JP3793390B2

JP3793390B2 - 溶銑の脱珪・脱硫方法

Info

Publication number: JP3793390B2
Application number: JP2000083525A
Authority: JP
Inventors: 進務川; 達也佐渡; 智晶田崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: JP2001271111A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハロゲン化物を一切使用せず、また効率的な溶銑の脱珪・脱硫方法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、りん、硫黄に代表される鋼中の不純物元素の低減に対する要求は厳しい。一方、鉄鋼材料は大量に利用される基礎素材であり、品質もさることながら、安価であることも重要であり品質、コストを両立させるためより効率的な製造プロセスを求めて技術開発がなされている。こうした中、珪素、硫黄、りんを事前に取り除いた銑鉄を転炉吹錬にて鋼を得る、いわゆる溶銑予備処理技術が発展して来ているが、精錬剤である生石灰の滓化促進剤として従来、蛍石（主成分はCaF_２）が利用されてきた。
【０００３】
近年、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発生す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、スラグ中に含まれるフッ素は環境への溶出が問題となっており、製鋼プロセスでは蛍石等、ハロゲン化物を添加することは望ましくなく、本来、使用しないのが望ましいが完全に使用しない方法は未だ確立されていない。
【０００４】
一方、溶銑予備処理工程については、反応面からは脱珪、脱りん、脱硫といった各々の反応を各々分割して専用の精錬装置を用いて行うのが良いが、そのためには各々の反応容器が必要となって設備費用が高価になること、溶銑の移し替えが必要となり、移し替えに伴う熱ロスが増大すること、およびその度に排滓が必要となり、排滓に伴う熱ロス増、スラグ中に何らかの形でトラップされている鉄分をロスする、という問題が生じる。また、完全にスラグを除去できる技術は未だに確立されておらず、不可避的にスラグが溶銑とともに次工程に持ち越される、いわゆるキャリーオーバースラグが発生する。これによりスラグから不純物が戻る現象が次工程で問題となり、また排滓の程度がばらつくので、精錬のばらつき要因となり制御性が悪化する。そのため全てを分割するのではなく、一部の精錬機能を集約し、２分割程度にして脱珪と脱硫、脱珪と脱りん、あるいは脱りんと脱硫を同一炉内で行う工程集約の方法も種々検討されているが、この様に、不純物除去、環境、機能集約の三つの側面からプロセスを最適化する必要がある。
【０００５】
特開平9-261634号公報には、攪拌下、珪素濃度0.1%以上の溶銑に鉄酸化物とCaO 、CaF_２を添加しスラグ中酸化鉄濃度をFe換算値で5%以下とする脱珪工程と、その後、攪拌下、CaO とCaF_２を含む脱硫剤を添加して脱硫を行う方法が記載されている。また、特開昭58-16007号公報には、CaO 系フラックスを用い、スラグの塩基度(CaO)/(SiO_２)が2.0 以上、酸化鉄濃度が15％以下となるよう溶銑の脱りん処理を行い、引き続きスラグを排滓することなく、溶銑中へキャリアガスとともに脱硫剤を吹込んで脱硫処理を行う方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平9-261634号公報に記載された方法では、機能集約という点では良いが、トップスラグと溶銑間の反応で酸化反応である脱珪反応と還元反応である脱硫反応の両者を行わせる必要があり、効率的とは言えない。更には、CaF_２使用量を最少限に抑えると述べているが、CaF_２を全く使用しない場合には特に脱硫工程で、スラグの流動性が全くなくなり、脱硫反応が極めて遅くなるので、5%程度の添加は必須となる。また、特開昭58-16007号公報に記載された方法では、脱りん後のスラグを排滓しないで残すことになり、脱硫処理中にはそのスラグ中の酸化鉄の還元が進行するので、りんをスラグ中に保持することが困難となり、脱硫処理中にりんがスラグから溶銑に戻る、いわゆる復りんを招く。それを避けるために脱りん後のスラグ中の酸化鉄濃度を高めておけば、脱硫効率が低下する、という結果をまねく。また、より強力な精錬剤としてソーダ系フラックスを使用する方法もあるが、この場合にはフラックスが高価であることと、ソーダの熱分解による熱ロスを助長するという問題もある。更には、復りんがおきるかどうかの極めて不安定な状況となり精錬後のりん濃度がばらつき、次工程での転炉操業が不安定になる、という問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記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せず、生石灰源と酸素源を添加して溶銑の脱珪処理を行う第一工程と、酸素供給を止め、引き続き脱硫剤を溶銑中に吹込んで脱硫処理を行う第二工程からなる溶銑の脱珪・脱硫方法であって、第一工程で生成するスラグの塩基度を1.0 以上とし、第二工程における脱硫剤の吹込み深さを溶銑表面下1.0m以上としたことを特徴とするものである。ただし、塩基度は（Ａ）式で定義する。
塩基度＝(T-(CaO)-f-(CaO))/(SiO_２) （Ａ）
ここに、T-(CaO):全CaO 濃度、f-(CaO):フリーライム濃度、(SiO_２)：SiO_２濃度
なお、第一工程において（Ｂ）式で定義される溶銑の攪拌力を 1.1 以上 kw/t 以上とすることが好ましい。
ε＝0.0062 Q_ｇT ｛ln(1+H_０/1.54)+(1-T_ｇ/T) ｝/W_ｍ（Ｂ）
ここに、 Q_ｇ：ガス吹込み量(Nl/min)、T : 溶銑温度(K) 、H_０：吹込み深さ(m )、 T_ｇ: 吹込み前のガス温度(K) 、W _ｍ：溶銑量(t)
である。
【０００８】
即ち、本発明は蛍石等、従来生石灰の滓化剤として用いられていたハロゲン化物を一切使用することなく、同一炉内で溶銑の脱珪・脱硫を安定に行うことを意図しているものであり、鉄鋼の精錬プロセスに広く採用し得る。その原理は、一般に溶銑の脱珪処理を行うと低塩基度、高FeO 濃度のスラグが生成し、そのまま脱硫剤を添加して脱硫処理を行おうとしても、スラグの塩基度が低いので脱硫能力が無く、また酸素ポテンシャルも高いため還元反応である脱硫反応は効率が低下すると考えられている。しかし、この様な状況でも蛍石等のハロゲン化物を使用せず、脱硫剤を溶銑表面下、1.0m以上の深さから吹込むと、脱硫反応も充分生じるという、新しい知見による。即ち、溶銑上に低塩基度、高FeO 濃度のスラグが存在しても、蛍石等のハロゲン化物を使用しなければ、スラグの固相率は高く、流動性に乏しくそれ程悪影響は無く、また、吹込まれた脱硫剤は溶銑中を浮上する間に充分な脱硫反応を生じるのでそれ程効率が低下しない、という事実を見出したことによる。もちろん、溶銑上の低塩基度、高FeO 濃度のスラグの悪影響が全く無い訳ではないので、その固相率を更に確保して流動性、反応性に乏しいスラグとするのが望ましいが、そのためには脱珪処理後スラグの塩基度1.0 以上を確保すること、更には脱珪処理時の攪拌力を1.1kw/t 以上としてFeO 濃度を下げることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本願発明者らは、本願発明に至る詳細な研究の結果、以下の様な実験事実を明らかとした。即ち、図１に示す転炉タイプの溶銑予備処理炉１を用い、スクラップ10を装入後、更に溶銑２を装入し、炉底よりN_２ガスをキャリアーとして石灰石粉を、吹込み羽口６より吹込んで溶銑２を攪拌しながら、酸素源と生石灰源を炉上ホッパー９より添加し、酸素上吹きランス３より酸素ガスを吹き付けて脱珪処理を行う。引き続き、酸素を止め、吹込み羽口６より生石灰粉を主成分とする脱硫剤を吹込み、脱硫処理を行う。この時、脱硫剤の吹込み深さを1.0m以上として、脱珪処理後のスラグの塩基度を1.0 以上を確保し、底吹き攪拌力を1.1kw/t 以上確保し、蛍石等のハロゲン化物等のスラグの固相率を低めるような滓化促進剤を一切使用しなければ脱珪後スラグの固相率を高く保つことができる。そのため、溶銑を浮上する間に硫黄を高濃度で吸収した生石灰粒子は、トップスラグと均一に混合することなく、硫黄を高濃度で含んだままの形態でトップスラグに物理的にトラップされ、硫黄を溶銑に戻す、いわゆる復硫反応を最少限に抑えることができることがわかった。その結果、効率的な脱硫処理が可能となり、脱珪脱硫を排滓や溶銑の反応容器の移し替えを行う必要がなく、工程省略が可能となる。この時、低攪拌エネルギーで処理を行なうとトップスラグのFeO が高くなり、その結果、液相率が高くなるとともに、スラグの酸素ポテンシャルが高くなる。また、CaF_２等のハロゲン化物を使用すると、やはり液相率が高くなる。このような場合、硫黄を高濃度で含んだ脱硫剤がトップスラグと混合され、硫黄はスラグ中に溶解することになるが、本来、このスラグは塩基度が低く、硫黄を保持する能力が無いため、そのままでは硫黄が再び溶銑中に戻る、いわゆる復硫反応を生じ、脱硫効率は低下する。
【００１０】
【実施例】
次に本願発明による実施例、および比較例を示す。実験は図１に示す、炉底にガス、及び粉体を吹込む羽口を設けた転炉タイプの精錬炉を用いた。
なお、脱硫剤のＫ値は（Ｃ）式で定義される。
K ＝ln([%S] _{ｉｎｉｔｉａｌ}／[%S]_{ｆｉｎａｌ}) / W _ｆｌｕｘ（Ｃ）
[%S]_{ｉｎｉｔｉａｌ}：処理前溶銑中硫黄濃度（重量％）、[%S]_{ｆｉｎａｌ}：処理後溶銑中硫黄濃度（重量％）、 W_ｆｌｕｘ：脱硫剤原単位(kg/t)
【００１１】
（実施例１）
溶銑263tを装入し、上方より生石灰を添加した。上吹きランスから酸素ガスを上吹きしつつ底吹き羽口より石灰石粉2.7kg/t を窒素ガスにて吹込み溶銑に1.8kw/t の攪拌力を付与しつつ脱珪処理を行った。脱珪後のスラグ塩基度を2.5 とした。脱珪処理後、上吹き酸素ガスを止め、底吹き羽口よりCaO+Al灰脱硫剤を吹込んで脱硫処理を行った。この結果、珪素濃度は0.51％から0.06％、硫黄濃度は0.017%から0.001%まで低下した。（Ｃ）式で定義されるＫ値は0.39であった。
【００１２】
（実施例２）
溶銑272tをスクラップ18t とともに装入し、上方より生石灰を添加した。上吹きランスより酸素ガスを上吹きしつつ溶銑の脱珪処理を５分間行った。この時、炉底に設けた羽口より連続して石灰石粉を窒素ガスにて吹込み、溶銑の攪拌を行った。攪拌力は1.5kw/t とした。精錬後、上吹き酸素ガスを止め、底吹き羽口より窒素ガスにてCaO+Al灰脱硫剤を溶銑1tあたり6.7kg/t吹込み、脱硫処理を実施した。この結果、珪素濃度は0.35％から0.12％に低下し、硫黄濃度は0.022%から0.002%に低下した。（Ｃ）式で定義される脱硫剤のＫ値は極めて高く、0.46が得られた。
【００１３】
（比較例１）
溶銑286tを装入し、上方より生石灰、鉄鉱石を添加後、上吹きランスより酸素ガスを上吹きしつつ、溶銑の脱珪処理を行った。この時、炉底に設けた羽口より連続して石灰石粉を窒素ガスにて吹込み、溶銑の攪拌を行った。3.3min間の精錬後、上吹き酸素ガスを止め、上方よりCaO+Al灰ブリケット脱硫剤を溶銑1tあたり5.9kg/t 添加し、脱硫処理を行った。この場合、硫黄濃度は0.018%から0.016%に低下するに留まり、Ｋ値は0.02と低値に留まった。この場合、脱硫剤の吹込み法では脱硫剤の溶銑中の浮上中に脱硫反応が生じるのに対し、脱珪処理で生じたFeO 濃度の高いトップスラグとの反応となるため、脱硫効率が著しく低かったものと思われる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明により、ハロゲン化物を一切使用することなく、溶銑の脱珪処理と脱硫処理が同一反応容器内で効率良く行うことができるようになる。更に、本願発明は実施例に示した転炉型の反応炉のみならず、鍋、トーピードカー等、他の設備を用いても可能である。また、脱珪時の生石灰添加方法としては実施例に示した上方添加のみならず、必要に応じて微粉インジェクションでも良いし、上吹き酸素ガスをキャリアーとした粉体上吹き法も採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するに好適な転炉タイプの反応炉の横断面図である。
【符号の説明】
１転炉
２溶銑
３酸素ガス上吹きランス
４、５ブロータンク
６吹込み羽口
７窒素ガスホルダー
８酸素ガスホルダー
９炉上ホッパー
10 スクラップ

Claims

蛍石などのハロゲン化物を使用せず、生石灰源と酸素源を添加して溶銑の脱珪処理を行う第一工程と、酸素供給を止め、引き続き脱硫剤を溶銑中に吹込んで脱硫処理を行う第二工程からなる溶銑の脱珪・脱硫方法であって、第一工程で生成するスラグの塩基度を1.0 以上とし、第二工程における脱硫剤の吹込み深さを溶銑表面下1.0m以上としたことを特徴とする溶銑の脱珪・脱硫方法。ただし、塩基度は（Ａ）式で定義する。
塩基度＝(T-(CaO)-f-(CaO))/(SiO_２) （Ａ）
ここに、T-(CaO):全CaO 濃度、f-(CaO):フリーライム濃度、(SiO_２)：SiO_２濃度