備脱りんプロセスにおいて脱りん剤とともに二次精錬滓を添加し、Al₂O₃濃度を10〜30％に高める、という記載も見られる。しかし、これらの方法は溶銑予備処理段階での生石灰滓化促進に関するものである。しかし、スラグにAl₂O₃を含ませると著しい泡立ちを助長することも知られている。特に、溶銑予備処理を施していない溶銑を用いた場合、転炉吹錬時に発生するスラグ量が多くなり、スラグの泡立ちは精錬容器からのスラグ、溶銑流出をもたらし、実際上操業不可能になるので好ましくない。そこで、本願発明者らは溶銑予備処理においては蛍石などのハロゲン化を添加せず、微粉CaO を用い、適正な塩基度、底吹き攪拌を与えるという方法を開発し、特開平9-143529として公開したが、転炉吹錬時のハロゲン化物を使用しない方法について新たに検討を行ったものである。
【０００５】
一方、溶銑予備処理が広く一般的に採用されている現状では採用される前に比べて転炉での脱りん負荷が軽減され、転炉吹錬の単純化、高速化が達成され高生産性を確保することができる。しかし、溶銑段階での予備脱りんプロセスでもそのばらつきは不可避的なものであり、最終目標りん濃度まで予備処理段階で下げられていない場合も生じる。そのため、転炉吹錬時においても若干の脱りんを行う必要が生じる場合がある。その場合、やはりCaO を添加して脱りんを行おうとするが、前記の様にCaF₂等の滓化促進剤を使用しない場合にはCaO の滓化が十分ではなく、脱りんが進まず、りん濃度を最終目標値以下にできない、という問題点があり、完全に蛍石等ハロゲン化物を使用しない精錬方法は未だ確立されていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は前項に述べた課題を解決するためになされたものであり、蛍石などのハロゲン化物を使用しなくとも有利に脱りんが可能な転炉での精錬方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
（１）溶銑の脱炭吹錬を行うに際し、りん濃度0.04％未満、珪素濃度0.1%以下の溶銑を原料とし、蛍石などのハロゲン化物を使用せず、(1) 式で定義するスラグの塩基度を3.0 以上、4 以下の範囲とし、Al_２O_３源を添加して最終スラグのAl_２O_３濃度を3.5%以上とすることを特徴とする溶鋼の精錬方法。
塩基度＝ ((CaO) − free(CaO))/(SiO ₂ ) ・・・・・・・ (1) 式
ただし、 (CaO) ：スラグ中の全 CaO 濃度（重量％）、 free(CaO) ：スラグ中のフリー CaO 濃度（重量％）、 (SiO ₂ ) ：スラグ中の SiO ₂ 濃度（重量％）である。
（２）Al_２O_３源として、溶鋼精錬鍋耐火物の廃材を使用することを特徴とする（１）記載の溶鋼の精錬方法、
である。即ち、本発明は、予備脱りん処理を施した溶銑を転炉で精錬して溶鋼を得る方法において、蛍石などのハロゲン化物を使用することなく、脱りんを促進して低りん鋼を安定して得る方法を提供するものであり、従来、鉄鋼精錬に広く採用されている転炉に広く適用可能な方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
溶銑予備処理を行った溶銑での転炉吹錬は珪素濃度が低く、生成するSiO₂量が少ないことから、スラグ量の少ないいわゆるレススラグ吹錬となる。この様な状態である程度の脱りん率を得ようとする場合、高いりん分配比が必要となる。しかし、このためにはスラグの塩基度を高める必要が生じる。一方、一般に転炉や溶銑予備処理でのスラグの塩基度はその構成要素であるCaO とSiO₂濃度の比をとってCaO/SiO₂で表すことが広く行われているが、実際にはCaO として存在するものには３種類存在する。一つは他のスラグ構成要素であるSiO₂やFeO 等と全く反応していないfreeなCaO であり、次に2CaO・ SiO₂、3CaO・ SiO₂等のカルシウムシリケートを代表とする中間化合物であり、最後に溶融液相中に存在するCaO である。これらの中でりんを含有する相は後者２相であるために本来、塩基度としては未反応のfreeなCaO を除いたCaO 濃度を評価し、SiO₂との濃度比をとった塩基度と評価するのが正しいと思われる。
【０００９】
一方、本願発明者らは転炉吹錬の際にAl₂O₃源を添加する試験を行い、以下の様な知見を得た。本願発明はこの知見に基づくものである。第１図は本願発明者らが行った試験において最終スラグのフリーCaO 濃度とAl₂O₃濃度の関係を示すが、不可避的に混入するAl₂O₃濃度が２％程度存在し、Al₂O₃源を添加するとともにAl₂O₃濃度が増加し、それに伴い、フリーCaO 濃度は減少する。即ち、生石灰の滓化が促進されていることがわかる。
【００１０】
第２図(a) は温度1600℃、FeO 濃度17％、MnO 濃度7.1%とした時の液相領域の計算結果を示す。この結果に基づき、液相100%に保つのに必要なAl₂O₃濃度を求めた結果を第２(b) 図に示す。これによると塩基度が3.5 の場合、液相100%にするために必要なAl₂O₃濃度は3.5%である。一方、第２図(c) には熱力学平衡計算による平衡りん分配比を示すが、塩基度が3.0 以上あれば処理前りん濃度0.04％の溶銑を0.02％まで脱りんするのに必要な分配比70以上を確保可能であることがわかる。しかし、これ以下ではりん分配比は低く、脱りんが出来なくなる。また塩基度をこれ以上とするためには必要なAl₂O₃濃度が7%以上に増加するため多量のAl₂O₃を添加する必要が生じる。従って、スラグの塩基度は3.0 〜4.0(第２図(b) のＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）とし、Al₂O₃添加量は3.5%以上とするのが望ましい。ただし、Al₂O₃の多量添加はフォーミングを助長し、操業が不可能になること、また一般に転炉耐火物として利用されているMgO 系レンガの溶損が顕著になることから、自ずと添加する量には限界があるが、3.5%以上を確保すれば良い。
【００１１】
Al₂O₃源としてはボーキサイト等の鉱物を添加する方法もとり得るが、一般に鉄鋼精錬過程で用いられる取鍋の耐火物を解体、再築造する際に発生するレンガ屑を再利用する方法が廃棄物量低減の観点からも好ましい。また、この場合、粒径10mm〜30mm程度の塊状に荒粉砕して転炉にて上方添加して利用するのが簡便であり、利用し易い。
【００１２】
【実施例】
（実施例）
溶銑予備処理工程にてりん濃度0.025 〜0.038%、珪素濃度0.1%以下に事前処理した溶銑を転炉に装入し、生石灰とAl₂O₃源を上方添加して酸素ガスを上吹きし、脱炭吹錬を行った。なお、ハロゲン化物は一切添加しなかった。この時、最終的に生成したスラグの組成としてAl₂O₃濃度が3.5 〜５％に達したが、フリーなCaO の濃度は7%以下であった。得られたりん分配比は90以上であった。処理前後のりん濃度は第１表に示す結果となった。
（比較例１）
溶銑予備処理工程にてりん濃度を0.025 〜0.036%、珪素濃度0.1%以下に事前処理した溶銑を転炉に装入し、生石灰を上方添加して酸素ガスを上吹きし、脱炭吹錬を行った。なお、ハロゲン化物は一切使用しなかった。この時、最終スラグ中Al₂O₃濃度は３％以下でありフリーCaO 濃度は10％以上と高い濃度であった。りん分配比は40〜90の範囲であった。
（比較例２）
溶銑予備処理した溶銑283t〜304tを転炉に装入し生石灰と、生石灰の滓化を促進するための蛍石を使用し、酸素ガスを上吹きして脱炭吹錬を行った。この場合、脱りんは良好であったが、排出したスラグからのフッ素溶出量が多く、これを抑制するための新たな手段が必要であることが分かった。
【００１３】
【表１】

※ただし、塩基度は次式で表すフリーCaO 補正後の値を示す。
((CaO)-free(CaO))/(SiO₂ )
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、転炉吹錬時に蛍石などのハロゲン化物を使用することなく、しかも脱りん能力を確保した処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転炉吹錬後のスラグ中Al₂O₃濃度とフリーCaO 濃度の関係を示す図である。
【図２】本願発明に至る過程で得た計算状態図で、図２(a) はFeO 17％、MnO 7.1%一定下、1600℃における液相領域を示す図、図２(b) はFeO 17％、MnO 7.1%一定下、1600℃での各塩基度における、液相率100%を得るに必要なAl₂O₃濃度を示す図、図２(c) は平衡りん分配比に及ぼす塩基度の影響を示す図である。

Claims

溶銑の脱炭吹錬を行うに際し、りん濃度0.04％未満、珪素濃度0.1%以下の溶銑を原料とし、蛍石などのハロゲン化物を使用せず、(1) 式で定義するスラグの塩基度を3.0 以上、4 以下の範囲とし、Al_２O_３源を添加して最終スラグのAl_２O_３濃度を3.5%以上とすることを特徴とする溶鋼の精錬方法。
塩基度＝ ((CaO) − free(CaO))/(SiO ₂ ) ・・・・・ (1) 式
ただし、 (CaO) ：スラグ中の全 CaO 濃度（重量％）、 free(CaO) ：スラグ中のフリー CaO 濃度（重量％）、 (SiO ₂ ) ：スラグ中の SiO ₂ 濃度（重量％）である。
Al_２O_３源として、溶鋼精錬鍋耐火物の廃材を使用することを特徴とする請求項１記載の溶鋼の精錬方法。