JP3740894B2 - 溶銑の脱りん方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トーピードカーを用いた溶銑予備処理における溶銑の脱りん方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
製鋼工程に先立って行なわれる溶銑予備処理は、トーピードカー等を用いて溶銑中のP,Si,S等を除去する処理であり、転炉の機能を脱Cのみに集約し、かつ製鋼スラグの発生量を低減することを目的に開発されてきた。
溶銑予備処理で起こる種々の化学反応の内の脱りん(以下、脱Pという)反応は酸化反応である。脱P反応は複雑で、溶銑中のPがOによって酸化物となった後、スラグ中に固定されるか、あるいはリン酸カルシウムの形で析出すると言われている。このような脱P反応を説明するのに有効な指標は存在しないが、従来から脱P反応に寄与するCaOとOの重量比を指標として用いる方法が多数提案されている。
【0003】
特公平7-5953号公報および特公平7-9022号公報には、溶銑中のSi含有量を規定した上で溶銑中に吹き込まれるCaO/O(kg/Nm3)を 1.5〜2.0 とする脱P方法が開示されている。特公平5-14003 号公報および特公平5-14004 号公報には脱りん剤中のCaO/O(重量比)を 1.7〜2.2 とする脱P方法が開示されている。また特公平6-17496 号公報には、脱りん剤中のCaO/O(重量比)を 1.0〜2.5 として、さらにCaF2 , Al2O3 の含有量を規定した脱りん剤を用いる脱P方法が開示されている。
【0004】
脱P反応は酸化反応であり、脱P反応に寄与するO源は、固体(すなわち焼結鉱等の酸化鉄)や気体(すなわち必要に応じて吹き込まれる酸素ガス)があるにも関わらず、上記の脱P方法はいずれも、これらのO源の違いに関する検討が十分ではない。またトーピードカー内の溶銑に脱りん剤を吹き込んで脱P処理を行なうと、転炉で脱P処理を行なうより脱りん剤の反応効率が高いという点に関する検討も十分ではない。
【0005】
このような理由で、上記の脱P方法では、脱りん剤や反応促進剤によってCaOが溶銑中に過剰に添加されるという問題があった。しかもトーピードカーで脱P処理を行なう場合に発生するスロッピングの問題も解決できていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題を解消するべく、トーピードカーを用いて脱P処理を行なうにあたって、脱P反応に寄与するOの反応効率を向上してCaO添加量を削減し、しかもスロッピングの発生しない脱P方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
一般に溶銑の脱P反応は下記の(1),(2) 式で表される。なお[P]は溶銑中のPを示す。
2[P]+ 2.5O2 → P2 O5 ・・・(1)
3CaO+P2 O5 → 3CaO・P2 O5 ・・・(2)
(1)式中のO源は、酸化鉄(すなわち鉄鉱石、スケール、焼結鉱、焼結鉱ダスト等)や酸素ガス等である。このように脱P反応は酸化反応を経て、Pを酸化物としてスラグ中に固定するか、あるいはリン酸カルシウムとして析出させる反応である。
【0008】
このため脱P処理に寄与する脱りん剤中のCaOとOの条件によって、脱P反応の効率が影響を受ける。CaOは比較的高価であるため、その使用量は少ない方が望ましい。スラグ発生量を低減して溶銑予備処理の生産性を向上させるためにも、脱りん剤や反応促進剤に含有され脱P処理に寄与するCaO量を削減する必要がある。また、酸素源として酸化鉄を使用することによって、脱P処理と同時に鉄源を回収することが可能である。
【0009】
トーピードカーを用いて脱P処理を行なう場合は、脱りん剤として吹き込まれた酸化鉄が溶銑中のCとの反応によって減少したり、CaOとの反応によってCaフェライトを生成するなど、種々の反応を生じる。このような複雑な脱P処理を総括的に説明する指標と、その適正な範囲は今まで存在しなかった。
本発明は、トーピードカー内の溶銑の上面から浸漬したランスを介して溶銑中にキャリアガスと共に粉状の脱りん剤を吹き込む溶銑の脱りん方法において、脱りん剤がCa Oと酸化鉄を含有する焼結鉱および/またはCa Oと酸化鉄を含有する焼結鉱のダストからなり、脱りん処理中に溶銑中に吹き込まれる脱りん剤中のCaOと酸化鉄からのOの重量比CaO/O(kg/kg)が0.40〜0.75の範囲を満足する溶銑の脱りん方法である。
【0010】
また本発明は、トーピードカー内の溶銑の上面から浸漬したランスを介して溶銑中にキャリアガスと共に粉状の脱りん剤および反応促進剤を吹き込む溶銑の脱りん方法において、脱りん剤がCa Oと酸化鉄を含有する焼結鉱および/またはCa Oと酸化鉄を含有する焼結鉱のダストからなるとともに前記溶銑中に吹き込まれる脱りん剤中の Ca Oと酸化鉄からのOの重量比 Ca O/O( kg / kg )が 0.40 〜 0.75 の範囲を満足するものであり、反応促進剤がCaOを主体としてなり、溶銑中に脱りん剤を吹き込むと同時に反応促進剤を脱りん剤の吹き込み速度の 0.2倍以上の速度で吹き込んで脱Si反応を起こし、脱Si反応の終了した後、溶銑中に脱りん剤を吹き込んで脱りん処理を行なう溶銑の脱りん方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、脱P処理に必要なCaOの添加量を調査するために、4トン炉を用いて実験を行なった。実験条件は表1に示す通りである。なお脱りん剤の吹き込み速度は単位時間当たりの脱りん剤吹き込み重量(kg/分)で示す。
【0012】
【表1】
【0013】
4トン炉の実験で使用した焼結鉱のCaO含有量および吹き込み条件は表2に示す通りである。
【0014】
【表2】
【0015】
一般的な焼結鉱の組成は、CaO:11重量%,Al2 O3 :1重量%,MgO:1重量%,残部:酸化鉄であり、Oに換算すると 0.16Nm3-O2/ kg-焼結鉱 程度であるが、4トン炉の実験で使用した焼結鉱は、焼結工程でCaO量を調整して、CaO含有量を変化させた。
脱りん剤(すなわち焼結鉱)中の酸化鉄からのO含有量は、分析によって得られた酸化鉄量から算出し、酸素吹き込み速度が一定になるように脱りん剤の吹き込み速度(kg/分)を変化させた。脱りん剤を溶銑中に吹き込むキャリアガスはN2 ガスを使用した。
【0016】
4トン炉の実験で得られたCaO/O(kg/kg)と見掛けの脱P速度との関係を図1に示す。脱P速度KP は下記の (3)式で計算される。
KP (分-1)= ln ([%P]i /[%P]f )/tf ・・・(3)
[%P]i :脱P処理前のP含有量(重量%)
[%P]f :脱P処理後のP含有量(重量%)
tf :処理時間(分)
図1に示す通り、CaO/Oが0.40〜0.75の範囲においてKP が最も大きい。焼結鉱を使用すると、溶銑中に吹き込んだ場合にCaOが酸化鉄と反応して溶融するため、反応界面積が増加することによって脱P反応の効率が向上して、KP が増加する。
【0017】
CaO/O<0.40ではCaO使用量は減少するものの、KP も低下する。CaO/O>0.75ではKP が低下し、しかもスラグが固化するという現象が見られた。これは脱りん剤の滓化が悪化したことを示している。したがって、0.40≦CaO/O≦0.75が適正範囲である。
図2に示すようにトーピードカー7を用いて脱P処理を行なう場合は、フリーボードの制約からスロッピングが発生するという問題がある。そこで発明者らは、0.40≦CaO/O≦0.75を満足し、しかもスロッピングを回避できる条件を見出すために、トーピードカー7を用いて実験を行なった。実験に用いた装置は実際の操業に使用されるものと同一であり、その概要を図2に示す。
【0018】
脱りん剤として粉状の焼結鉱1、反応促進剤としてCaO2を、粉体吹き込みランス5を介して溶銑6中に吹き込んだ。キャリアガス3にはN2 ガスを使用した。実験条件は表3に示す通りである。
【0019】
【表3】
【0020】
まずスロッピングが発生する時期を調査したところ、脱P反応に先立って生じる脱Si反応の期間にスロッピングが発生することが分かった。そこで脱Si反応の期間中に溶銑6中に吹き込む焼結鉱1に加えて、反応促進剤としてCaO2を吹き込み、30チャージ以上の脱P処理におけるスロッピングの発生率を調査した。脱Si期間中に吹き込む焼結鉱1に対するCaO2の比率(kg/kg)とスロッピング発生率(%)との関係を図3に示す。
【0021】
脱Si反応の期間中に溶銑6に吹き込む焼結鉱1の吹き込み速度(kg/分)に対する比率が 0.2以上の吹き込み速度(kg/分)でCaO2を吹き込むとスロッピングを防止できることが分かった。
つまりトーピードカー7を用いて脱P処理を行なう場合は、CaO2の吹き込み速度(kg/分)が焼結鉱1の吹き込み速度(kg/分)の 0.2倍以上になるようにして、CaO2および焼結鉱1を同時に溶銑6中に吹き込んで、脱Si反応を優先的に起こし、脱Si反応の終了後、焼結鉱1を溶銑6中に吹き込むとスロッピングが防止できることが分かった。しかも溶銑6中に吹き込まれる脱りん剤中のCaOと酸化鉄からのOの重量比CaO/O(kg/kg)が0.40〜0.75の範囲を満足すれば、CaO2の使用量を減少できる。
【0022】
なお、ここでは脱りん剤として粉状の焼結鉱1を用いる場合について説明したが、焼結鉱と焼結鉱ダストとの混合物や焼結鉱ダストを単体で用いても同様の効果が得られる。またキャリアガスにはN2 以外にも圧縮空気、酸素、CO2 等の酸化性ガスを用いても良い。
【0023】
【実施例】
容量 350トンのトーピードカー7を用いて脱P処理を行なった。脱P処理前の溶銑6内のP含有量[%P]= 0.150重量%,Si含有量[%Si]= 0.2〜0.3 重量%であり、脱P処理の時間は40分である。脱P処理の条件とスロッピング発生率を表4に示す。
【0024】
【表4】
【0025】
溶銑6中のSiと反応するO量を、供給されるO量の70%の効率で計算し、Oの供給速度は、いずれも一定とした。比較例1は焼結鉱(CaO/O= 0.4〜0.5 )およびCaOを全処理期間(すなわち脱Si期間および脱P期間)に渡って使用した例、比較例2は焼結鉱中のCaO分が高いもの(CaO/O= 0.8〜0.9 )のみを全処理期間に渡って使用した例、比較例3は焼結鉱(CaO/O= 0.4〜0.5 )のみを全処理期間に渡って使用した例、比較例4は脱Si期間のみ焼結鉱に対する吹き込み速度(kg/分)比 0.2以下でCaOを同時に吹き込み、その後の脱P期間は焼結鉱(CaO/O= 0.4〜0.5 )のみを使用した例である。
【0026】
比較例2〜4はスロッピングが発生した。比較例1はスロッピングが発生しなかった。発明例は、スロッピングが発生せず、しかも脱P用CaOは比較例1と比べて大幅に削減できた。
【0027】
【発明の効果】
本発明では、トーピードカーを用いた脱P処理においてCaOの使用量を削減でき、溶銑予備処理の生産性の向上、脱りん剤の削減、スラグ発生量の低減によるコストダウンが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶銑に吹き込まれるCaO/Oと脱P速度KP との関係を示すグラフである。
【図2】脱P装置の例を示す概略図である。
【図3】脱Si期間中の焼結鉱に対するCaOの混合比とスロッピング発生率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 焼結鉱
2 CaO
3 キャリアガス
4 粉体吹き込みランス固定台車
5 粉体吹き込みランス
6 溶銑
7 トーピードカー
8 集塵フード
Claims (2)
- トーピードカー内の溶銑の上面から浸漬したランスを介して前記溶銑中にキャリアガスと共に粉状の脱りん剤を吹き込む溶銑の脱りん方法において、前記脱りん剤がCa Oと酸化鉄を含有する焼結鉱および/またはCa Oと酸化鉄を含有する焼結鉱のダストからなり、脱りん処理中に前記溶銑中に吹き込まれる脱りん剤中のCaOと酸化鉄からのOの重量比CaO/O(kg/kg)が0.40〜0.75の範囲を満足することを特徴とする溶銑の脱りん方法。
- トーピードカー内の溶銑の上面から浸漬したランスを介して前記溶銑中にキャリアガスと共に粉状の脱りん剤および反応促進剤を吹き込む溶銑の脱りん方法において、前記脱りん剤がCa Oと酸化鉄を含有する焼結鉱および/またはCa Oと酸化鉄を含有する焼結鉱のダストからなるとともに前記溶銑中に吹き込まれる脱りん剤中の Ca Oと酸化鉄からのOの重量比 Ca O/O( kg / kg )が 0.40 〜 0.75 の範囲を満足するものであり、前記反応促進剤がCaOを主体としてなり、前記溶銑中に前記脱りん剤を吹き込むと同時に前記反応促進剤を前記脱りん剤の吹き込み速度の 0.2倍以上の速度で吹き込んで脱Si反応を起こし、脱Si反応が終了した後、前記溶銑中に前記脱りん剤を吹き込んで脱りん処理を行なうことを特徴とする溶銑の脱りん方法。
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